未来无线通信的关键技术

未来无线通信的关键技术

1．业务需求和技术相互推动大大促进了无线通信的发展

1．1 无线通信业务

严格意义上来说，无线通信的业务分类比较复杂，可以从不同角度来划分无线业务，例如可以划分为：语音业务和数据业务；宽带业务和窄带业务；实时业务和分组业务等等。目前从用户的角度来说可以将无线通信的业务分为：基本的语音业务；数据业务，包括短消息等窄带数据业务和宽带无线Internet；流媒体业务，主要以实时图像业务为主。

有人将未来无线通信业务进行了进一步的分类研究给出：3层业务类型的概念。根据业务的特性和成熟程度，将不同业务分为3层：底层(L1)、中间层(L2)和顶层(L3)。3层业务的定义如下：

●L1：基本业务技术层，一般由几种通信系统核心技术共同来支持和实现。

●L2：业务功能层，由部分L1业务联合组成业务功能，用户能直接访问。

●L3：业务范围层，能被用户在实际情况下使用的各种业务。

需要说明的是，L1的基本业务技术不同于其所对应的通信系统核心技术，通信系统核心技术涉及基本通信和信号处理技术，它是组成L1的基本业务技术所必需的技术基础。而一种L1的基本业务技术一般由几种通信系统核心技术共同来支撑。

根据使用的核心技术不同可以将未来的无线通信系统所支撑的业务定义为不同的L1业务技术，例如VoIP、广播组播系统(MBMS)等，L1业务技术可以认为是支持所有高层业务的基本技术。L2业务可以由部分L1业务联合实现，一个L3业务范围包含不同L2业务功能。比如：交通业务包含导航业务、基于内容的业务、定位业务等。

1．2 无线通信系统

为了支撑各种类型的无线业务，无线网络已从语音、低速数据业务的窄带网络发展到了可以支撑语音、高速分组以及多媒体业务的宽带网络。当前支撑无线高速传输的各种技术和无线网络雨后春笋大量呈现，例如支撑宽带业务的3G无线网络已经逐步成熟，人们正在从3G商用网络的应用得到无线宽带业务高速、高质量的享受；与此同时3GPP LTE的标准化已经取得巨大进展，相信在不久的未来就会出现实用的产品；另外，基于IEEE802.16协议簇的下一代无线接入互联网络也在蓬勃发展；4G也正在从理论探讨和系统仿真评估逐步走向制定标准的最终阶段。

无线系统分为两大阵营：一个是以3GPP和3GPP2为代表所支持的蜂窝移动通信系统无线接入各种规范和演进标准；另外一个是以IEEE802系列为基础的宽带无线接入标准。其中蜂窝网主要是3GPP支持的从2G的GSM到3G标准WCDMA、TD－SCDMA，进一步从HSPA 演进至HSPA+，进而到LTE。另一个是3GPP2所支持的从2G的IS－95技术到3G标准（或称2.5G）CDMA2000，进一步沿着EV-DO Rev.0/Rev.A/Rev.B，最终到UMB；而以IEEE802系列为基础的宽带无线接入则是WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）演进路线。这其中LTE拥有最多的支持者，WiMAX次之。表1－1给出了宽带无线接入的一些比较。

表1-1 宽带无线接入技术比较

1．3 业务需求和无线通信网络技术互动

无线通信的发展给我们的启示是，业务需求和技术的发展是相互促进共同发展的。也就是业务需求为技术的发展提供了动力；同时技术的发展为新的业务的引入提供了空间。

2．支持无线通信发展的新技术

当前和未来对无线通信的显著要求是提供高速的数据和实时业务，也就是说人们希望在不

久的将来无线网络能够提供近100Mbit/s的传输速率。为了适应这一要求逐步提高传输速率，在无线网络发展过程中人们应用了许多先进的无线链路传输技术、无线网络管理控制技术以及组网和网络优化技术等。

2．1 先进的链路传输技术

这里主要说的是未来无线通信所要采用的无线传输技术。

●OFDM技术

OFDM技术采用一组正交子载波多路并行传输业务数据，系统总吞吐量是所有并行子通道数据吞吐量之和，系统既可维持发送符号周期远远大于多径时延，又能支持高速数据业务。OFDM尤其适用于多径传播所引起的频率选择性衰落较为严重的宽频带信道上的高速数据传输，并且具备均衡简单，基于快速傅立叶变换（FFT）的低成本接收机等优点。

因此，OFDM技术在数字广播电视、宽带无线接入系统（IEEE.802.11a、IEEE.802.16等）标准中得到十分广泛的应用，其在数字移动通信系统（IMT 2000、IMT-Advanced等）中的应用也逐渐受到越来越多的关注。

➢OFDM系统的基本模型

OFDM系统的基本模型如图2-1所示。其中，上半部分为发射机链路，下半部分为接收机链路。

图2-1 OFDM 系统的基本模型

发送端将待传输的信号进行数字调制（一般采用MPSK 或MQAM ），将数字信号转换成子载波幅度和相位的映射，并进行逆傅立叶变换（IDFT ），将信号的频域表达式变为时域形式。由于IDFT 可利用IFFT （逆快速傅立叶变换）高效实现，因此，在实际的通信系统中一般都采用IFFT 。最后，将时域形式的数字信号插入循环前缀，并进行D/A 变换经射频发射出去。其中，插入导频的作用是为了在接受端进行同步和信道估计。

接收端进行与发送端相反的操作，将射频信号进行混频处理，然后移去循环前缀，并采用FFT （快速傅立叶变换）将其分解为频域信号，子载波的幅度和相位被采集出来并转换为数字信号。由于FFT 和IFFT 互为反变换，且操作相似，因此可采用同一硬件来实现。

➢ OFDM 基带传输基本原理

基本原理是将串行高速数据信号先转换成并行的低速子数据流，再使用相互正交的一组子载波来传输各个子数据流如图2－2所示。OFDM 子信道的频谱是相互重叠且正交的，因此，OFDM 是一种频谱效率高的调制方式。

图2-2时频域OFDM 信号

在不考虑循环前缀情况下，OFDM 的等效低通信号也可以表示为：

1

,0

()()N i k

k i k s t X

g t iT +∞-=-∞==

-∑∑ （2-1）

,i k X 是在第i 个OFDM 符号的第k 个子载波上传输的样值，N 是OFDM 系统的子