新兴发展的无线通信技术和网络

特约评

述第38卷第7

期V ol.38,No.7

2008年7月JOU RNAL OF UNIVERSI TY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CH I NA Jul.2008

文章编号:0253-2778(2008)07-0735-10

收稿日期:2008-05-15;修回日期:2008-05-28

基金项目:国家自然科学基金(60572066),华为基金资助.

作者简介:朱近康,中国科学技术大学教授、博士生导师,中国科学技术大学个人通信与扩频实验室主任.

现主要从事无线移动通信、通信信号处理、无线网络和相关协议的研究.

E-m ail:jkz hu@us

新兴发展的无线通信技术和网络

朱近康

(中国科学技术大学个人通信与扩频实验室,安徽合肥230027)

摘要:针对无线移动通信面临的发展需求和技术挑战,分析讨论了近年新兴发展起来的无线移动通

信技术和网络,重点综合评述了以多输入输出(M IM O)、协同通信、认知无线技术等为代表的新兴

无线通信技术,和以第四代移动通信网络、无线mesh网络、无线传感器网络等为代表的新兴无线

网络,最后简要说明我们的相关研究和进展.

关键词:无线通信;多输入输出;协同通信;认知无线技术;mesh

中图分类号:TN929文献标识码:A

New wireless communication techniques and networks

ZH U Jin-kang

(P CN&SS L ab,Univ ersity of S cience and T ech nology of China,H e f ei230027,China)

Abstract:The development of w ir eless com munication is facing new requir em ents and challenges.N ew techno logies and netw orks dev elo ped in r ecent year s are analyzed and discussed.Focus is laid o n the typical novel w ireless co mmunication technolo gies,such as multiple input and m ultiple output(M IMO),

co operative com munication,cog nitive radio,and the new w ireless netw or ks,such as4G m obile

co mmunicatio n netwo rk,w ireless mesh netw or k and w ireless sensor netw ork.Finally,a brief introduction

to our related research and its pro gress is given.

Key words:w ireless comm unication;m ultiple input and m ultiple output;cooperative com munication;

cog nitive radio;m esh

0引言

目前,无论是移动电话还是无线接入,无线移动

通信从模拟电子技术的第一代、数字技术的第二代,

已经进入第三代,形成自适应技术有效应用的多媒

体业务服务.在此迅速发展中,未来无线移动通信技

术与网络的研究和标准化建设就成为众所关注和大

力研究的重点.一些令人兴奋的新兴技术和新兴网

络的出现,成为研究开发的热点,也为面临极大需求

和重大研究开发的无线移动通信注入了活力.

特约评述

以3GPP组织推动的后第三代(B3G)的长期演

进安排)))LT E,是将来发展的方向,从已经采纳

的一些标准化建议看,其主要的技术发展趋势是:从

现在的电信网络过渡到将来的IP移动网络(如

BTS功能化,网络结构扁平化等),从现有的每秒几

兆数据速率发展到将来的每秒几十甚至上百兆数据

速率(如自适应高效调制与编码,信道准确估计的自

适应等),从现有的集中传输处理发展到将来的分布

传输处理(如M IM O技术,mesh技术等),从现在的

单发业务通信发展到将来的并行多发业务(如视频

业务,游戏业务,多播业务等).

以ITU组织推动的IMT-advanced(4G也即第

四代移动通信)标准化研究,从技术研究开发和应用

来说,很多方面与LTE好像没有什么区别,特别是

LTE有不断演进推出不同时期的不同要求的长远

计划,最终,两者可能会走到一起.从目前的研究看,

两者的目标和重点还是有些不同.3GPP更多地是

从现有应用出发,尽量平滑过渡;而4G首先是从拓

展可用频谱资源开始,研究将来可支持上千兆数据

速率需要的可用资源和技术,同时积极吸纳创新技

术和系统建议,评估将来可用方法和技术,力争实现

频谱效率达10bit/(H z1s),数据速率达1000M bps

的无线移动通信.

随着国家重大专项/新一代宽带无线移动通信

的研究开发0的启动,我们国家紧跟未来无线移动通

信发展的研发要求,提出TD-SCDM A往LTE和

4G的演进,这是中国对4G技术和网络标准化的

贡献.

面对众多的各种各样的无线移动通信技术和网

络的进展,值得我们特别关注的重点是从无线移动

通信发展的技术演进历程来分析未来的第四代的基

本技术特征.第一代移动通信系统是使用模拟技术

的系统,由于提出了蜂窝小区结构、终端移动管理、

漫游与切换等技术,实现了在移动中通信、通信中移

动;第二代移动通信系统是使用数字技术的系统,基

于数字信号处理技术和专用芯片,尽量采用软件处

理,实现了设备的小型化和大量用户接入,特别是手

机的小型化和多样性,使移动通信迅速普及;第三代

移动通信是充分应用自适应技术实现宽带高速的通

信系统,调制自适应、编码自适应、信道自适应、接入

自适应、业务自适应等,实现了传输链路和通信系统

的高效率.在这些技术和系统基础上发展的第四代

移动通信,若要实现如上所述的更高宽带和更高速

率,就必须利用一切可能的资源:频率、时间、编码、

功率、空间等.其中,空间资源还没有有效利用,是

4G可能开发利用的新天地.充分利用空间地理分布

下的分布技术和系统,将可能成为未来无线移动通

信的重要技术特征.基于分布结构和分布处理的相

关技术,如近年发展起来的M IMO技术、协同通信

(coo perativ e comm unications,CC)、认知无线技术

(cog nitive r adio technolog y)、mesh网络技术等,在

资源的充分调度和利用、处理能力的综合与提高、传

输能力和性能的改善等方面十分有效、突出,是新兴

的无线移动通信技术.

1新兴的无线移动通信技术

近几年,无线移动通信的技术研究和发展十分

迅速,各种各样的新方法不断涌现,各种现有方法不

断翻新,与分布技术和分布处理紧密相关、能极大增

强容量和效率、有广阔应用前景的,可能要首选

M IM O技术、协同通信技术和认知无线技术.

M IMO技术,是多天线输入多天线输出技术.

它充分利用天线输入输出的无线衰落信道特性,不

同天线有不同无线信道传播特性,独立随机,实现多

天线并行多信道高速传输.其原理如图1所示,M

个发送天线(S1,S2,,,S M),N个接收天线(R1,

R2,,,R N),从第i个发送天线到第j个接收天线

的信道传递特性是W ij,则有如下多天线发收的转

移关系

R1

R2

s

R N

=

W11W21,W M

1

W12W22,W M2

s s s s

W1N W2N,W MN

S1

S2

s

S M

,

R j

=E

M

i=1

W ij*S i,j=1,2,,,N(1)

图1MIMO原理图

Fig.1The schem atic diagram of MIMO

显然,要从式(1)的接收信号,求解发送来的信号,从736中国科学技术大学学报第38卷