峰均功率比]

移动通信的关键技术

21世纪是移动信息社会，21世纪的社会和经济信息主要以数字和数据格式描述，信息的交流主要依赖于计算机通信，通信发展的趋势是消除人类活动受通信设备的空间和时间的束缚，新的一代移动通信系统即人们称之第三代的核心特征是宽带寻址接入到固定网和众多不同通信系统间的无隙缝漫游，获取多媒体通信业务。

回顾历史，差不多每隔十年移动通信系统就发生一次变革性换代，移动通信系统的发展趋势如图1所示。20世纪80年代的1G的AMPS和90 年代的2G 的GSM，IS-95主要应用于话音业务和电路交换业务，20世纪90年代开始研制的3G即全球移动通信系统IMT-2000。

图1移动通信技术的演进

ITU-R的WP8F工作组研究3G和B3G未来发展，WP8F第六次会议通过“IMT2000未来发展和超IMT2000的远景框架及总目标”（IMT-VIS），见图2。B3G系统在高速移动环境中，可支持100 Mbit/s数据传输，在低速移动环境中，可支持1 Gbit/s数据传输。

图2IMT-2000和超IMT-2000

3G系统的主要参数有：在宏蜂窝环境下，数据传输率为144～384 kbit/s。在微蜂窝环境下，移动速率3 km/h时数据传输率为100 Mbit/s，移动速率60 km/h 时数据传输率为20 Mbit/s，移动速率250 km/h时数据传输率为2 Mbit/s。以IP 为基础的无线接续，支持QoS，支持系统间无缝业务和全球漫游。支持多重模式，支持系统对称和非对称业务。

B3G系统的发展趋势是在固定或游牧移动覆盖区下，数据传输率为 1 Gbit/s，高速移动覆盖区下，数据传输率为100 Mbit/s。信号频谱带宽为100 MHz，频谱利用率为5～20 bit/s/Hz。采取协同分布式无线网络结构，传输制式为宽带多载波的GMC/OFDM/MIMO，接收制式采取迭代并行处理。

3GPP组织确定Evolved UTRA and UTRAN研究计划，研究UMTS的无线接入和网络长期演进（LTE，Long Term Evolution）和发展。3GPP2组织研究空中接口演进（AIE，Air Interface Evolution）。美国启动GENI计划，在全球网络环境中，研究提供“无所不在服务”的下一代互联网。欧洲设置IST （Information Society Technology）计划，研究Winner（Wireless World Initiative New Radio）的泛在无线通信系统。日本有e-Japan计划，采取可变扩频因子—频码正交复用（VSF-OFCDM）技术，下行链路传输速率达到300 Mbit/s。而我

国有FuTURE（Future Technologies for Universal Radio Environment）项目，研究下行链路传输速率100 Mbit/s，频谱利用率6 bit/s/Hz的协同分布式无线通信系统。国家“十一五”科学技术发展规划把“新一代宽带无线移动通信网”确定为重大专项之一。

移动通信系统的关键技术主要有下述方面：

1.宽带数字通信基础理论研究

针对高效综合协同利用通信系统的时间、频率、空间、网络、终端等各种资源，重点开展自适应通信理论、新型信道编解码方法、高效调制方案、基带处理与天线的协同优化模型、抗干扰机理与方法、网络容量优化理论等方面研究，建立新型的多址复用理论及调度算法，以期在逼近Shannon理论限的基础研究方面取得突破。

2.宽带调制和多址技术

无线高速数据传输不能一味仅靠频谱的扩展，应在频谱效率上至少高于目前一个数量级，可在物理层采用三项技术，即OFDM、UWB和空时调制编码。OFDM 与其他编码方式的结合，灵活把OFDM与TDMA、FDMA、CDMA、SDMA组合成多址技术。

20世纪60年代OFDM的多路数据传输已成功用于Kineplex和Kathryn高频军事通信系统。OFDM已用于1.6 Mbit/s高比特率数字用户线（HDSL），6 Mbit/s不对称数字用户线（ADSL），100 Mbit/s甚高速数字用户线（VDSL），数字音频广播和数字视频广播等。OFDM应用于5 GHz上提供54 Mbit/s无线本地网IEEE 802.11 a和IEEE 802.11g，高性能本地域网络Hiper LAN/2和ETSI-BRAN，还作为城域网IEEE 802.16和集成业务数字广播（ISDB-T）标准。与单载频调制制式相比，OFDM调制制式要解决相对大的峰均功率比（PAPR，Peak to Average Power Ratio）和对频率位移和相位噪声敏感的问题。

高速移动通信的另一要求是在宽噪声带宽下，所需解调信噪比应尽可能降低，从而增加覆盖面积。可采取抗衰落的快速发射功率控制和导频辅助快速跟踪相干解调技术，如频域抗衰落的Rake接收和跟踪技术，从时域和频域抵抗时间和频率选择性衰落的OFDMA技术，链路自适应技术，联合编码技术。

3.频谱利用率提升技术

理论研究指出：在独立Rayleigh散射信道中，数据速率与天线数成线性关系，容量可达Shannon的90%。在发射和接收端以多天线开发信道空间可取得

容量和频谱效率的增益。MIMO技术主要包括空间复用和空间分集技术，在独立信道上并发或连发相同信息来提高传输可靠性。

收发双方的空间分集是高容量无线通信系统采用技术之一。贝尔实验室分层次空时的对角BLAST（D-BLAST）容量的增加为收发双方最小天线数的函数。利用MIMO所构成的跨时域和空域的扩展信号还可以抵抗多径干扰。V-BLAST 系统在室内24～34 dB时，频谱利用率为20～40 bit/s/Hz。而发射和接收端均采用16天线，在30 dB时，频谱利用率增至60～70 bit/s/Hz。

智能天线自动跟踪所需信号和自适应空时处理算法，利用天线阵产生空间定向波束，通过数字信号处理技术使主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向。自适应阵列天线（AAA，Adaptive Array Antennas）中干扰抵消均衡器（ICE，Interference Canceling Equalizer）可减少干扰和降低发射功率。

UWB也称为脉冲无线电，调制采用脉冲宽度在纳秒级的快速上升和下降脉冲，脉冲覆盖的频谱从直流至吉赫兹，不需常规窄带调制所需的射频上变换，脉冲成型后可直接送至天线发射。

4.无线资源管理

移动通信系统中，有限频谱资源的基站和有限发射功率的移动站限制了数据传输速率的提高。应在现有频谱资源，上下行链路质量和QoS业务的基础上，利用资源管理分配链路传输速率和发射功率。利用有限无线频谱资源和发射信号功率，减少经受干扰等影响。无线资源控制有多用户资源分配策略、多业务分组调度策略、链路自适应技术、越区切换、功率控制和接纳控制等。

5.软件无线电技术

软件无线电技术是在硬件平台上通过软件编辑以一个终端实施不同系统中多种通信业务。它用数字信号处理语言描述电信元件，以软件程序下载成数字信号处理硬件（DSPH，Digital Signal Pocessing Hardware）。以具有通用开放无线结构（OWA，Open Wireless Architecture），兼容多种模式在多种技术标准之间无缝切换。

6.网络安全和QoS

QoS分为无线和有线侧两部分，无线侧的QoS涉及无线资源管理和调度，接纳控制和移动性管理等，移动性管理主要包括终端移动性，个人移动性和业务移动性。有线侧的QoS涉及基于IP diffSer的区分业务和RSVP的端到端资源