移动通信发展和研究前瞻.ppt

移动通信发展和移动通信发展和研究前瞻研究前瞻5/9/20245/9/20241 1.前言前言一、移动通信的特点一、移动通信的特点 l 发展最快发展最快l 应用最广应用最广l 最前沿最前沿二、最终目标二、最终目标 实现任何人可以在任何地点、任何时间与实现任何人可以在任何地点、任何时间与其他任何人进行任何方式的通信（五个任其他任何人进行任何方式的通信（五个任何）。何）。5/9/20245/9/20242 2.第三代移动通信系统方案第三代移动通信系统方案 WCDMA(日本日本DoDoMo公司公司)cdma2000(美国郎讯和摩托罗拉美国郎讯和摩托罗拉)TD-CDMA (欧洲西门子和阿尔卡特欧洲西门子和阿尔卡特)TD-SCDMA(我国提出的拥有自主知识产权我国提出的拥有自主知识产权)5/9/20245/9/20243 3.第三代移动通信系统存在的问题第三代移动通信系统存在的问题因为不同业务之间用户的相互干扰太多，利用因为不同业务之间用户的相互干扰太多，利用因为不同业务之间用户的相互干扰太多，利用因为不同业务之间用户的相互干扰太多，利用CDMACDMA技术的系统把数据速率提高到技术的系统把数据速率提高到技术的系统把数据速率提高到技术的系统把数据速率提高到100M/s100M/s很困很困很困很困难。难。难。难。不能实现现有各种无线网络（各种无线局域网、不能实现现有各种无线网络（各种无线局域网、不能实现现有各种无线网络（各种无线局域网、不能实现现有各种无线网络（各种无线局域网、卫星网络、公用无线蜂窝网络等）之间的无缝漫卫星网络、公用无线蜂窝网络等）之间的无缝漫卫星网络、公用无线蜂窝网络等）之间的无缝漫卫星网络、公用无线蜂窝网络等）之间的无缝漫游。游。游。游。不适应互联网非对称传输的要求。不适应互联网非对称传输的要求。不适应互联网非对称传输的要求。不适应互联网非对称传输的要求。5/9/20245/9/20244 4.下一代无线通信系统（下一代无线通信系统（4G）研究前瞻）研究前瞻基本特征基本特征基本特征基本特征能融合现有技术的通用结构；能融合现有技术的通用结构；能融合现有技术的通用结构；能融合现有技术的通用结构；频谱利用率高，即在给定的为数不多的频带内传频谱利用率高，即在给定的为数不多的频带内传频谱利用率高，即在给定的为数不多的频带内传频谱利用率高，即在给定的为数不多的频带内传输高速数据流；输高速数据流；输高速数据流；输高速数据流；扩充性强，即具有不同的单元模快（如热点扩充性强，即具有不同的单元模快（如热点扩充性强，即具有不同的单元模快（如热点扩充性强，即具有不同的单元模快（如热点(hot(hot spot)spot)、移动自组织网、移动自组织网、移动自组织网、移动自组织网(Ad hoc)(Ad hoc)等），并能覆盖不等），并能覆盖不等），并能覆盖不等），并能覆盖不同的业务范围；同的业务范围；同的业务范围；同的业务范围；自适应性和重构性强，能支持不同的标准和技术；自适应性和重构性强，能支持不同的标准和技术；自适应性和重构性强，能支持不同的标准和技术；自适应性和重构性强，能支持不同的标准和技术；成本低，市场准入快；适合于未来的新技术发展成本低，市场准入快；适合于未来的新技术发展成本低，市场准入快；适合于未来的新技术发展成本低，市场准入快；适合于未来的新技术发展需要。需要。需要。需要。5/9/20245/9/20245 5.4G的接入方案的接入方案 最有希望的宽带无线接入方案最有希望的宽带无线接入方案最有希望的宽带无线接入方案最有希望的宽带无线接入方案 MIMO-OFDM MIMO-OFDM （1 1）高频谱利用率、低复杂度）高频谱利用率、低复杂度）高频谱利用率、低复杂度）高频谱利用率、低复杂度 （2 2）链接便利灵活）链接便利灵活）链接便利灵活）链接便利灵活 （3 3）适合于在多径衰落信道中高速传输数据）适合于在多径衰落信道中高速传输数据）适合于在多径衰落信道中高速传输数据）适合于在多径衰落信道中高速传输数据 （4 4）易与其它多种接入方法相结合）易与其它多种接入方法相结合）易与其它多种接入方法相结合）易与其它多种接入方法相结合 （5 5）充分满足业界对下一代网络的各种需求）充分满足业界对下一代网络的各种需求）充分满足业界对下一代网络的各种需求）充分满足业界对下一代网络的各种需求 OFDM系统模型系统模型系统模型系统模型5/9/20245/9/20246 6.OFDMOFDM系统等效基带模型系统等效基带模型系统等效基带模型系统等效基带模型 5/9/20245/9/20247 7.优点优点优点优点一、通过串一、通过串一、通过串一、通过串/并变换，将一个频率选择性信道转换为并变换，将一个频率选择性信道转换为并变换，将一个频率选择性信道转换为并变换，将一个频率选择性信道转换为一组平行的频率非选择性子信道，从而降低了接一组平行的频率非选择性子信道，从而降低了接一组平行的频率非选择性子信道，从而降低了接一组平行的频率非选择性子信道，从而降低了接收的复杂度；收的复杂度；收的复杂度；收的复杂度；二、子载波在时域上相互正交，频域上相互重叠，二、子载波在时域上相互正交，频域上相互重叠，二、子载波在时域上相互正交，频域上相互重叠，二、子载波在时域上相互正交，频域上相互重叠，频谱利用率高；频谱利用率高；频谱利用率高；频谱利用率高；三、各个子信道中的正交调制和解调通过快速傅里三、各个子信道中的正交调制和解调通过快速傅里三、各个子信道中的正交调制和解调通过快速傅里三、各个子信道中的正交调制和解调通过快速傅里叶变换（叶变换（叶变换（叶变换（FFTFFT）实现，方便简捷；）实现，方便简捷；）实现，方便简捷；）实现，方便简捷；四、容易通过不同数量的子信道来实现无线数据业四、容易通过不同数量的子信道来实现无线数据业四、容易通过不同数量的子信道来实现无线数据业四、容易通过不同数量的子信道来实现无线数据业务的非对称传输；务的非对称传输；务的非对称传输；务的非对称传输；5/9/20245/9/20248 8.五、可以通过动态比特分配和动态子信道分五、可以通过动态比特分配和动态子信道分配的方法，充分利用信噪比较高的子信道，配的方法，充分利用信噪比较高的子信道，从而提高系统的性能。从而提高系统的性能。六、可以很容易地与其它多种接入方法相结六、可以很容易地与其它多种接入方法相结合，构成合，构成OFDMA系统。系统。缺点缺点一、峰值平均功率比较高一、峰值平均功率比较高二、对信号的频率偏移十分敏感二、对信号的频率偏移十分敏感5/9/20245/9/20249 9.MIMO 在发端和收端同时用多个天线，就构成了在发端和收端同时用多个天线，就构成了MIMO系统。系统。特点特点 提供分集；改善系统的容量及其性能。提供分集；改善系统的容量及其性能。采纳采纳 MIMO 的标准的标准 利用利用MIMO实现的高速下行链路分组接入实现的高速下行链路分组接入（HSDPA）信道（全球移动通信系统）信道（全球移动通信系统(UM TS)标准的一部分）标准的一部分）5/9/20245/9/20241010.研究现状研究现状（1）新成立的下一代无线组正在定义）新成立的下一代无线组正在定义MIMO层层（2）预计）预计MIMO层将位于构造无线局域网层将位于构造无线局域网（WLAN）的）的IEEE802.11标准中标准中 5/9/20245/9/20241111.3.5 MIMO-OFDMMIMO可以提高系统的容量。但要，当传可以提高系统的容量。但要，当传输高速数据时，环境的多径使输高速数据时，环境的多径使MIMO的信的信道成为频率选择性信道。道成为频率选择性信道。OFDM可以将频率选择性信道转换为一组可以将频率选择性信道转换为一组平行的频率非选择性平行的频率非选择性MIMO信道，从而降信道，从而降低接收机的复杂度。低接收机的复杂度。5/9/20245/9/20241212.这两种强有力技术相结合构成这两种强有力技术相结合构成MIMO-OFD M（1）前景非常有吸引力）前景非常有吸引力（2）最有希望的宽带无线接入方案）最有希望的宽带无线接入方案（3）满足）满足4G要求的候选技术要求的候选技术MIMO-OFDM系统模型系统模型5/9/20245/9/20241313.MIMO-OFDMMIMO-OFDM发送机原理图发送机原理图发送机原理图发送机原理图5/9/20245/9/20241414.MIMO-OFDMMIMO-OFDM接收机原理图接收机原理图接收机原理图接收机原理图5/9/20245/9/20241515.MIMO-OFDM系统中的关键技术系统中的关键技术（1）发送分集）发送分集（2）空间复用）空间复用（3）接收分集）接收分集（4）软译码）软译码（5）同步）同步（6）自适应调制和编码）自适应调制和编码（7）信道估计和信号检测）信道估计和信号检测5/9/20245/9/20241616.研究热点研究热点一、一、MIMO-OFDM系统信道估计系统信道估计（1）面临的问题）面临的问题 1）不同天线的不同信号同时发送）不同天线的不同信号同时发送 2）接收信号是不同天线信号的叠加）接收信号是不同天线信号的叠加5/9/20245/9/20241717.（2）MIMO-OFDM系统信道估计算法系统信道估计算法 1）使用循环前缀或导频符号的算法）使用循环前缀或导频符号的算法 按照循环前缀、导频诱导的冗余、周期平按照循环前缀、导频诱导的冗余、周期平稳、有限字符等发送和接收信号的统计和稳、有限字符等发送和接收信号的统计和确定性特征构造而成。确定性特征构造而成。不足：循环前缀和导频符号会增加发射功率、不足：循环前缀和导频符号会增加发射功率、降低带宽利用率降低带宽利用率5/9/20245/9/20241818.2）盲算法。）盲算法。根据信号的统计特征，利用最小均方、最根据信号的统计特征，利用最小均方、最大后验概率等准则等构造。大后验概率等准则等构造。不足：复杂度较高不足：复杂度较高5/9/20245/9/20241919.二、二、MIMO-OFDM系统信号检测系统信号检测（1）面临的问题）面临的问题 接收信号是受到加性噪声恶化后的数据符接收信号是受到加性噪声恶化后的数据符号的线性组合号的线性组合（2）MIMO-OFDM系统信号检测器系统信号检测器 1）最优检测器）最优检测器 按照平均差错概率最小的原则检测数据符号按照平均差错概率最小的原则检测数据符号不足：计算复杂度随天线数呈指数增加，不不足：计算复杂度随天线数呈指数增加，不利于实时实现利于实时实现 5/9/20245/9/20242020.2）次佳信号检验器）次佳信号检验器 将最大似然问题进行相应的变换将最大似然问题进行相应的变换 2-1）球面检测次佳信号检验器）球面检测次佳信号检验器 A.将最大似然问题映射为在超球面的网格将最大似然问题映射为在超球面的网格 中搜索最近的格点问题中搜索最近的格点问题 B.复杂度大幅下降复杂度大幅下降不足：性能略有下降不足：性能略有下降5/9/20245/9/20242121.