【正文】 ration mobile munication system the basic situation, focus on the orthogonal frequency division multiplexing (OF DM) and Multiple Input Multiple Output (MIMO) technology in two new syste ms to reduce interference and increase capacity by two to take the measures. Stu dy based on an analysis of a number of useful conclusions, the conclusions of the study for the new system is very important. 【 key phrase】 The Fourth Generation Orthogonal Frequency Division Multiplexing Multiple Input Multiple Output Reduce Interference Increase Capacity 1 【內(nèi)容提要】 本文 介紹了第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本情況， 重 點(diǎn)研究了正交頻分復(fù)用（ OFDM）和多輸入多輸出（ MIMO）兩種技術(shù)在新 系統(tǒng) 中 降低干擾和增加容量兩方面所采取的措施。 根據(jù)分析研究得出 了一些有益的結(jié)論， 該結(jié)論對(duì)于新 系統(tǒng)的研究 具有十分重要的意義 。 到 1896 年，意大利人馬可尼首次用人造電磁波傳遞信息，并建立了第一座無線電發(fā)射和接收電臺(tái) 。 80 年代，大規(guī)模集成電路技術(shù)及計(jì)算機(jī) 技術(shù)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，長期困擾移動(dòng)通信的終端小型化的問題得到了初步解決，給移動(dòng)通信的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。在移動(dòng)通信發(fā)展史上 AMPS 具有里程碑的意義。 (一 ) 第一代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng) 第一代模擬移動(dòng)系統(tǒng)主要建立在頻分多址接入和蜂窩頻分復(fù)用的理論基礎(chǔ)上，在商業(yè)上取得了巨大的成功。各個(gè)國家和地區(qū)都選擇了與其國情相適用的系統(tǒng)進(jìn)行研究和無線網(wǎng)絡(luò)配置，包括各個(gè)國家采用不同的通信頻段。 1982 年， 歐洲郵電管理協(xié)會(huì) （ CEPT）成立了移動(dòng)通信特別小組 （ GSM），開發(fā)數(shù)字蜂窩式移動(dòng)通信技術(shù)，即全球通移動(dòng)通信系統(tǒng)（ GSM:Global System for Mobile Communication）。 第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)最引人矚目的優(yōu)點(diǎn)之 一就是抗干擾能力和潛在的大容量，也就是說，它可以在環(huán)境更為惡劣和需求量更大的地區(qū)使用。 （三） 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng) 第三代移動(dòng)通信 系統(tǒng)由衛(wèi)星移動(dòng)通信網(wǎng)和地面移動(dòng) 通信網(wǎng)組成，將形成一個(gè)對(duì)全球無縫覆蓋的立體通信網(wǎng)絡(luò)，以滿足城市和偏遠(yuǎn)地區(qū)各種用戶密度的需求，支持高速移動(dòng)環(huán)境，提供語音、數(shù)據(jù)和多媒體等多種業(yè)務(wù)（最好速率可達(dá)2Mbits/s）的先進(jìn)移動(dòng)通信網(wǎng)，基本實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信的要求。該建議的通過標(biāo)志著第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用進(jìn)入實(shí)質(zhì)階段。 1984 年，廣州用同樣的頻段開通了一個(gè)數(shù)字尋呼系統(tǒng)。 —— 數(shù)字移動(dòng)電話 1994 年 11 月，我國開始建成 GSM 數(shù)字網(wǎng) 。截止到 2020 年 6 月，中國的手機(jī)用戶已經(jīng)達(dá)到 6億多，并且仍然以較高的速度發(fā)展。 TDSCDMA系統(tǒng)全面滿足 IMT2020 的基本要求，采用不需配對(duì)頻率的 TDD（時(shí)分雙工）工作方式，以及 FDMA/TDMA/CDMA 相結(jié)合的多址接入方式，同時(shí)使用 ，擴(kuò)頻寬帶為 。 1999 年成立了 ITUR 的 WP8F 工作組，其主要任務(wù)是負(fù)責(zé) 3G 未來發(fā)展和超 3G 的研究。 c. 通信 終端更加靈活 4G 終端的功能已不能簡單劃歸“電話機(jī)”的范疇，因?yàn)檎Z音數(shù)據(jù)的傳輸只是 4G 移動(dòng)電話的功能之一。 f. 高質(zhì)量的多媒體通信 4G 通信系統(tǒng)提供的寬 帶無線多媒體通信服務(wù)將包括語音、數(shù)據(jù)、影像等多種業(yè)務(wù)應(yīng)用。 b. 軟件無線電技術(shù) 軟件無線電技術(shù)可使移動(dòng)終端和基站從 3G 到 4G 的發(fā)展速度大大加快，系統(tǒng)升級(jí)變得十分便捷。 智能天線具有抑制信號(hào)干擾、自動(dòng)跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，用于移動(dòng)通信，既可改善信號(hào)質(zhì)量又能增加傳輸容量，其基本原理是在無線基站端使用天線陣和相干無線收發(fā)信機(jī)來實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的接收和發(fā)射，同時(shí)，通過基帶數(shù)字信號(hào)處理器，對(duì)各個(gè)天線鏈路上接收到的信 號(hào)按一定算法進(jìn)行合并，實(shí)現(xiàn)上行 7 波束賦形。 d. 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 4G 系統(tǒng)要滿足 3G 不能達(dá)到的高速數(shù)據(jù)和高分辨率多媒體服務(wù)的需要，應(yīng)能與寬帶 IP 網(wǎng)絡(luò)、寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)（ BISDN）和異步傳送模式兼容，實(shí)現(xiàn)多媒體通信，形成綜合寬帶通信網(wǎng)。在通信的各個(gè)領(lǐng)域， OFDM 利用許多并行的、低速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖虞d波來實(shí)現(xiàn)一個(gè)高速率的數(shù)據(jù)通信。 簡介 OFDM 的工作原理，輸入數(shù)據(jù)信元的速率為 R，經(jīng)過 串并轉(zhuǎn)換后，分成 M 個(gè)并行的子數(shù)據(jù)流，每個(gè)子數(shù)據(jù)流的速率為 R/M，在每個(gè)子數(shù)據(jù)流中的若干個(gè)比特分成一組，每組的數(shù)目取決于對(duì)應(yīng)子載波上的調(diào)制方式，如 PSK、 QAM等。當(dāng)子載波非常大時(shí)，由中心極限定理知 OFDM 信號(hào)近似服從復(fù)高斯分布，從而 OFDM 信號(hào)具有較大的峰值平均功率比（ PAPR），此為 OFDM 系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)。但是由于大的 PARP 的概率并不大，可以把大的 PAPR 值的 OFDM 信號(hào)去掉。 （ 2）編碼技術(shù)。這里的擾碼技術(shù)可以對(duì)生成的 OFDM 信號(hào)的相位進(jìn)行重置，典型的有 PTS（部分傳輸序列） 和 SLM（選擇映射 ） 。編碼類技術(shù)利用編碼將原來的信息碼字映射到一個(gè)具有比較好的PAPR 特性的傳輸碼集上，從而避開了那些會(huì)出現(xiàn) 信號(hào)峰值的碼字。該類技術(shù)采用的方法也為線性過程，因此，它不會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生畸變。因此，到目前為止 ，很多人都在努力研究這類技術(shù)，已經(jīng)提出了很多有效的方法。在單載波系統(tǒng)中，載波頻率從偏移只會(huì)對(duì)接受信號(hào)造成一定的衰減和相位旋轉(zhuǎn)。當(dāng)采樣錯(cuò)誤可以被校正時(shí)，就可以用內(nèi)插濾波器來控制 正 確的時(shí)間進(jìn) 行采樣。多普 勒 擴(kuò)展 會(huì)導(dǎo)致頻率 發(fā)生彌散，引起信號(hào)發(fā)生畸變。 由于同步是 OFDM 技術(shù)中的一個(gè)難點(diǎn)，因此，很多人也提出了很多 OFDM同步算法，主要是針對(duì)循環(huán)擴(kuò)展和特殊的訓(xùn)練序列以及導(dǎo)頻信號(hào)來進(jìn)行，其中較常用的有利用奇異值分解的 ESPRIT 同步算法和 ML估計(jì)算法，其中 ESPRIT 算法雖然估計(jì)精度高，但計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算量大，而 ML 算法利用 OFDM 信號(hào)的循環(huán)前綴，可以有效地對(duì) OFDM 信號(hào)進(jìn)行頻偏和時(shí)偏的聯(lián)合估計(jì)，而且與 ESPRIT算法相比，其計(jì)算量要小得多。一個(gè)是導(dǎo)頻信息的選擇問題，由于無線信道的時(shí)變特性，需要接收機(jī)不斷地對(duì)信道進(jìn)行跟蹤，因此導(dǎo)頻信息必須不斷地被傳送。 （五） OFDM 多址接入技術(shù) 頻分多址（ FDMA）、時(shí)分多址（ TDMA）和碼分多址（ FDMA）是無線通信系統(tǒng)中常見的三種主要接入技術(shù)。 OFDMA 系統(tǒng)可動(dòng)態(tài)地把可用帶寬資源分配給需要的用戶，很容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源的優(yōu)化。 這是一種靈活的多址方案，其主要優(yōu)點(diǎn)是可以獲得頻率分集增益，并可以避免或減少小區(qū)間干擾，主要缺點(diǎn)在于較難根據(jù)信道狀況產(chǎn)生一種簡單有效的調(diào)頻圖樣。 d． DFTSOFDM 技術(shù) 單載波頻分多址（ SCFDMA）系統(tǒng)可以在頻域?qū)崿F(xiàn)，稱之為 DFTSOFDM系統(tǒng)。 2. 與 TDMA 結(jié)合的系統(tǒng) 即不同 用戶 在不 同時(shí) 隙內(nèi) 獨(dú)占系 統(tǒng)資 源進(jìn) 行數(shù) 據(jù)傳 輸， 稱之為OFDMTDMA 方案?？梢姡粋€(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)信息被分散到一組子載波上進(jìn)行攜帶，即進(jìn)行了“分”的操作。 MCDSCDMA 系統(tǒng)的好處是可以獲得時(shí)間分集增益。也就是說可以利用 MIMO 信道成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。利用 MIMO 技術(shù)可以成倍提高信道的容量，同時(shí)也可以提高信道的可靠性，降低誤碼率?？諘r(shí)碼的主要思想是利用空間和時(shí)間上的編 碼實(shí)現(xiàn)一定的空間分集和時(shí)間分集，從而降低信道誤碼率。波束成形能有效地抑制共道干擾，其關(guān)鍵是波束成行權(quán)值的確定。 （ 1） 空時(shí) 編碼 STC 我們 目前 已知的 大量的發(fā)射機(jī)制分別可以使頻譜效 率最大、速率最高、信噪比（ SNR， SignaltoNoise Ratio）最大，它們都依賴信道狀態(tài)信息（ CSI， Channel State Information）在發(fā)射端和接收端的已知程度。接收到的信號(hào)通過最大似然（ ML， MaximumLikelihood）譯碼 器進(jìn)行檢測。又由于 STBC 在譯碼時(shí)只需要線性處理，因此，通常都使用 STBC。 （ 3）空間復(fù)用和空時(shí)編碼結(jié)合 將空間復(fù)用和空時(shí)編碼相結(jié)合，在保證每個(gè)數(shù)據(jù)流獲得最小分集增益的條件下，最大化平均數(shù)據(jù)率。 的接收分集技術(shù) MIMO 系統(tǒng)在接收端的解碼算法主要有 ZF(Zero Forcing， 迫零 )算法、 MMSE（ Minimum Mean Square Error，最小均方誤差） 算法、判決反饋解碼算法、最大似然解碼算法和分層空時(shí)處理算法（ BLAST， belllabslayeredspacetime）。 ZF 均衡器通過信道的逆可以消除符號(hào)間干擾 ISI（ InterSymbol Interference），但是其代價(jià)是對(duì)噪聲產(chǎn)生了放大。 MSI 會(huì)導(dǎo)致多個(gè)數(shù)據(jù)流之間的相互干擾。 （ 2）波束成形與空時(shí)編碼結(jié)合大