【文章內(nèi)容簡介】 M，F(xiàn)OFDM，MIMOOFDM，多帶OFDM。OFDM中的各個載波是相互正交的，每個載波在一個符號時間內(nèi)有整數(shù)個載波周期，每個載波的頻譜零點和相鄰載波的零點重疊，這樣便減小了載波間的干擾。由于載波間有部分重疊，所以它比傳統(tǒng)的FDMA提高了頻帶利用率。在OFDM傳播過程中，高速信息數(shù)據(jù)流通過串并變換，分配到速率相對較低的若干子信道中傳輸，每個子信道中的符號周期相對增加，這樣可減少因無線信道多徑時延擴展所產(chǎn)生的時間彌散性對系統(tǒng)造成的碼間干擾。另外，由于引入保護間隔，在保護間隔大于最大多徑時延擴展的情況下，可以最大限度地消除多徑帶來的符號間干擾。如果用循環(huán)前綴作為保護間隔，還可避免多徑帶來的信道間干擾。在過去的頻分復(fù)用(FDMA)系統(tǒng)中，整個帶寬分成N個子頻帶，子頻帶之間不重疊，為了避免子頻帶間相互干擾，頻帶間通常加保護帶寬，但這會使頻譜利用率下降。為了克服這個缺點，OFDM采用N個重疊的子頻帶，子頻帶間正交，因而在接收端無需分離頻譜就可將信號接收下來。OFDM系統(tǒng)的一個主要優(yōu)點是正交的子載波可以利用快速傅利葉變換（FFT/IFFT）實現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)。對于N點的IFFT運算，需要實施N2次復(fù)數(shù)乘法，而采用常見的基于2的IFFT算法，其復(fù)數(shù)乘法僅為（N/2）log2N，可顯著降低運算復(fù)雜度。在OFDM系統(tǒng)的發(fā)射端加入保護間隔，主要是為了消除多徑所造成的ISI。其方法是在OFDM符號保護間隔內(nèi)填入循環(huán)前綴，以保證在FFT周期內(nèi)OFDM符號的時延副本內(nèi)包含的波形周期個數(shù)也是整數(shù)。這樣，時延小于保護間隔的信號就不會在解調(diào)過程中產(chǎn)生ISI。由于OFDM技術(shù)有較強的抗ISI能力以及高頻譜效率，2001年開始應(yīng)用于光通信中，相當(dāng)多的研究表明了該技術(shù)在光通信中的可行性。二、 MIMOMIMO(多入多出)是多天線技術(shù)的一種,其基本特征是在通信的發(fā)射端和接收端均使用多個天線。MIMO是單純的空間分集與空間復(fù)用技術(shù)的進一步演進形式,其理論支撐是空時信號處理技術(shù)?？臻g分集是指發(fā)射端使用多天線重復(fù)發(fā)送或在接收端使用多天線接收相同數(shù)據(jù)的不同副本,其優(yōu)點是提高無線通信信號的信噪比,提升無線傳輸系統(tǒng)的信號質(zhì)量?？臻g分集如圖1所示。在實際中,接收分集比發(fā)射分集應(yīng)用得更為廣泛?？臻g復(fù)用是指發(fā)射端使用多天線并行發(fā)送且在接收端使用多天線接收多路不同數(shù)據(jù),其優(yōu)點是提高無線通信的傳輸速率,大幅度提升無線傳輸系統(tǒng)的信道容量。在LTE R8標準中下行支持4天線發(fā)射，終端側(cè)4天線接收，下行可支持最大4層（Layer）傳輸。上行只支持終端側(cè)單天線發(fā)送，基站側(cè)最多4天線接收。LTER8的多天線發(fā)射模式包括開環(huán)（Open loop）MIMO、閉環(huán)（Closed loop）MIMO、波束賦形（Beamforming，BF）以及發(fā)射分集1. LTE中的下行MIMO技術(shù)LTE系統(tǒng)下行鏈路可用的MIMO方式如下:① 控制信道的發(fā)射分集：采用開環(huán)發(fā)射分集方案—SFBC，CDD，時間（頻率）變換發(fā)射分集、預(yù)編碼發(fā)射（或自適應(yīng)波束賦形）。② 業(yè)務(wù)信道的MIMO波束賦形方式：支持的模式有多流的空間分集復(fù)用、波束賦形、單流的反射分集及MIMO波束賦形；使用心痛的時間一頻率（編碼）資源且不依賴CRC檢驗的獨立信道編碼的多碼字傳輸；采用預(yù)編碼方式（歸一的或非歸一的、基于碼本或非碼本的）；支持秩的自適應(yīng)與天線子集的選擇，由于Rank資源不足將影響多天線系統(tǒng)的性能，為了更好地和鏈路匹配，需要采用Rank自適應(yīng)技術(shù)。世紀三，Rank自適應(yīng)屬于鏈路自適應(yīng)技術(shù)，根據(jù)信道條件，使用高階Rank時，可以規(guī)避潛在的性能損失。③ 支持E—MBMS的MIMO，由于不便于實現(xiàn)UE靈活的反饋機制，通常會選擇性能接近的開環(huán)發(fā)射分集空間復(fù)用（包括單碼字和多碼字）方式。2. LTE中的上行MIMO技術(shù)MIMO技術(shù)在LTE中應(yīng)用時，其上行天線常配置為一根發(fā)送天線和兩根接收天線，即12配置。為了避免終端實現(xiàn)過于復(fù)雜，目前對于上行并不支持兩根天線同時使用在同一個終端進行信號發(fā)送。因此，在現(xiàn)階段，上行僅僅支持上行天線選擇、多用戶MIMO兩種方案。對于FDD LTE，存在開環(huán)和閉環(huán)兩種天線選擇方案。但是，在TDD模式下，由于上行與下行信道之間的對稱性，這樣基于下行MIMO信道估計的上行天線選擇可以運行。通常，存在兩種最優(yōu)天線選擇準則：一種是通過最大化多天線提供的分集來提高傳輸質(zhì)量；另一種是通過最大化多天線提供的容量來提高傳輸效率。上行多用戶MIMO是一個虛擬的MIMO系統(tǒng)，即每一個終端均發(fā)送一個數(shù)據(jù)端，但至少有兩個以上的數(shù)據(jù)流占用同一時頻資源，這樣從接收機來看，這些來自不同終端的數(shù)據(jù)流可以被看做來自同一個終端上不同天線的數(shù)據(jù)流，從而構(gòu)成一個虛擬的MIMO系統(tǒng)。利用多天線所提供的多個信號的自由度來復(fù)用多個移動臺的數(shù)據(jù)就是虛擬MIMO技術(shù)的本質(zhì)所在。在LTE系統(tǒng)中，用戶之間不能相互通信，所以該方案必須由基站統(tǒng)一調(diào)度。虛擬MIMO系統(tǒng)[11]為空間維度資源的開發(fā)提供了可能。為了充分利用空間維度資源分配的自由度，增大系統(tǒng)的多用戶分集增益，需要挑選出適當(dāng)?shù)挠脩?，配對成虛擬的MIMO鏈路。好的配對算法可以最大化虛擬MIMO的信道容量，從而達到提高系統(tǒng)吞吐量的目的。目前已提出了若干相應(yīng)的配對算法，包括隨機配對、正交配對和基于路徑損耗和慢衰落排序的配對3種方案：① 隨機配對隨機配對即隨機挑出兩個用戶組成一對，這種配對計算復(fù)雜度低，但信道矩陣特性無法合理利用，信道容量也無法得到最大化。② 正交配對主要有以下三步：第一步，任意選擇用戶，通過 Round Robin 或其他調(diào)度算法得到；第二步，計算該用戶與所有其他用戶配對后的正交因子；最后，把該用戶與正交因子最大的完成配對。此方法對用戶之間的配對干擾大量減少，但是由于選擇正交用戶計算量大，導(dǎo)致過于復(fù)雜。③ 基于路徑損耗和慢衰落排序的配對首先排序慢衰落值與用戶路徑損耗的和，然后對排序后的相鄰用戶進行排序，這種配對方法簡單易行。在路徑損耗和慢衰落變化較慢、用戶移動緩慢的情況下，可使用戶重新配對的頻率大幅度降低。同時，由于配對用戶的路徑損耗加慢衰落的值相近，所以也降低了用戶產(chǎn)生“遠近”效應(yīng)的可能性。該方案的缺點是，配對用戶信道相關(guān)性可能較大，配對用戶之間的干擾可能會比較大[12]。三、 鏈路自適應(yīng)鏈路自適應(yīng)（Link Adaptation，LA）能夠動態(tài)跟蹤信道變化，根據(jù)信道信息確定當(dāng)前信道的容量，進而確定傳輸?shù)男畔⒌陌l(fā)送功率、編碼速率、符號速率、和編碼方式調(diào)制的星座圖尺寸和調(diào)制方式等參數(shù)，因此可以在保持恒定發(fā)射功率下，最大限度地發(fā)送信息，實現(xiàn)更低的誤碼率，同時減輕對其他用戶的干擾，滿足不同業(yè)務(wù)的需求，提高系統(tǒng)的整體吞吐量[6]。由于無線信道的不斷變化，需要通過調(diào)度、自適應(yīng)調(diào)制編碼（Adaptive Modulation and Coding，AMC）、功率控制、混合自動請求重傳（Hybrid Automatic Repeat Request，HARQ）等技術(shù)適應(yīng)信道的特性，靈活調(diào)整系統(tǒng)配置。對于移動通信系統(tǒng)，由于信道和終端位置的不確定性，終端甚至要在多個基站之間至今進行選擇，并和其他終端競爭接入，這就大大增加了移動通信的物理過程的復(fù)雜性。要實現(xiàn)新一代無線通信的高速傳輸?shù)囊笠约岸喾N業(yè)務(wù)的支持能力，必須考慮LA技術(shù)。LA技術(shù)包括AMC、HARQ、動態(tài)功率控制等技術(shù)。1. AMCAMC技術(shù)針對時刻變化的信道條件，能夠動態(tài)地、選擇恰當(dāng)?shù)恼{(diào)制編碼方式。AMC技術(shù)使系統(tǒng)適應(yīng)時刻變化信道條件的能力得以加強，在LTE FDD中，信道條件是根據(jù)接收機的反饋信息進行評估的；而在TDLTE系統(tǒng)中，可根據(jù)信道的互易性，直接將上行估計結(jié)果用于下行鏈路。為了優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，發(fā)射機和接收機必須收集一系列隨時間變化的信道統(tǒng)計參數(shù)，如自動增益的控制、調(diào)制和編碼格式、信道估值濾波器、信號功率以及信號帶寬等。如果信道變化太快，選擇的信道參數(shù)將不能匹配信道實際情況，所以信號變化緩慢是自適應(yīng)傳輸方案實施的前提。因此，該技術(shù)僅可用于多普勒擴展不大的情況。AMC在OFMC這樣一個多載波系統(tǒng)中應(yīng)用時，還需要考慮這樣一個重要的問題，是否需要對一個用戶的不同頻率資源塊采用不同的AMC（RBdependent AMC）理論上，考慮到頻率選擇性衰落的影響，相比在所有頻率資源上采用同等AMC配置，這種方法理論上能取得更好的性能。但在系統(tǒng)假設(shè)和實際的評估模型下，通過仿真發(fā)現(xiàn)，這種方法不僅沒有帶來的顯著增益，反而有額外的信令開銷。因此，TDLTE最終采RBdependent AMC的方式。也就是說，在一個TTI(Transmission Time Interval)內(nèi)，對于某一用戶的某一數(shù)據(jù)流，一個層2的PDU應(yīng)只使用一種調(diào)制和編碼格式，當(dāng)然，在MIMO的不同流情況下，可以采用不同的AMC組合。需要說明的是，AMC的操作和頻率調(diào)度、功率控制、HARQ、MIMO預(yù)編碼等技術(shù)是密不可分的，它們都是為了適應(yīng)信道的變化、提高系統(tǒng)容量而采用的自適應(yīng)技術(shù)。它們可以共享一部分反饋信息。例如，在AMC和頻域調(diào)度都可以基于信道質(zhì)量信息（CQI反饋來實現(xiàn)）。2. HARQ通過采用基于自動重傳請求（ARQ）和前向糾錯（FEC）等差錯控制方法，可以降低系統(tǒng)的誤碼率，從而能夠克服無線移動多徑衰落和信道時變對信號傳輸?shù)挠绊懀_保服務(wù)質(zhì)量。FEC方案相比于ARQ方案，其產(chǎn)生的時延較小，但降低了系統(tǒng)吞吐量；ARQ方案相比于FEC方案，其編碼雖不冗余，但其產(chǎn)生的時延較大，不利于提供實時服務(wù)。通過比較分析，克服兩者的缺點，合并兩者的優(yōu)點，就產(chǎn)生了HARQ方案；HARQ方案使一個FEC子系統(tǒng)存在于一個ARQ系統(tǒng)中，如果FEC子系統(tǒng)的糾錯能力可以實現(xiàn)糾錯功能，則不需啟用ARQ系統(tǒng)；當(dāng)FEC子系統(tǒng)不能正常糾錯時，ARQ系統(tǒng)反饋信道請求重發(fā)錯誤碼組。HARQ方案具有更高的系統(tǒng)性和更高的系統(tǒng)吞吐量。四、 小區(qū)間干擾控制LTE系統(tǒng)下行OFDMA多址方式使本小區(qū)內(nèi)的用戶信息均承載在相互正交的不同載波上，因此，大部分干擾都來自于其他小區(qū)。對于小區(qū)中心的用戶來說，其本身離基站的距離就比較近，而外小區(qū)的干擾信號距離又較遠，則其信干比（SIR）相對較大；但是對于小區(qū)邊緣的用戶，由于相鄰小區(qū)占用同樣載波資源的用戶對其干擾比較大，加之本身距離基站較遠，其信干比相對就較小。這就導(dǎo)致了雖然小區(qū)整體的吞吐量較高，但是小區(qū)邊緣的用戶服務(wù)質(zhì)量卻較差，吞吐量較低。因此，在LTE系統(tǒng)中，十分重視小區(qū)間干擾問題的解決。3GPP討論的LTE系統(tǒng)小區(qū)間干擾抑制技術(shù)主要有3種解決方式，即小區(qū)間干擾隨機化、小區(qū)間干擾刪除和小區(qū)間的干擾協(xié)調(diào)與避免。小區(qū)間干擾隨機化就是要將干擾信號隨機化，這種隨機化不能降低干擾的能量，但是能夠通過加擾的方式將干擾信號隨機化為“白噪聲”，從而抑制小區(qū)間干擾。因此，又稱為“干擾白化”。干擾隨機化主要包括小區(qū)專屬加擾和小區(qū)專屬交織兩種方法。小區(qū)專屬加擾即在信道編碼后，對干擾信號隨機加擾。小區(qū)專屬交織，即在信道編碼后，對傳輸信號進行不同方式的交織，也稱為交織多址技術(shù)（IDMA）。對于干擾隨機化而言，小區(qū)專屬交織和小區(qū)專屬加擾可以達到相同的系統(tǒng)性能。此外，還可以考慮在不同小區(qū)采用不同的跳頻圖案來取得干擾隨機化的效果。經(jīng)過多次討論，LTE系統(tǒng)最終決定采用504個小區(qū)擾碼進行干擾隨機化。小區(qū)間干擾刪除的原理是對小區(qū)內(nèi)的干擾信號進行某種程度的解調(diào)甚至解碼，然后利用接收機處理增益從接收信號中消除干擾分量。LTE系統(tǒng)主要考慮了干擾抑制合并（IRC）和基于交織多址（IDMA）的迭代干擾刪除兩種干擾刪除方法。IDMA干擾技術(shù)的主要優(yōu)勢在于，對小區(qū)邊緣的頻率資源沒有限制，相鄰小區(qū)即使在小區(qū)邊緣也可以使用相同的頻率資源。因此，系統(tǒng)可以獲得更高的小區(qū)邊緣頻譜效率和總頻譜效率。其局限性主要在于小區(qū)間必須保持同步，目標小區(qū)必須知道干擾小區(qū)的導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)，以完成干擾信號的信道估計。對于要進行小區(qū)間干擾刪除的用戶，必須給其分配相同的頻率資源。因此，LTE標準最終沒有采用IDMA這種技術(shù)，而僅僅考慮了采用IRC接收這種不需要標準化的技術(shù)以獲取基本的干擾刪除效果。干擾協(xié)調(diào)又稱為“軟頻率復(fù)用”或“部分頻率復(fù)用”。這種方法是將頻率資源分為若干個復(fù)用集，小區(qū)中心的用戶可以采用較低的功率發(fā)射和接收，即使占用相同的頻率也不會造成較強的小區(qū)間干擾（ICI），因此被分配在復(fù)用系數(shù)為1的復(fù)用集；而小區(qū)邊緣的用戶需要采用較高的功率發(fā)送和接收，有可能造成較強的ICI，因此被分配頻率復(fù)用系數(shù)為N的復(fù)用集。軟頻率復(fù)用技術(shù)能夠有效解決干擾協(xié)調(diào)與避免的問題，但是這種技術(shù)的缺陷主要體現(xiàn)在小區(qū)邊緣的頻率資源的復(fù)用效率受到限制，難以支持大量用戶和很高的數(shù)據(jù)速率。對比上面介紹的幾種對于LTE系統(tǒng)的干擾抑制方案進行如下比較：（1）干擾隨機化技術(shù)繼續(xù)沿用CDMA系統(tǒng)成熟的加擾技術(shù)，比較簡單可行。但面臨的問題是將干擾視為白噪聲處理，可能會造成由于統(tǒng)計特性不同而帶來的測量誤差。（2）干擾刪除技術(shù)可以顯著改善小區(qū)邊緣的系統(tǒng)性能，獲得較高的頻譜效率，但是對于帶寬較小的業(yè)務(wù)（如Volp）則不太適用。（3）干擾協(xié)調(diào)/避免則是目前研究的一項熱門技術(shù)，其實現(xiàn)簡單，可以應(yīng)用于各種帶寬的業(yè)務(wù)，并且對于干擾抑制有很好的效果，適合于OFDMA這種特定的接入方式，但是在提高小區(qū)邊緣用戶性能的同時會帶來一定的小區(qū)整體吞吐量損失。上述3種小區(qū)間的干擾抑制方法可以相互結(jié)合，相互補充，以獲得更高的系統(tǒng)增益。五、 多媒體廣播業(yè)務(wù)廣播和多播是從一個數(shù)據(jù)源向多個目標傳輸數(shù)據(jù)的技術(shù)。在傳統(tǒng)移動網(wǎng)絡(luò)中，小區(qū)廣播業(yè)務(wù)（Cell Broadcast Service，CBS）將低比特率數(shù)據(jù)通過小區(qū)共享廣播信道發(fā)送給所有用戶，但越來越多的多媒體業(yè)務(wù)，如視頻會議、視頻點播、網(wǎng)上教育、電視點播等，要求多個用戶能同時接收相同數(shù)據(jù)。相比于一般數(shù)據(jù)，這些多媒體業(yè)務(wù)具有數(shù)據(jù)量大、持續(xù)時間長、時延敏感等特點，但由于移動網(wǎng)絡(luò)具有特定的功能實體、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及無線接口，傳統(tǒng)的IP組播技術(shù)并不適用于移動網(wǎng)絡(luò)。為了有效地利用移動網(wǎng)絡(luò)資源，3GPP在3G標準的R6標準中引入了多媒體廣播多播業(yè)務(wù)（Multimedia Broadcast Multicast Service，MBMS），在移動網(wǎng)絡(luò)中提供一個數(shù)據(jù)源向多個用