g通信系統(tǒng)及其發(fā)展趨勢(編輯修改稿)
2025-01-16 03:43 本頁面
【文章內容簡介】 性，即下行鏈路中的數(shù)據(jù)傳輸量大于上行鏈路中的數(shù)據(jù)傳輸量，這就要求物理層支持非對稱高速率數(shù)據(jù)傳輸。 OFDM系統(tǒng)可以通過使用不同數(shù)量的子載波來實現(xiàn)上行和下行鏈路中不同的傳輸速率。 第四代移動通信系統(tǒng) (4G) ⑤ ?OFDM可以容易地與其他多種接入方式結合使用，構成各種系統(tǒng)，其中包括多載波碼分多址 MCCDMA、跳頻OFDM以及 OFDMTDMA等，從而使得多個用戶可以同時利用 OFDM技術進行信息傳輸。 第四代移動通信系統(tǒng) (4G) (4). ?OFDM系統(tǒng)的缺點 OFDM系統(tǒng)內存在有多個正交的子載波，而且其輸出信號是多個子信道的疊加，因此與單載波系統(tǒng)相比存在如下缺點： ① 易受頻率偏差的影響 。子信道的頻譜相互覆蓋，這對其正交性提出了嚴格的要求。由于無線信道的時變性，在傳輸過程中出現(xiàn)無線信號的頻譜偏移，或發(fā)射機與接收機本地振蕩器之間存在的頻率偏差，都會使 OFDM系統(tǒng)子載波的正交性遭到破壞，導致子信道的信號相互干擾。這種對頻率偏差的敏感是 OFDM系統(tǒng)的主要缺點。 第四代移動通信系統(tǒng) (4G) ② 存在較高的峰值平均功率比。 多載波系統(tǒng)的輸出是多個子信道信號的疊加，如果多個信號的相位一致，所得到的疊加信號的瞬時功率就會遠遠高于信號的平均功率，這樣會出現(xiàn)較大峰值平均比，可能帶來信號畸變，使信號的頻譜發(fā)生變化，從而導致各個子信道之間的正交性遭到破壞，產生干擾，使系統(tǒng)的性能惡化，這就對發(fā)射機內功率放大器提出了很高的要求。 第四代移動通信系統(tǒng) (4G) (5). ?OFDM系統(tǒng)的主要技術 ① 時域和頻域同步 OFDM系統(tǒng)對定時和頻率偏移敏感，特別是實際應用中可能與 FDMA、 TDMA和 CDMA等多址方式結合使用時，時域和頻域同步顯得尤為重要。與其他數(shù)字通信系統(tǒng)一樣，同步分為捕獲和跟蹤兩個階段。在下行鏈路中，基站向各個移動終端廣播式發(fā)送同步信息，所以，下行鏈路同步相對簡單，較易實現(xiàn)。在上行鏈路中來自不同移動終端的信號必須同步到達基站，才能保證載波間的正交性。基站根據(jù)各移動終端發(fā)來的子載波攜帶信息進行時域和頻域同步信息的提取，再由基站發(fā)回移動終端，以便讓移動終端進行同步。具體實現(xiàn)時，同步可以分別在時域或頻域進行，也可以時頻域同步同時進行。 第四代移動通信系統(tǒng) (4G) ② 信道估計 在 OFDM系統(tǒng)中，信道估計器的設計主要有兩個問題：一是導頻信息的選擇，由于無線信道常常是衰落信道，需要不斷對信道進行跟蹤，因此導頻信息也必須不斷地傳送；二是既有較低的復雜度又有良好的導頻跟蹤能力的信道估計器的設計。在實際設計中，導頻信息的選擇和最佳估計器的設計通常又是相互關聯(lián)的，因為估計器的性能與導頻信息的傳輸方式有關。 第四代移動通信系統(tǒng) (4G) ③ 信道編碼與交織 為了提高數(shù)字通信系統(tǒng)性能，信道編碼和交織是通常采用的方法。對于衰落信道中的隨機錯誤，可以采用信道編碼；對于衰落信道中的突發(fā)錯誤，可以采用交織。實際應用中通常同時采用信道編碼和交織，進一步改善整個系統(tǒng)的性能。在 OFDM系統(tǒng)中，如果信道頻域特性比較平緩，均衡是無法再利用信道的分集特性來改善系統(tǒng)性能的，因為 OFDM系統(tǒng)本身具有利用信道分集特性的能力，一般的信道特性信息已經被 OFDM這種調制方式本身所利用了。但是 OFDM系統(tǒng)的結構卻為在子載波間進行編碼提供了機會，形成 OFDM編碼方式。 第四代移動通信系統(tǒng) (4G) ④ 降低峰均功率比 (PAPR) 由于 OFDM信號時域上表現(xiàn)為 n個正交子載波信號的疊加，當這 n個信號恰好均以峰值相加時， OFDM信號也將產生最大峰值，該峰值是平均功率的 n倍。盡管峰值功率出現(xiàn)的概率較低，但為了不失真地傳輸這些高峰均功率比的OFDM信號，發(fā)送端對高功率放大器的線性度要求很高，且發(fā)送效率極低，接收端對前置放大器以及 A/D變換器的線性度要求也很高。因此，高的 PAPR使得 OFDM系統(tǒng)的性能大大下降，甚至直接影響實際應用。為了解決這一問題，人們提出了基于信號畸變技術、信號擾碼技術和基于信號空間擴展等降低 OFDM系統(tǒng) PAPR的方法。 第四代移動通信系統(tǒng) (4G) 多輸入多輸出 (MIMO)系統(tǒng)技術 多用戶檢測 (MUD)技術能夠有效地消除碼間干擾，提高系統(tǒng)性能。 多用戶檢測的基本思想 是把同時占用某個信道的所有用戶或某些用戶的信號都當做有用信號，而不是作為干擾信號處理，利用多個用戶的碼元、時間、信號幅度以及相位等信息聯(lián)合檢測單個用戶的信號，即綜合利用各種信息及信號處理手段，對接收信號進行處理，從而達到對多用戶信號的最佳聯(lián)合檢測。多用戶檢測是 4G系統(tǒng)中抗干擾的關鍵技術，能進一步提高系統(tǒng)容量，改善系統(tǒng)性能。隨著不同算法和處理技術的應用與結合，多用戶檢測獲得了更高的效率、更好的誤碼率性能和更少的條件限制。 第四代移動通信系統(tǒng) (4G) 在基站端放置多個天線，在移動臺也放置多個天線，基站和移動臺之間可形成 MIMO通信鏈路。 MIMO技術在不需要占用額外的無線電頻率的條件下，利用多徑來提供更高的數(shù)據(jù)吞吐量，并同時增加覆蓋范圍和可靠性。它解決了當今任何無線電技術都面臨的兩個最困難的問題，即速度與覆蓋范圍。 它的信道容量隨著天線數(shù)量的增大而線性增大。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。 MIMO技術可以分為兩類：一類是成倍提高系統(tǒng)容量的 空間復用技術 ，其代表是分層空時編碼方案；另一類是旨在提高鏈路增益的 空時分集技術 ，其代表是空時格型編碼和空時塊型編碼。 第四代移動通信系統(tǒng) (4G) (1). 空間復用技術 空間復用技術的典型代表是 分層空時編碼技術 (BLAST)。BLAST對每個信號采用不同的發(fā)送天線，在接收端也用多個天線以及獨特的信號處理技術，把這些互相干擾的信號分離出來。這樣在給定的信道頻段上的容量將隨通信數(shù)量的增加而成比例地增加。 空時編碼方案有三種，它們是水平編碼、垂直編碼和對角線編碼， 下面分別介紹。假設發(fā)射天線數(shù)為 M，接收天線數(shù)為 N。 第四代移動通信系統(tǒng) (4G) ① 水平編碼 水平編碼方案如圖 3所示。 在 水平編碼方案 中，輸入信號的比特流首先經過串 /并變換分成 M路平行的信號流。每一信號流都經過獨立的信道編碼、交織和調制，最后從各自的天線上發(fā)射出去。因為每個符號都經過一個天線發(fā)射出去，再被 N個天線接收，所以水平編碼方案最多可以獲得 N階分集。 水平編碼的接收機算法比較簡單。 圖 3 水平編碼方案 第四代移動通信系
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