g通信系統(tǒng)及其發(fā)展趨勢(shì)(編輯修改稿)
2025-01-16 03:43 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(duì)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(shí)現(xiàn)上行和下行鏈路中不同的傳輸速率。 第四代移動(dòng)通信系統(tǒng) (4G) ⑤ ?OFDM可以容易地與其他多種接入方式結(jié)合使用，構(gòu)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(gè)用戶可以同時(shí)利用 OFDM技術(shù)進(jìn)行信息傳輸。 第四代移動(dòng)通信系統(tǒng) (4G) (4). ?OFDM系統(tǒng)的缺點(diǎn) OFDM系統(tǒng)內(nèi)存在有多個(gè)正交的子載波，而且其輸出信號(hào)是多個(gè)子信道的疊加，因此與單載波系統(tǒng)相比存在如下缺點(diǎn)： ① 易受頻率偏差的影響 。子信道的頻譜相互覆蓋，這對(duì)其正交性提出了嚴(yán)格的要求。由于無(wú)線信道的時(shí)變性，在傳輸過程中出現(xiàn)無(wú)線信號(hào)的頻譜偏移，或發(fā)射機(jī)與接收機(jī)本地振蕩器之間存在的頻率偏差，都會(huì)使 OFDM系統(tǒng)子載波的正交性遭到破壞，導(dǎo)致子信道的信號(hào)相互干擾。這種對(duì)頻率偏差的敏感是 OFDM系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)。 第四代移動(dòng)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(gè)子信道信號(hào)的疊加，如果多個(gè)信號(hào)的相位一致，所得到的疊加信號(hào)的瞬時(shí)功率就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于信號(hào)的平均功率，這樣會(huì)出現(xiàn)較大峰值平均比，可能帶來信號(hào)畸變，使信號(hào)的頻譜發(fā)生變化，從而導(dǎo)致各個(gè)子信道之間的正交性遭到破壞，產(chǎn)生干擾，使系統(tǒng)的性能惡化，這就對(duì)發(fā)射機(jī)內(nèi)功率放大器提出了很高的要求。 第四代移動(dòng)通信系統(tǒng) (4G) (5). ?OFDM系統(tǒng)的主要技術(shù) ① 時(shí)域和頻域同步 OFDM系統(tǒng)對(duì)定時(shí)和頻率偏移敏感，特別是實(shí)際應(yīng)用中可能與 FDMA、 TDMA和 CDMA等多址方式結(jié)合使用時(shí)，時(shí)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(gè)階段。在下行鏈路中，基站向各個(gè)移動(dòng)終端廣播式發(fā)送同步信息，所以，下行鏈路同步相對(duì)簡(jiǎn)單，較易實(shí)現(xiàn)。在上行鏈路中來自不同移動(dòng)終端的信號(hào)必須同步到達(dá)基站，才能保證載波間的正交性?；靖鶕?jù)各移動(dòng)終端發(fā)來的子載波攜帶信息進(jìn)行時(shí)域和頻域同步信息的提取，再由基站發(fā)回移動(dòng)終端，以便讓移動(dòng)終端進(jìn)行同步。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，同步可以分別在時(shí)域或頻域進(jìn)行，也可以時(shí)頻域同步同時(shí)進(jìn)行。 第四代移動(dòng)通信系統(tǒng) (4G) ② 信道估計(jì) 在 OFDM系統(tǒng)中，信道估計(jì)器的設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)問題：一是導(dǎo)頻信息的選擇，由于無(wú)線信道常常是衰落信道，需要不斷對(duì)信道進(jìn)行跟蹤，因此導(dǎo)頻信息也必須不斷地傳送；二是既有較低的復(fù)雜度又有良好的導(dǎo)頻跟蹤能力的信道估計(jì)器的設(shè)計(jì)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，導(dǎo)頻信息的選擇和最佳估計(jì)器的設(shè)計(jì)通常又是相互關(guān)聯(lián)的，因?yàn)楣烙?jì)器的性能與導(dǎo)頻信息的傳輸方式有關(guān)。 第四代移動(dòng)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(duì)于衰落信道中的隨機(jī)錯(cuò)誤，可以采用信道編碼；對(duì)于衰落信道中的突發(fā)錯(cuò)誤，可以采用交織。實(shí)際應(yīng)用中通常同時(shí)采用信道編碼和交織，進(jìn)一步改善整個(gè)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(wú)法再利用信道的分集特性來改善系統(tǒng)性能的，因?yàn)?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(jīng)被 OFDM這種調(diào)制方式本身所利用了。但是 OFDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)卻為在子載波間進(jìn)行編碼提供了機(jī)會(huì)，形成 OFDM編碼方式。 第四代移動(dòng)通信系統(tǒng) (4G) ④ 降低峰均功率比 (PAPR) 由于 OFDM信號(hào)時(shí)域上表現(xiàn)為 n個(gè)正交子載波信號(hào)的疊加，當(dāng)這 n個(gè)信號(hào)恰好均以峰值相加時(shí)， OFDM信號(hào)也將產(chǎn)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(hào)，發(fā)送端對(duì)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(duì)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(shí)際應(yīng)用。為了解決這一問題，人們提出了基于信號(hào)畸變技術(shù)、信號(hào)擾碼技術(shù)和基于信號(hào)空間擴(kuò)展等降低 OFDM系統(tǒng) PAPR的方法。 第四代移動(dòng)通信系統(tǒng) (4G) 多輸入多輸出 (MIMO)系統(tǒng)技術(shù) 多用戶檢測(cè) (MUD)技術(shù)能夠有效地消除碼間干擾，提高系統(tǒng)性能。 多用戶檢測(cè)的基本思想 是把同時(shí)占用某個(gè)信道的所有用戶或某些用戶的信號(hào)都當(dāng)做有用信號(hào)，而不是作為干擾信號(hào)處理，利用多個(gè)用戶的碼元、時(shí)間、信號(hào)幅度以及相位等信息聯(lián)合檢測(cè)單個(gè)用戶的信號(hào)，即綜合利用各種信息及信號(hào)處理手段，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，從而達(dá)到對(duì)多用戶信號(hào)的最佳聯(lián)合檢測(cè)。多用戶檢測(cè)是 4G系統(tǒng)中抗干擾的關(guān)鍵技術(shù)，能進(jìn)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(shù)的應(yīng)用與結(jié)合，多用戶檢測(cè)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(dòng)通信系統(tǒng) (4G) 在基站端放置多個(gè)天線，在移動(dòng)臺(tái)也放置多個(gè)天線，基站和移動(dòng)臺(tái)之間可形成 MIMO通信鏈路。 MIMO技術(shù)在不需要占用額外的無(wú)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(shí)增加覆蓋范圍和可靠性。它解決了當(dāng)今任何無(wú)線電技術(shù)都面臨的兩個(gè)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(wú)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(shù)可以分為兩類：一類是成倍提高系統(tǒng)容量的 空間復(fù)用技術(shù) ，其代表是分層空時(shí)編碼方案；另一類是旨在提高鏈路增益的 空時(shí)分集技術(shù) ，其代表是空時(shí)格型編碼和空時(shí)塊型編碼。 第四代移動(dòng)通信系統(tǒng) (4G) (1). 空間復(fù)用技術(shù) 空間復(fù)用技術(shù)的典型代表是 分層空時(shí)編碼技術(shù) (BLAST)。BLAST對(duì)每個(gè)信號(hào)采用不同的發(fā)送天線，在接收端也用多個(gè)天線以及獨(dú)特的信號(hào)處理技術(shù)，把這些互相干擾的信號(hào)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(shí)編碼方案有三種，它們是水平編碼、垂直編碼和對(duì)角線編碼， 下面分別介紹。假設(shè)發(fā)射天線數(shù)為 M，接收天線數(shù)為 N。 第四代移動(dòng)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(hào)的比特流首先經(jīng)過串 /并變換分成 M路平行的信號(hào)流。每一信號(hào)流都經(jīng)過獨(dú)立的信道編碼、交織和調(diào)制，最后從各自的天線上發(fā)射出去。因?yàn)槊總€(gè)符號(hào)都經(jīng)過一個(gè)天線發(fā)射出去，再被 N個(gè)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(jī)算法比較簡(jiǎn)單。 圖 3 水平編碼方案 第四代移動(dòng)通信系
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