【正文】 術(shù) Measurement results ? Typical results for time domain measurements – In modern laboratory and office – USC (University of Southern California) group used a quasi omnidirectional diamond antenna – VT (Virginia Tech) group used directive TEM horn antennas, as well as omnidirectional biconical antennas 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 86 3. UWB技術(shù) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 87 3. UWB技術(shù) Signal distortion introduced by different antennas 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 88 3. UWB技術(shù) 可以判斷噪聲大小，以及是否是 LOS（視距）傳輸。 在下一個(gè)信號(hào)到來(lái)前，此處為噪聲功率 如果第一徑功率不是最強(qiáng)的，那么一定不是 LOS傳輸 如果是 LOS傳輸，則起始點(diǎn)代表收發(fā)機(jī)之間距離 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 89 3. UWB技術(shù) ? Zoomed profile for multipath 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 90 3. UWB技術(shù) ? Electromagic simulation 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 91 3. UWB技術(shù) ? Channel Modeling 多徑是一組一組到達(dá)的，可以理解為有 k組、每組中有 l個(gè)信號(hào)。 特別要注意 物理過(guò)程 的實(shí)現(xiàn)。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 92 3. UWB技術(shù) ? Antennas 單極子天線 ——天線長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)有效接受和發(fā)射信號(hào)的帶寬，最有效的天線長(zhǎng)度為 λ/2。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 93 3. UWB技術(shù) 阿基米德螺旋天線： 下限截止頻率取決于整個(gè)尺寸； 上限截止頻率取決于中間尺寸。 優(yōu)點(diǎn)：可以做成平面；帶寬也可以很寬，適合 UWB信號(hào)。 缺點(diǎn)：增益比較小。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 94 3. UWB技術(shù) TEM羊角天線：由三個(gè)面組成，不同橫截面適應(yīng)不同波長(zhǎng)，可以有很大的頻率變化范圍。 ——用作 UWB天線 喇叭口天線：有四個(gè)面組成，前后面為方形（后接波導(dǎo)），方形尺寸決定接收信號(hào)的類型（如 TEM等）和中心頻率。 ——用作窄帶天線 兩者的前開(kāi)口都可以形成很好的波束，實(shí)現(xiàn)定向輻射，增益大，但是相應(yīng)的方向性差，并且都是三維（體）形狀。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 95 3. UWB技術(shù) 三維（體） 二維（面） 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 96 3. UWB技術(shù) 雙錐型天線 對(duì)數(shù)周期天線 純單極子天線 天線 ——制約 UWB技術(shù)發(fā)展的主要因素之一。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 97 4. 3G/4G新技術(shù) ? 4G的一般描述： “第四代移動(dòng)通信的概念可稱為 廣帶接入和 分布網(wǎng)絡(luò) ，具有 非對(duì)稱 的和超過(guò) 2Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸能力。它包括廣帶無(wú)線固定接入、廣帶無(wú)線局域網(wǎng)、移動(dòng)廣帶系統(tǒng)和互操作的廣播網(wǎng)絡(luò)（基于地面和衛(wèi)星系統(tǒng)）。此外，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)將是由多功能集成的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，也是寬帶接入 IP系統(tǒng)”。 4G：網(wǎng)絡(luò)與通信結(jié)合 ——更加強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)的功能。 廣帶：接入范圍廣、接入設(shè)備廣 ——無(wú)所不在。 分布式網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)零星分布，且位置、狀態(tài)（開(kāi)、關(guān)）為非固定模式。 非對(duì)稱：上行和下行采用兩種不同的通信模式。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 98 4. 3G/4G新技術(shù) ? 關(guān)于 4G的業(yè)界共識(shí) ?與已有的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)相比， 4G系統(tǒng)應(yīng)具有更高的數(shù)據(jù)速率和傳輸質(zhì)量。更好的業(yè)務(wù)質(zhì)量（ QoS）更高的頻譜利用率 ,更高的安全性 \智能性和靈活性； ?可以容納更多的用戶 ,應(yīng)能支持包括非對(duì)稱性業(yè)務(wù)在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)； “非對(duì)稱”進(jìn)一步解釋：往往對(duì)下行要求更快的傳輸速率和更寬的帶寬，而對(duì)上行的要求不高。 但是當(dāng)需要上傳數(shù)據(jù)時(shí)，希望傳輸速率可以足夠快 ——基于 QoS服務(wù)體制（用戶可以動(dòng)態(tài)分配頻帶資源）。 下行系統(tǒng)容易做的速率快： 有效抑制多用戶干擾 ——各用戶之間信息同步； 一對(duì)多通信 ——增加發(fā)射機(jī)功率（縮小小區(qū)半徑）。 上行系統(tǒng)很難做到： 移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率不易增大； 遠(yuǎn)近效應(yīng) ——在基站內(nèi)干擾比較大（各個(gè)移動(dòng)臺(tái)發(fā)射信號(hào)無(wú)法同步）。 因此，往往是下行速度很快，上行略有提高。 3G之前：通信本質(zhì)（通信技術(shù)本身）； 4G開(kāi)始：考慮 QoS（用戶獲得更好的體驗(yàn)）。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 99 4. 3G/4G新技術(shù) ? 關(guān)于 4G的業(yè)界共識(shí) ?4G系統(tǒng)應(yīng)體現(xiàn)移動(dòng)與無(wú)線接入網(wǎng)和 IP網(wǎng)絡(luò)不斷融合的發(fā)展趨勢(shì)，將在不同的固定和無(wú)線平臺(tái)以及跨越不同頻帶的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中提供無(wú)線服務(wù)； ?能實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)多個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)間的無(wú)縫漫游，包括網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫、終端無(wú)縫和內(nèi)容無(wú)縫； ?將是多功能集成的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，不僅聯(lián)系人與人，更將聯(lián)系人與機(jī)器、環(huán)境，人們將能夠隨時(shí)隨地的接入需要的多媒體信息，并可遠(yuǎn)端控制其他設(shè)備。 “泛在網(wǎng)絡(luò)”的概念 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 100 4. 3G/4G新技術(shù) ? 特點(diǎn) ?傳輸速率更快。 ?帶寬更寬。 ?容量更大。 ?智能性更高。 ?實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的多媒體通信。 ?兼容性能更平滑。 ?業(yè)務(wù)的多樣性。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 101 4. 3G/4G新技術(shù) ?靈活性較強(qiáng)。 ?用戶共存性。 ?通信費(fèi)用更加便宜。 ?靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 如圖 ?將能實(shí)現(xiàn)不同 QoS的業(yè)務(wù)。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 102 4. 3G/4G新技術(shù) ? 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 103 4. 3G/4G新技術(shù) ? 4G系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò) 體系分層 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 104 4. 3G/4G新技術(shù) ? 關(guān)鍵技術(shù) ?OFDM(正交頻分復(fù)用 ) ?MIMO(多輸入多輸出 ) ?軟件無(wú)線電 ?智能天線 ? IPv6 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 105 4. 3G/4G新技術(shù) ?OFDM技術(shù)實(shí)際上是 MCM（ MultiCarrier Modulation，多載波調(diào)制）的一種。 主要思想： 將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的 低速 子數(shù)據(jù)流，調(diào)制在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號(hào)可以通過(guò)在接收端采用相關(guān)技術(shù)來(lái)分開(kāi)，這樣可以減少子信道之間的相互干擾 (ICI)。每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號(hào)間干擾。而且由于每個(gè)子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對(duì)容易。 OFDM——信道利用率 兩載波之間正交 ——正交子信道 低速 ——時(shí)間長(zhǎng)、帶寬小 ——平坦衰落 在子信道（平坦衰落）中做信道均衡，相比于在頻率選擇性信道中做更加容易。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 106 4. 3G/4G新技術(shù) ?OFDM的工作原理 ?輸入數(shù)據(jù)信元的速率為 R串并轉(zhuǎn)換 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 ?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 ?M個(gè)并行的子數(shù)據(jù)信元編碼交織后進(jìn)行 IFFT變換，將頻域信號(hào)轉(zhuǎn)換到時(shí)域， IFFT塊的輸出是 N個(gè)時(shí)域的樣點(diǎn)，再將長(zhǎng)為 Lp的 CP(循環(huán)前綴 )加到 N個(gè)樣點(diǎn)前，形成循環(huán)擴(kuò)展的 OFDM信元，實(shí)際發(fā)送的 OFDM信元的長(zhǎng)度為L(zhǎng)p＋ N，經(jīng)過(guò)并 /串轉(zhuǎn)換后發(fā)射。 ?接收端接收到的信號(hào)是時(shí)域信號(hào) 串并轉(zhuǎn)換后移去 CP，如果 CP長(zhǎng)度大于 信道的記憶長(zhǎng)度 時(shí)， ISI僅僅影響 CP，而不影響有用數(shù)據(jù)，去掉 CP也就去掉了 ISI的影響。 CP長(zhǎng)度的確定依據(jù) CP（該信號(hào)的尾部信息） ——消除多徑信號(hào)的影響（ ISI） 信號(hào)與其標(biāo)準(zhǔn)延遲信號(hào)疊加，變?yōu)榭梢蕴幚淼亩鄰健? OFDM——標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)上采樣 信道利用率高： 同一用戶 —傳輸速率更高； 不同用戶 —容量增加。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 107 4. 3G/4G新技術(shù) ? OFDM原理框圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 108 4. 3G/4G新技術(shù) ?OFDM技術(shù)之所以越來(lái)越受關(guān)注，是因?yàn)?OFDM有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)： （ 1）頻譜利用率很高，頻譜效率比串行系統(tǒng)高近一倍。 頻譜效率比串行系統(tǒng)高近一倍。這一點(diǎn)在頻譜資源有限的無(wú)線環(huán)境中很重要。 OFDM信號(hào)的相鄰子載波相互重疊，從理論上講其頻譜利用率可以接近 Nyquist極限。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 109 4. 3G/4G新技術(shù) ? OFDM的優(yōu)點(diǎn) （ 2） 抗衰落能力強(qiáng)。 OFDM系統(tǒng)把數(shù)據(jù)分散到許多個(gè)子載波上，大大降低了各子載波的符號(hào)速率，從而減弱多徑傳播的影響，若再通過(guò)采用加循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔的方法，甚至可以完全消除符號(hào)間干擾。 衰落取決于系統(tǒng)頻帶范圍： f小 ——脈寬大（在多徑影響下，仍會(huì)存在較大不受干擾的區(qū)域） ——利用加 CP的方法解決。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 110 4. 3G/4G新技術(shù) ? OFDM的優(yōu)點(diǎn) （ 3） 適合高速數(shù)據(jù)傳輸。 采用動(dòng)態(tài)子載波分配技術(shù)能使系統(tǒng)達(dá)到最大比特率。通過(guò)選取各子信道，每個(gè)符號(hào)的比特?cái)?shù)以及分配給各子信道的功率使總比特率最大。即要求各子信道信息分配應(yīng)遵循信息論中的“注水定理”，亦即優(yōu)質(zhì)信道多傳送，較差信道少傳送，劣質(zhì)信道不傳送的原則 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 111 4. 3G/4G新技術(shù) ?OFDM的優(yōu)點(diǎn) （ 4） 抗碼間干擾（ ISI）能力強(qiáng)。 通過(guò)各子載波的聯(lián)合編碼，可具有很強(qiáng)的抗衰落能力。 OFDM技術(shù)本身已經(jīng)利用了信道的頻率分集，如果衰落不是特別嚴(yán)重，就沒(méi)有必要再加時(shí)域均衡器。但通過(guò)將各個(gè)信道聯(lián)合編碼，可以使系統(tǒng)性能得到提高。 使信道間數(shù)據(jù)具有一定的相關(guān)性，利用校驗(yàn)糾錯(cuò)的編碼方式，提高通信系統(tǒng)可靠性。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 112 4. 3G/4G新技術(shù) ?OFDM的優(yōu)點(diǎn) （ 5）基于離散傅立葉變換 (DFT)的 OFDM有快速算法， OFDM采用 IFFT和 FFT來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)，易用 DSP實(shí)現(xiàn)。 DSP：程序（軟件），串行通信，速度取決于 DSP處理速度； FPGA：硬件實(shí)現(xiàn)。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 113 4. 3G/4G新技術(shù) OFDM技術(shù)：寬帶 ——窄帶；時(shí)間變長(zhǎng)；頻率（時(shí)間）對(duì)準(zhǔn)。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 114 4. 3G/4G新技術(shù) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 115 4. 3G/4G新技術(shù) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 116 4. 3G/4G新技術(shù) ? Multiband OFDM UWB Solution for IEEE WPANs 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 117 4. 3G/4G新技術(shù) 收發(fā)開(kāi)關(guān)切換保護(hù)時(shí)間 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 118 4. 3G/4G新技術(shù) ? IEEE 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 119 4. 3G/4G新技術(shù) 交織 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 120 4. 3G/4G新技術(shù) ?MIMO(MultipleInputMultipleOutput) ?最早是由 Marconi于 1908年提出的，它利用多天線來(lái)抑制信道衰落。 ?根據(jù)收發(fā)兩端天線數(shù)量，相對(duì)于普通的SISO(SingleInputSingleOutput)系統(tǒng)， MIMO還可以包括 SIMO系統(tǒng)和 MISO系統(tǒng)。 ?1995年 Telatar推導(dǎo)出多天線高斯信道容量、1996年 Foschini提出 BLAST算法、 1998年Tarokh等提出空時(shí)編碼。 多天線 ——多波束 發(fā)：空間復(fù)用 收：空間分集 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 121 4. 3G/4G新技術(shù) ?MIMO(MultipleInputMultipleOutput) MIMO系統(tǒng)框圖 MIMO核心：空時(shí)編碼與解碼 MOMI應(yīng)用： SIMO——基站到手機(jī)（下行） MISO——手機(jī)到基站（上行） MIMO——無(wú)線路由器 哈爾濱工業(yè)大