【正文】 TU12 TG8/1 最后一次會議 —— 第 18 次會議在芬蘭首都赫爾辛基落下帷幕。第三代無線接口技術(shù)規(guī)范為簡 介、范圍定義、相關(guān)建議、說明、地面部分建議、衛(wèi)星部分建議、發(fā)射限制建議等共七個章節(jié)。 IMT— 2020 核心網(wǎng)絡(luò)部分的標(biāo)準(zhǔn)化工作到 2020 年底才最終完成。 (1)1982 年 ~2020 年 —— “無線尋呼”發(fā)展階段 5 1982 年，上海首先使用 150mhz 頻段開通了我國第一個型模擬尋呼系統(tǒng)。 尋呼系統(tǒng)應(yīng)用大約十幾年時間，到 2020 年， 據(jù)不完全統(tǒng)計，全國尋呼用戶已 超 過 5000 萬。隨后在北京、上海等地相繼建成模擬移動電話系統(tǒng)，用戶年增長率一直高達(dá) 100%。 1998 年，模擬用戶數(shù)量開始下降， 2020 年 7 月，關(guān)閉模擬網(wǎng)。 目前使用的第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)可以提供話音及低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，能夠基本滿足人們信息交流的需要。 手持機(jī)的迅速普及驅(qū)動通信向個人化方向發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)以翻番的速度膨脹又帶來了移動數(shù)據(jù)通信的發(fā)展機(jī)遇。 3G 由此產(chǎn)生。 TDSCDMA 第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)是信息產(chǎn)業(yè)部電信科學(xué)技術(shù)研究院在國家有關(guān)部門的支持下，根據(jù)多年的研究而提出的具有一定特色的 3G 通信標(biāo)準(zhǔn)，是中國百年通信史上第一個具有完全自主產(chǎn)權(quán)的國際通信標(biāo)準(zhǔn)，在我國通信發(fā)展史上具有里程碑的意義并將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，是整個中國通信業(yè)的重 大突破。 簡單來說， 4G 就是能夠解決目前 3G 系統(tǒng)不足的下一代系統(tǒng)。在 2020 年 10 月在日本舉行的第六次會議上討論提出了“ IMT2020未來發(fā)展及 超 IMT2020 的遠(yuǎn)景框架與總目標(biāo)（ IMTVIS）”， 該文件定義的目標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸速率為： IMT2020 的未來發(fā)展在 2020 年左右實現(xiàn)最高約 30Mbit/s 的速率，而超 3G（ IMTadvanced）在 2020 年左右高速移動環(huán)境支持最高 100Mbit/s的速率，在低速移動環(huán)境達(dá)到 1Gbit/s 的速率。 b. 網(wǎng)絡(luò)占用頻譜更寬 據(jù)研究，每個 4G 信道將占用 100MHz 的頻譜，相當(dāng)于 WCDMA 3G 網(wǎng)絡(luò)的20 倍。而且 4G 終端的外觀和樣式上將有驚人的突破，可以想象，眼鏡、手表、鞋都有可能是終端。 e. 兼容性能更高，過渡更平穩(wěn) 為了讓更多的用戶在投資更少的情況下平穩(wěn)地過渡到 4G 系統(tǒng)， 4G 通信系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備全球漫游、接口開放、能跟多種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、終端多樣化以及能從 3G平穩(wěn)過渡等特點。 g. 通信費用更加便宜 4G 通信與其他技術(shù)相比，部署起來容易迅速得多，同時在建設(shè) 4G 通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時，通信運營商們將考慮直接在 3G 通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施之上 ，采用逐步引入的方法，這樣就能夠有效地降低運營成本。 第三代移動通信系統(tǒng)主要是以 CDMA 為核心技術(shù)，而第四代移動通 信系統(tǒng)采用的 OFDM 技術(shù)最受矚目， OFDM 是一種無線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù) 。軟件無線電是將標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件功能單元經(jīng)過一個通用硬件平臺，利用 軟件加載方式來實現(xiàn)各種類型的無線電通信系統(tǒng)的一種具有開放式結(jié)構(gòu)的新技術(shù)。 c. 智能天線系統(tǒng) 智能天線原名自適應(yīng)天線陣列（ AAA， Adaptive Antenna Array），最初應(yīng)用于雷達(dá)、聲納等軍事方面，主要用來完成空間濾波和定位，大家熟悉的相控陣?yán)走_(dá)就是一種較簡單的自適應(yīng)天線陣。 目前，智能天線的工作方式主要有兩種：全自適應(yīng)方式和基于預(yù)多波束的波束切換方式。后者 更 容易 實現(xiàn)，實際上我們將其看做是介于扇形天線與自適應(yīng)天線間的一種技術(shù)，也是未來智能天線技術(shù)發(fā)展的方向。 8 二、 4G 的 調(diào)制 技術(shù) —— OFDM （一） OFDM 的基本原理 正交頻分復(fù)用（ OFDM）技術(shù)在 20 世紀(jì) 50 年代就已經(jīng)提出來了，在當(dāng)時由于實現(xiàn)等原因，未能引起人們廣泛的重視。由此， OFDM 技術(shù)開始被人們所接收和重視。 其主要思想是在頻域內(nèi)將 給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進(jìn)行調(diào)制，并且各子載波并行傳輸，這樣，盡管總的信道是非平坦的，即具有頻率選擇性，但是每個自信道是相對平坦的，并且在每個子信道上進(jìn)行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相應(yīng)帶寬，因此就可以大大消除信號波形間的干擾。在OFDM 系統(tǒng)中各個子信道的載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減少了子載波間的相互干擾，同時又提高了頻譜利用率 。 M 個并行的子數(shù)據(jù)信元編碼交織后進(jìn)行 IFFT 變換，將頻域信號轉(zhuǎn)換到時域，IFFT 塊的輸出是 N 個時域的樣點，再將長為 Lp 的 CP(循環(huán)前綴 )加到 N 個樣點前，形成循環(huán)擴(kuò)展的 OFDM 信元，因此，實際發(fā)送的 OFDM 信元的長度為 Lp＋ N，經(jīng)過并 /串轉(zhuǎn)換后發(fā)射。 圖 1 OFDM 系統(tǒng)圖示 9 由于 OFDM 信號是經(jīng)過 IFFT 得到的，發(fā)送的數(shù)據(jù)在頻域被充分隨機(jī)化，OFDM 信號可以認(rèn)為是獨立同步分布的隨機(jī)變量的線性組合。由于 OFDM 系統(tǒng)各個子載波間相互正交， OFDM 系統(tǒng)另外一個缺點是對系統(tǒng)頻偏比較敏感。大的 PAPR 信號通過功率放大器時會有很大的頻譜擴(kuò)展和帶內(nèi)失真。但是把大的 PAPR 值的 OFDM 信號去掉會影響信號的性能，所以采用的技術(shù)必須保證這樣的影響盡量小。采用修剪技術(shù)、峰值窗口去除技術(shù)或峰值刪除技術(shù)使峰值振幅值簡單地線性去除。采用專門的前向糾錯碼會使產(chǎn)生非常大的 PAPR 的 OFDM符號去除。采用擾碼技術(shù)，使生成的 OFDM 的互相關(guān)性盡量為 0，從而使 OFDM 的 PAPR 減少。 這三種方法都有自己的著眼點和特色，但每類方法都存在在各自的缺陷。但因為它采用了非線性操作，因此會帶來帶內(nèi)噪聲和帶外干擾，從而降低系統(tǒng)的誤比特率性能和頻譜效率。該類技術(shù)為線性過程，它不會使信號產(chǎn)生畸變，因此也沒有限幅類的缺陷。重要的是，這類技術(shù)，它不像編碼類計數(shù)，完全避開信號的峰值，而是著眼于努力使信號峰值出現(xiàn)的概率降低。這類技術(shù)能夠很有效的降低信號的 PAPR 值，它的缺點也是計算復(fù)雜度太大 。從實用的角度看，限幅類技術(shù)簡單而最實用，但其會帶來一定的干擾和系統(tǒng)性能損失。但還需要繼續(xù)研究。沒有準(zhǔn)確的同步算法，就不可能進(jìn)行可靠的數(shù)據(jù)傳輸，同步技術(shù)是信息可靠傳輸?shù)那疤帷? OFDM 系統(tǒng)中，Ｎ個符號的并行傳輸會使符號的延續(xù)時間更長，因此它對時間的偏差不敏感。 由于發(fā)送端和接受端之間的采樣時鐘有偏差，每個信號樣本都一定程度地偏離它 正 確的采樣時間，此偏差隨樣本數(shù)量的增加而線性增大，盡管時間偏差 會破 10 壞子載波之間的正交性，但是通常情況下可以忽略不計。 載波頻率的偏移會使子信道之間產(chǎn)生干擾。無線信道時變性的一種具體體現(xiàn)就是多普勒頻移，多普勒頻移與載波頻率以及移動臺的移動速度都成正比 。從頻域上看，信號失真會隨發(fā)送信道的多普勒擴(kuò)展的增加而加劇。 OFDM 中的同步通常包括 3 方面的內(nèi)容： （ 1）幀檢測； （ 2）載波頻率偏差及校正； （ 3）采樣偏差及校正。對 OFDM 技術(shù)的同步算法研究得比較多，需要根據(jù)具體的系統(tǒng)具體設(shè)計和研究，利用各種算法融合進(jìn)行聯(lián)合估計才是可行的。 （四） OFDM 系統(tǒng)中的信道估計技術(shù) OFDM 系統(tǒng)中信道估計器的設(shè)計主要有兩個問題。二 是既有較低計算復(fù)雜度又有良好信道跟蹤能力的信道估計器的設(shè)計問題，即在確定的導(dǎo)頻發(fā)送方式和信道估計準(zhǔn)則條件下，尋找最佳的信道估計器結(jié)構(gòu)。有常見的最小平方（ LS）、線性最小均方誤差（ LMMSE）信道估計，以及基于離散傅立葉變換（ DFT）的信道估計算法、基于奇異值分解（ SVD）的信道估計算法和最大似然信道估計算法。而 OFDM 是一種高效的信號復(fù)用技術(shù)，與多址技術(shù)相結(jié)合能允許多個用戶共享有限的無線資源，獲得較高的系統(tǒng)容量。根據(jù)細(xì)節(jié)的不同，主要有以下幾種： a. OFDMA 方案 OFDMA 多址接入系統(tǒng)將傳輸帶寬劃分成正交的互不重疊的一系列子載波集，將不同的子載波集分配給不同的用戶實現(xiàn)多址。由于不同用戶占用 11 互不重疊的子載波集，在理想同步情況下，系統(tǒng)無多戶間干擾，即無多址干擾（ MAI）。在每個時隙中，根據(jù)跳頻圖樣來選擇每個用戶所使用的子載波位置，每個用戶使用不同的調(diào)頻圖樣進(jìn)行跳頻，且互不碰撞。 c. IFDMA 技術(shù) 交織頻分多址（ IFDMA）系統(tǒng)結(jié)合了單載波和多載波系統(tǒng)的優(yōu)點，具有低PAPR 特性，無多用戶間干擾，在上行系統(tǒng)中受到了廣泛的關(guān)注。在接收端，首先用 根升余弦濾波器 對接收信號進(jìn)行濾波，并乘以用戶的共軛相位序列以提取所需用戶的信號，在合并重復(fù)的碼片后經(jīng) FFT 變換到頻域，在頻域里采用 MMSE 均衡器進(jìn)行信道均衡，并用 IEFT 變換回時域并進(jìn)行后續(xù)的解調(diào)和解碼恢復(fù)出傳送的原始比特信息。該系統(tǒng)的信號是在頻域內(nèi)構(gòu)造，具有良好的靈活性。雖然該系統(tǒng)的 PAPR 特性比在時域內(nèi)構(gòu)造的 IFDMA 系統(tǒng)差，但仍比 FDMA 系統(tǒng)的 PAPR 特性好很多。 OFDMTDMA 方案具有以下特點： （ 1） OFDMTDMA方案在特定 OFDM 符號內(nèi)將全部帶寬分配給一個用戶，這種分配方式不可 避免地存在帶寬資源浪費，頻帶利用率降低，靈活性差的特點。 3. 與 CDMA 結(jié)合的系統(tǒng) a. MCCDMA 方案 該系統(tǒng)的原理：調(diào)制后的數(shù)據(jù)符號在頻域上進(jìn)行拷貝擴(kuò)展并乘以相應(yīng)的擴(kuò)頻碼，并調(diào)制在一組