飞蜂窝网络中抗干扰技术的研究

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1、南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论第一章绪论1.1课题的研究背景近些年来，随着iPhone和Android两大智能手机操作系统的横空出世，彻底引爆了智能手机的浪潮，推动全球进入移动互联网时代。与此同时，Appstore和AndroidMarket等应用商场作为一种新的商业模式，吸引了智能手机用户的疯狂下载，这些都催生了移动互联网应用的指数级增长。同时，美国电信运营商AT&T与苹果公司达成的手机销售合约，给AT&T带来大量高端用户的同时，苹果合约机用户带来的海量数据下载流量让AT&T热点地区（如旧金山、纽约地区）的网络几近瘫痪，虽然经过多次网络扩容和网络优化，依然无

2、法满足高速增长的数据[1]流量。著名咨询机构Gartner预计，未来五年，全球的数据流量将增加32倍。毫无疑问，这必将对全球运营商现有的网络造成巨大的冲击。然而，人们对于无线网络更高的数据传输速率的需求是刚性的，不可逆转。同时新的蜂[2]窝移动通信标准不断地提出。这些标准包括，英特尔主推的WiMAX（802.16e）标准，欧洲阵营3GPP的UMTS/HSPA和LTE/LTE-A标准和高通阵营3GPP2的EVDO标准。与此同时，Wi-Fi网络也提供移动数据服务的能力。但是目前Wi-Fi网络，仍然无法支持蜂窝网络相同级别水平的移动性和覆盖能力。[3]ArrayComm公司马

3、丁·库帕先生对于无线数据容量的增长有过一段精彩的评论：“在过去的104年中，平均每30个月无线数据容量增加了一倍。”这个结论经过换算，可以得出自1957年以来的无线数据容量增加了接近百万倍。通过把数据容量的增益进行分解，可以得出其中25倍来自频谱带宽的增加，5倍来自于把频谱分成更小的片段进行复用，5倍来自于设计更好的调制方案，而通过把蜂窝分解成更小的蜂窝，并且减小蜂窝半径这一方式，无线数据容量增加了1600倍。由此看出，通过高效地对频谱进行空间上的复用，减小蜂窝小区的半径，带来了巨大的系统容量增益，显著提高了频谱使用效率。无线通信领域最新的成果飞蜂窝（毫微微蜂窝），又叫

4、飞蜂窝基站。飞蜂窝基站由消费者自己安装，用于提供更好的室内语音和数据服务。飞蜂窝基站覆盖范围小，低成本，低功耗。消费者安装的飞蜂窝基站与蜂窝通信网络通过宽带进行分组连接，比如：数字用户线（DSL），有线电视（CATV）调制解调器或者独立的射频微波（RF）的回程链路。目前，其他还有多[4][5]种能够提高系统的容量技术，如分布式天线系统（DAS）和微蜂窝小区等。飞蜂窝基站的2万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论关键优势是，运营商只需要提供很少的部署成本，CAPEX投入小，相应地长远OPEX也小。分布式天线系统的具体组网示意图如下图1.1所示。运营商在建筑物的不

5、同位置或者不同建筑物中布放天线。这些天线都通过光纤或者微波作为回程链路连接到中心的基站。图1.1分布式天线系统组网示意图微蜂窝小区系统的具体组网示意图如下图1.2所示。该场景在密集城区中，运营商部署若干微蜂窝基站，来提高城区基站的吞吐能力和覆盖能力。图1.2微蜂窝小区系统组网示意图飞蜂窝小区系统的具体组网示意图如下图1.3所示。用户在家庭内部署飞蜂窝基站，并且通过有线宽带连接回传到核心网中。运营商只需要在开阔区域部署少量宏基站，提供广覆盖。3万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论图1.3飞蜂窝小区系统组网示意图关于无线通信使用习惯的研究表明，超过50％的话音呼

6、叫和70％以上的数据流量是由室[6]内发起的。语音通信能够容忍非常低的信号质量，语音信号所需的数据传输速率是非常低的，10Kbps左右。其中GSM全速率话音编码速率为13Kbps，CDMA话音编码速率一般为9.6Kbps。另一方面，数据网络需要更高的服务质量，因为用户希望获得每秒几兆的数据传输速率。对于室内的手持设备而言，特别是部署在更高的载波频率（如2GHZ或者更高）的无线通信系统，衰减损耗会变得很大，无法实现高质量的信号传输，由此无法达到高速的数据传输速率。这就引出了一个显而易见的问题：为什么不鼓励终端用户安装一种短距离低功耗的通信基站在他们活动区域的周围？部署飞蜂

7、窝基站的方法可以带来双赢。用户可以获得更高的数据速率和连接可靠性，同时，运营商也减少了大量的宏蜂窝网络的基础设施投资，可以把资源集中于真正的高价值移动用户上，因此部署飞蜂窝基站可以带来诸多好处。（1）更好的覆盖和系统容量。由于飞蜂窝基站发射接收距离较短（10-50m），基站可以大大降低发射功率，延长手机电池的使用时间，基站可以获得更高的容量。由于减少了干扰，更多的用户可以使用一个给定蜂窝小区的频谱，从而增加了小区的频谱效率。（2）提高宏蜂窝可靠性。如果室内发起的庞大数据流量可以被连到IP骨干网上的飞蜂窝网络所吸收，那么，宏蜂窝基站可以将其