未来移动通信的发展方向及所涉及的若干理论问题

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1、未来移动通信的发展方向及所涉及的若干理论问题北京邮电大学教授ProfessorofBeijingUniversityofPosts&Telecommunications李道本LiDaobenEmail:lidaoben@vip.sohu.net2005.6一、引言Introduction多个国际标准化组织和论坛都在积极探讨未来移动通信系统的目标：ITU设想在2010年左右在高速移动条件下将支持100Mbps的峰值速率，在低速移动条件下将支持1000Mbps的峰值速率，灵活有效地支持具有QoS要求的多媒体业务，以实现未来全球个人通信的需求。这就必须在概念和技术上寻求

2、创新和突破，采用全新的无线通信理论和技术以及全新的网络结构，使无线通信的频谱效率、容量和速率有十倍甚至百倍的提高，借以解决频率资源有限与通信业务量爆炸式增长的矛盾。总之,未来移动通信系统要求在恶劣传播及高速移动条件下支持高出现有系统两个量级以上的传信率。因此如何大幅度提高移动通信系统的频谱效率就是一个十分迫切的任务。众所周知，移动无线信道是典型的随机时变信道，其在时间域、空间域及频率域均存在着随机性的扩散，从而引起接收信号在对应的频率域、空间域及时间域产生选择性衰落，衰落不仅严重恶化移动通信系统的传输可靠性，而且也会大幅度降低移动通信系统的频谱效率。2一、引言（续）

3、Introduction因此提高移动通信系统的传输可靠性也是一项摆在我们面前的重要任务，甚至是首要任务。因为传输可靠性不提高，提高频谱效率就无从谈起。对抗衰落、提高移动通信系统传输可靠性的唯一手段是“分集”，包括显分集与隐分集。分集重数越高，系统的传输可靠性亦越高。当信道与系统的参数确定以后，系统所能达到的最大传输可靠性即分集重数，也就随之确定了。如果实际信道参数一般情况下无法控制，而系统参数却是可以控制的。3一、引言（续）Introduction根据多用户信息论，对信道容量的最佳共享（不是分配）方式应是“波形分割”多址方式，又称CDMA方式。但遗憾的是由于传统CD

4、MA是一个自干扰系统，自干扰严重限制了其系统容量与频谱效率。所以在探讨未来移动通信技术时，大部分人都将注意力转向了OFDM/OFDMA技术，MIMO信道中的时空编码技术，智能天线技术等，而不是“波形分割”多址技术。目前的移动无线通信研究呈现出一个对CDMA基本否定的趋势，相当多的B3G和4G研究项目采用的是并不新颖的OFDM技术，另外也有不少人所研究的是MIMO、阵列天线、智能天线、自适应波束跟踪等“空分”大容量传输方面。首先OFDM在蜂窝组网方面无法实现CDMA的频率全复用方式。如果以每扇区或者每小区频谱效率来做容量评估准则，OFDM/OFDMA仍然需要采用频率复

5、用方法来解决小区间的干扰问题，这使得每小区/扇区频谱效率无法提高。4一、引言（续）Introduction其次，MIMO虽然可以与CDMA技术相结合,但是确要求信道必须呈富散射，亦即信道的角扩散必须相当充分，否则其信道矩阵将呈现病态，造成传输失败。第三，阵列、智能天线、自适应波束成形与跟踪等，对信道的要求则与MIMO相反，即信道必须无散射或者散射非常少，亦即信道的角扩散必须为零或者非常小，否则其传输也将失败.众所周知,移动信道是一个非常特殊的信道，有时，有些地方散射较丰富，有时,有些地方又很贫乏。所以任何单纯依赖MIMO、阵列天线、智能天线、自适应波束成形与跟踪等技

6、术的系统必然在实用中碰得头破血流。有人提出是否二者之间能够相互切换,实际上由于所谓的“过度中间带”相当宽,在此范围内两者均工作不好,所以目前无论在理论还是实际上都还没有找到合理的切实可行的解决办法.5二、各种无线传输系统频谱效率分析SpectralEfficiencyAnalysisforTypicalradioTransmissionSystems本部分将对各种已知的无线传输技术的频谱效率予以总结性的分析。其中包括：窄带系统、传统CDMA、OFDM、BLAS-CDMA等。空分系统我们将辟专栏予以讨论。分析分加性白高斯噪声信道（AWGN）与随机时变信道两大类型。在分

7、析中所用的基本参数及其对应单位如下：系统：B~系统带宽（赫，Hz）；Ts~符号持续期（秒，s）；bps~比特率（比特/秒）ML~调制信号电平数；TM~系统允许处理时延（编码约束时间）（秒，s）；R~系统可用的地理空间(米2,m2).6二、各种无线传输系统频谱效率分析（续）SpectralEfficiencyAnalysisforTypicalradioTransmissionSystems~系统门限信扰比：~符号能量：~接收信号功率（瓦，W）；~干扰信号谱密度：~干扰信号功率（瓦，W）；~处理增益；NL~每小（扇）区用户数；~频率重用系数；~小（扇）区容量（总传