第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)(4G).ppt

第7章 第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)(4g),7.1 第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)概述 7.2 4g的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 7.3 4g的關(guān)鍵技術(shù) 7.4 第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展面臨的問題 本章小結(jié) 習(xí)題與思考題,前3代移動(dòng)通信技術(shù)的回顧,第1代通信技術(shù) 第2代通信技術(shù) 第3代通信技術(shù),第1代通信技術(shù),主要采用的是模擬技術(shù)和頻分多址技術(shù)。由于受到傳輸帶寬的限制，不能進(jìn)行移動(dòng)通信的長途漫游游，只能是一種區(qū)域性的移動(dòng)通信系統(tǒng)。第一代移動(dòng)通信有多種制式，我國主要采用的是tacs。第一代移動(dòng)通信有很多不足之處，比如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通話質(zhì)量不高、不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、不能提供自動(dòng)漫游等。,第2代通信技術(shù),主要采用的是數(shù)字的時(shí)分多址（tdma）技術(shù)和碼分多址（cdma）技術(shù)。主要業(yè)務(wù)是語音。它克服了模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)的弱點(diǎn)，話音質(zhì)量、保密性能得到大的提高，并可進(jìn)行省內(nèi)、省際自動(dòng)漫游。第二代移動(dòng)通信替代第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)完成模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)變，但由于第二代采用不同的制式，移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，用戶只能在同一制式覆蓋的范圍內(nèi)進(jìn)行漫游，因而無法進(jìn)行全球漫游，由于第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)帶寬有限，限制了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用，也無法實(shí)現(xiàn)高速率的業(yè)務(wù)如移動(dòng)的多媒體業(yè)務(wù)。,第3代通信技術(shù),第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)能將高速移動(dòng)接入和基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的服務(wù)結(jié)合起來，提高無線頻率利用效率。提供包括衛(wèi)星在內(nèi)的全球覆蓋并實(shí)現(xiàn)有線和無線以及不同無線網(wǎng)絡(luò)之間業(yè)務(wù)的無縫連接。滿足多媒體業(yè)務(wù)的要求，從而為用戶提供更經(jīng)濟(jì)、內(nèi)容更豐富的無線通信服務(wù)。,第4代通信技術(shù),第四代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該比第三代標(biāo)準(zhǔn)具有更多的功能。第四代移動(dòng)通信可以在不同的固定、無線平臺和跨越不同的頻帶的網(wǎng)絡(luò)中提供無線服務(wù)，可以在任何地方寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)（包括衛(wèi)星通信），能夠提供信息通信之外的定位定時(shí)、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等綜合功能。同時(shí)，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)還應(yīng)該是多功能集成的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，是寬帶接入ip系統(tǒng)。,7.1.1 4g的產(chǎn)生背景 盡管目前3g的各種標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范已達(dá)成協(xié)議，并已開始商用，但3g技術(shù)仍存在一些不足。3g的局限性主要體現(xiàn)如下： (1) 3g仍缺乏全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)； (2) 3g所運(yùn)用的語音交換架構(gòu)仍承襲了2g的電路交換，而不是完全ip形式； (3) 由于采用cdma技術(shù)，因此3g難以達(dá)到很高的通信速率，無法滿足用戶對高速多媒體業(yè)務(wù)的需求；,(4) 由于3g空中接口標(biāo)準(zhǔn)對核心網(wǎng)有所限制，因此3g難以提供具有多種qos及性能的各種速率的業(yè)務(wù)； (5) 由于3g采用不同頻段的不同業(yè)務(wù)環(huán)境，因此需要移動(dòng)終端配置有相應(yīng)不同的軟、硬件模塊，而3g移動(dòng)終端目前尚不能夠?qū)崿F(xiàn)多業(yè)務(wù)環(huán)境的不同配置，也就無法實(shí)現(xiàn)不同頻段的不同業(yè)務(wù)環(huán)境間的無縫漫游。 所有這些局限性推動(dòng)了人們對下一代通信系統(tǒng)4g的研究和期待。,7.1.2 4g的概念 第四代移動(dòng)通信可稱為寬帶接入和分布式的網(wǎng)絡(luò),它具有非對稱的超過2 mb/s的數(shù)據(jù)傳輸能力。它包括寬帶無線固定接入、寬帶無線局域網(wǎng)、移動(dòng)寬帶系統(tǒng)和交互式廣播網(wǎng)絡(luò)。第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)超越標(biāo)準(zhǔn)可以在不同的固定、無線平臺和跨越不同的頻帶的網(wǎng)絡(luò)中提供無線服務(wù)，可以在任何地方用寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)(包括衛(wèi)星通信和平流層通信)，能夠提供定位定時(shí)、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等綜合功能。此外，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)是多功能集成的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，是寬帶接入ip系統(tǒng)。,7.1.3 4g的特點(diǎn) 4g主要具有以下特點(diǎn)： (1) 高速率，高容量。對于大范圍高速移動(dòng)用戶(250 km/h)，數(shù)據(jù)速率為2 mb/s；對于中速移動(dòng)用戶(60 km/h)，數(shù)據(jù)速率為20 mb/s；對于低速移動(dòng)用戶(室內(nèi)或步行者)，數(shù)據(jù)速率為100 mb/s。4g系統(tǒng)容量至少應(yīng)是3g系統(tǒng)容量的10倍以上。 (2) 網(wǎng)絡(luò)頻帶更寬。每個(gè)4g信道將占有100 mhz頻譜，相當(dāng)于wcdma 3g網(wǎng)絡(luò)的20倍。 (3) 兼容性更加平滑。4g應(yīng)該接口開放，能夠跟多種網(wǎng)絡(luò)互連，并且具備很強(qiáng)的對2g、3g手機(jī)的兼容性，以完成對多種用戶的融合；在不同系統(tǒng)間進(jìn)行無縫切換，傳送高速多媒體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。,(4) 靈活性更強(qiáng)。4g擬采用智能技術(shù)，可自適應(yīng)地進(jìn)行資源分配。采用智能信號處理技術(shù)對信道條件不同的各種復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行信號的正常收/發(fā)。 (5) 具有用戶共存性。能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的狀況和信道條件進(jìn)行自適應(yīng)處理，使低、高速用戶和各種用戶設(shè)備能夠并存與互通，從而滿足多類型用戶的需求。 運(yùn)營商或用戶花費(fèi)更低的費(fèi)用就可隨時(shí)隨地地接入各種業(yè)務(wù)。,7.3 4g的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 雖然4g系統(tǒng)尚處于研究的起步階段，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也還沒有成型，但是對于這方面的研究已有很多，網(wǎng)絡(luò)的融合趨勢是顯而易見的?；诰W(wǎng)絡(luò)融合的4g網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖7-1所示。 從圖7-1中可以看出，基于人們目前對4g寬帶接入和分布網(wǎng)絡(luò)的普遍理解，未來的4g網(wǎng)絡(luò)將是一種全ipv6的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(包括各種接入網(wǎng)和核心網(wǎng))，4g系統(tǒng)將是一個(gè)集成廣播電視網(wǎng)絡(luò)、無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙等系統(tǒng)和固定的有線網(wǎng)絡(luò)為一體的結(jié)構(gòu)，各種類型的接入網(wǎng)通過媒體接入系統(tǒng)都能夠無縫地接入基于ip的核心網(wǎng)，形成一個(gè)公共的、靈活的、可擴(kuò)展的平臺。,圖7-1 4g網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),3g采用的主要是蜂窩組網(wǎng)，4g將突破這個(gè)概念，發(fā)展以數(shù)字廣帶(broad band)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，成為一個(gè)集無線lan和基站寬帶網(wǎng)絡(luò)的混合網(wǎng)絡(luò)，這種基于ip技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)使得在3g,4g,w-lan,固定網(wǎng)之間的漫游得以實(shí)現(xiàn)。,交換方式,3g保留了2g所使用的電路交換，采用的是電路交換和分組交換并存的方式，而4g將完全采用基于ip的分組交換，使網(wǎng)絡(luò)能根據(jù)用戶需要分配帶寬。,7.4 4g的關(guān)鍵技術(shù) 7.4.1 ofdm技術(shù) 1. ofdm的基本原理 ofdm(正交頻分復(fù)用)是一種無線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)，其基本原理是：將高速數(shù)據(jù)信號通過串/并變換，分配到傳輸速率相對較低的若干個(gè)子信道中進(jìn)行傳輸。在頻域內(nèi)將信道劃分成若干個(gè)互相正交的子信道，每個(gè)子信道均擁有自己的載波，分別對其進(jìn)行調(diào)制，信號通過各個(gè)子信道獨(dú)立地進(jìn)行傳輸。如果各個(gè)子信道的帶寬被劃分得足夠窄，每個(gè)子信道的頻率特性就可近似地看做是平坦的，即每個(gè)子信道都可看做無符號間干擾的理想信道。這樣在接收端不需要使用復(fù)雜的信道均衡技術(shù)即可對接收信號可靠地進(jìn)行解調(diào)。,2. ofdm系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ofdm系統(tǒng)的典型框圖如圖7-2所示。圖中，上半部分對應(yīng)于發(fā)射機(jī)鏈路，下半部分對應(yīng)于接收機(jī)鏈路。發(fā)送端將被傳輸?shù)臄?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成子載波幅度和相位的映射，并進(jìn)行idft(反離散傅立葉變換)將數(shù)據(jù)的頻域表達(dá)式變到時(shí)域上。圖中的ifft(反快速傅立葉變換)與idft的作用相同，只是有更高的計(jì)算效率，所以適用于所有的系統(tǒng)。接收端進(jìn)行與發(fā)送端相反的操作，將rf信號與本振信號進(jìn)行混頻處理，并用fft變換分解為時(shí)域信號，子載波的幅度和相位被采集出來并轉(zhuǎn)換回?cái)?shù)字信號。,圖7-2 ofdm收/發(fā)機(jī)框圖,3. ofdm系統(tǒng)的優(yōu)勢 (1) 高速率的數(shù)據(jù)流通過串/并變換使得每個(gè)子載波的數(shù)據(jù)符號持續(xù)長度相對增加，這有效地減少了無線信道的時(shí)間彌散所帶來的符號間干擾，從而減少了接收機(jī)內(nèi)均衡的復(fù)雜度。有時(shí)甚至不采用均衡器，而僅僅通過插入循環(huán)前綴的方法即可消除符號間干擾的不利影響。 (2) 傳統(tǒng)的頻分多路傳輸方法是將頻帶分為若干個(gè)不相交的子頻帶來傳輸并行數(shù)據(jù)流，子信道之間要保留足夠的保護(hù)頻帶。而ofdm系統(tǒng)由于各個(gè)子載波之間存在正交性，允許子信道的頻譜相互重疊，因此與常規(guī)的頻分復(fù)用系統(tǒng)相比，ofdm系統(tǒng)可以最大限度地利用頻譜資源。當(dāng)子載波個(gè)數(shù)很多時(shí)，系統(tǒng)的頻譜利用率趨于2 baud/hz。,(3) 各個(gè)子信道中的正交調(diào)制和解調(diào)可以通過反離散傅立葉變換(idft)和離散傅立葉變換(dft)的方法來實(shí)現(xiàn)。對于子載波數(shù)目較大的系統(tǒng)，可以通過快速傅立葉變換(fft)來實(shí)現(xiàn)。而隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)與dsp技術(shù)的發(fā)展，ifft與fft都是容易實(shí)現(xiàn)的。 (4) 無線業(yè)務(wù)一般存在非對稱性，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。,(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mc-cdma、跳頻ofdm以及ofdm-tdma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。,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，這對其正交性提出了嚴(yán)格的要求。由于無線信道的時(shí)變性，在傳輸過程中出現(xiàn)無線信號的頻譜偏移，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)致子信道的信號相互干擾。這種對頻率偏差的敏感是ofdm系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)。,(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)子信道信號的疊加，如果多個(gè)信號的相位一致，所得到的疊加信號的瞬時(shí)功率就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于信號的平均功率，這樣會(huì)出現(xiàn)較大峰值平均比，可能帶來信號畸變，使信號的頻譜發(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，這就對發(fā)射機(jī)內(nèi)功率放大器提出了很高的要求。,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，下行鏈路同步相對簡單，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。,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，由于無線信道常常是衰落信道，需要不斷對信道進(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)。,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。對于衰落信道中的隨機(jī)錯(cuò)誤，可以采用信道編碼；對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，均衡是無法再利用信道的分集特性來改善系統(tǒng)性能的，因?yàn)閛fdm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。,4) 降低峰均功率比(papr) 由于ofdm信號時(shí)域上表現(xiàn)為n個(gè)正交子載波信號的疊加，當(dāng)這n個(gè)信號恰好均以峰值相加時(shí)，ofdm信號也將產(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，發(fā)送端對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畸變技術(shù)、信號擾碼技術(shù)和基于信號空間擴(kuò)展等降低ofdm系統(tǒng)papr的方法。,7.4.2 多輸入多輸出(mimo)系統(tǒng)技術(shù) 多用戶檢測(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都當(dāng)做有用信號，而不是作為干擾信號處理，利用多個(gè)用戶的碼元、時(shí)間、信號幅度以及相位等信息聯(lián)合檢測單個(gè)用戶的信號，即綜合利用各種信息及信號處理手段，對接收信號進(jìn)行處理，從而達(dá)到對多用戶信號的最佳聯(lián)合檢測。多用戶檢測是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，多用戶檢測獲得了更高的效率、更好的誤碼率性能和更少的條件限制。,在基站端放置多個(gè)天線，在移動(dòng)臺也放置多個(gè)天線，基站和移動(dòng)臺之間可形成mimo通信鏈路。mimo技術(shù)在不需要占用額外的無線電頻率的條件下，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。,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對每個(gè)信號采用不同的發(fā)送天線，在接收端也用多個(gè)天線以及獨(dú)特的信號處理技術(shù)，把這些互相干擾的信號分離出來。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。,1) 水平編碼 水平編碼方案如圖7-3所示。 在水平編碼方案中，輸入信號的比特流首先經(jīng)過串/并變換分成m路平行的信號流。每一信號流都經(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)算法比較簡單。,圖7-3 水平編碼方案,2) 垂直編碼 垂直編碼方案如圖7-4所示。 在垂直編碼方案中，輸入的數(shù)據(jù)流先經(jīng)過信道編碼、交織和調(diào)制，然后經(jīng)串/并變換分解為m個(gè)數(shù)據(jù)流，再經(jīng)各自的天線發(fā)射出去。由于每個(gè)信息比特?cái)U(kuò)展到了多個(gè)天線上，因此這一編碼方案可以獲得大于n的分集階。但接收機(jī)端需要對各個(gè)子流進(jìn)行聯(lián)合譯碼，從而導(dǎo)致接收機(jī)復(fù)雜度會(huì)比較高。,圖7-4 垂直編碼方案,3) 對角線編碼 對角線編碼方案如圖7-5所示。 在對角線編碼方案中，數(shù)據(jù)流先經(jīng)過水平編碼，然后再經(jīng)過對角線編碼，這樣可以保證串/并變換后每個(gè)流上的碼字都經(jīng)過m個(gè)天線被發(fā)射出去。這一方案是最優(yōu)的空間復(fù)用編碼方案，可以獲得最多mn階分集。但同樣地，在接收端需要聯(lián)合譯碼，接收機(jī)的復(fù)雜度也最高。,圖7-5 對角線編碼方案,2. 空間分集技術(shù) 空間分集也稱天線分集，是指在接收端或者發(fā)送端使用多個(gè)天線接收或發(fā)送相同信號。使用空間分集時(shí)，接收天線元之間的間隔需要大于相干距離。 空間分集技術(shù)可以分為接收分集和發(fā)送分集，如圖7-6和圖7-7所示。 發(fā)送分集可以將分集的負(fù)擔(dān)從手機(jī)終端轉(zhuǎn)移到基站。采用發(fā)送分集的主要問題是發(fā)送端不知道衰落信道的信道狀態(tài)信息，因此必須利用信道編碼以保證各信道的良好性能，這就是空時(shí)編碼?？諘r(shí)碼是信道編碼設(shè)計(jì)與發(fā)送分集的結(jié)合?？諘r(shí)碼在將一個(gè)數(shù)據(jù)流在多個(gè)天線上同時(shí)發(fā)射時(shí)，建立了空間分離信號(空域)與時(shí)間分離信號(時(shí)域)之間的關(guān)系。,圖7-6 接收分集示意圖,圖7-7 發(fā)送分集示意圖,基于發(fā)送分集的空時(shí)碼可以分為空時(shí)格碼和空時(shí)塊碼?？諘r(shí)格碼是在空時(shí)延時(shí)碼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，有較好的性能，它使用維特比譯碼方法，其譯碼復(fù)雜度與傳輸速率呈指數(shù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)難度較大。空時(shí)塊碼是利用正交設(shè)計(jì)理論的空時(shí)編碼技術(shù)，其譯碼復(fù)雜度很低，還可以得到最大的發(fā)射分集增益。經(jīng)過空時(shí)編碼的信號通過多路相關(guān)性較小的無線信道到達(dá)接收端，接收端通常需要知道各無線信道的參數(shù)，即信道估計(jì)，可以使用基于導(dǎo)頻訓(xùn)練序列進(jìn)行信道估計(jì)，也可以盲估計(jì)。,7.4.3 智能天線技術(shù) 智能天線(sa)技術(shù)具有抑制信號干擾、自動(dòng)跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，它被認(rèn)為是未來移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線使用數(shù)字信號處理技術(shù)，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對準(zhǔn)用戶信號的到達(dá)方向，旁瓣或零陷對準(zhǔn)干擾信號的到達(dá)方向，以達(dá)到充分利用移動(dòng)用戶信號并消除或抑制干擾信號之目的。 智能天線可以提高信噪比，提升系統(tǒng)通信質(zhì)量，緩解無線通信日益發(fā)展與頻譜資源不足的矛盾，降低系統(tǒng)整體造價(jià)，因而勢必會(huì)成為4g系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。智能天線的核心是智能算法，算法能夠決定電路實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜程度和瞬時(shí)響應(yīng)速率，因而需要選擇較好的算法實(shí)現(xiàn)波束的智能控制。,7.4.4 軟件無線電技術(shù) 軟件無線電(sdr)技術(shù)是將標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件功能單元經(jīng)過一個(gè)通用硬件平臺，利用軟件加載方式來實(shí)現(xiàn)各種類型無線電通信系統(tǒng)的一種具有開放式結(jié)構(gòu)的新技術(shù)。軟件無線電的核心思想是：在盡可能靠近天線的地方使用寬帶a/d和d/a變換器，并盡可能多地使用軟件來定義無線功能，各種功能和信號處理都盡可能用軟件實(shí)現(xiàn)。其軟件系統(tǒng)包括各類無線信令規(guī)則與處理軟件、信號流變換軟件、信源編碼軟件、信道糾錯(cuò)編碼軟件和調(diào)制解調(diào)算法軟件等。軟件無線電技術(shù)有助于不同標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)的融合。軟件無線電在4g中的可能應(yīng)用為：采用軟件無線電實(shí)現(xiàn)的基站可同時(shí)為多個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；當(dāng)終端移動(dòng)時(shí)，可重新配置，如當(dāng)移動(dòng)終端移動(dòng)到一個(gè)采用不同標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)系統(tǒng)中時(shí)，終端可按照該系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)重新進(jìn)行自動(dòng)配置，從而獲得系統(tǒng)提供的各種服務(wù)。,7.4.5 ipv6技術(shù) 4g通信系統(tǒng)選擇了采用ip的全分組方式傳送數(shù)據(jù)流，因此ipv6技術(shù)是下一代網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議。選擇ip主要基于以下幾點(diǎn)考慮： (1) 巨大的地址空間。ipv6地址為128位，代替了ipv4的32位，地址空間大于3.41038。如果整個(gè)地球表面（包括陸地和水面）都覆蓋著計(jì)算機(jī)，那么ipv6允許每平方米擁有71023個(gè)ip地址?？梢?，ipv6地址空間是巨大的。在一段可預(yù)見的時(shí)期內(nèi)，它能夠?yàn)樗锌梢韵胂蟪龅木W(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供一個(gè)全球唯一的地址。,(2) 自動(dòng)控制。ipv6還有另一個(gè)基本特性就是它支持無狀態(tài)或有狀態(tài)兩種地址自動(dòng)配置方式。無狀態(tài)地址自動(dòng)配置方式是獲得地址的關(guān)鍵。在這種方式下，需要配置地址的節(jié)點(diǎn)使用一種鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制獲得一個(gè)局部連接地址。一旦得到這個(gè)地址之后，它使用另一種即插即用的機(jī)制，在沒有任何人工干預(yù)的情況下，獲得一個(gè)全球唯一的路由地址。對于有狀態(tài)地址配置機(jī)制，如dhcp(動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議)，需要一個(gè)額外的服務(wù)器，因此也需要很多額外的操作和維護(hù)。,(3) 服務(wù)質(zhì)量(qos)。它包含幾個(gè)方面的內(nèi)容。從協(xié)議的角度看，ipv6與目前的ipv4提供相同的qos，但是ipv6的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在能夠提供不同的服務(wù)。這一優(yōu)點(diǎn)來自于ipv6報(bào)頭中新增加的字段“流標(biāo)志”。對服務(wù)質(zhì)量作了定義，有了這個(gè)20位長的字段， ipv6報(bào)文可以標(biāo)記數(shù)據(jù)所屬的流類型，以便路由器或交換機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理。盡管對這個(gè)流標(biāo)志的準(zhǔn)確定位還沒有制定出有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但將來它可用于基于服務(wù)級別的新計(jì)費(fèi)系統(tǒng)。,(4) 移動(dòng)性。ipv6在新功能和新服務(wù)方面可提供更大的靈活性。每個(gè)移動(dòng)設(shè)備有一個(gè)固定的家區(qū)地址，這個(gè)地址與設(shè)備當(dāng)前接入互聯(lián)網(wǎng)的位置無關(guān)。當(dāng)設(shè)備在家區(qū)以外的地方使用時(shí)，通過一個(gè)轉(zhuǎn)交地址來提供移動(dòng)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的位置信息。移動(dòng)設(shè)備每次改變位置，都要將其轉(zhuǎn)交地址告訴給它的家區(qū)地址和它所對應(yīng)的通信節(jié)點(diǎn)。在家區(qū)以外的地方，移動(dòng)設(shè)備傳送數(shù)據(jù)包時(shí)，通常在ipv6報(bào)頭中將轉(zhuǎn)交地址作為源地址。,7.5 第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展面臨的問題 4g系統(tǒng)投入實(shí)際應(yīng)用將遇到技術(shù)和市場兩方面的挑戰(zhàn)。 從技術(shù)角度來分析，4g要實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率、高機(jī)動(dòng)性和無縫隙漫游，就必須對現(xiàn)有的移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行更新改造。首先，需要解決無線系統(tǒng)中的移動(dòng)性管理、資源管理和核心網(wǎng)的移動(dòng)ip技術(shù)等問題，還有4g的標(biāo)準(zhǔn)問題。其次，要開發(fā)新的頻譜資源，提高頻譜利用率并選擇合適的傳輸技術(shù)。例如，利用rake接收、跳頻以及turbo碼等技術(shù)來增強(qiáng)系統(tǒng)的性能，提高信噪比；提高檢測可用的資源能以及信號質(zhì)量，動(dòng)態(tài)分配頻率資源和信號發(fā)射功率，增加移動(dòng)通信系統(tǒng)容量，降低信號發(fā)射功率；提高通信的覆蓋范圍，并支持多媒體通信、無線接入寬帶固定網(wǎng)以及在不同系統(tǒng)之間的漫游等。此外，4g移動(dòng)通信的數(shù)據(jù)傳輸將比3g高一個(gè)數(shù)量級，這也會(huì)引起一系列技術(shù)上的難題。,從市場角度分析，有專家預(yù)測：到2010年后，2g的多媒體服務(wù)將進(jìn)入第三個(gè)發(fā)展階段，此時(shí)覆蓋全球的3g網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本成形，全球至少有25%以上的人使