下一代通信网络关键技术
内容
第四代移动通信
OFDM技术
MIMO技术
MIMO-OFDM技术
软件无线电技术
网络融合技术
移动通信发展历程
1G
第一代移动通信从发明蜂窝概念开始，通过频率复用增大了系统容量，实现了语音移动通信；
2G
第二代移动通信用数字技术取代模拟技术，增加了数据业务；
3G
第三代移动通信的频带利用率更高，每用户比特速率更大，并使移动通信与Internet进一步融合，为移动中的人们提供广泛的基于IP的多媒体业务。
4G
未来移动通信的目标是为每个人提供综合的广带业务，并在业务获得及网络性能上提供前所未有的灵活性。
第四代移动通信
蜂窝移动通信标准的演进
第一代(80年代)
模拟
第三代(2000)
IMT-2000
第二代
(90年代)
GSM
900/1800/1900
CDMA
IS-95
TDMA
IS-136
PDC
NMT
AMPS
TACS
J-TACS
其他
数字
FDMA
TDMA为主、CDMA
CDMA为主、TDMA
450/800/900MHz
800/900/1800/1900MHz
2GHz、扩展频段
第四代移动通信
3G的后续演进
interconnection
IMT
-
2000
低
高
1
10
100
1000
峰值用户速率(Mb/s)
Enhanced
IMT
-
2000
Enhancement
IMT
-
2000
移动性
1
10
100
1000
Area Wireless Access
Enhanced
IMT
-
2000
Enhancement
Digital Broadcast Systems
Nomadic / Local Area Access Systems
New Nomadic / Local
超3G
超3G的新能力
New Mobile Access
第四代移动通信
超3G网络-各种互连的接入无缝网络
IMT
-
2000
WLAN
type
Cellular
2
nd
gen.
Short Range
Connectivity
Wireline
xDSL
other
entities
Digital
Broadcast
return channel
. cellular
download channel
New
Radio
Interface
Services and
Applications
IP based
Core Network
IMT
-
2000
WLAN
type
Cellular
2
nd
gen.
Short Range
Connectivity
Wireline
xDSL
other
entities
Digital
Broadcast
return channel
. cellular
download channel
New
Radio
Interface
Services and
Applications
IP based
Core Network
第四代移动通信
移动通信发展趋势（1）
广带化的趋势
提供最大150Mb/s传输速率的新的广带无线接入系统
移动广带系统（MBS）的研究
先进移动广带应用系统SAMBA：40GHz， 34Mb/s
专业及住宅多媒体广带MEDIAN CPN/LAN：60GHz , 150Mb/s
无线ATM网络演示WAND：5GHz ，20Mb/s
ATM无线接入通信系统AWACS：19GHz ，34Mb/s
卫星移动多媒体通信EHF SECOMS
ACTS广带通信联合试验和展示ACCORD
基于IP的广带接入无线网络（BRAIN）
无线室内灵活高比特速率Modem结构（WIND-FLEX）
自适应广带固定和移动无线接入网络光波束成形天线（OBANET）
高数据速率多媒体卫星广带接入（BRAHMS）
第四代移动通信
移动通信发展趋势（2）
网络互联/综合/重叠的趋势
提供固定和移动用户无缝的广带业务
互联或综合的子系统
移动广带系统（MBS）
固定无线接入（FWA）系统
广带卫星多媒体（BSM）
可支持高速移动的UMTS和GSM
第四代移动通信
移动通信发展趋势（3）
软件无线电的趋势
用户终端必须是可多模、多频带操作，而且必须能自动进行模式识别，并可在用户和网络指示下或根据用户及QoS要求，自适应地进行模式切换以及相应的一系列操作 ，这样的终端称为可配置终端
可配置终端
主要基于软件无线电技术
模式识别功能 ：盲识别和辅助识别
模式转换功能：终端和网络的重新配置，网络资源的重新分配
第四代移动通信
移动通信发展趋势（4）
灵活和自适应的发展趋势
灵活的资源管理结构：分布式结构
自适应的端到端QoS保证 ：多种RAT和网络
第四代移动通信
下一代移动通信将能满足如下需求：
(1)更快的通信速度
速度达到10 Mbit/s～20 Mbit/s，最高可以达到100 Mbit/s。
(2)更宽的网络频谱
每个信道将占有100 MHz的频谱，相当于WCDMA网络的20倍。
(3)更灵活的通信方式
终端从功能到式样将有更惊人的突破。
(4)更高的智能化
智能性更高，终端设备的设计和操作具有智能化
(5)更平滑的兼容性能
终端将具备全球漫游、接口开放、网络互连、终端多样化，以及能从2G、
(6)更高质量的多媒体通信
提供的无线多媒体通信服务将包括语音、数据、影像等，也可称为“多媒体移动通信”
(7)更低的通信费用
通过解决与3G的兼容性问题，从而使现有通信用户能轻易地升级；通过引入多项尖端通信技术，使下一代移动通信部署起来相对容易，将有效地降低运营成本。
第四代移动通信
下一代移动通信技术应具备如下特征：
(1)融合多种业务
各种业务应用、各种系统平台间的互连应更便捷、安全，更富有个性化。
(2)高速移动中的无缝连接
用户在高速移动中，能够按需接入系统，并在不同系统间无缝切换
(3)各种用户设备入网便捷
更多新的人机交互方式将会不断出现。
(4)网络高度智能化
网络应具有良好的重构性、可伸缩性、自组织性。
(5)软件平台趋于独立
软件平台趋于独立，从而加快实现计算机网、电信网、广播电视网和卫星通信网的融合。
第四代移动通信
下一代移动通信的接入系统
下一代移动通信接入系统的显著特点是智能化多模式终端基于公共平台。
下一代移动通信的主要接入技术
无线蜂窝移动通信系统
无绳系统(如DECT)
短距离接入系统(如蓝牙)
无线局域网(WLAN)系统
固定接入和无线环路系统
卫星系统
平流层通信(STS)
广播电视接入通信系统(如DAB和DVB-T)
有线系统(双绞线的xDSL和同轴线的CATV系统)
第四代移动通信
下一代移动通信的网络互连结构
第四代移动通信
下一代移动通信的网络分层结构
(1)分配层
主要由平流层通信、卫星通信和广播电视通信组成，服务小区范围较大，特别适合广播业务。另外，它们可与GSM、通用移动通信系统(UMTS)、公众交换电话网(PSTN)、综合业务数字网(ISDN)结合，由这些系统提供上行链路，而由广播电视接入通信系统提供宽带下载信道。
(2)蜂窝层
主要包括2G、、3G通信系统以及新的无线接口(用于提供更高速率的信息服务)，这些系统主要是为个人通信服务的，它们有较大的系统容量。
(3)热点小区层
主要由WLAN网络组成，服务范围集中在校园、社区、公司、机场、会议中心等，支持自适应的调制方式、不对称的数据通信以及高速的信号传输。
(4)个人网络层
主要应用于家庭、办公室等短距离应用环境，服务范围覆盖面积很小。不同的设备之间可以通过蓝牙、DECT等系统连接在一起。另外，这些系统也可以作为个人链路连接到其他的网络层或直接连接到媒体接入系统。
(5)固定层
主要指双绞线、同轴电缆、光纤组成的固定通信系统。固定无线接入或无线本地环路系统也可以归到这一类。它们主要提供高的系统容量，用以支持个人通信服务。
第四代移动通信
移动终端接入系统技术
在接入系统的物理层，优化信道调制、信道编码和信号传输技术，提高信号处理算法、信号检测和数据压缩技术，进一步改善频谱共享和天线技术，最大限度地开发利用有限频率资源。
在接入系统的高层协议方面，研究网络自我优化和自动重构技术、动态频谱分配和资源分配技术以及网络管理和不同接入系统间的协作，从而提高网络性能。
加强软件无线电技术，并优化无线电传输技术，如支持实时和非实时业务、无缝连接技术和网络安全技术，从而提高和扩展IP技术在移动网络中的应用。
第四代移动通信
下一代移动通信的软件系统
趋于标准化、复杂化、智能化，其首要任务是创建一个公共的软件平台，使不同通信系统和终端的应用软件通过此平台实现“互连互通”，并通过该软件平台，实现对不同通信系统和终端的管理和监控。
逐步采用Web服务模式，以取代现行的客户机/服务器(C/S)模式；新的计算机语言(如XML)将用于未来的这种基于Web的分布式服务；在网络安全上，将进一步保障通信网络的网络安全、数据完整和其他特殊需要。
新的业务、新的需求；终端用户漫游于不同的系统中时，需要做到系统间以及系统内部的无缝切换。这些都需对终端和网络节点进行重新配置，因而需要一个分布式的配置控制方式。
第四代移动通信
下一代移动通信系统配置结构
第四代移动通信
下一代移动通信的关键技术
信道传输与调制
信号传输
系统资源管理
软件无线电
智能天线
基于IP技术的网络结构
数字化数据交易
光网络
第四代移动通信
4G技术特点
高速率: 10Mbit/s。
灵活性强:自适应地进行资源分配
兼容性好:兼容目前的GSM、CDMA和TDMA
用户共存性:低、高速用户能够并存与互通
业务多样性:个人通信、信息系统、广播和娱乐等整体化
技术基础较好： OFDM、无线接入、软件无线电等
随时随地的移动接入：多媒体业务接入，随时随地接入
自治的网络结构：自动管理、动态改变自己的结构
第四代移动通信
4G网络结构
支持现有的系统和将来系统通用接入的基础结构
与Internet集成统一，移动通信网仅仅作为一个无线接入网；
具有开放、灵活的结构，易于扩展；
可重构的、自组织的、自适应网络；
智能化的环境，个人通信、信息系统、广播、娱乐等业务无缝连接为一个整体，满足用户的各种需求
用户在高速移动中，能够按需接入系统，并在不同系统无缝切换，传送高速多媒体业务数据；
支持接入技术和网络技术各自独立发展。
第四代移动通信
4G关键技术
4G关键技术
OFDM调制技术
软件无线电
智能天线（SA）：天线阵和相干无线收发信机
MIMO技术：空间复用增益和空间分集增益
第四代移动通信
4G发展趋势
从4G的发展前景看，除0FDM和智能天线等核心技术外还包含一些相关技术。
交互干扰抑制和多用户识别：
可重构性自愈网络：
微微无线电接收器：
无线接入网（RAN）
第四代移动通信
4G网络开始布署
从2011年开始，发达国家的无线运营商将开始布署4G，以提高网络速度，满足智能手机使用激增所带来的强烈的数据流量需求。
运营商将把LTE作为4G的首选技术，WiMAX受冷落。
4G网络旨在支持无线移动接入，具有非常高的数据传输速度。发达国家向4G网络过渡之际，网络的扩建活动正在接近尾声。
虽然日本、美国和西欧等地的无线运营商考虑在2011年推出4G服务，但发展中地区的运营商将继续投资完善3G网络。
对于拉美、中国、印度和其它发展中地区，无线通讯尚未扩展到许多农村地区，目前4G并不十分可行。
第四代移动通信
4G标准
WiMAX
LTE-Advanced
TD-LTE-Advanced
FDD-LTE-Advanced
第四代移动通信
4G LTE-Advanced
LTE Release 8
20MHz的通信带宽
下行峰值速率300Mbit/s
上行峰值速率80Mbit/s。
LTE Release 10（LTE-Advanced）
100MHz的通信带宽
空中接口的峰值速率1Gbit/s。
第四代移动通信
LTE技术发展
LTE技术发展
第四代移动通信
LTE-Advanced技术特点（1）
多址方式与资源分配
LTE采用OFDM技术为基础，根据上行和下行链路各自的特点，分别采用单载波DFT-SOFDM和OFDMA作为两个方向上多址方式的具体实现。
OFDM技术以子载波为单位进行频率资源的分配，LTE系统采用15kHz的子载波带宽，按照不同的子载波数目，可以支持，3，5，10，15和20MHz各种不同的系统带宽。
Release 10版本中将要引入的载波聚合技术，可以通过聚合5个20MHz的单元载波实现100MHz的全系统带宽
第四代移动通信
4G LTE-Advanced技术特点（1）
多址方式与资源分配
载波聚合
第四代移动通信
LTE-Advanced技术特点（2）
快速的分组调度
无线衰落信道在时间上和频率上是变化的，在LTE中采用1ms时间长度的TTI（传输时间间隔）结合12个子载波（180KHz）频率宽度，形成PRB（物理资源块）。
AMC（自适应编码调制）技术，形成资源的最佳利用。这样的自适应调度，从整个系统的角度实现资源优化的分配和利用，提高全系统性能。同时，灵活的调度也可以根据业务特点为单个用户提供合理的QoS保证，相关的机制已经成为所有新一代移动通信系统设计中的一项基本技术。
第四代移动通信
LTE-Advanced技术特点（3）
多天线技术
LTE Release 8版本支持下行最多4天线的发送，最大可以空间复用4个数据流的并行传输，在20MHz带宽的情况下，可以实现超过300Mbit/s的峰值速率。
在Release 10中，下行天线数目扩展到8个。峰值频谱效率提高一倍，达到30bit/s/Hz。上行也将引入MIMO的功能，支持最多4天线的发送，达到16bit/s/Hz的上行峰值频谱效率
第四代移动通信
4G LTE-Advanced技术特点（3）
多天线技术
第四代移动通信
4G LTE-Advanced技术特点（4）
中继技术
中继（Relay）技术是LTE将在Release 10版本中开始引入的另一项重要功能。
传统基站需要在站点上提供有线链路的连接以进行“回程传输”，而中继站通过无线链路进行网络端的回程传输，因此可以更方便地进行部署。
第四代移动通信
4G LTE-Advanced技术特点（4）
中继技术
第四代移动通信
国内6城市开展LTE规模试验
工业和信息化部(下简称“工信部”)去年12月底正式批复同意了准4G标准TD-LTE规模试验总体方案，将在上 海、杭州、南京、广州、深圳、厦门6个城市组织开展TD-LTE规模技术试验。
这6个开展TD-LTE研发的城市总规模达3060个基站，即每个城市500个左右。
从2011年一季度开始进行规模技术实验。
中国移动计划用6~12个月时间让TD—LTE在技术上达到商用水平，
第四代移动通信
OFDM技术
OFDM的基本原理
OFDM的关键技术
OFDM中的峰均比问题
OFDM系统中的同步技术
OFDM系统中的信道估计技术
OFDM多址接入技术
OFDM系统下的资源调度
OFDM技术
OFDM技术
OFDM(正交频分复用)技术实际上是MCM(Multi-Carrier Modulation，多载波调制)的一种。
主要思想是：
将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。
正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰(ICI)。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。
OFDM技术
单载波和多载波
OFDM技术
传统ODM多载波和OFDM多载波
OFDM技术
时延引起符号间干扰
插入循环扩展消除符号间干扰
OFDM发射接收系统
OFDM信号频谱
OFDM信号频谱
OFDM技术
OFDM系统的工作原理
OFDM技术
OFDM的类型
V-OFDM。
V-OFDM(vector orthogonal frequency division multiplexing)矢量正交频分复用，它使用空间分集技术，利用多重信号发射以提高带宽，通过使用特殊天线和信号处理来实现，天线接收信号再进行信号处理，使延迟信号合并变为更高的数据流，大多用于固定无线城域网(MAN)。
W-OFDM。
W-OFDM(Wideband orthogonal frequency division multiplexing)宽频带正交频分复用，标准的物理层调制技术。W-OFDM使用的是在正交信道之间引入额外频率空间，通过在W-OFDM数据的每一帧插入一些已知数据计算出传输信道的估计(传输函数)，并利用这个估计来纠正选频衰落的影响，更好地减少干扰，并且对OFDM传输中存在的一些问题有了更高的兼容度。
F-OFDM。
F-OFDM(Flash OFDM)能在移动环境下工作，是一种移动宽带接入Internet解决方案。F-OFDM在OFDM中引入快速跳频扩频技术，根据跳频图样来选择每个用户所用的子载波频率。这种系统在比OFDM所需频带更宽的频带上传输信号，将信号能量扩展到更宽频谱上，提高了信号的抗干扰能力。由于高速切换子载波，因而相邻节点可以使用相同频率的子载波，可提高频率利用效率。
MIMO-OFDM。
MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线和多通道，信号通过多重切割之后，经过多重天线进行同步传送。接收端同时采用多重天线接收，然后利用DSP重新计算的方式，根据时间差的因素，将分开的各信号重新组合，并且快速正确地还原出原来信号
OFDM技术
OFDM的优点
频谱利用率很高，频谱效率比串行系统高近一倍
抗多径干扰与频率选择性衰落能力强
采用动态子载波分配技术能使系统达到最大比特率
“注水定理”，亦即优质信道多传送，较差信道少传送，劣质信道不传送的原则
子载波的联合编码，可具有很强的抗衰落能力。
基于离散傅立叶变换(DFT)的OFDM有快速算法
OFDM技术
OFDM技术的两个缺陷（1）
对频率偏移和相位噪声很敏感。
OFDM技术
OFDM技术的两个缺陷（2）
峰值与均值功率比相对较大，这个比值的增大会降低射频放大器的功率效率。
OFDM技术
OFDM系统的关键技术
时域和频域同步
信道估计
信道编码和交织
降低峰均功率比
均衡
OFDM技术
OFDM系统的关键技术（1）
时域和频域同步
OFDM系统对定时和频率偏移敏感，特别是实际应用中可能与FDMA、TDMA和CDMA等多址方式结合使用时，时域和频率同步显得尤为重要。
与其它数字通信系统一样，同步分捕获和跟踪两个阶段。
在下行链路中，基站向各个移动终端广播式发同步信号，所以，下行链路同步相对简单，较易实现。
在上行链路中，来自不同移动终端的信号必须同步到达基站，才能保证子载波间的正交性。基站根据各移动终端发来的子载波携带信息进行时域和频域同步信息的提取，再由基站发回移动终端，以便让移动终端进行同步。
OFDM技术
OFDM系统的关键技术（2）
信道估计
在OFDM系统中，信道估计器的设计主要有两个问题：
导频信息的选择。由于无线信道常常是衰落信道，需要不断对信道进行跟踪，因此导频信息也必须不断的传送。
既有较低的复杂度又有良好的导频跟踪能力的信道估计器的设计。在实际设计中，导频信息选择和最佳估计器的设计通常又是相互关联的，因为估计器的性能与导频信息的传输方式有关。
OFDM技术
OFDM系统的关键技术（3）
信道编码和交织
对于衰落信道中的随机错误，可以采用信道编码；
对于衰落信道中的突发错误，可以采用交织。
实际应用中，通常同时采用信道编码和交织，进一步改善整个系统的性能。
在OFDM系统中，如果信道衰落不是太深，均衡是无法再利用信道的分集特性来改善系统性能的，因为OFDM系统自身具有利用信道分集特性的能力，一般的信道特性信息已经被OFDM这种调制方式本身所利用了。但是，OFDM系统的结构却为在子载波间进行编码提供了机会，形成COFDM方式。编码可以采用各种码，如分组码、卷积码等，卷积码的效果要比分组码好。
OFDM技术
OFDM系统的关键技术（4）
降低峰均功率比
由于OFDM信号时域上表现为个正交子载波信号的叠加，当这个信号恰好均以峰值相加时，OFDM信号也将产生最大峰值，该峰值功率是平均功率的倍。尽管峰值功率出现的概率较低，但为了不失真地传输这些高峰均功率比（Peak to Average Power Ratio, PAPR）的OFDM信号，发送端对高功率放大器（HPA）的线性度要求很高且发送效率极低，接收端对前端放大器以及A/D变换器的线性度要求也很高。因此，高的PAPR使得OFDM系统的性能大大下降甚至直接影响实际应用。
为了解决这一问题，人们提出了基于信号畸变技术、信号扰码技术和基于信号空间扩展等降低OFDM系统PAPR的方法。
OFDM技术
OFDM系统的关键技术（5）
均衡
均衡的实质是补偿多径信道引起的码间干扰，而OFDM技术本身已经利用了多径信道的分集特性，因此在一般情况下，OFDM系统就不必再做均衡了。
在高度散射的信道中，信道记忆长度很长，循环前缀CP（Cyclic Prefix）的长度必须很长，才能够使ISI尽量不出现。但是，CP长度过长必然导致能量大量损失，尤其对子载波个数不是很大的系统。这时，可以考虑加均衡器以使CP的长度适当减小，即通过增加系统的复杂性换取系统频带利用率的提高。
OFDM技术
OFDM应用 （1）
数字音频广播（DAB）
数字音频广播（DAB）标准是第一个正式使用OFDM的标准。
DAB是在现有模拟AM和FM音频广播的基础上发展起来的，它可以提供更优质的语音质量、更新的数据业务以及更高的频谱效率，它所提供的语音质量可以与CD音质相媲美。
使用OFDM主要的原因OFDM技术可以有效地解决多径时延扩展问题。
使用OFDM的一个重要原因就是可以使用单频网络，这样就可以大大提高系统的频谱效率。在单频网络中，用户从不同的接收机同时接收相同的信号。
OFDM技术
OFDM应用（2）
数字电视广播（DVB）
地面DVB通过两种模式利用OFDM，即分别采用子载波个数为1705和6817的OFDM技术，根据两种子载波数量所需要的FFT/IFFT的规模，这两种模式也分别被当作2k模式和8k模式。存在两种模式的主要原因在于人们对8k子载波模式存有疑虑，而2k系统是8k系统的简化版本，其中只需要1/4的子载波数量。由于保护间隔也缩小了四倍，因此在单频网络内，2k系统处理时延扩展以及发射机之间传输差异的能力就要下降。8k系统的FFT长度为896μs，而保护间隔可以介于28μs到224μs之间。而2k系统内的相应取值都要缩小4倍。
OFDM技术
OFDM应用（3）
Magic WAND
Magic WAND（无线ATM网络演示设备）是欧洲ACTS（高级通信技术和服务器）项目中一个组成部分。Magic WAND研制人员在OFDM调制的基础上，设计实施ATM网络。这一设计方案为5GHz频段内的标准化工作带来巨大的影响。首先，通过采用基于OFDM的调制解调器，使OFDM得到了广泛的认可，使其可以作为高速无线通信中的可变速率调制类型。其次，Magic WAND中基于ATM的无线方案构成HIPERLAN/2标准中的数据链路层的基础。
OFDM技术
OFDM应用（4）
IEEE 802 11、HIPERLAN/2和MMAC无线局域网标准
WLAN系统的一个典型例子就是Lucent公司的WaveLAN，其早期系统在900MHz或24GHz频段中采用直接序列扩频（DSSS）或跳频扩频（FHSS）的物理层技术，提供2Mbit/s的数据传输速率，现在的系统能提供55Mbit/s和11Mbit/s的速率，甚至实现54Mbit/s的传输速率。WaveLAN的LLC子层使用CRC校验，MAC子层使用带有冲突避免的载波监听多址接入技术（CSMA/CA），并且可以与以太网兼容。
OFDM技术
OFDM应用（5）
非对称数字用户线（ADSL）
数字音频广播（DAB）标准是第一个正式使用OFDM的标准。ADSL是由Bellcore的Joe Lechleider于20世纪80年代末首先提出的利用电话网用户环路中的铜双胶线传送双向不对称比特率数据的方法。
OFDM技术
MIMO技术
MIMO用于通信系统的概念早在20世纪70年代就有人提出，但是对无线移动通信系统MIMO技术产生巨大推动的奠基工作则是20世纪90年代由AT&T Bell实验室学者完成的。
1995年Teladar给出了在衰落情况下的MIMO容量；
1996年Foshini给出了一种MIMO处理算法——D-BLAST(Diagonal-BLAST，对角BLAST)算法；
1998年Tarokh等讨论了用于MIMO的空时码；
1998年Wolinansky等采用V-BLAST(Vertical-BLAST，垂直BLAST)算法建立了一个MIMO实验系统，在室内试验中达到了20bps/Hz以上的频谱利用率。
类别：
SISO(Single-Input Single-Output)
SIMO(Single-Input Multiple-Output)
MISO(Multiple-Input Single-Output)
MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)
MIMO技术
MIMO技术
提高信道的容量
利用MIMO信道提供的空间复用增益，
提高信道的可靠性，降低误码率
利用MIMO信道提供的空间分集增益。
ML算法具有很好的译码性能，但是复杂度比较大，对于实时性要求较高的无线通信不能满足要求。
ZF算法简单容易实现，但是对信道的信噪比要求较高。
性能和复杂度最优的就是BLAST算法。该算法实际上是使用ZF算法加上干扰删除技术得出的。
目前MIMO技术领域另一个研究热点就是空时编码。常见的空时码有空时块码、空时格码。空时码的主要思想是利用空间和时间上的编码实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率。
MIMO技术
MIMO技术的研究热点（1）
MIMO信道的建模和仿真
MIMO信道大多数情况下都具有一定的空间相关性，而不是相互独立的。
3GPP和3GPP2推荐的链路级MIMO信道的建模方法有两个：
基于相关(Corrlration-Based)的方法
基于子径(EAGC-A14H)的方法。
MIMO技术
MIMO技术的研究热点（2）
MIMO系统的天线选择技术
最优天线子集选择技术
选择准则也可分为两种：
最大化多天线提供的分集来提高传输质量；
最大化多天线提供的容量来提高传输效率。
MIMO技术
MIMO技术的研究热点（3）
MIMO系统的信号处理
空分多址(SCDMA)
典型的“最佳问题”
功率受限时的容量问题(最大化和信息速率)
或用以满足每个用户特定QoS的功率控制问题(最小化发射功率)
闭环解决方案
块对角化
逐次最优化
波束成形法
结合空时编码
MIMO技术
MIMO技术的研究热点（4）
多天线系统在多址信道中的容量分析
非线性优化问题
采用传统的凸优化的方法虽然可以得到解决，但是计算量会非常庞大，必须寻找简单快速的方法。在某些特殊情况下，比如，多用户和容量(所有用户的速率加权值一样)的优化问题，
高斯矢量多址信道，采用标准算法会非常复杂，即使利用矩阵行列式最优化算法也会非常复杂。
MIMO技术
MIMO技术的研究热点（5）
天线在广播信道中的容量分析
对于可退化(degraded)的广播信道，比如单天线的广播信道，其容量域以及各个用户的速率分配方法已经得到了解决。，
由于存在天线间和用户间干扰，所以多天线广播信道属于非退化(non-degraded)的广播信道，并且其容量域一直不明确。
DPC(脏纸编码)技术是解决多天线广播信道容量域的关键
波束成形(BF)技术通过在发送端设计加权矢量使不同用户的信号完全正交
联合信道对角化
扰动的预信道均衡
MIMO技术
MIMO技术的研究热点（6）
MIMO技术与OFDM技术的结合
OFDM传输系统中采用阵列天线实现空间分集，提高了信号质量。
利用时间、频率和空间三种分集技术，使无线系统对噪声、干扰、多径的容限大大增加。
实现两者结合的关键技术包括：发送分集、空间复用、接收分集和干扰消除、软译码、信道估计以及同步。
MIMO技术
多用户MIMO
多用户MIMO信道模型
上行链路通常被称作多址接入信道（MAC），所有用户工作在相同的频段上，向同一个基站发送信号，然后基站通过适当的方法来区分用户数据。问题：多用户检测（MUD）
下行链路则为广播信道（BC）。基站将通过处理的数据串并转换成多个数据流，每一路数据流经脉冲成形、调制，然后通过多根天线同时发送到无线空间，每一个接收天线接收到的是基站发送给所有通信用户的信号与干扰噪 声的叠加。问题：多址干扰（MAI）。
用户一般能够知道自己的信道状态信息，却很难获得其他用户的信道信息，而获得其他用户信道信息需要付出很大的代价。因此一般都是由基站在发射信号前做信号预处理（比如波束成形），以消除、抑制干扰或者在接收到信号之后进行后处理来区分用户。
多用户MIMO系统的容量是一个多维的区域。对于K个用户，信道容量区域则用K维的容量来表示。
MIMO技术
多用户MIMO
收发两端的信号处理
由于多用户MIMO系统使用同一频段，故可以应用除频分多址（FDMA）之外的其他多址接入方式。其中，时分多址（TDMA）频谱效率较低，码分多址（CDMA）需要消耗大量的码资源，而空分多址（SDMA）没有这两个缺点。同时，多用户MIMO的多天线也能够很好地满足空分多址对空间维数的要求，因此空分多址（SDMA）成为多用户MIMO系统的一种重要的多址方式。
以多用户MIMO下行链路为例，其空时处理方法主要有线性和非线性两种。线性处理方法包括信道求逆法、块对角化（BD）算法等。非线性处理方法即污纸编码（DPC）主要有QR分解、网格编码等。
MIMO技术
多用户MIMO
网络调度
考虑实际网络的应用将引出很多与调度问题相关的问题。对于广播信道，当大量用户通过快速时变信道共享一个网络的时候，基站通过用智能调度算法改进信道。一种方法就是以系统吞吐量最大化为目标，即在用户信道容量达到最大的时候向其发射信息，这就需要考虑网络中哪些用户在某一时刻被组合在一起同时进行通信。用户组内利用空分多址接入，而组与组之间用其他接入方式，因此也必须考虑用户之间的空间相关性。
另外，如果要兼顾有效性和公平性，问题就更加复杂了，必须整体考虑，找一个折衷点。
MIMO技术
多用户MIMO
存在的问题——复杂度与性能的折衷
虽然多用户通信的传统领域已经被充分研究过了，但在无线网络中引入多天线之后，问题又变得复杂起来了。多用户MIMO具有很多优点，比如利用多天线的复用增益来扩大系统的吞吐量，利用多天线的分集增益来提高系统性能，利用天线的方向性增益来区分用户而消除用户间的干扰等等。然而，如果联系实际应用的实现问题，则必须把算法实现的复杂度也考虑进来，需要在性能和复杂度之间找一个折衷点。复杂度可以说是多用户MIMO技术所带来的众多优点所必需付出的代价。前面提到的空时处理方法和网络调度都面临着同样的问题。
MIMO技术
MIMO-OFDM系统
MIMO-OFDM系统模型
MIMO-OFDM系统中的时频同步
MIMO-OFDM信道估计
MIMO-OFDM系统中的空时编码技术
MIMO-OFDM系统中的纠错编码
天线与波束选择
MIMO-OFDM技术
MIMO-OFDM系统模型
MIMO-OFDM系统模型
发射端（N个发射天线）工作流程如下：输入的数据符号流经串/并电路分成N个子符号流，采用信道编码技术对每个符号流进行无失真压缩并加入冗余信息，调制器对编码后的数据进行空时调制；调制后的信号在IFFT电路中实现OFDM调制处理，完成将频域数据变换为时域数据的过程，然后输出的每个OFDM符号前加一个循环前缀以减弱信道延迟扩展产生的影响，每个时隙前加前缀用以定时，这些处理过的OFDM信号流相互平行地传输，每一个信号流对应一个指定的发射天线，并经数模转换及射频模块处理后发射出去。
接收端进行与发射端相反的信号处理过程，首先通过接收端的M根接收天线接收信号，这些信号经过放大、变频、滤波等射频处理后，得到基带模拟接收信号;并分别通过模数转换将模拟信号转换为数字信号后进行同步，在去循环前缀后通过FFT解调剩下的OFDM符号;此时，时延数据变换成为频域数据，接下来在频域内，从解调后的OFDM符号中提取出频率导频，然后通过精细的频率同步和定时，准确地提取出导频和数据符号，实现数据还原。
MIMO-OFDM技术
MIMO系统框图
MIMO-OFDM技术
MIMO-OFDM发射端的简明方框图
MIMO-OFDM发射端的简明方框图
MIMO-OFDM技术
MIMO-OFDM接收端的简明方框图
MIMO-OFDM接收端的简明方框图
MIMO-OFDM技术
带自适应方案的MIMO-OFDM
MIMO-OFDM技术
MIMO-OFDM关键技术（1）
MIMO空时信号处理技术
空时编码技术
空时编码技术在发射端对数据流进行联合编码以减小由于信道衰落和噪声所导致的符号错误率，通过在发射端的联合编码增加信号的冗余度，从而使信号在接收端获得最大的分集增益和编码增益;但它的缺点是无法提高数据传输速率。一般而言，空时编码包括空时格码(STTC: Space-Time Trellis Code)和空时分组码(STBC:Space-Time Block Code)。空时格码可以实现满分集增益，并且具有相应的编码增益，抗衰落性能比较好。空时分组码也可以获得满分集增益，而且这种技术只需在接收端进行简单的线性处理，大大简化了接收机的结构。
空间复用技术
空间复用是通过不同的天线尽可能多地在空间信道上传输相互独立的数据。MIMO技术的空间复用就是在接收端和发射端使用多个天线，充分利用空间传播中的多径分量，在同一信道上使用多个数据通道（MIMO子信道）发射信号，从而使得信道容量随着天线数量的增加而线性增加。这种信道容量的增加不占用额外的带宽，也不消耗额外的发射功率，因此是增加信道和系统容量的一种非常有效的手段。
MIMO-OFDM技术
MIMO-OFDM关键技术（2）
同步
对于无线通信来说，无线信道存在时变性，在传输中存在的频率偏移会使MIMO-OFDM系统子载波之间的正交性遭到破坏，相位噪声对系统也有很大的损害。
由于发送端和接受端之间的采样时钟有偏差，每个信号样本都一定程度地偏离它正确的采样时间，此偏差随样本数量的增加而线性增大，尽管时间偏差会破坏子载波之间的正交性，但是通常情况下可以忽略不计。当采样错误可以被校正时，就可以用内插滤波器来控制正确的时间进行采样。
相位噪声有两个基本的影响，其一是对所有的子载波引入了一个随机相位变量，跟踪技术和差分检测可以用来降低共同相位误差的影响;其次也会引入一定量的信道间干扰，因为相位误差导致子载波的间隔不再是精确的1/Ｔ了。
同步算法，
利用奇异值分解的ESPRIT同步算法和ML估计算法，
其中ESPRIT算法虽然估计精度高，但计算复杂、计算量大;而ML算法利用OFDM信号的循环前缀，可以有效地对MIMO-OFDM信号进行频偏和时偏的联合估计，而且与ESPRIT算法相比，其计算量要小得多。
MIMO-OFDM技术
MIMO-OFDM关键技术（3）
信道估计
在MIMO-OFDM系统中，发送端编码和接收端信号检测都需要真实准确的信道状态信息。信道状态信息的准确性将直接影响着MIMO-OFDM系统的整体性能。然而对于MIMO-OFDM系统，不同的信号同时从不同的天线发射出去，对于每一个天线、每一个子载波都会对应很多个信道参数，信道参数太多，对信道估计带来了较大的困难。但对于不同的子载波，同一空分信道的参数是相关的，我们可以利用这一相关特性得到参数的估计方法。
MIMO-OFDM技术
MIMO-OFDM关键技术（3）
基于导频的信道估计：
通过在发送的OFDM符号中插入导频（块状导频、梳状导频）信号，接收端根据导频位置处的接收信号估计出导频位置处信道频率响应，然后再根据内插算法计算出整个信道的频率响应。典型的算法有：最小二乘（LS）算法，线性最小均方误差（LMMSE）算法和最大似然（ML）算法。此类方法估计误差小，收敛速度快，对该算法的研究最成熟，但由于要发送导频或训练序列，需占用一定的系统资源。
盲信道估计：
利用信道的统计信息诸如循环平稳特性等进行信道估计。由于无需传输导频信号和训练序列，从而节约了开销，提高了系统的有效数据传输效率，但此类算法处理数据量大，算法复杂，收敛速度慢，在实际中很少使用。
半盲信道估计：
它使用尽量少的导频信号或训练序列来确定盲信道估计算法所需的初始值，然后利用盲估计算法进行跟踪、优化，最后获得信道参数。该算法是导频辅助算法和盲估计算法之间的一个折衷。半盲估计算法降低了盲估计算法的运算复杂度，并加快了其收敛速度，预计对半盲估计算法的研究将成为未来研究的重点。
MIMO-OFDM技术
MIMO-OFDM关键技术（4）
信道纠错编码
常用的编码方法：卷积码、分组码
Turbo码可获得比传统级连码更大的编码增益，被认为是大编码存储卷积码或传统级连码的替代方案。但是，对于使用Turbo的系统来说，其解码的复杂度远高于编码的复杂度，无线通信系统要求的是一个复杂度很低的终端，以尽量节省系统成本。于是，解码复杂度低的LDPC编解码技术开始大量运用。
LDPC（低密度奇偶校验码）是一类可以用非常稀疏的Parity-check（奇偶校验矩阵）或Bi-Partite graph(二分图)定义的线性分组纠错码。其特点是：性能优于Turbo码，具有较大的灵活性和较低的差错平底特性（error floors）；描述简单，对严格理论分析具有可验证性；译码复杂度低于turbo码，且可实现完全的并行操作；硬件复杂度低，因而适合硬件实现；吞吐量大，极具高速译码潜力。因此，结合LDPC的无线通信系统必将获得更好的性能。
MIMO-OFDM技术
软件无线电技术
软件无线电的来由
美军统一其战术通信系统的动机及实践，开发出了 美国陆军的战术通信系统JTRS （Joint Tactical Radio System）及空军的SPEAKeasy。并由此 发展出了软件无线电的概念：一部无线通信机，其通信功能由软件来实现。同样的硬件，输入不同的软件，就具有不同的通信功能，这样就可以使不同单位的不同制式的通信机可以互通。
九十年代软件无线电开始进入民用通信系统, 例如Vanu的软件无线电基站。
软件无线电论坛 （SDR Forum）--一个非盈利的推动软件无线电技术发展的国际组织，给出的软件无线电的定义：“一个无线电系统中，天线以后就数字化，对信号的所有的必要的处理都由存放在高速数字信号处理器中的软件来完成”。
软件无线电技术
理想的软件无线电
软件无线电技术
传统的无线通信机
软件无线电技术
过度型的软件无线电
软件无线电技术
采用软件无线电的好处
对用户：
一机多功能，可以与各种制式的通信系统通信
可以做到真正的环球漫游。
对于通信营运商
可以减少营运开销。
当无线终端需要升级或改进时，无须召回，只要让用户下载新的软件就可以了。
对通信设备制造商
增加了通信系统的服务功能， 可以开拓更多的商机。
对于专用通信系统
各种不同功能的专用系统用户数有限，因此价格很高。采用软件无线电后，不仅得到各系统可以互通的好处，而且由于统一了硬件，扩大了市场，价格也会下降。
对于军队
由于军内各不同单位采用不同的通信设备，互通很难。有时一部通信指挥车上要有几部不同的通信系统的通信机，造成电子兼容问题。一部软件无线电可以和各种不同制式的通信机通信，可以方便各军事单位的联系。如果全军都采用软件无线电，所有通信机采用同一硬件，用软件实现不同功能，从而降低通信系统的采购成本。
软件无线电技术
实现软件无线电的关键技术
软件无线电能够普及使用在技术上要做到三点:
(1)A/D转换器要尽量的靠近天线。
(2)用软件处理取代硬件处理。
(3)数字信号处理尽量用通用微处理器替代专用集成电路，以降低成本
满足上面第一， 第二条要求，1。要有频带又宽，尺寸又小，效率又高，价格又便宜的天线，这样的天线目前尚不存在。2。要有宽频带，低噪声，线性性能好，价格便宜的前置放大器。3。要有工作频率高，采样速度快，分辨率高，功耗低，价格又便宜的A/D转换器。满足第三条要求，要求有速度快，功耗低，价格便宜的通用DSP 或CPU。
这些技术都没有达到理想软件无线电所要求的性能，所以目前不存在理想型的软件无线电系统，只有过渡型的软件无线电系统。
即使是过渡型的，民用产品也只有基站，没有手机，因为功耗及价格问题都还没有解决。
软件无线电技术
关键技术的现状和进展
天线和射频前置放大器：
目前尚没有工作频段覆盖整个软件无线电所需覆盖频段的器件，预测不久就会有合适的器件问世。
微电子机械系统 (Microelectromechanical system), 简称MEMS
可以帮助实现宽带天线和前置放大器的要求。
MEMS 是采用生产集成电路的同样技术生产的微型机械部件。因此一致性很好。
MEMS 可以做成各种微型机械部件，应用非常广泛。
MEMS可以做成微型开关，和微型谐振腔滤波器，和微型天线。MEMS组成的天线库，开关库，滤波器库可以组成体积不大的，可以覆盖很宽频带的天线和前置放大器。
软件无线电技术
关键技术的现状和进展
MEMS开关
软件无线电技术
MEMS应用方案
Adjustable MEMS Antenna
MEMS Switches
MEMS Switchable Impedance Matching Circuit
High-Q MEMS Filter for Band 1
High-Q MEMS Filter for Band 2
High-Q MEMS Filter for Band N
Software Control
LO
ADC
To Baseband Processing
软件无线电技术
认知无线电
软件无线电的未来
软件无线电的未来发展是认知无线电 （Cognitive Radio）。简称CR。
认知是一种高度智能化的通信技术，它可以自己学习周围的环境，自己取得适当的软件，自己选择最佳频段，最佳的，适合通信环境的制式进行通信。
软件无线电技术
认知无线电
FCC:
一个无线电系统的各种参数是由关于系统所在的周围的环境的信息来决定。
NTIA：
一个无线电系统，能够感知它周围的电磁环境，能够动态地，自动地，调整它的工作参数来修改它本身的工作状态。
科技界的广义定义：
自适应，多维探查，自治的无线电系统，它可以从它的经历中学习，可以推理，作计划，并决定它的未来行动，以满足用户的需要。
软件无线电技术
认知无线电
软件无线电技术
CR的特性
自适应：
调整传播参数
感觉（觉察）：
获取并保存关于自身功能的知识，内部网络的状态，外部数据（例如应用频谱，规则），和用户的需要。
推理：
应用推理（案例为基础，模型为基础），基于本体及观察来调整自适应目标和对新的情况作出反应。
学习：
结合过去的表现去重新认知各种状态并且在任何时候都为达到目标作出快速反应。
计划：
基于过去和现在的状况，预测未来所要采取的行动。
网络：
联系自己经验和其他更多的经验以达到正确的决定。
软件无线电技术
CR的主要组成功能
CR的主要组成功能
软件无线电技术
网络融合的背景和需求
中国的电信网络已形成多个相对独立的网络
固定电话网、移动网、有线电视网、网、Internet网等，这些网络格局纵向独立，每种不同网络有其特定的网络资源组成方式，并基于这些网络资源提供特定的功能和业务。
这种“一种业务，一种网络”的网络格局已逐渐暴露其固有的弊端：多种复杂的协议、复杂的网络共存；网络管理和维护成本很高；不利于网络资源尤其是传输资源的共享；不便于跨网络多功能综合业务的提供。
从业务需求角度看，固定话音业务逐渐萎缩，移动和数据业务快速增长，用户对个性化、多样化业务需求不断增强。从未来发展角度看，多种网络融合后，用户可使用任一终端(移动台、PDA、PC等)通过任一方式接入网络(WLAN、DSL、GPRS等)，而且号码可唯一、帐单可唯一，非常方便灵活；对于网络运营商或业务提供商来说，可以提供丰富、统一的业务，便于市场细分，扩大客户群和提高客户忠诚度，降低建设和运维成本；对于设备提供商来说，优化其研发进程、便于软、硬件的重用，能够提供更好、更丰富的通用的产品。
网络融合技术
网络融合的趋势
支持高速移动的第三代移动通信网与宽带无线局域网技术(UWB、WiMax)的融合；
IP网络与有限电视网的融合；
有线网络与无线网络的融合。
网络融合技术
融合方案
统一计费和用户管理
这是最简单的互连方案，WLAN与3G之间的连接是单一的客户关系。对于3G和WLAN接入服务，用户只需从移动运营商那里收到一张话单。WLAN和3G系统的安全级别相互独立，对3GPP规范不会有任何新的要求。
WLAN接入控制和计费
这种方案由3G系统提供认证、鉴权和计费(AAA)，确保用户在接入时感觉不到较大的差别。
WLAN接入3G网络分组域业务
该方案允许通过WLAN接入方式接入到3GPP系统的分组交换(PS)业务，例如IP多媒体子系统(IMS)业务、基于位置服务(LABS)业务、即时消息、多媒体广播/多播业务(MBMS)以及以上几种业务的组合业务。但是，对于3G系统和WLAN之间的业务连续性不做要求。
业务一致性和连续性
在处理WLAN与3G两种接入技术切换时，能够保持3G分组交换域所支持的业务。该方案不仅提供WLAN与3G之间的切换，而且提供WLAN子网之间切换时的业务连续性。
无缝的分组域业务切换
在两种接入技术之间提供无缝连续业务，即在不同接入技术之间切换时，使数据丢失和中断时长最小。 f)WLAN接入3G网络电路域业务 通过电路交换(CS)型WLAN接入方式，允许接入到3G电路交换业务，同时提供无缝的电路交换移动性管理。
网络融合技术
三网融合 ？
电信网
计算机网
有线电视网
电力通信网？
PLC
电力猫：85M/200M
网络？光纤
网络融合技术
