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未來無線通信領域的新技術( 二 )


與單載頻調(diào)制制式相比,OFDM如要成為4G寬帶多媒體無線通信系統(tǒng)的調(diào)制制式,需要解決其存在的一些缺點,如:相對大的峰均功率比(PAPR)降低射頻(RF)放大器的效率;多載頻系統(tǒng)對頻率位移和相位噪聲敏感,收發(fā)雙方間的頻率抖動和多普勒頻移會引起互載頻干擾(ICI),降低系統(tǒng)性能 。上述缺點限制了OFDM的應用,1996年歐洲通信標準化組織(ETSI)曾把OFDM引入HiperLAN/1標準,最近又將其從標準中刪除 。

1.2 超寬帶
超寬帶(UWB)也可稱為脈沖無線電 。UWB采用寬度在納秒級的快速上升和下降脈沖進行調(diào)制,脈沖覆蓋的頻譜從直流至吉赫茲,不須常規(guī)窄帶調(diào)制所需的RF頻率變換,脈沖成型后可直接送至天線發(fā)射 。圖1所示為UWB雙態(tài)高斯脈沖和頻譜圖 。
UWB雙態(tài)高斯脈沖峰與峰(Tp-p)之間的時間間隔在10~100 ps之間 。頻譜外形可通過甚窄持續(xù)單脈沖外形和天線負載特征來調(diào)整 。UWB信號在時間軸上是稀疏分布的,其功率譜密度相當?shù)?,RF可同時發(fā)射多個UWB信號 。UWB信號類似于基帶信號,可采用開要害控(OOK)對映脈沖鍵控、脈沖振幅調(diào)制或脈位調(diào)制 。
基于UWB的超寬頻譜,F(xiàn)CC在2002年公布UWB可用于精確測距、金屬探測、新一代WLAN和無線通信 。為保護GPS、導航和軍事通信頻段,UWB被限制在3.1~10.6 GHz頻段和低于41 dB的發(fā)射功率 。1.3 空時調(diào)制編碼
目前,在許可頻段上已不能滿足無線數(shù)據(jù)業(yè)務增長的需求,頻譜資源緊缺,必須增加通信容量來滿足需求 。增加通信容量的方案有:
以增加基站站數(shù)的代價把小區(qū)分隔成微小區(qū) 。利用天線開發(fā)空時調(diào)制編碼處理 。采用多輸入多輸出(MIMO)天線結(jié)構 。
后兩種方案相比第1種小區(qū)分隔方案,可以較低代價明顯地改進頻譜利用率,提高系統(tǒng)容量和覆蓋面積 。多徑衰落信道影響無線鏈路傳輸?shù)目煽啃?,對從時域、頻域、空域和極化域獲得的信號進行分集是解決多徑衰落的有效方法 。移動通信的分集往往注重對從移動終端到基站的上行鏈路進行分集,隨著2.4 GHz和5 GHz等更高頻段的開發(fā),天線陣列單元間隔要求不像以前那樣嚴格,不會明顯影響移動終端尺寸,可把分集的壓力部分轉(zhuǎn)移至發(fā)射機上 。3GPP和3GPP2確定了基站和移動終端的發(fā)射分集,來提高下行鏈路的數(shù)據(jù)傳輸率 。
開環(huán)發(fā)射分集的空時分組碼(STBC)使數(shù)據(jù)在時間上擴展以提供時間分集,使收發(fā)信機采用多天線提供空間分集,利用分集增益和編碼增益共同改進頻譜利用率 。STBC中合成信號送至最大似然檢測器,其效果等效于單發(fā)射天線雙接收天線最大比接收的組合結(jié)構(MRRC) 。開環(huán)發(fā)射分集的另一形式為時延分集,發(fā)射符號在時延遞增下均等地分配給各天線,接收機的均衡器利用練習序列抵消信道失真,采用多時延組合接收分集結(jié)構 。
閉環(huán)發(fā)射分集的接收機需要把反饋信息提供給發(fā)射機,并選擇最佳信號或復制信號來抵消即時信道失真 。閉環(huán)發(fā)射分集優(yōu)于開環(huán)發(fā)射分集,一般用于移動終端 。
收發(fā)雙方應用多天線的MIMO也能滿足高速無線數(shù)據(jù)業(yè)務要求 。收發(fā)雙方的空間分集將是下一代高容量無線通信系統(tǒng)采用技術之一 。貝爾實驗室的分層次空時(BLAST)又稱為對角BLAST(D-BLAST),為MIMO抗多徑干擾的一種形式 。DBLAST容量的增加為收發(fā)雙方最小天線數(shù)的函數(shù),與時延分集一樣,不須信道編碼 。利用多發(fā)射天線和多接收天線,所構成的跨時域和空域的擴展信號可以反抗多徑干擾 。圖2為BLAST收發(fā)信機原理框圖 。
為降低BLAST結(jié)構的復雜性,收發(fā)信機采用遞推“分離和抵消”算法 。BLAST的研究方向集中在優(yōu)化練習序列、檢測算法以及BLAST與編碼的組合上 。而垂直BLAST(V-BLAST)天線之間沒有碼循環(huán)現(xiàn)象,接收機的分離和抵消算法為選擇最佳信噪比(SNR)線性加權接收信號的遞推算法 。這就大大簡化了接收處理,使V-BLAST成為下一代移動和室內(nèi)通信的備選方案 。許多未來無線系統(tǒng)計劃采用空時處理技術,例如IEEE 802.16.3寬帶固定無線接入標準的物理層把空時碼作為內(nèi)碼,RS碼作為外碼;歐洲WIND-FLEX項目研究空時處理用于室內(nèi)64~100 Mb/s的無線自適應MODEM 。數(shù)據(jù)速率20 Mb/s、帶寬效率提高20%的空時碼是4G重要技術之一 。

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