IMT-Advanced無(wú)線空中接口關(guān)鍵技術(shù)

摘要　IMT-Advanced標(biāo)準(zhǔn)化工作已經(jīng)迫在眉睫，本文介紹了IMT-Advanced的幾個(gè)代表性物理層技術(shù)方向，包括多址技術(shù)、多天線技術(shù)、調(diào)制和編碼、小區(qū)間干擾抑制技術(shù)、中繼技術(shù)、廣播組播技術(shù)等，討論了在這些技術(shù)方向上幾個(gè)可能的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

1、國(guó)際B3G研究工作進(jìn)展

B3G技術(shù)的研究從20世紀(jì)末3G技術(shù)完成標(biāo)準(zhǔn)化之時(shí)就開(kāi)始了。2006年，ITU-R已經(jīng)正式將B3G技術(shù)命名為IMT-Advanced技術(shù)（3G技術(shù)名為IMT-2000）。根據(jù)原定的工作計(jì)劃，IMT-Advanced標(biāo)準(zhǔn)化已經(jīng)“近在眼前”。ITU-R將在2008年2月向各國(guó)發(fā)出通函，向各國(guó)和各標(biāo)準(zhǔn)化組織征集IMT-Advanced技術(shù)提案。IMT-Advanced技術(shù)需要實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)率和更大的系統(tǒng)容量，目標(biāo)峰值速率為：低速移動(dòng)、熱點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景下1 Gbit/s以上，高速移動(dòng)、廣域覆蓋場(chǎng)景下100 Mbit/s。

國(guó)際上針對(duì)IMT-Advanced的研究已經(jīng)取得了一系列重要的進(jìn)展。日本NTT DoCoMo公司已經(jīng)通過(guò)4×4和12×12天線MIMO（多進(jìn)多出）技術(shù)在100 MHz帶寬下分別驗(yàn)證了1 Gbit/s（室外試驗(yàn)）和5 Gbit/s的峰值傳輸速率，在硬件實(shí)現(xiàn)方面處于世界領(lǐng)先位置。歐盟第6框架研究項(xiàng)目WINNER自2004年啟動(dòng)以來(lái)。吸引了歐洲各主要通信設(shè)備商，第一階段（Phase Ⅰ）已于2005年底完成，就各種B3G關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了廣泛的調(diào)研，形成了系統(tǒng)化的結(jié)論。將于2007年底完成的第二階段（Phase Ⅱ）將完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)和性能評(píng)估過(guò)程，形成完善的技術(shù)方案。2008年開(kāi)始的第三階段（Phase Ⅲ）將進(jìn)行演示系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，歐盟大力支持的世界無(wú)線研究論壇（WWRF）已經(jīng)成為國(guó)際B3G技術(shù)交流的主要平臺(tái)之一。另外，日本和韓國(guó)也分別成立了mITF（移動(dòng)IT論壇）和NGMC（下一代移動(dòng)通信）論壇，推廣自己的B3G研究成果。

目前的各標(biāo)準(zhǔn)化組織正在正式或非正式地開(kāi)展針對(duì)IMT-Advanced的預(yù)研。3GPP2在加緊進(jìn)行AIE（空中接口演進(jìn)）標(biāo)準(zhǔn)化的同時(shí)，設(shè)立了先進(jìn)技術(shù)演進(jìn)（ATE）項(xiàng)目，并開(kāi)始針對(duì)IMT-Advanced提案進(jìn)行研究。IEEE在2006年12月終于批準(zhǔn)了802.16m的立項(xiàng)申請(qǐng)（PAR），此項(xiàng)目將在IEEE 802.16e（WiMAX技術(shù)）的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足IMT-Advanced需求的技術(shù)方案。相對(duì)而言，3GPP并沒(méi)有明確展開(kāi)針對(duì)IMT-Advanced的工作，但實(shí)際上正在標(biāo)準(zhǔn)化的LTE（長(zhǎng)期演進(jìn)）技術(shù)已經(jīng)具有部分4G技術(shù)的特征，預(yù)計(jì)3GPP會(huì)基于LTE進(jìn)一步演進(jìn)，形成歐洲IMT-Advanced技術(shù)提案的一個(gè)重要來(lái)源。

2006年，數(shù)家國(guó)際移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商聯(lián)合成立了NGMN論壇，想要引領(lǐng)新一代寬帶移動(dòng)通信的走向。目前NGMN白皮書(shū)已經(jīng)初步成型，并對(duì)各國(guó)各標(biāo)準(zhǔn)化組織的研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作產(chǎn)生重大影響。

2、IMT-Advanced空中接口核心技術(shù)

雖然完整的B3G系統(tǒng)應(yīng)包括核心網(wǎng)、接入網(wǎng)和無(wú)線接入，但I(xiàn)TU-R主要將IMT-Advanced標(biāo)準(zhǔn)定位于一種無(wú)線接入技術(shù)。從目前的國(guó)際研究現(xiàn)狀來(lái)看，IMT-Advanced的候選技術(shù)有趨同的趨勢(shì)，幾個(gè)技術(shù)陣營(yíng)都認(rèn)為IMT-Advanced的基礎(chǔ)是OFDMA（正交頻分多址接入）和MIMO技術(shù)，各種研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作均圍繞MIMO OFDMA技術(shù)進(jìn)行不同方面的增強(qiáng)和優(yōu)化，以使MIMO OFDMA系統(tǒng)發(fā)揮更好的性能。IMT-Advanced空中接口物理層核心技術(shù)主要包括如下幾個(gè)方面。

2.1　基本傳輸和多址技術(shù)

雖然IMT-Advanced系統(tǒng)很可能以O(shè)FDMA技術(shù)為核心，但卻有多種多樣的變種。這些變種是為了解決OFDMA技術(shù)中的某些潛在問(wèn)題或進(jìn)一步增強(qiáng)其性能而產(chǎn)生的。主要的增強(qiáng)和優(yōu)化方向包括以下方面。

（1）小區(qū)間多址和干擾消除

眾所周知，CDMA技術(shù)更適合在低信噪比區(qū)域提高功率效率，而OFDMA技術(shù)則更適合在高信噪比區(qū)域提高頻譜效率。以WiMAX、LTE、UMB（超移動(dòng)寬帶）為代表的E3G技術(shù)由于從語(yǔ)音業(yè)務(wù)（功率效率更重要）為主轉(zhuǎn)向側(cè)重?cái)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)（頻譜效率更重要），因此用OFDMA技術(shù)替代了CDMA技術(shù)。但這并不意味著OFDMA適合解決所有移動(dòng)通信中的問(wèn)題。實(shí)際上，在一個(gè)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，頻譜受限和功率/干擾受限的場(chǎng)景都存在。例如在小區(qū)中心，信干比較高，功率充足的情況下，應(yīng)注重提高頻譜效率，以實(shí)現(xiàn)更大的系統(tǒng)容量；但在小區(qū)邊緣，相鄰小區(qū)干擾比較嚴(yán)重的情況下，系統(tǒng)功率受限，應(yīng)注重提高功率效率，以提高小區(qū)邊緣的數(shù)據(jù)率。

因此，除了采用某些補(bǔ)充性的小區(qū)間干擾消除技術(shù)外，可以將OFDMA和CDMA技術(shù)有機(jī)結(jié)合、靈活切換，以在不同的場(chǎng)景下，揚(yáng)長(zhǎng)避短，靈活提高系統(tǒng)的頻譜效率和功率效率，取得均衡的系統(tǒng)性能。在3GPP2 UMB中，采用了相對(duì)固定的結(jié)合方式，即對(duì)低速率語(yǔ)音業(yè)務(wù)和控制信令采用CDMA技術(shù)，對(duì)高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)采用OFDMA技術(shù)。另外，更靈活的結(jié)合方式是OFDMA和CDMA疊加的方式，即采用OFDM（正交頻分復(fù)用）作為底層調(diào)制方式，在此基礎(chǔ)上疊加CDMA作為資源分配方式。這種技術(shù)在學(xué)術(shù)界被稱(chēng)為多載波CDMA（MC-CDMA），日本NTT DoCoMo公司稱(chēng)其為VSF（可變擴(kuò)頻系數(shù)）-OFDM技術(shù)。