（通信与信息系统专业论文）多媒体无线移动通信系统中自适应传输技术的研究.pdf

摘要 多媒体无线移动通信系统中自适应传输技术的研究 摘要 随着无线多媒体业务、无线网络和移动计算设备的发展，近年来，宽带无线 移动通信系统对传输技术的需求和应用迅速增长。能够支持更高数据传输速率的 新一代移动通信系统( b e y o n d3 g 4 g ) 已经成为研究的热点。而被广泛用于无线局 域网络( w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k ，w l a n ) 和高清晰度电视( h i g hd e f i n i t i o nt v ， h d t v ) 地面传输等标准的正交频分复用技术( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ，o f d m ) ，被认为是b 3 g 4 g 通信系统的一种有效、可行的实现方案。 未来的多媒体宽带无线移动通信系统将是一个多元化的通信系统，作为其中 的一个显著特点就是该系统将根据用户传输业务的不l 一和传输质量的不i 一，对各 种数据传输制定不同的方案以提高该系统的整体传输效率。上述要求为o f d m 技 术提出了一系列新的研究课题。如何根据无线移动信道的传输特性，优化系统传 输容量，以实现高性能的基于o f d m 技术的多媒体无线移动通信系统，是 b 3 g 4 g 移动通信系统中一个艰巨而富有挑战性的研究课题。 本文以b 3 g 4 g 通信系统研究为背景，深入研究了基于o f d m 技术的多媒体 无线移动通信系统中与自适应技术相关的若干关键问题。主要包括：针对o f d m 宽带系统传输的特点，从无线移动信道传输特性的频域和时域角度进行分析，研 究基于子带的信道特征提取算法以及基于子载波簇的时域自适应簇结构设计算 法；研究基于空间多径信道表征的功率百分比多径选择算法；研究多用户信道反 馈的噪声截止条件；研究m i m o o f d m 系统中，基于层间凋制选择的自适应分配 算法：研究多用户视频传输模型和基于用户优先级的多用户自适应子载波分配算 法；研究无线视频传输的高效编码、加密算法。 首先，描述了宽带移动信道传输特性，对由多径时延和移动台运动造成的频 率选择性衰落和时间选择性衰落的相关概念进行阐述；着重分析了上述两者对 o f d m 宽带移动系统接收信号的影响，指出了在o f d m 宽带移动系统中，频域各 子载波和时域各o f d m 符号之间，存在明显的传输质量分化现象，其中的时域分 化现象，在多用户系统中，尤其明显。在此基础上，指出根据宽带无线信道的传 输特性，进行自适应的功率，子载波、比特分配，对提高o f d m 系统的多用户传 巾请卜海交通人学t 学博十学位论文 输容量，具有及其重要的研究意义。 随后，在介绍部分经典的离散比特分配算法的基础上，对自适应传输体系的 各种理想假设条件进行分析，阐明反馈信息量问题是制约自适应传输体系发展的 主要瓶颈之一。基于对宽带移动系统信道冲击响应频率选择性衰落特点的分析， 论文在给出频域子带自适应分配算法数学模型的基础上，基于信道容量近似相等 的准则，推导并提出了子带信道增益特征值的提取算法，以及子带信道增益特征 值的表达式。该算法在不引入明显容量损失的前提下，能够在频域上极大地减少 自适应系统的反馈信息量。 另一方面，基于对宽带移动系统信道时间选择性衰落特点的分析，论文以自 适应分配算法的目标b e r 为衡量准则，对时域子载波簇的大小和d o p p l e r 频率之 间的关系进行分析，进而通过拉格朗日内插多项式的拟合，论文提出了各种移动 信道条件下，子载波簇大小的确定算法。根据移动信道环境的不i 一，子载波簇大 小可以进行自适应的调整，自适应传输体系在时域的反馈信息量可以得到明显的 改善，而系统的总容量没有明显的变化。 随着对课题的进一步研究，论文从信道传输的空间域角度着手，分析了空间 多径分量受到噪声干扰后对频域信道特性的影响情况，在此基础上，结合最大多 径选择算法，提出了自适应分配系统中基于功率百分比的多径选择反馈算法。 该算法以自适应分配算法为研究对象，以功率百分比为基准，仅对门限范围内的 多径信息进行提取和反馈。论文对各种百分比门限进行仿真，得出了能够准确拟 合自适应系统容量的门限值。该算法在多用户系统中具有极其优越的信息抽象特 性，用有限的多径分量描述在自适应算法中需要的频域信道传输函数，能够极大 地减少系统的反馈开销。结合多用户系统中各用户的独立衰落特点，论文还从减 少自适应分配算法中未知变量的角度，提出了减少自适应分配计算量的噪声截止 条件。该条件充分利用了系统d o p p l e r 频率引起的平均衰落时段这一统计变量， 从统计角度进一步减少了自适应系统中分配阶段的计算量。 除了对自适应传输体系反馈信息量的研究外，论文以前述研究成果为基础， 对m i m o 系统中v b l a s t 结构串行干扰消除算法的特点进行研究，并对层间输出 信噪比特点和检测次序的关系进行了分析。结合首层信号分集度低的特点，论文 提出了基于层间凋制选择的自适应分配算法，该算法不增加接收机的算法复杂 摘要 度，在b e r 性能上比均一调制的串行干扰消除算法有明显的改善。在算法的设计 过程中，充分考虑了系统反馈信息的开销，即用简单的调制指示字代替信道信息 的反馈，因此，该算法为自适应传输体系与m i m o 系统的结合提供了一种有效的 解决方案。 上述的各项研究工作，都是从o f d m 系统的传输角度进行分析，除此之外， 论文还结合视频传输模型，对宽带无线多媒体通信中的多用户分配算法进行研 究。首先从视频信号的传输优化着手，以无线终端中视频设备的特点为依据，提 出基于噪声方差的门限调整压缩算法和基于变换域的伪随机加密算法，以提高无 线设备的视频传输效率。随后，结合对o f d m 自适应分配机制和视频传输模型的 研究，论文对多用户视频传输模型进行分析，提出了基于用户优先级的多用户子 载波分配算法，该算法在满足高优先级用户业务需求的前提下，使分配收敛值在 优先级内部与信源产生速率成正比，给出了多优先级、多用户系统的有效分配算 法。 关键词：移动通信，0 f d m ，自适应传输，自适应反馈信息，信道相关性 i i i 申请上海交通大学上学博上学位论义 r e s e a r c ho na d a p t i v et e c h n o l o g i e si n m u l t i m e d i am o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m s a b s t r a c t r e c e n t l yw i t ht h ef a s td e v e l o p m e n t so fw i r e l e s sm u l t i m e d i aa p p l i c a t i o n s ，w i r e l e s s l a na n dm o b i l ec o m p u t i n gd e v i c e s ，t h en e e d sa n da p p l i c a t i o n so fw i r e l e s st r a n s m i s s i o n a r eb o o m i n g n o wt h eb e y o n dt h i r dg e n e r a t i o n ( b 3g ) m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e ma n d t h ef u t u r e f o u r t hg e n e r a t i o n ( 4 g ) m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mh a v eb e e nw e l l c o n c e r n e d ，w h i c ha l ea b l et oa f f o r dh i g h e rt r a n s m i t t i n gd a t ar a t e a so n eo ft h ep r o m i s i n g t e c h n i q u e sf o rb 3 g 4 g ，o r t h o g o n a l 行e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ( o f d m ) ，w h i c hh a s b e e na p p l i e di nw i r e l e s sl a n ( w l a n ) a n dh i g hd e f i n i t i o nt v ( h d t v ) p r o t o c o l s ，h a s b e e nc o n s i d e r e da sa l le f f i c i e n ta n df e a s i b l es o l u t i o nt ob 3 g 4 gc o m m u n i c a t i o ns y s t e m t h e r ew i l lb e 伽ld i v e r s i f i c a t i o ni nt h ef u t u r em u l t i m e d i am o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e m s u c hd i v e r s i f i c a t i o ni n c l u d e ss e r v i c ed i v e r s i f i c a t i o na n dq u a l i t yd i v e r s i f i c a t i o n a n du s e rd i v e r s i f i c a t i o n e a c hu s e ri nt h i ss y s t e mw i l lh a v eau n i q u eq u a l i f i c a t i o nt o e v a l u a t ei t st r a n s m i s s i o nq u a l i t y m e a n w h i l e ，e a c hu s e rw i l lh a v eau n i q u et r a n s m i s s i o n s c h e m et oi m p r o v et h ew h o l es y s t e mc a p a c i t y w i t ha l lt h ea b o v er e q u i r e m e n t s ，m a n y n e w t e c h n o l o g i e sa l ee m e r g i n g a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co fm o b i l ec h a n n e l ，h o wt o o p t i m i z et h es y s t e mp e r f o r m a n c eb a s e do no f d mt e c h n o l o g yi sah a r da n di n t e r e s t i n g t a s kf o rt h eb 3 g 4 gc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s u p p o r t e db yt h en a t i o n a lk e y8 6 3p r o j e c to fc h i n a ，f u t u r e ，t h ed i s s e r t a t i o nw i l l f o c u so ns o m ei m p o r t a n t a s p e c t s o fo f d mb a s e d a d a p t i v e m u l t i m e d i am o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，i n c l u d i n gs u b b a n db a s e dc h a n n e lg a i nr e p r e s e n t a t i v ea l g o r i t h m ； c l u s t e rb a s e dt i m ed o m a i n a d a p t i v e r e s o u r c ea l l o c a t i o na l g o r i t h ma n dc a l c u l a t i o n a l g o r i t h mo ft h es i z e o fc l u s t e r ；m u l t i p a t hr e p r e s e n t a t i v eb a s e dp o w e rp e r c e n t a g e s e l e c t i v ea l g o r i t h m ；m u l t i - u s e rf e e d b a c kt e r m i n a la l g o r i t h m ；l a y e r e dm o d u l a t i o ns e l e c t i v e a l g o r i t h mf o rm i m os y s t e m ；m u l t i u s e ra d a p t i v es u b c a r r i e ra l l o c a t i o na l g o r i t h mb a s e d o nv i d e ot r a n s m i s s i o nm o d e l f i r s t l y ，a c c o r d i n gt ot h ea t t r i b u t e so fw i d e b a n dm o b i l ec h a n n e l ，t h e 疔e q u e n c ya n d t i m ed o m a i ns e l e c t i v ef a d i n ge f f e c ti se x p l a i n e d w i t ht h ea n a l y s i so ft h eu p p e rt w o e f f e c t s ，ac o n c l u s i o ni sd r a w nt h a tt h et r a n s m i s s i o nq u a l i t yb e t w e e ns u b c a r f i e r si n i v a b s t r a c t 行e q u e n c yd o m a i na n ds y m b o l si nt i m ed o m a i nd i f f e r sd i s t i n c t l y e s p e c i a l l y ，i nm u l t i u s e r s y s t e m s ，t h eu p p e ri j r e q u e n c y d i f f e r e n c ew i l lg r e a t l ya f f e c te a c hu s e r st r a n s m i s s i o n p e r f o r m a n c e t h e r e f o r e ，a d a p t i v ep o w e r ，s u b c a r r i e ra n db i ta l l o c a t i o ni s e s s e n t i a lt o i m p r o v eo f d ms y s t e mc a p a c i t y s e c o n d l y ，州n lt h ei n t r o d u c t i o no fs e v e r a ld i s c r e t eb i ta l l o c a t i o na l g o r i t h m s ，t h e i d e a la s s u m p t i o n so fa d a p t i v es c h e m ea r ea n a l y z e d w i t hf u r t h e ra n a l y s i s ，t h ea m o u n to f f e e d b a c ki n f o r m a t i o ni sf o u n dt ob eab o t t l e n e c kp r o b l e mf o rt h er e a l i z a t i o no fa d a p t i v e s c h e m e t os o l v et h i sp r o b l e m ，s u b b a n db a s e dc h a n n e lg a i nr e p r e s e n t a t i v ea l g o r i t h ma n d t h ec o r r e s p o n d i n gs u b b a n da d a p t i v ea l l o c a t i o na l g o r i t h ma r ep r e s e n t e d t h ee q u a t i o no f t h er e p r e s e n t a t i v ec h a n n e lg a i nw i t h i nac e r t a i ns u b b a n di sg i v e n t h i sa l g o r i t h mw i l l g r e a t l y r e d u c et h ea m o u n to ff e e d b a c ki n f o r m a t i o nw i t h o u to b v i o u sp e r f o r m a n c e d e g r a d a t i o n t h i r d l y ，a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so ft i m es e l e c t i v ef a d i n ge f f e c to fw i d e b a n dm o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，at i m ed o m a i nc l u s t e rb a s e da d a p t i v er e s o u r c ea l l o c a t i o n a l g o r i t h mi sp r e s e n t e d m e a n w h i l e ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nd o p p l e r 行e q u e n c ya n dt h e c l u s t e rs i z ei sa n a l y z e d l a g r a n g ei n t e r p o l a t i o ni sa l s oa d o p t e dt og i v eac l e a re q u a t i o nf o r t h ec l u s t e rs i z ed e c i s i o n f o rm o s tm o b i l ec h a n n e l s ，t h ec l u s t e rs i z ec a nb ea d ju s t e dt of i t t h et r a n s m i s s i o ne n v i r o n m e n t ，w h i c hw i l le s s e n t i a l l yr e d u c et h ea m o u n to ff e e d b a c k i n f o n n a t i o n f u r t h e rr e s e a r c h e ss h o wt h a ta c c o r d i n gt ot h ea t t r i b u t e so fm u l t i p a t hc h a n n e l ，t h e t r a n s m i s s i o nc o n d i t i o nc a nb ef i g u r e do u tw i t hf e wp a t hg a i na n dd e l a y t h e r e f o r e ， c o m b i n e dw i t hm a x i m u mm u l t i p a t hs e l e c t i o na l g o r i t h m ，am u l t i p a t hr e p r e s e n t a t i v eb a s e d p o w e rp e r c e n t a g es e l e c t i v ea l g o r i t h mi sp r e s e n t e d i nt h i sa l g o r i t h m ，o n l yt h ep a t h st h a t e x c e e dt h e p o w e rt h r e s h o l da r es e l e c t e da n df e db a c k a st o t h ep o w e rt h r e s h o l d ， s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wap r o p e rt h r e s h o l db a s e do nt h ea d a p t i v ep o w e r ，s u b c a r r i e ra n d b i ta l l o c a t i o ns t r u c t u r e f o rm o s tm u l t i - a s e rc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ，p o w e rt h r e s h o l d b a s e dm u l t i p a t hr e p r e s e n t a t i v ea l g o r i t h mp r o v i d e sf u r t h e rr e d u c t i o no ft h ea m o u n to f f e e d b a c ki n f o r m a t i o n a c c o r d i n gt ot h ei n d e p e n d e n tf a d i n ga t t r i b u t e sf o re a c hu s e r ，a f e e d b a c kt e r m i n a la l g o r i t h mi sa l s oi n t r o d u c e dt os i m p l i f yt h ea d a p t i v ea l l o c a t i o n p r o c e d u r e m i m os y s t e mb a s e do nv b l a s ts t r u c t u r ei sa n o t h e rs p e c i a la p p l i c a t i o nf o rt h e v 申请上海交通大学上学博上学位论义 a d a p t i v ea l l o c a t i o na l g o r i t h m a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so fs u c c e s s i v ei n t e r f e r e n c e c a n c e l l a t i o n ，t h ea t t r i b u t e so fl a y e d e do u t p u ts n ra r ee x p l a i n e d l a y e r e dm o d u l a t i o n s e l e c t i v ea l g o r i t h mf o rm i m os y s t e mi sp r e s e n t e dt oi m p r o v et h et r a n s m i s s i o nq u a l i t y ， w i t hc o m p a r i s o nt ot h ec o n v e n t i o n a lu n i f i e dm o d u l a t i o na l g o r i t h m f u r t h e r m o r e ，t h e a l g o r i t h mw i l lo n l yi n t r o d u c ef e wo v e r h e a d ，w h i c ht u r n st ob ea l le f f i c i e n ts o l m i o nt ot h e a d a p t i v em i m o s t r u c t u r e a l lt h ea b o v er e s e a r c h e sf o c u so nt h et r a n s m i s s i o np r o c e d u r eo fo f d mb a s e d s y s t e m s i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h ep r o c e d u r eo fs o u r c ec o d i n g ，s u c ha st h et r a n s m i s s i o n m o d e lo fv i d e oi sa l s os t u d i e d i nc o n s i d e r a t i o no ft h ew i r e l e s sv i d e ot r a n s m i s s i o n ，t h e a t t r i b u t e so fr e a l - t i m ea n dl o wc o s ta r et w ok e yp r o b l e m st ob es o l v e d an o i s es k i p a l g o r i t h ma n dad c td o m a i nb a s e de n c r y p t i o na l g o r i t h ma r ep r e s e n t e dt of u l f i l lt h e u p p e rr e q u i r e m e n t s a p a r tf r o mt h e s ea l g o r i t h m s ，am u l t i u s e rv i d e ot r a n s m i s s i o nm o d e l b a s e do na d a p t i v eo f d mi sa l s oi n t r o d u c e d t h ea l g o r i t h mo fq o sb a s e dm u l t i u s e r s u b c a r r i e ra l l o c a t i o ni sp r e s e n tt oi m p r o v et h ea l l o c a t i o ne f f i c i e n c y c o m p a r e dt ot h e c o n v e n t i o n a la l g o r i t h m ，t h ec o n v e r g e n c er e s u l to ft h i sa l g o r i t h mi sm o r ec o n c e r n e dw i t h t h eu s e rp r i o r i t ya n dq o s r e q u i r e m e n t k e yw o r d s ：m o b i l ec o m m u n i c a t i o n ，o f d m ，a d a p t i v e t r a n s m i s s i o n ，a d a p t i v e f e e d b a c ki n f o r m a t i o n ，c h a n n e lc o h e r e n c e v i 3 g 4 g 英文缩略语表 英文缩略语表 t h i r d - g e n e r a t i o n f o u r t h g e n e r a t i o n 第三代 第四代 a w g na d d i t i v eg a u s s e sw h i t en o i s e 加性高斯白噪声 b e r b l a s t b 3 g c c d c d m a c i f c i r c p c s i c t f d a b d c t d v b t b i te r r o rr a t i o 误码率 b e l ll a b o r a t o r i e sl a y e r e ds p a c et i m e 分层空时结构 b e y o n dt h i r dg e n e r a t i o nm o b i l e超三代移动通信 e o m m u n i c a t i o n s c h a r g e c o u p l e dd e v i c e 电荷耦合器 c o d e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 码分多址 c o m m o ni n t e r m e d i a t ef o r m a t 通用中间格式 c h a n n e li m p u l s er e s p o n s e c y c l i cp r e f i x c h a n n e ls t a t ei n f o r m a t i o n c h a n n e lt r a n s f e r f u n c t i o n d i g i t a la u d i ob r o a d c a s t i n g d i s c r e t ec o s i n et r a n s f o r m 信道冲击响应 循环前缀 信道状态信息 信道传输函数 数字音频广播系统 离散余弦变换 d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g - t e r r e s t r i a l陆地数字视频广播系 统 d f td i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r m 离散傅里叶变换 d - b l a s t d i a g o n a lb l a s t对角分层空时码 f f t f u t u r e f a s tf o u r i e rt r a n s f o r m 快速傅里叶变换 f u t u r et e c h n o l o g yf o ru n i v e r s a l 未来无线通信技术 r a d i oe n v i r o n m e n t g s mg l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e g i h d t v c o m m u n i c a t i o n g u a r di n t e r v a l h i g hd e f i n i t i o nt v v l i 全球移动通信系统 保护间隙 高清晰度数字电视 英文缩略语表 h i p e r l a n 2h i g h p e r f o r m a n c el a n t y p e 2w l a n 欧洲标准 i m t 2 0 0 0 i s l i t u l c r m a d t h et h i r dg e n e r a t i o ni n t e r n a t i o n a l第三代移动通信系统 m o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n s2 0 0 0 i n t e rs y m b o li n t e r f e r e n c e符号间干扰 i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n 国际电信联盟 l e v e lc r o s s i n gr a t e电平交叉率 m e a na b s o l u t ed i f t e r e n c e平均绝对误差 m b w am o b i l eb r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s s 移动宽带无线接入 m i m o m l m m s e m s e m s t o f d m p d f p i c p s i n r r m s s a d s f n s i c s i s o s n r s i n r m u l t ii n p u ta n dm u l t io u t p u t 多输入多输出 m a x i m u ml i k e l i h o o d最大似然 m i n i m u mm e a ns q u a r ee r r o r最小均方误差 m e a ns q u a r ee r r o r m o s ts i g n i f i c a n tt a p s 均方误差 最重要抽头 o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n正交频分复用技术 m u l t i p l e x i n g p r o b a b i l i t yd e n s i t yf u n c t i o n概率密度函数 p a r a l l e li n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n 并行干扰消除 p o s ts i g n a l t o - i n t e r f e r e n c e - n o i s er a t i o 输出信干噪比 r o o tm e a ns q u a r e s u mo fa b s o l u t ed i f f e r e n c e s i n g l ef r e q u e n c yn e t w o r k s u c c e s s i v ei n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n s i n g l ei n p u ts i n g l eo u t p u t s i g n a l - t o - n o i s er a t i o s i g n a l t o i n t e r f e r e n c e - n o i s er a t i o v b l a s t v e r t i c a lb l a s t w l a n w w r f z f w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k w i r e l e s sw o r mr e s e a r c hf o r u m z e r of o r c i n g v i i i 均方根 绝对误差和 同频网 串行干扰消除 单输入单输出 信噪比 信干噪比 垂直分层空时码 无线局域网络 国际无线研究论坛 迫零 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：移扩荡 日期：y 年1 1 月砷日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密囵，在三年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：甘心驾 日期： 歹年i 月沙日 指导教师签名积怠良 日期：龋年f f 月1 日 第碎 绪论 第一章绪论 1 1 引言 信息技术的迅猛发展，正越来越多地影响着人类生活的各个领域，并逐渐成 为推动二十一世纪国际社会和世界经济发展的强大动力。这场新的技术革命具有 一些显著而重要的特征，如：呈爆炸式增长的信息被更加频繁地传输和交换，个 人通信系统的无线、移动化趋势。上述两者的特点即反应了信息技术发展对宽带 无线通信系统传输能力的要求。 一个完整的基带数字通信系统由信源、信源编码器、信道编码器、数字调制 器、信道、数字解凋器、信道译码器、信源泽码器和信宿构成【1 1 ，其功能性框图 如图1 1 的实线部分所示。衡量通信系统的有效性一般有可靠性和高效性等指标， 可靠性就是要求从信源发出的信息在到达信宿时要尽可能地与原信息保持一致， 而高效性则要求系统能以尽可能小的资源消耗达到尽可能高的信息传输速率。宽 带无线通信系统与窄带无线通信系统在信息处理方式上表现出极大的不l 一，其根 源在于两者的信道传输特点具有极大的不l 刊之处，本文将从分析宽带无线通信系 统的信道传输特点开始，对传输的可靠性和高效性进行研究，l 列时，如图1 - 1 的 虚线部分所示，本文将定义广义的调制器和解调器，并引入解凋端至调制端的反 馈链路对宽带无线传输系统进行研究。 广一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一i l 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一i 图1 l 基带数字通信系统组成框图 f i g u r el lb l o c kd i a g r a mo fd i g i t a lc o m m u n i c a t i o nb a s e b a n ds y s t e m 1 2 宽带无线多媒体通信的发展 申请卜海交通人学t 学博十学位论文 从用户业务需求的角度分析，我们可以发现，以欧洲的全球移动通信系统 ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ，g s m ) 和美国的c d m ao n e ( b p l s 9 5 ) 为 代表的第二代无线通信系统【2 】主要用于解决用户语音传输和低数据量传输的需 求；而由国际电信联盟( i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ，i t u ) 于2 0 世纪9 0 年代后期提出的国际移动电信2 0 0 0 ( i n t e m a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n2 0 0 0 ， i m t 2 0 0 0 ) ，即第- 4 4 ( t h i r d g e n e r a t i o n ，3 g ) 移动通信系统，其目的在于能够向 用户提供更多的无线数据业务以及更高的无线数据传输速率，因此，第三代移动 通信系统将比第二代系统具有更高的传输速率，其业务类型包括了语音、数据和 部分多媒体业务【3 】- 【7 】；随着宽带无线通信及多媒体技术的不断发展，各种实时的 多媒体传输业务在越来越多的领域得到广泛应用，目前的3 g 系统无法为上述业 务共l 一提供优质的数据传输，因此，科研人员提出了后- - - 代( b e y o n d3 gb 3 g ) 无 线通信系统，也称为下- - - 弋( n e x t g ) 无线通信或第四代( f o u n h g e n e r a t i o n ，4 g ) 无 线通信系鲥7 1 。b 3 g 无线通信系统将能更好地支持语音、视频、数据等业务共存 所造成的对数据传输能力的急速增长需求。 图1 - 2 从各种业务对数据传输带宽的需求进行分析，给出了业务的演进发展 情况【8 】。由图1 - 2 可见，何于高层的律往是一些交互式的多媒体业务，这些业务 的数据传输量随着用户个数的增加而急剧增加，因此，为适应未来个人无线通信 系统的发展需求，我们必须为宽带无线多媒体通信系统提供性能优越的解决方 案。 随着各种无线通信系统的技术演化，目前，在世界范围内，存在着各种宽带 无线通信系统的候选技术，然而，从各种标准和协议的发展趋势来看，正交频分 复用( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，o f d m ) 技术正越来越多地被各 种新的协议和标准所采用，本节的下一部份将对o f d m 技术做简要介绍。 宽带无线多媒体通信系统要求在移动的状态下提供包括话音、视频和数据在 内的多种媒体业务，这对无线传输的数据速率、延时和b e r 性能提出了更高的要 求。然而，移动通信系统自身的特点及其工作环境制约了多媒体业务传输质量的 提高，归纳起来主要包括以下3 个方面： 1 ) 移动通信信道是时变的，且会引入严重的多径和阴影衰落； 2 ) 随着移动通信传输业务量的不断增加，频谱资源越发紧缺； 2 第搴鲭论 3 ) 通信终端体积小、重量轻、功耗低的要求，在一定程度上