（通信与信息系统专业论文）预均衡正交频分多路复用系统性能研究.pdf

中义制贾 中文摘要 当前无线通信的发展正处于最为关键的时期，综合评估对各种未来通信系统 的研究，可以发现正交频分多路复用技术( o f d m ) 会成为未来的主流框架技术渐成 共识。本文首先回顾了无线通信系统近年来的发展，对现在正在成为研究热点的 部分无线通信技术和通信系统进行了简要介绍，然后对正交频分多路复用系统的 基本概念、优势以及不足进行了较为详细的的说明，最后对o f d m 的一个分支： 采用预均衡技术的o f d m 系统进行了全面阐述。在对现有研究现状进行部分总结 后，给出了预均衡o f d m 系统研究中尚存在的问题，引出了本文的研究内容和研 究方向。 预均衡o f d m 系统具有常规o f d m 系统没有的一些典型优点，如节约传输资 源，降低接收端复杂度等，在多载波频域扩频( m c c d m a ) 系统中，还可以解决上 行链路信道估计方面遇到的困难，因此，本文的研究方向即为对采用预均衡技术 的o f d m 系统以及m c c d m a 系统性能进行详细的研究。 目前的预均衡o f d m 系统的研究，以仿真研究居多，且大部分考虑的是理想 情况下的预均衡系统性能。本文第二章首先描述了采用预均衡技术的o f d m 系统 模型，在此基础上，给出了两种不同预均衡方案( 相位预均衡和幅度相位预均衡) 下的几种典型系统的误码率公式。重点分析了其中的预均衡功率归一化因子，预 均衡门限等的变化情况。对幅度相位预均衡的两种不同策略进行了深入分析，并 在综合考虑这两种典型的预均衡策略后，提出了一种新的双门限的预均衡策略， 并对其性能进行了分析。该策略结合了之前两种策略的优势，使得系统设计更为 灵活。 在对理想情况下的预均衡系统性能进行研究之后，本文的第三章，重点讨论 了几种非理想因素对预均衡系统的性能影响。预均衡系统需要采用t d d 方式，根 据参考链路的信道估计值来计算预均衡链路的预均衡因子，该因子的准确性直接 取决于参考链路的信道估计精度。因此，首先考虑了存在信道估计误差条件下， 也即得不到理想预均衡因子时，系统的误码率性能。影响预均衡系统的另一个重 要因素是抽样定时，本文第三章对定时误差对预均衡系统的性能进行了理论分析， 并提出了相应的解决方案以降低定时误差对系统性能的影响。考虑的第三个非理 想因素是信道时变性。在快衰落信道中，信道特性的变化使得上下行链路的信道 电子科技大学博士学位论文 参数并不一致。如果直接采用参考链路的信道参数来计算预均衡链路的预均衡因 子，会产生比较大的误差，从而导致系统性能下降。本文分别提出了利用维纳预 测滤波器和卡尔曼滤波器来精确计算预均衡因子，并通过计算机仿真验证了采用 这两种方案后的预均衡系统性能，比较了在不同移动速度下的性能改善情况。研 究表明，即使在时变信道中，选择合适的预测算法，依然可以采用预均衡技术， 并保证系统的性能不致恶化。 对于多载波频域扩频系统中的上行链路，信道估计存在着一定的困难。由于 无法对导引符号同时进行扩频处理，多个用户的导引符号有可能产生冲突，使得 接收端难以区分属于不同用户的导引符号。在上行链路中采用预均衡处理是一个 有效的解决方案。本文的第四章首先回顾了m c c d m a 系统中的几种预均衡处理 方案，然后重点研究了其中的受控预均衡方案，包括对误码率的理论分析，在不 同用户数和不同子载波总数时的性能变化情况，以及如何选择最优的预均衡门限。 m i m o 系统作为近来无线通信研究的重点，得到广泛关注，本文的第五章对 m i m o 系统中采用预均衡的情况进行了研究，得到了系统遍历信道容量，并和最 大容量进行了对比。针对采用预均衡的空频码m i m o 系统，本文以m 1 2 2 5 信道 模型为基础进行了计算机仿真，对其性能进行了深入分析。仿真表明采用预均衡 可以更好的改善长多径环境下的空频码m i m o 系统性能。 在本文的最后，对预均衡o f d m 系统尚需解决的问题进行了总结，并提出了 今后的几个可行的研究方向，作为下一步研究的重点。 关键词无线通信，正交频分复用，无线衰落信道，上行链路，预均衡，多载 波频域扩频系统，多入多出无线通信系统 i i a o s a c t a b s t r a c t w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n si su n d e r g o i n gak e yp e r i o d t h em a j o rc h a l l e n g ei n t o d a y sw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ni sh o wt os e r v et h ee x p l o s i v e l yi n c r e a s i n gd e m a n do f m u l t i m e d i as e r v i c ew i t l lt h el i m i t e db a n d w i d t h a f t e rt h ei n t e g r a t e de v a l u a t i o no ft h e s e f u t u r ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ，i tc a nb ef o u n dt h a tt h eo 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 p l e x i n gt e c h n i q u ew o u l db e c o m et h ep r i m a r yf r a m e w o r ko ft h o s ef u t u r ew i r e l e s s s y s t e m s i nt h i st h e s i s ，w ef i r s tt o o kal o o ka tt h ed e v e l o p m e n to fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s y s t e m s s o m ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h i n i q u e sa n ds y s t e m sw e r ei n t r u d u c e db r i e f l y t h e nw ei n t r o d u c e dt h eb a s ec o n c e p t s ，a d v a n t a g e m e n t sa n ds h o r t c o m e so fo f d m s y s t e m si nd e t a i l t h e nw ec o m p l e t e l yr e p r e s e n t e dt h eb r a n c ho fo f d mt e c h n i q u e ： p r e e q u a l i z a t i o no f d m a f t e rt h er e v i e wo ft h ee a r l yr e s e a r c hp a p e r s ，w ep r o p o s e dt h e p r o b l e m so fp r e e q u a l i z a t i o no f d ms y s t e m st h a t s t i l le x i s t e di np r o m p t t h em a i n r e s e a t c hd i r e c t i o na n dr e s e a r c hc o n t e n t sw e r ea r i s e d t h e p r e e q u a l i z a t i o no f d ms y s t e m sh a v es o m et y p i c a la d v a n t a g e m e n ts u c ha si t c a ns a v et h ef r e q u e n c yr e s o u r c e sa n dc u td o w nt h ec o m p l e x i t yo fr e c e i v e r i nt h e m c c d m as y s t e m s ，t h i s t e c h n i q u e c a r lr e s o l v et h ed i f f i c u l to fu p l i n kc h a n n e l e s t i m a t i o n t h er e s e a r c hd i r e c t i o no ft h i st h e s i sw a st og i v et h ed e t a i l e da n a l y s i so f p r e e q u a l i z a t i o no f d ms y s t e m sa n dm c c d m as y s t e m s t h ee a r l ys t u d i e so f p r e e q u a l i z a t i o nw e r em a i n l yb a s e do ns i m u l a t i o n sr e s u l t s ，a n d t h ei d e a lc o n d i t i o n sw e r es u p p o s e d i nt h i st h e s i s ，w ef i r s td e s c r i b e dt h es y s t e mm o d e l o f p r e e q u a l i z a t i o no f d m ，a n dt h e nw eg a v es o m eb i te r r o rr a t ec a l c u l a t e de x p r e s s i o n s u n d e rt h ei d e a lc o n d i t i o n t w oc o n v e n t i o n a lp r e e q u a l i z a t i o ns c h e m e sa n dan e wo n e t h a tw ep r o p o s e dw e r ei n v e s t i g a t e d f u r t h e rm o r e ，t h es y s t e mp e r f o r m a n c eo fn o n i d e a l c o n d i t i o nw e r ed e r i v e d i nt h et h i r dp a r to ft h i st h e s i s ，s o m en o n i d e a lc o n d i t i o n sw e r ec o n s i d e r e dt h a t w o u l da f f e c tt h ep e r f o r m a n c eo f p r e e q u a l i z a t i o ns y s t e m s t h ep r e e q u a l i z a t i o ns y s t e m s n e e dt oa d o p tt d dm o d ea n dc a l c u l a t et h ep r e e q u a l i z a t i o nf a c t o ru s i n gt h ec h a n n e l 1 1 i 电子科技大学博士学位论文 e s t i m a t i o no fr e f e r e n c el i n k s ot h ep r e - e q u a l i z a t i o nn e a r sa r ed e t e r m i n e db yt h e a c c u r a c y o fr e f e r e n c el i n kc h a n n e l e s t i m a t i o n ，s u c h a st h ep e r f o r m a n c eo f p r e e q u a l i z a t i o n s o ，t h ef i r s tn o n i d e a lw a sc o n s i d e d s e c o n d l y , t h ei m p a c t so ft i m i n g e r r o ro fp r e e q u a l i z a t i o no f d ms y s t e m sw e r er e s e a r c h e d as o l u t i o nw a sp r o p o s e dt o r e d u c et h ei m p a c to ft i m i n ge r r o r t h i r d l y , t h ep r e e q u a l i z a t i o nu s i n gw i e n e ra n d k a l m a nf i l t e r sw e r ed i s c u s s e d i nt h ef a s tf a d i n gc h a n n e l ，t h ev a r i a t i o no fc h a n n e ls t a t e i n f o r m a t i o nw o u l dm a k et h ep r e e q u a l i z a t i o nf a c t o r sf a ra w a yf r o mi t st r u ev a l u e i ft h e p r e e q u a l i z a t i o nf a c t o r sa r es t i l lc a l c u l a t e db yt h ec h a n n e ls t a t ei n f o r m a t i o no f r e f e r e n c e l i n k ，t h es y s t e mp r e f o r m a n c ew o u l dd e g r a d eg r e a t l y w ep r o p o s e dt og a i nt h e p r e e q u a l i z a t i o nf a c t o ru s i n gw i e n e ra n dk a l m a nf i l t e r s t h ec o m p u t e rs i m u l a t i o n s w e r ec a r r i e do u tt oe n s u r ee x a c tf a c t o r i tw a ss h o w e dt h a tt h es y s t e mp e r f o r m a n c e w o u l db ea s s u r e d ，a f t e rp r o p e rp r e d i c ta l g o t h o r yu s i n gp r e e q u a l i z a t i o n i nt h eu p l i n ko fm c c d m as y s t e m s ，t h e r eh a sab i gp r o b l e mt h a tt h ec h a n n e l e s t i m a t i o nc a n n o tb es p r e a do nt h ef r e q u e n c yd o m a i n ，a n dt h e r eh a v ec o n f l i c t i o na m o n g t h ep i l o t so fm u l t iu s e r s i ti sh a r df o rt h er e c e i v e rt od i s t i n g u i s ht h e s ep i l o ts i g n a l s p e r f o r m i n gp r e e q u a l i z a t i o no nt h eu p l i n ki s a ne f f e c t i v es o l u t i o nt oh a n d l et h i s d i f f i c u l t y t h e f o u r t hp a r to ft h i st h e s i s g a v e ar e v i e wo ft h ep r e e q u a l i z a t i o no f m c c d m a ，t h e nd o s c u s s e dt h ec o n t r o l l e dp r e e q u a l i z a t i o nd e e p l y a sas i g n i f i c a n tw i r e l e s st e c h n i q u e ，m i m oh a sc a u g h ts om a n yr e s e a r c h e r s e y e s d u et oi t sr e v o l u t i o n a r yi d e a i nt h ef i f t hp a r to ft h i sp a p e r , w ei n v e s t i g a t e dt h e p e r f o r m a n c eo fm i m os y s t e m sw i t hp r e e q u a l i z a t i o n t h ee r g o d i cc h a n n e lc a p a c i t i e s w e r ed e m o n s t r a t e d t h e nap r e e q u a l i z a t i o nm i m os y s t e mw i t hs p a c e f r e q u e n c y c o d i n gw a ss i m u l a t e d ，c o r r e s p o n d i n gp e r f o r m a n c ew e r ea n a l y s e d a tt h ee n do ft h i st h e s i s ，w es u m m a r i z e dt h ep r o b l e m st h a tn e e dt ob er e s o l v e di n t h ef u t u r e s o m en e wi d e a sa b o u tt h ep r e e q u a l i z a t i o nt e c h n i q u ew e r ep u tf o r w a r d k e yw o r d s ：w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s ，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 ，w i r e l e s sf a d i n gc h a n n e l ，u p l i n k ，p r e e q u a l i z a t i o n ，m u l t i 。c a r r i e r c d m a s y s t e m , m i m ow i r e l e s ss y s t e m s i v 本论文所用到的图形列表 本论文所用到的图形列表 图i - io f d m 系统调制与解调原理框图5 图1 - 2o f d m 等效并行子载波信道示意图6 图2 - 1 多径信号频谱特性 图2 - 2 预均衡o f d m 系统原理框图 图2 3预均衡o f d m 系统帧结构图 图2 - 4 预均衡链路发射与接收基带信号模型 图2 5b p s k 与q p s k 调制相位预均衡系统性能 图2 - 6n a k a g a m i 信道相位预均衡b p s k 系统性能 图2 7 功率归一化因子与预均衡门限的关系曲线 图2 - 8 传输效率与预均衡门限的关系曲线 图2 - 9 功率归一化因子与预均衡门限关系曲线 图2 1 0 不同预均衡门限下预均衡系统性能 图2 - 1 1 不同预均衡门限下预均衡系绕眭能 图2 1 2 预均衡门限与系统比特信噪比关系( 1 0 e - 4 ) 图2 - 1 3 预均衡门限与系统误码率关系一 图2 - 1 4 改进的预均衡策略的性能( 门限a l = o 1 ，a 2 = 0 3 ，0 4 ，0 5 ) 图2 1 5 改进的预均衡策略的性能( 门限a 1 o 2 ，a 2 = 0 3 ，0 4 ，0 5 ) 图3 - 1存在信道估计误差的相位预均衡系统性能 图3 - 2 存在信道估计误差的幅度相位预均衡系统性能 图3 - 3 存在信道估计误差的幅度相位预均衡系统性能 图3 4 定时误差较大时的预均衡系统性能 图3 - 5 理想相位预均衡定时误差号陛能 图3 - 6 非理想相位预均衡相位误差与眭能 图3 7 不同定时误差下理想与非理想预均衡系统性能比较 图3 - 8 非理想预均衡q p s k 系统性能曲线( m s e = 0 0 2 ) 图3 - 9 插入同步恢复符号的o f d m 时频图 图3 1 0 设置同步符号的改进预均衡方案性能 图3 - 1 1 时分双工预均衡系统帧结构图 图3 1 2 经典多普勒谱 图3 1 3 不同延时下预均衡系统误码率性能仿真曲线( 5 k i n h ) 图3 1 4 不同延时下预均衡系统误码率性能仿真曲线( 5 0 k i n h ) 图3 1 5 不同延时下预均衡系统误码率性能理论曲线( 5 0 k m h ) 图3 1 6 维纳预测预均衡系统误码率性能( 延时l 符号) 图3 - 1 7 维纳预测预均衡系统误码率性能( 延时2 符号) 图3 1 8 维纳预测预均衡系统误码率性能( 延时3 符号) 图3 1 9 不同延时下预均衡系统误码率仿真与理论性能对比 图3 2 0 延时1 符号的系统性能比较 图3 2 1 延时2 符号的系统性能比较 图3 2 2 延时3 符号的系统性能比较 图4 - 1t d d 预均衡m c c d m a 系统原理框图 v h m娩娩拍勰如娩弛驺驺拍” 甜钙的如如钉记诌舛巧趵”矾n：合砸砸卯 电子科技大学博士学位论文 图4 - 2 受控预均衡m c - c d m a 系统理论性能( 用户数= 1 ) 图4 - 3 受控预均衡m c - c d m a 系统仿真性能( 用户数= 1 ) 图4 - 4 受控预均衡m c - c d m a 系统理论性能( 用户数= 8 ) 图4 - 5 受控预均衡m c c d m a 系统仿真性能( 用户数= 8 ) 图4 - 6 受控预均衡m c - c d m a 系统理论性能( 用户数= 6 4 ) 图5 - 1 图5 - 2 图5 - 3 图5 4 图5 5 图5 - 6 图5 7 图5 - 8 图5 - 9 窄带m i m o 系统结构示意图 m 订o o f d m 系统原理框图 预均衡m i m o 与常规m i m o 遍历容量比较 m i m o o f d m 系统发射原理图 m n 订o o f d m 系统接收原理框图 2 x 2 空频码系统仿真性能( c ha ，5 k n 似) 2 2 空频码系统仿真性能( c ha 5 0 k m n ) 2 x 2 空时，频码系统仿真性能( c h a ，b ，5 k i n h ) 。 2 x 2 空时频码系统仿真性能( c l la ，b ，5 0 k i n h ) 。 v i 趴趴跎跎盼 踮蚰蚍蛇舛舛鳄 本论文所用到的表格列表 表2 1 表2 - 2 表3 - 1 表5 - 1 表5 - 2 表5 - 3 本论文所用到的表格列表 预均衡o f d m 系统仿真参数表一 不同预均衡门限及子载波总数下传输效率数值表 预均衡o f d m 系统仿真参数( w i e n e r ) a l a r n o u t i 空时分组编码方案( 2 2 ) 空频分组编码方案( 2 x 2 ) m i m o o f d m 系统仿真参数表 v i i ，2 l 2 8 5 8 9 2 9 2 9 3 电子科技大学博士学位论文 主要数学符号及缩略词表 论文中所用到的主要数学符号列表如下： 符号类别 示例 变量 a 矢量a 矩阵 a 釜苎萼兰 a t ，a t 矩阵转置 共轭运算 a + 卷积运算 + k r o n e c k e r 乘积运算 单位矩阵i 。 方阵的行列式值d e t ( a 1 矩阵的秩 r a n k ( a 1 矩阵的迹t r ( a ) 矩阵的元素 a 矩阵的矢量化 v e c ( a ) 由矢量元素构成对角矩阵d i a g ( a ) i i 字体和说明 小写斜体 小写粗斜体 大写粗体 0 t 0 丰 m m 阶单位阵 若m 胆维矩阵 a = a l a 2 a 。r ， 则v e c ( a ) = a ia ；a 了 将m x l 维矢量口的元素排 放到全零方阵的对角线上 构成的新方阵 主要数学符号及缩略词表 在论文中用到的主要英文缩写及其全称列表如下： b l a s t c d i c s i c s 瓜 c s i t c m d a b d v b d s l h s d p a i c i i s i i i d l o s m i s o m a n m c c d m a m 肌o m i m o d a s n l o s o f d m p a p r p d f s d m a s i s 0 b e l l l a y e r e ds p a c e t i m e a r c h i t e c t u r e c o d e s c h a n n e ld i s t r i b u t i o ni n f o r l n a t i o n c h a n n e ls t a t ei n f 0 1 t n a t i o n c h a n n e ls t a t ei n f o r m a t i o na tr e c e i v e r c h a n n e ls t a t ei n f o r m a t i o na t t r a n s m i t t e r c h a n n e li m p u l s er e s p o n s e d i 百t a la u d i ob r o a d c a s t d i 百t a lv i d e ob r o a d c a s t d i 疵a ls u b s c r i b e rl i n e h i 曲s p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s i n t e r - c a r r i e ri n t e r f e r e n c e i n t e rs y m b o li n t e r f e r e n c e i n d e p e n d e n ti n d e n t i c a ld i s t r i b u t e d l i n eo fs i g h t m u t i p l e - i n p u ts i n g l e - o u t p u t m e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k m u l t i c a r r i e rc d m a m u l t i p l e i n p u tm u l t i p l e o u t p u t ， m i m od i s t r i b u t e da n t e 衄as y s t e m s n o n l i n eo fs i g h t o r t h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g p e a k - - t o a v e r a g ep o w e rr a t i o p r o b a b i l i t yd e n s i t yf u n c t i o n s p a c ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s s i n g l e - i n p u ts i n g l e - o u t p u t i x b e l l 实验室分层空 时结构码 信道分布信息 信道状态信息 接收端已知c s i 发送端已知c s i 信道冲激响应 数字音频广播 和数字视频广播 用户数字线路 高速下行分组接入 子载波间干扰 符号间干扰 独立同分布 直视路径 多入单出 城域网 频域扩频系统 多入多出 m i m o 分布式天线系 统 非直视路径 正交频分复用 峰平功率比 概率密度函数 空分多址 单入单出 皇士型堡丕兰堡主兰堡丝苎 一 s i m o s i n g l e i n p u tm u l t i p l e o u t p u t 单入多出 s n r s i g n a l t o - n o i s er a t i o 信噪比 s t c s p a c e t i m ec o d e s 空时编码 s t t c s p a c e t i m et r e l l i sc o d e s 空时格码 s t b c s d a c e - t i m eb l o c k c o d e s 空时分组码 s v ds i n g u l a rv a l u ed e c o m p o s i t i o n 奇异值分解 t d d t i m ed i v i s i o nd u p l e x时分双工 t d m a t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 时分多址 t d l t a p p e dd e l a y l i n e 抽头延迟线 u m t s u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n s 全球移动通信系统 w c d m a w l a n s y s t e m w i d e b a l l dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l e 宽带码分多址 a c c e s s w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k 无线局域网 x 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名： 靼 日期：5 年 ) 月) 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名： 第一草绪论 第一章绪论 本章首先简述了论文工作的研究背景，对目前的移动和无线通信系统进行了 简要的介绍，回顾了在正交频分多路复用( 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 ， o f d m ) 无线通信系统中采用预均衡技术的起源、发展和研究现状，然后提出了本 文论文工作准备研究的基本问题和主要目标。最后，阐述了论文工作的创新之处、 论文结构和内容安排。 1 1 研究背景 1 1 1 移动与无线通信的发展历史与现状 自二十世纪八十年代以来，随着半导体技术，微电子技术和计算机技术的迅 速发展，移动与无线通信技术进入了前所未有的跳跃式发展时期。第一代和第二 代移动通信系统的广泛应用和普及，给人类的传统通信方式带来了革命性的改变， 人们不再依赖旧有的固定电话的通信方式，而逐渐发展成为追求任何人在任何地 点，采用任何形式方便的进行通信的目标。这场通信方式的革命，给全世界的经 济发展注入了强劲的活力，同时也为我国国民经济的发展做出了巨大的贡献“2 “。 截止在2 0 0 4 年年末，我国的个人移动用户数目已达到3 亿，成为世界第一位“1 ， 并且依旧在迅速增长。无线通信行业的发展带动了整个通信产业，信息与通信产 业在我国国民生产总值中所占的比例也不断提高，成为经济发展的支柱性产业。 目前，不仅我国，世界各国也都在致力于现代移动通信技术的研究和开发。 移动通信的发展历史告诉我们，人们对通信速度，通信质量以及通信方式的 追求正在不断地提高。上世纪七十年代末出现的第一代移动通信系统，打破了人 们对传统固定通信方式的依赖，当时的通信系统，仅能实现模拟话音的一般质量 的通信要求。为了获得高质量的话音通信服务，产生了以g s m 系纠”、i s 一9 5 6 系 统等为代表的第二代数字移动通信系统，可以传输9 6 k b p s 的低速话音。被人们认 为是从第二代到第三代的过渡技术的2 5 代g p r s 系统 ”增强了分组数据业务的传 输能力，将最大传输速率提高到1 6 0 k b p s ，使移动用户既能实现话音通信业务，又 能实现数据通信业务。而基于c d m a 技术的第三代移动通信系统【8 】，如c d m a 2 0 0 0 ， w c d m a 和t d s c d m a 系统具有更高的带宽、更大的容量。其最大传输速率可以 达到2 m b p s ，进一步扩大了服务业务的范围，可以更流畅地为用户提供话音、数 电子科技大学博士学位论文 据、较低速率视频、w e b 浏览、文件传输、电子邮件等多种业务。 随着移动通信、数据通信和国际互联网的飞速发展和日益融合，在移动用户 对于多种业务的需求不断增加的同时，对通信速率的要求也不断提高。尽管第三 代移动通信系统设计传输能力可以达到2 m b p s ，在最新的h s d p a 中的传输速率设 计为8 m b p s 9 1 ，然而，这个速率在满足未来人类通信需求的飞速膨胀依然不够，数 十到数百m o p s 的高速率高质量的实时多媒体和非实时的高速数据传输，多网融合 和多业务融合等要求迫使人民对未来移动通信系统即超三代移动通信系统 ( b e y o n d3 gb 3 g ) 进行深入研究【1 0 】【“ 1 2 】 1 3 】。b 3 g 通信系统不仅具有兼容2 5 g 和3 g 的能力，而且具有比它们更高的传输速率和带宽。目前，b 3 g 研究已经成为世界 各国通信研究的重点【1 4 】【”1 。 除了第一代、第二代、第三代以及未来的b 3 g 移动通信系统之外，无线通信 领域同时还有很多其余的系统，例如d v b t ，h i p e r l a n 2 和i e e e8 0 2 1 x 系列以 及蓝牙系统，无线传感器网络，自组织网( a d h o c ) 等。1 9 9 8 年，英国首先开发了 d v b t t l 6 j ，这是一种数字电视广播，采用o f d m 调制方式，其规范有两种模式： 2 k 子载波和8 k 子载波。在无线局域网( w i r e l e s sl a n ) 方面，为了满足未来的 i n t e m e t 访问和宽带多媒体数据业务的需求，一些标准化组织开发了新一代的 w l a n 技术标准。其中最有代表性的是美国的i e e e8 0 2 1 l a 1 。”和欧洲e t s i 的 h i p e r l a n 2 1 8 1 ，后者在5 g h z 的频段上运行，而传统的无线局域网技术大多使用 2 4 g h z 频段。h i p e r l a 2 采用o f d m 作为物理层，因而可以有效对抗多径干扰， 提高数据速率。i e e e8 0 2 1 x 系列则是i e e e 协会为无线局域网而制定出的一系列 标准，分别是8 0 2 1 i ( w l a n ，无线局域网) 、8 0 2 1 5 ( w p a n ，无线个域网) ”、 8 0 2 1 6 ” ( w m a n ，无线城域网) 、8 0 2 2 0 ( 无线广域网) ，这四种技术以覆盖范围的大 小进行区分，覆盖范围由4 , n 大。其中，i e e e8 0 2 1 l b 无线局域网的带宽最高可达 1 1 m b p s ，比之前的i e e e8 0 2 1 1 标准快5 倍，扩大了无线局域网的应用领域。i e e e 8 0 2 1 1 b 的后继标准是i e e e8 0 2 1 1 9 ，其传送速度为5 4 m b i t s 。核心技术和8 0 2 1 l b 一样，都采用的o f d m 调制方式。i e e e8 0 2 1 5 主要用于短距离设备之间的通信， 一般在1 0 m 以内，目前8 0 2 1 5 中的两种主要技术包括：蓝牙和超宽带( u w b ) 。 8 0 2 1 6 d 定位于为企业用户提供无线传输的手段。8 0 2 1 6 e 在移动性和覆盖范围上 比8 0 2 1 1 获得了增强，可以提供更广范围的高速数据接入，主要解决“最后l k m ” 的通信需求。8 0 2 2 0 定位于提供一个基于i p 的全移动网络，提供高速移动数据接 入，业务定位与使用范围与b 3 g 系统相似。 第一章绪论 啦j ：( b l u e t e e t h ) 2 1 1 是一个低功耗、短距离、双向无线通讯的全球规范。它的设 立是为实现“全球性互联”的概念。最初是由e r i c s s o n 移动通信公司在1 9 9 4 年开始 启动的，当时想解决移动电话与它的外围配件，如免提耳机、台式设备间的无线 连接问题，后来逐渐发展成一种短距离无线链路的概念。1 9 9 8 年5 月，爱立信、 英特尔、东芝、诺基亚和i b m 等5 家公司组成的“蓝牙专门兴趣小组”( b l u e t oo t h s p e c i a li n t e r e s tg r o u p s i g ) 把蓝牙无线技术的理念正式推向社会，使其成为无线技 术的全球规范b l u e t o o t h 工作在2 4g h z 附近的i s m ( i n d u s t r i a l ，s c i e n c ea n d m e d i c i n e ) 频段，采用时分双工和快速跳频扩频技术，能够有效的对抗干扰。 前面我们简述了无线通信系统的发展历史与现状。接下来我们将简要介绍无 线通信系统的几种新兴技术。这些新兴技术有的已经在很多无线通信系统中得到 应用，有的即将成为b 3 g 系统的主流核心技术。它们包括：码分多址( c o d ed i v i s i o n m u l t i t ) l ea c c e s s ，c d m a ) 技术，正交频分多路复用( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ，o f d m ) 技术 列，超宽带( u l t r aw i d e b a n d ，u w b ) 技术 2 3 】，以及在无线 链路发送和接收使用多天线阵元接口的多入多出( m u l t i p l e i n p u tm u l t i p l e o u t p u t ， m i m o ) 技术【2 4 】 2 5 】 2 9 1 等。我们将重点介绍o f d m 技术吲【2 6 】【2 7 】。 码分多址技术在二十世纪九十年代的兴起和商业化应用，使得以c d m a 为技 术的3 g 系统成为近十年来移动通信领域的主要焦点。c d m a 技术早已在军用抗 干扰通信研究中得到广泛应用，1 9 8 9 年“月，q u a l c o