（电路与系统专业论文）蜂窝网协作通信及相关技术研究.pdf

独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的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。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的司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了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：日期： 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅：学校町以 公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、i l ： 编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论文注 释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期：垂塑垒鱼旦! 三垦 日期：蟹堑笸。z ! 北京邮电大学博士论文摘要 蜂窝网协作通信及相关技术研究 摘要 随着无线通信系统的不断发展，对于蜂窝通信系统的用户吞吐量、 上下行传输速率、系统覆盖和q o s 需求都提出了新的标准。为满足新的 系统需求，频率聚合技术、m i m o 技术、协作通信技术都在不断被应用 到现代通信系统。协作通信技术充分利用了无线电波传输的全向特性， 通过虚拟的准并行分布式m i m o 链路，可以获得系统空间分集增益，提 高系统传输速率；协作通信技术中节点部署灵活，可以扩大系统的覆盖 区域，为阴影衰落严重的地区和覆盖盲区提供信号服务，还可以满足局 部热点地区的系统需求，增强通信系统的鲁棒性。基于传统蜂窝结构， 新一代通信系统中也在不断研究协作通信技术。本文在蜂窝网中研究协 作传输模式，对系统中协作传输的理论性能，蜂窝系统的动态资源分配 和自适应m a c 组包，以及蜂窝网用户协作通信的系统评估进行了研究。 主要研究内容与创新之处概括如下： 蜂窝网的部署结构己由传统模式向更广义的结构转变，包括两种典 型模式：一种是多跳蜂窝网，通过允许移动终端多跳传输，拓展了系统 的传输链路；另一种是基站协作联合解码的蜂窝网，允许不同基站间协 作而做到上行链路解码下行链路均衡，以获得宏分集增益。而小区中基 站与用户联合协作的性能有待研究。本文在线性时分蜂窝系统中，通过 研究单链路、m i m o 信道条件下联合协作可获得的单个小区上行可达传 输速率，得出两种协作方式的相互作用和系统传输最小e 0 ，并给出了 小区联合解码与终端a f 、d f 协作混合模式下的可达速率计算方法和d f 最小e n 的闭式解。通过仿真，给出了衰减信道条件下的仿真结果，分 析得出了基站协作联合解码( 宏分集) 与终端协作性能的线性叠加关系， 强临近小区干扰将会严重削弱用户与基站联合协作时终端协作作用的结 论，验证了联合协作模式会极大提高系统传输性能。 北京邮电大学博士论文摘要 在时分蜂窝网协作传输中，数据传输的物理帧需要在时间上进行分 配。但是由于网络的动态性变化以及多元的异构业务结构，固定的物理 帧时分结构不能获得最优的资源利用率。因此，文中研究解决何时、怎 样在时分双工o f d m a 无线网络中进行上下行资源的分配。对于传统的 蜂窝网络和网状结构蜂窝网，根据上下行异构业务的动态变化，文中基 于基本用户业务容量接入控制提出了具有动态非对称上下行比例的资源 分配算法。数据仿真表明资源利用率上动态资源分配算法性能优于固定 比例资源分配。 物理层的白适应技术在无线通信系统中得到了广泛深入的应用，基 于跨层设计的m a c 层数据包自适应技术同样可以提高系统的资源利用 率。基于动态的系统传输信道变化，通过分析和构建马尔可夫信道模型， 提出了基于已知信道信息的跨层设计，旨在最大化资源利用率的自适应 数据包长度a p sm r u 算法，也就是融合物理层自适应调制和m a c 层 数据帧的自动重传请求协议。并得到了自适应数据包长度的闭式解。数 据仿真表明每个传输周期中根据时变信道和调制编码模式的动态包长算 系数， 北京邮电大学博士论文 a b s t r a c t r e s e a r c ho fc e l l u l a rc o l a b o r a t i v e c o m u n i c a t i o n sa n d t h er e l a t i v et e c h n i q u e s a b s t r a c t w i t ht h ec o n t i n u o u sd 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 ns y s t e m s ， t h en e wr e q u i r e m e n t sf o rt h eu s e rt h r o u g h p u t ，u p - d o w n l i n kt r a n s m i s s i o nr a t e ， s y s t e mc o v e r a g e a n dq o sn e e d si nc e l l u l a rc o m m u n i c a t i o ns y s t e ma r e p r o p o s e d t h e r ea r es e v e r a ln e wt e c h n i q u e ss u c ha sf r e q u e n c ya g g r e g a t i o n t e c h n i q u e ，m i m ot e c h n i q u e ，c o l l a b o r a t i o n c o m m u n i c a t i o nt e c h n i q u ea r e c o n t i n u o u s l yb e i n gd e v e l o p e di n t om o d e m c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m st om e e t t h en e wr e q u i r e m e n t s c o l l a b o r a t i v ec o m m u n i c a t i o nt e c h n i q u ef u l l yu t i l i z e s t h eo m n i d i r e c t i o n a lc h a r a c t e r i s t i c so fr a d i ow a v e s ，t h r o u g ht h ev i r t u a la n d q u a s i p a r a l l e l d i s t r i b u t e dm i m ol i n k s ，a c h i e v e ss p a t i a ld i v e r s i t yg a i na n d i m p r o v e st h es y s t e mt h r o u g h p u t m e a n w h i l e ，t h ec o o p e r a t i v ec o m m u n i c a t i o n n o d e s d e p l o y m e n ti sf l e x i b l e ，w h i c hc a ne x p a n dt h es y s t e mc o v e r a g er e g i o n ， p r o v i d es i g n a lc o v e r a g es e r v i c e sf o rt h es e r i o u ss h a d o w i n ga r e a sa n dt h e s i g n a lb li n da r e a ，a n dm e e tt h es y s t e mr e q u i r e m e n t so ft h el o c a lh o ts p o t st o e n h a n c et h er o b u s t n e s so ft h ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m b a s e do nt h et r a d i t i o n a l c e l l u l a r s t r u c t u r e ，t h e d e v e l o p m e n t a n dr e s e a r c ho f c o o p e r a t i v e c o m m u n i c a t i o na r eu n d e r g o i n g i nt h i sp a p e r , b a s e do nt h ec o o p e r a t i v e t r a n s m i s s i o ne m b e d d e di nc e l l u l a rs y s t e m ，t h ec o l l a b o r a t i o nc o m m u n i c a t i o n t h e o r e t i c a lp e r f o r m a n c e ，s y s t e mr e s o u r c ea l l o c a t i o n a n d a d a p t i v em a c ， c e l l u l a ru s e rc o l l a b o r a t i o nc o m m u n i c a t i o n sn e t w o r ks y s t e me v a l u a t i o nw e r e s t u d i e d m a i nr e s e a r c h e sa n di n n o v a t i o n ss u m m a r i z e da sf o l l o w s ： c e l l u l a rn e t w o r kd e p l o y m e n ts t r u c t u r ec h a n g e sf r o mt h et r a d i t i o n a l m o d e lt oab r o a d e rc a t e g o r y , i n c l u d i n gt w ot y p i c a lp a t t e r n s ：o n ei sa m u l t i h o p i i i 北京邮电大学博f ：论文 a b s t r a c t c e l l u l a rn e t w o r k ，w h i c ha l l o w i n gt h em o b i l et e r m i n a lm u l t i - h o pt r a n s m i s s i o n ， e x p a n d i n gt h es y s t e mt r a n s m i s s i o nl i n k s ，w h i l et h eo t h e ri sm u l t i - b sj o i n t d e c o d i n gc e l l u l a rn e t w o r k ，w h i c ha l l o w i n gc o l l a b o r a t i o nb e t w e e nd i f f e r e n t b a s es t a t i o n st of i n i s ht h eu p l i n kd e c o d e r d o w n l i n ke q u a l i z a t i o na n dg e tt h e m a c r od i v e r s i t y g a i n h o w e v e r , t h ep e r f o r m a n c eo fj o i n tc o l l a b o r a t i o n b e t w e e nb a s es t a t i o n sc o l l a b o r a t i o na n dt h eu s e r sc o o p e r a t i o ni ss t i l lt ob e s t u d i e d t h i sp a p e rs t u d i e st h e p e r - c e l l a c h i e v a b l e u p l i n k s u m r a t ea n d m i n i m u me b | n ao fh y b r i dc o o p e r a t i v em e t h o da n dt h ei n t e r p l a yb e t w e e n t h et w oc o l l a b o r a t i o n si n s i n g l e l i n ka n dm i m oc h a n n e l su n d e ral i n e a r c e l l u l a rm o d e l ac o m p u t a t i o n a lm e t h o df o rt h ea c h i e v a b l er a t ea n d c l o s e d f o r me x p r e s s i o no fm i n i m u me b | n a q t 蚯a n dd fc o m b i n ew i t h m u l t i c e l lp r o c e s s i n gi sd e r i v e d m o r e o v e r , t h es i m u l a t i o nr e s u l t si nf a d i n g c h a n n e l sa r ep r e s e n t e d ，a n dt h er e s u l t ss h o wt h a tt h em a c r o - d i v e r s i t yg a i n f r o mm u l t i - b sd e c o d i n gi s i n d e p e n d e n tw i t hm t sc o l l a b o r a t i o nb u tc a nb e l i n e a r s u p e r p o s i t i o n ，a n dh y b r i d c o l l a b o r a t i o n s i g n i f i c a n t l yi m p r o v et h e s y s t e mp e r f o r m a n c e h o w e v e r , h i g hi n t e r f e r e n c ef r o ma d j a c e n tc e l l sw e a k e n s e f f e c to fm t s c o o p e r a t i o ni nh y b r i dc o l l a b o r a t i o ns y s t e m i nt i m ed i v i s i o nc e l l u l a rc o l l a b o r a t i v en e t w o r k s ，t h ep h y s i c a lf l a m eo f t r a n s m i s s i o nd a t ai sa l l o c a t e di nt i m es l o t h o w e v e r , d u et ot h ed y n a m i c so f t h en e t w o r ka c c e s s i o na n dt h em u l t i v a r i a t eh e t e r o g e n e o u ss e r v i c e s ，f i x e d a s s i g n m e n tm o d eo f t h ep h y s i c a lf l a m ei sn o to p t i m a li nr e s o u r c eu t i l i z a t i o n t h e r e f o r e ，t h i sp a p e rs t u d ya n dr e s o l v ew h e na n dh o wt oa l l o c a t et h eu p - d o w n l i n kt i m er e s o u r c ei nt d do f d m aw i r e l e s sn e t w o r k b e t w e e nt h et r a d i t i o n a l c e l l u l a rn e t w o r k sa n dm e s hs t r u c t u r ec e l l u l a rn e t w o r k ，a c c o r d i n gt od y n a m i c s o ft h e u p l i n k a n dd o w n l i n k h e t e r o g e n e o u ss e r v i c e s ，t h ed y n a m i c n o n s y m m e t r i cp r o p o r t i o nu p l i n k - d o w n l i n kr e s o u r c e s a l l o c a t i o na l g o r i t h m w a sp r o p o s e db a s e do nt h eb a s i cu s e rc a p a c i t ya c c e s sc o n t r 0 1 n u m e r i c a l s i m u l a t i o ns h o w st h a tp e r f o r m a n c ei nr e s o u r c eu t i l i z a t i o no ft h ed y n a m i c r e s o u r c ea l l o c a t i o na l g o r i t h mi ss u p e r i o rt ot h es c h e m eo ff i x e dp r o p o r t i o n r e s o u r c ea l l o c a t i o n a d a p t i v et e c h n i q u e si np h y s i c a ll a y e rh a sb e e ne x t e n s i v ea p p l i e d i n w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ，a d a p t i v em a cp a c k e tt e c h n i q u eb a s e do n i v 北京邮电大学博 论文 a b s t r a c t c r o s s l a y e rd e s i g nc a na l s oi m p r o v es y s t e mr e s o u r c eu t i l i z a t i o n a c c o r d i n gt o t h ed y n a m i cs y s t e mt r a n s m i s s i o nc h a n n e l a p sm r um e t h o db a s e do nt h e c h a n n e la w a r ea n da d a p t i v ed a t ap a c k e ts i z et h a tm a x i m i z e dr e s o u r c eu t il i t y w a sp r o p o s e dt h r o u g ha n a l y z i n ga n dc o n s t r u c t i n gt h ep r a c t i c a lm a r k o v c h a n n e lm o d e l ，w h i c hi no t h e rw o r d si sn e wa r qp r o t o c o li n t e g r a t e dp h y s i c a l l a y e ra d a p t i v em o d e ma n dm a cl a y e rf l a m e a n dt h ec l o s e df o r ms o l u t i o no f a d a p t i v ep a c k e tl e n g t hh a sb e e na l s od e r i v e d s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h e d y n a m i cp a c k e t s i z e a l g o r i t h ma c c o r d i n g t o t i m e v a r y i n gc h a n n e l a n d m o d u l a t i o nc o d i n gm o d ei m p r o v e st h ed a t at r a n s m i s s i o nr a t ea n dr e s o u r c e u t i l i z a t i o ni ne a c hr o u n d c e l l u l a rc o o p e r a t i v et r a n s m i s s i o ns y s t e mp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o ni sa l s o n e e dt ob es t u d i e d t h en e wg e n e r a t i o nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n ss y s t e m s f o c u sm o r eo nt h ep e r f o r m a n c eo ft h ew o r s ts e r v i c eu s e r s t h e r e f o r e ，t h e p e r f o r m a n c eo fc e l l u l a rc o l l a b o r a t i v en e t w o r ks y s t e m sa f t e ru t i l i z i n gd i f f e r e n t f r e q u e n c yr e u s ef a c t o ri sn e c e s s a r y a r o u n dt h et o l l a b o r a t i o ns f rl o c a t i o n t h r o u g hi n v e s t i g a t i n g t h e s et w o p r o p e r t i e s o fp e rs u b - c a r r i e ra c h i e v a b l e t r a n s m i s s i o nr a t ea n dt h eb a s es t a t i o nt r a n s m i tp o w e rw i t hs f rc o o p e r a t i v e u s e r si nt h et r a d i t i o n a lc e l l u l a rn e t w o r ku s i n gs t a t i s t i c a la v e r a g e ，t h e i n e v i t a b l er e s u l to fs f rc o o p e r a t i v eu s e r se n h a n c es y s t e mp e r f o r m a n c ew a s s h o w nc o m p a r et ot h et r a d i t i o n a lc e l l u l a rn e t w o r k s i nt h es i m u l a t i o n ，t h e r e l a t i o nb e t w e e nt h es y s t e mb e rb a s es t a t i o nt r a n s m i s s i o np o w e r , t h eu s e r d e p l o y i n gd e n s i t y , s e r v i c er a n g eo fs f rc o l l a b o r a t i v eu s e r sa n dt h es y s t e m t r a n s m i s s i o nr a t ew e r ev e r i f i e da n dc o m p a r e d a l s ot h er e l a t i o n sb e t w e e nb a s e s t a t i o nt r a n s m i s s i o np o w e ra n db e s y s t e mr e q u i r i n gt r a n s m i s s i o nr a t e ， s e r v i c er a n g eo fs f rc o l l a b o r a t i v eu s e r si sv e r i f i e d k e y w o r d s ：c o l l a b o r a t i v ec o m m u n i c a t i o n ，c e l l u l a rn e t w o r k s ，m u l t i p l e i n p u t m u l t i p l e o u t p u t ，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 ，f r e q u e n c yr e u s e f a c t o r , r e l a y v 北京邮电大学博士论文目录 摘要 a b s t r a c t 目录 目录 第章绪论 v i 1 1 引言1 1 2 无线通信系统发展2 1 2 1 新一代无线通信系统发展演进2 1 2 2 蜂窝网协作通信4 1 3 论文的课题背景与研究内容5 1 4 论文的主要创新点。8 1 5 论文结构9 参考文献。l o 第二章蜂窝网协作通信的基本模式 1 3 2 1 引言13 2 2 无线通信信道1 3 2 2 1 路径损耗与阴影衰落1 3 2 2 2 多径衰落与多普勒频移1 4 2 2 3m i m o 信道模型。1 5 2 3 无线通信先进技术l5 2 3 1o f d m 技术1 5 2 3 2 协作通信技术1 7 2 3 3m i m o 技术2 0 2 4 蜂窝网协作的部署和简化模型2 1 2 4 1 协作蜂窝网部署。2 l 2 4 2 协作蜂窝网简化模型2 3 2 5 本章小结2 4 参考文献2 4 第三章蜂窝网基站与用户联合协作上行性能研究2 7 3 1 引言2 7 3 2 系统模型2 8 3 - 3 单链路信道联合协作分析3l 3 3 1 小区内单基站解码性能研究3 l 3 3 2 基站协作联合解码场景：一3 6 v i 北京邮电大学博士论文目录 3 3 3 数据仿真3 9 3 4m i m o 信道联合协作研究4 0 3 4 1m i m o 信道单基站解码4 0 3 4 2m i m o 信道基站联合解码4 5 3 4 3 数据仿真4 9 3 5 系统传输最小e b 刷o 5 4 3 5 1d f 协作最小e b n 0 分析5 4 3 5 2 数据仿真5 6 3 6 本章小结5 7 参考文献5 7 第四章时分蜂窝系统资源利用率提升研究 6 1 4 1 研究背景与研究内容6 l 4 2 模型描述。6 2 4 2 1 动态上下行资源比系统模型6 2 4 2 2 自适应m a c 数据包系统模型6 4 4 3 动态上下行资源比分配。6 5 4 3 1 基于基本容量的准入控制6 5 4 3 2 动态上下行资源分配算法6 5 4 3 3 自适应最大化资源利用率m a c 包算法a p sm r u 6 9 4 4 仿真与讨论7 3 4 4 1 动态上下行资源设置比仿真7 3 4 4 2a p sm r u 算法仿真7 7 4 5 本章小结8 0 参考文献8 0 第五章软频率复用蜂窝网用户协作性能评估 5 1 研究背景与研究内容8 3 5 2 系统模型。8 5 5 3 小区下行平均可达速率分析8 6 5 3 1 用户协作概率8 6 5 3 2 无用户协作复用系数为l 的可达平均速率8 7 5 3 3s f r 用户协作的平均可达速率i 8 7 5 3 4 干扰信号传输的平均路径损耗9 0 5 3 5 数据仿真9 l 5 4 小区卜行平均传输功率分析9 4 5 4 1 频率复用为l 的无协作平均基站传输功率9 5 5 4 2s f r 用户协作平均基站传输功率一9 5 5 4 3 数据仿真9 5 5 5 小区上行平均传输速率和功率9 8 5 6 本章小结9 8 参考文献9 9 北京邮电大学博士论文 第六章结束语 6 1 论文主要研究成果 6 2 下一步工作展望 致谢 攻读学位期间发表的学术论文目录 v i i i 北京邮电大学博士论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 自上世纪9 0 年代开始，无线通信技术发展取得了长足的进步，无线通信系统的 应用也在不断改变着人们的生活。自以语音为核心传输业务的g s m 和c d m a 网络 到支持语音业务、低速多媒体业务、无线接入因特网等业务的3 g ，进一步到高速、 可靠、多业务支持和随即接入的新一代移动通信( b e y o n d 3 g 4 g ) l 网络，移动通信业务 已从一种奢侈的服务逐渐转变成了日常生活中的必需品。但随着网络节点的不断增 加，移动通信固有的特性，如网络节点拓扑的动态变化、网络节点自身的处理能力和 物理资源的有限性、无线信道衰减导致的网络连接不稳定性，使得随时随即高速接入、 网络全面覆盖等实现面临强烈的挑战。 传统的蜂窝通信系统由丁受到功率、干扰、带宽和部署结构的限制，已经小能满 足日益增长的业务需求，尤其是在频谱效率和网络覆盖上，边缘地区用户和热点地区 用户都面临着“盲服务”的问题。从传统的点到点通信角度来讲，多址技术和多相位 多幅度调制技术提高了链路传输速率，信道编码( r s 码、t u r b o 码以及l d p c 码等) 和交织技术保证并提高着链路的传输可靠性，复杂的功率控制保证一定的网络覆盖。 同时不断逼近信息论理论边界的新型通信技术诸如( 多输入多输出) m i m 0 1 卜5 1 和( 正 交频分复用) o f d m l 6 。9 j 在新一代移动通信系统中作为主流技术被使用。以上技术虽 然解决了高速传输和频谱效率的一些问题，但是不能改善高速传输与网络全覆盖的矛 盾，尤其是边缘地区和盲区，同时这些技术还受到一定的物理限制，如设备尺寸、节 点处理能力等。而这一问题的核心就是无线信道的传播特性，凶此需要在网络部署的 结构上和信号处理的方式上寻求解决方案。作为一种不提高终端实现复杂度，又能提 高通信系统的传输速率、可靠性和网络覆盖，而且可以兼容点到点通信中的关键技术 的协作通信就引起了通信界的广泛关注i l0 。1 5 j 。 协作通信作为一种通信的新概念，与传统的点到点通信不同，重点是要利用无线 传输的广播特性，允许无线网络中不同的用户或节点分享资源，通过分布式传输处 理而获得协作，这里的分布式传输就是指用户的信息不仅自身传输，而且还有协作用 户或节点。在无线通信网络中，协作通信是一种可获取很高的可靠性增益和通信容量 北京邮电大学博士论文第一章绪论 增益的通信范式，它实现了一种对抗严重衰落效应的新形式的空间分集，我们称之为 协作分集 1 1 , 1 4 , 1 6 】。协作通信的概念也被引入到了常用的无线通信网络一蜂窝网络、无 线传感器网络和无线自组织网络，研究重点和目标围绕着传输速率、传输可靠性、网 络覆盖、能量优化等0 7 - 2 5 i 。 1 2 无线通信系统发展 1 2 1 新一代无线通信系统发展演进 从通信系统的发展和业务应用需求角度来讲，新一代的无线通信系统与现在使用 的2 g 、3 g 网络会有着本质的不同。从技术角度来讲，当前b 3 g 和4 g 的研究已经在 空口和链路技术上革命性地采用了o f d m 和极大提高链路速率的m i m o 技术。新一 代的无线通信系统需要满足更加广泛的高速、随时、随即、无盲点的应用技术指标， 因此，在技术和网络结构上需要作进一步的演进。 第一，未来对于无线通信系统的传输速率要求将提高一个数量级，下行峰值速率 能够达i g b s ，上行达到5 0 0 m b s ；峰值频谱效率达到下行3 0 b p s h z ，上行1 5 b p s h z ； 平均频谱效率达到下行3 2 b p s h z ，上行2 b p s h z ：边缘地区平均频谱效率下行0 1 b p s h z ，上行0 0 5b p s h z ；并且能够支持最低天线配置要求下行2 x 2 ，上行i x 2 。依 据该需求，系统传输的载波频率也将提高至2 g h z ，2 5 g h z ，甚至3 5 g h z 。这一频 段的无线电波传输特性受环境因素影响较大，因此在网络部署结构上需要进行改变以 补偿传播特性带来的损耗。 第二，随着互联网发展与无线通信网络发展的逐步融合，数据业务、媒体业务己 渐渐占据了通信流量的主导地位，将达到业务流量的8 0 9 0 以上。数据和媒体类宽 带业务的应用环境也在不断变化1 2 6 1 ，高吞吐量的业务将主要发生在室内和热点游牧场 景，移动互联网业务主要的应用场景演变为室内、低速、热点地区。因此，传统“重 室外、轻室内”，“重蜂窝组网、轻孤立热点”，“重移动切换、轻固定游牧”的蜂窝网 需要进行升级。 第三，频谱资源需求的不断增加是建立在固有的频谱资源分配基础上，而以前的 频谱资源规划没有考虑到现在的无线通信发展趋势，造成了可用频谱资源的分段性， 现有的很多频谱资源是零散的、不连续的，因此，需要采用频谱聚合技术完成对系统 资源的合理分配和调度。频谱聚合是指在频谱资源分配调度的过程中，灵活地利用非 2 北京邮电大学博士论文第r 章绪论 连续的、非对称的甚至是交叉的小块频谱资源，以达到更高的频谱效率。频谱聚合技 术有效利用了零散的频谱资源，提高了频谱的利用效率。但是频谱聚合技术会增加移 动终端的复杂度，只能在较为高端的设备上使用。 第四，无线通信系统的系统容量需求增长在现有的时、频、码资源上已经渐渐接 近理论峰值，因此，需要建立新的自由度以支持无线通信技术的发展。空间维度正好 一定程度上解决了无线通信多径传输带来的损耗，增强了通信的有效性和可靠性。在 通信链路的两端使用多天线技术，相当于对时频资源的重复利用，极入地提高了资源 使用的有效性。通过利用空间信号处理技术，可以实现信号在方向上的功率控制，增 加系统接入用户的数量和质量。但是这一技术受到无线电传播的空间相关性的限制， 在小型手持移动设备上无法实现空间信号的识别和解码。 第五，无线通信与传统网络发展的一致性在不断地靠拢，基于i p 地址数字软交 换也将是新一代移动通信发展的主要趋势之一。随着传统的语音信号的数字码声分解 合成技术的不断完善，所有的无线业务信息都可以按照一定的优先级别在互通互联的 移动互联网中得到优化的调度和使用。同时基于i p v 6 的i n t e r n e t 作为核心网络j f 台也 将解决无线i p 地址增加带来的i p 地址超载问题。 第六，现有的无线通信系统丰要分为：个域网、局域网和城域网。将这几种网络 有效的结合起来、利用不同网络的接入和覆盖优势可以改善无线通信网络覆盖的需 求。建立微蜂窝家庭基站可以极大地改善一些局部区域的通信服务，实现中还可以利 用已经建设的有线设备的资源来实现微蜂窝的部署，尤其适合于家庭和办公环境。从 局部来讲，这一技术还有助于降低网络建设的成本，改善室内的覆盖和服务。但是， 如果广泛使用微蜂窝也会带来网络接入的不稳定，出现用户接入频繁跳转，移动环境 的干扰增加等不利影响。 第七，中继技术作为协作通信中的成本低可行性高的方案，已经作为新一代无线 通信系统中的主流技术。通常使用两跳中继，也就是增加中继站，从而有机会将质量 较差的链路改善为质量较好的两条链路。中继类型主要分为层一、层二、层三中继， 其实现复杂度和功能也不相同，但是总体来讲大幅降低了网络部署的成本。中继技术 将为小区带来更高的资源利用率、更好的链路性能、更大的覆盖范围以及更廉价的建 网成本。同时，中继的引入使得小区内面临资源需求增加，干扰复杂化的问题。有效 的资源复用方案和干扰抑制技术成为当前关注的重点。多天线的应用将为中继资源复 用以及干扰抑制带来新思路。 北京邮电大学博士论文第章绪论 第八，无线通信系统中网络设备数量不断增加的同时，也带来了通信模式转变的 机遇。在通信体系的基础设施规划完成后，网络的自适应和自优化是解决节点动态变 化与通信体系静态结构之间矛盾的最有效工具。在蜂窝网的体系中，最有效的技术包 括协作多点传输、分布式天线和协作m i m o 技术。通过分布式传输和处理，可以有 效提高系统功率使用效率，降低小区间j l ：扰，还可以提高资源管理的灵活性、优化资 源的使用和频谱效率。此时系统需要增加的功能就是提供有限的节点间交互，系统需 求较低而且实现比较简单，可以参考通信控制信道。 基于无线通信系统需求不断变化和技术的不断演进，新一代无线通信系统需要实 现的目标就是支持全i p 高速分组数据传输、支持网络全覆盖性、支持多种互联网业 务、支持高q o s 服务、高频潜效率。随着o f d m 、m i m o 技术研究应用的不断深化， 系统传输速率已