B3G移动通信关键技术new

1、3. B3G关键技术近年来，人们对实现B3G通信系统的关键技术进行了大量的研究，并取得了初步的成果。归纳起来有以下一些：18与系统相关的技术：IP语声技术；软件无线电技术；广带无线收发信技术；移动性、安全性、加密、计费、身份认证管理；多跳网络技术等。与应用相关的技术：下一代编码/压缩技术；动态可变码率编码技术；移动代理技术；人-机接口,包括“智能”移动终端技术；流数据通信技术；应用发展环境技术等。先进的无线接入技术：动态QoS控制技术；差错控制及超高速小区搜索技术；多播技术；IP移动性控制技术；无缝IP信包传输技术；链路自适应技术；光纤无线电技术。频率的有效利用技术：微波频带的开拓技术；频带共

2、用与频率共享技术；自适应动态信道分配技术；抗干扰与抗衰落技术；自适应阵列天线及MIMO技术；自适应高效多电平调制技术；正交频分复用技术。 先进的移动终端技术：新的功率管理技术；可包装终端技术；高功能显示器件实现技术；语声识别技术；半导体器件技术；灵敏度增强技术；移动终端的系统平台技术；移动终端安全性增强技术。以上这些技术都是未来移动通信广带无线移动和无线接入融合系统需要研究的课题。下面具体地介绍其中几种正在研究的热点技术。3.1. OFDM技术未来的无线多媒体业务首先要求数据传输速率要高，同时又要保证传输质量，这就要求所采用的调制解调技术既要有较高的信元速率，又要有较长的码元周期。基于这样的考

3、虑，产生了OFDM 技术，属于MCM（Multi-carrier Modulation）中的一种。OFDM的主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。正交信号通过接收端采用相关技术分开，可以在一定条件下减少子信道之间的相互干扰ICI（Inter-Carrier-Interference）。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道可看作平衰落信道，从而消除了符号间干扰ISI（Inter-Symbol-Interference）。由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。OFDM的工作原理：

4、输入数据信元的速率为R，经过串并转换后，分成M个并行的子数据流，每个子数据流的速率为R/M，把每个子数据流中的若干个比特分成一组，每组的数目取决于对应子载波上的调制方式，如PSK（Phase Shift Keying）、QAM（Quadrature Amplitude Modulation）等。M个并行的子数据信元编码交织后进行IFFT（Inverse Fast Fourier Transform）变换，将频域信号转换到时域，IFFT块的输出是N个时域的样点，再将长为Lp的CP（Cyclic Prefix）加到N个样点前，形成循环扩展的OFDM信元，因此，实际发送的OFDM信元的长度为Lp+N

5、，经过并/串转换后发射。接收端接收到的信号是时域信号，此信号经过串并转换后移去CP，当CP长度大于信道的记忆长度时，ISI仅仅影响CP，而不影响有用数据，去掉CP也就彻底去除了ISI的影响13。CP的存在同时使得信号与信道响应的线卷积变为循环卷积，从而简化了接收端的设计（只用进行FFT并采用单抽头均衡器即可）。OFDM技术之所以越来越受关注，是因为OFDM有很多独特的优点：20（1）频谱利用率很高，频谱效率比串行系统高近一倍，这一点在频谱资源有限的无线环境中很重要。OFDM信号的相邻子载波相互重叠，从理论上讲其频谱利用率可以接近Nyquist极限。（2）抗多径干扰与频率选择性衰落能力强，由于O

6、FDM系统把数据分散到许多个子载波上，大大降低了各子载波的符号速率，从而减弱多径传播的影响，若再通过采用加循环前缀作为保护间隔的方法，甚至可以完全消除符号间干扰。（3）采用动态子载波分配技术能使系统达到最大比特率。通过选取各子信道，每个符号的比特数（调制方案）以及分配给各子信道的功率使总比特率最大。即要求各子信道信息分配应遵循信息论中的“注水定理”，亦即优质信道多传送，较差信道少传送，劣质信道不传送的原则。（4）通过各子载波的联合编码，可具有很强的抗衰落能力。OFDM技术本身已经利用了信道的频率分集，如果衰落不是特别严重，就没有必要再加时域均衡器。但通过将各个信道联合编码，可以使系统性能得到提

7、高。（5）基于离散傅立叶变换DFT（Discrete Fourier Transform）的OFDM有快速算法，OFDM采用IFFT和FFT来实现调制和解调，易用DSP（Digital Signal Processing）实现。除上述优点以外，OFDM也有3个较明显的缺点：（1）对频偏和相位噪声敏感。频率偏移和相位噪声会使OFDM各个子载波之间的正交性恶化，使得接收信号的信干噪比下降。（2）PAPR（Peak Average Power Rate）大，导致发送端放大器功率效率较低。由于OFDM 的信号是由多个独立的经过调制的子载波信号相加合成的，因此有可能产生比较大的峰值功率，也就有可能产生较

8、大的PAPR值。而过高的PAPR 值通常会对发送端功率放大器提出较高的线性要求，降低功放效率，从而增加基站和用户终端的成本。（3）自适应的调制技术使系统复杂度有所增加。OFDM 采用的自适应调制技术会增加发射机和接收机的复杂度，并且当移动终端达到车载的移动速度时，自适应的调制技术就没有很大意义了。19OFDM作为保证高频谱效率的调制方案已被一些规范及系统采用，一般DAB（Digital Audio Broadcast）采用可选长度的OFDM块，分别做256，512，2k的FFT；DVB-T（Digital Video Broadcast-T）选用2k和8k的FFT；IEEE 802.11a及H

9、IPERLAN/2（High Performance Radio Local Access Network/2）采用64点FFT；IEEE 802.16d/e规定256点FFT；高速UWB（Ultra Wide Band,IEEE 802.15.3a）的备选调制方案MB-OFDM（Multiband-OFDM）基于128点FFT。13-15OFDM将成为B3G通信系统中特别是下行链路的最优调制方案之一，也会和传统多址技术结合成为新一代通信系统多址技术的备选方案。3.2. 智能天线技术随着电子通信产业的飞速发展，人们生活环境中的无线干扰也日渐嘈杂，来自广播电视、移动通信、无线通信等各个不同领域的

10、电磁波相互干扰，为人们在复杂的背景噪声中正确接收有效信号带来了一定的难度。目前在2G移动通信系统中采用的天线分为全向天线和定向天线两种，全向天线应用于360覆盖的小区，定向天线应用于分扇区覆盖的小区。这两种天线覆盖的区域形状都是不变的，因此对于基站来说，给每一个移动用户的下行信号是广播式发送的，这样会引起系统干扰，并降低了系统容量。智能天线采用了空分多址SDMA（Space Division Multiple Access）技术，利用信号在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、同码道的信号进行区分，动态改变信号的覆盖区域，使主波束对准用户方向，旁瓣或零陷对准干扰信号方向，并能够自动跟踪用户和监测

11、环境变化，为每位用户提供优质的上行链路和下行链路信号，从而达到抑制干扰、准确提取有效信号的目的。智能天线的基本原理是在无线基站端使用天线阵列和相干无线收发信机来实现射频信号的接收和发射，同时，通过基带数字信号处理器，对各根天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并，实现波束成形。21因此，智能天线技术更加适用于具有复杂电波传播环境的移动通信系统。在我国提出的3G标准TD-SCDMA中采用了智能天线技术。智能天线具有以下优点：（1）提高系统容量。智能天线采用了SDMA 技术，利用空间方向的不同进行信道的分割，在不同的信道中可以在同一时间使用同一种频率而不会产生干扰，从而提高了系统容量。（2）降低系

12、统干扰。智能天线技术将波束的旁瓣或零陷对准干扰信号方向，因此能够有效抑制干扰。（3）扩大覆盖区域。由于智能天线有了自适应的波束定向功能，因此与普通天线相比，在同等发射功率的条件下，采用智能天线技术的信号能够传送到更远的距离，从而增加了覆盖范围。（4）降低系统建设成本。由于智能天线技术能够扩大覆盖区域，因此基站的建设数量可以相对减少，降低了运营商的建设成本。智能天线技术的主要缺点在于它的使用将增加通信系统的复杂度，并对元器件提出了较高的性能要求。3.3. MIMO技术MIMO技术最早是由Marconi于1908年提出的，它利用多天线来抑制信道衰落。根据收发两端天线数量，相对于普通的SISO（Si

13、ngle-Input Single-Output）系统，MIMO还可以包括SIMO（Single-Input Multiple-Output）系统和MISO（Multiple-Input Single-Output）系统12。图7是MIMO系统示意图。3.3.1. MIMO的优势设计高QoS保证和在非视距范围下覆盖广的高速无线链路是当今无线通信系统研发的重点。SISO系统若要实现高频谱效率，需要较高带宽和复杂的编码和调制技术，但源于下述四点因素：（1） 手持终端发射功率限制（对人体有辐射影响）；（2） 实现一个线性、低相位噪声的无线接收机所带来的SNR（Signal-to-Noise Rati

14、o）峰值限制；（3） 同频干扰导致的SINR（Signal-to-Interference-and-Noise Ratio）平顶；（4） 信道衰落在发射端功率控制不理想以及发射功率有限条件下导致的最大接收SINR低于接收SNR门限，SISO系统的频谱效率在非视距传输的蜂窝网络中很难达到峰值4-6bit/s/Hz（均值2-4bit/s/Hz）。相比之下，MIMO系统在非视距环境下不需要增加额外的带宽和发送功率便可以实现高于10bit/s/Hz的频谱效率，代价只是增加了收发设备的复杂程度。设MIMO系统发送天线数为M，接收天线数为N，使系统性能优越的因素如下：（1) 阵列增益（Array Gain

15、）在已知信道信息的条件下，发端和收端通过对信号的相关合并增加平均接收SNR。（2) 分集增益（Diversity Gain）分集对抗衰落十分有效，而空间分集由于不占用时频资源更加有益。理想情况下，可以得到空间MN重分集。在发端不知道信道矩阵的情况下，收端也可以得到分集增益，利用的技术便是著名的空时码技术。（3) 空间复用增益（Spatial Multiplexing Gain）通过将互相独立的数据分别从不同天线传送来实现。在充分散射的信道条件下，接收端可以将这些独立的数据流分开，从而得到容量的线性放大（比SISO放大 倍）。（4) 干扰消除（Interference Reduction）同信道

16、干扰来自频率重用，但在多天线系统中可以利用空间对信号进行区分以减少干扰。干扰消除需要已知信号传输信道的特征，可以在收或发端进行，增加了频率重用度，从而提高了多蜂窝容量。然而，如上MIMO技术所带来的全部优势无法同时获得，因为这些优势与对空间自由度（天线根数）的需求是相互矛盾的，但可以依赖有效的信号处理及收发机设计方案在一定程度上解决矛盾22。目前，MIMO技术正在被开发应用到各种高速无线通信系统中：在WMAN（IEEE802.16规范）领域，Iospan Wireless成功开发了一个非视距MIMO-OFDM无线系统，基于的是物理层和MAC（Medium Access Control）层技术；

17、在移动接入领域，ITU工作组正致力于将MIMO技术融入HSDPA；Lucent Technologies已做出用MIMO增强UMTS/HSDPA的芯片；WNG（Wireless Next Generation）组织正努力将MIMO和IEEE802.11标准（WLAN）结合。除了Iospan Wireless的产品之外，其它组织或厂商在MIMO技术上的研发工作预计需要两到三年时间才能在实现上有所突破22。3.3.2. MIMO信道容量分析MIMO信道是在收发两端使用多根天线，每根收发天线对之间形成一个MIMO子信道，假定发送端有M根发送天线，有N根接收天线，在收发天线之间形成NM信道矩阵H，在某

18、一时刻t，信道矩阵为：的元素是任意一对收发天线之间的增益，假设信道是平衰落的，那么在一个符号周期上的输入输出关系式如下（单载波调值）：其中 是 N1 维接收信号矢量， 是 M1 维是发送信号矢量， 是加性高斯白噪声且有 ， 是一个符号周期内在发送端的总平均能量， 是信号矢量的相关矩阵，满足 。3.3.2.1. 确定性MIMO信道容量假定收端已知信道矩阵 （可以通过训练序列或导频获取），那么MIMO信道容量满足下式：其中容量最大值在所有满足 的发送信号中取得。a. 当发端不知信道矩阵时，各天线独立发送等功率信号（ ）为最佳方案，此时容量为23，24：r是H的秩； 是 的r个正特征值。上式表示MI

19、MO信道的频谱效率等同于r个发送能量为 、信道增益分别为 的SISO信道容量之和。b. 当发端已知信道情况时，可以通过在发端和收端同时对信号做线性处理而获得独立的空间信道（信道去相关），然后将传输能量依据“注水”分配便达容量上界。25，263.3.2.2. 平衰落MIMO信道容量假设平频选衰落并服从Rayleigh分布，且块间满足各态历经性（在任一个包含了几个符号的符号块内信道保持不变，不同符号块间信道独立变化），且只有收端已知信道矩阵。注意到每根接收天线的平均SNR是 ，因为 。在衰落信道模型中，有两种容量定义各态历经容量和中断概率25，27，28。a. 各态历经容量（Ergodic Cap

20、acity）在快衰落情况下（传输码字跨越无穷独立衰落块），香农容量用各态历经容量衡量。当s取为循环对称的高斯随机矢量且有 时容量最大25，29：为平均接收SNR，上式表示MIMO系统容量随收发天线数的最小值线性增加。注意到SIMO（M）信道容量比MISO（N ）信道容量高，这是因为发端不知道信道矩阵H，所以MISO系统没有阵列增益。b. 中断容量（Outrage Capacity）在慢衰落情况下（时延要求严格，传输码字只跨越一个块），香农容量为0，因为无论期望传输速率多么小，给定信道不能承载该速率的概率都大于零。于是定义中断容量 ，当以此值作为信息速率时，信道能以(100-q)% 的概率承载2

21、7，28，即 （ 是收端信号互信息），中断容量是SNR的函数并且随SNR增大而增大。给定传输速率R时的中断容量是互信息低于R的概率： ，可以理解为数据包错误概率PER（Packet Error Rate），可以看出传输速率和中断容量之间有一定折衷。3.3.2.3. 频率选择性衰落MIMO信道容量频率选择性衰落信道的容量可以通过将频带分为N个子带，从而得到N个平衰落信道（N足够大），那么互信息可写为30：其中， 是分配给第i个子带的能量。频率选择性衰落信道的各态历经容量为： 中断容量的定义与平衰落信道相同，注意到在低中断容量值下，频选衰落信道的中断容量一般比平衰落信道高，这是因为频率分集的作用3

22、0。3.3.3. MIMO信号处理利用MIMO技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。前者是利用MIMO信道提供的空间复用增益，后者是利用MIMO信道提供的空间分集增益。3.3.3.1. 空间复用获取空间复用增益的方法主要是贝尔实验室提出的BLAST（Bell Labs Layered Space-Time）结构，它比多址接入技术大大提高了频谱效率。BLAST结构不是通过信号变换（编码、调制、映射等）引入符号间的正交性，而是充分利用了信道的多径特点，解除了信号之间的相关性。BLAST结构主要分为V-BLAST（Vertical-BLAST）和D-BLAST（Diagon

23、al-BLAST）：V-BLAST将M个比特流编码，映射和交织后通过互相独立的天线发射出去，充分发掘了分集增益，而且每一个信息流可以单独检测。D-BLAST也先经过相同的处理，但是各编码块分配给不同的天线发送，从而减小了因某一个独立信道传输效果较差而导致的系统整体性能的下降，但意味着更加复杂的收发设备22，。BLAST的检测算法主要用于对抗MSI（MultiStream Interference），具体实现分为线性算法如ZF（Zero Forcing）算法、MMSE（Minimum Mean Square Error）算法以及非线性算法如ML（Maximum Likelihood）算法等。ML

24、算法具有很好的译码性能，但是复杂度比较大，对于实时性要求较高的无线通信来说，目前还很难实现实时译码。ZF算法原理简单且容易实现，但其放大了噪声，对信道的信噪比要求较高。在线性检测算法（例如ZF、MMSE准则下的线性算法）和ML检测算法之间取得性能和复杂度折中的算法有基于ZF准则或者MMSE准则的逐次干扰抵销算法，该算法实际上是使用ZF算法或者MMSE算法加上干扰删除技术得出的。BLAST结构最大程度上发掘了频谱效率，但是一般需要接收天线数目大于或等于传输天线数目，而这一点在下行链路难以实现；另外因为不同的链路传输独立的信号，那么如果一条链路被损坏，我们就将面对不可挽回的错误。203.3.3.2

25、. 空时编码目前MIMO技术领域另一个研究热点就是空时编码（Space Time Coding）。空时码的主要思想是利用空间和时间上的编码实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率。使用空时码时，在发端不知道信道状态信息情况下，系统仍能开发最大分集增益（MN）；并且接收天线数为1，仍然能够工作（获得较小的分集增益）32，33。常见的空时码有STBC（Space Time Block Code）、STTC（Space Time Trellis Code）。STBC只能获得分集增益而无编码增益，以经典的Alamouti方案为例33。通过正交设计，STBC各信号在接收端可以独立译码，接收机的复

26、杂度随着天线数目线性增长。STTC既有分集增益也有编码增益，最简单的例子是将同一码字在不同天线上顺次延迟 发送，类似信道编码中的重复码。对这些码字的最优检测方法的复杂程度随着天线数成指数增长。34 鉴于BLAST结构和空时编码各有侧重点和优缺点，可以将二者结合从而得到高频谱效率和传输质量的良好折中。3.3.4. MIMO-OFDM MIMO系统在一定程度上可以利用传播中的多径分量，也就是说窄带MIMO系统可以有效对抗多径衰落，但是对于宽带系统中突出的频率选择性深衰落，以往基于窄带技术的MIMO系统依然是无能为力，目前解决MIMO系统中的频率选择性衰落的方案一般是利用均衡技术，还有一种是利用OF

27、DM。同时，B3G需要极高频谱利用率的技术，而OFDM提高频谱利用率的作用毕竟是有限的。因此，在OFDM的基础上合理开发空间资源，也就是MIMO+OFDM，可以提供更高的数据传输速率。另外，OFDM由于码率低和加入了时域保护间隔而具有极强的抗多径干扰能力，即当多径时延小于保护间隔时，系统不受ISI（码间串扰）的困扰，因此允许单频网络（Singel Frequency Network）用于宽带OFDM系统，依靠多天线来实现，采用由大量低功率发射机组成的发射机阵列消除阴影效应，实现完全覆盖。12图8给出了MIMO+OFDM的结合方案。FFT/IFFT和CP添加过程都在每一个发送和接收天线完成，而M

28、IMO的信号处理技术也可以应用于OFDM的每个子载波上（对应平衰落信道），即空时编码和BLAST结构可以在频域实现22。总而言之，在MIMO-OFDM系统中，增加了频域的分集和复用作用，带来了更大的系统增益和系统容量。3.4. 混合多址接入技术目前绝大多数通信系统采用基于时域、频域或码域的多址接入方式，而空间多址技术的加入进一步增加了用户容量（最简单的是基站天线扇区化）。考虑到B3G通信系统对容量、频谱效率、抗多用户干扰能力以及支持非对称链路能力等方面的严格要求，混合多址接入更加合适。混合多址接入有效增加了用户容量和系统的灵活性。特别是将B3G关键技术OFDM调制方案与各种多址技术相结合后，其

29、系统能体现出显著的优越性。3.4.1. OFDM+CDMACDMA扩频多址接入作为3G的核心技术给蜂窝系统带来了频率规划简单、抗干扰能力较强以及速率动态可变等优点。然而在多用户带限系统中，DS-CDMA（Direct Sequence-Code Division Multiple Access）也面临例如MAI（Multiple Access Interference）、RAKE接收机难以实现（复杂性随时延增加而增大）、频率干扰（Single-/Multitone interference）等问题。因此，人们提出了OFDM和DS-CDMA相结合的调制多址方案,以充分发掘频谱效率并获取分集增益。

30、主要有如下三种方案被提出：MC-CDMA（Multi Carrier-CDMA）、MC-DS-CDMA（Multi Carrier-Direct Sequence-CDMA）和MT-CDMA（Multi Tone-CDMA）。3.4.1.1. MC-CDMA Vs. MC-DS-CDMA首先分析对比前两种技术，二者的共同点是不同用户占用相同时频资源而以特定的扩频码进行区分，并且在频域上具有相互正交的子载波。两种方案都采用多载波调制技术以降低子载波上的数据速率从而减小符号间串扰，在码片速率较高的扩频系统中这个优势尤为显著。然而，MC-CDMA和MC-DS-CDMA采用了不同方式将码片映射到子带，

31、前者在频域扩频将扩频符号的不同码片分配到正交的子载波上同时传输，后者在时域扩频将不同码片依次占用不同时隙传输（更类似直扩）35。下图展示了这两种工作原理：MC-CDMA支持灵活的系统设计，即扩频码长度不必和子载波数目相同，因而接收机复杂程度可控。MC-DS-CDMA也可运用除OFDM之外的多载波调制方案。具体而言，当使用宽带子载波时，仅有为数不多的子载波存在，每个子载波都可以被看作是一个DS-CDMA系统，只是串/并转换带来了降低的数据速率和ISI；当使用窄带子载波时，便可以应用OFDM在频域上规划出相互正交的子载波从而得到高频谱效率。如果没有引入编码或交织技术，以上技术只能获取时间分集增益。

32、两种技术的优缺点比较如下表所示：因此，高频谱效率和低接收机复杂程度使得MC-CDMA十分适合于蜂窝系统下行链路；而低PAPR使得MC-DS-CDMA十分适于多用户上行链路36。3.4.1.2. MT-CDMAMT-CDMA发射机使用给定扩频码，对串/并变换后的数据流做时域扩频，破坏了子载波之间的正交性。MT-CDMA方案采用长度和子载波数目成正比的扩频码（比DS-CDMA方案更长），因此系统可以容纳更多的用户35。下图显示了MT-CDMA的发射机、发射信号的功率谱密度和接收机原理框图：MT-CDMA系统中子载波间存在着干扰，但是长码的采用使得ISI和MAI问题得到了一定缓解。3.4.1.3.

33、一维扩频方案比较文献35,37中对以上三种一维扩频方案（MC-CDMA、MC-DS-CDMA、MT-CDMA）的系统性能进行了比较。当使用矩形脉冲时，MC-CDMA和MC-DS-CDMA所需带宽几乎是DS-CDMA的一半，而MT-CDMA几乎和DS-CDMA相同。然而，当在DS-CDMA系统使用滚降系数较小的Nyquist成型滤波器时，MC-CDMA、MC-DS-CDMA和DS-CDMA所需带宽相当。上述四种系统特点比较如下表所示35： 3.4.1.4. 二维扩频VSF-OFCDMNTT DoCoMo公司提出了VSF-OFCDM的接入方案38-40。VSF-OFCDM采用了二维扩频，调制数据符

34、号通过由正交的短信道区分码和长小区区分码组合的码字扩频。扩频后序列的每一个码片在时域被分配给接连的OFCDM符号，在频域被分配给接连的子载波。因此，总扩频因子SF可以写成 。在VSF-OFCDM中，虽然SF的每一码字信道的数据速率与非扩频（例如OFDM）比较，降低为 ，但是总数据速率通过引入由正交短码构造的信道码分多址得到了增加。如果码分多址数目等于SF，VS-OFCDM的总数据速率就等同于OFDM。在这种情况下，人们更倾向于时域扩频，因为在频率选择性衰落信道中，时域扩频在保证码分信道之间正交性上优于频域扩频，并且这一特性有利于在AMC（Adaptive Modulation and Codi

35、ng）中采用多进制调制。同时，为了实现小区频率重用因子为1，使用更大的扩频因子或者更小数量的码分多址在VSF-OFCDM中可有效降低临小区的干扰。VSF-OFCDM系统的另一个优势在于可以在同一帧中灵活地实现不同的多信道复用。源于扩频和码分复用特性，只要正交短信道区分码资源保留，任何信道可以在需要的帧持续区间灵活地进行码分，而不会带来额外的传输延迟。例如，数据信道被灵活地用它相应的控制信道区分码进行码分复用，控制信道传输着对数据信道的AMC、HARQ（Hybrid Automatic Repeat re-Quest）和快速包调度等关键控制数据。下图展示了多小区环境下VSF-OFDMA与OFDM

36、的配置差别：3.4.2. OFDM+FDMA扩频、跳频与多载波调制方案的结合带来了更多混合多址接入解决方案，例如OFDMA、SS-MC-MA（OFDMA结合CDM（Code Division Multiplexing）和IFDMA。3.4.2.1. OFDMAOFDMA给每一个用户分配一个或几个OFDM子载波，不像传统FDMA接收机需要为每个用户配置一个解调器，OFDMA只需要一个解调器和DFT模块即可。下图描述了简单的OFDMA工作原理（图中每a用户只占用一个子载波）。OFDMA常用于多用户上行链路，结合低进制调制方案和Gray映射（当然高进制调制和其它映射方案也可以被采用）。系统中子载波的

37、分配方案可动态调整，动态分配（跳频）方案对于增加系统鲁棒性更加有利利用了频域分集效果，类似MC-CDMA中的M-或Q-Modification。OFDMA系统对定时和载波同步要求很严格，用以保证不同用户调制符号之间的正交性，如果移动台能够锁定基站传送的同步信息，就使得上行基站接收的载波和时钟恢复电路相对简单，从而大大简化了OFDM解调器结构。41OFDMA系统同OFDM系统一样对相位噪声很敏感。不同用户之间的相位校正仅靠度量单独信号的功率和延迟不足以满足要求，然而可以利用一个大保护间隔（循环冗余）补偿相位偏差。跳频OFDMA（FH-OFDMA）中，基站按照一定跳频模式动态分配子载波给用户42。

38、FH-OFDMA和MC-CDMA很相似，因为在OFDMA中，频率分配可以根据一个由跳频模式生成的码字完成，这就和MC-CDMA在频域扩频概念相同。 为了提供多速率多媒体服务，OFDMA可以依据用户的需求对用户分配不同数目的子载波，这种子载波分配和跳频模式控制消息，功率控制消息以及时间、频率同步信息都属于MAC层控制信令。3.4.2.2. SS-MC-MAOFDMA结合码分复用就得到扩频多载波多址：SS-MC-MA（Spread Spectrum-Multicarrier-Multiple Access）43,44。SS-MC-MA使用OFDMA区分用户，并将CDM用在属于同一用户的数据符号上，

39、从而取得了额外的分集增益。SS-MC-MA和M-Modification MC-CDMA很相似，共同点如下：（1） 都将每一个数据符号扩频到L个子载波上从而获得频率分集增益；（2） 对每一个子系统可以使用相同的检测技术；（3） ISI和ICI可以被消除，简化接收机设计。二者差别在于：（1) SS-MC-MA使用CDM在同一子载波上同时传输同一用户的不同数据，是一个子载波上的OFDMA；而MC-CDMA使用CDM在同一子载波传递不同用户的数据，是一个CDMA方案；（2) MC-CDMA系统必须解决MAI；SS-MC-MA系统没有MAI，却要解决自干扰；（3) SS-MC-MA中每个子载波只属于一

40、个用户，使得信道估计（尤其是上行链路）易于实现；而在MC-CDMA中，上行链路的信道估计必须面对混合的历经独立衰落的多用户信号，因此过程很复杂；（4) SS-MC-MA系统（特别在下行）应用多符号检测（类似MC-CDMA的多用户检测）得到一步估计L个符号的高效率，即SS-MC-MA系统下行符号检测复杂度是MC-CDMA系统的1/L。SS-MC-MA的上行发射和接收电路如下图所示：B3G通信系统可以在下行使用MC-CDMA而在上行用SS-MC-MA，以获得上下行高频谱效率和灵活性，并且上下行可以使用同样的硬件，只需对用户数据提供不同的映射方式45。从另一个角度看，带有灵活资源分配的改进SS-MC

41、-MA方案也可应用在下行链路以提高下行吞吐率46。SS-MC-MA还可以利用下行链路的同步信息来降低上行接收端同步的复杂度，并且在系统轻负荷情况下可以调整方案，调用剩余资源保证更可靠的传输47,48。3.4.2.3. IFDMAIFDMA（Interleaved Frequncy Division Multiple Access）设计目标是实现没有多址接入干扰的FDMA49, 50。系统中每一个用户独享一个子载波集，对不同用户的子载波进行交织。在IFDMA中，每个用户占用的子载波在传输频段上均匀分配，以获得最大程度上的频率分集增益。IFDMA的信号在时域设计，从而实现了低PAPR。然而，IFD

42、MA也有如下不足：（1） IFDMA比OFDM矩形波需要更大的传输带宽，即频谱效率不及OFDM系统；（2） 在IFDMA系统中，多径信道导致的ISI需要更复杂的接收机才能消除；（3） IFDMA设计不如MC-CDMA灵活，因为它不支持自适应的子载波分配。带有循环冗余保护间隔的IFDMA的信号设计如下图所示：每个用户的Q个符号经过压缩和重复交织过程构成了一个IFDMA符号，压缩过程即在频域进行了扩展。然后将该IFDMA符号与用户特有的相位向量作矢量内积（以每个压缩符号作为基本单位），从而保证每个用户被分配了独立于其它用户的子载波集（包含有Q个子载波）。IFDMA接收机需要做均衡以抵抗ISI。由于

43、低PAPR（恒包络）特性，IFDMA可以应用于功率受限终端的上行链路。3.4.3. OFDM+TDMA结合OFDM和TDMA的多址技术被称为MC-TDMA（Multicarrier-TDMA）或OFDM-TDMA，并且已经在高速WLAN标准中应用51-54。MC-TDMA的一帧包含K个时隙，分别分配给K个用户，每个时隙包含一个或多个OFDM符号。时隙分配方案由基站MAC层信令控制，当相邻OFDM符号间的ISI被足够长的保护间隔或精确的时间控制机制消除时，多址接入干扰也被消除。每个时隙可以分配不同的编码和调制方案。MC-TDMA主要的优势在于保证了高峰值速率，实现了突发传输，消除了多址接入干扰并

44、实现了简单的接收机结构。相干解调需要精确的OFDM突发同步，特别是在上行链路，为此采用了频域同步系统进行补偿。除了需要引入复杂的OFDM同步机制外，MC-TDMA的缺陷还体现在三点上：首先，分集增益只能通过额外的方式，例如信道编码或MIMO技术获得；其次，在TDMA系统中，终端瞬间传输功率很高，因此要求比FDMA系统中使用更高效的功放；再次，MC-TDMA系统作为一个OFDM系统还需要一个很迅速的发射功放回退。下图显示了MC-TDMA系统结构。收发机结构和OFDM/OFDMA系统很类似，只不过MC-TDMA系统需要进行突发同步。结合OFDMA和MC-TDMA可以获得一个具备高吞吐率的灵活的多用

45、户系统55。3.5. 非对称业务支持技术因需要B3G支持上下行链路不对称的多媒体业务，故列出可有效地支持这种不对称性的技术如下16。3.5.1. 双工模式双工模式是影响系统整体频谱效率的一个重要因素，为能支持非对称业务，不同的双工模式各有利弊。双工模式的选择依赖于应用类型（近距离、广域、灵活性等）。在链路非对称的情况下使用TDD（Time Division Duplex）或FDD（Frequency Division Duplex）模式各有其优势和劣势。3.5.1.1. TDD在TDD模式下，通过给上/下行链路分配不同大小的时隙实现不对称业务，每一链路可达到的最大数据速率取决于时隙分配的不对称比例。TDD具有如下优点：（1） 提供容易识别的上/下行统一频带，下行信道估计结果可以用于上行链路（慢衰落和延迟较小情况）；（2） 流量的不对称性可以灵活调整，只需考虑同频带（同小区）和临频带（临小区）干扰情况；（3） 因TDD可以在一定范围内改变不对称程度，故频谱效率相对独立于实际网络流量的不对称性；（4） 在低速移动条件下，可以利用上行提供