未来分布式无线通信系统发展趋势

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  随着3G技术的市场化不断成熟,以及3G的演进技术(LTE、UMB)不断取得新的突破和进展,对于下一代移动通信系统的研究也随着IMT- Advanced计划的启动,在全球范围内引发了一场热烈讨论。ITU-R为IMT-Advanced提供了一个全球范围标准化的进度计划[1]。从2007年到2008年初,主要的任务是通函,明确需求以及评估方法。在2008年初将在全球范围内展开IMT-Advanced候选方案的征集工作,同时还会相应启动具体的评估工作。

  对于目前比较关注的频谱问题,在刚结束的WRC 2007上进行了专门讨论,最终ITU决定:在450MHz~470MHz、698 MHz~862 MHz、2300MHz~2400MHz、3400MHz~3600MHz频段进行IMT地面业务频率划分。而在可能会对未来无线通信系统产生重大影响的技术领域中,网络体系架构的演进则是重中之重的一个方面,它在很大程度上影响,甚至决定了其它方面的工作。从802.16e(Mobile WiMAX)到LTE[2][3],我们看到的是网络结构的扁平化正在成为趋势,这是因为对系统处理时延越来越苛刻的要求,迫使我们不断优化网络端的处理结构,提高系统信令处理的效率。

  这种扁平化的趋势使无线网络的发展越来越趋向于类似于Internet一样的网状结构,而不再是传统分层的树型结构,Mesh、Relay等分布式无线通信技术逐渐成为未来分布式无线网络的重要支撑技术。随着分布式无线网络的不断发展,Mesh、Relay等概念已不再局限于传统的全分布式无线多跳通信网络中,它们既可以是全分布式的,也可以与集中控制结合。从而,面向下一代移动通信系统的分布式无线网络将会是一种具有部分基础设施网络支撑的分布式无线网络技术。一方面可以利用分布式无线通信技术的优势,另一方面可以为运营商提供一个可管理、可运营的通信系统。

  1、下一代移动通信系统标准化现状

  1.1 WiMAX&802.16x

  在2007年10月,以802.16e为核心技术的WiMAX以OFDMA TDD WMAN的身份加入IMT-2000,成为3G标准的一员,一方面标志着802.16x技术正在得到传统电信网络标准化组织的认可,另一方面也表明分组通信技术对传统电信网络正发挥着越来越重要的影响。作为一种无线城域网络技术,802.16e在支持宽带数据业务方面有一定的优势,并且支持终端的移动性。为了改善网络覆盖性能,提升系统容量,在802.16e的基础上,802.16j引入了分布式多跳中继机制,同时保持与PMP模式的802.16e之间的兼容性。而802.16m则是802.16工作组启动的一个新的针对802.16系列标准的补充标准。目标是对基于OFDMA技术的802.16无线城域网标准进行补充,提供一个在付费频段上工作的高级空中接口,并成为由ITU-R主导的IMT-Advanced评估过程中的一个候选方案[4]。其中,明确提出要将智能中继应用到802.16m网络中,提供高性价比的高速数据速率覆盖。

  1.2 3GPP LTE(+)

  为了应对来自WiMAX技术上的挑战,3GPP于2005年初启动了3G系统的长期演进计划,又称为LTE(Long Term Evolution)。以演进的接入技术E-UTRA和接入网E-UTRAN,满足运营商和用户不断增长的需求,保持UMTS在未来移动通信领域的优势[2]。为了满足LTE系统对数据速率以及频谱效率方面的要求,在下行链路采用了与802.16e类似的OFDM技术,不同的是在上行链路采用了基于单载波的SC -FDMA,克服OFDM技术在上行链路峰均比控制复杂的难题。在网络架构方面,LTE放弃了3G的UTRAN结构,完全由基站(eNode B)来组成E-UTRAN,基站间可以通过X2接口实现一种Mesh方式的多对多连接,而基站与核心网实体MME之间同样可以通过S1-flex的方式实现一种类似Mesh的多对多连接。这样的一种网络结构可以减少信令交互产生的时延,有效实现网络的负载均衡。而为了应对IMT-Advanced的需求, LTE的增强版LTE+也在酝酿之中。

  1.3 WINNER

  除了WiMAX和3GPP以外,由欧盟资助的WINNER项目同样瞄准了为了第四代移动通信系统提供新的空中接口规范,凝聚了来自欧洲、北美以及亚洲的工业界和学术界的研究力量[5]。与前两者不同的是,WINNER引入了GMC技术,从而实现对多种类型的多载波调制/多址技术的支持。结合多天线以及广义MIMO-OFDM,实现了对时、频、空域无线资源的充分挖掘。网络架构方面,引入了无线多跳中继技术,改善网络的覆盖质量,提升传输速率,解决高频段(WINNER系统设计主要针对 3.4G Hz~5GHz频段)无线覆盖困难的问题。通过有效的协作机制和无线资源管理方案,实现与采用其他类型无线接入技术的系统之间的合作通信和频谱共享。

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