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相關(guān)專(zhuān)題：
目前，世界各國(guó)在3G商用化的同時(shí)，已把研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)入超3代（Beyond 3G，后均簡(jiǎn)稱(chēng)B3G或4G）移動(dòng)通信的先期研究，在概念和技術(shù)上尋求創(chuàng)新和突破，從而使無(wú)線(xiàn)通信的容量和速率有十倍甚至百倍的提高。與傳統(tǒng)的通信技術(shù)相比，超3G通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于通話(huà)質(zhì)量及數(shù)據(jù)通信速率的提高。為改變我國(guó)通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展長(zhǎng)期處于被動(dòng)跟蹤的局面，繼我國(guó)3G研究開(kāi)發(fā)取得巨大進(jìn)展之后，國(guó)家十五“863”計(jì)劃于2001年底制定并啟動(dòng)了未來(lái)移動(dòng)與無(wú)線(xiàn)通信發(fā)展的Future計(jì)劃[1，2]。
在Future計(jì)劃一期課題的支持下，北京郵電大學(xué)等國(guó)內(nèi)六所高校，分別與華為、三星等國(guó)內(nèi)外企業(yè)開(kāi)展合作，經(jīng)過(guò)一年多的艱苦努力，完成了六種無(wú)線(xiàn)傳輸鏈路方案的設(shè)計(jì)，并初步研究了無(wú)線(xiàn)資源管理方案和上層協(xié)議；基本完成了基帶電路核心硬件和軟件的設(shè)計(jì)和測(cè)試，并完成了支持分布式多天線(xiàn)接入的射頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；取得了一系列創(chuàng)新性研究成果，申請(qǐng)了30余項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利，為進(jìn)一步凝煉面向十五末期的超3代總體技術(shù)方案打下了良好的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)之上，國(guó)家“863”Future計(jì)劃于2003年11月啟動(dòng)了第二階段研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃。本課題研究開(kāi)發(fā)的總體目標(biāo)是：面向超3代移動(dòng)通信在傳輸速率、業(yè)務(wù)支持、系統(tǒng)容量等方面的應(yīng)用需求，在超3G移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、空中接口等各個(gè)方面，進(jìn)一步開(kāi)展深入系統(tǒng)的研究，重點(diǎn)突破，形成完善的超3代總體技術(shù)方案，構(gòu)建具有超3代移動(dòng)通信主要技術(shù)特征的試驗(yàn)系統(tǒng)，具備向ITU提交初步的新一代無(wú)線(xiàn)通信體制標(biāo)準(zhǔn)建議的技術(shù)基礎(chǔ)。
國(guó)家“863”項(xiàng)目“超3代蜂窩移動(dòng)通信無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)”子課題——“TDD系統(tǒng)OFDM上行鏈路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)及TDD技術(shù)集成”由北京郵電大學(xué)無(wú)線(xiàn)新技術(shù)研究所承擔(dān)，具體負(fù)責(zé)該課題的實(shí)施和集成。該子課題于2003年11月啟動(dòng)，2004年7月完成了鏈路方案驗(yàn)收，至2006年6月完成了上下行鏈路以及整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)工作，在2006年6月17日進(jìn)行了正式驗(yàn)收。驗(yàn)收結(jié)果表明該系統(tǒng)已達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，這標(biāo)志著我國(guó)在下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究中取得了突破性進(jìn)展。
一、Future B3G-TDD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)
1.B3G系統(tǒng)的研究目標(biāo)
為適應(yīng)未來(lái)發(fā)展的需要，B3G移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備以下基本特征：無(wú)論何時(shí)何地，都能夠?yàn)榻K端用戶(hù)提供高分辨率業(yè)務(wù)；能夠使用“空間分集”技術(shù)對(duì)抗更高頻段上的電波傳輸特性，提供更大范圍的服務(wù)；使用多天線(xiàn)技術(shù)，在體積受限的情況下為用戶(hù)提供高質(zhì)量的無(wú)線(xiàn)通信服務(wù)系統(tǒng)。具體而言，研制目標(biāo)為：①采用全I(xiàn)P高速分組數(shù)據(jù)傳輸：熱點(diǎn)地區(qū)峰值數(shù)據(jù)速率能達(dá)到100 Mbit/s；②具有高的終端移動(dòng)性：移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)速度最高能達(dá)到250 km/h；③具有高的傳輸質(zhì)量：數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的誤碼率低于10-6；④頻譜利用率大大增加，高于5 bit/s/Hz；⑤高功率：?jiǎn)翁炀�(xiàn)發(fā)射功率較3G系統(tǒng)降低10 dB以上；⑥用戶(hù)數(shù)據(jù)速率根據(jù)業(yè)務(wù)類(lèi)型可在8 kbit/s～100 Mbit/s大動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)變化[1，2]。
2.系統(tǒng)構(gòu)架
北京郵電大學(xué)領(lǐng)頭研制的B3G TDD試驗(yàn)系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）采用多輸入多輸出（MIMO）與OFDM技術(shù)相結(jié)合的傳輸模式，并采用了OFDMA的多址方式。試驗(yàn)系統(tǒng)包括兩個(gè)接入點(diǎn)（AP），其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為扁平式無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)，應(yīng)用了全新小區(qū)結(jié)構(gòu)——群小區(qū)和群切換，使移動(dòng)用戶(hù)（MT）總處于小區(qū)中心，解決了“更小小區(qū)尺寸”問(wèn)題，從而避免了“小區(qū)邊緣”效應(yīng)以及頻繁切換等問(wèn)題，并進(jìn)一步擴(kuò)展了覆蓋范圍。在提高系統(tǒng)容量方面，系統(tǒng)架構(gòu)充分利用空間分集，如：分布式天線(xiàn)陣、虛擬MIMO、多跳、中繼等技術(shù)。另外，系統(tǒng)利用軟頻率復(fù)用方案，同時(shí)采用“Radio over Fiber”系統(tǒng)結(jié)構(gòu)擴(kuò)充了設(shè)備的使用范圍與傳輸距離。
圖1 B3G-TDD系統(tǒng)構(gòu)架
二、B3G TDD試驗(yàn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
1.先進(jìn)的接入技術(shù)與多址方案
正交頻分復(fù)用（OFDM）是一種無(wú)線(xiàn)環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)，在頻域內(nèi)將給定信道分成多個(gè)正交子信道，并在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，各子載波并行傳輸。這樣雖然總信道是非平坦的，即具有頻率選擇性，但是每個(gè)子信道是相對(duì)平坦的，在每個(gè)子信道上進(jìn)行的是窄帶傳輸，信號(hào)帶寬小于信道相對(duì)帶寬。這樣便消除或減小了符號(hào)間干擾，避免了多徑和多普勒頻移的影響，提高了系統(tǒng)頻譜利用率。
OFDM可與其他多種多用戶(hù)接入方法結(jié)合，使多用戶(hù)可同時(shí)利用OFDM技術(shù)進(jìn)行信息的傳遞[3，4]。試驗(yàn)系統(tǒng)中采用了OFDMA的多址方式，將不同子載波分配給不同用戶(hù)，使OFDM通過(guò)FDMA方式區(qū)分用戶(hù)。OFDMA系統(tǒng)通過(guò)將正交相鄰的子載波靈活地分配給不同用戶(hù)，降低了小區(qū)內(nèi)干擾，提高了系統(tǒng)容量。
2.多天線(xiàn)技術(shù)
MIMO技術(shù)為系統(tǒng)提供空間復(fù)用增益和空間分集增益，在大大提高信道容量的同時(shí)提高了信道可靠性并降低了誤碼率。
在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中，采用了靈活配置的MIMO方案，如表2所示。
表2 B3G-TDD演示系統(tǒng)MIMO配置方案
對(duì)移動(dòng)通信數(shù)據(jù)速率和質(zhì)量要求的提高推動(dòng)著MIMO與OFDM技術(shù)的結(jié)合。兩者結(jié)合的顯著優(yōu)點(diǎn)在于[5]：OFDM技術(shù)可將款待頻率選擇性信道等效于多個(gè)并行的平坦性衰落信道，從而大大降低了MIMO技術(shù)空時(shí)處理的復(fù)雜度。MIMO-OFDM系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)包括同步技術(shù)，信道估計(jì)等技術(shù)和算法研究在系統(tǒng)理論研究與實(shí)現(xiàn)中均有突破。
3.先進(jìn)的編譯碼方案
4G移動(dòng)通信系統(tǒng)采用Turbo碼與基于低密度校驗(yàn)（LDPC）碼相結(jié)合的信道編碼技術(shù)，同時(shí)與自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求（ARQ）技術(shù)和分集接收技術(shù)相結(jié)合，從而在低Eb/No條件下保證系統(tǒng)足夠的性能。
4.軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)
4G移動(dòng)通信系統(tǒng)中，系統(tǒng)速率將有很大提高，對(duì)硬件、尤其是軟件的處理能力均有顯著提升。軟件無(wú)線(xiàn)電是將標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件功能單元經(jīng)過(guò)一個(gè)通用硬件平臺(tái)，利用軟件加載方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各種類(lèi)型的無(wú)線(xiàn)電通信系統(tǒng)的一種具有開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的技術(shù)，軟件無(wú)線(xiàn)電將在4G系統(tǒng)中得到充分的應(yīng)用[4，6]。系統(tǒng)采用更多的軟件來(lái)定義和實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)功能，系統(tǒng)的各種功能和信號(hào)處理都更多地采用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。軟件系統(tǒng)包括無(wú)線(xiàn)信令規(guī)則與處理、信號(hào)流變換、信源編碼、信道糾錯(cuò)編碼、調(diào)制解調(diào)算法、同步算法、信道估計(jì)算法等一系列軟件。軟件無(wú)線(xiàn)電的纓使得系統(tǒng)具有更強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性，從而能夠適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)與空中接口。
5.基于IP的核心網(wǎng)
B3G-TDD移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)是一個(gè)基于全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)，同已有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)相比具有根本性的優(yōu)點(diǎn)，即：可實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的無(wú)縫互聯(lián)。核心網(wǎng)獨(dú)立于各種具體的無(wú)線(xiàn)接入方案，可以提供端到端的IP業(yè)務(wù)，能同已有核心網(wǎng)和公共交換電話(huà)網(wǎng)（PSTN）兼容。其具有開(kāi)放的結(jié)構(gòu)，允許多種空中接口接入核心網(wǎng)；同時(shí)能將業(yè)務(wù)、控制和傳輸分開(kāi)。IP與多種無(wú)線(xiàn)接入?yún)f(xié)議相兼容，因此在核心網(wǎng)的設(shè)計(jì)上具有很大的靈活性。
三、B3G-TDD系統(tǒng)演示業(yè)務(wù)
演示主要包括極速上行和極速下行兩種狀態(tài)下的業(yè)務(wù)，均采用單基站和單移動(dòng)臺(tái)模式，主要演示業(yè)務(wù)包括上網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)直播、視頻會(huì)議以及VoIP等內(nèi)容。下面以室外極速上行業(yè)務(wù)演示為例，介紹B3G-TDD系統(tǒng)業(yè)務(wù)演示。
1.時(shí)隙幀結(jié)構(gòu)
試驗(yàn)系統(tǒng)幀設(shè)計(jì)為非等長(zhǎng)時(shí)隙的幀結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)傳輸幀長(zhǎng)5 ms，避免了較長(zhǎng)幀使用時(shí)自適應(yīng)調(diào)制的復(fù)雜度。其中每幀包含8個(gè)時(shí)隙，有6個(gè)通用數(shù)據(jù)時(shí)隙和上下行同步時(shí)隙，1個(gè)下行信令時(shí)隙。上下行時(shí)隙可以根據(jù)具體情況靈活變化，當(dāng)演示上行高速率業(yè)務(wù)時(shí)，可將6個(gè)通用數(shù)據(jù)時(shí)隙全部設(shè)置為上行時(shí)隙。專(zhuān)用的同步時(shí)隙可通過(guò)一次同步搜索同時(shí)獲得OFDM符號(hào)同步和幀同步。為了獲得更為精確的同步估計(jì)性能，B3G試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)基于同步訓(xùn)練序列，利用本地訓(xùn)練序列和接收碼字序列相關(guān)獲得時(shí)間同步和頻率同步的信息。
在B3G試驗(yàn)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)以幀為單位傳輸，在每一幀中設(shè)置兩個(gè)同步時(shí)隙，分別放置下行同步和上行同步訓(xùn)練序列。
2.演示拓?fù)浼皥?chǎng)景
B3G-TDD無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的驗(yàn)收在北京郵電大學(xué)無(wú)線(xiàn)新技術(shù)研究所進(jìn)行。演示系統(tǒng)兼容TD-SCDMA，峰值速率高達(dá)100 Mbit/s以上，頻譜利用率可達(dá)7.1 bit/s/Hz；演示系統(tǒng)支持高清晰視頻點(diǎn)播、FTP高速下載、Internet、語(yǔ)音等多種多媒體、IP數(shù)據(jù)及語(yǔ)音業(yè)務(wù)。
系統(tǒng)極速上行演示拓?fù)淙鐖D2所示，MT和AP端之間為無(wú)線(xiàn)信道。MT端連接交換機(jī)和MT計(jì)算機(jī)，交換機(jī)連接視頻服務(wù)器、語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)、WAN網(wǎng)關(guān)。AP端連接交換機(jī)和AP計(jì)算機(jī)，交換機(jī)連接IP電話(huà)機(jī)、WAN網(wǎng)關(guān)、業(yè)務(wù)演示計(jì)算機(jī)和多個(gè)媒體計(jì)算機(jī)。演示現(xiàn)場(chǎng)分室內(nèi)、室外兩部分。
圖2 極速上行業(yè)務(wù)演示拓?fù)涫疽?br />
3.演示業(yè)務(wù)內(nèi)容
�。�1）多媒體業(yè)務(wù)
多媒體業(yè)務(wù)演示包括視頻會(huì)議業(yè)務(wù)演示和無(wú)線(xiàn)直播業(yè)務(wù)演示兩部分。演示間和演示車(chē)之間通過(guò)B3G TDD系統(tǒng)提供的通信平臺(tái)，進(jìn)行該類(lèi)業(yè)務(wù)的演示，如圖3所示。
圖3 極速上行多媒體業(yè)務(wù)演示示意
（2）基于IP的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（WWW瀏覽業(yè)務(wù)演示）
B3G TDD演示系統(tǒng)為WWW上網(wǎng)瀏覽業(yè)務(wù)提供了可靠的通信平臺(tái)，如圖4所示。
圖4 極速上行上網(wǎng)業(yè)務(wù)演示示意
�。�3）語(yǔ)音業(yè)務(wù)（VoIP業(yè)務(wù)）
B3G TDD演示系統(tǒng)為在無(wú)線(xiàn)環(huán)境中進(jìn)行VoIP業(yè)務(wù)提供了可靠的通信平臺(tái)，如圖5所示。
圖5 極速上行VoIP業(yè)務(wù)演示示意
四、結(jié)語(yǔ)
B3G TDD移動(dòng)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將使中國(guó)在3G演進(jìn)以及4G技術(shù)的開(kāi)發(fā)中占有重要的地位，并且可以使擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)轉(zhuǎn)化為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前，該項(xiàng)目中產(chǎn)生的專(zhuān)利正在進(jìn)行評(píng)估分析和測(cè)試，其中的部分專(zhuān)利技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于產(chǎn)品中，這標(biāo)志著專(zhuān)利技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。
基于寬帶無(wú)線(xiàn)移動(dòng)的B3G/4G信息平臺(tái)，可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，進(jìn)入寬帶移動(dòng)通信技術(shù)研發(fā)服務(wù)市場(chǎng)，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。它可以使以前所不可能實(shí)現(xiàn)的超高速高清晰度視頻點(diǎn)播成為現(xiàn)實(shí)，使各種多媒體新型業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)成為可能，為保持我國(guó)移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的順利發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的平滑過(guò)渡提供了有力支持，該技術(shù)能極大地提高用戶(hù)享受高速、寬帶無(wú)線(xiàn)接入的能力，更好地享受以圖像、視頻為代表的多媒體業(yè)務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。因此，對(duì)改善和提高人民的文化生活水平具有重要的價(jià)值，帶來(lái)了積極的社會(huì)效益。
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