IMT-Advanced無線空中接口關(guān)鍵技術(shù)

摘要　IMT-Advanced標準化工作已經(jīng)迫在眉睫，本文介紹了IMT-Advanced的幾個代表性物理層技術(shù)方向，包括多址技術(shù)、多天線技術(shù)、調(diào)制和編碼、小區(qū)間干擾抑制技術(shù)、中繼技術(shù)、廣播組播技術(shù)等，討論了在這些技術(shù)方向上幾個可能的技術(shù)發(fā)展趨勢。

1、國際B3G研究工作進展

B3G技術(shù)的研究從20世紀末3G技術(shù)完成標準化之時就開始了。2006年，ITU-R已經(jīng)正式將B3G技術(shù)命名為IMT-Advanced技術(shù)（3G技術(shù)名為IMT-2000）。根據(jù)原定的工作計劃，IMT-Advanced標準化已經(jīng)“近在眼前”。ITU-R將在2008年2月向各國發(fā)出通函，向各國和各標準化組織征集IMT-Advanced技術(shù)提案。IMT-Advanced技術(shù)需要實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)率和更大的系統(tǒng)容量，目標峰值速率為：低速移動、熱點覆蓋場景下1 Gbit/s以上，高速移動、廣域覆蓋場景下100 Mbit/s。

國際上針對IMT-Advanced的研究已經(jīng)取得了一系列重要的進展。日本NTT DoCoMo公司已經(jīng)通過4×4和12×12天線MIMO（多進多出）技術(shù)在100 MHz帶寬下分別驗證了1 Gbit/s（室外試驗）和5 Gbit/s的峰值傳輸速率，在硬件實現(xiàn)方面處于世界領(lǐng)先位置。歐盟第6框架研究項目WINNER自2004年啟動以來。吸引了歐洲各主要通信設(shè)備商，第一階段（Phase Ⅰ）已于2005年底完成，就各種B3G關(guān)鍵技術(shù)進行了廣泛的調(diào)研，形成了系統(tǒng)化的結(jié)論。將于2007年底完成的第二階段（Phase Ⅱ）將完成系統(tǒng)設(shè)計和性能評估過程，形成完善的技術(shù)方案。2008年開始的第三階段（Phase Ⅲ）將進行演示系統(tǒng)的開發(fā)和實驗。同時，歐盟大力支持的世界無線研究論壇（WWRF）已經(jīng)成為國際B3G技術(shù)交流的主要平臺之一。另外，日本和韓國也分別成立了mITF（移動IT論壇）和NGMC（下一代移動通信）論壇，推廣自己的B3G研究成果。

目前的各標準化組織正在正式或非正式地開展針對IMT-Advanced的預(yù)研。3GPP2在加緊進行AIE（空中接口演進）標準化的同時，設(shè)立了先進技術(shù)演進（ATE）項目，并開始針對IMT-Advanced提案進行研究。IEEE在2006年12月終于批準了802.16m的立項申請（PAR），此項目將在IEEE 802.16e（WiMAX技術(shù)）的基礎(chǔ)上開發(fā)滿足IMT-Advanced需求的技術(shù)方案。相對而言，3GPP并沒有明確展開針對IMT-Advanced的工作，但實際上正在標準化的LTE（長期演進）技術(shù)已經(jīng)具有部分4G技術(shù)的特征，預(yù)計3GPP會基于LTE進一步演進，形成歐洲IMT-Advanced技術(shù)提案的一個重要來源。

2006年，數(shù)家國際移動通信運營商聯(lián)合成立了NGMN論壇，想要引領(lǐng)新一代寬帶移動通信的走向。目前NGMN白皮書已經(jīng)初步成型，并對各國各標準化組織的研究和標準化工作產(chǎn)生重大影響。

2、IMT-Advanced空中接口核心技術(shù)

雖然完整的B3G系統(tǒng)應(yīng)包括核心網(wǎng)、接入網(wǎng)和無線接入，但ITU-R主要將IMT-Advanced標準定位于一種無線接入技術(shù)。從目前的國際研究現(xiàn)狀來看，IMT-Advanced的候選技術(shù)有趨同的趨勢，幾個技術(shù)陣營都認為IMT-Advanced的基礎(chǔ)是OFDMA（正交頻分多址接入）和MIMO技術(shù)，各種研究和標準化工作均圍繞MIMO OFDMA技術(shù)進行不同方面的增強和優(yōu)化，以使MIMO OFDMA系統(tǒng)發(fā)揮更好的性能。IMT-Advanced空中接口物理層核心技術(shù)主要包括如下幾個方面。

2.1　基本傳輸和多址技術(shù)

雖然IMT-Advanced系統(tǒng)很可能以O(shè)FDMA技術(shù)為核心，但卻有多種多樣的變種。這些變種是為了解決OFDMA技術(shù)中的某些潛在問題或進一步增強其性能而產(chǎn)生的。主要的增強和優(yōu)化方向包括以下方面。

（1）小區(qū)間多址和干擾消除

眾所周知，CDMA技術(shù)更適合在低信噪比區(qū)域提高功率效率，而OFDMA技術(shù)則更適合在高信噪比區(qū)域提高頻譜效率。以WiMAX、LTE、UMB（超移動寬帶）為代表的E3G技術(shù)由于從語音業(yè)務(wù)（功率效率更重要）為主轉(zhuǎn)向側(cè)重數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（頻譜效率更重要），因此用OFDMA技術(shù)替代了CDMA技術(shù)。但這并不意味著OFDMA適合解決所有移動通信中的問題。實際上，在一個蜂窩移動通信系統(tǒng)中，頻譜受限和功率/干擾受限的場景都存在。例如在小區(qū)中心，信干比較高，功率充足的情況下，應(yīng)注重提高頻譜效率，以實現(xiàn)更大的系統(tǒng)容量；但在小區(qū)邊緣，相鄰小區(qū)干擾比較嚴重的情況下，系統(tǒng)功率受限，應(yīng)注重提高功率效率，以提高小區(qū)邊緣的數(shù)據(jù)率。

因此，除了采用某些補充性的小區(qū)間干擾消除技術(shù)外，可以將OFDMA和CDMA技術(shù)有機結(jié)合、靈活切換，以在不同的場景下，揚長避短，靈活提高系統(tǒng)的頻譜效率和功率效率，取得均衡的系統(tǒng)性能。在3GPP2 UMB中，采用了相對固定的結(jié)合方式，即對低速率語音業(yè)務(wù)和控制信令采用CDMA技術(shù)，對高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)采用OFDMA技術(shù)。另外，更靈活的結(jié)合方式是OFDMA和CDMA疊加的方式，即采用OFDM（正交頻分復(fù)用）作為底層調(diào)制方式，在此基礎(chǔ)上疊加CDMA作為資源分配方式。這種技術(shù)在學(xué)術(shù)界被稱為多載波CDMA（MC-CDMA），日本NTT DoCoMo公司稱其為VSF（可變擴頻系數(shù)）-OFDM技術(shù)。