4G通信系统及其发展趋势.ppt

　(5). ?OFDM系统的主要技术　　① 时域和频域同步　　OFDM系统对定时和频率偏移敏感，特别是实际应用中可能与FDMA、TDMA和CDMA等多址方式结合使用时，时域和频域同步显得尤为重要。与其他数字通信系统一样，同步分为捕获和跟踪两个阶段。在下行链路中，基站向各个移动终端广播式发送同步信息，所以，下行链路同步相对简单，较易实现。在上行链路中来自不同移动终端的信号必须同步到达基站，才能保证载波间的正交性。基站根据各移动终端发来的子载波携带信息进行时域和频域同步信息的提取，再由基站发回移动终端，以便让移动终端进行同步。具体实现时，同步可以分别在时域或频域进行，也可以时频域同步同时进行。 　　② 信道估计　　在OFDM系统中，信道估计器的设计主要有两个问题：一是导频信息的选择，由于无线信道常常是衰落信道，需要不断对信道进行跟踪，因此导频信息也必须不断地传送；二是既有较低的复杂度又有良好的导频跟踪能力的信道估计器的设计。在实际设计中，导频信息的选择和最佳估计器的设计通常又是相互关联的，因为估计器的性能与导频信息的传输方式有关。 　　③ 信道编码与交织　　为了提高数字通信系统性能，信道编码和交织是通常采用的方法。对于衰落信道中的随机错误，可以采用信道编码；对于衰落信道中的突发错误，可以采用交织。实际应用中通常同时采用信道编码和交织，进一步改善整个系统的性能。在OFDM系统中，如果信道频域特性比较平缓，均衡是无法再利用信道的分集特性来改善系统性能的，因为OFDM系统本身具有利用信道分集特性的能力，一般的信道特性信息已经被OFDM这种调制方式本身所利用了。但是OFDM系统的结构却为在子载波间进行编码提供了机会，形成OFDM编码方式。 　④ 降低峰均功率比(PAPR)　　由于OFDM信号时域上表现为n个正交子载波信号的叠加，当这n个信号恰好均以峰值相加时，OFDM信号也将产生最大峰值，该峰值是平均功率的n倍。尽管峰值功率出现的概率较低，但为了不失真地传输这些高峰均功率比的OFDM信号，发送端对高功率放大器的线性度要求很高，且发送效率极低，接收端对前置放大器以及A/D变换器的线性度要求也很高。因此，高的PAPR使得OFDM系统的性能大大下降，甚至直接影响实际应用。为了解决这一问题，人们提出了基于信号畸变技术、信号扰码技术和基于信号空间扩展等降低OFDM系统PAPR的方法。 3.2 多输入多输出(MIMO)系统技术　　多用户检测(MUD)技术能够有效地消除码间干扰，提高系统性能。多用户检测的基本思想是把同时占用某个信道的所有用户或某些用户的信号都当做有用信号，而不是作为干扰信号处理，利用多个用户的码元、时间、信号幅度以及相位等信息联合检测单个用户的信号，即综合利用各种信息及信号处理手段，对接收信号进行处理，从而达到对多用户信号的最佳联合检测。多用户检测是4G系统中抗干扰的关键技术，能进一步提高系统容量，改善系统性能。随着不同算法和处理技术的应用与结合，多用户检测获得了更高的效率、更好的误码率性能和更少的条件限制。 　　在基站端放置多个天线，在移动台也放置多个天线，基站和移动台之间可形成MIMO通信链路。MIMO技术在不需要占用额外的无线电频率的条件下，利用多径来提供更高的数据吞吐量，并同时增加覆盖范围和可靠性。它解决了当今任何无线电技术都面临的两个最困难的问题，即速度与覆盖范围。它的信道容量随着天线数量的增大而线性增大。也就是说，可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。　　MIMO技术可以分为两类：一类是成倍提高系统容量的空间复用技术，其代表是分层空时编码方案；另一类是旨在提高链路增益的空时分集技术，其代表是空时格型编码和空时块型编码。 　　(1). 空间复用技术　　空间复用技术的典型代表是分层空时编码技术(BLAST)。BLAST对每个信号采用不同的发送天线，在接收端也用多个天线以及独特的信号处理技术，把这些互相干扰的信号分离出来。这样在给定的信道频段上的容量将随通信数量的增加而成比例地增加。　　空时编码方案有三种，它们是水平编码、垂直编码和对角线编码，下面分别介绍。假设发射天线数为M，接收天线数为N。 　　① 水平编码　　水平编码方案如图3所示。　 　　　在水平编码方案中，输入信号的比特流首先经过串/并变换分成M路平行的信号流。每一信号流都经过独立的信道编码、交织和调制，最后从各自的天线上发射出去。因为每个符号都经过一个天线发射出去，再被N个天线接收，所以水平编码方案最多可以获得N阶分集。　　水平编码的接收机算法比较简单。 图3 水平编码方案 　　② 垂直编码　　垂直编码方案如图4所示。 　　在垂直编码方案中，输入的数据流先经过信道编码、