目录

1、课程内容

2、概述

2.1、无线通信系统的现状和愿景

2.1.1、无线通信现状

2.1.2、无线通信的愿景

2.2、无线通信系统发展

2.2.1、铱星、Metricom和公共无线局域网

2.2.2、移动通信系统的演变

2.2.3、无线通信系统的演变

2.2.4、各类无线标准和比较

2.2.5、未来无线网络

2.3、无线通信系统组成和设计

2.3.1、无线系统组成

2.3.2、无线系统设计目标

2.3.3、无线通信系统设计限制

2.3.4、无线通信网络和蜂窝无线通信网

2.3.5、宽带无线通信追求的目标

2.4、无线通信系统关键技术

2.4.1、调制方式

2.4.2、FDM与OFDM

2.4.3、3G中的双工方式和多址接入技术

2.4.4、LTE中的上下行技术

2.4.5、MIMO系统

2.4.6、智能天线

2.4.7、认知无线电

2.4.8、其他无线通信关键技术

2.5、小结

1、课程内容

无线通信系统定义：是宽带信息网络的主要接入手段和基础传输方式之一。

本课程包括：宽带无线信道特征、高效可靠的传输技术、各类先进多址接入、资源/干扰管理技术。

2、概述

为何发展？——无线通信系统的现状与愿景

如何发展？——无线通信系统组成与关键技术

2.1、无线通信系统的现状和愿景

2.1.1、无线通信现状

设备数量、泛在的各类应用种类和数量激增——>需求更高带宽(容量?)。

2.1.2、无线通信的愿景

随时(Anytime)、随地(Anywhere)的通信(Any information)。

2.2、无线通信系统发展

2.2.1、铱星、Metricom和公共无线局域网

对泛在通信网络的探索

2.2.2、移动通信系统的演变

1G(模拟话音)

—【数据业务、数字技术、单独标准(Europe)】—>2G

—【多媒体IP服务、更大带宽更高灵活度、新型商业模式、单独标准(IMT 2000)】—>3G

—【宽带服务和可穿戴设备、异构网、自适应QoS、可重构终端和自组网、高效的频谱利用、端到端的IP系统】—>4G

（研发——>产品开发——>出台标准——>广泛应用，大约每十年换一代。）

2.2.3、无线通信系统的演变

(其中包括移动通信、WLAN等，但是移动通信和无线通信没有一定的包含关系)

（移动通信侧重覆盖，WLAN等侧重速率——>趋同兼顾）

2.2.4、各类无线标准和比较

2.2.5、未来无线网络

5G三种场景：a) eMBB(增强移动宽带)——高数据速率

                       b) mMTC(大规模机器通信)——低功耗、低复杂度、低成本，要求提供多连接的承载通道

                       c) URLLC(超高可靠超低时延通信)——低时延、高可靠、高安全性

天空地一体化网络(卫星覆盖、低空飞行器覆盖)

2.3、无线通信系统组成和设计

2.3.1、无线系统组成

2.3.2、无线系统设计目标

a) 最大化传输比特率;

b) 最小化误比特率;

c) 最小化所需功率;

d) 最小化所需系统带宽;

e) 最大化系统利用率;

f) 最小化系统复杂度。

2.3.3、无线通信系统设计限制

a) 奈奎斯特最小带宽需求;

b) 香农限;

c) 功率功耗限制;

d) 政策法规(主要是对可用系统带宽的限制);

e) 技术可行性(天线、收发设备、信号处理能力)。

2.3.4、无线通信网络和蜂窝无线通信网

减小小区大小和发送距离可以得到巨大增益——来自于频谱空间复用和衰减的减少

基本目标：任何用户在任何地点可以方便接入网络

影响因素：发送功率、接收灵敏度、天线增益、天线位置、天线高度、信号传播特征

2.3.5、宽带无线通信追求的目标

传输目标：高速(bps)、高效(bps/Hz)

网络目标：高用户容量、组网灵活度、无缝覆盖

2.4、无线通信系统关键技术

实现高速数据传输的关键是提高频谱利用率。

可利用正交频分复用、空时结构、超宽带通信(低发射功率，时间宽度极短，可用于定位)

2.4.1、调制方式

BPSK、16QAM等

已调信号带宽和符号速率成正比。给定符号速率，增加传输比特数可以提高传输速率和频谱利用率。

代价：误码率性能降低，维持相同性能需要提高发射功率。

2.4.2、FDM与OFDM

FDM(子带不重叠)——>3dB FDM——>OFDM(子带相互重叠但正交)

OFDM：子载波中心频率最小间隔B/N，总带宽B，子载波带宽2B/N。

              实现：发射端采用IFFT结构，接收端采用类似FFT结构

              限制：必须保证子载波间的正交性，时间抖动、频率偏移和衰落都会削弱正交性(如高速移动环境)

2.4.3、3G中的双工方式和多址接入技术

1、双工方式：FDM & TDM

FDD(频分双工): 在分离的两个对称频率信道上接收和发送，必须采用成对频率，单方向资源在时间上是连续的。

                          优势：a) 发射时间是TDD两倍，发送同样数据所需发送功率更小；

                                     c) 收发在不同频率，可以进行干扰隔离；

                                     c) 与TDD相比，不需要预留较大的保护带以避免与其他无线系统的干扰，频谱利用率更高。

TDD(时分双工): 接发使用同一频率载波的不同时隙，单方向上时间不连续。

                          优势：a) 能灵活配置频率，相对于FDD能使用零散的频段；

                                     b) 可以通过调整上下行时隙比例，较好地支持非对称业务；

                                     c) 由于频段相同，具有上下行信道一致性，基站接发可以共用部分射频单元，降低了设备成本。

二者的优势互为对方劣势。

2、多址接入方式：

FDMA TDMA CDMA TDMA/CDMA

(对空、时、码、功率资源的分配。)

2.4.4、LTE中的上下行技术

a) LTE下行：多用户OFDM(OFDMA) 

OFDM-TDMA、OFDM-FDMA、OFDM-Interleaved FDMA(在频域交织对抗某些频段上的深度衰落)

b) LTE上行：SC-OFDMA

单载波OFDM与OFDMA(LTE下行)相比，具有较低的峰均比(PAPR)的优势，从而延长电池寿命。

2.4.5、MIMO系统

两大目标：提高系统可靠性(分集增益)；

                  提高系统传输容量(复用增益)。

(利用多径效应而不是避免。)

空时分组码；贝尔实验室分层空时方法(BLAST)

2.4.6、智能天线

发射端控制波束指向，接收端提高接收灵敏度，利用空间选择性提高系统容量。

2.4.7、认知无线电

——针对频谱紧张问题

频谱感知：监视频谱确定各个频带用途；

频谱共享：调整主从用户(PUs & SUs)使用避免在重叠(overlapping)频谱上的碰撞，保证SUs不会干扰到PUs；

频谱管理：具有一定的对频谱利用的调控能力，或者为更好的频谱分配提供基础下部结构。

2.4.8、其他无线通信关键技术

a) 协作分集：邻近单天线网络节点协同工作，形成虚拟天线阵列。

b) 中继协同传输

c) 群小区架构

d) Ad-Hoc网络：移动自组织网络，由公平对等的节点按照一定规则组建的网络，不需要固定基础设施。

2.5、小结

追求目标：充分利用空间资源、对传输环境的充分认识和适应，以提高频谱利用率、组网灵活性。

最后

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