IS-95到3G,EVDO,HSUPA,HSDPA, LTE通信中数据通信技术的发展
《扩频通信》课程设计（论文）
题目：IS-95到3G,EVDO,HSUPA,HSDPA, LTE
通信中数据通信技术的发展
院系: 信息与通信学院
专业：电子与通信工程
班级：三班
姓名：沈川1108520817
文力1108520828
汪沂1108520825
石钦1108520818
张磊1108520838
席超1108520829
史文乔1108520819
指导教师：郑霖
日期：2011 年12 月29 日
摘要
随着3G网络技术的全面升级使得当前移动通信进入了一个如火如荼的时代，也正是由于这些通信技术的发展人和人之间的沟通越来越方便和快捷。本文首先论述了当前移动通信技术的应用背景和研究现状，然后对数据通信技术中从IS-95到现在的3G,EVDO,HSUPA,HSDPA,LET的发展情况做了说明，并阐述了一些通信技术的基本原理和前沿技术内容。
关键词：通信技术；3G；EVDO；HSUPA；HSDPA；LET
Key words: Communication technology; 3G;EVDO;HSUPA;HSDPA;LET
1 概要
1.1 当前移动通信技术的应用背景和研究现状
第一代移动通信系统规模商业应用是在80年代初，大约有10年多的巿场寿命；而在第一代移动通信推向巿场的时候，第二代移动通信的研究就已经开始了，特别是当第二代移动通信还未推向商用时，第三代移动通信的标准化研究就启动了(1987年)。历史经验说明，一个技术标准产生之后（甚至在它商用之前），其技术的缺陷或局限就已经表露出来。而当该技术应用在巿场上走向顶峰时，它刺激出来的巿场需求正在超越其业务供给能力，新一代技术就应运而生了。更何况随着电子信息技术的飞速发展，一代技术的巿场寿命越来越短，这是历史发展的逻辑[1]。所以，在当前第三代系统的标准化即将完成，应用系统即将推出的时候，新一代（第四代）移动通信系统的研究已是刻不容缓。
由于以IMT-2000为代表的第三代移动通信在事实上终未能实现全球统一技术标准的目标。所以，第四代移动通信系统应该成为真正的“全球一统”（包括卫星部分）的系统。为此，需研究如何对主要技术的兼容/演进技术与策略、研究“天－地”一体化，研究基于软件无线电的多制式的终端与基站系统[2]。
由于新的网络和传输技术的发展，已有移动通信系统对网络资源和无线资源(Radio Resources，不仅是频谱资源还有功率、时间、码道、波束/天线增益)等的利用远不能满足需要，特别是随着无线－有线网络－体化的趋势发展，第四代移动通信系统将是基于全新网络体制的系统，或者说其无线部分将是对新网络（智能的、支持多业务的、可进行移动管理）的“无线接入”。因而其技术将主要是[3](1)新型智能网络；(2)高效的无线接入技术。“自适应”和智能化将是新一代技术的突出特征。
随着多种无线技术的数字化，如数字音频和数字视频技术等，各种数字无线技术将走向融合。因而下一代的移动通信系统将不是单纯的(传统意义上)的“通信”系统，而是融合了数字通信、数字音/视频接收(点播)/和因特网接入的崭新的系统。
1.2 移动数据通信技术的相关研究阐述
目前，在移动数据通信网中主要采取下述三种网络技术[4]：
1、专用分组网络(Private Networks)技术。这种通信网络从数据的传输到交换都采用分组技术，用户端配置无线分组调制解调器，通过专用的分组基站进入专用分组网，可以访问网上的主机、数据库，也可以呼叫另一个移动终端。专用分组网最适合传递突发数据，占线时间短，节省费用。
2、网络技术是电路交换的蜂窝数据技术(Circuit-Switched-Cellular)，即在传统的蜂窝电话网上通过使用专门的蜂窝调制解调器来传递数据。它的优点是应用范围广，任何蜂窝网上的用户只要有电话和专用调制解调器就可以进行数据传输，且数据传输速率仅受到调制解调器速率的限制，速率可达14.4kbit/s。这种方式很适合传输长文件。但由于蜂窝链路的信噪比较低，调制解调器有时较难建立连接，而且当用户跨越几个小区时，在呼叫期间的连接质量会经常变化，再加上邻道干扰造成误码等，因此要求调制解调器具有很强的自适应能力和纠错功能。
3、CDPD(Cellular Digital Packet Data)技术是目前一种比较新的技术。它通过在蜂窝电话网上增加分组数据处理装置，可使蜂窝网能同时处理话音和分组数据业务。由于CDPD数据叠加在蜂窝网上，所以运营公司也不必另外再申请频率，只需在原蜂窝网上增设CDPD移动数据基站(MDBS)和移动数据转接系统(MDIS)即可。
目前，移动数据网中所使用的技术还是以专用分组网络和电路交换的蜂窝数据通信为主，CDPD技术的应用还很少。但由于它的性能优于电路交换的蜂窝数据，而成本和覆盖范围又优于专用分组网络，因此它将得到迅速发展。
本论文主要针对移动数据通信核心技术的发展进行阐述，论述了各种通信技术的发展及应用情况，并分别对以下数据通信技术3G通信技术，EVDO通信技术，HSUPA通信技术，HSDPA通信技术，LTE通信技术等各种前沿通信技术的基本原理进行详细研究说明。
2 各种通信技术的基本原理
3G网络特征主要体现在无线接口技术上的移动通信网络。蜂窝移动通信系统的无线技术包括小区复用、多址/双工方式、应用频段、调制技术、射频信道参数、信道编码及纠错技术、帧结构、物理信道结构和复用模式等诸多方面。3G系统所采用无线技术应具有高频谱利用率、高业务质量、适应多业务环境,并具有较好的网络灵活性和全覆盖能力。较以前的技术相比,3G在无线技术上的创新主要表现在以下几方面[5]:
1、采用高频段频谱资源:按ITU规划IMT-2000将统一采用2G频段,可用带宽高达230MHz,分配给陆地网络170MHz,卫星网络60MHz。
2、采用宽带射频信道,支持高速率业务:可选用5/10/20M等信道带宽,同时进一步提高了码片速率。
3、实现多业务、多速率传送:灵活应用时间复用、码复用技术,单独控制每种业务的功率和质量,通过选取不同的扩频因子,将具有不同QoS要求的各种速率业务映射到宽带信道上。
4、快速功率控制:在下行信道中采用了快速闭环功率控制技术,用以改善下行传输信道性能。
5、采用自适应天线及软件无线电技术：3G基站采用带有可编程电子相位关系的自适应天线阵列。
EVDO系统核心设计思想为:把高速分组数据业务和语音及低速数据业务离开来，利用单独载波提供高速分组数据业务，而传统的语音和低速数据业务则由CDMA 1X系统提供[6]。
图（1）EVDO系统设计示意图
EVDO网络作为互联网的无线延伸，主要是针对具有非对称性、突发性和较高带宽需求的无线互联网业务而设计，设计优化的主要目标是保证在可靠的无线传送的前提下，能够获得较高的系统容量和频谱效率。因此，EVDO系统在无线链路上采用了一系列专为传送数据而优化的技术。在前向链路，主要有前向满功率发射、多址方式由CDMA 1 X系统的码分复用改为时分复用、虚拟软切换和快速最好小区选择、链路速率自适应、采用HARQ混合自动重传)技术等；在反向，主要是采用了独特的速率控制技术、新增特定信道，从而有效改善了链路的性能。
HSUPA设计遵循的准则之一是尽可能地兼容R99版本中定义的功能实体与逻辑层间的功能划分。在保持R99版本结构的同时，HSUPA的传输层中，上行方向新增一个增强专用传输信道——E-DCH，它给上行带来的一些新功能和高速下行共享信道(HS-DSCH)提供给下行HSDPA的特性类似，是用来传输上行用户数据，支持比R99的专用上行传输信道更强的性能。E-DCH传输信道支持基于NodeB的快速调度，快速物理层增量冗余HARQ合并，以及可选的更短的2ms传输时间间隔(TTI)。和HSDPA不同，HSUPA不是一个共享信道，而是一个专用的。每个UE只有一个E-DCH传输信道，但可以有多个DCH，它们并行传送并复用成一个DCH类型的编码复用传输信道(CCTrCH)。具体来说，就是每一个UE有它自己到NodeB的专用E-DCH数据通道，它相对于DCHs和其他UE的E-DCHs都是独立的。E-DCH信道在TTI中传输用户数据。为减小时延，提高终端用户服务质量、系统和终端吞吐量，E-DCH除支持10 msTTI外，还引入了2ms TTI[7]。
HSDPA 技术是W-CDMA 在无线部分的增强与演进。HSDPA 采用的自适应调制编码AMC ，快速物理层重传策略HARQ ，先进集中调度PS 代替了WCDMA 采用的可变扩频因子SF 和快速功率控制两个主要的基本机制，同时增强了多码操作。HSDPA 没有相应的功控开销，也没有软切换机制。分组调度传输时间间隔TTI(Transmission Time Interval)从WCDMA 的 10ms 或20ms 变为HSDPA 固定的2ms 大大减少了时延。但基本结构仍与R99保持一致。而且，引入HSDPA 后，只是在原有的物理信道上增加了新的信道。因此，支持HSDPA 技术的终端可以和R99终端在一个载波内共存，这点与 CDMA2000EV-DO 不同，无需运行在独立的载波上。
HSDPA 是对 WCDMA R99结构的增强，在RS 中引入HSDPA 技术后，UTRAN 部分的结构基本不变，在NodeB 通过增加板卡，在MAC 层新增媒体接入控制实体MAC-hs 功能块，将调度功能从基站控制器RNC 移到NodeB ，MAC-hs 位于NodeB 而不位于RNC ，其作用主要是负责处理H-ARQ 操作以及快速调度算法。HSDPA 功能主要对NodeB 修改比较大，对RNC 主要是软件升级，对硬件影响很小。NodeB 在物理层新增了三种新的物理信道[8]:15个高速物理下行共享信道HS-PDSCH(High speed Physical Downlink Shared Channel)，l 个高速共享控制信道HS-SCCH(High Speed Shared Control Channel)和l 组高速专用物理控制信道HS-DPCCH(High Speed Dedicated Physical Control Channel)。
3GPP 长期演进技术（3GPP Long Term Evolution, LTE ）为第三代合作伙伴计划（3GPP ）标准，使用“正交频分复用”（OFDM ）的射频接收技术，以及2×2和4×4 MIMO 的分集天线技术规格。同时支援FDD （频分双工）和TDD （时分双工）。LTE 是GSM 超越3G 与HSDPA 阶段迈向4G 的进阶版本。正交频分复用（Orthogonal frequency-division multiplexing, OFDM ），可以视为多载波传输的一个特例，具备高速率资料传输的能力，加上能有效对抗频率选择性衰减，而逐渐获得重视与采用。一个典型的OFDM 连续信号,在某个OFDM 符号内可表示为[9]：
[]11()exp 2(),02N i c i T s t d rect t j f i f t t T π-=??=?-?+??≤≤ ???∑ （2—1）
其中，i d 表示该符号内第i 个传输数据符号，它在第i 个子信道上传输；c f 为载波频率；
1f τ?=为子信道的频宽，S T N T =?为各个子信道上数据符号的周期时间2T rect t ??- ???
定义为：
1220T t T rect t other ?≤???-=? ?????
（2—2）
假定()S t 的带宽为C B N f =??,以11S T B N f
==??进行抽样，形成离散时间信号: ()
11
200()exp 2,01232N N j i k S i i i i T k k k s k s d rect j i f d e k N N f N f N f ππ--?==??????==?-???=?≤≤-- ? ???????????????∑∑
对()S t 进行离散化后的离散信号具有IDFT 的表达形式，因此可以借鉴FFT/IFFT 等快速算法实现OFDM 调制、解调过程。OFDM 发射/接收原理示意图如下：
图（2）OFDM 发射/接收原理示意图
由于有： ()()201,1240,j i k ft T i k e dt i k
T π-?=??=-?≠?
则有：
()()()()()
1220001125c N j f k f t j i k ft T T k i k i y t s t e dt d e dt d T T ππ--+??-?==??=??=-∑说明：在理想信道下，即无时延、无频偏等情况时，OFDM 各子载波具有正交性。
3 前沿通信技术的发展
图（3）CDMA2000 标准的发展情况
CDMA2000是由2G的IS-95发展而来的,标准由3GPP2 组织制订,版本包括Release0/A,EVDO和EVDV。到2.5G时, IS-95/A/B都发展为CDMA2000 1x技术, 对应了CDMA2000 的Release 0/A 版本,在继续发展为符合3G要求的标准时,出现了两个分支:CDMA2000 1x EV-DO和CDMA 2000 1x EV-DV。
在CDMA2000 1X中,Release0沿用基于ANSI-41D的核心网,在无线接入网和核心网增加支持分组业务的网络实体,单载波最高上下行速率可以达到153.6 kbit/s。ReleaseA 是Release0的加强,单载波最高速率可以达到307.2 kbit/s ,并且支持话音业务和分组业务的并发[10]。
CDMA 20001x EV-DO标准中的EV是“Evolution”的缩写，即演进，DO则是Data Optimized，表示EV-DO技术是对cdma2000 1x网络在提供数据业务方面的一个有效的增强手段。其演进路线如下图所示:
图（4）EVDO标准的发展情况
版本B与版本0、版本A相比最突出的特点是采用了多载波的设计，载波数为1～15个，可以支持带宽高达20MHz（15个载波），这使得AT（AccessTerminal，终端）可以工作在不连续的频点上，以实现频率选择性分集及负载均衡。此外，版本B有良好的后向兼容性，先前版本的AT也可以在新的AN（AccessNetwork，接入网）下工作，在
网络升级后用户原来的手机可以继续使用，只是速率不会提高。
单载波只能获得时域上的多用户分集，而多载波EV-DO能够同时获得时域和频域上的多用户分集，因而能够提高频谱利用率，进而可获得更高的传输速率，改善了上下行链路的性能。由于使用了灵活的双工载波配置技术，版本B系统支持灵活的载波部署方案：一种为重叠方式，即在当前EV-DO版本A单载波系统的基础上增加载波；另一种为混合频率复用方式，即不同的载波使用不同的频率复用系数，所有上行链路载波的复用系数均为1，并在前向链路载波复用系数为1的基础上，增加频率复用系数为2、3的载波配置选项。混合频率复用方式使得EV-DO版本B系统可以利用非对称或者零散频带，以提高系统频带配置的灵活性和多样性。
图（5）WCDMA 标准的发展情况
WCDMA 标准由2G的GSM发展而来, 由3GPP组织制订,目前已经有四个版本,即R99、R4、R5和R6。R99的主要特点是无线接入网采用WCDMA技术,核心网分为电路域和分组域,分别支持话音业务和数据业务,并提出了开放业务接入(OSA)的概念,其最高下行速率可以达到384 kbit/s。R4版本是向全分组化演进的过渡版本,与R99比较其主要变化在电路域引入了软交换的概念,将控制和承载分离,话音通过分组域传递,另外,R4中也提出了信令的分组化方案,包括基于ATM和IP的两种可选形式。R5和R6是全分组化的网络,在R5中提出了高速下行分组接入(HSDPA)的方案,可以使最高下行速率达到10 Mbit/s,其中R5标准在2002年1季度制定并不断完善,R6标准将在2004年提出。
图（6）TD-SCDMA 标准的发展情况
TD-SCDMA标准也由3GPP组织制订,目前采用的是中国无线通信标准组织(China Wireless Telecommunication Standard, CWTS)制订的TSM(TD-SCDMA over GSM)标准,基于TSM标准系统其实就是GSM网络支持下的TD-SCDMA系统。TSM系统的核心思想就是在GSM的核心网上使用TD-SCDMA的基站设备,其A接口和Gb接口与GSM 完全相同,只需对GSM的基站控制器进行升级。一方面利用3G的频谱来解决GSM系统容量不足,特别是在高密度用户区容量不足的问题,另一方面可以为用户提供初期高
达384 kbit/s 的各种速率的数据业务,所以基于TSM 标准的TD-SCDMA 系统对已有GSM 网的运营商是一种很好的选择。以后TD-SCDMA 将融入3GPP 的R4及后续标准中。
基于演进考虑，HSUPA 设计遵循的原则之一是尽可能地兼容R99版本中定义的功能实体与逻辑层间的功能划分。在保持R99版本结构的同时，引入了新的E-DCH ，在UE 端增加了新的MAC 实体MAC-es/e ，Node B 端增加了MAC-e 实体，在服务无线控制器（SRNC ）中增加了MAC-es ，负责处理HARQ 信令、复用（UE 端）/解复用（Node B 端）、E-TFC 选择、E-DCH 信道控制、接收数据包的重新排序、软切换状态下多个Node B 数据包的合并，以及相关的调度信令等功能。以下略述E-DCH 信道、HARQ 、快速调度等关键技术[11]:
1、E-DCH 信道：R99中上行DcH 传输信道终止于无线网络控制器(RNC)端，因此数据的调度、重传功能也由RNc 来执行。在HsuPA 中，增加了新的MAc —e 实体，并放在NodeB 端，因此，可以执行快速调度、重传，减少了传输时延、提高了重传速度。R99中的DCH 和HSuPA 中的E —DCH 协议结构，分别如下图所示：
图（6）R99中DCH 协议结构
图（7）HSUPA 中E-DCH 协议结构
UE Uu Node B Iub CRNC/SRNC
UE Uu Node B Iub CRNC/SRNC
2、HARQ技术：重传技术是为在复杂多变的无线环境中提高数据正确接收而提出的。混合自动请求重传(HARQ)是指接收方先对接收到的数据包进行自我检错纠错，如果错误可以进行自我纠正，则正确接收；否则保存本次接收数据包，并请求发送方重传。接收方将重传的数据包和先前接收到的数据包在解码前进行合并，充分利用它们携带的相关信息，以提高正确译码概率。因此，采用HARQ技术可以显著提高系统正确接收和传输速率。
3、基于基站的快速调度：调度是指对系统有限共享资源进行合理分配，使资源利用率大到满足合理的前提的最大化。R99中，上行调度基于RNC，根据Node B的上行链路负载测量报告和UE的吞吐量报告来决定分配速率。在HSDPA中调度功能单元置于Node B，大大减少了调度信令回路时延，可以做出快速调度相应更好地利用链路资源，从而提高系统吞吐量。HSUPA为上行链路，用户采用码分复用，速率分配限制为系统噪声升高指数(RoT)或终端吞吐量。
4、短帧长：HSUPA中引入了2ms TTI，相比10ms TTI，大大减少了空中接口的传输时延和帧对齐带来的时延，并且UE和NodeB相应的处理时延也大大降低，可以更好地配合HARQ和快速调度的实施，提高网络和终端的吞吐量。另外，采用2ms TTI带来的快速反应可以显著提高响应速度，从而大大提高终端用户的服务质量，并且使系统提供类似于事实视频、流媒体服务成为可能。
HSUPA极大地提高了上行传输速率，无论对于发送Email，文件上传还是交互式游戏这样的应用，用户都将体会到HSUPA提供的高速率和短延迟。HSDPA关键技术主要包括自适应调制编码（AMC），混合自动重传请求（HARQ），2ms的短帧，快速分组调度，动态功率分配，动态资源分配等。
1、自适应调制编码：无线系统中可以通过改变无线传输参数适应信道条件的办法来提高通信的可靠性、有效性和经济性。比如，在WCDMA中采用的快速功率控制就是一项能够提高通信系统可靠性和容量的技术。通过改变无线传输参数来补偿信道变化的方法称为链路自适应(Link adaptation)，而另一项技术自适应调制编码(AMC)就是属于链路适应的范畴。
AMC的基本原则就是改变调制和编码的格式并使它在系统限制范围内和信道条件相适应，而信道条件则可以通过发送反馈来估计。在AMC系统中，一般用户在理想信道条件下(比如在基站附近)用较高阶的调制方式和较高的编码速率(比如R=3/4 Turbo Codes的64QAM)，而在不太理想的信道条件下(如小区边缘)则用较低阶的调制编码方式R=1/2 Turbo Codes的QPSK)。
2、HARQ：是一种前向纠错FEC和重传相结合的技术。它可以根据链路的状况快速地调整信道的传输速率并实现FEC与重传的结合。物理层HARQ受高层控制。所谓自动重传请求(ARQ)就是一次数据传输失败时就要求重传的一种传输机制。在无线传输环境下，信道噪声和由于移动性带来的衰落以及其他用户的干扰使得信道传输质量较
差，为了保证通信质量，就必须对数据加以保护，这种保护主要采用前向纠错编码(FEC)，即在分组中传输额外的比特开销。显然，过多的前向纠错编码会使传输效率变低。因此，一种新的混合差错控制方案IIARQ即ARQ和FEC相结合的方案应运而生，并被3GPP引入HSDPA中，以减少时延并增加重发数据的效率。快速混合自动重传请求(HARQ)是指接收方在解码失败的情况下，保存接收到的数据，并要求发送方重传数据，接收方将重传的数据和先前接收到的数据进行组合。HARQ技术可以提高系统性能，并可灵活地调整有效码元的速率，还可以补偿由于采用链路适配所带来的误码。HSDPA的HARQ功能主要在NodeB的Mac一he和物理层体现。
HARQ也是一种链路自适应的技术。在AMC中，采用显式的C/I测量来设定调制编码的格式，而在HARQ中，链路层的信息用于进行重传判决。有很多方法可以实现HARQ:chase合并、兼容速率凿孔Turbo Codes和增量冗余。
3、快速调度与调度算法：HSDPA的快速调度算法是提高下行速率的一项关键技术。快速调度算法根据用户传播条件，给用户分配不同资源(时隙、码子、功率等)。不同用户，在不同时间内，占用无线资源是不同的，快速“调度”算法的目的在于合理为用户分配资源，尽可能提供数据吞吐量。
HSDPA调度算法控制着共享资源的分配，在很大程度上决定了整个系统的行为。调度时应主要基于信道条件，同时考虑等待发射的数据量以及业务的优先级等情况，并充分发挥AMC和HARQ的能力。调度算法应向瞬间具有最好信道条件的用户发射数据，这样在每个瞬间都可以达到最高的用户数据速率和最大的数据吞吐量，但同时还要兼顾每个用户的等级和公平性。因此，在短期内以信道条件为主，而在长期内应兼顾到对所有用户的吞吐量。HSDPA技术为了能更好地适应信道的快速变化，将调度功能单元放在NodeB而不是RNC，同时也将竹1缩短到Zms，从系统架构和帧结构上为提高调度效率和传输速率奠定了基础。与R99不同，HSDPA的分组数据调度在NodeB执行。与DPCH不同，HS-DSCH可以使用CDMA、TDMA及他们的组合来调度UE(R99只用CDMA方式)。由于子帧的TTI短，所以NodeB可以快速地调度UE。
LTE的多输入多输出(MIMO) 技术的提出为现代无线通信开辟了一个全新的领域，它给未来的移动通信系统，特别是对高速数据接入的业务，提供了了一种可以极大提高系统频谱效率的手段。
在一个无线系统的发送和接收端都采用多天线单元，利用无线散射信道丰富的空间多维特性，以多输入端/多输出端的方式工作，可以突破性的提高系统信道容量。这就是MIMO技术的基本思想。
根据不同的传输信道类型，可以在无线系统中使用相应的分集方式。目前，主要的分集方式包括时间分集（不同的时隙和信道编码）、频率分集（不同的信道、扩频和OFDM）以及空间分集等。多天线系统利用的就是空间方式，而MIMO作为典型的多天线系统，可以明显提高传输速率。而在实际的无线系统中，可以根据实际情况使用一种
或者多种分集方式。
典型的MIMO 系统如下图所示，包含m 个发射天线和n 个接收天线。根据无线信道的特性，每个接收天线都会接收到不同发射天线的内容，因此不同收发天线间的信道冲击响应均有不同的表现形式。
图（8）不同收发天线间的信道
如果定义发射天线1与接收天线1之间为h11，发射天线1和接收天线2之间定义为h21。这样可以得到n m ?的传输矩阵，也就是我们所说的传输信道矩阵形式，如公式所示：
1111m m mn h h H h a ?? ?= ? ???
（3—1）
当收发天线间的信道为窄带时不变系统时，可以得到MIMO 系统接收信号表现形式为：Y HX n =+其中，接收信号Y ，发射信号X 及噪声n 。
在MIMO 系统中，发射天线的数据被分成几个独立的数据流。数据流M 的数目一般小于或等于天线的数目。如果收发天线之间并不相等，那么等于或小于收发端最小的天线数目。例如，44?的MIMO 系统可以用于传送4个或者更少的数据流，而32?的MIMO 系统可以发送两个或者小于两个的数据流。理论上，传输信道的容量会根据数据流的数目线性增长，MIMO 系统的信道容量表示：
2log 1S C MB N ??=+ ???
（3—2） 对于目前的无线通信系统，MIMO 的基本形式有如下几种：
1、单用户MIMO （SU-MIMO ）：如果MIMO 系统用于增加一个用户的速率，称之为单用户MIMO ：
图（9）单用户MIMO
2、多用户MIMO （MU-MIMO ）：如果每个独立的数据流分配给不同的用户，称之为多用户。这种模式主要对上行链路有用。从UE 的复杂程度和体积来看，每个UE 只能有一个发射天线，因此称之为“协同MIMO ”，MU-MIMO 如图所示：
图（10）多用户MIMO
3、循环时延分集（CDD ）：在OFDM 系统中，CDD 已经作为常规技术被广泛使用。对CDD 而言，相当于在不同天线的发射信号之间存在相应的时延。其实质相当于在OFDM 系统中引入了虚拟的时延回波成分，可以在接收端增加相应的选择性。因为CDD 引入了额外的分集成分，所以往往被认为是空分复用的补充表现形式。
Base station
UE
SU-MIMO
Base station
UE1
MU-MIMO UE2
结论
本文从多种关键技术对3G，EVDO，HSUPA，HSDPA和LTE进行了对比和分析。在CDMA制式由二代向三代的演进过程中,EVDO (Evolution Data Only)是一种具有广泛应用前景的技术标准。相对于二代移动通信系统CDMA 1X, EVDO技术标准采用一系列关键技术,系统优化了分组数据业务、有效提高了频谱利用率,它可在1.25MHz带宽内提供下行峰值速率3.1 Mbps、上行峰值速率1.8 Mbps的高速数据传输服务。R5 中引入的HSDPA 最高可以提供l4.4 Mb/s 的数据接入速率。R6 中引入的HSUPA，上行链路数据速率最高可达5.8 Mb/s。HSDPA 和HSUPA 的结合将实现高性能的分组数据解决方案，从而更好地支持多媒体、视频会议以及V oIP 等业务。LTE 在下行采用OFDM，上行采用单载波-频分多址（SC- FDMA）。OFDM使得同一小区中用户信号之间可以保持正交性，SC- FDMA 可以看成是对用户信号的频域分量进行正交频分多址（OFDMA），相比于普通OFDMA，其优点是峰均比较低，从而可以简化终端上的功放设计和更有效地利用终端上的功放资源。LTE 中任一时刻同一用户在上行占用的子载波永远是连续的，以简化终端实现；下行则可以是交错的，以增加频域分集增益。未来有可能在上行中引入直接使用OFDMA，因它调度更灵活，也可以简化演进的基站（eNB）侧均衡器和上行使用MIMO时的实现。受了解的局限性及篇幅有限，部分问题未分析到位或未发现其它的技术优势，有不当之处还需指正。
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光载无线通信(ROF)系统的线性度和动态范围的优化和提升
光载无线通信（ROF）系统的线性度和动态范围的优化和提升
（一）简介 光载无线(Radio over Fiber, RoF)是一种将光与微波相融合的 新兴技术，它融合了光纤通信功耗低、带宽高、抗干扰性能好，以及无线通信覆盖范围广、接入灵活等诸多优势，成为近些年 学术界和商业界都一致看好的热门通信技术之一，具有非常大 的研究和应用前景。 光通信是以光波为载波的一种通信技术，它的两个最主要 的核心是光源和光传输介质。无线通信是一种以电磁波为信息 载体，通过自由空间传播信息的通信方式，它也是近些年通信 领域发展最为迅速的一个分支。无论是光纤通信的“无穷”带宽，还是无线通信的移动便携性，都为当代人们的生活和工作 提供了无限的便捷，“宽带化”和“移动化”也将是未来通信 发展的两大潮流。光载无线系统及时将微波信号融入到光纤中 传播。 一个典型的毫米波RoF通信系统主要由中心站、基站和用户 终端3个部分组成，如图1所示。中心站与基站之问通过光纤 连接，传输光信号;基站和用户终端之问则为毫米波无线通信。
中心站的主要功能是实现下行链路中的毫米波光产生、基带信号的上变频和上行链路信号的接收处理;基站的主要功能是实现光电信号转换，发送下行信号，并将用户上行电信号转变成光信号回传中心站。 （二）ROF系统线性度和动态范围 在常见的光载无线系统中，马赫一曾德尔调制器(MZM)被广泛地用于将微波、毫米波信号调制到光载波上，承载了无线信号的光波在光纤中进行分配传输，接收端采用直接强度探测的方式探测光强从而获得微波、毫米波电信号。然而由于调制器固有的非线性特性，在电光调制的过程中对微波、毫米波信号产生了非线性失真，这将影响到整个光载无线(ROF)系统的无杂散动态范围(GFDR)。随着无线信号调制格式的复杂化和信号带宽的增加，对系统线性度的要求越来越高。对于ROF应用而言，其无杂散动态范围至少需要95dB.HZ2/3甚至更高。随着频率的升高，需要采用合适的高线性化ROF系统。
无线光通信FSO技术简介
无线光通信FSO技术简介 FSO是光通信和无线通信结合的产物，是用小功率红外激光束在大气中传送光信号的通信系统，也可以理解为是以大气为介质的激光通信系统。 FSO有两种工作波长：850纳米和1550纳米。850纳米的设备相对便宜，一般应用于传输距离不太远的场合。1550纳米波长的设备价格要高一些，但在功率、传输距离和视觉安全方面有更好的表现。1550纳米的红外光波大部分都被角膜吸收，照射不到视网膜，因此，相关安全规定允许1550纳米波长设备的功率可以比850纳米的设备高两个等级。功率的增大，有利于增大传输距离和在一定程度上抵消恶劣气候给传输带来的影响。FSO和光纤通信一样，具有频带宽的优势，能支持155Mbps～10Gbps的传输速率，传输距离可达2～4公里，但通常在1公里有稳定的传输效果。 在基础网的建设方面，使用光纤技术的高速网络正在不断完善。与此同时，光空间通信方式作为高速网络最后一公里的宽带通信方式，近来正受到各方面的关注。特别是，在城市宽带网络建设中，由于市政建设基本定形，新设光纤的施工需要繁琐的市政批准。有些地方如跨铁路、公路的施工非常困难，该通信方式的实用化对城市高速宽带通信网络的建设不失为一种极其有效的方法。 光通信方式分为利用光纤技术的有线通信方式和利用光空间通信技术(Free - Space Optics：FSO)的无线通信方式两种。光空间通信方式是将自由空间作为传送媒体，主要用半导体振荡器做光源，以激光束的形式在空间传送信息。对该领域的开发研究曾经风行一时。 FSO技术的历史可追溯到20世纪60年代。1960年，梅曼发明了自然界不存在的红宝石振荡器，作为相干性光源使用。第二年，HE-Ne 振荡器在贝尔实验室开发成功。以后，1962年，又成功的开发了GaAIAs 半导体振荡器。1970年，GaAIAs振荡器在日本、美国以及前苏联实现了连续振荡。小型、高速且可调制半导体振荡器的出现成为光传送研究得以大幅度发展的契机。 自从发明振荡器后，很快就有人尝试将其用于室外光通信。在日本，从1965年开始，用1年多的时间，利用He-Ne振荡器，进行了6.3公里的折返传送实验，以比较光空间通信与微波通信的区别。另外，NTT公司从1970年到1973年，利用3年时间在东京都中心地区设置了4个路径，进行了距离在520m～2.5Km的传送实验。此次实验使用的是He-Ne振荡器(波长0.63μm)和半导体的LED(波长0.8μm)。实验报告表明，光源性质的不同造成的传播特性上的差异并非很大。同时，实验还表明，空中传播造成的偏振面的变动较少，且传播损耗的大小在很大程度上取决于视程。此后，由于低损耗的光纤的出现，使得光空间通信方面的研究纷纷转向光纤技术领域，光空间通信的研究受到了冷落。 最近几年，由于光空间通信所需要的各种设备的价格下降导致光空间通信装置本身的价格降低，同时，光空间通信所持有的简便性、宽带性、无电磁干扰性、无需申请市政批准等特性，使得这种通信方式重新受到广泛的关注。 任何一种技术都有其局限性，光空间通信方式是在空中以激光束方式传播信号，需在可视距离内进行通信，并易受气象条件等因素的影响。
无线光通信系统
国家重点实验室无线光通信系统综述 Introduction to Optical Wireless Communication Systems 报告人：刘增基 资料提供：易湘岳鹏尚韬姚明旿 ISN国家重点实验室 2012年3月 1
国家重点实验室无线光通信系统综述 ?概述 ?无线光通信链路的组成和基本原理 ?无线光通信的信道特征 ?无线光通信系统的信息传输技术 ?无线光通信的捕获瞄准跟踪（APT）技术 ?无线光通信系统的研究与发展（举例） 2
国家重点实验室无线光通信系统概述 定义与分类 ?定义：无线光通信系统是以光波为信息载 体的无线通信系统。 ?按工作波段可分为红外光通信、可见光通 信、紫外光通信。 信紫外光通信 ?按应用环境可分为室内光通信、近地大气 激光通信、地对空/空对地光通信、空对空 光通信、水下光通信。 光通信水下光通信 3
国家重点实验室无线光通信系统概述 特点（1） ?无需申请频率使用许可证，频谱资源丰富申率许谱富 4
国家重点实验室无线光通信系统概述 特点（2～10） ? 拥有光纤传输的宽带性能 ?传输隐蔽性和安全性好 ?抗电磁干扰能力强 ?快速链路部署，建网速度快（与光纤比） ?设备尺寸小（与微波比） ?对上层协议透明 ?实施成本相对低廉 ?大气激光通信受气象条件（特别是雾）影响较大般采用定向天线（束散角为几毫弧度至几十微?一般采用定向天线（束散角为几毫弧度至几十微 弧度），需要自动捕获瞄准跟踪（APT）系统。 5
国家重点实验室无线光通信系统概述 应用场景 ?室内LED可见光无线局域网 ?近地大气激光通信用于切不便于铺设光 用于一切不便于铺设光缆或光缆中断的场合，实现宽带接入、基 站互联、点对点专用链路及组网通信。 站互联点对点专用链路及组网通信 ?卫星激光通信，包括星际通信和星地通信。 ?深空激光通信 ?蓝绿激光对潜通信 6
基于以太网的光无线通信系统的设计与实现
摘要：介绍了一种基于以太网的光无线通信系统。该系统以高性能的以太网收发芯片ip113为核心，配以必要的外围器件，结合所研制的调制驱动电路和接收解调电路，实现了以太网借助光波进行远距离通信的系统设计。关键词：以太网 ip113 pecl以光波为信息载体进行光通信的历史由来已久，大气激光通信是以大气作为传输介质的通信，是激光出现后最先研制的一种通信方式。由于它具有传输距离远、频带宽、发射天线小、保密性好及抗电磁干扰等优点，越来越受到关注，应用也日渐广泛起来。以太网是应用最广的联网技术，它以可靠性高、媒体信息量大、易于扩展和更新等优点，在企业、学校等领域得到广泛的应用。根据ｉｅｅｅ８０２．３ｅｔｈｅｒｎｅｔ标准规范，以太网每段同轴电缆长度不得超过５００ｍ，通过中继器互联后，网络最大距离也不得超过２．８ｋｍ。在这种情况下，利用激光无线通信技术，超越以太网的地域限制，满足数据通信的需要，具有很强的应用价值。１基于以太网的激光无线通信系统将以太网和激光无线通信结合起来，充分发挥二者的优越性，可以大大提高系统的应用范围和可靠性。图１是基于以太网激光无线通信系统一端的原理框图，另一端的结构和本端呈对称状态。从计算机网卡出来的双极性ｍｌｔ－３数据信号，由ｒｊ４５接口，经过耦合变压器后，变成单极性电平信号，送至以太网收发器，产生的高速ｐｅｃｌ信号通过调制驱动电路对激光器直接强度调制，驱动激光器发光，载有信息的激光通过光学天线发射出去。接收端光学天线将激光信号接收汇聚在光敏管上，通过接收解调电路后，恢复出ｐｅｃｌ高速数据信号，再经过耦合变压器送至计算机，从而完成整个通信过程。由图１可知，系统主要由三部分组成：以太网收发器、调制驱动电路和接收解调电路。下面分别就这三部分的电路设计进行详细说明。 ２以太网收发电路以太网收发电路由ｒｊ４５接口、耦合变压器、以太网收发器，以及收发器与调制驱动电路、接收解调电路之间的接口组成。其中以太网收发器是核心单元，直接决定了系统的工作性能。２．１以太网收发器ｉｐ１１３本系统采用ｉｃｐｌｕｓ公司出品的以太网至光纤收发器ｉｐ１１３芯片。ｉｐ１１３是二端口（包括ｔｐ端口和ｆｘ端口）１０／１００ｍｂｐｓ以太网集成交换器，由一个二端口交换控制器和两个以太网快速收发器组成。每个收发器都遵守ｉｅｅｅ８０２．３、ｉｅｅｅ８０２．３μ、ｉｅｅｅ８０２．３ｘ规则。为帧缓冲保留了ｓｓｒａｍ，可以存储１ｋ字节的ｍａｃ地址，全数字自适应调整和时序恢复，基线漂移校正，工作在１０／１００ｂａｓｅｔｘ和１００ｂａｓｅｆｘ的全双工／半双工方式。使用２．５ｖ单电源，２５ｍｈｚ单时钟源，０．２５μｍ工艺，１２８脚ｐｑｆｐ封装。 图２是ｉｐ１１３内部原理框图。ｉｐ１１３工作在存储转发模式，ｐｏｒｔ１(ｔｐ端口)的速率是自适应调整的结果，因而不需要外加存储器以缓冲数据包。每个端口都有自己的接收缓冲管理、发射缓冲管理、发射排队管理、发射ｍａｃ和接收ｍａｃ。各个端口共享一个散列单元、一个存储器接口单元、一个空缓冲管理器和一个地址表。散列单元负责找出和识别地址。发射缓冲管理和接收缓冲管理通过存储器接口负责存储数据或者读出数据。发射ｍａｃ和接收ｍａｃ负责完成以太网的各种协议控制。接收ｍａｃ从收发器收到数据后，被放进接收ｆｉｆｏ，同时为数据传输请求接收缓冲管理。当接收缓冲管理接收到请求后，就从空的缓冲管理区获得一个空的存储块，并通过存储器接口单元将数据包写入。同时接收数据包也进入散列单元。散列单元从数据包里找出地址以建立地址表。ｉｐ１１３依据地址表决定是否转发或者丢弃数据包。两个端口共享一个空的缓冲管理，复位后，空缓冲管理提供两个地址的空存储区。当接收到一个数据包时，就找出一个新的空存储区；当转发一个数据包时，相应的存储区就释放。２．２以太网收发电路设计以太网收发电路如图３所示。主要由以太网收发芯片ｉｐ１１３、专用配置芯片ｅｅｐｒｏｍ９３ｃ４６、ｌｅｄ显示矩阵，以及ｉｐ１１３的ｐｏｒｔ１与ｔｐ模块、ｐｏｒｔ２与ｆｘ模块之间的接口组成。 图4 ip模块电路图