未來分布式無線通信系統(tǒng)發(fā)展趨勢

　　隨著3G技術的市場化不斷成熟，以及3G的演進技術（LTE、UMB）不斷取得新的突破和進展，對于下一代移動通信系統(tǒng)的研究也隨著IMT- Advanced計劃的啟動，在全球范圍內(nèi)引發(fā)了一場熱烈討論。ITU-R為IMT-Advanced提供了一個全球范圍標準化的進度計劃[1]。從2007年到2008年初，主要的任務是通函，明確需求以及評估方法。在2008年初將在全球范圍內(nèi)展開IMT-Advanced候選方案的征集工作，同時還會相應啟動具體的評估工作。

　　對于目前比較關注的頻譜問題，在剛結束的WRC 2007上進行了專門討論，最終ITU決定：在450MHz～470MHz、698 MHz～862 MHz、2300MHz～2400MHz、3400MHz～3600MHz頻段進行IMT地面業(yè)務頻率劃分。而在可能會對未來無線通信系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響的技術領域中，網(wǎng)絡體系架構的演進則是重中之重的一個方面，它在很大程度上影響，甚至決定了其它方面的工作。從802.16e（Mobile WiMAX）到LTE[2][3]，我們看到的是網(wǎng)絡結構的扁平化正在成為趨勢，這是因為對系統(tǒng)處理時延越來越苛刻的要求，迫使我們不斷優(yōu)化網(wǎng)絡端的處理結構，提高系統(tǒng)信令處理的效率。

　　這種扁平化的趨勢使無線網(wǎng)絡的發(fā)展越來越趨向于類似于Internet一樣的網(wǎng)狀結構，而不再是傳統(tǒng)分層的樹型結構，Mesh、Relay等分布式無線通信技術逐漸成為未來分布式無線網(wǎng)絡的重要支撐技術。隨著分布式無線網(wǎng)絡的不斷發(fā)展，Mesh、Relay等概念已不再局限于傳統(tǒng)的全分布式無線多跳通信網(wǎng)絡中，它們既可以是全分布式的，也可以與集中控制結合。從而，面向下一代移動通信系統(tǒng)的分布式無線網(wǎng)絡將會是一種具有部分基礎設施網(wǎng)絡支撐的分布式無線網(wǎng)絡技術。一方面可以利用分布式無線通信技術的優(yōu)勢，另一方面可以為運營商提供一個可管理、可運營的通信系統(tǒng)。

　　1、下一代移動通信系統(tǒng)標準化現(xiàn)狀

　　1.1　WiMAX802.16x

　　在2007年10月，以802.16e為核心技術的WiMAX以OFDMA TDD WMAN的身份加入IMT-2000，成為3G標準的一員，一方面標志著802.16x技術正在得到傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡標準化組織的認可，另一方面也表明分組通信技術對傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡正發(fā)揮著越來越重要的影響。作為一種無線城域網(wǎng)絡技術，802.16e在支持寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務方面有一定的優(yōu)勢，并且支持終端的移動性。為了改善網(wǎng)絡覆蓋性能，提升系統(tǒng)容量，在802.16e的基礎上，802.16j引入了分布式多跳中繼機制，同時保持與PMP模式的802.16e之間的兼容性。而802.16m則是802.16工作組啟動的一個新的針對802.16系列標準的補充標準。目標是對基于OFDMA技術的802.16無線城域網(wǎng)標準進行補充，提供一個在付費頻段上工作的高級空中接口，并成為由ITU-R主導的IMT-Advanced評估過程中的一個候選方案[4]。其中，明確提出要將智能中繼應用到802.16m網(wǎng)絡中，提供高性價比的高速數(shù)據(jù)速率覆蓋。

　　1.2　3GPP LTE（+）

　　為了應對來自WiMAX技術上的挑戰(zhàn)，3GPP于2005年初啟動了3G系統(tǒng)的長期演進計劃，又稱為LTE（Long Term Evolution）。以演進的接入技術E-UTRA和接入網(wǎng)E-UTRAN，滿足運營商和用戶不斷增長的需求，保持UMTS在未來移動通信領域的優(yōu)勢[2]。為了滿足LTE系統(tǒng)對數(shù)據(jù)速率以及頻譜效率方面的要求，在下行鏈路采用了與802.16e類似的OFDM技術，不同的是在上行鏈路采用了基于單載波的SC -FDMA，克服OFDM技術在上行鏈路峰均比控制復雜的難題。在網(wǎng)絡架構方面，LTE放棄了3G的UTRAN結構，完全由基站（eNode B）來組成E-UTRAN，基站間可以通過X2接口實現(xiàn)一種Mesh方式的多對多連接，而基站與核心網(wǎng)實體MME之間同樣可以通過S1-flex的方式實現(xiàn)一種類似Mesh的多對多連接。這樣的一種網(wǎng)絡結構可以減少信令交互產(chǎn)生的時延，有效實現(xiàn)網(wǎng)絡的負載均衡。而為了應對IMT-Advanced的需求， LTE的增強版LTE+也在醞釀之中。

　　1.3　WINNER

　　除了WiMAX和3GPP以外，由歐盟資助的WINNER項目同樣瞄準了為了第四代移動通信系統(tǒng)提供新的空中接口規(guī)范，凝聚了來自歐洲、北美以及亞洲的工業(yè)界和學術界的研究力量[5]。與前兩者不同的是，WINNER引入了GMC技術，從而實現(xiàn)對多種類型的多載波調制/多址技術的支持。結合多天線以及廣義MIMO-OFDM，實現(xiàn)了對時、頻、空域無線資源的充分挖掘。網(wǎng)絡架構方面，引入了無線多跳中繼技術，改善網(wǎng)絡的覆蓋質量，提升傳輸速率，解決高頻段（WINNER系統(tǒng)設計主要針對 3.4G Hz～5GHz頻段）無線覆蓋困難的問題。通過有效的協(xié)作機制和無線資源管理方案，實現(xiàn)與采用其他類型無線接入技術的系統(tǒng)之間的合作通信和頻譜共享。