无线通信技术未来发展方向分析

摘 要 本文主要介绍了未来无线通信领域中几项最关键的技术革新。随着无线业务的扩展，对高数据速率通信的需求必将导致能提供高频谱效率的新的调制和编码技术。我们讨论了满足这一条件三种物理层技术：正交频分复用、超宽带传输、空-时调制/编码。另外由于室内接入正成为无线通信领域的前沿，本文对宽带局域网(WLAN)和即兴(Ad hoc)网的应用也进行了探讨。

关键词 空-时处理 多输入多输出 超宽带 正交频分复用 即兴网

(资料图片)

一、概述

用户和路由设备可以在网络中随机移动的即兴(Ad hoc)网，已经成为了一个重要的研究领域，这种新兴的技术必将扩展便携式的接入，并且使突发情况下的通信成为可能。传统的无线网络中，网络接入点固定接入到宽带主干网上，而且对数据速率的要求越来越高，例如IEEE 802.11a/g要求54Mbps的数据速率。许多新技术应运而生，并将对无线通信领域产生重大影响。超宽带(UWB)技术采用极短的脉冲信号来传送信息，而脉冲所占用的带宽高达几GHz。与传统的无线通信系统将基带信号上变频为射频信号不同，UWB可以认为是基带传输，不过刚好是在射频频率上而已。它可以在室内提供高达100Mbps的数据速率，而功率谱密度却非常低。另一种高效的技术是正交频分复用(OFDM)。它提供了以往的调制方式所没有的多址接入和信号处理方式，使得无线网络可以在较窄的频带上获得较高的频谱效率。上个世纪90年代的研究表明，在发射端和接收端采用多天线可以获得很高的功率效率和频谱效率。进一步的研究表明，这一系统在独立的瑞利散射信道中获得的理论数据速率与天线数成正比，并且接近最大香农容量的90%。朗讯的V-BLAST实验室系统模型可以在平均信躁比24-34dB的室内环境中达到20-40bps/Hz的频谱效率，而收发端采用16个天线时可以在30dB的信躁比下获得60-70bps/Hz的频偏效率。

下面我们将详细的介绍以上这些技术以及它们在未来无线通信领域中的应用。

二、无线通信在室内接入中应用

传统意义上说，人们只有在相对静止的情况下才使用宽带资源，而这些活动往往发生在室内。而众所周知，无线通信技术的诞生最初是为了提供移动的语音业务，为旅途中的人们提供通信服务。

Internet的飞速发展得宜于Internet服务提供商(ISP)所提供的固定的室内连接，这些服务提供商往往与当地的有线运营商是同出一门。而与此形成鲜明对比的是，在无线通信领域，运营商为了购买带宽资源的使用权、建设户外的移动覆盖投入了大量资本。因此他们一直难以涉足于室内领域。而且，所有现行的第二代数字无线通信系统都主要着眼于提供以话音为主的业务。这就在过去的若干年中将室内的数据通信业务拱手让给了有线通信系统。

在未来十年，提供宽带数据业务的室内无线接入将成为无线通信领域最重要的议题。蜂窝和个人通信的发展要求第三代无线设备以能为室内用户提供类似于Internet的网络业务为核心。绝大多数运营商都没有现存的系统来提供这样的室内覆盖。这就为可以提供低成本的设备的基于无线局域网(WLAN)的新竞争者提供了一个切入点。

利用建筑物或校园内现有的有线以太网络结构，就可以快速并廉价的使用WLAN，并可以达到比昂贵的3G蜂窝设备更高的数据率。随着VoIP技术的发展，相信WLAN能进一步提供融合了电话和互联网接入的移动/便携无线业务，而不采用蜂窝结构。

现在有许多公司在努力将2.5G和3G的蜂窝技术于WLAN技术融合，生产出能完成各种室内链接和业务的手机等无线设备。

提到室内无线接入时，WLAN和现存并广泛采用的基于IP的有线网络结构将成为以无线电波为核心的蜂窝/个人移动通信系统的有力竞争者，而后者正试图将其势力范围从户外扩展到室内。与此同时WLAN也将涉足户外，如观光地和机场。

三、无线通信数据速率

接下来的十年中，高速无线数据业务将更为成熟。而使这成为现实的关键在于频带利用率的提高。在物理层，有三种技术将在这方面起到关键作用：正交频分复用(OFDM)、空-时结构、以及超宽带通信技术。

1. 正交频分复用(OFDM)和多载波通信

正交频分复用(OFDM)是多载波传输的特例，一个高速的数据流用多个低速的子载波进行传输。由于超大规模集成电路(VLSI)的进步，使得高速大规模的快速傅立叶变换(FFT)芯片成为可能，OFDM技术也成为了商用高速宽带无线通信技术的主要候选。另外，OFDM技术还拥有许多独特的性质使得它颇具吸引力：由于低速并行子载波上符号速率的增加，OFDM技术可以对抗多径衰落和码间干扰。(对于给定的延时扩展，OFDM接收机的复杂度大大小于单载波情况下使用均衡技术。);OFDM技术通过运用自适应调制和子载波上的功率分配技术有效的利用了射频频带资源，而这些都可以用可编程数字信号处理器实现;由于窄带干扰只能作用于子载波的一小部分，OFDM技术因而具有了抗窄带干扰能力;与其他宽带接入技术不同，OFDM技术无需连续的带宽资源;OFDM是单频网络成为可能，而这非常适用于广播应用。