新兴发展的无线通信技术和网络

特约评

述第38卷第7

期V ol.38,No.7

2008年7月JOU RNAL OF UNIVERSI TY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CH I NA Jul.2008

文章编号:0253-2778(2008)07-0735-10

收稿日期:2008-05-15;修回日期:2008-05-28

基金项目:国家自然科学基金(60572066),华为基金资助.

作者简介:朱近康,中国科学技术大学教授、博士生导师,中国科学技术大学个人通信与扩频实验室主任.

现主要从事无线移动通信、通信信号处理、无线网络和相关协议的研究.

E-m ail:jkz hu@us https://www.360docs.net/doc/767742420.html,

新兴发展的无线通信技术和网络

朱近康

(中国科学技术大学个人通信与扩频实验室,安徽合肥230027)

摘要:针对无线移动通信面临的发展需求和技术挑战,分析讨论了近年新兴发展起来的无线移动通

信技术和网络,重点综合评述了以多输入输出(M IM O)、协同通信、认知无线技术等为代表的新兴

无线通信技术,和以第四代移动通信网络、无线mesh网络、无线传感器网络等为代表的新兴无线

网络,最后简要说明我们的相关研究和进展.

关键词:无线通信;多输入输出;协同通信;认知无线技术;mesh

中图分类号:TN929文献标识码:A

New wireless communication techniques and networks

ZH U Jin-kang

(P CN&SS L ab,Univ ersity of S cience and T ech nology of China,H e f ei230027,China)

Abstract:The development of w ir eless com munication is facing new requir em ents and challenges.N ew techno logies and netw orks dev elo ped in r ecent year s are analyzed and discussed.Focus is laid o n the typical novel w ireless co mmunication technolo gies,such as multiple input and m ultiple output(M IMO),

co operative com munication,cog nitive radio,and the new w ireless netw or ks,such as4G m obile

co mmunicatio n netwo rk,w ireless mesh netw or k and w ireless sensor netw ork.Finally,a brief introduction

to our related research and its pro gress is given.

Key words:w ireless comm unication;m ultiple input and m ultiple output;cooperative com munication;

cog nitive radio;m esh

0引言

目前,无论是移动电话还是无线接入,无线移动

通信从模拟电子技术的第一代、数字技术的第二代,

已经进入第三代,形成自适应技术有效应用的多媒

体业务服务.在此迅速发展中,未来无线移动通信技

术与网络的研究和标准化建设就成为众所关注和大

力研究的重点.一些令人兴奋的新兴技术和新兴网

络的出现,成为研究开发的热点,也为面临极大需求

和重大研究开发的无线移动通信注入了活力.

特约评述

以3GPP组织推动的后第三代(B3G)的长期演

进安排)))LT E,是将来发展的方向,从已经采纳

的一些标准化建议看,其主要的技术发展趋势是:从

现在的电信网络过渡到将来的IP移动网络(如

BTS功能化,网络结构扁平化等),从现有的每秒几

兆数据速率发展到将来的每秒几十甚至上百兆数据

速率(如自适应高效调制与编码,信道准确估计的自

适应等),从现有的集中传输处理发展到将来的分布

传输处理(如M IM O技术,mesh技术等),从现在的

单发业务通信发展到将来的并行多发业务(如视频

业务,游戏业务,多播业务等).

以ITU组织推动的IMT-advanced(4G也即第

四代移动通信)标准化研究,从技术研究开发和应用

来说,很多方面与LTE好像没有什么区别,特别是

LTE有不断演进推出不同时期的不同要求的长远

计划,最终,两者可能会走到一起.从目前的研究看,

两者的目标和重点还是有些不同.3GPP更多地是

从现有应用出发,尽量平滑过渡;而4G首先是从拓

展可用频谱资源开始,研究将来可支持上千兆数据

速率需要的可用资源和技术,同时积极吸纳创新技

术和系统建议,评估将来可用方法和技术,力争实现

频谱效率达10bit/(H z1s),数据速率达1000M bps

的无线移动通信.

随着国家重大专项/新一代宽带无线移动通信

的研究开发0的启动,我们国家紧跟未来无线移动通

信发展的研发要求,提出TD-SCDM A往LTE和

4G的演进,这是中国对4G技术和网络标准化的

贡献.

面对众多的各种各样的无线移动通信技术和网

络的进展,值得我们特别关注的重点是从无线移动

通信发展的技术演进历程来分析未来的第四代的基

本技术特征.第一代移动通信系统是使用模拟技术

的系统,由于提出了蜂窝小区结构、终端移动管理、

漫游与切换等技术,实现了在移动中通信、通信中移

动;第二代移动通信系统是使用数字技术的系统,基

于数字信号处理技术和专用芯片,尽量采用软件处

理,实现了设备的小型化和大量用户接入,特别是手

机的小型化和多样性,使移动通信迅速普及;第三代

移动通信是充分应用自适应技术实现宽带高速的通

信系统,调制自适应、编码自适应、信道自适应、接入

自适应、业务自适应等,实现了传输链路和通信系统

的高效率.在这些技术和系统基础上发展的第四代

移动通信,若要实现如上所述的更高宽带和更高速

率,就必须利用一切可能的资源:频率、时间、编码、

功率、空间等.其中,空间资源还没有有效利用,是

4G可能开发利用的新天地.充分利用空间地理分布

下的分布技术和系统,将可能成为未来无线移动通

信的重要技术特征.基于分布结构和分布处理的相

关技术,如近年发展起来的M IMO技术、协同通信

(coo perativ e comm unications,CC)、认知无线技术

(cog nitive r adio technolog y)、mesh网络技术等,在

资源的充分调度和利用、处理能力的综合与提高、传

输能力和性能的改善等方面十分有效、突出,是新兴

的无线移动通信技术.

1新兴的无线移动通信技术

近几年,无线移动通信的技术研究和发展十分

迅速,各种各样的新方法不断涌现,各种现有方法不

断翻新,与分布技术和分布处理紧密相关、能极大增

强容量和效率、有广阔应用前景的,可能要首选

M IM O技术、协同通信技术和认知无线技术.

M IMO技术,是多天线输入多天线输出技术.

它充分利用天线输入输出的无线衰落信道特性,不

同天线有不同无线信道传播特性,独立随机,实现多

天线并行多信道高速传输.其原理如图1所示,M

个发送天线(S1,S2,,,S M),N个接收天线(R1,

R2,,,R N),从第i个发送天线到第j个接收天线

的信道传递特性是W ij,则有如下多天线发收的转

移关系

R1

R2

s

R N

=

W11W21,W M

1

W12W22,W M2

s s s s

W1N W2N,W MN

S1

S2

s

S M

,

R j

=E

M

i=1

W ij*S i,j=1,2,,,N(1)

图1MIMO原理图

Fig.1The schem atic diagram of MIMO

显然,要从式(1)的接收信号,求解发送来的信号,从736中国科学技术大学学报第38卷

特约

评述

数学手段出发,需实现如下逆运算

W -1

R =W -1

W S

(2)

其中

W =

W 11

W 21,W M 1W 12W 22,W M 2

s s s

s W 1N

W 2N

,W MN

R =

R 1

R 2s R N

, S =

S 1

S 2s S M

如果有

W -1W =I

(3)那么,我们能够得到M 个天线发来的信号,有

S =W -1

R

(4)

在实际处理中,由于多天线阵列的无线信道传播特性(式(1))

是随信道起伏随时变化,经常无法给出如式(3)结果的信道特性逆矩阵,只能尽量做出部分正交的结果,即

W -1

W U

I a

A I A a

(5)

这样,可以利用干扰对消或天线选择技术,对于非正交部分实现有通信质量保证的部分多路高速通信.

由于M IM O 技术极大地依赖于多天线间的信道传播特性,有众多问题值得研究,过去几年在基础和方法研究上取得了相当可喜的成果,近年已经开始走向实际应用性研究.其代表性的是由英国的大学牵头联合各大公司和运营商的欧洲mo bile VCE (V ir tual Centre of Ex cellence in M obile)的研究,针对M IM O 技术面向B3G 的基本问题和研究重点,比较集中在对新的无线传播环境(从5GH z,7GH z 到24GH z 的载波频率,100M H z 以上的带宽)的测量、估计和信道模型的建立,特别有效地对繁杂的收发矩阵的运算简化和技术实现,能提高容量的空间分集方法,支持高速率的室内分布天线系统,对多路并行传输与分集综合的资源调度和管理等课题上,预计2010年底完成[1].

欧洲mo bile VCE 在M IM O 收发技术的研究中,针对分布式天线提出了虚拟天线阵列(virtual antenna ar ray s,VAA )概念,并进行了深入研究.VAA 由一个多天线的基站和它覆盖的多个终端组成,并且终端间有中继转发(r elay )功能,这样可以

形成终端虚拟多天线,形成M IMO 系统,如图2所

示.如果基站是4个天线,那么只有一个天线的终端加上3个relay 终端,共4个天线,构成4*4的M IM O 系统,实现式(3)的正交性比较容易,只要调整选择最接近下式的3个r elay 终端和参数,即选择最适合的W ij (i,j =2,3,4),就能实现并行高速传输.虽然relay 处理会增加系统一些额外开销,但在分布系统状态下,多数情况能实现多路通信,获得更高的系统容量(如图3所示),能在低信号中断概率下容纳大量用户终端工作.即使不能完全正交,由于能提供附加的分集增益,信噪比和误码率都会得到明显改善[2].

W 11W 21W 31W 41W 12W 22W 32W 42W 13W 23W 33W 43W 14

W 24W 34

W 44

-1

W 11W 21W 31W 41W 12W 22W 32W 42W 13

W 23W 33W 43W 14

W 24

W 34

W 44

U

1000010000100

00

1

(6)

中国科学技术大学对M IM O 技术的研究和贡献主要集中在多用户M IMO 技术上,有基于全反馈和有

737

第7期新兴发展的无线通信技术和网络

特约评述限反馈的多天线选择处理方法,形成正交或准正交

的虚拟定向波束,实现多路与分集通信[3,4];有多用

户M IM O系统条件受限情况下的最佳化设计和处

理方法[5]等.

另一项新兴无线移动通信技术是协同通信

(CC),它是基于用户和站点间,由于信道特性、功率

限制、覆盖状况、高速需求等不同原因,单一直接通

信困难,需要借助邻近站点或周边用户中继、协同与

分集,实现可靠传输的通信.前述的虚拟天线阵列,

就是协同通信的应用之一.

协同通信是分布无线通信系统最基本的通信技

术,其基本信道模型是如图4所示的relay信道,某

一终端用户(X)离站点较远或衰落严重,仅仅靠一

个信道(h X

D

)直接传输已经不能保证有效通信,甚

至会中断,而在临近站点(relay1)中继协助下,通

过分集和多路处理,通信能力能得到明显改善.如果

relay1的传输处理表示为R1,那么图4的协同

relay通信的接收信号为Y,则有

Y=h X

D

X D+h R

D

R1h X

R

X R(7

)

图4协同relay通信原理图

Fig.4The schematic diagram of cooperative relay

式中,X D是终端用户通过直接信道传送给站点的

信息,X R是通过relay信道传送给的信息.信息理

论能够证明,这种协同relay信道的联合信道的最

大容量为

I max[2I X

D

,if X D=X R,I X

D

=I X

R

(8)

实际应用过程中,完全实现最大多路并行传输

是做不到的,常常是多路并行与分集处理相结合,根

据信道特性,在多路和分集之间折中.图5给出了在

不同信噪比情况下,X D=X R=1/2时,多路增益与

分集增益之间的变化关系[6].

近年来,协同通信应用到蜂窝移动系统中,研究

relay站的选择、实现r elay处理、分配资源等,以实

现尽量大的系统容量和传输特性.对r elay站的选

择:一般考虑一个relay站,构成如图4的基本结构;

考虑两个r elay站,可构成三路收发;考虑三个relay

站,可构成四路收发;超过三个以上的r elay

通信结

图5relay信道的多路增益与分集增益

Fig.5The m ult-i path gain and diversity gain of relay channel

构,理论上可行,但实际应用考虑较少.目前,实现

relay处理的方法比较简单,有放大转发(amplify-

to-forward,AF)和解码转发(decode-to-forward,

DF),通常情况在relay接收信号较好时采用AF处

理,信号较弱时使用DF处理[7].Relay的资源分配

方法最常见的是功率分配和频率分配,进一步的研

究有考虑物理层和上层结合的跨层处理方法和考虑

relay分组处理方法[8].文献[9]研究了对面向B3G

LT E移动通信的OFDM A系统,采用relay通信的

实际系统上下行通信的总容量.系统总带宽80

M H z,256个子载波的OFDM,每个子载波频带为

31215kH z,在频率选择性衰落信道下模拟.结果表

明,采用一个relay站可以获得23919M bps的系统

总容量,比常规方式的224M bps,增大711%;采用

三个relay站可以获得48917Mbps的系统总容量,

比常规方式的45211Mbps,增大813%.

随着无线分布技术的发展,将协同通信技术在

上述用户终端彼此协同转发的基础上,扩展到多基

站的协同通信,如图6所示.蜂窝小区交叉重叠覆

盖,终端用户在小区边缘,受限于信号功率和信干

比、仅与一个基站连接不能实现可靠通信时,

让邻近

图6多基站的协同通信

Fig.6C ooperative communication of mult-i BSs

738中国科学技术大学学报第38卷

特约评述

基站作为relay 站点,协同通信处理,成为分布无线移动通信的研究热点.对图6的三个基站小区交叉的蜂窝系统,有近一半区域交叉覆盖,在交叉覆盖区采用三基站协同通信的新型小区结构下,OFDM 系统的仿真结果的系统平均容量,性能提高明显[10],如图7所示

.

图7 三基站协同的系统性能

Fig.7 The system perf ormance of 3BSs cooperation

认知无线电技术是在频谱资源日益紧缺、无线通信需求急剧上升的情况下,出现的又一新兴技术,是在软件无线电技术基础上,适应多频段多制式无线移动通信发展的需求,采用频段扫描和信号识别方法,检测和认知已分配频段的应用状况,临时借用空闲频段进行通信的技术.显然,采用这种技术方法能大大提高频谱的利用效率,拓展和提供更多可用的频带资源,满足无线移动通信更高速、更宽带的需求.

认知无线电技术的基本原理如图8所示.利用一个带宽为B 的循环扫描频谱信号,对整个有兴趣和潜在应用可能的频带进行扫描,获取信号强度低于噪声门限的频谱空洞,从而依据借用规则利用空洞频谱实现通信.认知无线电通信的收发结构如图9所示.由频谱扫描检测器、频谱先验数据库、应用频谱判决器、软件无线收发器构成,

频谱扫描检测器

图8 认知无线电基本原理图

Fig.8The schematic diagram of cognitive

radio

图9 认知无线电通信的系统结构Fig.9 The sketch of cognitive radio system

发现可用频谱空洞,经与频谱先验数据库的知识比对,频谱判决器作出频谱空洞应用的决策,再给出指令控制软件无线收发器工作

[11]

.

对认知无线电的研究,基本上分为两方面:一是管理上的.认知使用空闲频谱带来的管理策略、商业

规范、行为准则等;二是技术上的.发现和利用频谱.最近,基于认知无线电技术发展起来的动态频谱接入技术,是认知技术在移动通信中应用的新进展,主要包括:1频谱感知.其中利用信号周期谱理论和方法,对信号作频谱发现和状态分析,是一种有效的方法,文献[12]给出了对QPSK 和QAM 的OFDM 信号的分析识别结果,0dB 下的识别概率大于98%;o传输技术.对动态频谱接入的收发传输技术,从不同角度有众多研究,Pursley 等提出了利用认知技术对链路不确知且有明显时变传播损耗情况的自适应发送接收,可实现很接近于理想结果的系统容量

[13]

,如图10所示;?MAC 协议和成网技术.

文献

图10 认知技术的自适应收发结构

Fig.10 The adaptive transceiver architecture

of cognitive technology

739

第7期新兴发展的无线通信技术和网络

特约评

述

图11 信令与业务传输分离通信的信号帧格式

Fig.11 The frame structure which separate the transmission of signaling and traffic

表1 无线移动网络的评估参数表

Tab.1 The parameter for the evaluation of wireless m obile network

C B/%T B/(M b #s -1)

AB/(M b #s -1)

U /%D /m s J /ms L /(per 106)

#1e.g.,UM TS 10020.21040050100#2e.g.,802.11b 20111202002520#3e.g.,802.11a 10542201001515#4e.g.,802.11n 51005401503020#5e.g.,4G

301,52

100

5

20

100

20

15

[14]给出了实现动态频谱接入的认知m esh 网络,把频谱感知、传输状况和媒体数据调度需求结合起来分析,确定动态频谱利用和信道分配,特别是mesh 无线信道的频谱分配和资源调度,解决现行网络在业务繁杂情况下经常出现拥塞的问题.考虑到未来无线移动通信对频谱的极大需求和零散分配的可能,中国科学技术大学提出了一种利用认知技术实现零散频谱资源综合利用的方法,这是把信令传输和业务传输相分离的通信方式,即将公共信令建立在授权频谱传输、媒体业务建立在认知频谱传输,彼此分开,能有效利用所有可能频谱资源[15]

,图11显示了这种通信方式的基本信号帧格式设计.

2 新兴的无线移动网络技术

新兴的无线移动通信网络,种类繁多,但规模最大和最有影响的要数第四代移动通信网络(4G)、无线mesh 网络和无线传感器网络(WSN).

在B3G 网络之后的未来无线移动通信4G 网络,又称为下一代移动网络(nex t g eneration mobile netw orks,NGM N),它能上下兼容平滑过渡的4G

网络构架设计,如图12所示.基于IPv6架构的统一IP 网络平台,可以连接其他数据网络和现有的PSTN,通过接入网关(gatew ay,GW)与下层的移动支撑接入站(mo bility anchor point,M AP)连接;移动支撑接入站MAP 带有本地用户归属服务器(H SS)和鉴权认证和计费服务器,并连接多个接入路由器(access router,AR),对用户实现IP 化移动管理;已有的无线系统(2G,3G,B3G,WLAN 等)

通

图12 4G 网络的架构设计

Fig.12 The design of the architecture of 4G network

740

中国科学技术大学学报第38卷

特约评述

过接入路由器接入网络,有共存共用接入能力,能实现多频段多制式多业务应用[16].其中,基于IPv6网络平台的无线移动管理,多制式多系统跨层协议的协调和调度,多频段多业务的智能接入,呼叫的准入控制和多系统垂直切换等,是面临的研究课题.

文献[17]提出了一种针对未来不同异构网络环境下的网络自动选择方法,网络的选择通常按网络能力、信号质量和使用成本等考虑,为此,网络选择的数学依据表述为

NW i =[CB i ,TB i ,AB i ,U i ,D i ,J i ,L i ]

(9)

式中,i 表示第i 个网络,CB 是每传输1by te 的成本,TB 是该网络总带宽,AB 是该网络允许使用带宽,U 是当前无线链路的利用率,D 是信包延时,J 是信包抖动,L 是信包丢失率.表1给出了3G,B3G,802111a,802111b,802111n 无线移动网络的相关评估参数值.假定有N 种网络可供选择,i =1,2,,,N ,式(9)就变成行数为N 的网络选择矩阵,采用Barriac 等提出的逐次优选逼近理想结果的T OPSIS 算法[ ]

,可获得优选网络.

文献[18]研究了呼叫的准入控制和多系统垂直切换,提出了一种面向蜂窝(cellular)和无线接入(WLAN)负载平衡交互算法,cellular 与WLAN 有各自的接入决策器和接入执行器,综合网络也有接入决策器和接入执行器,一个呼叫进入网络后,由综合网络启动自己的接入决策器,作出是接入cellular 还是WLAN 的决策,然后由执行器联络相应系统执行.如果决定接入cellular,就启动cellular 的接入决策器,在给定资源分配后,由执行器完成.垂直切换多半是当前支持系统通过自己的接入决策器发起接入决策请求给网络,网络联络另一系统的接入决策器决定,由执行器执行.这种决策机制,能较好地平衡不同业务请求和用户需求,呼叫接入中断概率可降低3~6dB.

无线mesh 网络是在接入Internet 网关(GW)有限、不可能覆盖所有移动终端的情况下,增设众多mesh 路由器(M R),利用m esh 路由器的中继和协同处理,实现低功率微小区分布覆盖,不依赖于基站位置和功率限制,实现任意地理环境和场景无缝覆盖的新兴网络.图13是无线m esh 网络的覆盖示意图,与Internet 连线的设备是GW,未连线的表示WR.显然,利用众多微小功率的WR,能覆盖任意大范围.在无线mesh 网络技术的研究中,其物理层技术,路由器配置技术,MAC

协议与路由技术等备

图13 无线mesh 网络Fig.13 Wireless mesh network

受关注[19]

.

M esh 路由器的物理层技术,即m esh 无线传输技术,最好采用定向天线、实现低临界功率发射,最大限度地减小对邻近WR 的干扰.低临界发射功率控制技术是使发射功率最小临界化,提高信号功率效率,实现低信号功率应用,对无线接入密集覆盖的网络拓扑结构十分有效.无线传输中的mesh 路由器间的中继与协同,如前所述,也是很重要的.在覆盖区域给定的情况下,GW 的位置通常是不可变动的;无线mesh 布局密度和数目就成为构建无线mesh 网络的又一基本课题.在大多数情况下,mesh 路由器的配置,要为构建无缝覆盖的、最大功率有限的、频谱效率高的、公平支持的路由协议提供物理基础.无线mesh 网络的M AC 协议和路由技术已有相当的研究,有的就直接引入Ad hoc 网络的相关技术.文献[20]提出的集簇化mesh 结构和多重资源分配管理方法,对简化路由设计和接入协议很有参考价值.

无线mesh 网络,尽管是在Inter net 网络应用早期发展起来的,目前主要针对IEEE 802系列的无线接入网络的应用,但它的网络结构和组网方法,已开始在未来无线移动通信得到应用[21]

,图14是3GPP LTE 提出的未来无线移动通信的mesh

eNB

图14 LTE 的mesh eNB 成网构架

Fig.14 LTE network architecture composed of mesh eNB

741

第7期新兴发展的无线通信技术和网络

特约评述成网构架,其基站之间底层采用IP传输,在逻辑上

通过X2接口互相连接,是传统的mesh网络结构.

而mesh eNB之间的连接,使用S1接口,也采用

mesh型或部分mesh型连接形式,实现一个基站可

以和其他多个基站、多个SGW相连,为运营商和用

户不断增长的需求提供更好的支持.

无线传感器网络是一种可任意放置的传感器和

就近无线中继接入、可在长时间无供电下可靠运行

和无人值守、发送类噪声微弱信号工作并可以抗干

扰的通信网络.无线传感器网络是第一个非传输人

类信息的大型通信网络,目前主要应用于军事监视

与侦查、环境、气象、水利、电力等监测、人体监护和

保健、工业过程控制等.

无线传感器网络的研究中,首要的是微型传感

器,并已有相当多的成果和进展;其次是无线传感器

的通信和节能设计,现在的无线传感器通常由传感

器模块、存储器单元、通信模块、位置处理单元、

CPU和电源与管理模块组成,在CPU程序的控制

下完成信息感知、数据传输、接入路由建立和电源管

理.有的无线传感器,还有移动管理模块,为位置更

新和移动服务提供支持.无线传感器网络基本上是

Ad hoc网络结构,通过无线终端节点的中继接力,

到达网络接入路由器进入网络.新近的研究有把

mesh结构和Ad ho c结构同时引入无线传感器网

络[22],构成强大接入能力的新型无线多媒体传感器

网络,适应各种环境条件和业务的需要.

无线传感器网络的网络建立,分三步处理,如图

15所示.首先是用户终端与邻近节点的距离和方位

估计;其次是终端和相关节点的位置计算估计;第三

是考虑到信号功率和接收能力,进行终端和可用节

点的无线连接和中继接力的定位,构成用户终端通

过相关节点的多跳(或单跳)中继接力,可实现经网

络接入路由器接入后进入网络.确定的无线电连接

的定位结果是建立用户终端接入网络的路由设计的

图15无线传感器网络的成网处理

Fig.15The organization of wireless sensor network

基础,也是无线传感器成网的基础,文献[23]给出了

较为详细的论述.

无线传感器网络是极大数量的传感终端的接入

网络,各终端(或相当部分终端)还要作为中继接力

的节点,对邻近终端给予接入支持,因此,无线电频

谱资源的使用和承载能力,与现有网络的频谱并存

和共用,就需要仔细规划和调度.文献[24]提出将频

谱中断概率(spectral outag e probability)参数作为

评价基准,如果这个参数高于某个设定门限(如

10-3),就说明这个频谱在探测点附近不能使用.探

测点一般设在中继节点附近,接收各发送节点的信

号,经聚合加权FFT变换处理,得到这些发送节点

环境下的综合信号功率谱密度,进而给出时间和环

境的统计结果,即给定信号功率谱密度下的出现概

率,并将其作为频谱中断概率参数.图16是网络的

频谱中断概率,实线是分段区域下的频谱中断概率

,

图16网络的频谱中断概率

Fig.16The spectral outage probability of network

其频谱主瓣区的中断概率基本低于设定门限.这个

频谱特性参数可以作为判定是否允许新的终端发送

进入的依据.

无线传感器网络的路由建立和接入协议,也已

有相当多的研究,但是在传感器位置不变或相对稳

定的情况下,网络布局给定后,经过前述的成网处

理,路由和接入相对固定,其路由建立和协议就比较

简单,除非传感终端在移动.最近提出把无线传感与

RFID结合的通信网络是一种新型的无线传感器网

络,由于RFID的移动性,对网络提出了更高的要

求,有待进一步研究.

3结论

面对未来无线移动通信和网络的研究发展,特

别是上述新兴技术,整个趋势是从近年来的单一技742中国科学技术大学学报第38卷

特

约评述

术研究(如QAM 的高阶调制、OFDM 的正交多路、高效编解码、跨层设计等)和它们的自适应调整与调度的研究,转向不再局限于传统的频率、时间、编码等资源,而是利用分布结构和分布处理,构成分布系统,在利用传统资源的基础上,实现对空间的充分运用.如前所述,充分利用空间地理分布下的分布技术和系统,将可能成为未来无线移动通信的重要技术特征.M IMO 技术、协同通信技术、认知技术,都与空间位置和地理分布有关,新兴的4G 网络、无线mesh 网络、无线传感器网络,也都是分布式网络.因此,中国科学技术大学提出研究/有序分布无线移动通信0,即未来无线移动通信是有序分布的、彼此协同的、主从关联的、可移植复用的无线移动通信技术和系统,重点研究基于空间地理位置的条件和环境,适合未来无线移动通信的、高效利用资源的、分布状况有序的移动通信,尽可能有效地利用和综合上述新兴通信技术,并应用于上述新兴网络.

我们提出了以M IMO 技术和协同技术为基础的、无线覆盖从现有的蜂窝小区结构演变为同心圆的小区结构,进而演变成具有更高的系统容量和传输能力的正三角形小区结构和正六边形小区结构[10],如图17,18所示.同时,我们提出了有主从关系的协同通信方法:主从协同通信,支持分布式多基站协同,构成用户虚拟基站系统;同时也提出了支持这种通信方式的LDC 空时编码方法和分布编码方法[25].

本文试图对近年新兴的无线通信技术和无线网络技术的发展进行讨论,反映作者的关注重点和相应思考,因此,

本文不是针对未来无线通信和移动通

图17 同心圆小区结构与蜂窝结构Fig.17 The architecture of concentric

circular cell and traditional

cell

图18 正三角形和正六边形小区结构Fig.18 The architecture of triangular

cell and hexangular cell

信的所有技术和成果进行介绍,包括中国科学技术大学正在研究UWB 技术、LDPC 编译码、无线资源管理、新媒体业务、跨层设计以及LTE 实验系统等方面的成果和进展等都没有涉及.

致谢 在本文撰写过程中,得到中国科学技术大学个人通信与扩频实验室的邱玲教授、周武旸教授的支持,在此表示感谢.

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