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●单载波调制
在频率选择性信道上的BER性能方面,单载波和多载波调制的性能相差不大。对于广域场景的上行链路,单载波方式比多载波方式更为有效,因为峰均功率比(PAPR)较低,射频功放的成本低。此外,在使用相同类型的HPA的情况下,采用单载波方式,将具有更高的发射功率、更大的覆盖和较低的BER,同时终端的待机时间长、成本低。这是在上行采用单载波方式的主要原因。对振荡器相位噪声的自干扰和频率偏移的敏感度较低,便于硬件实现和成本控制。
●保护间隔
保护间隔(GI)的作用是降低多载波调制中的符号间干扰(ISI)对性能的影响。因此保护间隔的长度应该大于信道最大传输时延(包括由信道、滤波器和同步过程中的差错造成的时延),同时它应该是抽样间隔的整数倍。在实际应用中,保护间隔一般为符号长度的倍。
此外,在CP-OFDM(CyclicPrefixOFDM)中的循环前缀扩展技术可以有效降低ISI,同时简化了基于载波的均衡技术,并降低了接收机的实现成本;在PRP-OFDM(PseudoRandom Postfix OFDM)中的GI不仅起到避免ISI的作用,还可被用于信道估计(不需要导频和训练序列上的开销)。
3.3媒体接入控制层
MAC层是上层协议与物理层之间的桥梁,主要负责逻辑信道与传输信道间的映射以及物理资源的管理。
MAC层作为上层协议的支撑,它提供的服务包括:基于逻辑信道的报文传输,即上层调用逻辑信道接口,再由MAC层将其映射到相应的传输信道;资源控制,即执行上层发来的控制信息并根据需求来指定相应的传输参数;控制信息的反馈,即反馈队列状态信息和数据流的时延统计和资源占用状况,便于MAC和上层协议进行QoS保障;系统信息的广播,即支持广播或组播业务需求。
(1)物理资源的管理
物理资源的管理是MAC层中的重要实体,它是上层应用(无线资源管理)的执行模块。MAC层中的物理资源的管理由两部分组成:服务等级控制(SLC)和资源调度(RS)。
SLC主要负责不同基站间的资源分配,通过预留不同基站的资源,在总体上确保数据流的服务等级。在广域场景,SLC的实体通常位于RAN网关(RANG)上,而不是在基站上。
RS主要负责物理信道资源的最优分配。在其资源调度器中,有两类基本的调度算法:自适应调度(Adaptiveresourcescheduling)和非频率自适应调度(Non-frequency-adaptivescheduling)。二者的区别是:前者是预测信道状态的快速变化,通过改变物理参数来适应频率选择性信道;而后者是通过某些技术手段(如分集、交织和空时编码等)来设法减小信道快速变化的影响。在终端高速移动的情况下,很难准确地捕捉到信道状态的快速变化,这时更倾向于非频率自适应调度算法。
(2)多址方式
多址方式是空中接口为不同用户分配相应的物理资源的方法和策略。多址方式的选择是个复杂的问题,它要综合考虑调制方式、链路特性以及链路自适应技术等多方面因素。IMT-Advanced系统选择多址方式的关键指标包括性能、灵活性、频谱效率、复杂度和成本。
相比于传统的多址方式(FDMA、TDMA和CDMA),IMT-Advanced系统更关注OFDMA(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing Access)和SDMA(Spatial Division Multiple Access)方式,因为它们具有更好的性能和频谱效率。OFDMA利用OFDM技术来为不同的用户分配不同的信道资源,相比于FDMA,它在灵活性和频谱效率上优势明显;而SDMA与其它多址技术的结合,将在性能上带来突破,因而是当前的研究热点。
在基于多载波调制的多址方式中,TDMA/OFDMA通过利用自适应传输技术,而具有最好的性能增益和灵活性,进一步验证了自适应传输在多址方式选择中的重要性。首先,TDMA/OFDMA通过链路自适应技术来克服频率选择性衰落,能得到多用户增益(5GHz频点上、移动速度为50~70km/h时SINR数值良好)。不过,为了适应高速移动的场景,也需要非自适应模式(基于编码、交织和扩频技术)作为补充。其次,对于上行链路,TDMA/OFDMA也是可行的,但前提是终端能够保持频率同步。此外,TDMA/OFDMA方式对于TDD和FDD系统都适用。
SDMA方式与多天线技术是紧密相连的,目前主要有两种方式:固定波束赋型(Fixedbeamforming)和自适应波束赋型(Adaptivebeamforming)。固定波束赋型的特点是简单和鲁棒性强,它适用于角度扩散小的广域环境,所支持的用户数量近似等于发射天线数目的一半;而自适应波束赋型适用于角度扩散大的场景,所支持的用户数量是固定波束赋型方式的两倍。此外,这两种方式都可以与OFDM、FDMA、TDMA和CDMA相结合,在综合考虑实现复杂度和性能的情况下,目前最好的结合方式是:OFDM-SDMA-TDMA和OFDM-SDMA-TDMA-CDMA。
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