移动通信先进技术及其未来发展_20101123

蜂窝移动通信系统增强技术简介彭木根北京邮电大学信息与通信工程学院2010年11月23日WirelessSignalProcessingandNetworkLab(WSPN),BUPT2/41主要内容认知无线电多频带聚合协同中继网络编码多天线技术COMP家庭基站WirelessSignalProcessingandNetworkLab(WSPN),BUPT3/41认知无线电技术-背景当前无线通信的特点多种网络共存同频段信号相互干扰不同频段互不干扰静态频谱分配f1f2f3f4f5f6WirelessSignalProcessingandNetworkLab(WSPN),BUPT4/41认知无线电技术-背景频谱资源枯竭•并不是所有频段同时被使用•同一频段也不一定一直被使用静态频谱分配频段静态分配给授权用户WirelessSignalProcessingandNetworkLab(WSPN),BUPT5/41认知无线电技术-背景频谱空洞频率：所有频段并不是同时被使用–Opportunityinfrequencydomain时间：同一频段也不一定一直被使用–Opportunityinspecificbandintime功率：取决于经度、纬度、海拔，与主要用户的距离等因素–Opportunityingeographicalspace主要用户（PrimaryUser）–授权用户次要用户（SecondaryUser）–非授权用户–机会使用频谱空洞–又称感知用户认知无线电技术-背景WirelessSignalProcessingandNetworkLab(WSPN),BUPT6/416认知无线电与软件无线电软件定义的无线电(SoftwareDefinedRadio)频率：所有频段并不是同时被使用1991年由Mitola提出多频段的无线电通过软件支持多空中接口airinterface认知无线电(CognitiveRadio)1998年由Mitola提出基于软件定义的无线电平台具备情景感知能力(context-aware)感知频谱、传播环境具备自动可重构能力自适应调制、编码、天线波束、功率调整等WirelessSignalProcessingandNetworkLab(WSPN),BUPT7/417认知无线电关键技术-无线环境认知BPSKQPSK频谱感知基于信号能量、波形特征、循环平稳特征等的感知方法研究基于多用户协同感知的方法研究环境感知用户位置信息、周围电波传播环境干扰位置信息感知时间、感知可靠性的分析及提高方法，新感知算法的研究有效、高精度算法的研究WirelessSignalProcessingandNetworkLab(WSPN),BUPT8/418认知无线电关键技术-智能学习、决策知识抽象频谱知识、无线传播环境知识等知识的抽象表达以便计算机处理学习算法人工神经网络、机器学习理论等决策算法进化算法、基因算法等WirelessSignalProcessingandNetworkLab(WSPN),BUPT9/41认知无线电-标准化进程IEEE802.22：2004年11月，IEEE802.22工作组正式成立，其主要任务是开发和建立一套基于认知无线电（CognitiveRadio简称CR）技术2007年4月21日新成立的IEEESCC41取代了IEEE1900标准组，主要负责动态频谱接入方面的标准化工作。标准组分为4个WG工作组(IEEE1900.X)和1个研究组。国际电信联盟（ITU-R）和SCC41认知无线电标准化进程表200620072008200920102011WRC议程1.4ITU-R8A2007年6月12~20日为2010年准备一份ITU-R报告或建议IEEEP1900.4框架及协议设计使得网络设备能够对网络资源优化进行分布式决策ITU-R对于认知无线电的问题得到认可认知无线电发展规划调整方针+针对WRC-11可能的行动点为2011年准备的基于P1900.4的设备WRCIEEE802.11h（针对WiFi5GHz）IEEE802.11y（针对WiFi3.65GHz～3.7GHz）动态频率选择传输功率控制WirelessSignalProcessingandNetworkLab(WSPN),BUPT10/41主要内容认知无线电多频带聚合协同中继网络编码多天线技术COMP家庭基站WirelessSignalProcessingandNetworkLab(WSPN),BUPT11/41载波聚合技术简介11WirelessSignalProcessingandNetworkLab(WSPN),BUPT12/41上下行非对称CA非对称CA造成的影响随机接入时DLCC的模糊性问题ACK/NAK的映射问题以及编码方式SCH/BCHComponentCarrierSCH/BCHSCH/BCHDownlinkUplinkPUCCHUE1UE2UE3PRACHPDCCH,PBCH,PHICH以PDCCH为例，其分布可分为两种方案：PDCCH(s)分布在多个CC上PDCCH(s)分布在某一个特定的CC上两种编码方案各PDCCH单独编码各PDCCH联合编码1234WirelessSignalProcessingandNetworkLab(WSPN),BUPT13/41资源分配与协调TDD上下行时隙干扰由于邻小区之间上下行配置的不同导致在某些时隙上产生干扰。消除方式小区间以协作方式工作，采用自适应的帧配置方案当前研究CA情形下多个CC上的自适应帧配置方案；在中继环境下多频带聚合是的CC分配以及帧配置方案。WirelessSignalProcessingandNetworkLab(WSPN),BUPT14/41主要内容认知无线电多频带聚合协同中继网络编码多天线技术COMP家庭基站WirelessSignalProcessingandNetworkLab(WSPN),BUPT15/41无线中继技术WirelessSignalProcessingandNetworkLab(WSPN),BUPT16/41机会中继的基本概念机会中继从可能的中继节点中选择最好的一个中继节点来进行源节点数据的转发什么是最好？对于译码转发（DF）中继，最好的中继就是可以正确解码源端数据，同时到目的节点的信道状况最好对于放大转发（AF）中继，最好的中继就是源到目的端的等效信噪比最大机会中继的优点：不存在分布式空时码的同步问题和功率分配问题不存在重复转发协作策略存在的带宽扩展问题从分集性能上可以获得和分布式空时码相同的分集度WirelessSignalProcessingandNetworkLab(WSPN),BUPT17/41异构协同和网络融合一种无线协同中继网络示意图基础架构型无线接入网无线数字家庭网络无线局域网无线传感器网络移动车载系统协同中继节点协同中继节点协同中继子网其他短距离无线接入网WirelessSignalProcessingandNetworkLab(WSPN),BUPT18/41协同分集复用自适应研究研究背景对于无线中继系统来说，通过多个中继节点的相互协同，每个节点类似协同MIMO中的一根天线，也可以获得协同MIMO增益，提高无线中继系统的性能。引入无线中继系统协同理论模型，结合压缩转发（CF）、编码转发（DF）等中继转发方式，分析不同中继处理能力（全双工/半双工）和网络几何结构（成簇/非成簇）下，协同中继系统的分集复用折中（DMT）情况。结论中继策略中自由度的增加对DMT性能的影响。多天线中继系统和其相应的单天线中继系统之间存在基本的差异。单天线系统中，DF方案可以达到最佳DMT性能，而多天线系统中，DF无法实现最佳DMT。半双工DMT上界通常低于全双工DMT上界。成簇的网络结构可以在复用度为的范围内，改善DF方案的DMT性能，使其达到最佳。MARC信道中，当所有的用户均发生中断为主导中断事件时，CF方案可在高复用度下达到最佳DMT性能。无线协同中继系统的复用度受限，其DMT性能要次于真正MIMO的DMT性能。WirelessSignalProcessingandNetworkLab(WSPN),BUPT19/41技术挑战非理想信道状况对机会中继的影响？目前讨论的机会中继都是在信道状态信息完全已知的情况下进行，如果信道状态信息非理想（比如有延时，有错误）时，机会中继的性能会下降多少？此时是否采用其它中继方法可以获得更好的性能？中继选择公平性和分集性能的折中？中继选择的公平性和分集性能之间是否存在折中，如果存在，怎样控制它？机会中继中最优中继不可用时的性能损失？如果最优中继不可用，那么机会中继选用其它相对次好中继时，可以获得的分集性能是怎样的？一般衰落信道下机会中继的性能？很多衰落信道，特别是一些通用衰落信道下的机会中继性能还是空白，可以作为后续研究的一个方面WirelessSignalProcessingandNetworkLab(WSPN),BUPT20/41主要内容认知无线电多频带聚合协同中继网络编码多天线技术COMP家庭基站WirelessSignalProcessingandNetworkLab(WSPN),BUPT21/41网络编码原理网络编码技术特点允许中继对多个数据包处理之后再发送网络编码数学描述局部编码向量—代表中继节点的局部处理方式全局编码向量—代表链路上所传信息与原始信息的关系网络编码解码机制接收端获得多条路径的独立信息，通过高斯消去求解线性方程组来恢复原始信息网络编码性能优势提高网络吞吐量；提高系统鲁棒性；改善网络负载均衡；stwuyxz10osf'01osfsnqKprtKstuKuvwwKxxKyznpqrnspsquruntptqvrvnswquxpswruxnswyquxypswyruxynswzquxzpswzruxzWirelessSignalProcessingandNetworkLab(WSPN),BUPT22/41网络编码关键技术双向中继网络中的网络编码性能研究单源上行中继网络的时域网络编码研究基于实时网络状态的网络编码机制结合机会中继和网络编码的网络编码机制多用户多天线上行中继网络的空域网络编码研究存在源和基站之间的直射路径不存在源和基站之间的直射路径六芒星模型下基于轮询的网络编码性能研究WirelessSignalProcessingandNetworkLab(WSPN),BUPT23/41双向中继网络中的网络编码性能研究S1S2S1xorS2S1xorS2MS1MS2RS传输机制传统模式—四个时隙，即两个源依次发送，中继依次转发DF网络编码模式—三个时隙，即中继将两个源的信息编码后发送PNC模式—两个时隙，即两个源同时发送，中继转发接收到的和信息性能分析吞吐量--PNC模式下能达到直射的频谱效率鲁棒性--多中继的场景下分集度为中继个数WirelessSignalProcessingandNetworkLab(WSPN),BUPT24/41多用户多天线的空域网络编码研究-1系统模型用户单天线，中继基站多天线，且多天线的个数与源个数相等，均为N传输机制多个用户占用N个时隙依次广播自身信息，中继和基站均监听中继选择最佳天线将所有用户信息异或编码之后再发送，基站通过直射和中继综合解码性能分析遍历容量中断概率分集度11001log(1)log(1)2(1)!2(1)!MBRBNNxyNNNCDMBRBxNyCxe