众所周知,CDMA技术更适合在低信噪比区域提高功率效率,而OFDMA技术则更适合在高信噪比区域提高频谱效率。以WiMAX、LTE、UMB(超移动宽带)为代表的E3G技术由于从语音业务(功率效率更重要)为主转向侧重数据业务(频谱效率更重要),因此用OFDMA技术替代了CDMA技术。但这并不意味着OFDMA适合解决所有移动通信中的问题。实际上,在一个蜂窝移动通信系统中,频谱受限和功率/干扰受限的场景都存在。例如在小区中心,信干比较高,功率充足的情况下,应注重提高频谱效率,以实现更大的系统容量;但在小区边缘,相邻小区干扰比较严重的情况下,系统功率受限,应注重提高功率效率,以提高小区边缘的数据率。
因此,除了采用某些补充性的小区间干扰消除技术外,可以将OFDMA和CDMA技术有机结合、灵活切换,以在不同的场景下,扬长避短,灵活提高系统的频谱效率和功率效率,取得均衡的系统性能。在3GPP2UMB中,采用了相对固定的结合方式,即对低速率语音业务和控制信令采用CDMA技术,对高速率数据业务采用OFDMA技术。另外,更灵活的结合方式是OFDMA和CDMA叠加的方式,即采用OFDM(正交频分复用)作为底层调制方式,在此基础上叠加CDMA作为资源分配方式。这种技术在学术界被称为多载波CDMA(MC-CDMA),日本NTTDoCoMo公司称其为VSF(可变扩频系数)-OFDM技术。
(2)降低峰平比
由于OFDM在频域传输的特性,造成OFDM发射机的PAPR(峰平比)较高,需要大线性范围的功放,且耗电较高。从而对移动终端在上行的应用造成了很多限制。为了解决这个问题,除了可以在OFDMA基础上采用削波、预留子载波等方法外,也可以采用线性预处理的方法。LTE上行目前采用的DFT-S-OFDM就是在OFDM的IFFT(反快速傅立叶变换)操作前增加了一个DFT(离散傅立叶变换),将OFDM的频域信号恢复到时域,从而降低PAPR。
(3)进一步提高系统容量
在OFDMA基础上进一步提高系统容量,也是一个改进的方向。主要的思路是在OFDM这个正交多址的基础上再叠加非正交的多址技术,使多个用户可以共享相同的时频资源。其中一个例子是利用多天线技术实现空分多址(SDMA)。另外,也可以通过星座交叠(或称分级调制)的方法在一个时频资源内叠加“近端用户”和“远端用户”来提高系统容量。另一个可能的方向是通过先进的码和序列设计,制造可控的相关性,以实现大容量的非正交传输。
(4)系统设计适应IMT-Advanced的新需求
即使保持传统OFDMA作为基本多址技术,OFDMA系统的设计也需要适应IMT-Advanced系统高频段、高带宽、注重室内覆盖等新需求,根据这些新的要求对系统参数、导频、控制信道、物理过程等进行重新优化设计。
2.2多天线技术
MIMO技术作为宽带移动通信的另一项关键技术,也已经被E3G系统广泛采用,但随着人们对各种MIMO技术的研究逐渐深入,正在不断完善对这些技术的设计和使用。IMT-Advanced系统可能使用的MIMO技术主要包括如下几类。
(1)闭环预编码技术
这种技术可以利用接收端反馈的MIMO信道的先验信息,通过预编码矩阵调制MIMO发射信号,灵活地根据信道条件调整并行流的数量,并将能量集中在特定的方向上,以获得最佳的MIMO传输效果。在FDD系统中,信道的先验信息可以通过对MIMO信道的测量获得,并通过反馈信道传递给发送端。为了降低反馈开销,通常采用码本的方式进行反馈。在TDD系统中,由于上下行信道具有对称性,可以通过上行信道测量获得下行预编码所需的MIMO信道信息,即通过非码本的方式实现闭环反馈。
(2)波束赋形技术
波束赋形技术从广义上来讲,也可以算是一种闭环预编码处理。但在标准化中,有时也将波束赋形和闭环预编码做一定的界定,即将基于小天线间距(约为1/2载频波长)天线阵列的技术称为波束赋形,将基于大天线间距(数倍载频波长)天线阵列的技术称为闭环预编码。波束赋形由于天线间距小,可以更好地利用天线之间的相关性,集中能量,获得赋形增益,实现很好的覆盖。闭环预编码由于天线间距较大,可以更好地利用天线之间的独立性,有利于并行传输,获得复用增益,因此闭环预编码技术更适合在微小区和室内覆盖场景下获得更高的数据率。但在室外宏小区覆盖情况下,由于复杂的信道衰落和干扰环境,信道通常很难支持较多的并行流传输,闭环预编码在多流传输方面的优势难以发挥。反之,波束赋形在覆盖方面的优势在室外宏小区环境下显得更为重要。另外,波束赋形系统也可以利用多个波束实现多流并行传输或SDMA,提高系统容量。