未来移动通信的信号处理技术

1 前言

　　移动通信是目前发展最迅速、技术进步和涉及面最大的通信领域。移动通信的基本特点 有四大方面：(1)移动性， 有位置移动性和通信移动性。位置移动性实现移动用户终端的本 地漫游、全国漫游和全球漫游，通信移动性包括越区切换、网络切换、运营商的切换等。(2 )大用户与多业务。在不远的将来，无线移动手机数将会超过固定电话用户数， 同时提供和 支持所有可能的各种业务和功能， 将成为拥有最大量用户和最多种业务的单一通信网络。 与此同时， 方便、便宜、实用、灵巧的各种手机、终端和网络设备， 也是移动通信的重要 特色。(3)信道与频谱的有效利用是移动通信的基本要求和特色。频率的有效利用现在放在 频率重复利用、高效调制和多址技术上，信道的有效利用侧重在信道的动态分配、信包分组 传输和信令信道处理技术上。(4)管理与计费， 包括小区规划、网络管理、用户管理、计费 等， 是通信网络的共同性课题， 但对移动通信系统特别突出。

　　2 未来移动通信的发展和选择

　　随着第3代移动通信技术和系统的应用和商业化， 对未来移动通信技术的研究被提到了重要位置。发展未来移动通信技术，需要比较好地预测未来的需求和发展，但准确预测未来 是很困难的。根据现有的发展可以预计，未来移动通信对终端信息数据速率的要求，将从2M bit/s提高到20Mbit/s，对频谱利用率的希望，将提高到4～12bit/Hz，网络的覆盖能力将 适合从室内到大区的需要。另外，人们对移动系统有以下期待：能支持不同的多媒体业务，从几千比特每秒到几十兆比特每秒，能适应不同的应用环境，能提供各种不同的功能和能力 ，也希望在未来的移动通信系统中体现。

　　作为后3代的移动通信，什么技术是主流技术，有没有像3G中CDMA是主流技术那样是未 来移动通信的主流技术？什么系统和网络是基本网络？是移动因特网，ATM＋IP，还是软交 换IP网？什么业务是主体？是IP业务，还是高清晰度视频业务？

　　3 有发展潜力的信号处理技术

　　移动通信信号处理的进步，与数字信号处理技术密切相关，从数字处理到自适应处理， 现在逐渐走向智能处理，如图1所示。

图1　移动通信信号处理的进程

　　智能信号处理由高速AD+DSP、FPGA+CPU的结构模块，再加上智能算法来实现，即通常所说的 “智能算法 +软件无线电技术”。智能信号处理是针对多种不同处理要求、不同处理环境以及多种不同应用需求，能自适应地进行最优或准最优的信号处理过程。显然 ，这是未来移动通信不可缺少的基本信号处理技术。

　　其中，最有影响和发展潜力的信号处理技术，主要集中在5个研究方面，它们分别是：

　　(1)高效传输技术。高效传输技术可以分成两部分：一是高速数据调制技术，一是高效 传输的智能天线技术。高速数据调制技术现在研究较多的是QAM和OFDM，其中OFDM被相当看 好。OFDM是基于建构一正交频率函数组作为正交信道使用，在同步情况下频谱重叠但相互正 交，能传输高速数据。但简单的OFDM调制对同步偏移敏感，不适应移动通信环境。因此，基 于OFDM的改良技术或创新技术在不断研究，将有希望达到移动要求。

　　智能天线技术，无论是FDMA、TDMA、CDMA多址方式都可应用，只要多址处理中代表各地的信号间有完好的正交性，就能获得不同方向、不同位置的最佳天线波形，实现最佳通信。由于CDMA是各编码正交，可用数字信号处理实现。不同编码有不同波束，有多少编码就形成 多少波束，而不受天线结构的影响。实现完整的智能天线还不是太容易，于是相当一些在转 换波束天线、阵列天线上研究。

　　(2)时空处理技术。把时间信号扩展到时间－空间二维上，提供了新的选择和新的希望。时空发射分集技术是新近发展起来的，是在移动环境下为克服多径影响、提高检测效率， 而提出的一种新方法和新技术处理措施，也为接收端的简化和新型处理提供了可能。但是， 目前提出的方法和技术是采用统计处理办法作出信道估计，确认分集发射信号的检测合并方 法和控制参数，特别是开环发射分集。自适应时空处理技术，是在发射分集技术上的进一步发展。为减轻移动衰落信道的影响而采用时空发射分集技术，又会影响传输效率。如何自适 应信道状况、自动调整和变更时空处理方法，包括时空编码，从而在保证QoS情况下达到最 高的传输效率，这是自适应时空处理方面的研究课题。

　　(3)智能接收技术。目前在接收方研究的多用户检测技术、多址干扰对消技术，正在逐渐走向成熟。虽然实用还不是太容易，但随着时间流逝，其走向应用已成定局。目前这些技 术属于单项技术的单独应用，怎样充分发挥其能力而又适合未来移动通信的各种实际需要还 值得研究。随着高速数据传输技术的发展，新调制、新解调方法会随之出现，智能化接收技 术将会成为实现高速、高效传输的重要研究方向。我们提出一种能根据多媒体业务不同的Qo S要求实现相应接收质量的主动式、多用户自适应接收技术(参见图2)， 能在现有技术可实 现基础上自适应地达到不同的业务要求。

图2　一种主动式、多用户自适应接收技术示意

　　(4)移动IP技术。它是在IP网上实现终端位置移动管理，能适合全国、全世界IP网络的 移动管理和用户管理。通常使用IP代理技术：本地代理，允许无线终端漫游到其它小区；远 程代理，一个小区允许其它小区的无线终端移动到本小区内，它的主要作用是为无线终端 和本地代理之间的数据交换起中继作用。这些代理之间的位置数据和转移信令交换，随着用 户的增加而急剧增加，链路与通道的建立、处理数据的选择、IP信包结构和信息处理等都值 得研究。

　　(5)移动接入协议技术。该技术能从无线接口直接接入未来通信网络而不是专门移动网 络的、支持移动终端的协议。未来的通信网络不论怎么发展，可以预计与IP网关联极大，移 动通信离不开网络的支持，自然与IP网会有紧密关系。移动通信要高效、便宜，不仅在无线 部分努力，网络部分也需要改变。可能移动通信自成网络的方式不一定会久，特别是无线接 入逐渐变成移动接入，利用IP网支持移动管理和资源管理，会改变现有的网络结构。研究如 何适应不同网络和业务的自适应无线接入协议就很有必要。

　　4 结束语

　　随着3G产业化和商业运行的展开，后3G或4G的研究就提上了日程。无论是什么无线多址技术，无论是什么移动通信网络，移动通信的智能化信号处理技术必将是未来移动通信的基 本信号处理技术。

[摘要] 文章在简述移动通信的四大基本特点并展望未来移动通信的基础上，探讨了未来移动通 信的5种很有潜力的信号处理技术。

[关键词] 移动通信 数字信号处理技术 智能 移动IP

[Abstract] Based on the description of the four basic characteristics of mobile communi cations and prospects of the future mobile communications, the paper analyzes fi ve promising signal processing technologies for the future mobile communications .

[Keywords] :Mobile communication DSP technology Intelligent Mobile IP