最近幾年隨著無線通信技術的迅猛發展，全球無線通信產業規模不斷擴大，呈現出了兩個突出的特點：一是公眾移動通信保持較快增長態勢，一些國家和地區增勢比較強勁，但存在發展不均衡的現象；二是寬帶無線通信技術熱點不斷，研究和應用十分活躍[1]。

根據愛立信的研究顯示，截止到2010年7月份，全球移動用戶數量已突破50億，并且仍在以每日約200萬用戶的數量增加。而這其中，移動寬帶用戶數量也正在快速增長，預計到2015年將會超過34億（2009年這一數字僅為3.6億）[2]。在國內方面，根據工業和信息化部在最近發布的中國通信業運行狀況報告顯示，首先是在用戶規模上，截止到2011年4月份，我國全國移動電話用戶數量已達到了8.9億戶，其中3G用戶數量為6757.2萬戶；然后是業務收入方面，移動通信收入在電信主營業務收入中所占的比重為70.63%，而固定通信收入所占的比重僅為29.37%，并且在逐年下降。

這些數據無不清楚的表明，無論是在國內還是國際上，無線通信都已經毫無疑問的成為通信領域的主流，也早在2002年，全球的移動用戶數量已經超過固定電話用戶數量，移動通信成為用戶最大、使用最廣泛的通信手段。也正是因為如此，近些年來無線通信技術的發展才能日新月異，熱點前沿技術才能層出不窮，顯現出無限的生命力。

目前，無線通信領域主要包括3G、TD-LTE-Advanced、WiMax、UWB、Wi-Fi以及RFID等幾大技術熱點。其中，UWB（超寬帶）和RFID（射頻識別）技術主要運用于短距離無線通信領域，并且RFID還是物聯網的核心技術，日后會發揮越來越重要的作用；Wi-Fi技術主要用于解決無線局域網的相關問題，可以在公共場所提供方便的“熱點”接入；3G則是如今蜂窩通信技術的主流，在全球范圍內也已經大規模的商用，技術日趨成熟，可以說今后十年無疑將會是3G移動通信系統正興的時期，而到了十年以后則將會是第四代移動通信的天下[3]。而LTE-Advanced和802.16m正是國際電信聯盟在最近才剛剛為新一代移動通信（即4G）確定的國際標準，而其中的LTE-Advanced就包含了我國提交的具有自主知識產權的技術標準TD-LTE-Advanced，它是LTE-Advanced的TDD（時分雙工）分支。

針對目前無線通信技術領域的情況，我們需要根據我國的具體國情，結合不同地區不同業務群體的不同需求，抓住這次無線通信技術的浪潮，結合我國的“十二五規劃”全面建設完善的符合我國需求的無線通信體系。

前文對無線通信領域的發展情況作了概要性介紹，以下將簡單介紹無線通信技術的發展歷程和各個時期的不同特點。

無線通信(Wireless Communication)是指利用電磁波信號可以在自由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通信方式，近些年來，在信息通信領域中，發展最快、應用最廣的就是無線通信技術。在移動中實現的無線通信又通稱為移動通信，人們把二者合稱為無線移動通信[4]。

移動通信發展到今天大約經歷了以下幾個階段：

20世紀20年代初，無線通信技術產生，起初主要用于艦船及軍有，采用短波頻及電子管技術，至該四十年代末期才出現150MHZ VHF（即甚高頻Very High Frequency）單工汽車公用移動電話系統MTS（Mobile Telephone Service）。到了五、六十年代，頻段擴展至UHF（特高頻Ultra High Frequency）450MHZ，器件技術己向半導體過渡，大都為移動環境中的專用系統，并解決了移動電話與公用電話網的接續問題。隨后頻段擴展至800MHZ，美國Bell研究所提出了蜂窩系統概念并進行了試驗。

第一代移動通信：最早的移動通信電話采用的是模擬蜂窩通信技術和頻分多址(FDMA)技術，是最初的模擬的、僅限語音的蜂窩電話標準。由于受到傳輸帶寬的限制，不能進行移動通信的長途漫游，只能是一種區域性的移動通信系統。

第二代移動通信：包括GSM通信技術和GPRS通信技術等，采用了數字化，自此無線通信步入了純數字時代。具有保密性強，頻譜利用率高，能提供豐富的業務，標準化程度高等特點，使得移動通信得到了空前的發展，從過去的補充地位躍居通信的主導地位。隨后，通信運營商又推出了增強型數據速率GSM演進技術(Enhanced Data Rate for GSM Evolution即EDGE)，這種通信技術是一種介于現有的第二代移動網絡與第三代移動網絡之間的過渡技術，因此有人稱它為2.5G 技術[3]。

第三代移動通信：目前的3G技術有4個標準，分別是WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000和WiMax。各個技術標準都已經非常成熟，并且都正在全球范圍內迅速展開，產業規模不斷擴大。

第四代移動通信：隨著國際電信聯盟有關4G標準的確定，LTE-Advanced和802.16m獲得勝利，至此4G標準之爭基本落下帷幕。國際電信聯盟將于2011年底前完成4G國際標準建議書編制工作，2012年初正式批準發布，今后有關4G的商用也會逐步展開。

無線通信技術與業務有以下幾個發展趨勢：

（1）網絡覆蓋的無縫化，即用戶在任何時間、任何地點都能實現網絡的接入，也有人把這稱作網絡的泛在化。

（2）寬帶化是未來通信發展的一個必然趨勢，窄帶的、低速的網絡會逐漸被寬帶網絡所取代[5]。

（3）融合趨勢明顯加快，包括：技術融合、網絡融合、業務融合、接入融合。從IP網絡兼容性來看，3G系統不是基于IP的，而4G則支持下一代的Internet（IPv6）和所有的信息設備，將能在IP IPv6網絡上實現話音和多媒體業務[3]。

（4）數據速率越來越高，無論是上行還是下行速度都在不斷提高，頻譜帶寬越來越寬，頻段也越來越高，數據傳輸能力已從早期的kb/s 逐步發展到如今的Gb/s。

（5）業務內容更加多樣化，這是離不開速率和帶寬的提高的，無線通信經歷了，從僅支持單一語音業務逐漸發展到支持語音、數據、圖像等多種媒體流業務的歷程[6]。

圖2-1 無線通信技術演進路徑

上圖中有兩條主線，第一條是蜂窩通信的發展主線，蜂窩通信技術從1G、2G向WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000等3G技術再經過LTE并最終向4G發展；第二條線涵蓋了WLAN、Wi-Fi、WiMax等技術的發展。這些技術都是朝向寬帶化、移動化、全IP化和高速率的方向發展。

下面對于目前比較熱門的幾大無線通信技術做一下簡單的介紹。

“3G”（英語 3rd-generation）或“三代”是第三代移動通信技術的簡稱，是指支持高速數據傳輸的蜂窩移動通訊技術。3G服務能夠同時傳送聲音(通話)及數據信息(電子郵件、即時通信等)，其代表特征是，能提供高速的數據業務，速率一般在幾百kbps以上。目前3G存在四種標準：CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA以及WiMax。

先說下我國的3G。2009年1月7日14:30，工業和信息化部為中國移動、中國電信和中國聯通，分別發放了一張第三代移動通信(3G)牌照，此舉標志著我國正式進入3G時代。其中，批準：中國移動增加基于TD-SCDMA技術制式的3G牌照（TD-SCDMA為我國擁有自主產權的3G技術標準）；中國電信增加基于CDMA2000技術制式的3G牌照；中國聯通增加了基于WCDMA技術制式的3G牌照。

（1）TD-SCDMA

全稱為Time Division-Synchronous CDMA(時分同步CDMA)，該標準是由中國獨自制定的3G標準，于1999年6月29日，中國原郵電部電信科學技術研究院（即現在的大唐電信）向國際電信聯盟ITU提出，但該技術的發明始于西門子公司。TD-SCDMA具有輻射低的特點，被譽為綠色3G。該標準將智能無線、同步CDMA和軟件無線電等當今國際領先技術融于其中，在頻譜利用率、對業務支持、頻率靈活性及成本等方面的獨特優勢。另外，由于中國內地龐大的市場，該標準受到各大主要電信設備廠商的重視，全球一半以上的設備廠商都宣布可以支持TD-SCDMA標準。該標準提出不經過2.5代的中間環節，直接向3G過渡，非常適用于GSM系統向3G升級。軍用通信網也是TD-SCDMA的核心任務。

（2）W-CDMA

也稱為WCDMA，全稱為Wideband CDMA，也稱為CDMA Direct Spread，意為寬頻分碼多重存取，這是基于GSM網發展出來的3G技術規范，是歐洲提出的寬帶CDMA技術，它與日本提出的寬帶CDMA技術基本相同，目前正在進一步融合。W-CDMA的支持者主要是以GSM系統為主的歐洲廠商，日本公司也或多或少參與其中，包括歐美的愛立信、阿爾卡特、諾基亞、朗訊、北電，以及日本的NTT、富士通、夏普等廠商。該標準提出了GSM(2G)——GPRS——EDGE——WCDMA(3G)的演進策略。這套系統能夠架設在現有的GSM網絡上，對于系統提供商而言可以較輕易地過渡。預計在GSM系統相當普及的亞洲，對這套新技術的接受度會相當高，因此W-CDMA具有先天的市場優勢。

（3）CDMA2000

CDMA2000是由窄帶CDMA(CDMA IS95)技術發展而來的寬帶CDMA技術，也稱為CDMA Multi-Carrier，它是由美國高通北美公司為主導提出，摩托羅拉、Lucent和后來加入的韓國三星都有參與，韓國現在成為該標準的主導者。這套系統是從窄頻CDMAOne數字標準衍生出來的，可以從原有的CDMAOne結構直接升級到3G，建設成本低廉。但目前使用CDMA的地區只有日、韓和北美，所以CDMA2000的支持者不如W-CDMA多。不過CDMA2000的研發技術卻是目前各標準中進度最快的，許多3G手機已經率先面世。該標準提出了從CDMA IS95(2G)——CDMA20001x——CDMA20003x(3G)的演進策略。CDMA20001x被稱為2.5代移動通信技術。CDMA20003x與CDMA20001x的主要區別在于應用了多路載波技術，通過采用三載波使帶寬提高。目前中國電信正在采用這一方案向3G過渡，并已建成了CDMA IS95網絡。

（4）WiMax

WiMax的全名是微波存取全球互通(Worldwide Interoperability for Microwave Access)，又稱為802.16無線城域網，是一種為企業和家庭用戶提供“最后一英里”的寬帶無線連接方案。將此技術與需要授權或免授權的微波設備相結合之后，由于成本較低，將擴大寬帶無線市場，改善企業與服務供應商的認知度。2007年10月19日，在國際電信聯盟在日內瓦舉行的無線通信全體會議上，經過多數國家投票通過，WiMax正式被批準成為繼WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA之后的第四個全球3G標準。WiMax構建于高級無線技術，正交頻分多訪問(OFDMA)和多個輸入/多個輸出(MIMO)智能天線技術這兩個關鍵高級無線技術加入WiMax標準后，有效地提高了吞吐量和覆蓋范圍。尤其是MIMO技術在高干擾環境中的應用，如中心城市等。

UWB(Ultra-Wideband)超寬帶，此技術可追溯至19世紀，一開始使用的是脈沖無線電技術。后來由Intel等大公司提出了應用了UWB的MB-OFDM技術方案，由于兩種方案的截然不同，而且各自都有強大的陣營支持，制定UWB標準的802.15.3a工作組沒能在兩者中決出最終的標準方案，于是將其交由市場解決。至今UWB還在爭論之中。

UWB具有以下特點： 

抗干擾性能強。UWB采用跳時擴頻信號，系統具有較大的處理增益，在發射時將微弱的無線電脈沖信號分散在寬闊的頻帶中，輸出功率甚至低于普通設備產生的噪聲。接收時將信號能量還原出來，在解擴過程中產生擴頻增益。因此，在同等碼速條件下，UWB具有更強的抗干擾性。

傳輸速率高。UWB的數據速率可以達到幾十Mbit／s到幾百Mbit／s，有望高于藍牙100倍，也可以高于IEEE802．11a和IEEE802．11b。

帶寬極寬。UWB使用的帶寬在1GHz以上，高達幾個GHz。超寬帶系統容量大，并且可以和目前的窄帶通信系統同時工作而互不干擾。這在頻率資源日益緊張的今天，開辟了一種新的時域無線電資源。 

消耗電能小。通常情況下，無線通信系統在通信時需要連續發射載波，因此要消耗一定電能。而UWB不使用載波，只是發出瞬間脈沖電波，也就是直接按0和1發送出去，并且在需要時才發送脈沖電波，所以消耗電能小。

保密性好。UWB保密性表現在兩方面：一方面是采用跳時擴頻，接收機只有已知發送端擴頻碼時，才能解出發射數據；另一方面是系統的發射功率譜密度極低，用傳統的接收機無法接收。

RFID(Radio Frequency Identification)，即射頻識別，俗稱電子標簽。這是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。

最基本的RFID系統由三部分組成：

（1）標簽（Tag，即射頻卡）：由耦合元件及芯片組成，標簽含有內置天線，用于和射頻天線間進行通信。 

（2）閱讀器：讀取（在讀寫卡中還可以寫入）標簽信息的設備。 

（3）天線：在標簽和讀取器間傳遞射頻信號[7]。

目前，RFID在中國的很多領域都得到實際應用，包括物流、煙草、醫藥、身份證、奧運門票、寵物管理等等，但就我們日常生活感受而言，好像RFID還是離我們很遠。除了二代身份證，我們還很難經常感受到RFID在我們生活中的存在。其實原因很簡單，盡管RFID正快速在各個領域得到實際應用，但相對于我們國家的經濟規模，其應用范圍還遠未達到廣泛的程度，即便在RFID應用比較多的交通物流產業，也還處于點分布的狀態，而沒能達到面的狀態。

另外，很重要的一點是RFID還是物聯網的核心技術，未來的發展應用不可限量。物聯網（Internet of Things），指的是將各種信息傳感設備，如射頻識別（RFID）、二維碼、全球定位系統等與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡，方便識別和管理。

Wi-Fi是一種可以將個人電腦、手持設備（如手機、平板）等終端以無線方式互相連接的技術。Wi-Fi是一個無線網路通信技術的品牌，由Wi-Fi聯盟(Wi-Fi Alliance)所持有，目的是改善基于IEEE 802.11標準的無線網路產品之間的互通性。Wi-Fi可以幫助用戶訪問電子郵件、Web和流式媒體，它為用戶提供了無線的寬帶互聯網訪問。同時，它也是在家里、辦公室或在旅途中上網的快速、便捷的途徑。能夠訪問Wi-Fi網絡的地方被稱為熱點，Wi-Fi或802.11G在2.4Ghz頻段工作，所支持的速度最高達54Mbps。另外還有兩種802.11空間的協議，包括(a)和(b)。它們也是公開使用的，但802.11G在世界上最為常用。

Wi-Fi有如下突出優勢：其一，無線電波的覆蓋范圍廣，Wi-Fi的半徑可達300英尺左右，約合100米，辦公室自不用說，就是在整棟大樓中也可使用。最近，由Vivato公司推出的一款新型交換機。據悉，該款產品能夠把目前Wi-Fi無線網絡300英尺(接近100米)的通信距離擴大到4英里(約6.5公里)。其二，雖然由Wi-Fi技術傳輸的無線通信質量不是很好，數據安全性能也要比藍牙差一些，傳輸質量也還有待改進，但是，它傳輸速度非常快，可以達到54Mbps，符合個人和社會信息化的需求。其三，廠商進入該領域的門檻比較低。廠商只要在機場、車站、咖啡店、圖書館等人員較密集的地方設置“熱點”，并通過高速線路將因特網接入上述場所。這樣，由于“熱點”所發射出的電波可以達到距接入點半徑幾十米至100米的地方，用戶只要將支持無線LAN的筆記本電腦或PDA等其他手持終端拿到該區域內，即可高速接入因特網。也就是說，廠商不用耗費資金來進行網絡布線接入，從而節省了大量的成本。

TD-LTE-Advanced技術是我國具有自主知識產權的國際4G標準之一，由TD-SCDMA技術經過長期演進而來，采用了OFDM 和MIMO 作為基本技術，還大量采用了目前移動通信領域最先進的技術和設計理念。相比于3G技術，TD-LTE-Advanced通信速率有了更大的提高，同時提高的還有頻譜效率，加上QoS的保證，還有TD-LTE-Advanced嚴格合理的系統設計，來保證實時業務(如VoIP)的服務質量的，降低了無線網絡時延，并且能向下兼容，支持已有的3G系統和非3GPP規范系統的協同運作。下一章我們將會有關于TD-LTE-Advanced的更加詳細的介紹。

下面主要針對我國具有自主知識產權的TD-LTE-Advanced技術的產生及其特點進行簡要的分析。

TD-LTE-Advanced技術就是4G標準LTE-Advanced中的一種，TD-LTE-Advanced也被稱作LTE-Advanced的TDD（即時分雙工Time Division Duplexing，區別于FDD頻分雙工Frequency Division Duplexing）制式。它吸納了3G標準TD-SCDMA的主要技術元素，體現了我國通信產業界在寬帶無線移動通信領域的最新自主創新成果。

相比于之前的3G技術，TD-LTE-Advanced

（1）容量提升

峰值速率：在20MHz頻率上，下行100 Mbps，上行50 Mbps

頻譜效率：下行是HSDPA的3-4倍，上行是HSUPA的2-3倍

（2）覆蓋增強

提高“小區邊緣比特率”，5km滿足最優容量，30km輕微下降，并支持100km的覆蓋半徑

（3）移動性提高

0~15km/h性能最優，15~120 km/h高性能，支持120~350 km/h，甚至在某些頻段支持500km/h

（4）質量優化

時延：用戶面小于5ms，控制面小于100 ms

（5）服務內容綜合多樣化

高性能的廣播業務，提高實時業務支持能力

（6）運維成本降低

扁平、簡化的網絡架構，降低運營商網絡的運營維護成本

說到TD-LTE-Advanced的產生，還得從我國的3G技術標準TD-SCDMA還在日趨完善且未商用的時候說起。

2004年，中國在標準化組織3GPP的會議上提議要開始研究第三代移動通信TD-SCDMA的后續演進技術TD-LTE項目，提出以OFDM/SC-FDMA（Single-carrier Frequency-Division Multiple Access，單載波分頻多工） 和MIMO 技術為核心、靈活支持1.4~20 MHz系統帶寬的、采用扁平網絡結構的3G長期演進系統，并命名為LTE（長期演進）。之后世界各主要的運營商和設備廠家通過多次會議、郵件討論等方式，開始逐漸形成對LTE系統的初步需求。

2005年6月在法國召開的3GPP會議上，我國以大唐移動為龍頭，聯合國內廠家，提出了基于OFDM的TDD演進模式的方案。在同年11月，在漢城舉行的3GPP工作組會議上通過了大唐移動主導的針對TD-SCDMA后續演進的LTE-TDD技術提案[8]。

2006年6月，LTE的可行性研究階段基本結束，規范制定階段開始啟動。

2007年，按照“新一代寬帶無線移動通信網”重大專項的要求，中國政府面向國內組織開展了4G技術方案征集遴選。國內積極響應，累計提交相關技術提案近600篇。10月，中國企業聯合主流的國內外設備商、運營商以及研究機構，在3GPP RAN1第51次小組會上，提議并通過了統一的TDD制式的幀結構，并將LTE TDD 正式命名為TD-LTE，為TD-SCDMA等TDD技術的進一步發展演進奠定了基礎。又經過2年多的攻關研究，國內對多種技術方案進行分析評估和試驗驗證，最終中國產業界達成共識，在TD-LTE基礎上形成了TD-LTE-Advanced技術方案[9]。

2010年6月，完成核心規范第一個完整版本的我國自主知識產權的TD-LTE入圍4G國際標準候選。

2010年11月2日，工信部產業政策司在官網上宣布，國際電信聯盟已確定了新一代移動通信（4G）的國際標準，我國提交的TD-LTE-Advanced標準成為了4G國際標準之一。國際電信聯盟將于2011年底前完成4G國際標準建議書編制工作，2012年初正式批準發布，相信今后有關4G的商用也會逐步展開。

TD-LTE采用OFDM（正交頻分復用）技術為基礎，該技術的主要思想就是在頻域內將給定信道分成許多窄的正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調制，并且各子載波并行傳輸，因此可以大大消除信號波形間的干擾[10]。根據上、下行鏈路各自的特點，分別采用單載波DFT-SOFDM（離散傅立葉變換擴展正交頻分復用）和OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access正交頻分多址）作為兩個方向上多址方式的（如下圖3-1所示）。

圖3-1 TD-LTE上行多址方式（DFT-SCDM）

具體實現根據OFDM技術采用子載波分配的特點，系統采用15KHz的子載波帶寬，按照不同的子載波數目，可以支持1.4、3、5、10、15和20MHz各種不同的系統帶寬。在LTE-Advanced中，還可通過載波聚合的方式，聚合5個20MHz的單元載波，實現100MHz的全系統帶寬（如下圖3-2所示）。

圖3-2 載波聚合方式

LTE分兩種不同的雙工方式，這個不同最直接的就是對于空中接口無線幀結構的影響，因為FDD采用頻率來區分上、下行，其單方向的資源在時間上是連續的；而TDD則采用時間來區分上、下行，其單方向的資源在時間上是不連續的，而且需要保護時間間隔，來避免兩個方向之間的收發干擾，所以LTE分別為FDD和TDD設計了各自的幀結構。

（1）TD-LTE針對TDD模式中上、下行時間轉換的需要，設計了如下專門的幀結構。它采用無線幀結構，無線幀長度是10ms，由兩個長度為5ms的半幀組成，每個半幀由5個長度為1ms的子幀組成，其中有4個普通的子幀和1個特殊子幀。所以整個幀也可理解為分成了10個長度為1ms的子幀作為數據調度和傳輸的單位(即TTI)。其中，子幀#1和#6可配置為特殊子幀，該子幀包含了3個特殊時隙，即DwPTS，GP和UpPTS（如下圖3-3中所示），它們的含義和功能與TD-SCDMA系統中的相類似。其中，DwPTS的長度可以配置為3～12個OFDM符號，用于正常的下行控制信道和下行共享信道的傳輸；UpPTS的長度可以配置為1～2個OFDM符號，可用于承載上行物理隨機接入信道和Sounding導頻信號；剩余的GP則用于上、下行之間的保護間隔，相應的時間長度約為71～714μs，對應的小區半徑為7km～100km。

圖3-3 TD-LTE的幀結構

（2）短RACH（RandomAccessCHannel）是LTE對TDD的另一項特殊設計。在LTE中，隨機接入序列可采用的長度分為1ms，2ms以及157μs三種選項，共5種隨機接入序列格式。其中，長度為157μs的隨機接入序列格式是TDD所特有的，由于其長度明顯短于其它的4種格式，因此又稱為“短RACH”。采用短RACH的原因也是與TDD關于特殊時隙的設計相關的，短RACH在特殊時隙的最后部分（即UpPTS）進行發送，這樣利用這一部分的資源完成上行隨機接入的操作，避免占用正常子幀的資源。采用短RACH時，需要注意的一個主要問題是其鏈路預算所能夠支持的覆蓋半徑，由于其長度要大大的小于其它格式的RACH序列（1ms，2ms），因此其鏈路預算相對較低（比長度為1ms的約低7.8dB），相應的適用于覆蓋半徑較小的場景（根據網絡環境的不同，約700m～2km）。

（3）由于TDD（時分雙工）系統具有可以靈活分配時間的特點，因此，TD-LTE可以支持7種不同的上、下行時間比例分配方式，可以根據當時的網絡的業務量情況進行實時的配置。分配的比例可以從將大部分資源分配給下行的‘下行：上行=9：1’，直到上行占用資源比例較多的‘下行：上行=2：3’。在實際使用時，網絡可自動根據實時業務量的特性靈活地選擇系統配置[11]（如下圖3-4中所示）。

圖3-4 TD-LTE上、下行時間比例分配方式

MIMO(多入多出)技術是TD-LTE系統的一項關鍵技術，是指在發射端和接收端同時使用多個天線，可以有效地利用隨機衰落和可能存在的多徑傳播來成倍地提高業務傳輸速率[12]。比較準確的解釋，應該是網絡資料通過多重切割之后，經過多重天線進行同步傳送，由于無線訊號在傳送的過程當中，為了避免發生干擾起見，會走不同的反射或穿透路徑，因此到達接收端的時間會不一致。為了避免資料不一致而無法重新組合，因此接收端會同時具備多重天線接收，然后利用DSP重新計算的方式，根據時間差的因素，將分開的資料重新作組合，然后傳送出正確且快速的資料流。 由于傳送的資料經過分割傳送，不僅單一資料流量降低，可拉高傳送距離，又增加天線接收范圍，因此MIMO技術不僅可以增加既有無線網絡頻譜的資料傳輸速度，而且又不用額外占用頻譜范圍，更重要的是，還能增加訊號接收距離。所以不少強調資料傳輸速度與傳輸距離的無線網絡設備，紛紛開始拋開對既有Wi-Fi聯盟的兼容性要求，而采用MIMO的技術，推出高傳輸率的無線網絡產品。

MIMO通信技術包括以下領域：

（1）空分復用（patial multiplexing）：工作在MIMO天線配置下，能夠在不增加帶寬的條件下，成倍地提升信息傳輸速率，從而極大地提高了頻譜利用率。在發射端，高速率的數據流被分割為多個較低速率的子數據流，不同的子數據流在不同的發射天線上在相同頻段上發射出去。如果發射端與接收端的天線陣列之間構成的空域子信道足夠不同，即能夠在時域和頻域之外額外提供空域的維度，使得在不同發射天線上傳送的信號之間能夠相互區別，因此接收機能夠區分出這些并行的子數據流，而不需付出額外的頻率或者時間資源。空間復用技術在高信噪比條件下能夠極大提高信道容量。

（2）空間分集（spatial diversity）：利用發射或接收端的多根天線所提供的多重傳輸途徑發送相同的資料，以增強資料的傳輸品質。

（3）波束成型（beamforming）：借由多根天線產生一個具有指向性的波束，將能量集中在欲傳輸的方向，增加信號品質，并減少與其他用戶間的干擾。

（4）預編碼（precoding）技術。

以上MIMO相關技術并非相斥，而是可以相互配合應用的，如一個MIMO系統即可以包含空分復用和分集的技術。

根據天線部署形態和實際應用情況，具體應用中可采用發射分集、空間復用和波束賦形三種實現方案。例如，對于大間距非相關天線陣列，可以采用空間復用方案，同時傳輸多個數據流，實現很高的數據速率；對于小間距相關天線陣列，可以采用波束賦形技術，將天線波束指向用戶，減少用戶間干擾；對于控制信道等需要更好地保證接收正確性的場景，發射分集是一種合理的選擇。

在MIMO系統理論及性能研究方面已有一批文獻，這些文獻涉及相當廣泛的內容。但是由于無線移動通信MIMO信道是一個時變、非平穩多入多出系統，尚有大量問題需要研究。比如說，各文獻大多假定信道為分段-恒定衰落信道。這對于寬帶信號的4G系統及室外快速移動系統來說是不夠的，因此必須采用復雜的模型進行研究。已有不少文獻在進行這方面的工作，即對信道為頻率選擇性衰落和移動臺快速移動情況進行研究。再有，在基本文獻中，均假定接收機精確已知多徑信道參數，為此，必須發送訓練序列對接收機進行訓練。但是若移動臺移動速度過快，就使得訓練時間太短，這樣快速信道估計或盲處理就成為重要的研究內容。 

另外實驗系統是MIMO技術研究的重要一步。實際系統研究的一個重要問題是在移動終端實現多天線和多路接收，學者們正大力進行這方面的研究。由于移動終端設備要求體積小、重量輕、耗電小，因而還有大量工作要做。目前各大公司均在研制實驗系統。

在TD-LTE Release8版本中支持下行最多4天線的發送，最大可以空間復用4個數據流的并行傳輸，在20MHz帶寬情況下，可實現超過300Mbps的峰值速率。在TD-LTE Release10和TD-LTE-Advanced中，下行支持的天線數目擴展到了8個，相應最大可以空間復用8個數據流的并行傳輸，峰值速率也提高了一倍[11]。

無線衰落信道，在時間和頻率上是變化的，在TD-LTE中采用1ms時間長度的TTI（傳輸時間間隔），結合12個子載波（180kHz）頻率寬度的PRB（物理資源塊），根據信道的變化情況，進行快速調度，給用戶分配最優的物理資源。在所選擇的物理資源上，進一步利用AMC（自適應編碼調制）技術，形成資源的最佳利用。這樣的自適應調度，從整個系統的角度實現資源優化的分配和利用，提高全系統性能。同時，靈活的調度也可以根據業務特點為單個用戶提供合理的QoS保證。QoS即Quality of Service服務質量是網絡的一種安全機制，用來解決網絡延遲和阻塞等問題的一種技術。在正常情況下，若網絡只用于特定的無時間限制的應用系統，并不需要QoS，如web服務等。但是對關鍵應用和多媒體應用就十分必要，當網絡過載或擁塞時，QoS能確保重要業務量不受延遲或丟棄，同時保證網絡的高效運行。因此QoS等相關的機制已經成為所有新一代移動通信系統設計中的一項基本技術。

Relay是一種無線中繼技術，RN（Routing Node路由節點）節點對來自基站或者從屬終端的信號基帶處理后再轉發給從屬終端或者基站。

Relay的技術優勢：

（1）部署靈活，不需要光纖與機房；

（2）運營成本低；

（3）可抑制網絡干擾；

（4）可擴展網絡覆蓋；

（5）可提升網絡容量。

Relay可解決室內、外容量，覆蓋與回傳的相關問題。以下是Relay的幾種應用場景：

（1）密集城區：部署中繼提高高速業務的覆蓋范圍；

（2）鄉村環境：通過中繼擴展網絡覆蓋，降低對光纖或微波的依賴；

（3）室內環境：克服穿透損耗，提升覆蓋與容量，擺脫光纖制約；

（4）城市盲點：解決覆蓋補盲，降低網絡建設成本；

（5）高速鐵路：高速率接入，避免終端頻繁切換基站帶來的問題，降低資源開銷。

CoMP技術可以進一步提高頻譜利用率，有效提高小區邊緣用戶服務性能。CoMP即Coordinated MultiPoint Transmission and Reception，被稱作協作多點傳輸技術。

目前，對CoMP技術的研究主要集中在以下幾個方面：

（1）CoMP的頻率分配，在頻率分配方面主要有以下幾個策略：靜態的頻率分配，動態的頻率分配以及半動態的頻率分配。靜態的頻率分配是在網絡部署時就對每個小區的頻率資源進行劃分，專門預留一部分頻率資源用于CoMP；動態的頻率分配是通過兩個方面實現的，首先每個小區為CoMP預留的頻率資源在什么頻段是不固定的，其次可供CoMP使用的頻率資源的多少，也是按照一定的準則動態調整的；半動態的頻率分配方案，介于以上兩者之間，先是在網絡部署時劃出一塊頻率資源供CoMP使用，但是這塊頻率資源會根據網絡及系統的變化進行自適應調整。

（2）CoMP的分類，目前對于其分類，已經形成一些結論。CoMP按照參與協作的節點是否共享UE（用戶終端設備）數據可以分為兩類：協作調度和聯合處理。協作調度是用戶的數據只存在于UE的隸屬節點，聯合處理是各個協作節點共享UE數據。其中協作調度又分為：干擾避免和聯合波束賦形；而聯合處理又分為聯合傳輸與動態小區選擇。

（3）CoMP中UE的反饋及信息交互，CoMP中UE的信息反饋是目前研究的一個重點，主要包括信息的反饋方式及反饋的內容。反饋的信息主要是下行的信道信息，UE的反饋方式主要有兩種：顯式反饋和隱式反饋。顯式反饋是直接反饋信道的狀態信息，隱式反饋是UE端經過適當的處理，反饋一個信道狀態指令CQI（channel quality indecator）。

在LTE系統中，相鄰小區通過傳輸流量負載指示和過載指示來協調相鄰小區之間的干擾水平，被認為是一種簡單形式的CoMP技術。在LTE-Advanced系統中，這種簡單的多點合作技術已經不能滿足系統性能的要求，為了進一步提高小區邊緣的性能，系統必須傳輸更多的反饋，設計更為復雜的控制信令，并使更多的信息在小區間被交互使用[13]。因此，CoMP技術不僅代表小區間多個基站之間的合作，也代表1個小區內多個傳輸節點之間的合作。對于上行CoMP技術來說，1個用戶終端發送的上行信號被多個接收節點所接收。一般來說，用戶終端并不需要知道信號是如何被基站所接收和處理的，終端需要知道的是與上行信號有關的下行信令是如何被提供的[14]。這些信令可以像LTE系統那樣僅僅由服務小區的物理下行控制信道（PDCCH）提供給用戶終端，上行CoMP技術基本上不涉及標準化，3GPP 討論的CoMP 技術也基本上局限于下行CoMP技術[15]。

現在在實際中的應用主要有兩個方向：一是小區干擾協調技術，通過對系統資源的劃分和限制或者有效分配，減小相鄰小區邊緣區域使用的資源在時間、頻率和空間上的沖突；二是協作式MIMO技術，通過相鄰多點的協作通信，對協作多點覆蓋范圍內的用戶進行聯合MIMO發送和接收，從而降低小區間的干擾。

通過協調和合并多天線信號，多點協作傳輸(CoMP)可以確保移動用戶無論身處LTE蜂窩的中心還是邊緣，在網絡接入或分享視頻、照片及其他高帶寬業務時，都能夠享受到相同性能與品質的服務。該技術可以降低無線網絡中的干擾，并通過緊密協調多接入點的信號傳輸與接收來提升效率。

2009年，主要完成概念的測試工作：對TD-LTE的關鍵技術進行驗證，包含1~2個站點的實驗室和外場測試；

2010年主要進行技術方面的測試工作：

（1）在實驗室里主要是對單系統、IOT（Interoperability Test，互操作測試，是多廠商運營環境形成的技術基礎）以及終端進行測試；

（2）在室外主要工作是對每家5個站點，終端、關鍵技術以及組網的測試。

2011年主要進行了模擬實驗：對有關規模組網的性能進行測試，對即將面市商用的系統和終端進行測試。

TD-LTE的Release8版本已經完成了系統設計的標準化工作，目前正在進行樣機設備的測試工作，積極準備后續商用網絡的建設和產業推廣。TD-LTE Release10版本(即：LTE-Advanced)在Release8版本的基礎上進行了進一步的增強，并且TD-LTE-Advanced在作為4G候選提案的準備過程中，已經按照ITU規定的4G評估場景對系統性能進行了全面的評估，各項關鍵指標，均已達到或著超過了ITU的4G技術標準的要求。

圖3-5 TD-LTE-Advanced技術的性能測試結果

以上圖3-5，是TD-LTE-Advanced自評估結果與ITU4G技術要求的比較的情況，在包括“室內”、“微蜂窩”、“宏蜂窩”和“高速”4個評估的場景中，“平均頻譜效率”和“VoIP容量”兩項網絡運營的關鍵指標都大大超過了ITU的技術要求[16]。

TD-LTE-Advanced大量采用目前移動通信領域最先進的技術和設計理念：“全分組域的自適應調度”、“簡化的扁平網絡架構”、“簡化的系統狀態”和“靈活可變的系統帶寬”等，實現了高效的無線資源利用，其性能大大高于目前傳統的3G移動通信系統。更為重要的是，簡化的系統設計使得“低成本、高性能”的設計目標也在TD-LTE階段成為可能。

2009年，全球首張LTE商用網推出，而2010年，LTE發展勢頭全球迅速蔓延，在美國、日本、新加坡、俄羅斯、中國等國家與地區不斷擴展。TD-LTE正在得到越來越多的電信運營商的支持。到2010年底，全球已經建設了15個TD-LTE試驗網，還將有9個試驗網將在2011年初建成。來自市場研究機構的報告顯示：到2011年底，全球LTE網絡用戶將達到1040萬，到2012年，LTE網絡用戶量將達到WiMax網絡用戶量的兩倍，預計到2014年，LTE網絡用戶將超過3億。

這里介紹下我國在TD-LTE-Advanced方面的產業化狀況：

（1）在試驗網的建設方面：

2010年，中國移動在世博期間建成首個TD-LTE試驗網；工信部正在開展TD-LTE外場試驗，組織運營商在北京參觀首個TD-LTE外場；舉辦瑞士、香港論壇及外場展示，TD-LTE的優秀性能給國際運營商留下深刻印象，極大提升國際產業信心及影響力；臺灣計劃在2011年開始建設TD-LTE試驗網。

（2）在商用網的建設方面：

工信部在2010年末開始開展TD-LTE規模試驗；赴臺推動產業試驗，世博示范網啟動，舉辦5.17 TD論壇等；TD-LTE國際化發展得到政府及業內專家的高度認可，初步具備端到端產品；臺灣計劃2012~2013年正式運營TD-LTE。

雖然目前形勢一片大好，但是我們也應該看到TD-LTE-Advanced在技術上依然存在著一些問題：

首先，TDD頻譜資源數量少，并且缺少低頻段資源。頻譜資源的缺少，大大降低了TDD國際市場空間和產業信心。如：德國頻譜拍賣共360MHz，FDD占了310MHz，TDD只有50MHz，FDD是TDD的6倍。

然后，低頻點優質頻譜又比較缺少，這又將降低TDD在全球的競爭力。例如，在德國在800Mhz每兆赫價格為2.6GHz的30倍，優質的低頻點價格非常的昂貴。

LTE-Advanced和802.16m共同作為4G技術的標準，未來的發展前景不可限量。從無線通信技術的發展歷程來看，我們不難發現，技術標準都是向著融合、統一的方向發展的。因此，我們可以大膽猜測，今后這兩個標準也必將會是向著融合的方向進行的。

當然，我們這樣推測是有充分的技術基礎的，先分析TD-LTE與WiMax融合的可能性，兩者物理層都采用了相似的先進技術，如OFDM、MIMO、自適應鏈路層技術以及分等級的多種QoS保證機制。兩者都設計為基于全IP核心網的蜂窩式網絡結構，在無線接入網絡的結構方面都弱化基站控制器設備實體，采用公共無線資源管理控制基站等概念，這些都為網絡的互聯及融合機制的研究及設計提供了良好的條件，如負載均衡、動態頻譜分配、系統間無損切換等。因此，TD-LTE與WiMax存在很大的融合空間，融合能提升頻譜的利用率、網絡容量，解決大規模組網的各種問題。

中國移動集團總裁王建宙也曾表示，如果TD-LTE能實現同WiMax的融合，將使全球下一代通信標準實現最終統一。中國移動也希望在未來積極推動這種解決方案的發展。摩托羅拉相關負責人也曾表示，TD-LTE和WiMAX都屬TDD系列，所以WiMAX全球成功的經驗和商用平臺都可以順利地轉移，使TD-LTE產業化。

綜上所述，我們看到TD-LTE與WiMax的融合問題是不大的，因此作為WiMax后期演進技術的802.16m與TD-LTE-Advanced的融合也不會存在太多的障礙。

另外由于4G是支持下一代的Internet（IPv6）和所有的信息設備，將能在IP IPv6網絡上實現話音和多媒體業務。所以今后與IPv6的結合，再配合物聯網的崛起，TD-LTE-Advanced將能給我們提供更加完善，甚至可以稱為完美的服務。

我國作為TD-LTE-Advanced主要研發國和推動國，更應該加大力度去發展它，完善它。今后，我國關于該技術的一些工作要點如下：

（1）繼續完善TD-LTE技術體系和實際產品解決方案，為打造具有一流競爭力的TD-LTE網絡奠定基礎；

（2）全力做好多城市規模試驗工作，大力推動國內外產業鏈的進一步成熟，積累實際組網經驗；

（3）推動終端芯片等環節的研發，加快推出TD-LTE終端產品；

（4）全方位開展TD-LTE國際市場拓展，擴大TD-LTE的市場規模和漫游能力。

本文在無線技術熱點頻現的時代背景下，從無線產業的發展規模、趨勢著手，首先簡單表明無線通信的主流地位，然后對此進行分析、論述，之后又概括的介紹了幾種如今比較熱門的無線通信技術。最后，專門針對主要由我國研發的TD-LTE-Advanced標準的技術特點、性能測試做了一些展開說明。但是，關于技術的具體實施方案、網絡架構、基站的建設、設備的研發情況等并沒有做很多介紹，這些都是在下一步需要努力完成的研究工作。

未來主流的移動通信技術，必然是朝著LTE-Advanced和802.16m等4G技術的方向發展的，它們可以憑借各自的優勢為用戶提供更加可靠、更加便捷、更加高速、更加多樣和更加優質的服務。然而對于整個無線通信產業而言，我們需要全面分析，從全局和長遠的眼光出發，采取一體化的思路規劃和建設網絡，發揮不同技術的個性，同時采用多種無線接入技術和固定接入技術，包括蜂窩移動通信技術（3G、4G）、寬帶無線接入技術（WLAN、Wi-Fi）和各種短距離無線通信技術（RFID、UWB和藍牙等），綜合布局，解決不同區域、不同用戶群對帶寬及業務的不同需求，達成無線通信網絡的整體優勢和綜合能力[6]。

最后，對于正在蓬勃發展的中國通信產業而言，全球不斷出現的各種無線通信技術熱點，我國物聯網產業的興起，IPV6的逐步應用以及我國“十二五規劃”中有關全面提高信息化水平，大力發展新一代移動通信網，最終實現電信網、廣電網、互聯網三網融合的政策支持[17]，都將成為不可多得的機遇，當然同時也將會是挑戰，但是如何充分利用這些有利條件，并結合中國通信業的現狀、國情，最終實現人們在任意時間、任意地點，與任何終端（包括：人，手機、電腦等各種電器，蔬菜、水果等各種物品，甚至我們周圍的一切）達成無線連接并交換信息的終極目標，是目前和今后的很長一段時間里我們需要慢慢研究和解決的問題。

[1] 易龍. 徹底調查. 人民郵電報，2004年，第244期

[2] 鄧孝政. 全球移動用戶數突破50億大關. 成都商報，2010年7月13日

[3] 楊光，陳金鷹 . 4G技術綜述. 成都理工大學信息工程學院，2010年

[4] 葛浩法. 無線通信技術發展及熱點剖析. 浙江省郵電工程建設有限公司，2004年

[5] 何慶立. 無線通信技術應用及發展. 泰爾網，2006年

[6] 柴遠波，戚建平. 移動通信技術的發展現狀分析. 山東科技大學學報（自然科學版），2009年第6期

[7] 中華人民共和國科學技術部等十五部委。 中國射頻識別(RFID)技術政策白皮書[R]. 2006年6月.

[8] 百度百科.TD-SCDMA. 信息技術.通信標準.3G.，2011年4月18日

[9] 百度百科. TD-LTE-Advanced. 通信科技.4G，2010年10月25日

[10] 吳偉陵，牛凱編. 移動通信原理[M]. 電子工業出版社，2005年1月

[11] 移動互聯領域創新數據庫. TD-LTE-Advanced. 百科知識.LTE相關技術，2010年11月3日

[12] 任立剛. 移動通信中的MIMO 技術[J]. 現代電信科技，2004年1月

[13] ITU-R M. 2134. Requirements Related to Technical Performance for IMT-Advanced Radio Interface(s)

[14] 3GPP R1-082886. Inter-Cell Interference Mitigation Through Limited Coordination. 2008

[15] 3GPP R1-092655. Comparison between Explicit and ImplicitFeedbacks for CoMP. 2009

[16] 林輝. TD-LTE-Advanced各項指標均達4G要求. 工業和信息化部電信研究院，2009年12月7日

[17] 國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要. 新華社，2011年3月16日

在論文完成之際，回想起這四年的求學歷程，每一次進步無不是親友、教員、同學的關心、鞭策、鼓勵的結果。此次在整個論文設計過程中，有很多人對論文的完成給予了重要的支持和幫助，在此我深表感謝。

首先要感謝我的導師張敬堂教員，他嚴謹細致、一絲不茍，在我論文撰寫過程中給了我很多指導和幫助，使我的論文得到了極大的豐富和提高。張教員對學生無微不至的關懷給我留下了深刻的印象，使我終生受益。在此，再次對張教員無私的幫助和教誨表示衷心的感謝。

還要感謝這幾年來幫助過我的教員們，他們不但讓我學到了很多知識，而且讓我掌握了學習的方法，更教會了我為人處事的道理。同時，還有同組的沈新華和陳雅麗兩位同學也給了我不少的幫助，在這里對他們表示感謝。

也要感謝幾位隊長一直以來在學習上的指導，在生活中的關懷，在工作中的教誨。他們對工作兢兢業業，認真負責的態度，給我以后的學習工作做出了表率。

最后，再一次感謝所有在畢業設計中曾經幫助過我的人們，以及在畢業設計中被我引用或參考的論著的作者前輩們。