最近几年随着无线通信技术的迅猛发展，全球无线通信产业规模不断扩大，呈现出了两个突出的特点：一是公众移动通信保持较快增长态势，一些国家和地区增势比较强劲，但存在发展不均衡的现象；二是宽带无线通信技术热点不断，研究和应用十分活跃[1]。

根据爱立信的研究显示，截止到2010年7月份，全球移动用户数量已突破50亿，并且仍在以每日约200万用户的数量增加。而这其中，移动宽带用户数量也正在快速增长，预计到2015年将会超过34亿（2009年这一数字仅为3.6亿）[2]。在国内方面，根据工业和信息化部在最近发布的中国通信业运行状况报告显示，首先是在用户规模上，截止到2011年4月份，我国全国移动电话用户数量已达到了8.9亿户，其中3G用户数量为6757.2万户；然后是业务收入方面，移动通信收入在电信主营业务收入中所占的比重为70.63%，而固定通信收入所占的比重仅为29.37%，并且在逐年下降。

这些数据无不清楚的表明，无论是在国内还是国际上，无线通信都已经毫无疑问的成为通信领域的主流，也早在2002年，全球的移动用户数量已经超过固定电话用户数量，移动通信成为用户最大、使用最广泛的通信手段。也正是因为如此，近些年来无线通信技术的发展才能日新月异，热点前沿技术才能层出不穷，显现出无限的生命力。

目前，无线通信领域主要包括3G、TD-LTE-Advanced、WiMax、UWB、Wi-Fi以及RFID等几大技术热点。其中，UWB（超宽带）和RFID（射频识别）技术主要运用于短距离无线通信领域，并且RFID还是物联网的核心技术，日后会发挥越来越重要的作用；Wi-Fi技术主要用于解决无线局域网的相关问题，可以在公共场所提供方便的“热点”接入；3G则是如今蜂窝通信技术的主流，在全球范围内也已经大规模的商用，技术日趋成熟，可以说今后十年无疑将会是3G移动通信系统正兴的时期，而到了十年以后则将会是第四代移动通信的天下[3]。而LTE-Advanced和802.16m正是国际电信联盟在最近才刚刚为新一代移动通信（即4G）确定的国际标准，而其中的LTE-Advanced就包含了我国提交的具有自主知识产权的技术标准TD-LTE-Advanced，它是LTE-Advanced的TDD（时分双工）分支。

针对目前无线通信技术领域的情况，我们需要根据我国的具体国情，结合不同地区不同业务群体的不同需求，抓住这次无线通信技术的浪潮，结合我国的“十二五规划”全面建设完善的符合我国需求的无线通信体系。

前文对无线通信领域的发展情况作了概要性介绍，以下将简单介绍无线通信技术的发展历程和各个时期的不同特点。

无线通信(Wireless Communication)是指利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，近些年来，在信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。在移动中实现的无线通信又通称为移动通信，人们把二者合称为无线移动通信[4]。

移动通信发展到今天大约经历了以下几个阶段：

20世纪20年代初，无线通信技术产生，起初主要用于舰船及军有，采用短波频及电子管技术，至该四十年代末期才出现150MHZ VHF（即甚高频Very High Frequency）单工汽车公用移动电话系统MTS（Mobile Telephone Service）。到了五、六十年代，频段扩展至UHF（特高频Ultra High Frequency）450MHZ，器件技术己向半导体过渡，大都为移动环境中的专用系统，并解决了移动电话与公用电话网的接续问题。随后频段扩展至800MHZ，美国Bell研究所提出了蜂窝系统概念并进行了试验。

第一代移动通信：最早的移动通信电话采用的是模拟蜂窝通信技术和频分多址(FDMA)技术，是最初的模拟的、仅限语音的蜂窝电话标准。由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只能是一种区域性的移动通信系统。

第二代移动通信：包括GSM通信技术和GPRS通信技术等，采用了数字化，自此无线通信步入了纯数字时代。具有保密性强，频谱利用率高，能提供丰富的业务，标准化程度高等特点，使得移动通信得到了空前的发展，从过去的补充地位跃居通信的主导地位。随后，通信运营商又推出了增强型数据速率GSM演进技术(Enhanced Data Rate for GSM Evolution即EDGE)，这种通信技术是一种介于现有的第二代移动网络与第三代移动网络之间的过渡技术，因此有人称它为2.5G 技术[3]。

第三代移动通信：目前的3G技术有4个标准，分别是WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000和WiMax。各个技术标准都已经非常成熟，并且都正在全球范围内迅速展开，产业规模不断扩大。

第四代移动通信：随着国际电信联盟有关4G标准的确定，LTE-Advanced和802.16m获得胜利，至此4G标准之争基本落下帷幕。国际电信联盟将于2011年底前完成4G国际标准建议书编制工作，2012年初正式批准发布，今后有关4G的商用也会逐步展开。

无线通信技术与业务有以下几个发展趋势：

（1）网络覆盖的无缝化，即用户在任何时间、任何地点都能实现网络的接入，也有人把这称作网络的泛在化。

（2）宽带化是未来通信发展的一个必然趋势，窄带的、低速的网络会逐渐被宽带网络所取代[5]。

（3）融合趋势明显加快，包括：技术融合、网络融合、业务融合、接入融合。从IP网络兼容性来看，3G系统不是基于IP的，而4G则支持下一代的Internet（IPv6）和所有的信息设备，将能在IP IPv6网络上实现话音和多媒体业务[3]。

（4）数据速率越来越高，无论是上行还是下行速度都在不断提高，频谱带宽越来越宽，频段也越来越高，数据传输能力已从早期的kb/s 逐步发展到如今的Gb/s。

（5）业务内容更加多样化，这是离不开速率和带宽的提高的，无线通信经历了，从仅支持单一语音业务逐渐发展到支持语音、数据、图像等多种媒体流业务的历程[6]。

图2-1 无线通信技术演进路径

上图中有两条主线，第一条是蜂窝通信的发展主线，蜂窝通信技术从1G、2G向WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000等3G技术再经过LTE并最终向4G发展；第二条线涵盖了WLAN、Wi-Fi、WiMax等技术的发展。这些技术都是朝向宽带化、移动化、全IP化和高速率的方向发展。

下面对于目前比较热门的几大无线通信技术做一下简单的介绍。

“3G”（英语 3rd-generation）或“三代”是第三代移动通信技术的简称，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音(通话)及数据信息(电子邮件、即时通信等)，其代表特征是，能提供高速的数据业务，速率一般在几百kbps以上。目前3G存在四种标准：CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA以及WiMax。

先说下我国的3G。2009年1月7日14:30，工业和信息化部为中国移动、中国电信和中国联通，分别发放了一张第三代移动通信(3G)牌照，此举标志着我国正式进入3G时代。其中，批准：中国移动增加基于TD-SCDMA技术制式的3G牌照（TD-SCDMA为我国拥有自主产权的3G技术标准）；中国电信增加基于CDMA2000技术制式的3G牌照；中国联通增加了基于WCDMA技术制式的3G牌照。

（1）TD-SCDMA

全称为Time Division-Synchronous CDMA(时分同步CDMA)，该标准是由中国独自制定的3G标准，于1999年6月29日，中国原邮电部电信科学技术研究院（即现在的大唐电信）向国际电信联盟ITU提出，但该技术的发明始于西门子公司。TD-SCDMA具有辐射低的特点，被誉为绿色3G。该标准将智能无线、同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利用率、对业务支持、频率灵活性及成本等方面的独特优势。另外，由于中国内地庞大的市场，该标准受到各大主要电信设备厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持TD-SCDMA标准。该标准提出不经过2.5代的中间环节，直接向3G过渡，非常适用于GSM系统向3G升级。军用通信网也是TD-SCDMA的核心任务。

（2）W-CDMA

也称为WCDMA，全称为Wideband CDMA，也称为CDMA Direct Spread，意为宽频分码多重存取，这是基于GSM网发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带CDMA技术，它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同，目前正在进一步融合。W-CDMA的支持者主要是以GSM系统为主的欧洲厂商，日本公司也或多或少参与其中，包括欧美的爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电，以及日本的NTT、富士通、夏普等厂商。该标准提出了GSM(2G)——GPRS——EDGE——WCDMA(3G)的演进策略。这套系统能够架设在现有的GSM网络上，对于系统提供商而言可以较轻易地过渡。预计在GSM系统相当普及的亚洲，对这套新技术的接受度会相当高，因此W-CDMA具有先天的市场优势。

（3）CDMA2000

CDMA2000是由窄带CDMA(CDMA IS95)技术发展而来的宽带CDMA技术，也称为CDMA Multi-Carrier，它是由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、Lucent和后来加入的韩国三星都有参与，韩国现在成为该标准的主导者。这套系统是从窄频CDMAOne数字标准衍生出来的，可以从原有的CDMAOne结构直接升级到3G，建设成本低廉。但目前使用CDMA的地区只有日、韩和北美，所以CDMA2000的支持者不如W-CDMA多。不过CDMA2000的研发技术却是目前各标准中进度最快的，许多3G手机已经率先面世。该标准提出了从CDMA IS95(2G)——CDMA20001x——CDMA20003x(3G)的演进策略。CDMA20001x被称为2.5代移动通信技术。CDMA20003x与CDMA20001x的主要区别在于应用了多路载波技术，通过采用三载波使带宽提高。目前中国电信正在采用这一方案向3G过渡，并已建成了CDMA IS95网络。

（4）WiMax

WiMax的全名是微波存取全球互通(Worldwide Interoperability for Microwave Access)，又称为802.16无线城域网，是一种为企业和家庭用户提供“最后一英里”的宽带无线连接方案。将此技术与需要授权或免授权的微波设备相结合之后，由于成本较低，将扩大宽带无线市场，改善企业与服务供应商的认知度。2007年10月19日，在国际电信联盟在日内瓦举行的无线通信全体会议上，经过多数国家投票通过，WiMax正式被批准成为继WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA之后的第四个全球3G标准。WiMax构建于高级无线技术，正交频分多访问(OFDMA)和多个输入/多个输出(MIMO)智能天线技术这两个关键高级无线技术加入WiMax标准后，有效地提高了吞吐量和覆盖范围。尤其是MIMO技术在高干扰环境中的应用，如中心城市等。

UWB(Ultra-Wideband)超宽带，此技术可追溯至19世纪，一开始使用的是脉冲无线电技术。后来由Intel等大公司提出了应用了UWB的MB-OFDM技术方案，由于两种方案的截然不同，而且各自都有强大的阵营支持，制定UWB标准的802.15.3a工作组没能在两者中决出最终的标准方案，于是将其交由市场解决。至今UWB还在争论之中。

UWB具有以下特点： 

抗干扰性能强。UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。接收时将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益。因此，在同等码速条件下，UWB具有更强的抗干扰性。

传输速率高。UWB的数据速率可以达到几十Mbit／s到几百Mbit／s，有望高于蓝牙100倍，也可以高于IEEE802．11a和IEEE802．11b。

带宽极宽。UWB使用的带宽在1GHz以上，高达几个GHz。超宽带系统容量大，并且可以和目前的窄带通信系统同时工作而互不干扰。这在频率资源日益紧张的今天，开辟了一种新的时域无线电资源。 

消耗电能小。通常情况下，无线通信系统在通信时需要连续发射载波，因此要消耗一定电能。而UWB不使用载波，只是发出瞬间脉冲电波，也就是直接按0和1发送出去，并且在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能小。

保密性好。UWB保密性表现在两方面：一方面是采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时，才能解出发射数据；另一方面是系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法接收。

RFID(Radio Frequency Identification)，即射频识别，俗称电子标签。这是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

最基本的RFID系统由三部分组成：

（1）标签（Tag，即射频卡）：由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信。 

（2）阅读器：读取（在读写卡中还可以写入）标签信息的设备。 

（3）天线：在标签和读取器间传递射频信号[7]。

目前，RFID在中国的很多领域都得到实际应用，包括物流、烟草、医药、身份证、奥运门票、宠物管理等等，但就我们日常生活感受而言，好像RFID还是离我们很远。除了二代身份证，我们还很难经常感受到RFID在我们生活中的存在。其实原因很简单，尽管RFID正快速在各个领域得到实际应用，但相对于我们国家的经济规模，其应用范围还远未达到广泛的程度，即便在RFID应用比较多的交通物流产业，也还处于点分布的状态，而没能达到面的状态。

另外，很重要的一点是RFID还是物联网的核心技术，未来的发展应用不可限量。物联网（Internet of Things），指的是将各种信息传感设备，如射频识别（RFID）、二维码、全球定位系统等与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，方便识别和管理。

Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备（如手机、平板）等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi是一个无线网路通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)所持有，目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。Wi-Fi可以帮助用户访问电子邮件、Web和流式媒体，它为用户提供了无线的宽带互联网访问。同时，它也是在家里、办公室或在旅途中上网的快速、便捷的途径。能够访问Wi-Fi网络的地方被称为热点，Wi-Fi或802.11G在2.4Ghz频段工作，所支持的速度最高达54Mbps。另外还有两种802.11空间的协议，包括(a)和(b)。它们也是公开使用的，但802.11G在世界上最为常用。

Wi-Fi有如下突出优势：其一，无线电波的覆盖范围广，Wi-Fi的半径可达300英尺左右，约合100米，办公室自不用说，就是在整栋大楼中也可使用。最近，由Vivato公司推出的一款新型交换机。据悉，该款产品能够把目前Wi-Fi无线网络300英尺(接近100米)的通信距离扩大到4英里(约6.5公里)。其二，虽然由Wi-Fi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能也要比蓝牙差一些，传输质量也还有待改进，但是，它传输速度非常快，可以达到54Mbps，符合个人和社会信息化的需求。其三，厂商进入该领域的门槛比较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”，并通过高速线路将因特网接入上述场所。这样，由于“热点”所发射出的电波可以达到距接入点半径几十米至100米的地方，用户只要将支持无线LAN的笔记本电脑或PDA等其他手持终端拿到该区域内，即可高速接入因特网。也就是说，厂商不用耗费资金来进行网络布线接入，从而节省了大量的成本。

TD-LTE-Advanced技术是我国具有自主知识产权的国际4G标准之一，由TD-SCDMA技术经过长期演进而来，采用了OFDM 和MIMO 作为基本技术，还大量采用了目前移动通信领域最先进的技术和设计理念。相比于3G技术，TD-LTE-Advanced通信速率有了更大的提高，同时提高的还有频谱效率，加上QoS的保证，还有TD-LTE-Advanced严格合理的系统设计，来保证实时业务(如VoIP)的服务质量的，降低了无线网络时延，并且能向下兼容，支持已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作。下一章我们将会有关于TD-LTE-Advanced的更加详细的介绍。

下面主要针对我国具有自主知识产权的TD-LTE-Advanced技术的产生及其特点进行简要的分析。

TD-LTE-Advanced技术就是4G标准LTE-Advanced中的一种，TD-LTE-Advanced也被称作LTE-Advanced的TDD（即时分双工Time Division Duplexing，区别于FDD频分双工Frequency Division Duplexing）制式。它吸纳了3G标准TD-SCDMA的主要技术元素，体现了我国通信产业界在宽带无线移动通信领域的最新自主创新成果。

相比于之前的3G技术，TD-LTE-Advanced

（1）容量提升

峰值速率：在20MHz频率上，下行100 Mbps，上行50 Mbps

频谱效率：下行是HSDPA的3-4倍，上行是HSUPA的2-3倍

（2）覆盖增强

提高“小区边缘比特率”，5km满足最优容量，30km轻微下降，并支持100km的覆盖半径

（3）移动性提高

0~15km/h性能最优，15~120 km/h高性能，支持120~350 km/h，甚至在某些频段支持500km/h

（4）质量优化

时延：用户面小于5ms，控制面小于100 ms

（5）服务内容综合多样化

高性能的广播业务，提高实时业务支持能力

（6）运维成本降低

扁平、简化的网络架构，降低运营商网络的运营维护成本

说到TD-LTE-Advanced的产生，还得从我国的3G技术标准TD-SCDMA还在日趋完善且未商用的时候说起。

2004年，中国在标准化组织3GPP的会议上提议要开始研究第三代移动通信TD-SCDMA的后续演进技术TD-LTE项目，提出以OFDM/SC-FDMA（Single-carrier Frequency-Division Multiple Access，单载波分频多工） 和MIMO 技术为核心、灵活支持1.4~20 MHz系统带宽的、采用扁平网络结构的3G长期演进系统，并命名为LTE（长期演进）。之后世界各主要的运营商和设备厂家通过多次会议、邮件讨论等方式，开始逐渐形成对LTE系统的初步需求。

2005年6月在法国召开的3GPP会议上，我国以大唐移动为龙头，联合国内厂家，提出了基于OFDM的TDD演进模式的方案。在同年11月，在汉城举行的3GPP工作组会议上通过了大唐移动主导的针对TD-SCDMA后续演进的LTE-TDD技术提案[8]。

2006年6月，LTE的可行性研究阶段基本结束，规范制定阶段开始启动。

2007年，按照“新一代宽带无线移动通信网”重大专项的要求，中国政府面向国内组织开展了4G技术方案征集遴选。国内积极响应，累计提交相关技术提案近600篇。10月，中国企业联合主流的国内外设备商、运营商以及研究机构，在3GPP RAN1第51次小组会上，提议并通过了统一的TDD制式的帧结构，并将LTE TDD 正式命名为TD-LTE，为TD-SCDMA等TDD技术的进一步发展演进奠定了基础。又经过2年多的攻关研究，国内对多种技术方案进行分析评估和试验验证，最终中国产业界达成共识，在TD-LTE基础上形成了TD-LTE-Advanced技术方案[9]。

2010年6月，完成核心规范第一个完整版本的我国自主知识产权的TD-LTE入围4G国际标准候选。

2010年11月2日，工信部产业政策司在官网上宣布，国际电信联盟已确定了新一代移动通信（4G）的国际标准，我国提交的TD-LTE-Advanced标准成为了4G国际标准之一。国际电信联盟将于2011年底前完成4G国际标准建议书编制工作，2012年初正式批准发布，相信今后有关4G的商用也会逐步展开。

TD-LTE采用OFDM（正交频分复用）技术为基础，该技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多窄的正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输，因此可以大大消除信号波形间的干扰[10]。根据上、下行链路各自的特点，分别采用单载波DFT-SOFDM（离散傅立叶变换扩展正交频分复用）和OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access正交频分多址）作为两个方向上多址方式的（如下图3-1所示）。

图3-1 TD-LTE上行多址方式（DFT-SCDM）

具体实现根据OFDM技术采用子载波分配的特点，系统采用15KHz的子载波带宽，按照不同的子载波数目，可以支持1.4、3、5、10、15和20MHz各种不同的系统带宽。在LTE-Advanced中，还可通过载波聚合的方式，聚合5个20MHz的单元载波，实现100MHz的全系统带宽（如下图3-2所示）。

图3-2 载波聚合方式

LTE分两种不同的双工方式，这个不同最直接的就是对于空中接口无线帧结构的影响，因为FDD采用频率来区分上、下行，其单方向的资源在时间上是连续的；而TDD则采用时间来区分上、下行，其单方向的资源在时间上是不连续的，而且需要保护时间间隔，来避免两个方向之间的收发干扰，所以LTE分别为FDD和TDD设计了各自的帧结构。

（1）TD-LTE针对TDD模式中上、下行时间转换的需要，设计了如下专门的帧结构。它采用无线帧结构，无线帧长度是10ms，由两个长度为5ms的半帧组成，每个半帧由5个长度为1ms的子帧组成，其中有4个普通的子帧和1个特殊子帧。所以整个帧也可理解为分成了10个长度为1ms的子帧作为数据调度和传输的单位(即TTI)。其中，子帧#1和#6可配置为特殊子帧，该子帧包含了3个特殊时隙，即DwPTS，GP和UpPTS（如下图3-3中所示），它们的含义和功能与TD-SCDMA系统中的相类似。其中，DwPTS的长度可以配置为3～12个OFDM符号，用于正常的下行控制信道和下行共享信道的传输；UpPTS的长度可以配置为1～2个OFDM符号，可用于承载上行物理随机接入信道和Sounding导频信号；剩余的GP则用于上、下行之间的保护间隔，相应的时间长度约为71～714μs，对应的小区半径为7km～100km。

图3-3 TD-LTE的帧结构

（2）短RACH（RandomAccessCHannel）是LTE对TDD的另一项特殊设计。在LTE中，随机接入序列可采用的长度分为1ms，2ms以及157μs三种选项，共5种随机接入序列格式。其中，长度为157μs的随机接入序列格式是TDD所特有的，由于其长度明显短于其它的4种格式，因此又称为“短RACH”。采用短RACH的原因也是与TDD关于特殊时隙的设计相关的，短RACH在特殊时隙的最后部分（即UpPTS）进行发送，这样利用这一部分的资源完成上行随机接入的操作，避免占用正常子帧的资源。采用短RACH时，需要注意的一个主要问题是其链路预算所能够支持的覆盖半径，由于其长度要大大的小于其它格式的RACH序列（1ms，2ms），因此其链路预算相对较低（比长度为1ms的约低7.8dB），相应的适用于覆盖半径较小的场景（根据网络环境的不同，约700m～2km）。

（3）由于TDD（时分双工）系统具有可以灵活分配时间的特点，因此，TD-LTE可以支持7种不同的上、下行时间比例分配方式，可以根据当时的网络的业务量情况进行实时的配置。分配的比例可以从将大部分资源分配给下行的‘下行：上行=9：1’，直到上行占用资源比例较多的‘下行：上行=2：3’。在实际使用时，网络可自动根据实时业务量的特性灵活地选择系统配置[11]（如下图3-4中所示）。

图3-4 TD-LTE上、下行时间比例分配方式

MIMO(多入多出)技术是TD-LTE系统的一项关键技术，是指在发射端和接收端同时使用多个天线，可以有效地利用随机衰落和可能存在的多径传播来成倍地提高业务传输速率[12]。比较准确的解释，应该是网络资料通过多重切割之后，经过多重天线进行同步传送，由于无线讯号在传送的过程当中，为了避免发生干扰起见，会走不同的反射或穿透路径，因此到达接收端的时间会不一致。为了避免资料不一致而无法重新组合，因此接收端会同时具备多重天线接收，然后利用DSP重新计算的方式，根据时间差的因素，将分开的资料重新作组合，然后传送出正确且快速的资料流。 由于传送的资料经过分割传送，不仅单一资料流量降低，可拉高传送距离，又增加天线接收范围，因此MIMO技术不仅可以增加既有无线网络频谱的资料传输速度，而且又不用额外占用频谱范围，更重要的是，还能增加讯号接收距离。所以不少强调资料传输速度与传输距离的无线网络设备，纷纷开始抛开对既有Wi-Fi联盟的兼容性要求，而采用MIMO的技术，推出高传输率的无线网络产品。

MIMO通信技术包括以下领域：

（1）空分复用（patial multiplexing）：工作在MIMO天线配置下，能够在不增加带宽的条件下，成倍地提升信息传输速率，从而极大地提高了频谱利用率。在发射端，高速率的数据流被分割为多个较低速率的子数据流，不同的子数据流在不同的发射天线上在相同频段上发射出去。如果发射端与接收端的天线阵列之间构成的空域子信道足够不同，即能够在时域和频域之外额外提供空域的维度，使得在不同发射天线上传送的信号之间能够相互区别，因此接收机能够区分出这些并行的子数据流，而不需付出额外的频率或者时间资源。空间复用技术在高信噪比条件下能够极大提高信道容量。

（2）空间分集（spatial diversity）：利用发射或接收端的多根天线所提供的多重传输途径发送相同的资料，以增强资料的传输品质。

（3）波束成型（beamforming）：借由多根天线产生一个具有指向性的波束，将能量集中在欲传输的方向，增加信号品质，并减少与其他用户间的干扰。

（4）预编码（precoding）技术。

以上MIMO相关技术并非相斥，而是可以相互配合应用的，如一个MIMO系统即可以包含空分复用和分集的技术。

根据天线部署形态和实际应用情况，具体应用中可采用发射分集、空间复用和波束赋形三种实现方案。例如，对于大间距非相关天线阵列，可以采用空间复用方案，同时传输多个数据流，实现很高的数据速率；对于小间距相关天线阵列，可以采用波束赋形技术，将天线波束指向用户，减少用户间干扰；对于控制信道等需要更好地保证接收正确性的场景，发射分集是一种合理的选择。

在MIMO系统理论及性能研究方面已有一批文献，这些文献涉及相当广泛的内容。但是由于无线移动通信MIMO信道是一个时变、非平稳多入多出系统，尚有大量问题需要研究。比如说，各文献大多假定信道为分段-恒定衰落信道。这对于宽带信号的4G系统及室外快速移动系统来说是不够的，因此必须采用复杂的模型进行研究。已有不少文献在进行这方面的工作，即对信道为频率选择性衰落和移动台快速移动情况进行研究。再有，在基本文献中，均假定接收机精确已知多径信道参数，为此，必须发送训练序列对接收机进行训练。但是若移动台移动速度过快，就使得训练时间太短，这样快速信道估计或盲处理就成为重要的研究内容。 

另外实验系统是MIMO技术研究的重要一步。实际系统研究的一个重要问题是在移动终端实现多天线和多路接收，学者们正大力进行这方面的研究。由于移动终端设备要求体积小、重量轻、耗电小，因而还有大量工作要做。目前各大公司均在研制实验系统。

在TD-LTE Release8版本中支持下行最多4天线的发送，最大可以空间复用4个数据流的并行传输，在20MHz带宽情况下，可实现超过300Mbps的峰值速率。在TD-LTE Release10和TD-LTE-Advanced中，下行支持的天线数目扩展到了8个，相应最大可以空间复用8个数据流的并行传输，峰值速率也提高了一倍[11]。

无线衰落信道，在时间和频率上是变化的，在TD-LTE中采用1ms时间长度的TTI（传输时间间隔），结合12个子载波（180kHz）频率宽度的PRB（物理资源块），根据信道的变化情况，进行快速调度，给用户分配最优的物理资源。在所选择的物理资源上，进一步利用AMC（自适应编码调制）技术，形成资源的最佳利用。这样的自适应调度，从整个系统的角度实现资源优化的分配和利用，提高全系统性能。同时，灵活的调度也可以根据业务特点为单个用户提供合理的QoS保证。QoS即Quality of Service服务质量是网络的一种安全机制，用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。在正常情况下，若网络只用于特定的无时间限制的应用系统，并不需要QoS，如web服务等。但是对关键应用和多媒体应用就十分必要，当网络过载或拥塞时，QoS能确保重要业务量不受延迟或丢弃，同时保证网络的高效运行。因此QoS等相关的机制已经成为所有新一代移动通信系统设计中的一项基本技术。

Relay是一种无线中继技术，RN（Routing Node路由节点）节点对来自基站或者从属终端的信号基带处理后再转发给从属终端或者基站。

Relay的技术优势：

（1）部署灵活，不需要光纤与机房；

（2）运营成本低；

（3）可抑制网络干扰；

（4）可扩展网络覆盖；

（5）可提升网络容量。

Relay可解决室内、外容量，覆盖与回传的相关问题。以下是Relay的几种应用场景：

（1）密集城区：部署中继提高高速业务的覆盖范围；

（2）乡村环境：通过中继扩展网络覆盖，降低对光纤或微波的依赖；

（3）室内环境：克服穿透损耗，提升覆盖与容量，摆脱光纤制约；

（4）城市盲点：解决覆盖补盲，降低网络建设成本；

（5）高速铁路：高速率接入，避免终端频繁切换基站带来的问题，降低资源开销。

CoMP技术可以进一步提高频谱利用率，有效提高小区边缘用户服务性能。CoMP即Coordinated MultiPoint Transmission and Reception，被称作协作多点传输技术。

目前，对CoMP技术的研究主要集中在以下几个方面：

（1）CoMP的频率分配，在频率分配方面主要有以下几个策略：静态的频率分配，动态的频率分配以及半动态的频率分配。静态的频率分配是在网络部署时就对每个小区的频率资源进行划分，专门预留一部分频率资源用于CoMP；动态的频率分配是通过两个方面实现的，首先每个小区为CoMP预留的频率资源在什么频段是不固定的，其次可供CoMP使用的频率资源的多少，也是按照一定的准则动态调整的；半动态的频率分配方案，介于以上两者之间，先是在网络部署时划出一块频率资源供CoMP使用，但是这块频率资源会根据网络及系统的变化进行自适应调整。

（2）CoMP的分类，目前对于其分类，已经形成一些结论。CoMP按照参与协作的节点是否共享UE（用户终端设备）数据可以分为两类：协作调度和联合处理。协作调度是用户的数据只存在于UE的隶属节点，联合处理是各个协作节点共享UE数据。其中协作调度又分为：干扰避免和联合波束赋形；而联合处理又分为联合传输与动态小区选择。

（3）CoMP中UE的反馈及信息交互，CoMP中UE的信息反馈是目前研究的一个重点，主要包括信息的反馈方式及反馈的内容。反馈的信息主要是下行的信道信息，UE的反馈方式主要有两种：显式反馈和隐式反馈。显式反馈是直接反馈信道的状态信息，隐式反馈是UE端经过适当的处理，反馈一个信道状态指令CQI（channel quality indecator）。

在LTE系统中，相邻小区通过传输流量负载指示和过载指示来协调相邻小区之间的干扰水平，被认为是一种简单形式的CoMP技术。在LTE-Advanced系统中，这种简单的多点合作技术已经不能满足系统性能的要求，为了进一步提高小区边缘的性能，系统必须传输更多的反馈，设计更为复杂的控制信令，并使更多的信息在小区间被交互使用[13]。因此，CoMP技术不仅代表小区间多个基站之间的合作，也代表1个小区内多个传输节点之间的合作。对于上行CoMP技术来说，1个用户终端发送的上行信号被多个接收节点所接收。一般来说，用户终端并不需要知道信号是如何被基站所接收和处理的，终端需要知道的是与上行信号有关的下行信令是如何被提供的[14]。这些信令可以像LTE系统那样仅仅由服务小区的物理下行控制信道（PDCCH）提供给用户终端，上行CoMP技术基本上不涉及标准化，3GPP 讨论的CoMP 技术也基本上局限于下行CoMP技术[15]。

现在在实际中的应用主要有两个方向：一是小区干扰协调技术，通过对系统资源的划分和限制或者有效分配，减小相邻小区边缘区域使用的资源在时间、频率和空间上的冲突；二是协作式MIMO技术，通过相邻多点的协作通信，对协作多点覆盖范围内的用户进行联合MIMO发送和接收，从而降低小区间的干扰。

通过协调和合并多天线信号，多点协作传输(CoMP)可以确保移动用户无论身处LTE蜂窝的中心还是边缘，在网络接入或分享视频、照片及其他高带宽业务时，都能够享受到相同性能与品质的服务。该技术可以降低无线网络中的干扰，并通过紧密协调多接入点的信号传输与接收来提升效率。

2009年，主要完成概念的测试工作：对TD-LTE的关键技术进行验证，包含1~2个站点的实验室和外场测试；

2010年主要进行技术方面的测试工作：

（1）在实验室里主要是对单系统、IOT（Interoperability Test，互操作测试，是多厂商运营环境形成的技术基础）以及终端进行测试；

（2）在室外主要工作是对每家5个站点，终端、关键技术以及组网的测试。

2011年主要进行了模拟实验：对有关规模组网的性能进行测试，对即将面市商用的系统和终端进行测试。

TD-LTE的Release8版本已经完成了系统设计的标准化工作，目前正在进行样机设备的测试工作，积极准备后续商用网络的建设和产业推广。TD-LTE Release10版本(即：LTE-Advanced)在Release8版本的基础上进行了进一步的增强，并且TD-LTE-Advanced在作为4G候选提案的准备过程中，已经按照ITU规定的4G评估场景对系统性能进行了全面的评估，各项关键指标，均已达到或着超过了ITU的4G技术标准的要求。

图3-5 TD-LTE-Advanced技术的性能测试结果

以上图3-5，是TD-LTE-Advanced自评估结果与ITU4G技术要求的比较的情况，在包括“室内”、“微蜂窝”、“宏蜂窝”和“高速”4个评估的场景中，“平均频谱效率”和“VoIP容量”两项网络运营的关键指标都大大超过了ITU的技术要求[16]。

TD-LTE-Advanced大量采用目前移动通信领域最先进的技术和设计理念：“全分组域的自适应调度”、“简化的扁平网络架构”、“简化的系统状态”和“灵活可变的系统带宽”等，实现了高效的无线资源利用，其性能大大高于目前传统的3G移动通信系统。更为重要的是，简化的系统设计使得“低成本、高性能”的设计目标也在TD-LTE阶段成为可能。

2009年，全球首张LTE商用网推出，而2010年，LTE发展势头全球迅速蔓延，在美国、日本、新加坡、俄罗斯、中国等国家与地区不断扩展。TD-LTE正在得到越来越多的电信运营商的支持。到2010年底，全球已经建设了15个TD-LTE试验网，还将有9个试验网将在2011年初建成。来自市场研究机构的报告显示：到2011年底，全球LTE网络用户将达到1040万，到2012年，LTE网络用户量将达到WiMax网络用户量的两倍，预计到2014年，LTE网络用户将超过3亿。

这里介绍下我国在TD-LTE-Advanced方面的产业化状况：

（1）在试验网的建设方面：

2010年，中国移动在世博期间建成首个TD-LTE试验网；工信部正在开展TD-LTE外场试验，组织运营商在北京参观首个TD-LTE外场；举办瑞士、香港论坛及外场展示，TD-LTE的优秀性能给国际运营商留下深刻印象，极大提升国际产业信心及影响力；台湾计划在2011年开始建设TD-LTE试验网。

（2）在商用网的建设方面：

工信部在2010年末开始开展TD-LTE规模试验；赴台推动产业试验，世博示范网启动，举办5.17 TD论坛等；TD-LTE国际化发展得到政府及业内专家的高度认可，初步具备端到端产品；台湾计划2012~2013年正式运营TD-LTE。

虽然目前形势一片大好，但是我们也应该看到TD-LTE-Advanced在技术上依然存在着一些问题：

首先，TDD频谱资源数量少，并且缺少低频段资源。频谱资源的缺少，大大降低了TDD国际市场空间和产业信心。如：德国频谱拍卖共360MHz，FDD占了310MHz，TDD只有50MHz，FDD是TDD的6倍。

然后，低频点优质频谱又比较缺少，这又将降低TDD在全球的竞争力。例如，在德国在800Mhz每兆赫价格为2.6GHz的30倍，优质的低频点价格非常的昂贵。

LTE-Advanced和802.16m共同作为4G技术的标准，未来的发展前景不可限量。从无线通信技术的发展历程来看，我们不难发现，技术标准都是向着融合、统一的方向发展的。因此，我们可以大胆猜测，今后这两个标准也必将会是向着融合的方向进行的。

当然，我们这样推测是有充分的技术基础的，先分析TD-LTE与WiMax融合的可能性，两者物理层都采用了相似的先进技术，如OFDM、MIMO、自适应链路层技术以及分等级的多种QoS保证机制。两者都设计为基于全IP核心网的蜂窝式网络结构，在无线接入网络的结构方面都弱化基站控制器设备实体，采用公共无线资源管理控制基站等概念，这些都为网络的互联及融合机制的研究及设计提供了良好的条件，如负载均衡、动态频谱分配、系统间无损切换等。因此，TD-LTE与WiMax存在很大的融合空间，融合能提升频谱的利用率、网络容量，解决大规模组网的各种问题。

中国移动集团总裁王建宙也曾表示，如果TD-LTE能实现同WiMax的融合，将使全球下一代通信标准实现最终统一。中国移动也希望在未来积极推动这种解决方案的发展。摩托罗拉相关负责人也曾表示，TD-LTE和WiMAX都属TDD系列，所以WiMAX全球成功的经验和商用平台都可以顺利地转移，使TD-LTE产业化。

综上所述，我们看到TD-LTE与WiMax的融合问题是不大的，因此作为WiMax后期演进技术的802.16m与TD-LTE-Advanced的融合也不会存在太多的障碍。

另外由于4G是支持下一代的Internet（IPv6）和所有的信息设备，将能在IP IPv6网络上实现话音和多媒体业务。所以今后与IPv6的结合，再配合物联网的崛起，TD-LTE-Advanced将能给我们提供更加完善，甚至可以称为完美的服务。

我国作为TD-LTE-Advanced主要研发国和推动国，更应该加大力度去发展它，完善它。今后，我国关于该技术的一些工作要点如下：

（1）继续完善TD-LTE技术体系和实际产品解决方案，为打造具有一流竞争力的TD-LTE网络奠定基础；

（2）全力做好多城市规模试验工作，大力推动国内外产业链的进一步成熟，积累实际组网经验；

（3）推动终端芯片等环节的研发，加快推出TD-LTE终端产品；

（4）全方位开展TD-LTE国际市场拓展，扩大TD-LTE的市场规模和漫游能力。

本文在无线技术热点频现的时代背景下，从无线产业的发展规模、趋势着手，首先简单表明无线通信的主流地位，然后对此进行分析、论述，之后又概括的介绍了几种如今比较热门的无线通信技术。最后，专门针对主要由我国研发的TD-LTE-Advanced标准的技术特点、性能测试做了一些展开说明。但是，关于技术的具体实施方案、网络架构、基站的建设、设备的研发情况等并没有做很多介绍，这些都是在下一步需要努力完成的研究工作。

未来主流的移动通信技术，必然是朝着LTE-Advanced和802.16m等4G技术的方向发展的，它们可以凭借各自的优势为用户提供更加可靠、更加便捷、更加高速、更加多样和更加优质的服务。然而对于整个无线通信产业而言，我们需要全面分析，从全局和长远的眼光出发，采取一体化的思路规划和建设网络，发挥不同技术的个性，同时采用多种无线接入技术和固定接入技术，包括蜂窝移动通信技术（3G、4G）、宽带无线接入技术（WLAN、Wi-Fi）和各种短距离无线通信技术（RFID、UWB和蓝牙等），综合布局，解决不同区域、不同用户群对带宽及业务的不同需求，达成无线通信网络的整体优势和综合能力[6]。

最后，对于正在蓬勃发展的中国通信产业而言，全球不断出现的各种无线通信技术热点，我国物联网产业的兴起，IPV6的逐步应用以及我国“十二五规划”中有关全面提高信息化水平，大力发展新一代移动通信网，最终实现电信网、广电网、互联网三网融合的政策支持[17]，都将成为不可多得的机遇，当然同时也将会是挑战，但是如何充分利用这些有利条件，并结合中国通信业的现状、国情，最终实现人们在任意时间、任意地点，与任何终端（包括：人，手机、电脑等各种电器，蔬菜、水果等各种物品，甚至我们周围的一切）达成无线连接并交换信息的终极目标，是目前和今后的很长一段时间里我们需要慢慢研究和解决的问题。

[1] 易龙. 彻底调查. 人民邮电报，2004年，第244期

[2] 邓孝政. 全球移动用户数突破50亿大关. 成都商报，2010年7月13日

[3] 杨光，陈金鹰 . 4G技术综述. 成都理工大学信息工程学院，2010年

[4] 葛浩法. 无线通信技术发展及热点剖析. 浙江省邮电工程建设有限公司，2004年

[5] 何庆立. 无线通信技术应用及发展. 泰尔网，2006年

[6] 柴远波，戚建平. 移动通信技术的发展现状分析. 山东科技大学学报（自然科学版），2009年第6期

[7] 中华人民共和国科学技术部等十五部委。 中国射频识别(RFID)技术政策白皮书[R]. 2006年6月.

[8] 百度百科.TD-SCDMA. 信息技术.通信标准.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] 吴伟陵，牛凯编. 移动通信原理[M]. 电子工业出版社，2005年1月

[11] 移动互联领域创新数据库. TD-LTE-Advanced. 百科知识.LTE相关技术，2010年11月3日

[12] 任立刚. 移动通信中的MIMO 技术[J]. 现代电信科技，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] 林辉. TD-LTE-Advanced各项指标均达4G要求. 工业和信息化部电信研究院，2009年12月7日

[17] 国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要. 新华社，2011年3月16日

在论文完成之际，回想起这四年的求学历程，每一次进步无不是亲友、教员、同学的关心、鞭策、鼓励的结果。此次在整个论文设计过程中，有很多人对论文的完成给予了重要的支持和帮助，在此我深表感谢。

首先要感谢我的导师张敬堂教员，他严谨细致、一丝不苟，在我论文撰写过程中给了我很多指导和帮助，使我的论文得到了极大的丰富和提高。张教员对学生无微不至的关怀给我留下了深刻的印象，使我终生受益。在此，再次对张教员无私的帮助和教诲表示衷心的感谢。

还要感谢这几年来帮助过我的教员们，他们不但让我学到了很多知识，而且让我掌握了学习的方法，更教会了我为人处事的道理。同时，还有同组的沈新华和陈雅丽两位同学也给了我不少的帮助，在这里对他们表示感谢。

也要感谢几位队长一直以来在学习上的指导，在生活中的关怀，在工作中的教诲。他们对工作兢兢业业，认真负责的态度，给我以后的学习工作做出了表率。

最后，再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的人们，以及在毕业设计中被我引用或参考的论著的作者前辈们。