B3G(Beyond 3G/4G)

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背景：随着3G在全球的大规模商用和我国3G时代的即将来临,B3G/4G移动通信系统的研究、开发和标准化工作也开始受到业界的普遍关注。通过多年的研究积累,人们对B3G/4G的前景、技术和服务、标准化等关键问题已达成某些共识,各国、各地区已相继建立了有关研究计划,并取得了重要阶段性进展。

B3G系统的物理接入网可以提供不同的数据速率，不同的移动性和话务处理能力，其无线接入网结构如图1所示。B3G移动系统面临的两个主要挑战是：物理接入网的多样性；应用类型的转变：从传统的低速应用转向带宽需求大、实时性要求高以及多媒体方面的应用。

基本原理：B3G系统将多种接入技术融合在一起。在UMTS（全球移动通信系统）中，UTRA（UMTS地面无线接入）采用两种模式：UTRA-FDD（频分双工）和U-TRA-TDD（时分双工），可把这两种模式视为CDMA与FDMA和TDMA的组合。如图3（a）所示，U-TRA-FDD上下行链路占用不同的独立频带，而图3（b）中在UTRA-TDD上下行链路占用同一频带，但在时间上交替转换传输方向。

UTRA-FDD是一个纯粹基于CDMA的系统，通过用户信号的功率和码字来区分彼此；而U-TRA-TDD是TDMA加CDMA系统，不仅通过用户的功率和码字，而且通过它们分配的时隙来区分彼此。UTRA物理层的主要参数如表1所示。

UMTS系统拥有两种运行模式，就能够灵活处理反向多媒体业务和网络中不同话务密度的情况。在现代通信系统中，由于上下行链路业务的不均衡性，在下行需要大量带宽的情况下，有必要将下行链路设的容量设置的比上行链路大。UTRA-FDD预先分配好上下行链路的频宽，所以不具备这样的灵活性。而UTRA-TDD可以根据业务种类灵活安排上下行不同的时隙数目，进而动态地调整上下行链路容量的比例。因为B3G系统突发数据占网络负荷的主要部分，所以这个概念对于B3G系统来说是非常必要的。

UTRA-TDD在基站范围小的网络中的效果要相对要比UTRA-FDD好。因此，TDD模式在室内条件下的微蜂窝和微微蜂窝更高效，而FDD模式则更适合宏蜂窝这样的室外环境。因为TDD是根据业务情况来分配上下行链路的时隙，所以在城市区域，TDD处理话务密度的能力要高于FDD。UMTS采纳的两种模式的组合可以在反向信道上传送数据和话音；上下行链路中采用不同的MA技术能够在蜂窝网络中提供灵活的频谱管理。

B3G移动系统期望获得10Mb/s甚至更高的数据速率，但现有的多址接入技术存在的几个问题使得系统很难获得这么高的速率。如在DS-CDMA中，出现了许多弱多径信道，带来的问题是难以获得连贯的RAKE集合，因此就不能从RAKE分集中得到足够的分集增益。因为多径效应会降低通信的速度，所以MC-CDMA信道的传送速率要比DS-CDMA慢。在上行链路采用MC-CDMA，每个用户信号和子信道只是受自身衰落的影响，所以很难为每个用户和子信道引入一个切实可行的补偿衰落的方法。

（1）MC/DS-CDMA技术

MC/DS-CDMA是MC-CDMA和DS-CDMA技术的组合，特点如下：

①高数据速率。它在多径衰落环境中，即使在高速传输的情况下也可以获得RAKE分集增益并能提高系统性能。

②和MC-CDMA一样，具有抗频率选择性衰落的特点。

③能够在时域和频域灵活的分配扩频码。在DS-CDMA中为了获得一定的处理增益，需要根据处理增益来确定码片速率，类似的，处理增益决定了MC-CDMA中子载波的数量。而MC/DS-CDMA与之不同，可以根据衰落影响、系统需要等等因素自由决定这个参数的设置。

当然，MC/DS-CDMA也有DS-CDMA和MC-CDMA的一些缺点，如需要高线性放大器，会导致无效功率等等。

（2）TDD-CDMA技术

TDD-CDMA是对3G技术中TD-CDMA的修正版本。其优点如下：

①谱效率要比UTRA-FDD高。FDD模式需要很大的保护频带，这样频谱效率就不太高。

②可以在基站和移动台之间共享信道信息。这个优点在衰落环境中由于高速传输带来快速变化时显得特别突出。

③TDD可以提供不对称传输。易于满足B3G系统由于数据通信的需求大幅度上涨，下行链路的业务负荷大的情况。因此TDD-CDMA作为3G系统已经采用的TD-CDMA的演进，会成为B3G系统的主要MA技术。

（3）OFDMA技术

OFDMA采用OFDM技术区分用户，在OFDM系统中，整个频带被分成许多子载波，各个子载波彼此正交，在频率谱上交叠。因为在不同子载波上数据是并行传送的，所以OFDMA是一种频率复用接入方法。OFDMA概念实质上和FDMA一样，但是它具有FD-MA所没有的一些优点。

在OFDMA中，每个用户在上行链路共享快速傅立叶变换（FFT）空间，基站为用户分配子载波。这样可以根据用户的不同需求传送不同的速率。

在频率选择性信道上，如果一个用户总是被分配同一个子载波，由于深衰落会丢失许多用户信息。可以通过将带前向纠错（FEC）的跳频（FH）技术与OFDMA组合，来降低误比特率。这种技术将分配给用户的子载波每隔一段时间就跳到另一个频率上。如果设计好跳频序列，就可以降低小区内的干扰。

但是，由于OFDMA是一个准同步MA技术，需要很大的保护时间来补偿接入延时。