空中接口原理

1、xhy1331的答案 （采納時間：2012-02-22 12:13 ）1、空中接口（air interface）是一種透過無線通訊，以連結移動電話終端用戶與基地臺。在 GSM/UMTS中，各種形式的UTRA標準便是空中接口，也就是一種存取模式access modes.在移動電話中，空中接口表示基站和移動電話之間的無線傳輸規(guī)范。它定義每個 無線信道的使用頻率和帶寬，或者定義采用的編碼方法。在OSI模型之下，空中接、口屬 于第一層與第二層的實作。2、空中接口又稱“公共空中接口”。移動終端與基站之間的接口。無線接口 Um（MS-BS接口）在不同制式的蜂窩移動通信網絡中，空中接口的術語是不同的：在GS

2、M/GPRS/EDGE網絡，CDMA2000網絡中，被稱為Um接口。在TD-SCDMA和WCDMA網絡中，被稱為Uu接口。3、第一層L1物理層第二層L2數據鏈路層，鏈鏈路層還進一步分為介質接入控制層和無線鏈路控制層。第三層L3無線資源控制4、3G網絡空中接口的概念及其性能要求空中接口（Air Interface）是指用戶終端（UT）和無線接入網絡（RAN）之間的接口，它是 任何一種移動通信系統(tǒng)的關鍵模塊之一，也是其移動性”的集中體現。IMT-Advanced的空 中接口，在設計思想上是基于ITU-R M.1645建議，其設計目標是：以用戶為中心；技術上 靈活；成本上可行。IMT-Advance

3、d系統(tǒng)中典型應用場景有三種：廣域場景，其小區(qū)覆蓋大，業(yè)務量中等；大城 市場景，其小區(qū)覆蓋中等，業(yè)務量高；本地場景，其小區(qū)覆蓋小，業(yè)務量高。IMT-Advanced 系統(tǒng)根據不同的應用場景，對空中接口提出了不同的性能要求（見表1）。此外，為了支持鏈路自適應技術和時延敏感性強的應用，空中接口還要在時延性能上滿足表 2所列出的參數。3空中接口的關鍵技術空中接口中的技術種類繁多，這里先介紹協(xié)議參考模型，然后按照層次關系，分別介紹各協(xié) 議層中的關鍵技術。3.1協(xié)議參考模型IMT-Advanced系統(tǒng)空中接口的協(xié)議參考模型，自上而下由四部分組成：無線資源管理層（RRM）、無線鏈路控制層（RLC）、媒體接入

4、控制層（MAC）和物理層（PHY）。在確 保為高層協(xié)議提供統(tǒng)一的接口封裝的前提下，為了實現以用戶為中心”的目標，即根據不同 的用戶需求來提供相應的服務，空中接口的各個協(xié)議層（除RLC層外）又被進一步劃分為 通用部分和特殊部分。這樣，每個協(xié)議層可以根據不同的用戶需求來調用不同的協(xié)議子層， 優(yōu)化無線資源的利用，同時對高層協(xié)議屏蔽了底層用戶需求的細節(jié)。3.2物理層物理層位于協(xié)議參考模型的最低層，承載全部上層應用，它所含技術種類繁多（包括調制技 術、編碼技術、雙工方式以及射頻實現等），且復雜度高。物理層技術的發(fā)展就是移動通信 系統(tǒng)發(fā)展的標志。（1）空間處理空間處理能給系統(tǒng)帶來性能上的增益，主要是通過空

5、間分集、空間復用、空分多址（SDMA） 和干擾抑制等技術來實現的?？臻g分集通過在獨立信道上傳輸相同的數據，來提高傳輸的可 靠性，因此它可以有效克服信道衰落的影響。波束賦性（Beamforming）能夠通過SDMA 來區(qū)分一個小區(qū)內（或多個小區(qū)之間）的多個用戶，使其共享相同的時頻資源。干擾抑制是 通過在下行鏈路中進行預編碼來增強多用戶環(huán)境中的頻譜效率。（2）前向糾錯（FEC）技術在眾多前向糾錯技術中，卷積碼（CC）、并行級聯卷積碼（PCCC）和低密度奇偶校驗碼 （LDPC）這三種編碼技術是最熱門的IMT-Advanced系統(tǒng)候選技術。目前的研究結果表明，CC碼適用于長度短的小塊數據（幾百比特），

6、LDPC碼適用于長塊 數據，而雙二進制（Duo-Binary）PCCC碼的性能雖然對數據長度不十分敏感，但對中等 長度的數據塊的性能更為出色。對于長塊數據，LDPC碼的優(yōu)勢是糾錯性能強、功耗低。（3）調制技術隨著調制技術不斷發(fā)展，多載波調制越來越受到人們的關注。它在頻譜效率和傳輸信息量的 性能上，明顯優(yōu)于單載波方式，但這不是選擇調制方式的唯一標準。調制方式的選擇還要綜 合考慮上下行鏈路的特點以及實現成本等多方面因素。OFDM調制OFDM （正交頻分復用）是一種非常優(yōu)秀的多載波調制技術，已經被廣泛用于多種無線系統(tǒng) 中，如IEEE 802.11，DVB等，它也將作為IMT-Advanced系統(tǒng)的下

7、行鏈路的物理層調制 技術。OFDM的主要優(yōu)點是：頻譜利用率高；能夠很好地克服多徑傳播的影響；從基帶處理的角 度看，實現復雜度低。然而，目前OFDM技術還存在的一些問題：OFDM時域信號的特點 是峰均功率比（PAPR）很高，這對于射頻部分的高功率放大器（HPA）來說是一個挑戰(zhàn)。 OFDM對時間和頻率上的同步要求非常高，但從總體來看，這不足以限制OFDM的應用， 我們可以找到合適的（低復雜度）算法來確保同步精度。OFDM的性能對Doppler頻移比較敏感，如果在一個符號周期內信道變化顯著的話，高的 載波間干擾（ICI）將導致OFDM性能的急速下降，這對OFDM的參數設計問題提出了較 高的要求。但從

8、目前的研究成果來看，對于高速移動的場景（移動速率80m/s、載波5GHz） OFDM技術是可行的。單載波調制在頻率選擇性信道上的BER性能方面，單載波和多載波調制的性能相差不大。對于廣域場 景的上行鏈路，單載波方式比多載波方式更為有效，因為峰均功率比（PAPR）較低，射頻 功放的成本低。此外，在使用相同類型的HPA的情況下，采用單載波方式，將具有更高的 發(fā)射功率、更大的覆蓋和較低的BER，同時終端的待機時間長、成本低。這是在上行采用 單載波方式的主要原因。對振蕩器相位噪聲的自干擾和頻率偏移的敏感度較低，便于硬件實 現和成本控制。保護間隔保護間隔（GI）的作用是降低多載波調制中的符號間干擾（IS

9、I）對性能的影響。因此保護 間隔的長度應該大于信道最大傳輸時延（包括由信道、濾波器和同步過程中的差錯造成的時 延），同時它應該是抽樣間隔的整數倍。在實際應用中，保護間隔一般為符號長度的倍。此外，在CP-OFDM（Cyclic Prefix OFDM）中的循環(huán)前綴擴展技術可以有效降低ISI，同 時簡化了基于載波的均衡技術，并降低了接收機的實現成本；在PRP-OFDM（Pseudo Random Postfix OFDM）中的GI不僅起到避免ISI的作用，還可被用于信道估計（不需要 導頻和訓練序列上的開銷）。3.3媒體接入控制層MAC層是上層協(xié)議與物理層之間的橋梁，主要負責邏輯信道與傳輸信道間的映

10、射以及物理 資源的管理。MAC層作為上層協(xié)議的支撐，它提供的服務包括：基于邏輯信道的報文傳輸，即上層調用 邏輯信道接口，再由MAC層將其映射到相應的傳輸信道；資源控制，即執(zhí)行上層發(fā)來的控 制信息并根據需求來指定相應的傳輸參數；控制信息的反饋，即反饋隊列狀態(tài)信息和數據流 的時延統(tǒng)計和資源占用狀況，便于MAC和上層協(xié)議進行QoS保障；系統(tǒng)信息的廣播，即 支持廣播或組播業(yè)務需求。（1）物理資源的管理物理資源的管理是MAC層中的重要實體，它是上層應用（無線資源管理）的執(zhí)行模塊。MAC層中的物理資源的管理由兩部分組成：服務等級控制（SLC）和資源調度（RS）。SLC主要負責不同基站間的資源分配，通過預留

11、不同基站的資源，在總體上確保數據流的 服務等級。在廣域場景，SLC的實體通常位于RAN網關（RANG）上，而不是在基站上。RS主要負責物理信道資源的最優(yōu)分配。在其資源調度器中，有兩類基本的調度算法：自適 應調度（Adaptive resource scheduling）和非頻率自適應調度（Non-frequency-adaptive scheduling）。二者的區(qū)別是：前者是預測信道狀態(tài)的快速變化，通過改變物理參數來適應 頻率選擇性信道；而后者是通過某些技術手段（如分集、交織和空時編碼等）來設法減小信 道快速變化的影響。在終端高速移動的情況下，很難準確地捕捉到信道狀態(tài)的快速變化，這 時更傾向

12、于非頻率自適應調度算法。（2）多址方式多址方式是空中接口為不同用戶分配相應的物理資源的方法和策略。多址方式的選擇是個復 雜的問題，它要綜合考慮調制方式、鏈路特性以及鏈路自適應技術等多方面因素。IMT-Advanced系統(tǒng)選擇多址方式的關鍵指標包括性能、靈活性、頻譜效率、復雜度和成本。相比于傳統(tǒng)的多址方式（FDMA、TDMA和CDMA），IMT-Advanced系統(tǒng)更關注OFDMA （Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access）和 SDMACSpatial Division MultipleAccess）方式，因為它們具有更好的性能和頻譜效

13、率。OFDMA利用OFDM技術來為不同 的用戶分配不同的信道資源，相比于FDMA，它在靈活性和頻譜效率上優(yōu)勢明顯；而SDMA 與其它多址技術的結合，將在性能上帶來突破，因而是當前的研究熱點。在基于多載波調制的多址方式中，TDMA/OFDMA通過利用自適應傳輸技術，而具有最好的 性能增益和靈活性，進一步驗證了自適應傳輸在多址方式選擇中的重要性。首先， TDMA/OFDMA通過鏈路自適應技術來克服頻率選擇性衰落，能得到多用戶增益（5GHz頻 點上、移動速度為5070km/h時SINR數值良好）。不過，為了適應高速移動的場景，也 需要非自適應模式（基于編碼、交織和擴頻技術）作為補充。其次，對于上行鏈

14、路， TDMA/OFDMA也是可行的，但前提是終端能夠保持頻率同步。此外，TDMA/OFDMA方式 對于TDD和FDD系統(tǒng)都適用。SDMA方式與多天線技術是緊密相連的，目前主要有兩種方式：固定波束賦型（Fixed beamforming）和自適應波束賦型（Adaptive beamforming）。固定波束賦型的特點是簡單 和魯棒性強，它適用于角度擴散小的廣域環(huán)境，所支持的用戶數量近似等于發(fā)射天線數目的 一半；而自適應波束賦型適用于角度擴散大的場景，所支持的用戶數量是固定波束賦型方式 的兩倍。此外，這兩種方式都可以與OFDM、FDMA、TDMA和CDMA相結合，在綜合考 慮實現復雜度和性能的情

15、況下，目前最好的結合方式是：OFDM-SDMA-TDMA和OFDM-SDMA-TDMA-CDMAo3.4無線鏈路控制無線鏈路控制（RLC）的作用是保證空中接口的端點之間（終端與基站或其它網絡側的節(jié)點 之間）的傳輸可靠性。RLC層主要是負責丟失報文、失序報文和重復報文的處理，其保障 機制主要包括：端到端的重傳；報文記錄；重復避免；中繼節(jié)點上的安全處理。RLC為上層應用提供了可靠的傳輸，這非常重要，因為類似TCP這種高層的傳輸協(xié)議，它 會將報文的丟失、失序和重復當做網絡擁塞的前兆，從而迫使發(fā)送端降低發(fā)送速率。但是， 另一方面，RLC也為系統(tǒng)帶來了一定的開銷和傳輸時延，我們要努力減小它對系統(tǒng)性能的

16、影響。RLC層為上層提供了多種服務，包括確認的數據傳輸、非確認的數據傳輸和透明傳輸。它 們對信令的要求不同、所需的開銷不同，因而所能提供的傳輸可靠性也就不同。它們之間最 主要的區(qū)別是收、發(fā)端buffer的使用方式和狀態(tài)報告的機制不同。其中，確認的數據傳輸 占用最多的資源，提供最高的傳輸可靠性。同時，RLC層也需要來自底層（MAC層）的服 務，如它需要MAC層匯報CRC的效驗結果，并為它的處理提供依據。3.5無線資源管理RRM是空中接口的上層模塊，是眾多算法和協(xié)議的總稱。它負責整個移動通信系統(tǒng)的空中 接口資源的規(guī)劃和調度，以確保系統(tǒng)的覆蓋、容量和QoS。由于IMT-Advanced系統(tǒng)服務于不同的場景和用戶需求，所以RRM的功能可以被進一步細 分為：通用的RRM功能，它們對于場景類型和用戶需求不敏感，適用于各種情況，包括頻 譜分配、服務等級控制、Buffer管理、流量監(jiān)控、接入控制、擁塞控制和相同模式間的切換； 特殊的RRM功能，它們針