寬頻移動多媒體通信

寬頻移動多媒體通信是指一次呼叫過程中能同時提供多種媒體信息。如聲音、圖像、圖形、數據、文本等新型通信方式。它是通信技術和計算機技術結合的產物。

基本介紹

• 中文名：寬頻移動多媒體通信
• 外文名：Broadband mobile multimedia communication
• 關鍵字：通信、計算機

簡介

移動多媒體通信頻寬分為四個等級：Simple Profile（可視電話），數據速率64~384Kbps；Core Profile（VCD），數據速率384Kbps~2Mbps；Main Profile（DVD），數據速率4~15Mbps；Advanced Profile（HDTV）數據速率38.4Mbps。寬頻移動多媒體通信研究的等級相當於標準清晰度3（DVD數位電視）以上的高數據速率的移動視頻傳送、傳輸和接收技術。

寬頻移動多媒體數據通信的套用環境極其廣闊，在車載電視、個人掌上電腦等移動接收體上，包括大城市輕軌和磁懸浮列車、城市高架橋上形式的公共汽車、出租汽車、靠近市區的輪渡站等，在高速移動和有城市樓群遮擋等環境下都有套用。但其傳輸環境惡劣，頻譜資源有限，套用需求分散，在移動接收的性能等方面有很大的改進潛力。

寬頻移動信息變化劇烈，信號幅度、相位的變化快。在惡劣信道條件下，如何設計一個各個功能模組自適應工作的系統，是系統的關鍵性技術難點。在寬頻移動多媒體通信傳輸系統中，因為存在障礙物的反射和散射，以及傳播路徑中其他信號發射的影響，可能造成傳輸信號嚴重失真。信道干擾源主要有加性高斯白噪聲、多徑干擾、同頻干擾、鄰頻干擾等。解決因信道失真造成的信號質量惡化的問題，目前有許多方法，如交織、分集接收、自適應天線、多載波傳輸、自適應均衡、接收、延時約束、同步技術等。這些都可以從無線通信領域的最新研究成果中獲得啟示。下面簡單介紹寬頻移動多媒體通信的關鍵技術。

多級服務質量控制

對於網際網路服務提供商來說，富有成就的多種業務非常有吸引力，因為它趨向於用更低的價格來提供服務。將來電信網與廣播電視網、計算機網路三網合一的時候，必然也要Internet提供相應的多種服務，支持從試試語音到非實時超文本數據等各種多媒體數據格式。然而寬頻移動多媒體系統使用有限的無線資源頻寬和發射功率並承受擁塞的痛苦，因此必須採用服務質量（QoS）資源控制，以保證服務質量並支持各類套用和服務等級。自適應服務質量保證策略，必須解決的是基於MPEG-4的視頻數據碼流的實時壓縮和解壓縮技術，以此減少貸款占用，提高頻譜利用率。為了對不同業務、不同頻寬的網路用戶提供端到端的實時MPEG-4流視頻服務，提出了“精細可分級的編碼”方法。QoS資源控制的另外含義就是要求的誤碼率個不一樣，如高質量視頻數據的平均誤碼率小於或等於10^-5，銀行賬戶信息等珍貴數據的平均誤碼率要小於或等於10^-6。

智慧型天線技術

在數位電視地面廣播傳輸系統中，當有近的強多徑存在時，因為Nyquist濾波器的存在多徑的延時和相位作用的結果，使接收到的信號可能因為主信號和多徑信號相互抵消而變得微弱。移動接收時也可能出現接收信號微弱的情況，此時接收機本身已經無能為力，只有求助於智慧型天線解決問題。在不增加接收機複雜度的前提下，採用小型（遠小于波長）的廉價智慧型天線，將會提供優越的移動接收性能。

智慧型天線是具有測向和波束形成能力的天線陣列。它的基本思想是：天線以多個高增益窄波束動態地跟蹤多個期望用戶，能是期望用戶接收的信號功率最大，同時使窄波束照射範圍以外的非期望用戶受到的干擾最小。智慧型天線技術大大減小電波傳播中的多徑衰減；大大提高系統容量；降低移動台的發射功率，延長移動台電池使用壽命；而且較全向天線具有更大的覆蓋區。

對於寬頻移動多媒體終端系統來說，智慧型天線的研究主要能容有：研究天線之間距離變化與衰落信號數據表征之間的統計數學關係，發射天線數與接收天線數在不同分布條件下與系統容量之間的關係，天線物理尺寸受限時的信道容量上限等。在智慧型天線技術研究的基礎上，採用軟體無線電技術，針對高速通用數位訊號處理機（DSP），實現射頻一體化（RF）收發仿真系統功能；進一步採用微波積體電路可實現小型化的一體化智慧型收發系統的軟硬體。

多址技術和雙向業務傳輸

在大唐電信的3G國際標準TD-SCDMA(時域同步碼多分址)中，同時採用了FDMA（頻分多址）、CDMA(碼分多址)、TDMA（時分多址）三種多址技術，而頻分雙工（FDD）方式的美國CDMA2000和歐洲標準WCDMA只採用了FDMA和CDMA兩種多址方式。因為非對稱頻寬相對易找，所以在開展多種業務上下行不對稱傳輸時，CDMA和TDMA聯合使用，能進一步提高系統容量和靈活性。另外一種待深入研究的多址技術是空分多址（SDMA）。SDMA是基於智慧型天線技術的，它使用波束賦形來區分不同方向的用戶從而使同一資源能在不同方向上復用。

FDD方式是針對成對頻率的，因此它可以很好地處理對稱的話音業務和多媒體業務，但是對於不對稱數據業務的頻譜利用率很低。而TDD（時分雙工）方式的TD-SCDMA系統的幀結構，增加了上下行轉換點，根據不同的業務相應地改變轉換點的位置，既能適應一般的話音業務，又能適應不對稱的其他多種互動業務，提高頻譜利用率。不對稱頻譜分配將是將來無線業務發展的主流。一般說來，上行鏈路由接入信道和上行業務信道組成；下行鏈路包括前向業務信道、前嚮導頻信道、前向廣播控制信道。選定的特殊時隙作為上下行鏈路的切換點，切換點的位置可以動態調整，調節上、下行鏈路的不對稱程度，實現上、下行鏈路資源的靈活配置。

Turbo編碼技術

在信道編碼方面，Turbo碼是並行或串列級聯循環卷積碼，其編碼是疊代進行的。Turbo接收機具有很強的糾錯性能、近似最優的接收性能、可接收的計算機複雜性。在加性高斯白噪聲信道和瑞利衰落信道它被表明可以接近香農容量極限。

Turbo碼已被美國空間數據系統顧問委員會作為深空通信的標準，同時它也被確定為第3代移動通信系統IMT-2000的信道編碼方案之一，其中具有代表性的歐洲WCDMA、美國CDMA2000和我國的TD-SCDMA3個標準中的信道編碼方案都是用了Turbo碼，用於高速率、高質量的通信業務。

空時聯合編碼技術

空時編碼方案結合了信道編碼和多傳送天線，將編碼後的數據分成多個流，同時由多個傳送天線傳送。傳送信號在傳輸信道受到噪聲干擾和碼間干擾；在接收端，空時解碼算法和信道估計技術相結合，可以獲得分集增益和編碼增益。在典型的移動通信環境下，即多徑衰落時變信道、多用戶環境下，研究空時信道編碼，有助於提高頻譜利用率。

由於空時格線編碼考慮了前後輸入的關聯，因此它除了可以獲得分集增益以外，還可以獲得一定的編碼增益，在這個意義上說，它比空時分組編碼性能更好。但是，對於發射天線固定的空時格線編碼來說，隨著發射數據速率提高，其解碼複雜度呈指數增長。而空時分組碼根據正交理論設計，雖然不能獲得編碼增益，卻具有很低的解碼複雜度，只需要利用簡單的極大似然解碼算法就可以獲得最大發射分集增益。

OFDM技術

由於信道傳輸特性不理想，各類無線和移動通信系統中，都普遍存在著信號間干擾。克服符號間干擾的措施通常是採用自適應均衡器。但是，在高速數字通信系統中，為了保證克服符號間干擾，往往要求均衡器的抽頭數很大——在城市高速移動有樓宇遮擋環境下抽頭數要上百個，而且均衡時一般不知道哪些抽頭是工作的、哪些抽頭是閒置的。這樣，必然極大地增加均衡器的複雜程度的和冗餘度，是設備造價和成本大大增加。

如果既不想採用系統均衡方法，又要儘可能地多利用頻帶資源，那么就要在下一代移動通信系統中，採用正交頻分復用技術（OFDM），取代負載而昂貴的自適應均衡器。這樣就能夠具有頻譜利用率高、抗多徑衰落的性能。但是，OFDM的不足之處是峰值平均功率較大，對系統固定非線性失真敏感，對定時和頻率偏移敏感。

OFDM是一種頻域波形即信號處理技術，這種多載波調製解調方法能夠最佳化設計減少信道間干擾和符號間干擾。它與多進制正交振幅調製（M-QAM）等多進制調製組合，體現出較高的頻率處理效率。

信道估計和自適應均衡技術

通常，代估計的信道參數個數隨著天線個數的增加而線性增加；在高速移動時，信道的高速時變有進一步增加了信道估計的難度；在高度散射的信道中，信道記憶長度變長。所以，在寬頻移動多媒體信息系統中，大多數套用了信道保護間隔插入技術；保護間隔中增加循環前綴（CP）的長度，才能使ISI（符號間干擾）儘量不出現。但是CP長度過長將導致系統容量損失；這時可以考慮加均衡器使CP長度適當減小，通過增加系統複雜性換取系統頻譜利用率的提供啊。

在移動通信系統中看，信道估計和信道均衡在很大程度上決定了接收機乃至整個系統的性能。在實際設計和套用中，估計器的性能和導頻信息的傳輸方式有關；所以正確選擇導頻信息，研究多徑衰落、時延、都卜勒頻偏、波達方向等信道參數基於導頻的估計是實現最佳信道估計的關鍵。而信道均衡時建立在標準的信道估計是的均衡器能夠快速收斂；均衡器另一個設計目的是能夠降低噪聲增加。