1.2物理层关键技术

宽带无线多媒体系统的物理层以多址技术、广播技术和其他增强型技术(如MIMO、AMC等)为基础。

1.2.1无线帧结构

宽带无线多媒体系统的空口无线帧主要由广电数据和宽带无线接入数据组成，二者以时分复用(TDM)的方式实现整个无线帧的资源复用，如图4所示。宽带无线接入数据又分成上行数据(UL)和下行数据(DL)，实现双向通信的时分双工(TDD)方式。

1.2.2上行多址方案

随着Web2.0时代的来临，传统上下行带宽不对称、上行能力较下行能力为弱的现象即将消失，迫切需要增强和扩展上行多址方案的传输能力。宽带无线多媒体系统采纳FuTURE计划的研究成果广义多载波(GMC)作为上行接入的多址方案，具有与国际同类主流技术相比拟的综合指标，并体现出更为稳健的传输性能。图5给出了宽带无线多媒体系统采用的GMC方案的原理图。

与IEEE 802.16e OFDMA方案相比，GMC方案在付出较小计算和硬件复杂度
代价的前提下拥有一定的技术优势：

(1)与OFDMA相比，GMC发射机生成信号的峰均比(PAPR)存在较大优势，达到2～4 dB。

(2)GMC针对发射信号设置了频域保护子带和时域循环前缀，其接收机同步精度需求比OFDMA方案要明显降低。

(3)GMC可有效抑制因远近效应、同步或者功率控制欠佳引起的多址干扰，传输性能比较稳健。

1.2.3下行多址方案

OFDMA多址技术是当今宽带无线通信领域几乎公认的下行方案第一优选，实现简单，易于集成MIMO等增强技术。经过反复讨论，宽带无线多媒体标准工作组建议沿用这一技术。除此之外，宽带无线多媒体系统还希望吸收FuTURE计划的研究成果统一的多输入多输出(U-MIMO)作为多天线传输部分的解决方案，以有效提升系统和终端的吞吐量，并适度抑制移动信道的衰落效应。图6所示为经典OFDMA方案的发射原理，MIMO传输原理如图7所示。

与其他MIMO传输技术相比，U-MIMO技术较好地保持了下列技术优势：

(1)环境适应性强。基于环境探测机制易适应空间相关性存在较大差异场景的通信需求。

(2)发射和检测算法简单。基于预编码机制统一生成发送信号流，而基于MMSE/SIC统一实现时空信号的二维检测，复杂度不高。

(3)信道编码和空时发射/检测算法分开实施。当正交变换为GMD变换时，空间多流共享相同码率的信道编码码流，对于闭环控制机制和反馈信令信道的压力明显降低。

1.2.4下行广播方案

无线帧结构显示，广播数据和宽带无线接入数据通过TDM的方式进行复用。初步评估结果表明，这样的复用结构有利于广播业务和宽带无线接入业务的独立运营。基于此，下行广播方案和宽带无线接入方案的耦合性和相互依存性应尽量降低方可以达到既定目标；另一方面，这样的处理方法也能够最大程度上重用现已颁布的移动电视和宽带无线接入的创新成果，达到技术开发和产业应用的双赢。

以国家广电系统新近颁布的移动电视标准——STiMi(基于OFDMA的广电行业标准《广播信道帧结构、信道编码和调制》)仅在带宽配置等参数设计和部分技术方面与宽带无线接入系统进行了融合。原则上讲，宽带无线多媒体系统还可以与其他地面数字电视系统进行融合，这完全取决于运营方面的需求，灵活性很强，在此不予详述。

1.3MAC层关键技术

作为无线资源管理的协调中心，媒体接入控制(MAC)层协议和相关技术制约着整个接入网的运行效率和稳健性。IEEE 802.16e标准针对全分组域提供了信令结构和QoS体系，依靠无线资源调度策略实现了全业务的调度和控制，有效地缓解了传统电路域或者电路分组混合域的实现对硬件支撑系统的成本压力，应视之为新一代宽带无线通信里程碑式的技术进展。

宽带无线多媒体系统的MAC层协议栈在信令结构和QoS体系上最大程度地参考了IEEE 802.16e标准，但结合移动电视业务的特殊需求，重新设计形成了广电业务和宽带无线接入业务的MAC融合体，称为融合媒体接入控制(CoMAC)协议栈。图8所示为CoMAC的基本结构。

概括而言，CoMAC协议栈具有下列技术特征：

(1)具备3种典型的子层划分：网络适配子层(NAS)、媒体控制与管理子层(MCMS)和安全子层(SES)。

(2)QoS体系原则上支持4种业务等级，即主动授权业务(UGS)、实时轮询业务(RTPS)、非实时轮询业务(NRTPS)和尽力传输业务(BE)。移动电视业务原则上也划归UGS业务类型，但由网络侧启动服务。

(3)整个信令系统均面向连接运行，以动态流的方式管理所有连接。

(4)全体分组业务由MCMS子层管理和调度，同时，移动切换和无线资源管理的其他组成部分也由MCMS子层负责实施。

2 研发进展

针对宽带无线多媒体系统的总体研制工作始于2004年晚些时候，其中部分关键技术在2006年下半年完成的FuTURE研究计划中的测试外场进行过验证。其后，为进一步扩大成果，在上海市科委、发改委和信息委等部门的鼎力支持下，以上海无线通信研究中心、中科院微系统所和上海睿智通无线技术有限公司为技术主体，联合中科院其他研究所、国家信息标准化委员会、东南大学、清华大学、上海交通大学等高等院校的研发力量，策划了崇明岛宽带无线多媒体系统示范外场，并配合作为国家信息标准化委员会宽带无线多媒体标准的验证外场。同期研制相关设备及软件系统，包括未来将对产业产生巨大推动作用的核心芯片。

目前，崇明岛宽带无线多媒体示范外场一期工程已经完成，成功地构建了覆盖崇明岛重要景区的宽带无线接入网络，但是，一期的网络尚不能够将广播电视业务和宽带接入业务有机地整合在一起，换言之，一期的网络还是构建于宽带无线接入技术的基础之上。图9描述了一期网络覆盖的基本情况。根据规划，2007年底之前将在崇明岛示范外场演示具有“三网融合”功能的宽带无线多媒体系统。

3 结束语

本文介绍了国家信息标准化委员会宽带无线多媒体标准工作组的近期工作成果，提供了一种面向无线“三网融合”的技术解决方案，将广播电视和宽带无线接入业务有机地组合在一起，并简要介绍了其网络、传输、协议等方面的关键技术。目前，宽带无线多媒体系统的研制工作总体上还处于标准制订和验证阶段，产业联盟尚没有建立，距离产业化要求还有很大差距，需要今后几年持续不断地努力才有可能最终达成技术自主创新和服务于产业的双重成果。

4 参考文献

[1]IEEE802.16-2004.IEEE standard for local and metropolitan area networks, Part 16: air interface for fixed broadband wireless access systems [S]. 2004.

[2]IEEE802.16e-2005.IEEE standard for local and metropolitan
area networks, Part 16: air interface for fixed and mobile broadband wireless access systems [S]. 2005.

[3]GY/T220.1-2006.移动多媒体广播, 第1部分: 广播信道帧结构、信道编码和调制 [S]. 2006.

作者简介：

张小东，中科院上海无线通信研究中心主任助理兼副总工程师，中科院上海微系统与信息技术研究所研究员。先后参与10项国家和省部级项目，已发表学术论文30多篇，申请国家发明专利30多项、国际发明专利3项。卜智勇，上海无线通信研究中心副主任，中科院上海微系统与信息技术研究所研究员，上海睿智通无线通信技术有限公司总裁。先后主持和参与多项国家和省部级项目，已发表学术论文20多篇，申请国家发明专利20多项。尤肖虎，东南大学信息科学与工程学院院长、移动通信国家重点实验室主任、博士生导师，长江学者奖励计划特聘教授，国家级有突出贡献的中青年专家。长期从事无线移动通信研究与开发，1999—2002年担任国家第3代移动通信系统研究开发项目总体组组长，目前担任国家“863”计划通信技术主题专家组副组长、未来移动通信总体专家组组长。

作者：张小东 卜智勇 尤肖虎   来源：通信世界