尹華銳+陳曉輝+衛(wèi)國(guó)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009-6868 （2017） 03-0002-004

摘要：提出了針對(duì)海量連接的、免調(diào)度和免資源分配的、類(lèi)有線(xiàn)化的無(wú)線(xiàn)接入及資源共享方案。該方案為每一個(gè)參與傳輸?shù)臒o(wú)線(xiàn)終端分配虛擬專(zhuān)用傳輸信道，終端按需在該虛擬傳輸信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?；谠摲桨傅臒o(wú)線(xiàn)傳輸和有線(xiàn)傳輸僅僅在物理層使用不同介質(zhì)進(jìn)行，在此之上的各層可實(shí)現(xiàn)協(xié)議的統(tǒng)一化，有效降低無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)男帕铋_(kāi)銷(xiāo)和相應(yīng)的時(shí)延，降低無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)膮f(xié)議復(fù)雜度。

關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)通信；海量連接；多址接入；虛擬專(zhuān)用信道

In the paper， a novel wired-like strategy for wireless massive connection without scheduling and resource allocation procedure is proposed. The methods allocates a virtual dedicated channel for each terminal， and the terminal can transmit the data packets via its dedicated channel when necessary. The only difference between wired network and wired-like wireless network is transmission media， the protocol of these two class of network can be unified for other layers. Such technique can help us to reduce the signaling cost， transmission latency and the complexity of protocol implementation.

wireless communications； massive connection； multiple access； virtual dedicated channel

1 有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入及資源

共享機(jī)制

介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制（MAC）機(jī)制要解決的基本問(wèn)題是協(xié)調(diào)多個(gè)用戶(hù)爭(zhēng)用唯一的資源。在各類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)發(fā)展的歷程中，形成了一些有益的訪(fǎng)問(wèn)控制思路，這些思路不僅可以解決總線(xiàn)中的訪(fǎng)問(wèn)控制等相關(guān)的一系列問(wèn)題，也極大地影響了現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)[1]。

基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)發(fā)展而來(lái)的MAC的一些主要技術(shù)思想包括以下幾種：輪詢(xún)，主節(jié)點(diǎn)定期詢(xún)問(wèn)各從節(jié)點(diǎn)并決定哪個(gè)從節(jié)點(diǎn)可以享有傳輸鏈路；仲裁，某個(gè)特殊節(jié)點(diǎn)決定其他節(jié)點(diǎn)的權(quán)限；時(shí)分復(fù)用；令牌；載波偵聽(tīng)（CSMA）等。

有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與總線(xiàn)中的訪(fǎng)問(wèn)控制類(lèi)似，所有的節(jié)點(diǎn)共享傳輸介質(zhì)。如何保證傳輸介質(zhì)有序、高效地為許多節(jié)點(diǎn)提供傳輸服務(wù)，就是有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議要解決的問(wèn)題。無(wú)論在何種有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中，MAC協(xié)議都規(guī)定了共用信道的使用產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，分配信道使用權(quán)的規(guī)則。這些MAC包括早期的ALOHA協(xié)議（包含純ALOHA和Slotted ALOHA）[2-4]，令牌環(huán)網(wǎng)以及CSMA協(xié)議族等。

近年來(lái)基于以太網(wǎng)的局域網(wǎng)交換技術(shù)發(fā)展迅猛，逐步形成了星型、即插即用的主流有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)架設(shè)方案，如圖1所示，即某臺(tái)計(jì)算機(jī)終端等有線(xiàn)終端獨(dú)占交換機(jī)某特定端口及其對(duì)應(yīng)的傳輸介質(zhì)，雖然協(xié)議上仍然兼容原有的基于CSMA基礎(chǔ)上的以太網(wǎng)資源共享機(jī)制，但是端口鏈路資源被某終端獨(dú)占的方式逐步成為主要的資源利用方式[5-6]。

有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸能力取決于中心節(jié)點(diǎn)的所能提供的通道數(shù)（即中心控制器端口數(shù)目和數(shù)據(jù)緩存器大?。Ｓ芯€(xiàn)網(wǎng)絡(luò)支持終端數(shù)不受限于傳輸通道容量限制，主要取決于中心控制器的端口數(shù)目；傳輸能力取決于控制器數(shù)據(jù)緩存大小。主流的觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為：現(xiàn)有的基于交換機(jī)為中心的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無(wú)需復(fù)雜的資源調(diào)度即可正常使用（不排除通過(guò)流量控制等資源調(diào)度控制手段）。事實(shí)上，在圖1所示結(jié)構(gòu)下，有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的傳輸資源分配可視為對(duì)交換機(jī)端口的事前分配，按照某個(gè)規(guī)劃技術(shù)方案（資源調(diào)度為可修改）為某個(gè)（批）終端建立一個(gè)專(zhuān)有物理通道，該通道一旦建立即該網(wǎng)線(xiàn)對(duì)應(yīng)的單個(gè)（若干）終端固定擁有。網(wǎng)線(xiàn)安裝是有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的主要資源調(diào)度方式，輔助的資源管理調(diào)度也是管理員發(fā)起的對(duì)端口的流速（流量）等相關(guān)手段。

2 無(wú)線(xiàn)接入與資源共享方式

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的特殊性在于信息承載信號(hào)具有廣播和疊加特性，即任何終端輻射的無(wú)線(xiàn)信號(hào)總是以某種線(xiàn)性組合的方式出現(xiàn)在基站天線(xiàn)。如果我們將空間看成一個(gè)共享信道，則無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于所有參與信息傳輸?shù)慕K端以某種方式（競(jìng)爭(zhēng)、分配等）共享該公共傳輸信道。這個(gè)特性為網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展帶來(lái)了顯而易見(jiàn)的好處：自由空間的廣播性和疊加性為終端接入帶來(lái)便利性，任何被基站（AP）信號(hào)覆蓋的終端（節(jié)點(diǎn)）均可得到網(wǎng)絡(luò)覆蓋，不再受物理媒質(zhì)嚴(yán)格約束和交換機(jī)端口的限制。

另一方面，有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)地址區(qū)分是通過(guò)交換機(jī)（路由器）端口進(jìn)行區(qū)分，網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳輸資源的控制主要通過(guò)交換機(jī)或者路由器的緩存管理來(lái)實(shí)現(xiàn)。無(wú)線(xiàn)通信與此不同，核心因素在于空口資源受限，鏈路地址區(qū)分和資源調(diào)度必須在物理層實(shí)現(xiàn)。

與每個(gè)局域網(wǎng)交換機(jī)管理有限個(gè)（通常從幾個(gè)到幾十個(gè)）端口不同，一個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的中心控制器服務(wù)的終端數(shù)目變化巨大，既有服務(wù)數(shù)十個(gè)終端的WiFi，也有服務(wù)上萬(wàn)個(gè)傳感器物聯(lián)網(wǎng)（IoT）。無(wú)線(xiàn)傳輸服務(wù)節(jié)點(diǎn)的大跨度業(yè)務(wù)需求廣泛存在；共享信道下大量數(shù)據(jù)傳輸鏈路的資源管理和協(xié)調(diào)問(wèn)題一直都是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的核心問(wèn)題。

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)主要有兩大陣營(yíng)：一類(lèi)面向短距離覆蓋；一類(lèi)面向廣域覆蓋。前者的典型代表是WiFi，后者的典型代表是2G/3G/4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。前者以CSMA方式實(shí)現(xiàn)資源的競(jìng)爭(zhēng)和調(diào)配；后者多采用終端（節(jié)點(diǎn)）通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)接入信道向基站申請(qǐng)傳輸資源的方式實(shí)現(xiàn)資源的使用權(quán)，技術(shù)上不同的AP的調(diào)度下使用包含但不限諸如時(shí)分多址（TDMA）、頻分多址（FDMA）、碼分多址（CDMA）、正交頻分多址（OFDMA）和空分復(fù)用（SDMA）等正交接入技術(shù)；另外，面向短距覆蓋的無(wú)線(xiàn)個(gè)人局域網(wǎng)（WPAN）等也有采用資源申請(qǐng)-分配方式。面向廣域覆蓋的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程用圖2所示，其中粗虛線(xiàn)上方為終端接入網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程。接入過(guò)程一般有以下幾個(gè)步驟：

（1）終端（節(jié)點(diǎn)）進(jìn)入AP服務(wù)區(qū)，并且獲取AP有關(guān)本服務(wù)區(qū)的一些相關(guān)參數(shù)；

（2）終端提交接入申請(qǐng)，AP根據(jù)終端的相關(guān)資料統(tǒng)一接入。

粗虛線(xiàn)下方描述的是數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，一般有以下幾個(gè)步驟（終端進(jìn)入等待狀態(tài)，當(dāng)有數(shù)據(jù)需要傳輸時(shí)進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)，否則停留在該狀態(tài)）：

（1）終端有數(shù)據(jù)需要傳送時(shí)，首先競(jìng)爭(zhēng)隨機(jī)接入信道；

（2）隨機(jī)接入信道競(jìng)爭(zhēng)成功則請(qǐng)求AP分配傳輸資源，否則繼續(xù)參與隨機(jī)接入信道競(jìng)爭(zhēng)；

（3）基站根據(jù)當(dāng)前可供調(diào)配的資源和資源請(qǐng)求情況，按照某種準(zhǔn)則進(jìn)行資源分配，在基于TDMA、FDMA、CDMA以及OFDMA等正交資源分配的系統(tǒng)中，AP通過(guò)本地維護(hù)互斥的資源調(diào)度策略保證不同鏈路之間至少在一個(gè)維度上保持正交；

（4）終端（節(jié)點(diǎn)）根據(jù)分配的資源進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；

（5）傳輸完畢釋放鏈路資源，AP收回傳輸資源。

從上述過(guò)程中，我們可以看出：1個(gè)消息的傳送需要經(jīng)歷4次交互，對(duì)于現(xiàn)有的智能終端大量存在的即時(shí)通信業(yè)務(wù)以及未來(lái)5G面臨的IoT節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，小數(shù)據(jù)包業(yè)務(wù)雖然占據(jù)上行數(shù)據(jù)總流量比例不高，但是其高的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)使得小報(bào)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)成為無(wú)線(xiàn)通信上行鏈路資源的重要占用者；對(duì)于低時(shí)延約束業(yè)務(wù)，多個(gè)超幀級(jí)別的信令時(shí)延交互成為傳輸時(shí)延的重要貢獻(xiàn)因素。當(dāng)前在窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）技術(shù)方案中有提出縮短超幀時(shí)間來(lái)減小數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間；但是若干倍超幀時(shí)間長(zhǎng)度的時(shí)延和數(shù)倍于傳輸數(shù)據(jù)的傳輸鏈路資源管理和調(diào)度開(kāi)銷(xiāo)并沒(méi)有因此而減少。

從上述分析可以看出：基于競(jìng)爭(zhēng)-分配-傳輸-釋放的方式不僅引入了大量的信令開(kāi)銷(xiāo)，同時(shí)也引入了消息傳輸?shù)臅r(shí)延。因而探尋合適的方法來(lái)改變這種現(xiàn)象顯得日益重要。借鑒有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，最初多個(gè)終端利用某種協(xié)議（競(jìng)爭(zhēng)、分配）共享傳輸介質(zhì)傳輸，后來(lái)逐步轉(zhuǎn)變到終端獨(dú)占交換機(jī)端口的方式，這種轉(zhuǎn)變簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。若在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施類(lèi)似的設(shè)計(jì)則會(huì)帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題：

（1）能否為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)終端固定分配一根虛擬網(wǎng)線(xiàn)，其資源為該終端獨(dú)占，后續(xù)使用無(wú)需資源協(xié)調(diào)和調(diào)配？

（2）采用這樣的資源協(xié)調(diào)和管理方式會(huì)對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)技術(shù)提出哪些要求，能否有解決的可能性？

近年來(lái)非正交的多址方法研究逐步進(jìn)入學(xué)術(shù)圈和工業(yè)界的視野，其理論基礎(chǔ)在于C.E.Shannon的認(rèn)識(shí)：在利用恰當(dāng)?shù)男诺谰幋a的前提下，當(dāng)鏈路的等效信號(hào)與干擾加噪聲比（SINR）大于某個(gè)門(mén)限時(shí)即可以接近1的概率實(shí)現(xiàn)正確數(shù)據(jù)傳送。這個(gè)結(jié)論告訴我們?nèi)绻梢郧‘?dāng)控制各個(gè)鏈路之間的干擾水平，可實(shí)現(xiàn)若干鏈路的并發(fā)傳輸。基于該假設(shè)，相對(duì)于正交傳輸，非正交多址方式可同時(shí)容納的鏈路數(shù)目將遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于正交多址方式所能支持的鏈路數(shù)目。

非正交多址接入（NOMA）的主要思想是不同終端（節(jié)點(diǎn)）之間發(fā)送信號(hào)不再要求正交，而是利用特定的策略保證不同鏈路間的干擾低于某個(gè)門(mén)限。接收端利用干擾消除的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)不同鏈路的數(shù)據(jù)解調(diào)。當(dāng)前學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的幾個(gè)主要非正交多址方式有：基于功率域拓展的NOMA[7]技術(shù)、基于碼域的稀疏碼分多址（SCMA）技術(shù)，以及多用戶(hù)共享接入（MUSA）技術(shù)等。

NOMA技術(shù)的核心思想是控制不同數(shù)據(jù)鏈路的發(fā)送功率，不同鏈路的信號(hào)在接收端形成功率分層。接收端利用串行干擾消除（SIC）實(shí)現(xiàn)對(duì)不同分層的信號(hào)逐次解調(diào)和干擾消除。該方案主要應(yīng)用在下行多址技術(shù)方案中?；诠β视虻亩嘀贩绞娇梢詳U(kuò)展較多的鏈路資源，但是基于功率分層的NOMA方案在無(wú)線(xiàn)傳輸上行鏈路應(yīng)用面臨一定的技術(shù)困難，困難在于實(shí)現(xiàn)功率分層需要鏈路增益作為輸入?yún)?shù)，在此基礎(chǔ)上控制各終端（節(jié)點(diǎn)）的發(fā)送功率使得接收端形成功率梯度，這就意味著系統(tǒng)需要付出較多的信令開(kāi)銷(xiāo)；另外，上行鏈路的用戶(hù)調(diào)度也需要大量的信令參與才可以完成，因此該技術(shù)方案是否能夠得到應(yīng)用產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界尚處于討論和觀(guān)望之中。另一方面由于使用NOMA技術(shù)方案，利用不同鏈路的功率差別進(jìn)行串行干擾消除，隨著期望并發(fā)鏈路數(shù)目的增加，功率效率將快速下降，這就意味著如果需要支持的獨(dú)占鏈路數(shù)目上升將會(huì)引起終端發(fā)送功率的急劇增加，最終可實(shí)現(xiàn)的虛擬獨(dú)占鏈路數(shù)目將會(huì)受到很大的限制。

SCMA[8]將同一個(gè)用戶(hù)的發(fā)送數(shù)據(jù)映射到多個(gè)子載波上，不同用戶(hù)在同一個(gè)子載波上的映射采用不同的星座圖旋轉(zhuǎn)的方式實(shí)現(xiàn)，接收端則利用了置信度傳播的方法。MUSA[9]的技術(shù)特點(diǎn)是充分利用了遠(yuǎn)、近用戶(hù)的發(fā)射功率差異，在發(fā)射端使用非正交復(fù)數(shù)擴(kuò)頻序列對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，并在接收端使用連續(xù)干擾消除算法濾除干擾，恢復(fù)每個(gè)用戶(hù)的數(shù)據(jù)。SCMA允許多個(gè)用戶(hù)復(fù)用相同的空口自由度，可以顯著地提升系統(tǒng)的資源復(fù)用能力。

盡管上述兩類(lèi)多址方式在一定程度上拓展了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中可同時(shí)傳輸?shù)逆溌窋?shù)目，但是考慮到實(shí)際情況，真正可支持的獨(dú)立鏈路數(shù)目并不多，無(wú)法解決無(wú)線(xiàn)傳輸中的資源使用協(xié)調(diào)問(wèn)題。理論上，SCMA和MUSA可以利用競(jìng)爭(zhēng)的方式實(shí)現(xiàn)無(wú)調(diào)度傳輸，但是由于可供選擇的碼本嚴(yán)重不足制約了上述擴(kuò)展能力，隨著參與傳輸?shù)挠脩?hù)數(shù)目越來(lái)越多，競(jìng)爭(zhēng)沖突會(huì)使性能急劇下滑。

3 類(lèi)有線(xiàn)的無(wú)線(xiàn)傳輸方法

在5G標(biāo)準(zhǔn)化研究過(guò)程中，研究者們明確提出了未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)的特性，包括每平方公里106個(gè)活躍連接用戶(hù)，延遲不超過(guò)100 ms等。傳統(tǒng)的基于競(jìng)爭(zhēng)或調(diào)度的資源使用方式無(wú)法滿(mǎn)足上述需求，因此我們提出一種類(lèi)有線(xiàn)的資源共享方式基礎(chǔ)上的無(wú)線(xiàn)接入方式。相應(yīng)的傳輸過(guò)程由圖3給出，具體的流程描述如下。

（1）終端（節(jié)點(diǎn)）進(jìn)入AP服務(wù)區(qū)，獲取有關(guān)服務(wù)區(qū)的相關(guān)參數(shù)；

（2）終端提交接入申請(qǐng)，AP根據(jù)終端的相關(guān)資料統(tǒng)一接入并分配一條專(zhuān)屬于該終端（節(jié)點(diǎn)）；

（3）終端（節(jié)點(diǎn)）進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸。

上述無(wú)線(xiàn)接入和傳輸方法的核心思想在于：終端申請(qǐng)接入時(shí)，AP為該終端分配一條專(zhuān)屬于該終端的傳輸鏈路，該虛擬專(zhuān)用鏈路在終端停留在A(yíng)P覆蓋范圍內(nèi)保持不變。如圖3 所示，此時(shí)基站和終端之間的資源分配完成（橫向點(diǎn)劃分割線(xiàn)上方），從網(wǎng)絡(luò)接口看相當(dāng)于基站為每個(gè)無(wú)線(xiàn)終端預(yù)留一個(gè)虛擬的專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)信道，終端（節(jié)點(diǎn)）需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，無(wú)需與AP進(jìn)行有關(guān)資源分配的交互，直接利用虛擬獨(dú)占傳輸鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。圖4 給出類(lèi)有線(xiàn)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，注意每用戶(hù)對(duì)應(yīng)的專(zhuān)用通道實(shí)際上是虛擬產(chǎn)生的，我們利用虛線(xiàn)表示該專(zhuān)有鏈路。所有終端獲得虛擬專(zhuān)有通道的類(lèi)有線(xiàn)的無(wú)線(xiàn)傳輸對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸性能有著重要的意義：

（1）一旦接入，連接永遠(yuǎn)保持；

（2）無(wú)需調(diào)度即時(shí)傳輸，只要在不超過(guò)總吞吐量的前提下，任意用戶(hù)的組合均可采用類(lèi)似于有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的資源使用方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；

（3）上層協(xié)議實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳輸和有線(xiàn)傳輸?shù)慕y(tǒng)一，降低了協(xié)議維護(hù)和開(kāi)發(fā)復(fù)雜度。

4 類(lèi)有線(xiàn)的無(wú)線(xiàn)接入和

資源共享方式存在的

技術(shù)問(wèn)題和進(jìn)展

類(lèi)有線(xiàn)的無(wú)線(xiàn)接入和資源使用方式有著誘人的前景，但是也將面對(duì)諸多挑戰(zhàn)。

（1）支持海量連接的虛擬專(zhuān)有鏈路設(shè)計(jì)。

如何為覆蓋范圍內(nèi)的海量終端提供足夠多的虛擬專(zhuān)有鏈路是類(lèi)有線(xiàn)接入方法面臨的首要問(wèn)題?；诠β视騈OMA和基于碼域的MUSA、SCMA等非正交多址方式一定程度上拓展了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可同時(shí)支持的虛擬專(zhuān)有鏈路數(shù)目；但可供選擇的碼本嚴(yán)重不足，尚不足以支撐為每個(gè)終端（節(jié)點(diǎn)）建立一個(gè)虛擬專(zhuān)用鏈路。

我們針對(duì)支撐海量終端虛擬專(zhuān)用鏈路的可能性開(kāi)展研究，提出了一種利用預(yù)編碼實(shí)現(xiàn)的上行小數(shù)據(jù)包免調(diào)度傳輸方法——SpMA[10]。該傳輸方案和現(xiàn)有的基于符號(hào)級(jí)的預(yù)編碼方式不同：包括CDMA、SCMA、MUSA在內(nèi)的碼域多址傳輸方案中，同一用戶(hù)的不同符號(hào)會(huì)以較快的重復(fù)周期重復(fù)使用一個(gè)碼本以對(duì)不同符號(hào)進(jìn)行調(diào)制，SpMA方案中每個(gè)發(fā)送符號(hào)使用不同的預(yù)編碼碼本以將每個(gè)傳輸符號(hào)均隨機(jī)擴(kuò)展到整個(gè)時(shí)頻資源空間，進(jìn)一步利用AP域終端（節(jié)點(diǎn)）之間的信道響應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)空域資源的利用。該方案優(yōu)勢(shì)在于：預(yù)編碼碼本可將任意的隨機(jī)序列作為預(yù)編碼碼本，每個(gè)終端（節(jié)點(diǎn)）注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)后即得到與預(yù)編碼碼本相對(duì)應(yīng)的虛擬專(zhuān)有鏈路。我們?cè)诶碚撋弦呀?jīng)證明只要同時(shí)參與傳輸?shù)挠脩?hù)量不超過(guò)一個(gè)門(mén)限，所有參與傳輸?shù)逆溌方邮招阅芎蛦斡脩?hù)傳輸性能相比損失可小于1 dB。特別地，我們進(jìn)一步聯(lián)合功率域、碼域，人為控制和利用遠(yuǎn)近效應(yīng)引起的功率分層，實(shí)現(xiàn)了對(duì)海量用戶(hù)的虛擬專(zhuān)用鏈路的支持。數(shù)值仿真和理論分析都顯示：該方案在基站天線(xiàn)數(shù)M=8，時(shí)頻符號(hào)數(shù)T的前提下，可以為超過(guò)上萬(wàn)個(gè)終端（節(jié)點(diǎn)）提供專(zhuān)屬于每個(gè)終端的虛擬鏈路；傳輸能力上，在數(shù)據(jù)符號(hào)數(shù)d滿(mǎn)足T=8d，相對(duì)于正交傳輸存在2 dB信噪比損失的前提下，可支持的并發(fā)連接數(shù)可超過(guò)80。

（2）信道估計(jì)。

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別還體現(xiàn)在信道響應(yīng)隨時(shí)間和空間的變化特性。有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)電磁波傳輸信道響應(yīng)相對(duì)固定，隨時(shí)間、空間發(fā)生改變極小，不同鏈路之間的信道差異通過(guò)鏈路速度自適應(yīng)技術(shù)和信道均衡技術(shù)可獲得近乎完美的解決；無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中接收信號(hào)不僅僅取決于發(fā)送信號(hào)，還取決于隨時(shí)間和空間變化的信道響應(yīng)。在類(lèi)有線(xiàn)方式的無(wú)線(xiàn)傳輸中，作為發(fā)送方的終端和接收方的基站對(duì)各虛擬專(zhuān)有鏈路信道響應(yīng)處于未知狀態(tài)，信道估計(jì)需要面臨的問(wèn)題一是如何在沒(méi)有先驗(yàn)知識(shí)的前提下快速尋找出發(fā)送數(shù)據(jù)用戶(hù)的集合；二是在可能參與傳輸?shù)慕K端（節(jié)點(diǎn)）為小區(qū)內(nèi)全部注冊(cè)用戶(hù)的情況下，需要進(jìn)行信道估計(jì)的用戶(hù)集合龐大，數(shù)目上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)天線(xiàn)數(shù)目。這也是類(lèi)有線(xiàn)的無(wú)線(xiàn)接入和資源使用方式中必須要解決的一個(gè)問(wèn)題。我們的初步研究表明：通過(guò)選擇恰當(dāng)?shù)膸Y(jié)構(gòu)和參數(shù)，信道估計(jì)問(wèn)題可以在一定程度上得到解決。仿真結(jié)果顯示：使用了信道估計(jì)進(jìn)行接收和準(zhǔn)確知道信道狀態(tài)信息進(jìn)行接收，其性能差別不到1 dB。我們認(rèn)為這個(gè)結(jié)果工程實(shí)踐上可以接受的。

（3）載波同步和時(shí)鐘恢復(fù)。

有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)主要采用光纖和雙絞線(xiàn)作為信號(hào)傳輸媒質(zhì)，數(shù)據(jù)承載波形多采用數(shù)字基帶波形。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)因?yàn)樘炀€(xiàn)輻射效率的原因，多利用載波信號(hào)傳遞數(shù)據(jù)。為了保證信號(hào)的有效接收，必須進(jìn)行載波同步。理論上終端（節(jié)點(diǎn)）可以利用AP的Pilot信號(hào)與AP的載波同步，進(jìn)而使所有參與傳輸?shù)慕K端（節(jié)點(diǎn)）保持載波同步，但是任何載波恢復(fù)算法或者載波跟蹤同步環(huán)路都不能保證終端（節(jié)點(diǎn)）和AP之間保持載波的完全同步，這導(dǎo)致多個(gè)發(fā)送終端（節(jié)點(diǎn)）上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d波產(chǎn)生偏差，系統(tǒng)留給終端（節(jié)點(diǎn)）和AP導(dǎo)頻進(jìn)行同步的資源受限。需要注意的是：終端（節(jié)點(diǎn)）之間的本振獨(dú)立，載波偏差彼此不同，載波偏差會(huì)使得干擾消除，這使得傳統(tǒng)的載波跟蹤和同步算法都不再適用，如何解決本問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳輸有線(xiàn)化的關(guān)鍵；另一方面，由于各終端（節(jié)點(diǎn)）距離AP距離各不相同，因此無(wú)線(xiàn)信號(hào)到達(dá)接收端的時(shí)延差各不相同。如何設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)男盘?hào)格式或找到合適的解調(diào)算法以適應(yīng)不同到達(dá)時(shí)延差的信號(hào)疊加后的解調(diào)接收，目前尚沒(méi)有針對(duì)性的研究工作公開(kāi)，這將是未來(lái)該領(lǐng)域研究的重要問(wèn)題之一。

應(yīng)當(dāng)指出：上述方法僅僅是基于簡(jiǎn)單建模下的初步理論分析。模型中并未考慮臨近小區(qū)的干擾問(wèn)題以及網(wǎng)絡(luò)同步問(wèn)題，從實(shí)現(xiàn)上也沒(méi)有考慮到算法復(fù)雜度的問(wèn)題。距離真正使用還需要做更深入的分析和優(yōu)化。我們相信通過(guò)進(jìn)一步的深入工作，類(lèi)有線(xiàn)的無(wú)線(xiàn)接入和資源使用方式可以走向?qū)嵱谩?/p>

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著非正交多址相關(guān)研究的逐步深入，特別是支撐海量連接的虛擬化專(zhuān)有鏈路的技術(shù)的出現(xiàn)，使用類(lèi)有線(xiàn)的無(wú)線(xiàn)接入和資源利用方式成為可能。我們相信這種嘗試必然將簡(jiǎn)化無(wú)線(xiàn)接入和資源使用協(xié)議上的改變，極大地提高資源使用效率，降低傳輸時(shí)延。這將是未來(lái)值得關(guān)注的一個(gè)研究方向。

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