超高频谱利用效率技术UNB

我国"863"及新一代宽带无线移动通信目标均为支持未来宽带泛在网络发展的明显例子，包括融合WPAN/WBAN最新进展于一体的LTE/LTE+/WiMAXR.1.5/R2.0，以及今年2月MWC大会重点突出的全球宽带无线移动通信系统软硬件及终端与应用最新进展，无一不反映了未来目标宽带泛在网络发展的特点。

超高频谱利用效率的意义

随着全球社会向宽带泛在多媒体时代迈进，3000GHz甚至1000GHz以下的全移动频谱资源争夺与有效利用矛盾显得愈来愈突出。针对一些未被有放利用的所谓白色信道频谱（WhiteSpace），业界可利用频谱感知的认知无线电CR技术将这些频谱及时收回"频谱池"中，借助动态频谱管理DF(S)M技术进行及时的动态调度有效利用，但其技术复杂性与难度及监管挑战性极大；另一种方式是进一步借助较简单的提高频谱利用效率的途径充分有放利用这些分散的白色频谱。

目前，借助高状态调制/编码技术及MINO-STFC等先进技术在LTE/LTE+/WiMAX/IMT-Advanced等系统中所能达到的可行频谱利用效率仅为16～18bit/s/Hz左右，想要获得频谱利用效率为20～30bit/s/Hz乃至50～90bit/s/Hz的超高频谱利用，一直是通信界长久追求的目标，并有巨大现实意义与战略价值。

对此，UNB这一超窄带枝术似乎提供了一线希望。

UNB对频谱利用效率的革命性改善

使频谱实现有效利用，通常是通过提高调制状态数的M-PSK/M-QAM/M-CPM等典型调制方式实现。此时的功率增益对这些多状态调制往往要随调制状态数上升而作相应牺牲，必须靠编码/级联码编码和/或相应编码调制获得补偿或得到一定程度的改进，而且往往以增加复杂性或牲牺时延等其它QoS指标为代价。

超窄带UNB基于调制方式为大幅度改进频谱使用效率提供了新的途径。采用VMSK（甚小偏移(边带)键控）或VWDK（甚小波形差键控）方式，能够以简单的方式使频谱利用效率超越传统极限得以较大幅度提高，同时在未编码状态下即可取得较好的功率增益。

目前业界采用单一调制取得高频谱效率，为取得指定误码率及控制好其抵抗线性/非线性波形失真及固定恶化，需要付出沉重的补偿其功率增益损失方面的代价，除非再附加天线极化/方向图/空间分集/编码或编码调制/自适应信号处理等一系列措施。一般情况下，要达到15bit/s/Hz频谱效率而功率处理又可达到实际可操作的程度，实现起来极为困难。

而且，欲达到100bit/s/Hz频谱效率，所需Eb/No约需281dB之巨，这在可预见的时间内无法现实。

而根据业界一些进展报告称，VMSK已经可以在30kHz带宽内有效传输速率为T1（即1.544Mbit/s）的数据，从而使频谱利用效率已超越50bit/s/Hz，这相对256-QAM调制而言使功率处理能力增强了20dB，而且据称，在Pbe=10-6及未加纠错条件下VMSK能够取得90～120bit/s/Hz频谱效率这一惊人的成绩。

此前，美国xGTechnologyJosephBobier就已于2006年11月通过无线电话一样的基站传送器，在900MHz频带使用UNB技术，实现了3.67Mbit/s的数据信号传输，覆盖了美国迈阿密郊区18英里半径的范围，所使用的天线是全向天线，RF功率只有35微瓦。

我国在频谱利用效率研究上的重要进展

沿VMSK思路进一步发展提出VMDK调制的是以我国东南大学多媒体技术研究所所长吴乐南教授为首的研究团队，其关键思路清晰，即VWDK应使已调信号与其正弦载波信号之间的波形差异最小化。

该研究团队在VMSK/VWDK的理论分析研究方面已取得一定进展，即如进一步规范了类正弦VMSK调制信号的表达并分析了其功率谱及信道容量，分析了其符号相关性与正交性及符号正交时的功率谱表示；同时，还对高达100bit/s/Hz频谱利用场合的VWDK调制的BER对SNR关系性能曲线进行了分析、模拟研究，显示了计算机模拟与理论分析相当一致。此结果表明，BER=10-5时所需信噪声比才不到30dB，明显地扩展了此前频谱利用效率的极限。

而且，与Walker曾指出的该方式不可用数字方式实现不同，这是在全数字处理场合时的模拟结果，这对数字集成实现有直接指导价值。因此，这是值得鼓励的属于我国自主知识产权的一个重要进展。

此VMSK/VWDK类正弦UNB技术实质是将主调波与调制载波处理融为一体的一种"单载波型"处理技术，它吸收了无载频单边带的某些概念，而且其关键之处还要尽力压缩已调载波占用带宽，使逻辑0、1数字信号可直接对应载波波形，从而可能导致理论上每载波周期可传输相应一比特的信息，期望数据传输码率数值上有可能达到"通信载频大小"这一惊人的、甚至有点不可思议的目标。

设计频谱利用效率尽可能高、已调波频带尽可能窄但仍可满足相应QoS要求的MVSK/MWDK之类UNB型高效率调制解调设备，显然是一个高难度的技术创新课题，但有着巨大的应用价值，例如改善超长波、长波、短波等带宽受限或严重受限信道的高速数据传送；使现有宽带无线接入信道转向新一代的速率增强超高速化；使新一代移动通信及视频/多媒体广播/多播高速下行甚至双向速率增强；应用于保密、伪装、示假、乱真、隐蔽等新的抗干扰与安全应用途径等。