第三代移動通信系統(tǒng)CDMA的關(guān)鍵技術(shù)

1、第三代移動通信系統(tǒng) CDMA勺關(guān)鍵技術(shù)在3G系統(tǒng)中，CDMA1統(tǒng)成為了最具競爭力、最具發(fā)展前景的 無線多址技術(shù)。雖然 CDMAT頻技術(shù)可以采用直接序列擴頻（DS）、 跳頻（FH）、跳時（TH）以及它們的組合等，但在移動通信中一般 選用直接序列擴頻，它構(gòu)成了我們常說的DS-CDMA（統(tǒng)。它的核心網(wǎng)是在GSMANSI-41的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，具空中接口和相應(yīng)的2G系統(tǒng)后向兼容。它的3 種工作模式為：單載波頻分雙工、多載波頻分雙工和時分雙工方式。在主流3G系統(tǒng)中，空中接口技術(shù)采用 CDM防式，因此主要具 有以下一些優(yōu)點：（1）通信容量大。CDM渥自干擾受限系統(tǒng)，任 何干擾的減少都可以直接轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)容

2、量的提高。因此一些能降低 干擾功率的技術(shù)，如話音激活技術(shù)、功率控制技術(shù)等，都有可能提 高系統(tǒng)容量。一般來說，在同樣條件下，采用 CDMAT式的系統(tǒng)容量 約是采用數(shù)字TDMA勺GSM系統(tǒng)容量的4-6倍，是模擬系統(tǒng)容量的 20倍。（2）系統(tǒng)具有軟容量特性。CDM粽統(tǒng)中，多增加一個用戶 只會使通信質(zhì)量略有下降，不會出現(xiàn)通信硬阻塞情況。小區(qū)覆蓋范 圍的動態(tài)調(diào)整，可以平衡各個小區(qū)的業(yè)務(wù)量，這對于解決通信高峰 期的通信阻塞問題和提高用戶越區(qū)切換的成功率無疑是非常有益 的。（3）更適合在衰落信道中傳輸。移動信道在一般情況下是一個時變多徑衰落信道，而在 CDM解統(tǒng)中，由于采用了寬帶傳輸，所以具有了特有的頻率分

3、集特性，即當(dāng)信道具有頻率選擇特性時，對CDM驚統(tǒng)中信息傳輸?shù)挠绊戄^小。（ 4）平滑的軟切換特性。在CDM粽統(tǒng)中，所有的小區(qū)（或扇區(qū)）都可以使用相同的頻率，這不僅簡化了頻率規(guī)劃，也使越區(qū)切抽象得以平滑實現(xiàn)。（5）良好的通信安全性。CDM粽統(tǒng)采用擴頻技術(shù)，使發(fā)射的信號頻譜被擴展得很寬，從而使所發(fā)射的信號完全隱蔽在噪聲和干擾中，不易被發(fā)現(xiàn)和接收。第三代移動通信系統(tǒng)CDM第用的關(guān)鍵技術(shù)有下面幾種。1、RAKEg收技術(shù)移動通信是在復(fù)雜的電波環(huán)境下進行的，如何克服電波傳輸所造成的多徑衰落現(xiàn)象是移動通信的一個基本問題。在CDM影動通信系統(tǒng)中，由于信號帶寬較寬，因而在時間上可以分辨出比較細(xì)微的多徑信號，對分辨

4、出的多徑信號分別進行加權(quán)調(diào)整，使合成之后的信號得以增強，從而可在較大程度上降低多徑衰落信道所造成的負(fù)面影響。這種技術(shù)稱為Rake 接收技術(shù)，也即多徑分集接收技術(shù)。Rake 接收機在利用多徑信號的基礎(chǔ)上可以降低基站和移動臺的發(fā)射功率。而在GSM手機中只能通過時域均衡器抵消多徑效應(yīng)，不能通過多路信號的能量疊加而降低發(fā)射功率。2、智能天線技術(shù)用智能天線對接收信號進行空域處理可減小多址干擾對信號的影響，采用具有一定方向性的扇形天線可以掏除某一角度內(nèi)的其他干擾，提高系統(tǒng)性能。以前由于智能天線的高度復(fù)雜性和能量消耗較大，對它的研究大都局限于在基站中的應(yīng)用，直至近幾年，智能天線技術(shù)才被引入到移動臺中。智能天

5、線有望顯著地提高第三代移動臺的性能，因此也成為第三代移動通信系統(tǒng)的研究熱點之一。我國提出的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的 TD-SCDM第三代移動通信系統(tǒng)，也采 用了先進的智能天線技術(shù)。偌站智能天線包括兩個重要組成部分；一是對來自移動臺發(fā)射的多徑電波方向進行到達角估計，并進行空間濾波，抑制欺了移動臺的干擾；二是對基站發(fā)送信號進行波束形成，使基站發(fā)送信號能夠沿著移動臺電波的到達方向發(fā)送回移動臺，從而降低發(fā)射功率，減小對其他移動臺的干擾。智能天線技術(shù)用于 TDD（時分雙工）方 式的CDM序統(tǒng)是比較合適的，這是因為選用 TDD方式后收發(fā)信道使 用相同的頻率，這樣就可以利用接收電波的特點來調(diào)整發(fā)射信號。智能天線技

6、術(shù)能用接收電波的特點來調(diào)整發(fā)射信號。智能天線技術(shù)能夠在較大程度上抑制多用戶干擾，從而提高系統(tǒng)容量。當(dāng)然智能天線技術(shù)也存在一些局限性，例如由于存在多徑效應(yīng)，每個天線均需一個Rake接收機，從而使基帶處理單元復(fù)雜度明顯提高。3、多用戶檢測技術(shù)多用戶檢測理論和技術(shù)的基本思想是利用多址干擾中包含的用戶間的互相關(guān)信息來估計干擾、降低或消除干擾的影響。多用戶檢測算法能充分利用擴頻碼的結(jié)構(gòu)信息與統(tǒng)計信息聯(lián)合檢測多個用戶的信號。多用戶檢測技術(shù)是抑制多址干擾技術(shù)中最有潛力的一種方 法，并已經(jīng)成為第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)中倡導(dǎo)的關(guān)鍵技術(shù)之一。它具有以下一些好處：提高帶寬利用率，抑制多徑干擾；消除或減輕遠(yuǎn)近效應(yīng)，降低了對

7、功控高度精度的要求，可簡化功控；彌補擴頻碼互相關(guān)性不理想造成的影響；減小發(fā)射功率，延長移動臺電池的使用時間，同時也減小移動臺的電磁輻射；改善系統(tǒng)性能，提高系統(tǒng)容量，增大小區(qū)覆蓋范圍。當(dāng)然多用戶檢測技術(shù)也存在一些局限性，首先是來自其他小區(qū)的MAI （多路存取干擾）依然存在，在多用戶檢測算法中只考慮了同小區(qū)其他用戶的干擾，并沒有考慮來自相鄰小區(qū)的干擾，而這種干擾自然會影響系統(tǒng)性能。其次由于移動臺的接收設(shè)備不能做得太復(fù)雜，故在下行信道執(zhí)行多用戶檢測有一定難度。除此之外多用戶檢測還大大增加了設(shè)備的復(fù)雜度；增加了系統(tǒng)時延，特別是采用自適應(yīng)算法時更為嚴(yán)重；多用戶檢測一般需要知道用戶的一些信息，需要通過不斷

8、地信道估計來實現(xiàn)，估計的精度會直接影響檢測器的性能。4、高效編譯碼技術(shù)在無線通信中，人們很關(guān)心頻譜利用率和功率利用率。一般的編碼技術(shù)是通過犧牲頻譜利用率來換取功率利用率的提高，這是因為采用了信道糾錯編碼技術(shù)（ECC后增加了信息的冗余位，這樣必然降低了頻譜利用率，但同時由于引入了冗余位增加了信道糾錯能力，降低了比特誤碼率（BER ,在保證一定信噪比的情況下可以降低發(fā)射功率，因此提高了功率利用率。在第三代移動通信系統(tǒng)主要提案中（包括WCDMA cdma2000 等），除了采用IS-95CDMA系統(tǒng)相類似的卷積編碼技術(shù)及交織技術(shù)之外，還采用了 Turbo編碼技術(shù)及 RS卷積級聯(lián)碼技術(shù)。卷積碼具有記憶

9、能力，可用維特比譯碼，具有很高的編碼增益。而交織技術(shù)性錯誤，也就是說能將碼字的長連錯轉(zhuǎn)化成每個糾錯碼字里只有一個或兩個錯誤，這樣有利于對付信道傳輸里由于只有一個或兩個錯誤，這樣有利于對付信道傳輸里由于突發(fā)性干擾而引起的長連串錯誤，交織不會引入冗余碼，所以也就不會降低頻譜利用率。Turbo編碼器采用兩個并行相連的系統(tǒng)遞歸卷積編碼器，并輸之一個交織器。兩個卷積編碼器的輸出經(jīng)并串轉(zhuǎn)換以及鑿孔(Puncture )操作后輸出。相應(yīng)地，Turbo 解碼器由首尾相連、中間由交織器和解交織器隔離的兩個以迭代方式工作的軟判輸出卷積解碼器構(gòu)成。從計算機仿真結(jié)果看，在交織器長度大于1000、軟判輸出卷積解碼采用標(biāo)

10、準(zhǔn)的最大后驗概率(MAP算法條件下，其性能比約束長度為9的卷積碼提高1-2.5dB 。但 Turbo 編碼技術(shù)只能用在第三代系統(tǒng)中的高速數(shù)據(jù)中，這是因為語音及低速率數(shù)據(jù)長度不滿足交織長度的要求。 RS 編碼是一種多進制編碼技術(shù)，適合于存在突發(fā)錯誤的通信系統(tǒng)。5、功率控制技術(shù)在CDM原統(tǒng)中，由于用戶使用相同的頻帶，用戶的擴頻碼之間存在非理想的相關(guān)特性，因此任何一個用戶對其他用戶來說都是干擾源。如果干擾用戶比目標(biāo)用戶距離基站近很多，即使忽略衰落的影響，信號的路徑衰耗亦與用戶距基站的距離的三次方成正比，則干擾信號在基站的接收功率會比目標(biāo)用戶信號的接收功率大很多，這樣，傳統(tǒng)接收機的輸出中多址干擾分量就可能很嚴(yán)重，甚至?xí)?沒目標(biāo)用戶的信號。這種現(xiàn)象被稱為遠(yuǎn)近效應(yīng)。功率控制可以有效地減小遠(yuǎn)近效應(yīng)的影響，已經(jīng)成為第三代通信標(biāo)準(zhǔn)中最為重要的核心技術(shù)之一。常見的CDM勵率控制技術(shù)可分為開環(huán)功率控制、閉環(huán)功率控制和外環(huán)功率控制3 種類型。在IS-95 中，閉環(huán)功率控制技術(shù)只用在上行信道中。而在 WCDMA cdma2000系統(tǒng)中，下行信道則采用了開環(huán)、閉環(huán)