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5.2第三代移动通信系统关键技术

发布时间: 2005-10-25  来源:
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5.2.1、初始同步与Rake多径分集接收技术

        CDMA通信系统接收机的初始同步包括PN码同步,符号同步、帧同步和扰码同步等。cdma2000系统采用与IS-95系统相类似的初始同步技术,即通过对导频信道的捕获建立PN码同步和符号同步,通过同步(Sync)信道的接收建立帧同步和扰码同步。WCDMA系统的初始同步则需要通过“三步捕获法”进行,即通过对基本同步信道的捕获建立PN码同步和符号同步,通过对辅助同步信道的不同扩频码的非相干接收,确定扰码组号等,最后通过对可能的扰码进行穷举搜索,建立扰码同步。

    移动通信是在复杂的电波环境下进行的,如何克服电波传播所造成的多径衰落现象是移动通信的另一基本问题。在CDMA移动通信系统中,由于信号带宽较宽,因而在时间上可以分辨出比较细微的多径信号。对分辨出的多径信号分别进行加权调整,使合成之后的信号得以增强,从而可在较大程度上降低多径衰落信道所造成的负面影响。这种技术称为Rake多径分集接收技术。

    为实现相干形式的Rake接收,需发送未经调制的导频(Pilot)信号,以使接收端能在确知已发数据的条件下估计出多径信号的相位,并在此基础上实现相干方式的最大信噪比合并。WCDMA系统采用用户专用的导频信号,而cdma2000下行链路采用公用导频信号,用户专用的导频信号仅作为备选方案用于使用智能天线的系统,上行信道则采用用户专用的导频信道。

    Rake多径分集技术的另外一种极为重要的体现形式是宏分集及越区软切换技术。当移动台处于越区切换状态时,参与越区切换的基站向该移动台发送相同的信息,移动台把来自不同基站的多径信号进行分集合并,从而改善移动台处于越区切换时的接收信号质量,并保持越区切换时的数据不丢失,这种技术称为宏分集和越区软切换。WCDMA系统和cdma2000系统均支持宏分集和越区软切换功能。

5.2.2、高效信道编译码技术

    第三代移动通信的另外一项核心技术是信道编译码技术。在第三代移动通信系统主要提案中(包括WCDMA和cdma2000等),除采用与IS-95 CDMA系统相类似的卷积编码技术和交织技术之外,还建议采用Turbo编码技术及RS-卷积级联码技术。

    Turbo编码器采用两个并行相连的系统递归卷积编码器,并辅之以一个交织器。两个卷积编码器的输出经并串转换以及凿孔(Puncture)操作后输出。相应地,Turbo解码器由首尾相接、中间由交织器和解交织器隔离的两个以迭代方式工作的软判输出卷积解码器构成。虽然目前尚未得到严格的Turbo编码理论性能分析结果,但从计算机仿真结果看,在交织器长度大于1000、软判输出卷积解码采用标准的最大后验概率(MAP)算法的条件下,其性能比约束长度为9的卷积码提高1至2.5dB。目前Turbo码用于第三代移动通信系统的主要困难体现在以下几个方面:1〕由于交织长度的限制,无法用于速率较低、时延要求较高的数据(包括语音)传输;2〕基于MAP的软输出解码算法所需计算量和存储量较大,而基于软输出Viterbi的算法所需迭代次数往往难以保证;3〕Turbo编码在衰落信道下的性能还有待于进一步研究。

    RS编码是一种多进制编码技术,适合于存在突发错误的通信系统。RS解码技术相对比较成熟,但由RS码和卷积码构成的级联码在性能上与传统的卷积码相比较提高不多,故在未来第三代移动通信系统采用的可能性不大。

5.2.3、智能天线技术

    从本质上来说,智能天线技术是雷达系统自适应天线阵在通信系统中的新应用。由于其体积及计算复杂性的限制,目前仅适应于在基站系统中的应用。智能天线包括两个重要组成部分,一是对来自移动台发射的多径电波方向进行到达角(DOA)估计,并进行空间滤波,抑制其它移动台的干扰。二是对基站发送信号进行波束形成,使基站发送信号能够沿着移动台电波的到达方向发送回移动台,从而降低发射功率,减少对其它移动台的干扰。智能天线技术用于TDD方式的CDMA系统是比较合适的,能够起到在较大程度上抑制多用户干扰,从而提高系统容量的作用。其困难在于由于存在多径效应,每个天线均需一个Rake接收机,从而使基带处理单元复杂度明显提高。

5.2.4、多用户检测技术

    在传统的CDMA接收机中,各个用户的接收是相互独立进行的。在多径衰落环境下,由于各个用户之间所用的扩频码通常难以保持正交,因而造成多个用户之间的相互干扰,并限制系统容量的提高。解决此问题的一个有效方法是使用多用户检测技术,通过测量各个用户扩频码之间的非正交性,用矩阵求逆方法或迭代方法消除多用户之间的相互干扰。

    从理论上讲,使用多用户检测技术能够在极大程度上改善系统容量。但一个较为困难的问题是对于基站接收端的等效干扰用户等于正在通话的移动用户数乘以基站端可观测到的多径数。这意味着在实际系统中等效干扰用户数将多达数百个,这样即使采用与干扰用户数成线性关系的多用户抵销算法仍使得其硬件实现显得过于复杂。如何把多用户干扰抵销算法的复杂度降低到可接受的程度是多用户检测技术能否实用的关键。

5.2.5、功率控制技术

    在CDMA系统中,由于用户共用相同的频带,且各用户的扩频码之间存在着非理想的相关特性,用户发射功率的大小将直接影响系统的总容量,从而使得功率控制技术成为CDMA系统中的最为重要的核心技术之一。

    常见的CDMA功率控制技术可分为开环功率控制、闭环功率控制和外环功率控制三种类型。开环功率控制的基本原理是根据用户接收功率与发射功率之积为常数的原则,先行测量接收功率的大小,并由此确定发射功率的大小。开环功率控制用于确定用户的初始发射功率,或用户接收功率发生突变时的发射功率调节。开环功率控制未考虑到上、下行信道电波功率的不对称性,因而其精确性难以得到保证。闭环功率控制可以较好地解决此问题,通过对接收功率的测量值及与信干比门限值的对比,确定功率控制比特信息,然后通过信道把功率控制比特信息传送到发射端,并据此调节发射功率的大小。外环功率控制技术则是通过对接收误帧率的计算,确定闭环功率控制所需的信干比门限。外环功率控制通常需要采用变步长方法,以加快上述信干比门限的调节速度。在WCDMA和cdma2000系统中,上行信道采用了开环、闭环和外环功率控制技术,下行信道则采用了闭环和外环功率技术。但两者的闭环功率控制速度有所不同,前者为每秒1600次,后者为每秒800次。


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