第三代無線移動通信系統方案及關鍵技術

第三代無線移動通信系統方案及關鍵技術
    第一、二代蜂窩移動通信系統是針對傳統的話音和低速率數據業(yè)務的系統。而在未來的
“信息社會”，圖象、話音；數據相結合的多媒體業(yè)務和高速率數據業(yè)務的業(yè)務量將超過傳
統的業(yè)務量。因此現在的蜂窩移動通信系統不僅遠遠不能滿足未來用戶的業(yè)務需求，而且隨
著用戶數量的猛增，也將遠遠不能滿足用戶客量的發(fā)展需要。另外，隨著‘信息高速公路”
的建成，公共陸地網傳輸的許多業(yè)務，也將與移動通信系統卡口。所以對于新一代的移動和
個人通卡系統即第王代和個人通信系統的研究和發(fā)展日益成為電信領域的一個新熱點。
    第三代移動通信系統的技術方案
    第三代移動通信系統是指能夠滿足國際電聯（ITU）提出的IMT－2000系統要求的新一代
移動通信系統。IMT－2000系統的基本特征是：
    ·全球范圍設計的高度兼容性；
    ·IMT－2000中的業(yè)務與固定網絡的業(yè)務兼容；
    ·高質量；
    ·手機體積小，具有全球漫游能力；
    ·使用的頻段為 1.9GHz;
    ·移動終端可以連接地面網和衛(wèi)星網，可移動使用也可固定使用；
    ·無線接口的類型應盡可能的少，而且具有高度的兼容性。
    根據ITU的要求，目前世界上各大電信公司聯盟均已提出了自己的第三代移動通信系統
方案。將這些方案歸納起來，主要有三種： 1、以日本DoCoMo 公司、瑞典Ericsson和芬蘭
Nokia等為首提出的W－CDMA2、以美國Lucent、Motorola等公司提出的cdma2200;3、以歐洲
西門子、阿爾卡特等公司等提出的 TD－ CDMA。
    1．W－CDMA系統的無線接口基本參數為：
    ·擴頻方式：可變擴頻比4～256的直擴；
    ·載波擴頻速率： 4.096 MChip／s；
    ·每載波帶寬:5MHZ；
    ·載波速率:16 Kbit／S～256Kbi/s;
    ·幀長度：10ms；
    ·時隙長度:O. 625ms；
    ·調制方式：QPSK
    ·功率控制：開環(huán)十自適應閉環(huán)
    2． Cdma2000系統的無線接口參數為：
    ·載波帶寬：5MHZ ；
    ·擴頻方式：采用直接擴頻或多載波擴頻；
    ·擴頻速率：3.6864Mchip/S ；
    ·擴頻碼長度：可根據無線環(huán)境和數據速率而變化；
    ·幀長度:20ms和5ms ；
    ·時隙長度:125ms；
    ·調制方式下行QPSK，上行BPSK
    ·功率控制：開環(huán)十閉環(huán)
    3．TD－CbeA系統的無線接口參數為：
    ·每載波帶寬：L6MHZ ；
    ·每載波時隙數：8個；
    ·幀長度:4.615ms；
    ·時隙長度：577；
    ·單位時隙信道數：8個；
    ·單位時隙傳信率:8／16Kbit／S；
    ·特征碼擴頻碼長度:16bit；
    ·單位載波信道數：64個
    由這三種技術方案的無線接口參數可以看出，它們之間的差別還是很大的。盡管如此
，總體說來，在第三代移動通信系統中采用CDMA技術已達成共識。因此，世界各大電信公
司在提出自己的第三代移動通信系統方案的同時，在系統研制上也進行了大量的工作。目
前，美國的  Lucent、Motolora和Qualcomm公司、加拿大的北方電訊、韓國的三星和現代
以及日本的松下電器等公司均已研制出了符合W－CDMA或cdma2000標準的部分或全部CDMA系
統設備。第三代CDMA技術已經成為世界移動通信領域的前沿。
    第三代移動通信系統的關鍵技術
    第三代移動通信系統的關鍵技術很多，現主要介紹以下幾種：
    1多載波技術
    多載波MC－CDMA是第三代移動通信系統中使用的一種新技術。多載波CDMA技術最早是
在1993年的PIMRC會議上由 Berkeley的J.P.Llnnartz，N.Yee,G.Fett和德國的K.Fazel，L
.Papke分別提出來的。目前，多載波CDMA作為一種有著良好應用前景的技術，已吸引了越
來越多的人員對此進行研究，并且在cdma2000標準和IMT－2000的研究計劃中，都已經有了
一些對基于MC－CDMA的第三代移動通信系統方案的探討。
    目前，多載波CDMA技術的研究內容大致有兩類：一是用給定的擴頻碼來擴展原始數據
，然后用每個碼片來調制不同的載波（這是在頻域內的擴展），MC－CDMA(或者OFDM－CDMA
）即屬于此種類型；另一種是用擴頻碼來擴展已經進行了串并變換后的數據流，然后用每
個數據流來調制不同的載波（這是在時間域的擴展），即類似于通常的直接序列擴頻DS－
CDMA。
    第一種多載波系統常被稱為OFDM－CDMA。由于采用OFDM可以將信息分散到許多個號載
波上，降低了各號載波的信號速率．使得符號周期比回波延遲長，因此可以有效的對抗高
速通信系統中的碼間干擾。
    第二種多載波系統一般主要是指MC－DS－CDMA一在CDMA－2000的標準中，有些關于這
大面的簡單介紹。該系統的鏈路結構與DS－CDMA系統很類似。但從目前的不少理論和仿真
來看，這種技術方案都較之DS－CDMA系統有更好的性能，而已采用這種結構可以跟IS－95
后向兼容。也就是說可以共享目前的基礎硬件設施，并且允許不同代的手機共享同一頻帶。
    2．智能天線技術
    智能天線技術是基于自適應天線原理的一種適合于第三代移動通信系統的新技術。它
利用天線陣列的波束會成和指向，而產牛多個獨立的波束，以自適應地調整其方向圖以跟
蹤信號的變化；同時對干擾方向調零以減少甚至抵消干擾信號，以提高接收信號的載于比，
增加系統的容量和頻譜效率。
    智能無線的特點是能夠以較低的代價換得無線覆蓋范圍、系統容量、業(yè)務質量、抗阻
塞和掉后等性能的提高。
    智能天線在干擾和噪聲環(huán)境下，通過其自身的反饋控制系統改變輻射單元的輻射方向
圖、頻率響應以及其它參數，使接收機輸出端有最大的信噪比。智能天線的基本結構如圖
1所示。
    3．軟件無線電技術
    軟件無線電技術是AMPS、TACS、GSM、CDMA等新技術和標準不斷出現、DSP處理速度不
斷提高和價格不斷卜降的產物。軟件無線電將模擬信號的數字化過程盡可能地接近天線，
即將AD轉換器盡量靠近RF前端，利用DSP的強大處理能力和軟件的靈活性實現信道分離、調
制解調、信道編碼譯碼等，從而為2G系統向3G系統過渡，提供了一個無縫隙的解決方案。
    軟件無線電技術的發(fā)展和實用完全依賴于高速芯片技術如DSP、AD轉換等的發(fā)展，其核
心技術是構造軟件無線電收發(fā)信機的總線結構和算法處理。目前，  Motorola和 Ericsson
等大公司已在軟件無線電在移動通信基站方面的應用等方面進行一片深入的研究，并正在
努力開發(fā)適合軟件無線電技術的器件美國MIT計算機系的研究人員正在解決軟件無線電的一
些算法問題，如時間解耦等；另外，也有人正在進行如何實現軟件的即裝即用問題。
    4．多用戶檢測技術
    在CDMA系統中，由于碼間不正交，會引起多址干擾（MAI）。多批干擾限制了系統的容
量。為消除多址干擾的影響，人們提出了利用其它用戶的已知信息去消除多址干擾的多用
戶檢測技術。多用戶檢測技術分為兩大類：線性多用戶檢測和相減去干擾檢測。在線性多
用戶檢測中，對傳統的解相關器軟輸出的信號進行一種線性的映射（變換）以產生新的一
組有希望提供更好性能的輸出。在相減去干擾檢測中，產生對干擾的預測并減去。
    目前，在CDMA系統中的多用戶檢測技術部還存在著一定的局限，主要表現在：
    ．多用戶檢測只是消除了小區(qū)內的干擾，而對小區(qū)間的干擾還是無法消除；
    ．算法復雜度高，不易在實際的系統中實現；
    多用戶檢測技術的局限是暫時的，隨著數字信號處理技術和微電子技術的發(fā)展，降低
復雜性的多用戶檢測技術必將在第三代CDMA移動通信系統中得到廣泛的應用。
我國第三代移動通值系統的研究狀況
    我國十分重視第三代移動通信技術的研究。1997年5月，在由國家863計劃通信主題專
家組發(fā)起的“W－CDMA技術高級專家研討班”上，與會專家就W－CDMA技術和第三代移動通
信體制標準進行了廣泛的研討和交流。隨后，國家863計劃通信主題很快立項“W－CDMA蜂
窩移動通信系統的關鍵技術和試驗系統的研究”和“第三代移動通信系統體制標準的跟蹤
研究”等課題。幾年來已取得了較大成就，在一些第三代移動通信系統的關鍵技術，如多
載波、Turbo碼編碼技術、多用戶檢測和軟件無線電上已進行了許多有意義的探索工作，
為我國第三代移動通信系統的研制打下了堅實的基礎。
    在重視跟蹤第三代移動通信系統發(fā)展的同時，我國在CDMA系統的研制中也進行了大量
工作，并取得了重大成果。目前，基于IS－95的CDMA基站實驗演示系統已在中國郵電工業(yè)
總公司中央研究院CDMA項目部研究開發(fā)成功，在實驗室環(huán)境內已打通了商用CDMA手機；東
南大學已研制成功了基于IS－95的CDMA手機；大唐電信已研制成功了CDMA移動交換機系統
并通過了鑒定。中國在開發(fā)Is－95 CDMA系統中獲得的寶貴經驗為開發(fā)可以兼容IS－95的
IMT－2000第三代移動通信系統奠定了寶貴與扎實的基礎。