无线电力传输讲座知识总结

无线电力传输讲座知识总结（通用5篇）

篇1：无线电力传输讲座知识总结

无线电力传输定义：以非接触的无线方式实现电源与用电设备之间的电力传输。

1889: 尼古拉•特斯拉提出无线电力传输的构想。无线电力传输方式： 电磁感应式 谐振耦合式

辐射式（无线电波、微波、激光方、超声波等方式）

电磁感应式

定义：(非接触感应式)电能传输电路的基本特征就是 原副边电路分离。原边电路与副边电路之间有一段空隙，通过磁场耦合感应相联系。特点: 较大气隙存在，使得原副边无电接触，弥补了传统接触式电能的固有缺陷； 较大气隙的存在使得系统构成的耦合关系属于松耦合，使得漏磁与激磁相当，甚至比激磁高； 传输距离较短，实用上多在mm级。缺点：

电磁感应方式传输控制不好，在其范围内的金属都会产生电磁感应消耗电源能量，另外还会使设备的线路感应发热，严重时会损坏设备。谐振耦合式传输

谐振耦合方式（WiTricity技术）：系统采用两个相同频率的谐振物体产生很强的相互耦合，能量在两物体间交互，利用线圈及放置两端的平板电容器，共同组成谐振电路，实现能量的无线传输。)输电线中的电能传入用铜制造的天线中； 2)天线以9.90MHz的波长振动，产生电磁波； 3)天线发出的能量传播到2米(6.5英尺)外；

4)同样以9.90MHz的频率震动的接收线圈，能量充入设备中

5)没有转换成能接收的能量不会被线圈重新吸收。不能产生9.90MHz共振的人和其他物体不会对它产生干扰。

2008年8月，Intel西雅图实验室的Joshua R.Smith研究小组基于磁谐振耦合无线能量传输技术开发出可为小型电器充电的无线传能装置能够实现在1m距离内给60W灯泡提供电能，效率可达75%。特点：

• 利用磁场通过近场传输，辐射小，具有方向性。中等距离传输，传输效率较高。能量传输不受空间障碍物（非磁性）影响。•

传输效果与频率及天线尺寸关系密切。缺点：

• 谐振耦合方式安全实现问题比较严重，要想更好的实现谐振耦合，需要传输频率在几兆到几百兆赫兹之间，而这一段频率又是产生谐振最困难的波段。

辐射式传输

无线电波式：主要由微波发射装置和微波接收装置组成，接收电路 可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量，在随负载 作出调整的同时保持稳定的直流电压。

微波和激光的无线能量传输技术

微波无线能量传输技术目前尚处于研发阶段，其技术优点是成本较低，技术瓶颈是效率太低，而且容易发热，损坏设备。

2009年，Lasermotive使用激光二极管，在数百米的距离传输了1千瓦以上的功率，打破了多项世界纪录，并赢得了美国航空航天局（NASA）的大奖。无线电方式问题主要在于其在能量传输过程中能量损耗太大，传输效率太低。

如果辐射是全方向性的，则能量传输效率会十分的低；如果是定向辐射，也要求具有不间断可视的方位和十分复杂的追踪仪器设备。应用及前景 1.医疗

2.游戏，娱乐

3电动汽车的无线充电

待解决的问题： 电磁辐射安全问题 电磁兼容问题

系统整体性能的提高 产品推广中的标准统一 电力公司如何计费、收费 电磁辐射安全：

传统供电：传输路径上，能量可控。无线通讯：微小功率。

无线电力传输：①路径上能量不易控；②能量功率较大。危害机理：

1.热效应：人体是导体，接受电磁波而产生涡流，发热。

2.非热效应：人体组织和器官存在微弱电磁场，受电磁波而破坏平衡，影响人体机能。

3.积累效应：高能电磁辐射造成的危害未来得及自我修复之前再次受到辐射，伤害程度就会积累。

高能量的能量密度势必会对人身安全及健康带来影响。如：

地磁场50-60μT，核磁共振0.5-4T； 阳光的功率密度一般为100mW/cm2。

所以采用无线输电时要考虑避免对人身的伤害。电磁耦合共振中程传输

 “中程”距离：可达感应线圈半径8倍的距离。

 发射装置与能量源相连，并不向外发射电磁波，而是利用振荡器产生高频振荡电流，在发射线圈周围形成一个非辐射磁场，即将电能转换成磁场；  当接收装置的固有频率与收到的电磁波频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，完成磁场到电能的转换，从而实现电能的高效传输。

 电磁耦合共振中程传输

能量的传输是在一个共振系统内部进行，对系统外的物体（非共振频率）不会产生影响。

一般情况，其磁场强度与地磁场相似，50-60μT 微波/激光远程传输

无线电波波长越短，其定向性越好，弥散越小；

电力通过振荡器变换成微波/激光电力，从送电的天线向远处以微波/激光形式无线送电；

接收天线由半波长的偶极天线、整流二极管、低通滤波器及旁路电容组成，可接收微波/激光并转为直流电力。微波/激光远程传输

微波：频率为300MHz~300GHz的电磁波 ；

现有的研究中，两种频率比较常用：2.45GHz、5.8GHz，可穿越云层。激光：3.846*10^(14)Hz到7.895*10^(14)Hz。

障碍物会影响激光与接收装置之间的能量交换，穿越云层能量损耗大。在接收整流天线口径面以外的区域基本都是符合辐射安全标准的，在接收天线口径面内的辐射相对较强，需要在接收系统外围建立保护禁区。目前一般采用的微波功率密度约为5mW/cm2

无线能量传输系统在工作时周围空间会存在高频电磁场，这就要求系统本身具有较高的电磁兼容指标。电磁兼容性问题三个因素： 电磁干扰源； 耦合途径； 敏感设备。

从这三个因素入手，对症下药，消除其中某一个因素，就能解决电磁兼容问题。因此采取有效的抗干扰措施、屏蔽技术、合理使用电磁波不同的频段、避免交叉、重叠等造成不必要的电磁干扰。微波电磁兼容问题

微波：频率为300MHz~300GHz的电磁波 ；

现有的研究中，两种频率比较常用：2.45GHz、5.8GHz，这两个频率已经分配给ITUR无线广播、工业和医学当中使用。同频率间的电磁干扰是必须考虑的。

电磁感应式：

包括输入整流、高频逆变、可分离变压器和输出整流滤波等环节。可分离变  

 

  

 压器按其原边与副边的相对运动状况又可分为：静止、旋转和相对运动三种形式。

电磁感应式：

 满足要求的前提下，缩短传输距离，提高效率；  提高原边与副边的横向位置精确度；

 避免金属异物进入传输线圈之间引起局部发热现象。

由RF电路产生与谐振线圈固有频率相同的高频正弦信号，经过线性功率放大之后，注入到发送端LC谐振线圈，经过非辐射性高频磁场耦合，能量传递到接收端谐振线圈，经过输出整流滤波之后为负载供给能量。传输距离一般为8倍线圈距离。缩小铜线圈；增大传输距离。微波式：

高性能天线；微波源；微波接收整流设备。

微波式-微波源：

 微波电子管在高电压下可以放大较高功率的微波，具有较高的效率（70%）；  半导体放大器通常只放大低功率微波，其所需要的电压也比较低，然而它的成本却较高。

微波式-整流设备：

 硅整流二极管天线：由一个天线及高频整流电路所构成，高频整流电路能够将微波信号经由肖特基二极管整流成直流电源。

如：一个微波吸收效率为85%的硅整流二极管天线，其覆盖直径为5km。Qi标准—产生背景

设备使用的充电器千差万别，电源插口形式、设备插口形式、电压等级、电流容量均存在较大差异，因此往往每台设备都配有专用的电源转换器，这既产生了极大的浪费和污染。

一个充电设备可供各种不同企业、不同品牌的便携终端充电，Qi应运而来。Qi 标准的组成及基本原理

目前WPC 确定的Qi 标准1.0 版本是低功率技术规范，针对不超过5 瓦特的电子设备。针对不超过120 瓦特的中等功率技术规范制定工作也已于2010 年10 月启动。

 第一部分对无线充电器及接收器的界面进行定义；

 第二部分和第三部分是对产品的表现要求和认证测试的要求。只有获得认证的产品才能允许使用Qi 标识。

一块充电板内部可以有多个变压器原边绕组部分，这决定了一块充电板可同时为多少待充电设备充电的数量。原边绕组和副边绕组分别和无线通信控制单元连接，对能量变换进行检测和控制。

篇2：无线电力传输讲座知识总结

据美国宇航局太空网9月15日报道，一位曾供职美宇航局的科学家利用无线电波，将太阳能在两个夏威夷岛屿之间传输了92英里(约合148公里)的距离。他宣称，实验成果证明这一技术可以将太阳能从卫星传回地球。

约翰〃曼金斯(JohnC.Mankins)向《探索频道》演示了这项太阳能传输技术。《探索频道》为这次历时4个月的实验提供了经费，并于美国东部时间9月12日晚9点播出了实验结果。曼金斯的构想是将重达1102磅(约合500公斤)的轨道卫星收集的太阳能传输至地面一个大型接收站。

曼金斯曾在美宇航局工作25年之久，长期负责宇航局太空太阳能项目，直至该项目被取消。今年5月，他成功将20瓦的太阳能在两个岛屿之间传输。据曼金斯介绍，由于岛上的接收站过于小，只有千分之一的能量被接收到。这次实验耗资约100万美元，曼金斯表示，他要是有更多的资金，那么就能造出更大的太阳能阵列。

篇3：浅论无线电力传输与最新应用

“无线电力传输”, 顾名思义利用无线电的手段, 将发电厂制造出来的电力或者自然产生的电力转换成为无线电波, 再将其发送出去, 通过特定的接收设备讲无线电波收集起来并重新转化为电力, 供用电设备的正常使用。

一、无线电力传输的发展历史

说到电力的无线传输, 不得不提的人就是1856年出生在克罗地亚的美国籍科学家尼古拉·特斯拉, 他是上个世纪之初很少有的实验通才, 他在很多科学技术方面都有专利成就。而特斯拉最有价值的成就无疑是发现了旋转磁场原理, 并发明了多项交流供电系统和交流感应电动机。

21世纪是科技高速发展的新纪元, 无线电力传输技术也迎来了新的发展。2001年5月, 国际无线电力传输技术大会在留尼旺岛召开, 期间来自法国国家科学研究中心的皮格努莱特利用微波无线电能传输技术点亮了距电源40m的一个200W的灯泡。2010的国际消费类电子产品展览会上, 国产品牌海尔公司推出了一款“无尾电视”, 整事应用了无线电力传输技术。而无线电力传输技术如今仍处于研究阶段, 各国科学家通过研究利用无线电力传输技术, 准备在月球上建设太阳能发电站, 然后将其产生的电能传送到地球, 以供人类使用。

二、无线电力传输技术的分类及其应用

无线电力传输技术是通过电磁感应和能量的相互转换来实现, 无线电力传输技术主要通过电磁共振、电磁感应、微波、激光等方式进行电力传输。由于无线电力传输实现的供电距离不同, 可以将无线电力传输大致分为无线短距离电力传输、无线中距离电力传输、无线远距离电力传输三类。下面就分别介绍这三类无线电力传输技术.

2.1短距离无线电力传输方式。短距离无线电力传输方式可通过电磁感应实现。这种传输方式需要以磁场作为介质, 利用发射线圈与接收线圈之间的磁耦合来传输能量。使用变压器耦合, 使得初级和次级线圈生成感应电流, 该电流可在介质中形成交变电场, 这样电能就可以隔着大部分非金属材料进行传输, 这样就能把能量从发射端转移至接收端, 从而实现了电力的无线传输。这种传输方式的优点是结构简单、成本相对较为低廉、技术安全可靠。缺点是功率较小且受制于最大约10cm的传输距离, 一般可以用于小型电子设备的供电。目前常见的应用有电动牙刷的感应式充电、mp3等小功率电子设备。

2.2中距离无线电力传输方式。中距离无线电力传输方式利用电磁共振耦合原理或电磁波射频来实现。这种传输方式的传输距离可达感应线圈内半径8倍的距离, 利用接受天线和与其固有频率相同电磁频率的发射场引起电磁共振, 以此来产生强电磁耦合, 达到中距离电力传输的目的。这种传输方式传输距离较远, 功率可达上千瓦。2010年的国际消费电子产品展览上, 海尔公司的“无尾电视”就是使用了电磁共振耦合技术, 这台电视的机箱内置了一个线圈, 使其能够在1m之外接收到100W的电力。这种技术可为手机、笔记本电脑、助听器等提供无线电力传输。

2.3远距离无线电力传输方式。远距离无线电力传输方式利用微波、激光等形式来实现远距离传播电能。微博和激光的抗干扰性强, 通过有效的调整、整流等方式处理, 将其发射到远端的接收设备上, 从而实现远距离的电力传输。这种方式的基础设备昂贵, 能应用于长距离、大范围的电能传输, 所以大多数用于太空科技领域, 例如人造卫星、太空站、航天器之间的能量传输。

三、结论及展望

本文对无线电力传输的原理、发展以及现状进行了简单的研究。无线电力传输基于非线性传输电能的理论基础, 将电能利用电磁波的方式发射, 在接收端形成共振状态, 从而达到电力无线传输的要求。无线电力传输作为一项新兴的科学技术, 近年来受到了越来越多的关注, 在很多方面能够方便人类的生活。经过多年国内外的研究, 无线电力传输的发展巨大, 但仍有许多瓶颈问题需要攻克, 相信通过人们不断的努力和研究, 在不久的将来能够实现无线电力传输在生活上的更多应用。

参考文献

[1]古丽萍.令人期待的无线电力传输及其发展[M].中国无线电, 2012年01期.

篇4：梦想科技之无线电力传输

特斯拉线圈发明，无线电力传输问世

1891年，科学家尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）发明了一种感应线圈，它可以产生非常高的交流电压。特斯拉就用它实现了电力的无线传输。

特斯拉线圈的原理很简单，它的核心就是两个变压器。经过特斯拉的特殊设计，它可以生产上亿伏的电压。而上亿伏的电压，已是自然界雷电的电压水平。

有人说，美国著名科学家富兰克林（Benjamin Franklin）“把雷电从天上抓到人间”，其实用这个说法来形容特斯拉似乎更合适。富兰克林只是用风筝收集到一部分静电，而特斯拉曾制造出超过1亿伏的电压，非常接近自然界的雷电水平。现在我们做雷电实验的装置，核心就是一个特斯拉线圈。

闪电实验后，特斯拉又逐步认识到他的线圈其实也是一个能量传输装置：初级线圈与次级线圈是可以分开一定距离的。经过反复试验，1899年特斯拉在他的实验室利用磁感应原理，无线点亮了18米外的电灯泡。

电与磁的交响曲，无线电力传输的本质与途径

无线电力传输，实质上就是能量的传输。电力的本质是电子的移动，无线电力传输能不能直接传输电子呢？这在目前的技术条件下是不大可行的。因为电子天生爱自由，离开导线后，它的运行轨迹就很难控制。并且，相对来说电子的体积和质量都太大，向目标无线发射时，发射源的电压要极高才行——雷电转移的就是电子，这个过程很暴烈。

现在，能利用的无线电力传输技术，核心原理是电磁感应。电磁场没有体积与质量，与空气等很多物质几乎没有任何相互作用，却具有一定的能量，可以不依靠导线而以光速传播——貌似很有前途。

但电磁场也有一个问题，恰恰是因为它没有质量，也不带电荷，它的能量很小，即传输功率很低。况且，虽然初级线圈与次级线圈是可以分开的，但电磁场的感应强度会随距离的增大而急剧减小——目前市场上的手机无线充电器，主要原理就是电磁感应，功率都不大，且要求距离非常近才行。

电磁感应还有一个神奇的兄弟——电磁波，低频变化的电磁场平淡无奇，但当这种变化达到一定程度时，电磁波就会犹如一股神秘的力量出现。太阳是一个巨大的磁体，但其磁场的主要影响也仅限于表面几千米以内，而其辐射的光（也是电磁波）则可以将其能量带到亿万千米以外。月球距太阳约1.5亿千米，但其白天的表面温度高达120℃以上，就是因为太阳光的照射。可见，用电磁波无线传输能量是完全可行的。

特斯拉壮志未酬，伟大梦想重启风帆

无线电力传输技术与一个伟大的梦想相连。特斯拉在无线点亮灯泡的次年（1900年），还产生了一个更大胆的设想：建造一个发射机作为“电源”，以地球高空的电离层作为“放电线圈”，再在其他位置建造一个“电力接收机”，就能实现电力的全球无线传输，极富想象力！

为验证这个设想，他建造了“沃登克里佛塔”，雄心勃勃地要进行“从美国到巴黎的无线电力传输”实验，这个实验的核心原理还是电磁感应。当时经典电磁理论刚诞生不久，而且验证电磁波存在的时间也不长。这个设想远远超出了那个时代人们的认识水平和技术条件，投资人逐渐失去耐心，终止了资助。

据说，有人在理论上证明特斯拉的设想不是没有可行性。但这个想法实在太冒险，若一招不慎，破坏了电离层，可能会给地球上的生物带来灭顶之灾。不过，未尝没有替代方案。2012年，美国国家航天局开始资助一个名为“大型相控阵太阳能发电站卫星（SPS-ALPHA）”的研究项目。它可以把在太空中产生的电力，利用电磁波无线传输到地球上使用，也可以无线供给其他航天器。太空中阳光的能量密度是地球表面上的8～10倍，并且不受黑夜和阴雨天的影响，是一种储量巨大且清洁的能量来源。预计，SPS-ALPHA计划最早于2025年升空，可以解决人类目前约1/3的能量需求，让我们拭目以待这一梦想科技的实现。

篇5：无线电力传输讲座知识总结

摘要：文章介绍了目前两种第3代移动通信系统中的宽带无线传输技术方案――以欧洲为代表的W-CDMA和以美国为代表的CDMA2000。

关键词：移动通信宽带码分多址直接扩频无线传输技术

信息时代对通信系统的依赖越来越强，随着人们对移动通信需求和业务类型的增加，现有的移动通信系统已面临许多问题。由于用户的不断增加，现有系统的容量越来越显得不够，且现有系统很难提供新业务，全球覆盖、漫游业务更难以实现。为此，国际电联(ITU)提出了全球用一个统一的标准来实现第3代移动通信系统，即后来的IMT-2000。

日本于1997年初就着手第3代系统的标准化过程，并提出了一种基于宽带CDMA的方案，日本的行动促进了欧洲和美国的标准化进程。由于日本自然条件的限制，为了使自己能在未来的第3代移动通信市场中占有较大的份额，日本倾向于欧洲提出的宽带CDMA方案W-CDMA，日本方案将可能与欧洲方案统一，形成以欧日为代表的W-CDMA方案。在美国和韩国等国，由于基于IS-95标准的CD-MA第2代系统的研制成功，提出了以IS-95为基础向宽带发展的第3代移动通信系统，具有代表性的是宽带CDMAOne，后来改为CDMA2000。因此目前有关第3代移动通信系统无线传输技术(RTT)方案基本上分为以上两大派别。这两种方案中除了扩频码速率和下行链路结构上的不同之外，网络同步问题是两者的又一区别，W-CDMA系统中各小区是异步操作的，而CDMA2000中各小区是同步操作的，后者采取同步操作的一个原因是考虑到与IS-95的兼容问题。当然在IMT-2000无线传输技术方案提交的过程中也有其它一些方案，但本文主要介绍W-CDMA和CDMA 2000这两种方案。

1 CDMA2000

CDMA2000方案中主要考虑到空中接口与IS-95的兼容问题，最大限度地沿用了IS-95的主要技术和技术思路。CDMA2000的扩频带宽为N×1.25MHz(N=1，3，6，9，12)，即1.25MHz，3.75MHz，7.5MHz，11.25MHz和15MHz。在该方案中，当N=1时，就是IS-95所支持的扩频带宽。在其它带宽上，为了和现存的IS-95系统载波正交地并存，除了采用直接扩频的方式外，还使用了多载波方式。从整个方案看，CDMA 2000可以看作为IS-95的升级版，所有IS-95的信令系统可以看作是CDMA 2000的一个子集，因此CDMA 2000与IS-95的信令系统、空中接口尽可能地保持一致或相似或共存，系统可以覆盖IS-95的工作频段。

CDMA2000中定义了如下一些物理信道：前向、反向基本信道，前向、反向增补信道，前向、反向专用控制信道，前向、反向公共控制信道，前向、反向导频信道，前向寻呼信道，反向接入信道，前向专用辅助导频信道，前向公共辅助导频信道，前向同步信道。按照信道所传输的信息可以将这些物理信道分为专用信道和公共信道两类。前向专用物理信道以点对点的方式从基站向一个移动台传输信息。反向专用物理信道用来传输从某个移动台到基站的信息。公共物理信道也分为前向和反向公共物理信道，前向公共物理信道主要是以点对多点的形式由基站向一组移动台传输两种信息：广播式的管理信息(如系统参数)和发送给指定用户的定向信息(如寻呼信息)。反向公共物理信道包括反向接入信道和反向公共控制信道，主要以竞争方式向基站传输来自多个移动台的信息。

在前向链路中，考虑到和IS-95的兼容，CDMA2000的前向同步和寻呼信道具有两种方式：共享同步和寻呼信道、宽带同步和寻呼信道。共享方式所提供的信道可以供CDMA2000和IS-95使用，显然这种信道只能用在系统配置为覆盖方式情形下。而宽带信道方式是作为前向公共物理信道的一部分，并在整个信道带宽上进行调制，这种信道可以应用在覆盖配置和非覆盖配置的系统中。CDMA2000中，系统为所有用户提供了一个前向公共导频信道。该导频信道是以0号Walsh码扩频过的全0序列。公共导频信道在基站以广播形式通过天线扇区传输，需要导频信号和用户数据能通过同样的路径传输，因此一个天线波束需要一个单独的辅助导频信道。在CDMA 2000中，当在基站使用天线阵列时，前向辅助导频信道就是为了这个目的而引入的，该信道和其它前向信道使用正交Walsh码码分复用在物理信道上。由于辅助导频信道上传输的是全0，而且该信道的引入占用了一个Walsh码道，减少了用于业务信道的可用正交Walsh码，所以辅助导频信道可以使用较长的Walsh序列。在保持码正交性的前提下，可用增加Walsh码长度的方法增加用于辅助导频信道的码数目。

CDMA2000前向链路支持N×1.2288Mcps(N=1，3，6，9，12)。N=1时，与IS-95相似，但是使用了四相相移键控(QPSK)调制和快速闭环功率控制。当N≠1时，可以采用N个1.25MHz载波进行多载波传输，每个载波上的扩频切谱速率为1.2288Mcps(Mcps为每秒兆切谱数);也可以用切谱速率为N×1.2288Mcps在一个载波上对数据进行直接扩频。CDMA2000中提供了两种前向数据信道：基本信道和增补信道。这两种信道使用正交码将它们分开，而且一般传输功率也不相同。CDMA2000就是利用这两种信道处理用户同时发起的多业务问题的。前向基本信道上传输的是和IS-95中一样的变速率业务，在接收端需要进行速率检测，每种速率的业务用正交码道传输，帧周期为20ms和5ms两种。其中20ms帧可以支持IS-95中业务速率集合RS1和RS2。前向增补信道支持两种工作模式：第1种模式用于数据速率不超过14.4kbit/s的业务，在接收端用盲速率检测数据速率。该模式下所支持的数据速率是由IS-95中业务速率集合RS1和RS2所派生出来的业务速率。帧结构和20ms的前向基本信道相同;第2种模式是提供数据速率信息的。前向基本信道和增补信道的第1种模式所传输的数据用循环编码，而在增补信道的第2种模式中，高速数据可以采用循环码或Turbo Code的编码方式。值得一提的是前向增补信道可以根据实际情况有多个增补信道。

CDMA2000系统中，数据采用了调整编码速率，符合重复以及序列重复等多种速率匹配的方法。系统中，每个基站可以有多个前向寻呼信道，各个寻呼信道用经过掩膜算法的长码加以区分。前向专用控制信道的帧周期也是5ms和20ms两种，并采用循环编码。CDMA2000中为了减少小区内干扰，每个前向物理信道都经过正交的Walsh码调制。不同的信道使用的Walsh码字是不同的，所有经过Walsh正交复用的各个信道经过速率匹配、信道编码(循环码和Tur-boCode)以及交织等处理后，通过用户长码进行扰码，再映射到I、Q路(对于多载波方式，首先将数据分为N路)，分别进行信道增益、功控信息插入及Walsh扩频等处理。经过脉冲整形滤波器和射频调制后发射出去。如前所述，当N=1时，系统可以在现有的IS-95频段上进行射频调制，也可以在其它频段上调制，而其它新的CDMA 2000信道则要求和现有的IS-95信道正交地存在。

在反向链路上，反向专用信道除了反向导频信道常用外，反向基本信道、增补信道及专用信道根据实际业务需要可用可不用。各信道用正交Walsh码分开。导频信道和专用控制信道映射到I路，基本信道和增补信道映射到Q路。I、Q路的数据用伪随机数(PN)序列扩频。经脉冲整形滤波后，调制到射频发射。增补信道一般用2比特的Walsh码扩频，当需要用两个增补信道时，则采用4bit的Walsh码。如再需要增补信道，则可通过增加Walsh码的长度(最长为8bit)，同时将其分别映射到I、Q路。反向导频信道上发送的是经过时分复用的功率控制信息和一个固定的参考值。基本信道传输IS-95支持的RS1和RS2速率。反向增补信道与前向增补信道一样，也是两种模式。基本信道和增补信道的信道编码方式与前向的编码方式相同。反向公共信道中，反向控制信道扩展了反向接入信道的能力，公共信道以时隙ALOHA方式工作。每个反向接入信道或反向公共控制信道都由一个接入前导部分和接入消息封装组成。前导部分为无数据承载的反向导频信道，长度为N×1.25ms(N≠0)，N由基站指定。前导部分的长度由基站搜索PN码的速率、小区半径以及小区的多径特性所决定;接入消息封装包含接入或公共控制数据以及相关的导频信号。当移动台以某一种方式和基站通信时，与接入信道相关的反向导频信道和与反向公共控制信道相关的反向导频信道在结构上是相同的。它们的主要区别在于与接入信道相关的反向导频信道没有功率控制子信道，它传输的是全0。反向接入信道是以固定的9600kbit/s或4800kbit/s发送的，通常是9600kbit/s。基站可以通过广播信号指定移动台接入信道的发送速率。而当移动台发送功率受限时，移动台也可以自动地将接入信道的速率降低到4 800kbit/s。但是在一个接入周期内，该速率保持不变。反向公共控制信道的数据速率为9.6kbit/s、19.2kbit/s和38.4kbit/s，在后2种速率下的发射功率分别比9.6kbit/s的发射功率高3dB和6dB。同样基站可以指定其发送速率，移动台可根据本身发射功率自动调制发送速率。

2W-CDMA

1998年元月，欧洲电信标准委员会(ETSI)从各家公司提出的5种候选方案中选出两种方案：基于频分双工(FDD)的WCDMA和基于时分双工(TDD)的TD-CDMA方案，

显然这两种方案不可能同时独立地提交给ITU(ITU起先的意图是实现全球标准统一化)。但是这两种方案各有优缺点，因此ET-SI正努力试图将这两种方案融为一体，形成一个FDD、TDD双模式共存的方案，期望这种方案能够灵活地适应不同环境、数据速率的变化以及各个运营商的要求。WCD-MA可能工作在覆盖面积较大的区域，提供中、低速业务，而TD-CDMA则主要侧重于业务繁重的小范围内，提供速率高达2Mbit/s的业务。该方案的基本参数为：1920～1980MHz频段分配给FDD上行链路，2110～2 170MHz频段分配给FDD下行链路，而没有镜像频率的1 900～1 920MHz频段分配给TDD双工模式使用。基本带宽为5MHz，但其实际值可以200kHz为步长，根据需要在4.4MHz到5.2MHz之间调整。基本带宽可以扩展到10MHz、20MHz。基本扩频码速率为4.096Mcps，扩频码速率同样也可以扩展到8.192Mcps、16.384Mcps。下行链路通过时隙边界来划分。

2.1W-CDMA的FDD模式――WCDMA

WCDMA定义了5种物理信道：专用物理数据信道，用于传输第2层以上的专用数据;专用物理控制信道，用于传输第1层产生的控制信息，如用于信道估计和相干检测的导频信息、功率控制信息、速率指示信息等;普通控制物理主信道和次信道，产生固定速率的下行信息，不产生功控信息和速率信息;物理随机接入信道，用于移动台向基站传输随机接入信息;主同步信道和次同步信道，主要用于小区搜索，该下行同步信号在每个时隙发送一次。

移动台通过物理随机接入信道向基站发送随机接入信息，它是以时隙ALOHA的方式工作。移动台仅在相对于小区广播控制信息帧的边界处，在一个固定时延后发送一个随机接入突发信息发起接入尝试。该信息由1ms前导部分和10ms消息部分组成，两者之间有0.25ms的间隙。因此用户发起随机接入时，相对于小区广播控制信息帧边界的时差为N×1.25ms，N=1，2，…，8，代表了随机接入时隙号，也就是说一帧内有8个随机接入时隙，在一个小区中，哪些特征序列可以使用的消息通过基站下行信道予以广播。前导部分由16个复数符号组成，消息部分的结构与上行专用物理信道相同，也分为数据和控制两部分，数据部分的扩频增益SF为256、128、64、32，而控制部分为256。数据部分包含16比特的移动台标识符(由移动台在发起随机接入时随机地选择)、服务要求和CRC校验等，也可以携带短用户信息。

在第3代移动通信系统中，存在对多业务的支持问题。多业务的设计是要求在保证频谱利用率的前提下，灵活地将不同服务质量(QOS)要求的各连接复接起来。WCDMA方案中采用了对不同QOS要求的业务进行不同的信道编码策略，以编码增益来换取对不同QOS要求的业务进行同样的处理方法，标准业务仅采用卷积编码，高质量业务在卷积编码的基础上增加了RS编码或选用TurboCode的编码方法，而对于特定业务则在第1层不采用纠错编码而完全由高层采取差错控制。这样处理的结果使得各种业务变化为同一种数据，使后级的扩频和调制过程得到简化。

在宽带CDMA中，用来对付多径衰落的有效方法是采用RAKE接收机。WCDMA中，上下行信道都有导频信号，因而可以在接收端通过准确同步，利用本地导频信号和接收到的导频信号进行相关运算，估计信道，实现相干解调。

2.2W-CDMA的TDD模式――TD-CDMA

大部分第3代移动通信系统的空中接口方案都是基于FDD模式的，也有一些是TDD模式的，如基于TDD的TD-CDMA。TD-CDMA中使用CDMA的目的是为了将不同的信道复用到一个TDMA时隙里。在第2代移动通信系统研究中，有关TDMA和CDMA的争论持续了很久，因为两种多址接入方式各有优缺点。但CDMA以其容量大、频带利用率高等特点使其在第3代移动通信系统中站稳了脚跟。在TD-CDMA系统中，除了CDMA的一些优点外，有一部分优点来自TDMA的使用：

(1)由于使用了TDMA，使得上下行信道可以用TDD的复用模式，而这种模式的最大优点在于它可以工作在没有镜像频率的频段上，不像FDD模式对频段要求那么严格。

(2)TD-CDMA由TDMA带来的另一个好处在于用户被分配到不同的时隙中，这样就使得同时处于激活状态的用户数大大小于纯CDMA的方式。而且，由于用户数较少，就可以用联合检测和智能天线的方法减少用户间的干扰。

(3)TDMA的工作方式，可以将用户按照实际情况，重新分配其占用的时隙，使得用户可占用干扰较小的时隙，从而提供传输的可靠性。

(4)由于在TDMA中，用户处于非连续发射状态，因此用户除了监听它所属的基站信号外，还可以监听来自其它基站的信号，以便切换到信号更强的基站区域内工作。

同样TDD复用模式也给TD-CDMA带来了不少好处：

(1)TDD模式可以灵活分配上下行信道之间的带宽，只需要调整上下行信道占有的时隙数即可。

(2)TDD模式中可以实现快速、精确的开环功率控制。在TDD中，上下行信道占用同样的频率，可以认为在一段时间内其信道特性相同，因此不仅阴影效应在上下行信道上引起的信号衰落是相关的，而且上下行信道在多径衰落上也是高度相关的，这样在TDD中仅需要开环功率控制即可。

(3)分集合并技术用于抗多径衰落非常有效，但是分集接收方法由于实现复杂，不适用于移动台。在TDD模式中，基站通过测量不同接收天线上的接收信号，选出最强的信号来解调信号。由于上下行信道衰落高度相关，基站选择上下行链路中接收信号最强的天线作为下一帧下行链路的发射天线，这样就使移动台用一个天线实现了选择性天线分集。

(4)在TDD模式下，发射和接收是分时进行的，因此可以不使用双通道滤波器，减少了模拟电路，因此TDD比FDD更适用于实现低功耗系统。

在TD-CDMA系统中，一个TDMA帧周期为10ms，分为16个时隙，每个时隙对应256个码片。为了通信能正常进行，不管上下行信道之间的带宽怎么分配，都至少有一个时隙分配给下行链路，即时隙0分配给下行链路作导引信号。系统有两种扩频方式：

(1)多码传输

在这种方式下，扩频增益是固定的。在上行链路上，每个时隙可以有8个不同的数据突发，使用不同的扩频码将它们分开，而这8个突发可以分配给8个不同的用户，也可以分给同一个用户。如果一个用户占有了一个时隙内的多个突发，那么这个时隙内可以有多于8个的突发。在下行链路上，可以有8个以上的突发。

(2)变扩频增益方式

一个移动台使用一个扩频码，并以不同的扩频增益传输不同速率的数据。基站通过扩频码区分移动台，用一个突发广播一个移动台的扩频增益。如果一个移动台传输高速率的数据，它可能会占有多个时隙。

在TD-CDMA中，基本物理信道由时隙和时隙内的CDMA扩频码决定。对于同一个连接的多个服务可以各自进行信道编码、交织后，再映射到不同的基本物理信道上，这种情况下，各个QOS可以分别独立地控制，也可以以时分复用的方式在不同的信道编码方法处复用后，再映射到基本物理信道上。在TD-CDMA方案中，前向纠错编码与WCDMA的相似。该方案中在一个时隙内可以有K个正交的CDMA码，可以分配给一个或多个用户，一般每个数据符号对应Q=2p个码片，其中1≤p≤4，p可以按照实际干扰和服务要求选择。数据被分为两块填入相应的突发数据分组中，经QPSK调制和脉冲整形滤波器(滚降系数为0.22)进行滤波处理后再用正交扩频码扩频，经射频电路调制发射出去。TDD可以工作在至少能传输一路速率为4.096Mcps数据的任一频段的载频上，在接收端可以使用联合检测接收。

当然它有利也有弊。TDD非对称资源分配也会带来一些不利因素。假如移动台MS1、MS2分别在基站BS1、BS2所属小区内，当MS2处于BS2小区边缘时，MS2将以较大的发射功率传输信号给BS2，这时由于各小区上下行信道所占用的时隙不一定相同，MS1如果距离MS2较近，MS2则会干扰MS1的接收;另一方面，基站BS1的发射功率一般都会比MS2大，这样BS1发射的信号就会影响BS2对MS2信号的接收，因此在TDD资源分配算法中应避免这种情况的出现。

3结束语

无线传输技术是IMT-2000系统中的重要组成部分。从目前的情况看，虽然全球统一标准化已不可能实现，但是未来的方向极有可能是多种不同的地区性第3代标准共存，现在的目标是尽量减少地区性标准的数目。从目前各国提交给I-TU的方案看，CDMA2000由于是建立在IS-95空中接口的基础上，并利用已成熟的信息系统、越区算法的技术，因此，相对来说技术复杂程度低、风险小，有利于第3代双模手机的开发。

作者简介：

李景峰，东南大学移动通信国家重点实验室博士研究生。

程时昕，东南大学教授、博士生导师、移动通信国家重点实验室主任，中国电子学会和中国通信学会会士，国家“863”通信高技术第1届专家领导小组成员。主要研究方向为：数字移动通信和个人通信技术。