WCDMA系统的几种关键技术研究

2022-09-11

1 多址技术

多址技术属于信号正交划分与设计技术, 用于区分多个动态地址。扩频码分多址是数字移动通信中的一种多址接入方式, 特别是在3 G系统中, 它己成为最主要的多址接入技术。扩频通信确切地说称为扩谱通信更恰当, 因为被扩展的是信号频谱带宽, 是一类宽带通信系统。它的主要特征是扩频前的信息码元带宽远小于扩频后的扩频码序列的带宽。扩频通信具有抗干扰能力强、保密性能好、大容量等优点。

因为3 G系统采用码分多址技术, 所以扩频码的选择至关重要。I S-9 5系统中采用了64位W a l s h函数作为扩频码, 前向信道的性能可以得到保证, 但反向信道性能还不尽如人意。在第三代移动通信中, 业务己由单一速率的话音拓广为不同速率的话音、数据与图像的多媒体业务。这样, 在第三代系统中不同业务信源给出的信息速率是不同的, 而信道传输带宽是固定的, 如W C D M A中为3.84Mbit/s, 显然, 在扩频过程中不同业务、不同信息速率要采用不同的扩频比, 才能达到同一信道传送的码率为3.84Mbit/s。同时由于同一小区中, 多个移动用户可以同时发送不同的多媒体业务, 为了防止多个用户不同业务间的干扰, 我们必须采用一种适合于不同速率多媒体业务和不同扩频比的正交码, 这就是O V S F码。

2 信道编码

虽然扩频技术有利于克服多径衰落以提高传输质量, 但扩频系统存在潜在的频率效率低的缺点, 所以系统中必须采用信道编码技术以进一步改善通信质量。目前, 主要采用前向信道纠错编码和交织技术以进一步克服衰落效应。编码和交织都极大地依赖于信道特性和业务需求。不仅对于业务信道和控制信道采用不同的编码和交织技术, 对于同一信道的不同业务也采用不同的编码和交织技术。

信道编码的编码对象是信源编码器输出的数字序列 (信息序列) 。信道编码按一定的规则给数字序列M增加一些多余的码元, 使不具有规律性的信息序列M变换为具有某种规律性的数字序列Y (码序列) 。也就是说, 码序列中信息序列的诸码元与多余码元之间是相关的。在接收端, 信道译码器利用这种预知的编码规则来译码, 或者说检验接收到的数字序列R是否符合既定的规则从而发现R中是否有错, 进而纠正其中的差错。根据相关性来检测 (发现) 和纠正传输过程中产生的差错就是信道编码的基本思想。

W C D M A选用的码字是语音和低速信令业务采用卷积码, 数据业务采用T u r b o码的编解码技术。卷积编码器在任何一段规定时间内产生的n个码元, 不仅取决于这段时间中的k个信息位, 而且还取决于前N-1段时间内的信息位。此时监督码元监督这N段时间内的信息, 这N段时间内的码元数目n N称为这种码字的约束长度。卷积码的解码方法有门限解码、硬判决V i t e r b i解码和软判决Viterbi解码。其中软判决Viterbi解码的效果最好, 是通常采用的解码方法, 与硬判决方法相比复杂度增加不多, 但性能上却优于硬判决1.5-2 d B。

3 功率控制

码分多址C D M A与频分多址F D M A以及时分多址T D撇相比, 具有容量大、功率低、软切换、抗干扰强等一系列优点。但是在C D M A系统中, 由于所有用户均使用相同的频段的无线信道和相同的时隙, 用户间仅靠地址扩频码加以区分。若用户间的互相关性不为零, 则用户间就存在干扰, 此类干扰称为多址干扰。同时由于C D M A为一干扰受限系统, 即干扰的大小直接影响系统容量。因此有效地克服和抑制多址干扰就成为C D M A系统中最主要、关键的问题。功率控制技术是C D M A走向实用化的一项核心技术。

功率控制可以通过补偿衰落, 在接收功率不够时要求发射方增大发射功率以解决远近效应。对于上行链路, 为了克服宽带C D M A系统的远近效应, 需要动态范围达8 0 d B的功率控制。在上行链路, 功率控制分为开环功控和闭环功控:开环功率控制主要用来克服距离衰落, 闭环功率控制用于多普勒频移产生的衰落, 以保证接收到的所有移动台信号具有相同的功率。上行功率控制的目标即为所有信号到达基站的功率相同。在下行链路中, 为了实现快速和自适应的功控算法, 也插入了功控信道以实现前向的闭环功控。

4 分集技术

分集技术是一项重要的抗衰落技术, 它可以大大提高多径衰落信道下的传输可靠性。其中空间分集技术早期已成功应用于模拟短波通信中。在移动通信中, 特别是数字移动通信和第三代移动通信中, 分集技术有了更加广泛的应用。无线信道是随机时变信道, 其中的衰落特性会降低通信系统的性能。为了对抗衰落, 可以采用信道编解码、抗衰落接收、扩频等多种技术。其中, 分集接收技术被认为是明显有效而且经济的抗衰落技术。

分集技术是研究如何充分利用传输中的多径信号能量, 以改善传输的可靠性。它也是一下研究利用信号的基本参量在时域、频域和空域中, 如何分散开又如何收集起来的技术。为了在接收端得到几乎相互独立的路径, 可以通过空域、频域、和时域的不同角度、不同方法与措施予以实现。分集接收中, 在接收端从不同的N个独立信号支路所获得的信号, 可以通过不同形式的合并技术来获得分集增益。如果从合并所处的位置来看:合并可以在检测器以前, 即在中频和射频上进行合并;合并也可以在检测器以后, 即在基带进行合并。合并时采用的准则与方式主要可以分为:选择性合并、最大比值合并和等增益合并三种。这三种方法对合并后的信噪比的改善 (分集增益) 各不相同, 但总的来说, 分集接收方法对无线信道接收效果的改善非常明显。

5 智能天线

智能天线也叫自适应阵列天线, 它由天线阵列、波束形成网络、波束形成算法等三部分组成。它通过满足某种准则的算法去调节各阵元信号的加权幅度和相位, 从而调节天线阵列的方向图, 达到增强所需信号、拟制干扰信号的目的。智能天线是利用用户空间位置的不同来区分不同的用户。与传统的频分多址、时分多址和码分多址方式不同, 智能天线引入了第四种多址方式:空分多址 (S D M A) , 即在相同时隙、相同频率或相同地址码的情况下, 仍然可以根据信号不同的空间传输路径而区分。S D M A是一种信道增容方式, 与其他多址方式完全兼容, 从而可实现组合的多址方式。

摘要：移动通信综合利用了有线、无线的传输方式, 为人们提供了一种快速便捷的通讯手段。现代的移动通信发展至今, 已经走过了两代, 第三代移动通信的发展高峰即将到来。WCDMA技术从出现以来, 其技术标准逐渐演进发展为R99、R4、R5等多个版本阶段。本文对WCDMA系统的若干关键技术进行了研究。

关键词：WCDMA,关键技术,研究