LAS-CDMA應用的廣泛性

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劉禮白 信息產業(yè)部電子第七研究所


  關于LAS-CDMA技術,筆者發(fā)表的三篇文章《LAS-CDMA的原創(chuàng)性》、《LAS-CDMA技術的跨越性》和《LAS-CDMA技術的成長性》,分別介紹了LAS碼基礎研究所獲得的重要成果的原創(chuàng)性價值而寫作。而寫作本文的目的是在更加廣泛的范圍內探討LAS-CDMA技術的應用前景,以便引起多方面的關注。



1FDD蜂窩移動通信系統(tǒng)中的應用


  蜂窩移動通信幾乎關系到每個人的陸地移動通信,其最大的困難是很少有可利用的頻譜資源來滿足幾乎超過100%人口普及率的市場需求。
解決頻譜資源與使用需求矛盾的方法或途徑有三個:


  其一,增加頻譜資源,把適合于移動業(yè)務的頻段,盡可能調正給移動業(yè)務。例如原先占有2000MHz頻段的微波多絡中繼通信業(yè)務讓出頻譜資源給第三代蜂窩移動通信。由于移動通信特別需求全覆蓋特性,受電波傳播條件限制,可用的頻譜資源并不多,而其他業(yè)務,如廣播、導航、救生等許多業(yè)務是不能完全讓出頻譜資源的。


  其二,提高頻譜利用效率,提高頻譜利用效率的措施很多,歸結起來是提高信源編碼效率,提高傳輸編碼效率,提高調制解調頻譜效率。提高信源編碼效率要以保證信息復原質量為條件;提高傳輸編碼效率要以保證信息傳輸質量為條件,提高調制頻譜效率,則與信號恢復能力、信息傳輸質量以及對帶外相鄰信道用戶或相鄰頻段其他業(yè)務的干擾控制水平有關。


  其三,最根本的提高頻譜效率的措施是抑制系統(tǒng)所受的干擾,在忽略外部干擾源(由國家無線電頻譜管理主管部門協(xié)調)的條件下,系統(tǒng)的頻譜效率將只決定于白噪聲和系統(tǒng)內部自干擾。


系統(tǒng)頻譜效率表達式為:





C:信道容量(bits/s)


B:系統(tǒng)帶寬(Hz)


Ps:信號功率(W)


Pj:總干擾功率(W)


蜂窩移動通信系統(tǒng)中,在CDMA方式條件下,總干擾功率為:


PJ=PV+PISI+PMAI+PACI


PN:本地噪聲(白噪聲)


PISI:符號間干擾


PMAI:多用戶接入干擾(俗稱多址干擾)


PACI:鄰小區(qū)(信道)干擾


當系統(tǒng)為傳統(tǒng)CDMA時,以上所有干擾都存在,且滿足:


PISI>PN PMAI>PN PACI>PN


因此,傳統(tǒng)CDMA為自干擾系統(tǒng),系統(tǒng)用戶容量主要受限于系統(tǒng)內部干擾,稱為干擾受限系統(tǒng)。


對于LAS-CDMA,可以做到


PISI→O PMAI→O PACI很小


因此,可以近似地認為LAS-CDMA為噪聲受限系統(tǒng)。


  可見,在FDD情況下,LAS-CDMA將會有比傳統(tǒng)CDMA大得多的系統(tǒng)頻譜效率,對單信道而言,可望實現更高的傳輸速率,對于系統(tǒng)而言,可望擁有更大的用戶容量。



2 TDD蜂窩移動通信系統(tǒng)中的應用


  互聯網業(yè)務的興起使通信業(yè)務中出現了不對稱業(yè)務,即下行鏈絡的數據量將遠大于上行鏈絡的情況,而過去除了單向的廣播業(yè)務外,幾乎所有的通信都是對稱信道。在實現對稱業(yè)務時,網絡采用FDD方式提供對稱信道是方便的,為此,在頻率規(guī)劃時,安排對稱的頻譜資源是必要的,然而當系統(tǒng)要求提供不對稱業(yè)務時,對稱的頻譜資源的需求就不是必須的了,經濟地利用頻譜資源的方式可能就是TDD方式了。
在TDD方式工作的系統(tǒng)中,上行和下行信道使用相同的頻率,這對于單個用戶來說,不存在任何矛盾,然而在蜂窩移動通信系統(tǒng)中,就會出現在同一個基站(扇區(qū))覆蓋區(qū)內,在同一個頻率上工作的移動終端需要允許同時接收和發(fā)送信號,于是發(fā)送的終端將對接收的終端構成干擾,克服這種干擾的技術途徑有多用戶聯合檢測,自適應頻道分配、和智能天線等,在傳統(tǒng)CDMA系統(tǒng)中,盡管使用了這些技術,其局限性與復雜性都給設計師帶來麻煩。


  在LAS-CDMA系統(tǒng)中,由于無干擾窗口特性的存在和合理利用,使得兩個或多個處于同一扇區(qū)天線波束照射角內,并處于有收、發(fā)的狀態(tài),只要選用了不同的LAS碼,即可以保證不存在系統(tǒng)內部干擾,因此,不需要使用多用戶聯合檢測,自適應頻道分配及智能天線等。不但簡化了系統(tǒng)設計,而且效果會更加理想。


  TDD系統(tǒng)采用了LAS-CDMA之后,仍然像FDD系統(tǒng)一樣,擁有很大的提高頻譜效率的技術潛力。而無干擾窗口使得系統(tǒng)不再成為自干擾系統(tǒng),不再存在多用戶接入的互相干擾,則會使TDD獲得理想的應用。



3 集群移動通信系統(tǒng)中的應用


  上世紀80年代的專用移動通信網是模擬集群移動通信網,通常屬部門或公務單位所有,自己建網、自己管理、自己使用。90年代后期數字集群移動通信系統(tǒng)技術成熟,出現有專用網與共用網模式,共用網具有虛擬組網能力,可以有專門的運營單位,可以多單位共用網絡而互不影響,保持各自調度功能的獨立性。


  和公眾蜂窩移動通信網的發(fā)展途徑一樣,第一代是模擬網,第二代是數字網,公眾蜂窩移動通信有了第三代,其主要特征是更高數據速率的數據通信及多媒體業(yè)務,其網絡正在向全IP過渡,第三代的集群移動通信也必將會產生,其技術特征,除了調度功能以外,其他方面也應該相似于公眾蜂窩移動通信,而其應考慮的特別的運動載體(如高速鐵路、磁懸浮列車等)和較大的基站分布距離,可能也要考慮不同點。
  目前的數字集群主流系統(tǒng)是歐洲的TETRA和美國摩托羅拉公司的iDEN,都屬于窄帶(25KHz)TDMA系統(tǒng),其數據速率很低,但其調度系統(tǒng)功能相當完善。近來又有將公眾蜂窩移動通信標準的GSM改造成GSM-R,以適應鐵路調度使用,其帶寬為200KHz,但不管哪一樣系統(tǒng),都不能適應多媒體業(yè)務需求。因此,像第三代移動通信的主流體制一樣,可以預測未來的集群移動通信系統(tǒng)也將是CDMA的。


  LAS-CDMA應用于未來的集群移動通信系統(tǒng)時,將會像FDD和TDD蜂窩移動通信一樣擁有更高的頻譜效率,即更高的信道傳輸速率,更大的系統(tǒng)用戶容量。


  同時,由于LAS-CDMA是大范圍同步,而非Chip同步,因此會更適應較大的基站間距離,系統(tǒng)模擬也證明,LAS-CDMA允許在更高的運動速度條件下工作。


  由于LAS-CDMA既適合于 FDD又適合于TDD ,所以在集群系統(tǒng)中適合以FDDS實現終端對基站的基本互通工作方式,又方便以TDD實現終端對終端對講的輔助工作方式。


  LAS-CDMA在未來的集群移動通信系統(tǒng)中將會有競爭力。



4 固定寬帶無線接入


  LAS-CDMA應用于固定寬帶無線接入時同樣會有突出的優(yōu)勢。由于LAS碼的零干擾窗口特性,在引入LAS碼和LAS-CDMA技術后,對于點對點無線接入,可望像移動接入一樣大大提高系統(tǒng)傳輸速率,而對于點對多點無線接入,不但可增加系統(tǒng)用戶容量,也可提高每用戶的信息速率。而且還由于固定信道遠比移動信道穩(wěn)定,從而允許采用更高效的調制解調技術,如64QAM,甚至256QAM,而且也適合OFDM等技術的應用。



5 導航與定位中的應用


  由于LAS碼良好的相關特性,在無線電導航和無線電定位技術應用中,也將會有突出的優(yōu)勢。


  在無線電導航中最常遇到的是多批次多航機的導航,其最理想的工程方案之一,也是利用正交序列族的CDMA方式,為多批次多航機服務。當然理想的自相關,互相關特性是共同的要求,LAS碼的無干擾窗口特性,提供的幾乎屬噪聲飽和特性,會使該導航信號以更低的信號電平工作,不必為互相關副峰付出額外的功率開銷,因此,會增加導航信號的隱蔽性,提高抗截獲能力。或者是使系統(tǒng)可以提供更大的容量,同時為更多批次,更多航機提供服務。


  LAS碼的無干擾窗口特性和窗口大小可控制特性,使得該碼在無線電定位技術應用中可能有新的特點,無干擾窗口的存在,無疑對定位的準確度會有好處,窗口的大小可控制特性對調正定位對象的距離范圍將帶來方便。



6 衛(wèi)星通信中的應用


  LAS-CDMA用于衛(wèi)星通信時,每個碼序列作為一個地面站的地址(9接入)碼,同樣最重要的是選擇理想的正交碼。例如采用截短的m序列作為多用戶地址,但其互相關特性?K不理想,并因此而影響接收信噪比。LAS碼若用于衛(wèi)星通信,同樣能發(fā)揮其零干擾窗口優(yōu)異特性的價值。
LAS碼的定位應用可以與衛(wèi)星通信結合,在衛(wèi)星通信中可以同時提供地面定位服務。


  LAS碼是由互補碼構成LS碼作為基本的多用互接入正交序列碼族的,互補的組合碼在進入線性放大器時,對放大器的非線性影響有相互抵消作用。因此,在衛(wèi)星通信中當多個序列碼合成調制波進入行波管放大器時,用LAS碼和LAS-CDMA技術可能會比其他碼型CDMA技術失真為小。當然,這個優(yōu)點同樣適用于地面CDMA通信系統(tǒng)。


而LAS-CDMA蜂窩移動通信應用中的高頻譜效率對衛(wèi)星通信同樣是寶貴的。



7 窄帶突發(fā)通信中的應用


  在相對帶寬不夠富裕的條件下,希望短時間內傳送大量的數據,實現可靠的突發(fā)通信時,LAS碼會有用武之地。


  由于頻帶相對較窄,希望多電平調制,多符號并傳,來提高數據傳輸速率,為了傳送更可靠,良好的擴展頻譜序列選擇是重要的,使用LAS碼,在多符號并傳情況下,沒有自干擾積累,接近噪聲飽合特性,允許采用多電平調制技術,所以LAS碼可能會更適合窄帶突發(fā)通信。


8 地下探測中的應用


  若使用LAS碼于地下探測,由于自相關副峰等于零,則返回信號中將全部是地下介質的不均勻性產生的反射波,由此帶來對探測效果的改善提高了探測精度;可變窗口大小的選擇為探測的適應范圍提供了調正的可能;接近噪聲飽和特性又為探測中節(jié)約功率和提高接收靈敏度提供了條件。


  以上列舉了一系列的可能應用領域,由于涉及面太寬,而且LAS碼和LAS-CDMA技術本身就是有待發(fā)掘的技術。因此,難于做到全面介紹,可能也有重要的應用場合難以預見。但是,可以預想,凡是原先使用擴展頻譜技術的場合,共同的需求是尋找一個自相關和互相關特性理想的序列族,而LAS碼有其固有的自相關和互相關特性、可控制無干擾窗口的特點,以及互補碼組合可降低對線性放大器要求的特點,必將會帶來一系列值得探討的課題及產生一大批新的應用成果。




摘自《移動通信在線》
   
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