CDMA2000中的新技術(shù)

尚敬
　　1　引言


　　第三代（3G）移動通信系統(tǒng)的研究和開發(fā)正在世界范圍內(nèi)進(jìn)行得如火如茶。在提交到國際電信聯(lián)盟（ITU）的各種地面移動通信無線傳輸技術(shù)（RTT）的候選方案中，北美提出的CDMA2000和歐洲提出的WCDMA憑借各自的優(yōu)勢分別成為第三代移動通信系統(tǒng)采用的主流技術(shù)。CDMA2000由CDMAOne（其技術(shù)核心是IS-95標(biāo)準(zhǔn)）發(fā)展而來，它采用了眾多的新技術(shù)（如前向發(fā)射分集、快速前向功率控制、反向鏈路相干解調(diào)、Turbo編碼等），因而系統(tǒng)容量和性能相對于CDMAOne系統(tǒng)有較大的提高，日益成為第三代移動通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。


　　CDMA2000的目標(biāo)是進(jìn)一步提高話音容量；提高數(shù)據(jù)傳輸效率；支持更高數(shù)據(jù)速率；降低移動臺電源消耗，延長電池壽命；消除對其他電子設(shè)備的電磁干擾（EM）；更好的加密技術(shù)；后向兼容CDMAOne。


　　2　CDMA2000采用的主要新技術(shù)


　　2.1多種射頻信道帶寬


　　CDMA2000在前向鏈路上支持多載波（MC）和直擴(kuò)（DS）兩種方式，反向鏈路僅支持直擴(kuò)方式。當(dāng)采用多載波方式，能支持多種射頻帶寬，射頻信道帶可以是N ×1.25MHz，其中N=1、3、5、9或12，即可選擇的帶寬有1.25MHz、3.75MHz、7.5MHz、11.25MHz和15MHz。目前的技術(shù)僅支持前兩種帶寬。


　　2.2Turbo碼


　　為了適應(yīng)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，CDMA2000中采用Turbo編碼技術(shù)（編碼速率可以是1/2、1/3或1/4）。Turbo編碼器由兩個遞歸系統(tǒng)卷積碼（RSC）成員編碼器、交織器和刪除器構(gòu)成，每個RSC有兩路校驗(yàn)位輸出，兩上RSC的輸出經(jīng)刪除復(fù)用后形成Turbo碼。編碼器一次輸入N_turbobit，包括信息數(shù)據(jù)、幀校驗(yàn)（CRC）和保留bit，輸出（N_burbo＋6）/R符號。Turbo譯碼器由兩個軟輸入軟輸出的譯碼器、交織器和去交織器構(gòu)成，兩個成員譯碼器對兩個成員編碼器分別交替譯碼，并通過軟輸出相互傳遞信息，進(jìn)行多輪譯碼后，通過對軟信息作過零判決得到譯碼輸出。


　　Turbo碼具有優(yōu)異的糾錯性能，但譯碼復(fù)雜度高，時延大，因此主要用于高速率，對譯碼時延要求不高的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。與傳統(tǒng)的卷積碼相比，Turbo碼可降低對發(fā)射功率的要求，增加系統(tǒng)容量。在CDMA2000中，Turbo碼僅用于前向補(bǔ)充信道和反向補(bǔ)充信道中。


　　2.3800MHz前向快速功率控制


　　CDMA2000采用新的前向快速功率控制（FFPC）算法，該算法使用前向鏈路功率控制子信道和導(dǎo)頻信道，使移動臺（MS）收到的全速率業(yè)務(wù)信道Eb/Nt保持恒定。移動臺測量收到的業(yè)務(wù)信道Eb/Nt，并與門限值進(jìn)行比較，然后根據(jù)比較結(jié)果，向基站（BS）發(fā)出升高或降低發(fā)射功率的指令。功率控制命令比特由反向功率控制子信道傳送，功率控制速率可達(dá)到800b/s。如果反向鏈路的功率控制速率都將減小到400b/s或200b/s。


　　采用前向快速功率控制，能盡量減小遠(yuǎn)近效應(yīng)，降低移動臺接收機(jī)實(shí)現(xiàn)一定誤幀率（FER）所需的信噪比，進(jìn)而降低基站發(fā)射功率和系統(tǒng)的總干擾電平，提高系統(tǒng)容量。


　　2.4前向快速尋呼信道


　　前向快速尋呼信道用于指示一次尋呼或配置改變。


　　*尋呼　基站使用前向快速尋呼信道的尋呼指示符（PI）比特來通知位于覆蓋區(qū)域工作于時隙模式且處于空閑狀態(tài)的移動臺，是監(jiān)聽下一個前向公共控制信道/前向?qū)ず粜诺赖臅r隙，還是返回低功耗的睡眠狀態(tài)直至下一周期到來。當(dāng)尋呼負(fù)載較高時，可以使用一個以上的前向快速尋呼信道來減少沖突，前向快速尋呼信道的使用，可使移動臺不必長時間連續(xù)監(jiān)聽前向?qū)ず粜诺�，減少激活移動臺所需的時間，降低移動臺功耗，從而延長了移動臺的待機(jī)時間和電池壽命。


　　*配置改變　如果是在最近10min內(nèi)有任何配置消息（如系統(tǒng)參數(shù)消息）發(fā)生變化，前向快速尋呼信道上的配置改變指示符（CCI）比特將被設(shè)置，然后移動臺通過解調(diào)前向廣播信道來獲得新消息。


　　前向快速尋呼信道采用通斷鍵控（OOK）調(diào)制，由于解調(diào)簡單，可節(jié)約基站發(fā)射功率。


　　2.5前向鏈路發(fā)射分集


　　前向鏈路采用的發(fā)射分集方式包括多載波發(fā)射分集（MCTD）和直接擴(kuò)頻發(fā)射分集兩種。前者用于多載波方式，每個天線發(fā)射一個載波子集。后者用于多載波方式，每個天線發(fā)射一個載波子集。后者用于直擴(kuò)方式，又可分為正交發(fā)射分集（OTD）和空時擴(kuò)展分集（STS）兩種。OTD方式是先分離數(shù)據(jù)流，再用不同的正交Walsh碼對兩個數(shù)據(jù)流進(jìn)行擴(kuò)頻，并通過兩個天線發(fā)射；在STS方式中，兩個天線都發(fā)射所有的已交織數(shù)據(jù)，并使用相同的原始Wlash碼信道。在CDMA2000前向鏈路中，有兩條信道專門用于前向發(fā)射分集，即發(fā)射分集導(dǎo)頻信道和輔助發(fā)射分集導(dǎo)頻信道。采用前向發(fā)射分集技術(shù)能減少每個信道要求的發(fā)射功率，增加前向鏈路容量，改善室內(nèi)單徑瑞利衰落環(huán)境和慢速移動環(huán)境下的系統(tǒng)性能。


　　2.6反向相干解調(diào)


　　為了提高反向鏈路性能，CDMA2000采用了反向鏈路導(dǎo)頻信道，它是未經(jīng)編碼的擴(kuò)頻信號（由0號Walsh函數(shù)擴(kuò)頻），基站用導(dǎo)頻信道完成初始捕獲、時間跟蹤和RAKE接收機(jī)相干解調(diào)，并為功率控制測量鏈路質(zhì)量。導(dǎo)頻參考電平隨數(shù)據(jù)速率而變化。


　　基站可以利用反向?qū)ьl幫助捕獲移動臺的發(fā)射，實(shí)現(xiàn)反向鏈路上的相干解調(diào)，與采用非相干解調(diào)的CDMA2000相比，所需的信噪比顯著降低，從而降低了移動臺發(fā)射功率，提高了系統(tǒng)容量。當(dāng)移動臺發(fā)射無線配置為RC3-6的反向業(yè)務(wù)信道時，在反向?qū)ьl信道中插入一個反向功率控制子信道，移動臺通過該子信道發(fā)送功率控制命令，實(shí)現(xiàn)前向鏈路功率控制。反向?qū)ьl還可以采用門控發(fā)送方式（即非連續(xù)發(fā)送），不僅能減小對其他用戶的干擾，也降低了移動臺的功耗。


　　2.7連接的反向空中接口波形


　　在反向鏈路上，所有速率的數(shù)據(jù)都采用連續(xù)導(dǎo)頻和連續(xù)數(shù)據(jù)信道波形。連續(xù)波形可以把對其它電子設(shè)備（如助聽器等醫(yī)療設(shè)備）的電磁干擾（EMI）降到最低；通過降低數(shù)據(jù)速率，能擴(kuò)大小區(qū)覆蓋范圍；允許在整個幀上實(shí)現(xiàn)交織，并改善搜索性能；連續(xù)波形還支持移動臺為快速前向功率控制連續(xù)發(fā)送前向鏈路質(zhì)量測量信息，以及基站為反向功率控制連續(xù)監(jiān)控反向鏈路質(zhì)量。


　　2.8輔助導(dǎo)頻信道


　　CDMA2000中新增加了前向輔助導(dǎo)頻信道，支持對一組移動臺的波束形成，以及對單個移動臺的波束控制和波束形成。點(diǎn)波束應(yīng)用能擴(kuò)大覆蓋區(qū)域和增加容量，并提高可支持的數(shù)據(jù)速率。


　　2.9增強(qiáng)的媒體接入控制功能


　　媒體接入控制（MAC）子層控制第三代（3G）移動通信系統(tǒng)中多種業(yè)務(wù)到物理層的接入過程，保證多媒體業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)。它的引入能滿足更高帶寬和更廣泛業(yè)務(wù)種類的需求，支持話音、分組數(shù)據(jù)和電路數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的同時處理。CDMA2000系統(tǒng)的MAC子層能提供盡力發(fā)送（best effort delivery）、復(fù)用和QoS控制，以及接入程序。


　　2.10靈活的幀長


　　與CDMA2000不同，CDMA2000支持5ms、10ms、20ms、40ms、80ms和160ms多種靈活的幀長。不同類型的信道分別支持不同的幀長。例如前向基本信道、前向?qū)Ｓ每刂菩诺�、反向基本信道和反向�(qū)Ｓ每刂菩诺啦捎?ms和20ms幀，前向補(bǔ)充信道和反向補(bǔ)充信道采用20ms、40ms或80ms幀。話音業(yè)務(wù)采用20ms幀。較短的幀可以減少時延，但因交織跨度較短而降低了解調(diào)性能，較長的幀則因?yàn)閹�頭所占比重小，可降低對發(fā)射功率的要求。


　　3結(jié)束語


　　隨著3G移動通信技術(shù)的逐步實(shí)現(xiàn)以及移動通信與互聯(lián)網(wǎng)的融合，全球正迅速步入移動信息時代。CDMA2000已被廣泛接納為第三代移動通信的核心技術(shù)之一，它具有優(yōu)越的性能（如高話音和話音質(zhì)量、高數(shù)據(jù)容量和數(shù)據(jù)速率，能從CDMAOne（2G）平滑演進(jìn)以及有巨大的新業(yè)務(wù)和新特征的潛在發(fā)展空間等），能夠利用各種移動終端為移動用戶提供豐富的電信業(yè)務(wù)（包括話音、低速和高速數(shù)據(jù)、多媒體和視頻業(yè)務(wù)），為人們的溝通和交流提供更加快捷、方便、高質(zhì)量和多樣化的服務(wù)。


摘自《電信快報》2002.4