第三代無線移動(dòng)通信系統(tǒng)方案及關(guān)鍵技術(shù)

第三代無線移動(dòng)通信系統(tǒng)方案及關(guān)鍵技術(shù)
    第一、二代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)是針對(duì)傳統(tǒng)的話音和低速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的系統(tǒng)。而在未來的
“信息社會(huì)”，圖象、話音；數(shù)據(jù)相結(jié)合的多媒體業(yè)務(wù)和高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)量將超過傳
統(tǒng)的業(yè)務(wù)量。因此現(xiàn)在的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足未來用戶的業(yè)務(wù)需求，而且隨
著用戶數(shù)量的猛增，也將遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(wǎng)傳輸?shù)脑S多業(yè)務(wù)，也將與移動(dòng)通信系統(tǒng)卡口。所以對(duì)于新一代的移動(dòng)和
個(gè)人通卡系統(tǒng)即第王代和個(gè)人通信系統(tǒng)的研究和發(fā)展日益成為電信領(lǐng)域的一個(gè)新熱點(diǎn)。
    第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)方案
    第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)是指能夠滿足國(guó)際電聯(lián)（ITU）提出的IMT－2000系統(tǒng)要求的新一代
移動(dòng)通信系統(tǒng)。IMT－2000系統(tǒng)的基本特征是：
    ·全球范圍設(shè)計(jì)的高度兼容性；
    ·IMT－2000中的業(yè)務(wù)與固定網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)兼容；
    ·高質(zhì)量；
    ·手機(jī)體積小，具有全球漫游能力；
    ·使用的頻段為 1.9GHz;
    ·移動(dòng)終端可以連接地面網(wǎng)和衛(wèi)星網(wǎng)，可移動(dòng)使用也可固定使用；
    ·無線接口的類型應(yīng)盡可能的少，而且具有高度的兼容性。
    根據(jù)ITU的要求，目前世界上各大電信公司聯(lián)盟均已提出了自己的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)
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(guó)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(tǒng)的無線接口基本參數(shù)為：
    ·擴(kuò)頻方式：可變擴(kuò)頻比4～256的直擴(kuò)；
    ·載波擴(kuò)頻速率： 4.096 MChip／s；
    ·每載波帶寬:5MHZ；
    ·載波速率:16 Kbit／S～256Kbi/s;
    ·幀長(zhǎng)度：10ms；
    ·時(shí)隙長(zhǎng)度:O. 625ms；
    ·調(diào)制方式：QPSK
    ·功率控制：開環(huán)十自適應(yīng)閉環(huán)
    2． Cdma2000系統(tǒng)的無線接口參數(shù)為：
    ·載波帶寬：5MHZ ；
    ·擴(kuò)頻方式：采用直接擴(kuò)頻或多載波擴(kuò)頻；
    ·擴(kuò)頻速率：3.6864Mchip/S ；
    ·擴(kuò)頻碼長(zhǎng)度：可根據(jù)無線環(huán)境和數(shù)據(jù)速率而變化；
    ·幀長(zhǎng)度:20ms和5ms ；
    ·時(shí)隙長(zhǎng)度:125ms；
    ·調(diào)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(tǒng)的無線接口參數(shù)為：
    ·每載波帶寬：L6MHZ ；
    ·每載波時(shí)隙數(shù)：8個(gè)；
    ·幀長(zhǎng)度:4.615ms；
    ·時(shí)隙長(zhǎng)度：577；
    ·單位時(shí)隙信道數(shù)：8個(gè)；
    ·單位時(shí)隙傳信率:8／16Kbit／S；
    ·特征碼擴(kuò)頻碼長(zhǎng)度:16bit；
    ·單位載波信道數(shù)：64個(gè)
    由這三種技術(shù)方案的無線接口參數(shù)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(dòng)通信系統(tǒng)中采用CDMA技術(shù)已達(dá)成共識(shí)。因此，世界各大電信公
司在提出自己的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)方案的同時(shí)，在系統(tǒng)研制上也進(jìn)行了大量的工作。目
前，美國(guó)的  Lucent、Motolora和Qualcomm公司、加拿大的北方電訊、韓國(guó)的三星和現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)的部分或全部CDMA系
統(tǒng)設(shè)備。第三代CDMA技術(shù)已經(jīng)成為世界移動(dòng)通信領(lǐng)域的前沿。
    第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
    第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)很多，現(xiàn)主要介紹以下幾種：
    1多載波技術(shù)
    多載波MC－CDMA是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中使用的一種新技術(shù)。多載波CDMA技術(shù)最早是
在1993年的PIMRC會(huì)議上由 Berkeley的J.P.Llnnartz，N.Yee,G.Fett和德國(guó)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(yīng)用前景的技術(shù)，已吸引了越
來越多的人員對(duì)此進(jìn)行研究，并且在cdma2000標(biāo)準(zhǔn)和IMT－2000的研究計(jì)劃中，都已經(jīng)有了
一些對(duì)基于MC－CDMA的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)方案的探討。
    目前，多載波CDMA技術(shù)的研究?jī)?nèi)容大致有兩類：一是用給定的擴(kuò)頻碼來擴(kuò)展原始數(shù)據(jù)
，然后用每個(gè)碼片來調(diào)制不同的載波（這是在頻域內(nèi)的擴(kuò)展），MC－CDMA(或者OFDM－CDMA
）即屬于此種類型；另一種是用擴(kuò)頻碼來擴(kuò)展已經(jīng)進(jìn)行了串并變換后的數(shù)據(jù)流，然后用每
個(gè)數(shù)據(jù)流來調(diào)制不同的載波（這是在時(shí)間域的擴(kuò)展），即類似于通常的直接序列擴(kuò)頻DS－
CDMA。
    第一種多載波系統(tǒng)常被稱為OFDM－CDMA。由于采用OFDM可以將信息分散到許多個(gè)號(hào)載
波上，降低了各號(hào)載波的信號(hào)速率．使得符號(hào)周期比回波延遲長(zhǎng)，因此可以有效的對(duì)抗高
速通信系統(tǒng)中的碼間干擾。
    第二種多載波系統(tǒng)一般主要是指MC－DS－CDMA一在CDMA－2000的標(biāo)準(zhǔn)中，有些關(guān)于這
大面的簡(jiǎn)單介紹。該系統(tǒng)的鏈路結(jié)構(gòu)與DS－CDMA系統(tǒng)很類似。但從目前的不少理論和仿真
來看，這種技術(shù)方案都較之DS－CDMA系統(tǒng)有更好的性能，而已采用這種結(jié)構(gòu)可以跟IS－95
后向兼容。也就是說可以共享目前的基礎(chǔ)硬件設(shè)施，并且允許不同代的手機(jī)共享同一頻帶。
    2．智能天線技術(shù)
    智能天線技術(shù)是基于自適應(yīng)天線原理的一種適合于第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的新技術(shù)。它
利用天線陣列的波束會(huì)成和指向，而產(chǎn)牛多個(gè)獨(dú)立的波束，以自適應(yīng)地調(diào)整其方向圖以跟
蹤信號(hào)的變化；同時(shí)對(duì)干擾方向調(diào)零以減少甚至抵消干擾信號(hào)，以提高接收信號(hào)的載于比，
增加系統(tǒng)的容量和頻譜效率。
    智能無線的特點(diǎn)是能夠以較低的代價(jià)換得無線覆蓋范圍、系統(tǒng)容量、業(yè)務(wù)質(zhì)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(tǒng)改變輻射單元的輻射方向
圖、頻率響應(yīng)以及其它參數(shù)，使接收機(jī)輸出端有最大的信噪比。智能天線的基本結(jié)構(gòu)如圖
1所示。
    3．軟件無線電技術(shù)
    軟件無線電技術(shù)是AMPS、TACS、GSM、CDMA等新技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)不斷出現(xiàn)、DSP處理速度不
斷提高和價(jià)格不斷卜降的產(chǎn)物。軟件無線電將模擬信號(hào)的數(shù)字化過程盡可能地接近天線，
即將AD轉(zhuǎn)換器盡量靠近RF前端，利用DSP的強(qiáng)大處理能力和軟件的靈活性實(shí)現(xiàn)信道分離、調(diào)
制解調(diào)、信道編碼譯碼等，從而為2G系統(tǒng)向3G系統(tǒng)過渡，提供了一個(gè)無縫隙的解決方案。
    軟件無線電技術(shù)的發(fā)展和實(shí)用完全依賴于高速芯片技術(shù)如DSP、AD轉(zhuǎn)換等的發(fā)展，其核
心技術(shù)是構(gòu)造軟件無線電收發(fā)信機(jī)的總線結(jié)構(gòu)和算法處理。目前，  Motorola和 Ericsson
等大公司已在軟件無線電在移動(dòng)通信基站方面的應(yīng)用等方面進(jìn)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(shù)的器件美國(guó)MIT計(jì)算機(jī)系的研究人員正在解決軟件無線電的一
些算法問題，如時(shí)間解耦等；另外，也有人正在進(jìn)行如何實(shí)現(xiàn)軟件的即裝即用問題。
    4．多用戶檢測(cè)技術(shù)
    在CDMA系統(tǒng)中，由于碼間不正交，會(huì)引起多址干擾（MAI）。多批干擾限制了系統(tǒng)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(cè)技術(shù)。多用戶檢測(cè)技術(shù)分為兩大類：線性多用戶檢測(cè)和相減去干擾檢測(cè)。在線性多
用戶檢測(cè)中，對(duì)傳統(tǒng)的解相關(guān)器軟輸出的信號(hào)進(jìn)行一種線性的映射（變換）以產(chǎn)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(cè)中，產(chǎn)生對(duì)干擾的預(yù)測(cè)并減去。
    目前，在CDMA系統(tǒng)中的多用戶檢測(cè)技術(shù)部還存在著一定的局限，主要表現(xiàn)在：
    ．多用戶檢測(cè)只是消除了小區(qū)內(nèi)的干擾，而對(duì)小區(qū)間的干擾還是無法消除；
    ．算法復(fù)雜度高，不易在實(shí)際的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)；
    多用戶檢測(cè)技術(shù)的局限是暫時(shí)的，隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，降低
復(fù)雜性的多用戶檢測(cè)技術(shù)必將在第三代CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。
我國(guó)第三代移動(dòng)通值系統(tǒng)的研究狀況
    我國(guó)十分重視第三代移動(dòng)通信技術(shù)的研究。1997年5月，在由國(guó)家863計(jì)劃通信主題專
家組發(fā)起的“W－CDMA技術(shù)高級(jí)專家研討班”上，與會(huì)專家就W－CDMA技術(shù)和第三代移動(dòng)通
信體制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了廣泛的研討和交流。隨后，國(guó)家863計(jì)劃通信主題很快立項(xiàng)“W－CDMA蜂
窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和試驗(yàn)系統(tǒng)的研究”和“第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)體制標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，如多
載波、Turbo碼編碼技術(shù)、多用戶檢測(cè)和軟件無線電上已進(jìn)行了許多有意義的探索工作，
為我國(guó)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的研制打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
    在重視跟蹤第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展的同時(shí)，我國(guó)在CDMA系統(tǒng)的研制中也進(jìn)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(shí)驗(yàn)演示系統(tǒng)已在中國(guó)郵電工業(yè)
總公司中央研究院CDMA項(xiàng)目部研究開發(fā)成功，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境內(nèi)已打通了商用CDMA手機(jī)；東
南大學(xué)已研制成功了基于IS－95的CDMA手機(jī)；大唐電信已研制成功了CDMA移動(dòng)交換機(jī)系統(tǒng)
并通過了鑒定。中國(guó)在開發(fā)Is－95 CDMA系統(tǒng)中獲得的寶貴經(jīng)驗(yàn)為開發(fā)可以兼容IS－95的
IMT－2000第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)奠定了寶貴與扎實(shí)的基礎(chǔ)。