CDMA技术在3G的应用.doc

题 目： CDMA技术在3G的发展及应用 一、引言随着移动通信的迅猛发展，现有的包括GSM和IS-95通信系统已很难满足发展要求，因此第三代移动通信倍受注目，而在第三代移动通信中，宽带DS/CDMA是迄今最为看好的多址接入方式。宽带CDMA系统与窄带CDMA系统相比，不仅是带宽的提高，更是单位带宽利用率的增加，互操作性和移动性的增强，以及更广泛的业务范围和支持更高的移动速率。在CDMA通信系统中，由于多个用户的随机接入，所使用的扩频码集一般并非严格正交，码片之间的非零互相关系数将引起各用户间的干扰，这样不仅会严重限制系统的容量，而且强多址信号会淹没弱用户信号，使“远近”效应的影响加剧。由于用户的扩频码已知，所以用户间的互相关系数是已知的，接收机可以知道多址干扰中的某些重要信息，如多址干扰的扩频码字、组成结构及与目标信号的关系。利用这些信息，接收机可以对各用户做联合检测或从接收信号中减掉相互间的干扰，从而有效地消除多址干扰的负面影响，这种在检测时利用了多个用户信息的策略称为多用户检测。对于CDMA这样一个干扰限制的系统，研究干扰抑制技术将非常有意义，对多址干扰进行抑制将意味着系统容量的直接提高。二、CDMA简介 CDMA（code division multiple access）是一种多址接入技术，实现手段是采用直接序列扩谱调制方式。CDMA系统的特点是，用户共用同一频带，容量大，话质好，掉话率低。 CDMA仅可通过扩展频谱调制实现，而扩展频譜调制并不意味着CDMA。CDMA移动通信系统容量是FM/FDMA系统容量的10倍以上，是FD/TDMA系统容量的5倍以上；该类系统可实现话音加密、软切换等功能，其服务质量、性能/价格比具有明显优势；其关键技术有功率控制技术、变速率声码器技术。3、 . CDMA 的特点 采用CDMA 系统的主要原因是它潜在的高频谱效率，即它在一定的带宽里能够支持更多的移动台用户。系统关键部分的设计，如功率控制（power control）和软切换（soft handoff），在实现并增强它的大容量性能的同时，保证了通话质量。另外，调制方式更使CDMA 系统具有突出的优点，例如动态容量和通话的保密性等。4、 容量 规划和运营CDMA 系统的根本原因是出于对容量的考虑。将容量简单地定义为能同时支持的移动台数量。 在每条链路上，CDMA信号共享同一频谱（即射频载波），每个移动台采用一个唯一的码序列扩频，对于其它任意一个移动台来说，这一移动台信号看起来就成了宽带干扰。功率控制就是通过调整移动台信号功率来减少这种干扰，使每个移动台的信号以最小的功率满足所需的话音质量要求。 五、BPSK、QPSK 、CDMA比较 1） BPSK CDMA只用一个PN序列扩展信息码流频谱，QPSK 、CDMA采用PNI、PNQ两个PN序列扩展信息码流，QPSK的信道利用率是BPSK的2倍。 2） BPSK CDMA 的用户干扰功率是载波相位的函数，而QPSK CDMA用户干扰功率与载波相位变化无关。 六、PN码的作用码的作用6.1 使用伪噪声序列的目的1） 数据加扰，使信息数据信号“噪声”化；并可保证各用户信号间尽可能正交； 2）扩谱，将低速率信息比特流转化为1.2288M符号流，增强抗干扰能力。6.2 采用PN码的原因若使用完全随机的序列进行加扰、扩频，则解调时无法恢复信息比特。所采用的扩谱序列既要有高度的随机特性，又能可控地复现；PN序列满足这些要求。七、Walsh码的作用码的作用IS-95A定义的CDMA系统采用64阶Walsh涵数，它们在前、反向链路中的作用是不同的。 对于前向链路：依据两两正交的Walsh序列，将前向信道划分为64个码分信道，码分信道与Walsh序列一一对应。Walsh序列码速率与PN码速率相同，均为1.2288MHz。前向多址接入方案由采用正交Walsh序列实现；一个编码比特周期对应一个Walsh序列（64chip）。 对于反向链路：Walsh序列作为调制码使用，即64阶正交调制。6个编码比特对应一个64位的Walsh序列（64阶Walsh编码后的数据速率为307.2kcps，经用户PN长码加扰/扩频，生成1.2288Mcps码流；该码流经PNI、PNQ短码覆盖、滤波等处理后交由RFS发射）。8、 传统CDMA接收机存在的缺陷8.1 传统的CDMA接收机在码分多址（CDMA）系统中，由于多个用户的随机接入，而所使用的扩频码集一般又不能严格正交，非零互相关系数将引起各用户间的相互干扰，这种现象称为多址干扰（Multi-Access Interference，MAI）。同时由于移动用户所在的位置处于动态的变化中，基站接收到的各用户信号功率可能相差很大，而即使各用户到基站距离相等，深衰落的存在也会使到达基站信号各不相同，强信号对弱信号有着明显的抑制作用，会使弱信号的接收性能很差甚至无法通信，这种现象称为“远近”效应。现有的CDMA系统，在接收端都是在匹配滤波器后直接解调，匹配接收机是假定多址干扰具有高斯白噪声的统计特性，并没有考虑信道中的多址干扰，而且基于匹配滤波的单用户接收机对“远近”效应极其敏感，因而始终无法提高系统容量。尽管可以采用一些方法平衡和抑制多址干扰，减少彼此间的影响，但并不能从接收信号中真正消除多址干扰，从根本上解决问题。8.2 传统接收机消除多址干扰（MAI），主要在以下几个方面进行了研究：（1）设计具有优良相关性质的扩频码；（2）应用有效的功率控制机制；（3）应用前向纠错码 ( Forward Error Correction, FEC )；（4）采用分扇/自适应天线。这些研究对于提高系统的抗多址干扰能力有一定的作用，但是还不能够理想地解决问题，于是人们利用空间传输中造成干扰的用户的各种信息进行抗干扰，提出了多用户检测理论。9、 多用户检测的概念多用户检测是第三代移动通信系统中宽带CDMA通信系统抗干扰的关键技术。传统的检测技术完全按照经典直接序列扩频理论对每个用户的信号分别进行扩频码匹配处理，因而抗多址干扰（MAI）能力较差；多用户检测(Multi-User Detection, MUD)技术在传统检测技术的基础上，充分利用造成多址干扰的所有用户信号信息对多个用户做联合检测或从接收信号中减掉相互间干扰的方法，有效地消除MAI的影响，从而具有优良的抗干扰性能。在理想情况下，应用多用户检测技术，系统的性能将接近单用户时的性能。这显然消除了“远近”效应的影响，可以简化用户的功率控制，降低系统对功率控制精度的要求。并且由于MAI的消除，用户在较小的信噪比下就可达到可靠的性能，单用户信噪比的降低可以直接转化为系统容量的增加，因此可以更加有效地利用链路频谱资源，显著提高系统容量。10、 多用户检测技术存在的问题及其局限性10.1 存在的问题多用户检测的研究，必须考虑复杂性和处理时延两大障碍。从处理时延考虑，数10ms的处理时延对语音信号数据是不可接受的；从复杂性考虑，最佳检测器的指数复杂性是不现实的，次最佳检测的线性复杂度随技术的发展可能会得到广泛应用。10.2 局限性多用户检测技术的局限性主要有，首先多用户检测只是消除了本小区内的干扰，小区间的干扰并没有消除。按照Viterbi推得的公式，如本区干扰因子定为1，区外干扰因子为，则理想情况下由多用户检测带来的容量增益为（1+）/ 。在蜂窝系统中的典型值为0.55，容量增益因子为2.8。其次多用户检测的复杂性的限制，使之仅适用于上行信道，不能直接用于下行链路的接收，因此由多用户检测带来的上行信道增益不一定能带来同等的系统总体增益。十一、结束语鉴于多用户检测技术投入使用尚存的上述问题和困难，因此，在宽带CDMA技术之上，对多用户检测技术进行研究的工作重点是缩短处理时延，同时在增强坚韧性方面做研究，在此基础上，综合考虑宽带CDMA移动通信系统的性能指标和多用户检测技术实现的复杂度，结合当前微电子技术及DSP器件的发展及其