WCDMA系统的关键技术

WCDMA系统的关键技术1码分多址发展历史为了弄清无线码分多址系统的关键技术是什么，有必要回顾蜂窝移动通信的发展历史。1949年，克劳德香农等人首次提出了码分多址帧。1956年，普莱斯和格林提出了瑞克接收机的概念。1978年，库珀等人在蜂窝移动通信系统中提出了码分多址技术。可以说，码分多址技术有着悠久的历史，但是码分多址技术，特别是扩频技术，除了在军事领域外，找不到更好的应用。上世纪80年代可以说是移动通信发展的一个重要时期，因为此时两个重要的移动通信系统几乎同时出现，一个是时分多址系统，另一个是码分多址系统。1987年，欧洲确定下一代移动通信系统将基于时分多址技术。谈到码分多址，它被认为是一个几乎不可能的系统。国内的技术回顾和分析也给出了类似的结论。时分多址对研究和开发的热情最终导致了全球移动通信系统和其他类似的系统，如丹皮酚和PDC，这几乎是全球公认的。几乎与此同时，美国公司高通公司正在坚定地研究码分多址技术，当时它的实力非常弱。高通公司在1989年进行了第一次码分多址测试，并在随后的几年中验证了两种关键码分多址技术的功率控制和软切换。随后，通过网络运行说明了码分多址的可行性。20世纪90年代中后期，码分多址研发热潮正式到来。就连老牌时分多址设备制造商埃里克森也支持3G中的码分多址技术。诺基亚长期以来一直在积累码分多址功率，从而导致了这种情况。码分多址成为3G标准化进程中的主流技术。不同的只是各种码分多址的变化，如码分多址、码分多址、码分多址和码分多址。问这样一个问题很容易，为什么几乎同时出现的时分多址技术早已成熟并可大规模商业应用，而码分多址后来被认真对待。仅出于技术原因，码分多址是一种更复杂的技术。如果没有诸如功率控制之类的无线电资源管理技术的支持，码分多址的性能会比时分多址差。Quallcomm的主要贡献是证实了码分多址系统中无线电资源管理的可能性。码分多址研发热潮的到来表明码分多址正在走向成熟。许多国内制造商已经初步掌握了时分多址技术，但码分多址还需要更多的努力。码分多址是3G的主要RTT标准。与IS-95相比，它采用了宽带扩频技术，可以更好地利用码分多址的优势，如统计复用、多径分辨率和利用率。总的来说，无线码分多址与信息系统-95和码分多址2000没有本质上的区别。除了知识产权之外，所有的差异无非是如何充分发挥码分多址的优势，提高系统的性能，如系统容量、通信质量和网络覆盖。本文所指的无线码分多址的关键技术并不是无线码分多址系统相对于IS-95和码分多址2000的独特技术，而是在无线码分多址协议框架内对系统性能有重要影响的技术。没有这些关键技术，码分多址将无法达到预期目标。整个码分多址系统可以分为两部分，即无线接入网部分和核心网部分。这两部分的发展非常不同。核心网受有线网络技术发展的影响很大。然而，无线电接入网络的目标总是提高无线电资源的利用率和服务提供的灵活性。本文所指的无线码分多址的关键技术仅限于无线接入网部分。本文提到的关键技术不包括无线码分多址网络。2码分多址移动通信环境及需要解决的问题2.1码分多址的本质一种无线资源的统计复用方法移动通信系统要解决的首要问题是如何在多个用户之间共享无线媒体，即解决多址接入问题。已经提出并实现了三种多址接入方法，如FDMA、时分多址和码分多址。依靠阵列天线实现空分多址的SDMA，应该是第四种具有广阔前景的多址方式。在实际的移动通信系统中，可以采用混合多址接入方式，如GSM中的FDMA/时分多址方式，SDMA可以与FDMA、时分多址和码分多址中的任何一种结合来实现该系统。m的无线资源FDMA、时分多址和码分多址的最大区别在于码分多址是一种统计复用资源。每个载频的所有用户共享频率、时间和功率资源，用户仅依靠特征码来区分它们。然而，FDMA和时分多址是固定分配资源。不同的用户部分或全部拥有不同的频率、时间和功率资源，用户之间具有更好的隔离。FDMA、时分多址和码分多址之间的所有技术差异都源于这一差异。以GSM(TDMA)为例，在移动通信环境中，只要网络规划，尤其是频率规划和干扰规划合理，用户之间的相互干扰相对容易控制，因为用户之间的隔离更好(通过频率或时间)，用户功率的增加或减少不会对使用不同无线电资源的用户造成很大影响，并且无线电资源管理相对简单。该系统主要取决于是否有无线信道设备来决定接入用户，这是固定资源分配带来的好处。此外，GSM采用硬切换和慢功率控制技术。资源固定分配带来的问题主要是无线资源的利用率相对较低。最明显的例子是语音通信，当用户不说话时，就会浪费频率资源。在IS-95(码分多址)系统中，不同的用户有不同的特征码，频率规划相对简单。然而，码分多址系统覆盖和容量覆盖需要很好地协调。如果某个小区的服务过载，覆盖区域将会缩小，甚至会出现覆盖盲区。在IS-95中，采用了软切换、快速功率控制等技术。诸如接入控制的无线电资源管理相对复杂，这是由统计复用资源引起的问题。码分多址带来了无线资源利用率高的优势。以语音通信为例，DTX技术可以最大限度地利用同一小区的无线电资源。比较FDMA、时分多址和码分多址的频谱利用率和实现复杂度是一个复杂的问题。虽然时分多址和码分多址都可以在技术框架内不断引入新技术来提高系统性能，但理论分析表明，在网络规划和无线电资源管理技术的配合下，码分多址比时分多址具有更高的频谱利用率。2.2移动通信环境移动通信环境至少包括两个方面：无线信道和服务。在移动通信系统中，由于运动、散射和衰落，信号的传播会导致复杂的电磁行为，具体表现为信号的时延、频率和角度扩展。延迟扩展使接收器得到多个信号副本，而这些信号之间没有明确的关系。延迟扩散将直接导致ISI。频率扩展会导致信号时间衰落；角度扩展将导致信号的空间衰落。移动通信系统中的业务环境也是系统设计中需要考虑的一个重要因素。码分多址移动通信系统与2G移动通信系统有很大不同。数据业务将占很大比例，不同的业务有不同的服务质量，如占用不同的带宽，有不同的误码率等。毫无疑问，这要求无线电资源管理算法能够按需向用户分配资源。服务环境还包括服务的空间分布和时间分布。码分多址系统中有大量突发到达业务。服务的空间分布可能采取非均匀分布的形式，并且用户在某些区域发起呼叫的可能性很高。虽然无线信道中的无线码分多址和信息系统-95 A之间没有太大的区别，但是服务环境的复杂性将导致对无线码分多址系统处理服务的更复杂机制的需求。2.3码分多址需要解决的主要问题如前所述，码分多址的所有问题都来自无线资源的统计复用，也来自移动通信环境的复杂性。码分多址依靠特征码来区分用户，这将导致移动通信环境中的两个问题，即多径干扰和多址干扰。多址干扰分为本地小区干扰和小区外干扰。为了克服多径干扰，特征码需要具有良好的自相关特性，而为了克服多址干扰，特征码需要具有良好的互相关特性。如何找到同时具有良好自相关性和互相关性的特征码一直是码分多址研究的主要问题之一。这方面的努力仍在继续。不幸的是，威尔士社区告诉我们自相关和互相关不能同时兼顾。换句话说，从特征码优化的角度来看，克服多径干扰和多址干扰只能实现一些折衷。多径干扰和多址干扰问题是码分多址移动通信系统中固有的问题。无论采用何种技术，多径干扰和多址干扰的影响都只能降低，无法从根本上消除。码分多址研究中的另一个主要问题是依靠同步或准同步来提高码分多址的性能。多址干扰的表现形式主要是远近效应，即强功率用户对弱功率用户的多址干扰大于相反方向的弱功率用户对强功率用户的多址干扰。因此，需要功率控制技术来平衡用户的功率。虽然GSM也采用功率控制技术，但区别在于两个方面：(1) GSM功率控制速率慢得多；(2)全球移动通信系统较少依赖功率控制，而码分多址系统没有功率控制几乎无法工作。为了克服多址干扰，还可以使用物理层技术，如瑞克接收、多用户检测和智能天线。瑞克接收是为了完成多径分离和合并功能。与IS-95 A的不同之处在于，W-CDMA的多径分辨能力是它的三倍。此外，在码分多址系统中，用户发送的导频信息可用于反向链路中的相干合成。对码分多址的理论分析表明，如果在反向链路中使用8径瑞克接收，将会利用超过75%的信号能量。瑞克接收抑制多址干扰的能力取决于不同用户签名之间的互相关性。瑞克接收将来自其他用户的干扰视为白噪声。多用户检测考虑到其他用户的信息，如用户之间的相关特性是已知的，并充分利用码分多址用户特征码的固有结构信息来提高接收系统的性能。典型的多用户检测算法包括线性去相关算法和干扰消除算法。线性去相关算法通过估计用户之间的相关矩阵来同时检测多个用户的信息。干扰消除算法首先推导出干扰信号，然后进行信号检测。多用户检测可以提高系统容量，克服远近效应的影响。然而，需要考虑多用户检测：多用户检测算法复杂且难以实现；多用户检测只能用于提高上行链路性能，并且仅适用于基站。多用户检测无法克服小区外干扰；适用于码分多址的多用户检测算法很少。在未来，多用户检测的努力方向是降低系统的复杂性和设计。从目前的商业情况来看，智能天线可以分为两种类型，即插入式和嵌入式。前者类似于波的方法，而后者类似于波的方法。在开发新的无线码分多址基础设施时，必须采用嵌入式方法，以充分利用智能天线带来的所有优势，包括：增加通信距离，提供更广泛的覆盖范围，以及能够实现有特殊要求的覆盖；提高系统的通信能力；结合其他技术，提供无线电定位和新的电信服务；提高通信质量，降低误码率。在码分多址系统中，第三层包括三个部分：呼叫管理模块、移动性管理模块和RRM无线资源管理模块。与移动电话相比，移动电话和移动电话有许多相似之处(2)当前系统中有多少无线电资源？例如，当用户第一次发起呼叫或者用户希望切换到小区时，系统需要首先估计小区中剩余多少资源，然后将它们与用户希望的无线资源进行比较，以决定是否允许用户接入。本文认为码分多址帧的设计问题是特征码优化和同步码分多址。作为设备制造商和电信运营商，应该更加关注提高码分多址系统性能的技术。在前面分析的基础上，表1给出了无线码分多址的关键技术。关键技术评论软件无线电节点B和RNC的设计架构切换、访问控制、拥塞控制，外环功率控制无线电资源管理技术瑞克接收，多用户检测，智能天线，内环功率控制物理层技术特征码优化，同步码分多址与标准设置相关表1 w-CDMA的关键技术结论码分多址是一种统计复用无线资源。为了可靠地工作，