第三代移动通信系统CDMA的关键技术

1、第三代移动通信系统 CDMA勺关键技术在3G系统中，CDMA系统成为了最具竞争力、最具发展前景的 无线多址技术。虽然 CDMAT频技术可以采用直接序列扩频（DS、 跳频（FH）、跳时（TH）以及它们的组合等，但在移动通信中一般 选用直接序列扩频，它构成了我们常说的DS-CDM/系统。它的核心网是在GSMANSI-4啲基础上发展而来的，其空中接口和相应的2G系统后向兼容。它的 3 种工作模式为：单载波频分双工、多载波频 分双工和时分双工方式。在主流3G系统中，空中接口技术采用 CDMA方式，因此主要具 有以下一些优点：（1）通信容量大。CDMA是自干扰受限系统，任 何干扰的减少都可以直接转化为系

2、统容量的提高。因此一些能降低 干扰功率的技术，如话音激活技术、功率控制技术等，都有可能提 高系统容量。一般来说，在同样条件下，采用CDMA方式的系统容量约是采用数字TDMA勺GSM系统容量的4-6倍，是模拟系统容量的 20倍。（2）系统具有软容量特性。CDMA系统中，多增加一个用户 只会使通信质量略有下降，不会出现通信硬阻塞情况。小区覆盖范 围的动态调整，可以平衡各个小区的业务量，这对于解决通信高峰 期的通信阻塞问题和提高用户越区切换的成功率无疑是非常有益 的。（ 3）更适合在衰落信道中传输。移动信道在一般情况下是一个 时变多径衰落信道，而在 CDM療统中，由于采用了宽带传输，所以具有了特有的

3、频率分集特性，即当信道具有频率选择特性时，对CDMA系统中信息传输的影响较小。（4）平滑的软切换特性。在CDMA系统中，所有的小区（或扇区）都可以使用相同的频率，这不 仅简化了频率规划，也使越区切抽象得以平滑实现。（5）良好的通信安全性。CDMA系统采用扩频技术，使发射的信号频谱被扩展得很 宽，从而使所发射的信号完全隐蔽在噪声和干扰中，不易被发现和 接收。第三代移动通信系统CDM采用的关键技术有下面几种。1、RAKE接收技术移动通信是在复杂的电波环境下进行的，如何克服电波传输所 造成的多径衰落现象是移动通信的一个基本问题。在CDMA移动通信系统中，由于信号带宽较宽，因而在时间上可以分辨出比较细

4、微的 多径信号，对分辨出的多径信号分别进行加权调整，使合成之后的 信号得以增强，从而可在较大程度上降低多径衰落信道所造成的负 面影响。这种技术称为 Rake 接收技术，也即多径分集接收技术。 Rake 接收机在利用多径信号的基础上可以降低基站和移动台的发射 功率。而在GSM手机中只能通过时域均衡器抵消多径效应，不能通 过多路信号的能量叠加而降低发射功率。2、智能天线技术 用智能天线对接收信号进行空域处理可减小多址干扰对信号的影响，采用具有一定方向性的扇形天线可以掏除某一角度内的其他 干扰，提高系统性能。以前由于智能天线的高度复杂性和能量消耗 较大，对它的研究大都局限于在基站中的应用，直至近几年

5、，智能 天线技术才被引入到移动台中。智能天线有望显著地提高第三代移 动台的性能，因此也成为第三代移动通信系统的研究热点之一。我 国提出的具有自主知识产权的 TD-SCDM第三代移动通信系统，也采 用了先进的智能天线技术。偌站智能天线包括两个重要组成部分；一是对来自移动台发射 的多径电波方向进行到达角估计，并进行空间滤波，抑制欺了移动 台的干扰；二是对基站发送信号进行波束形成，使基站发送信号能 够沿着移动台电波的到达方向发送回移动台，从而降低发射功率， 减小对其他移动台的干扰。智能天线技术用于TDD（时分双工）方式的CDMA系统是比较合适的，这是因为选用 TDD方式后收发信道使 用相同的频率，这

6、样就可以利用接收电波的特点来调整发射信号。 智能天线技术能用接收电波的特点来调整发射信号。智能天线技术 能够在较大程度上抑制多用户干扰，从而提高系统容量。当然智能 天线技术也存在一些局限性，例如由于存在多径效应，每个天线均 需一个 Rake 接收机，从而使基带处理单元复杂度明显提高。3、多用户检测技术 多用户检测理论和技术的基本思想是利用多址干扰中包含的用 户间的互相关信息来估计干扰、降低或消除干扰的影响。多用户检 测算法能充分利用扩频码的结构信息与统计信息联合检测多个用户 的信号。多用户检测技术是抑制多址干扰技术中最有潜力的一种方 法，并已经成为第三代移动通信标准中倡导的关键技术之一。它具

7、有以下一些好处：提高带宽利用率，抑制多径干扰；消除或减轻远 近效应，降低了对功控高度精度的要求，可简化功控；弥补扩频码 互相关性不理想造成的影响；减小发射功率，延长移动台电池的使 用时间，同时也减小移动台的电磁辐射；改善系统性能，提高系统 容量，增大小区覆盖范围。当然多用户检测技术也存在一些局限性，首先是来自其他小区 的MAI （多路存取干扰）依然存在，在多用户检测算法中只考虑了 同小区其他用户的干扰，并没有考虑来自相邻小区的干扰，而这种 干扰自然会影响系统性能。其次由于移动台的接收设备不能做得太 复杂，故在下行信道执行多用户检测有一定难度。除此之外多用户 检测还大大增加了设备的复杂度；增加了

8、系统时延，特别是采用自 适应算法时更为严重；多用户检测一般需要知道用户的一些信息， 需要通过不断地信道估计来实现，估计的精度会直接影响检测器的 性能。 4、高效编译码技术在无线通信中，人们很关心频谱利用率和功率利用率。一般的 编码技术是通过牺牲频谱利用率来换取功率利用率的提高，这是因 为采用了信道纠错编码技术（ECC后增加了信息的冗余位，这样必 然降低了频谱利用率，但同时由于引入了冗余位增加了信道纠错能 力，降低了比特误码率（BER，在保证一定信噪比的情况下可以降 低发射功率，因此提高了功率利用率。在第三代移动通信系统主要提案中（包括WCDM和cdma2000 等），除了采用IS-95CDMA

9、系统相类似的卷积编码技术及交织技术 之外，还采用了 Turbo编码技术及 RS-卷积级联码技术。卷积码具有记忆能力，可用维特比译码，具有很高的编码增益。而交织技术 性错误，也就是说能将码字的长连错转化成每个纠错码字里只有一 个或两个错误，这样有利于对付信道传输里由于只有一个或两个错 误，这样有利于对付信道传输里由于突发性干扰而引起的长连串错 误，交织不会引入冗余码，所以也就不会降低频谱利用率。Turbo编码器采用两个并行相连的系统递归卷积编码器，并输之一个交织 器。两个卷积编码器的输出经并串转换以及凿孔( Puncture )操作 后输出。相应地， Turbo 解码器由首尾相连、中间由交织器和

10、解交 织器隔离的两个以迭代方式工作的软判输出卷积解码器构成。从计 算机仿真结果看，在交织器长度大于 1000、软判输出卷积解码采用 标准的最大后验概率(MAP算法条件下，其性能比约束长度为 9的 卷积码提高 1-2.5dB 。但 Turbo 编码技术只能用在第三代系统中的 高速数据中，这是因为语音及低速率数据长度不满足交织长度的要 求。 RS 编码是一种多进制编码技术，适合于存在突发错误的通信系 统。5、功率控制技术在CDMAR统中，由于用户使用相同的频带，用户的扩频码之间存在非理想的相关特性，因此任何一个用户对其他用户来说都是干 扰源。如果干扰用户比目标用户距离基站近很多，即使忽略衰落的 影响，信号的路径衰耗亦与用户距基站的距离的三次方成正比，则 干扰信号在基站的接收功率会比目标用户信号的接收功率大很多， 这样，传统接收机的输出中多址干扰分量就可能很严重，甚至会淹 没目标用户的信号。这种现象被称为远近效应。功率控制可以有效 地减小远近效应的影响，已经成为第三代通信标准中最为重要的核 心技术之一。常见的CDMA功率控制技术可分为开环功率控制、闭环功率控制 和外环功率控制 3 种类型。在 IS-95 中，闭环功率控制技术只用在 上行信道中。而在 WCDM和cdma2000系统中，下行信道则采用了开 环、闭环和外环