第讲 第三代移动通信主要技术标准

第二十二讲

第三代移动通信的主要技术7/2/2023主要内容高效率的编译码技术功率控制多用户检测技术智能天线2

高效率的编译码技术

从源数据角度来看,3G包括各类话音、图像的数字压缩技术。诸如各类单路、低时延、低比特率的话音压缩、编码技术和基于MPEG-1、MPEG-2、、H.324、MPEG-4至MPEG-7算法,实施覆盖HDTV至甚低比特率(≤64kb/s)的高质量数字图像压缩技术。3G的语音编码技术主要有两种:8kb/s和13kb/s的码本激励线性预测编码(CELP)。其中,8kb/s的全质量语音编码技术已经达到GSM系统的13kb/s的话音水平甚至更好;而13kb/s的语音编码已达到有线长途话音水平。CELP采用与脉冲激励线性预测编码相同的原理,只是将脉冲位置和幅度用一个矢量码表代替。

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此外,信道编译码技术是第三代移动通信的一项核心技术。这是因为，虽然第三代移动通信采用的扩频技术有利于克服多径衰落以提供高质量的传输信道,但扩频技术存在潜在的频谱效率低的问题,而一般的编码技术也是通过牺牲频谱利用率来换取功率利用率的,因此,3G系统中必须采用高效的信道编译码技术来进一步改善通信质量。综合来讲,现代无线通信系统对于信道编译码技术的要求是:选择效率高、编码增益高、时延性能好、译码算法较简单、存储量较小、溢出概率小,对同步要求不是很高,适合于衰落信道传送、易于实现。4

在第三代移动通信系统的主要提案中(包括WCDMA和CDMA2000等),除了采用与IS-95CDMA系统相类似的卷积编码技术和交织技术之外,还建议采用Turbo编码技术及RS卷积级联码技术。在此,仅对各种技术的特点加以简要介绍,具体请参见其他资料。(1)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。(2)交织技术的特点是能将码字中的长连错误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中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。5

(3)Turbo编码器主要由两个系统递归卷积编码器、一个交织器及删除器等构成。由于两个卷积编码器是并行的关系,因此这样产生的Turbo码也称为并行级联Turbo码。Turbo编码器构成的原理框图如图(a)所示。相应地,Turbo解码器主要由两个软输入/输出译码器、同编译器相关的交织器及去交织器构成。其构成的原理框图如图(b)所示。虽然目前尚未得到严格的Turbo编码理论性能分析结果,但从计算机仿真结果来看,在交织器长度大于1000、软判决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的卷积码能提高1~2.5dB。6Turbo编/解码器(a)Turbo编码器；(b)Turbo解码器7功率控制

功率控制(PowerControl)技术是CDMA系统的一项核心技术。可以说,CDMA技术的成功在很大程度上要依赖于功率控制技术的成功应用。所谓功率控制就是要根据具体情况,动态调整发射机的功率。这里的发射机可以指基站的发射机,也可以指移动台的发射机,但主要还是指后者。也就是说,CDMA中上、下行链路的功率控制是彼此独立的,但更侧重于上行链路。具体来讲,功率控制主要是限制和优化来自每个用户发射机的发射功率,一方面使其到达基站接收机的平均功率都相等;另一方面,在保证通信质量的前提下,将发射机功率尽可能地调至最小。8

1)上行开环功率控制上行指的是由BS到MS的方向。上行开环功率控制仅由移动台进行,基站并不参与。开环功率控制用于确定用户的初始发射功率,或用户接收功率发生突变时的发射功率的调节。其基本原理(如图5-18所示)是移动台先测量接收到的基站功率的大小,然后根据接收的功率值,估计前向传输路径的损耗,遵循一定的准则,以调整自身的发射功率。9开环攀功率张控制102)走上滤行闭林环功假率控腐制闭环妖功率脏控制11闭环剪功率杰控制勾对于通补偿马由于劝快瑞赢利衰息落而非造成丸的功夫率波准动很视有作妙用,瞎因史而能楚够使脑基站过对移怨动台勺的开飞环功趴率估抓计迅超速做店出纠桥正,警以煌使移伍动台链保持洽最理悲想的避发射催功率铸。可至以说揉,摩反向繁信道红闭环蛇功率狱控制欠是对袜开环讯功率鼓控制刊的有架效补批充。12闭环对功率伪控制爷有内垫环和维外环针之分进。内病部环坑路的势前提翁假设汁就是表存在忙一个档预先使确定郊的用寺于判歇断增日加功衫率和另降低蜜功率呈的S拣NR悔门限缩慧。勉因为井我们健始终兵在试勇图保烛持一撑个可驰以接描受的凡FE傍R，悟并且享在一防个移狸动环煮境中联在F革ER辩和Eb/N0之间化没有锄一一赵对应冷的关稠系。辟所以店不得析不动煮态调划整Eb/N0门限暴以保择证在翼信道梨环境腿不断诵变化齿的情内况下茅,壁保持俩一个袭可接歇受的肚FE裂R来帝维持脑通信牺质量厕的不息变。Eb/N0门限耽的调骆整(阻由内蚊环功馆率控盒制使矿用的晚)被另引用旬为闭蚊环功病率控仙制的猪外部灰环路费(如痒图所伴示)鞭。在鄙设置赔服务毕质量比目标段值的舰过程详中,男该曾目标码值既胞不能慰太低猎,左也不乡丰能太俗高。炼服务去质量素目标旨值太沸低不直满足勉业务悠需求碍,技而服蚂务质受量目保标值融太高怨会造蓄成大犹量的屠资源隙浪费德,挎降低洒整个锋系统篮的容玩量。思所狭以外购环功壶率控观制是龄无线匪资源可控制材的重钱要组哪成部企分,仪与真快速宪功率诉控制肃联系向密切沙,吊其功手率控渗制一蓝般为羡每秒料50爽次。13闭环甘功率松控制盆的内调环和始外环14最后责,启介绍妖一下帅在软化切换篮中的弱闭环测功率左控制算。扫在软蒙切换隶过程盗中,成移视动台装从两汁个或维三个就基站抢接收茎到业悟务信秧息帧科,洞并且朗在这焰些业伏务信会道上测也许绩会与该功率踩控制排命令误发生位矛盾阵(即没一个愈基站翁可能苏告诉失移动丽台增静加功丛率,顾而师另一冬个基绩站告怨诉移冈动台滩降低迈功率络)。澡在高这些菜情况桐中,胖移环动台愉遵循依的原慎则是夜:帜假如括一个砍基站忆命令唇移动乒台降狼低功筛率,睛则她移动穗台将足会降刷低功堂率。券当所熔有涉养及软康切换郊的基涂站都侮命令塘增加辛功率郊时,盛移墙动台赶才会租增加董功率挨。153)抬下岭行开谁环功奥率控奋制在C定DM艳A系帝统中础,小移动鹊台必务须向境基站估反馈烈报告舍下行可链路需的质捐量。娱移动纲台连惭续地烈监视蜡下行咏链路费的F屠ER凉,率并且摊在一已条被弄称作婆功率布测量犬报告鲁信息线(P逼MR抬M)犹中向腥基站销报告揪这个容FE稿R的吨反馈腐。它弹可以绣用两篮种方份式发路送这贿个报碰告:掏一劈燕种方耻式是用移动怀台周僚期性悟地报嗽告P棒MR麻M,糠而海另一些种是富仅仅杜当F趁ER蔬超过闷一个顾特定忌的门森限时俊移动雕台才膊报告箭PM圣RM笋。基露站知僵道了绳下行桶链路邪的质眠量后置,股则会认调整吵对那板个相俭应移闸动台秩的发遵射功木率。气为了坛实现脱快速供和自君适应揭的功汇率控停制算椒法,循在竿下行惭链路昏中也时可以点插入干专门衰的子澡信道键以实面现下杏行链皮路的槽闭环北功率延控制群。16多用逮户检担测技说术在C炭DM羽A移胡动通巨信系歇统中该,估存在窝着两穗种比楚较严区重的种干扰指问题摇:商一是城由于川不同穿的用敌户同愚时共际享同惑一频漏段的裳带宽罚(各饥个用磨户之音间由筒于其在对应微的地迈址码过之间奖存在迁相关漏性,陈不沉能完屑全正惯交)请而产榨生的香多址句干扰纳(M难AI冤,架Mu挪lt贿ip徐le蓝A惰cc泽es椒s梯In低te洒rf祖er斯en挠ce盗);区二摇是由融于信傻道特购性的鼻不理虚想而喇引起死的符偷号间雹干扰鹊(I坏SI念,社In谣te秩r锈Sy细mb承ol平I扶nt胆er屯fe迟re符nc猛e)柳。传统道的C因DM稼A接愈收机饿,能如匹厅配滤简波器虑和R届AK武E接埋收机在,斑大都数采用缓的是五单用攀户检恨测(这Si骆ng洞le难U建se捧r桌De题te轿ct关io源n)缸技和术,刚对岸各个泻用户胖信息峡的接肯收都拼是相左互独歇立进受行的染。垫也就歇是说弃,往都是进把除叛有用闹信号警外的限信号渣作为皂干扰蜓来处尾理,尝而宪没有技充分牛利用您接收织信号匙中的桶有用膏信息熊,届如确喜知的畅用户昏信道知码,娱各垦用户临的信沫道估衣计等嚷,杏因而袄导致育接收投信噪渗比严本重恶森化,群系末统容济量也毁随之结下降尼。171.筒基袍本概这念多用材户检存测(壶MU讲D,胖M开ul所ti区U垮se宋r计De燥te辜ct辛io互n)闹又称还联合拣检测往(J要D,揪J饭oi摘nt岁D血et帮ec花ti乔on狂)或扬干扰毯消除育。其印基本芝思想榜是把千所有芬用户何的信学号都记当作珍有用效信号割,岛而不寸是当店作干差扰信侄号来盈对待拾。袋要充艘分利垮用多窄址干庙扰信踢号的抛结构驾特征太和其龙中包晴含的芽用户逮间的现互相品关信浪息,意通浮过各岭种算艺法来名估计凝干扰滚,肠最终艺达到百降低经或消唐除干吃扰的提目的撇。摸多用助户检缘瑞测技谨术是冤抑制药多址膝干扰扎技术墓中最搁有潜爸力的桐一种杠方法初,牢并已控经成岁为第励三代外移动励通信趁标准朗中倡难导的忘关键壶技术额之一枯。182.科分胸类多用杆户信跪号检锋测技商术中衫的最袖佳方种法是保最大馅似然运序列织(M跑LS拆E)股检测亿,注这已扇经在膊理论路上被宜证实谷。但尿是,帅由训于它注算法斧过于抱复杂皂,烘实现训起来朽非常误困难辛,意因而膨实际湖应用议的可凉能性霞不大弄。皮近年处来,骑人隶们研历究出罗了各航种的赢次优脸化方丘法,插力提求在岩保证徒一定吃性能膊的条遗件下虚将实若现的见复杂厕度降杆低到嫂工程舰上可田以接稠受的疤程度降。多泻用户色检测改方法木分类熊图如屑图所陈示。19多用认户检警测方蛮法分培类图20由图巨可见染,起这些错次优姨化方辅法大倚体可春以分第为两宵类:书线犯性和横非线骡性。晓线性界的方垫法又屿包括孟去相坚关(荒简称躬DE急C)伤多用葱户检肾测、胞最小蜻均方谈误差甩多用括户检朽测(设MM肆SE梢)和偶多项劣式展饿开(吃PE矩)多校用户丛检测污等;凶非论线性已方法馅又包爬括判畅决反窑馈多度用户炎检测况、多利级检搂测、油连续无干扰波抵消兰(包买括串迅行S械IC斑和并息行P投IC瘦)的誉多用务户检呜测和嗓基于析神经鹅网络土的多遮用户涂检测忠等。封线性愤多用肺户检用测方摘法的象基本捷思想较是使击接收午信号尚先通庄过传穿统的恭检测脑器,昂然竞后进仁行线现性的只映射梅(变泪换)霸以消除除不呢同用警户间突的相狠关性货,港最终喇降低掩或消拴除多启址干蜓扰。213.鸟优瓶点(1贿)携提高筛了带径宽利庄用率训,垫抑制淡了多斯径干偷扰。办(2阿)椅消除慰或减宗轻了中远近灰效应俯,嫩降低欢了对处功控奏高度拘精度锹的要挑求,令可气简化葡功控况。(3玩)验弥补普了扩所频码桌互相因关性劫不理吴想造户成的豪影响沉。(4初)讽减小碧了发悔射功损率,唱延首长了缩慧移动冈台电敏池的朽使用重时间沾,点同时裂也减终小了填移动赤台的胞电磁游辐射祸。爽(5森)染改善顿了系淡统性弊能,扣提咱高了顽系统柱容量聪,季增大煮了小愿区覆队盖范维围。224.衫局渠限性洪(1缝)扩它只茎是消遥除了呆小区油内的流干扰业,竭而对后小区沫间的序干扰努还是磁无法辉消除印。(2调)较算法袍非常乒复杂联,晒尤其扯是在挡下行硬链路剂上,富大番大增灭加了厚移动遥台的朴接收携设备扒的复竖杂度催。葵尽管距如此忍,锹相信辩多用议户检餐测技喂术的贺局限流性会潮是暂加时的瓦,凝随着馋数字核信号晒处理刺技术横和微皆电子喊技术洽的发习展,社降桂低复齿杂性湿的多虚用户法检测倘技术手必将房诚在第杂三代丢移动所通信蓄系统聪中得即到广寄泛的炉应用带。23智能涉天线1.继产汤生及宵发展智能愧天线劣技术滴在2缘瑞0世挂纪6成0年驶代就滴已经贴出现启,伟最初灰应用垮于雷佛达、胆声纳典及军议事通飞信领士域。垫由于翠价格度等因佛素,权智甚能天钉线一王直未柜能普瓦及到苗其他宣通信鹿领域菠。2灵0世贼纪9凶0年忙代初扯,峡微计傅算器员和数男字信冲号处捉理(祖DS论P)稻技术潜开始验飞速随发展探,捧DS奋P芯乡丰片的哑处理抵能力跟日益稍提高炎,州且价幼格也册逐渐障能够伟为现寄代通询信系挡统所师接受悟。同研时,朵利廉用数洗字技灯术在阳基带桶形成卖天线萝波束桂成为体可能灾,勾以此浸代替饭模拟旁电路幕形成饰天线陷波束腔方法灶,兆提高货了天短线系迟统的盛可靠朱性与或灵活开程度傍,朽这就惜为智奥能天纹线技抢术在哥移动悲通信吸的应价用提释供了斯可能辩。另忙一方克面,吊移腹动通扒信频城谱资饿源日狠益紧腿张,犬多越址干抹扰(侨MA评I)暑、同叨信道杨干扰哪(C介CI忠)以拆及多龄径衰栋落日胞益成哄为影粘响移挎动通接信系编统性铲能的杏主要缓问题风。阻而智糖能天吃线是请解决泡频率浆资源圈匮乏眼的有勉效途稳径,主也澡是消很除各旗种干蜻扰、悲提高啄系统摘容量预和通葡信质衫量的悦重要表手段裁。242.松基绝本分很类1)咬多昨波束栽智能甘天线乎多波史束智过能天蛇线主各要采术用的巷是波户束转按换技怨术(钓Sw伶it参ch猪ed遗B辨ea浩m躺Te绣ch却no监lo槽gy将),依因冈此,蔽也朗称为限波束供转换挨天线况(S菊wi弊tc悉he累d粱Be摄am搁A忌nt侮en倾na毛s)瘦。纳它是御在把坏用户绒区进僻行分令区(纹扇区除)的蹄基础炭上,帅使天喷线的肾每个盏波束寇固定娘指向体不同河的分扎区,掀使碌用多两个并屑行波枕束就堂能覆井盖整数个用朽户区蜂,窄从而决形成贿了形绘状基女本不进变的姻天线禽方向易图。聋当用茄户在予小区不中移陆动时抚,谣根据魄测量固各个枪波束市的信鸟号强父度来丛跟踪轿移动旺用户扒,平并能岁在移睛动用携户移熊动时收适当州地转屑换波玩束,附使尝接收辰信号析最强呢,如同时缘瑞较好滥地抑野制了萝干扰徐,遍提高裹了服砌务质种量。搂可容以说绘,犬多波辜束天倚线是失介于么扇形远定向蔬天线页与自泄适应横智能泉天线祸之间列的一照种技具术。25多波妙束智临能天诱线示没意图26与自统适应承智能间天线倍相比痰,日多波魔束智姿能天撞线具老有结叙构简依单、阴响先应速博度快脱等优胡点。迫更主陵要的鞠是,蹈上葬行链家路的步同一盛波束吩也可织用于旨下行提链路糠,棵从而滴在下俊行链返路上趁也能猴提供除增益盐。杰但是脊由于熔它的扒波束慰不是鼓任意垒指向嫩的,歇而刻只能劳对当眨前传蓄输环纯境进腐行部跑分匹翼配，棵因绵此当反用户酸不在拳固定哨波束猴的中惧心处蝴,枪而处班于波睬束边裹缘时肺,嫩且干庄扰信锦号处什于波见束中公心时愿,锅接收铸效果域最差屠,侧所以止多波嫩束天君线不臣能实虹现信小号的雀最佳饭接收壁。末这种脉多波递束智菌能天水线主加要在规模拟广移动疮通信蹦系统丙中应谱用。尸多波霸束天覆线中败值得召研究停的有捞以下反内容衫:著如何梳划分虫空域懂,旧即确条定波岭束的围问题们,梨包括起数目卖和形勿状;廊挑肾选波倘束的盛准则直;尼波束俱跟踪况的实议现(表主要讲指的航是实岔现快泪速搜诊索算谣法等叉);叉波体束切忽换与心自适拆应波罪束成插型的见理论柜关系村等。272)饰自荷适应草智能监天线击自适互应智醒能天是线原饶名叫夜自适戒应天露线阵葬列(坛AA寸A，同A牢da钢pt红iv勤e还An坟te亭nn抽a娘Ar拢ra法y)培,僚是一资种安众装在水基站斗现场味的双储向(虎既可辫接收庄又可阴发送酬)天搅线。磁它去基于户自适忽应天打线原浅理,欢采寸用现茫代自经适应蜡空间外数字贿处理痛技术初(A临da弹pt露iv润e拿Sp沟at窃ia鉴l芹Di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