WCDMA向后三代演进中基带传输技术

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近10 年来, 移动通信技术得到突飞猛进的发展, 经历了第一代模拟移动通信、第二代数字移动通信技术和即将投入商用的第三代移动通信技术。第三代移动通信的主流制式分为三大类———WCDMA , CDMA2000 和中国的TD-SCDMA , 焦点集中在WCDMA 和CDMA2000 。而基于第二代移动通信的考虑和目前全球范围内3G的应用情况, 可以说WCDMA 已经成为最为主流、应用最广泛的第三代无线传输技术。

　　但是随着多媒体业务、数据传输的发展, 人们对通信的质量和通信的业务不断增加。由于目前第三代移动通信仍然不能支持超过20 Mbit/ s 的高速数据业务以及很大范围(8 kbit/ s～20 Mbit/ s) 的业务, 并且第三代移动通信并没有实现真正意义上的全球漫游, 因此, 近年来一些研究学者又提出了未来移动通信系统的新构想———BeyONd 3G的概念。Beyond 3G移动通信系统必须能够支持全IP 高速分组数据传输(数据速率为数十甚至数百Mbit/ s) 、支持高的终端移动性(移动速度高达每小时几百公里) 、支持高的传输质量(数据业务的误码率低于10 - 6) 、提供高的频谱利用率和功率效率(发射功率降低10dB 以上) ,并能够有效地支持在用户数据速率、用户容量、服务质量和移动速度等方面大动态范围的变化。

　　目前, WCDMA 的标准也在不断朝着Beyond3G演进, 其发展方向主要有: 支持/iompany/detail3.html" target="_blank">ST (贝尔实验室垂直分层空时结构) 和基于发送分集的空时编码技术。前者各个发送天线上的数据相互独立, 因而带宽效率高; 后者发送天线上的数据相互关联, 因而有更好的性能。将这两种技术应用于WCDMA , 可以大大提高数据传输速率, 改善系统性能。目前WCDMA 标准的HSDPA 技术中已经考虑采用了空时分组码和基于多天线的V-BLAST 技术。而文献分析了WCDMA 系统中采用空时格栅编码的可能性。目前, 如何在终端实现多天线接收仍然存在实现上的困难。

　　智能天线技术

　　如前面所述, 多址干扰限制了WCDMA 系统容量(小区移动用户数) 。在不增加带宽的条件下扩大WCDMA 的系统容量就要抑制多址干扰。智能天线通过定向发射信号, 抑制发射机对同小区和邻小区的干扰。通过空间合并, 整个天线阵的方向图在期望信号方向有较大的增益, 在其它方向上天线增益降低, 从而提高接收信干比。采用自适应天线还能在干扰方向上形成空间零点, 达到抑制强干扰信号的目的。目前, 虽然采用阵列天线及空时处理技术可在空域有效地抑制多址干扰, 但由于系统实现的复杂性, 现有的WCDMA 系统标准未包括阵列天线技术。随着技术和器件的进一步发展, 智能天线技术在WCDMA 系统中应该有很大的应用前景。

　　自适应链路技术

　　移动通信的一个重要特征就是信道调条件、服务分布以及信息类型随着空间和时间不断变化。这使得在设计链路传输子系统时, 满足如下更灵活更智能的功能:

　　(1) 适应流量的动态变化;

　　(2) 能够根据不同的信息类型控制QoS ;

　　(3) 适应由于信道衰落引起的信道变化;

　　(4) 增加系统的容量。

　　自适应链路关键技术初步分为: 自适应资源管理和自适应传输技术。自适应资源管理包括动态信道分配、动态帧长分配以及动态差错控制等等, 而自适应传输技术包括传输功率控制、自适应调制、自适应码率、自适应符号速率以及自适应波束成形技术等等。

　　幸运的是, 目前, 系统工程师已经应用了大多数调制技术, 如QPSK、M-QAM 和接入技术如CDMA 和TDMA 到无线通信系统中。而在WCDMA 的R5 中HSDPA 技术已经使用了部分的自适应链路技术如自适应调制技术。目前自适应链路技术在WCDMA 中应用的困难在于如何有效地结合这些技术, 从而创建灵活的无线资源管理和无线传输技术来满足上面所述的四个要求。

　　H-ARQ 技术

　　H-ARQ (Hybrid-ARQ) 实际上是一种隐性的链路自适应技术。在未来的移动通信系统中, 要求物理层和网络层支持多媒体业务, 希望对不同的业务提供不同等级的QoS 质量保护, 这就要求物理层和网络层需要采用灵活的纠错编码和ARQ 方式, 将前向纠错编码( FEC) 和自动差错反馈(ARQ) 结合起来, 在编码中引入了一定的自适应性, 可以更好地适应信道, 提高系统的吞吐量。目前HSDPA 中已经考虑采用H-ARQ 技术, 如何将其与其它自适应链路技术有机结合是应用在后三代中亟待解决的问题。

　　多个技术的结合

　　上述讨论了几种技术单独地应用于WCDMA系统中的情况, 而多个技术的结合可以进一步提高系统的性能。这些结合并不是盲目的结合, 而是有机地结合起来。其中包括: 信道编码与多用户检测结合、信道编码与均衡结合、信道编码与MIMO及空时码结合、信道编码与空时码、自适应链路及H - ARQ 结合等等。这些技术的有机结合可以获得很大的增益。目前, 信道编码与多用户检测、均衡、MIMO 结合已经被很多学者所研究, 特别是用Turbo 码或者LDPC 码, 采用“Turbo”原理与上述技术结合, 可以获得很大的增益, 被认为是后3G的关键技术。而编码、自适应调制和H-ARQ的结合更是显而易见的。但是, 目前这些技术的结合也存在实现上的困难。我们相信, 随着器件的发展, 这些新技术将未来WCDMA 系统中发挥很大的作用。

　　结束语

　　作为WCDMA 系统向后3G演进的增强基带传输技术, 多用户检测技术、均衡技术、MIMO 和空时码技术、智能天线技术、自适应链路技术、混合ARQ 技术等技术将能够显著提高通信系统的容量和通信质量, 具有很好的应用前景。虽然这些技术应用在目前的系统中正式商用化还有待时日, 但这些技术的使用无疑将加速WCDMA 向后3G的演进。