IMT-2000無(wú)線傳輸技術(shù)方案的

主要技術(shù)概要

王樹(shù)甲[1]

摘  要  圍繞第三代移動(dòng)通信（IMT-2000）無(wú)線傳輸技術(shù)（RTT）的目標(biāo)要求,，概要分析諸方案可能采用的關(guān)鍵技術(shù),。

關(guān)鍵詞  3G  WCDMA  cdma2000  codec  卷積編碼  RS編碼  多徑分集接收  CDMA-IC  智能天線

一、引  言

第三代移動(dòng)通信（IMT-2000）無(wú)線傳輸技術(shù)（RTT）方案經(jīng)過(guò)ITU-R TG8/1任務(wù)組的多年努力和18次會(huì)議的協(xié)調(diào)已基本確定,。盡管并列了5類(lèi)7種RTT系列,，但實(shí)質(zhì)上都是二代CDMA和TDMA數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù)的繼承和發(fā)展。如果說(shuō)第一代與第二代（2G）移動(dòng)通信之間實(shí)現(xiàn)了模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的過(guò)渡,，那么2G與3G（第三代）之間將實(shí)現(xiàn)不同數(shù)字方式的變換,，具有明顯的演進(jìn)特點(diǎn)。

事實(shí)上,，人們是在2G系統(tǒng)建立過(guò)程中已就3G系統(tǒng)目標(biāo)達(dá)成共識(shí),，即建立一個(gè)全球統(tǒng)一的多業(yè)務(wù)、多應(yīng)用,、多運(yùn)營(yíng)商環(huán)境的第三代移動(dòng)通信體系,，同時(shí)對(duì)它提出了高靈活性,、高質(zhì)量,、大容量的要求。很顯然,，RTT方案對(duì)于實(shí)現(xiàn)3G目標(biāo)十分關(guān)鍵,，而多種RTT方案又不可能全面達(dá)到3G目標(biāo)。所以,，各方案都將接受實(shí)踐的篩選,，“物競(jìng)?cè)藫?#8221;地確立主流RTT方案。

除了3G目標(biāo)之外,，還要考慮各RTT方案在2G/3G演進(jìn)過(guò)渡的經(jīng)濟(jì)性,、靈活性和兼容性，以保護(hù)2G系統(tǒng)的巨大投資,。

鑒于上述情況,，與其繼續(xù)討論各RTT方案的優(yōu)劣，不如分析3G系統(tǒng)RTT方案中的關(guān)鍵技術(shù),，從中了解綜合地實(shí)現(xiàn)3G經(jīng)濟(jì)性,、靈活性,、高質(zhì)量、大容量目標(biāo)的技術(shù)途徑,。

二,、信源編/譯碼技術(shù)

信源編/譯碼（codec）方法的選擇與許多因素有關(guān)，如所要求的業(yè)務(wù)質(zhì)量,、通道編/譯碼方式,、延時(shí)要求、小區(qū)覆蓋范圍和容量,、頻率空間復(fù)用因子,、多址方式、調(diào)制方式等,。在這些因素中,，有的相互矛盾，有的相得益彰,，需要統(tǒng)籌兼顧與折衷平衡,。鑒于（1）2G主流系統(tǒng)的語(yǔ)音傳輸質(zhì)量并不令人滿(mǎn)意，13kbit/s GSM的規(guī)則脈沖激勵(lì)長(zhǎng)時(shí)預(yù)測(cè)（RPE-LTP）codec主觀評(píng)定分?jǐn)?shù)（MOS）為3.54,，9.6kbit/s CDMA的碼本激勵(lì)線性預(yù)測(cè)(CELP)codec主觀評(píng)定分?jǐn)?shù)為3.45,；（2）3G系統(tǒng)提出了語(yǔ)音質(zhì)量要與有線固定電話質(zhì)量相匹敵的目標(biāo)要求，而64kbit/s PCM的MOS為4.3分,，32kbit/s ADPCM的MOS為4.1分,；所以，提高3G系統(tǒng)的codec質(zhì)量不僅是主要矛盾,，還是諸矛盾因素間的矛盾主要方面,。

為了提高3G系統(tǒng)語(yǔ)音編譯碼器的質(zhì)量，首先應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高codec的速率,，在2G CDMA系統(tǒng)中業(yè)已提出14.4kbit/s速率的語(yǔ)音業(yè)務(wù),，它的MOS為4.2分，仍采用CELP方式,，并在IS—95B中實(shí)施,；Nokia公司大勢(shì)所趨。順便指出,，如果日后發(fā)展無(wú)線IP電話時(shí),，提高速率有利于減小裝/拆包時(shí)延。其次是合理選擇曾研制了增強(qiáng)型可變速率編碼（EVRC）的GSM手機(jī),，但在網(wǎng)中很難推廣實(shí)施,。這表明適當(dāng)增加編碼速率是語(yǔ)音編碼的幀長(zhǎng)問(wèn)題，2G系統(tǒng)的GSM和CDMA都選擇了20ms幀長(zhǎng)，它比較適合人類(lèi)語(yǔ)聲信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性,，在保證一定質(zhì)量的前提下,，可以進(jìn)行有效的語(yǔ)音壓縮。為了后向兼容,，cdma One仍會(huì)采用20ms幀長(zhǎng),，而WCDMA方案決定采用10ms幀長(zhǎng)。幀長(zhǎng)參數(shù)直接影響編/譯碼延時(shí),，而延時(shí)會(huì)造成與PSDN端局相接時(shí)2/4線變換處的回聲,，通信距離越遠(yuǎn)越嚴(yán)重，需要采用回聲消除措施,，才不致影響這類(lèi)通話的質(zhì)量,。不言而喻，幀長(zhǎng)減小也有利于無(wú)線IP電話的減小延時(shí),。第三,，幀長(zhǎng)的大小決定了交織深度，交織技術(shù)有助于將無(wú)線信道的突發(fā)性串誤碼變換為隨機(jī)誤碼,，并通過(guò)前向糾錯(cuò)技術(shù)加以消除,。所以，采用較長(zhǎng)的幀長(zhǎng),，可以得到較深的交織,，有利于提高語(yǔ)音質(zhì)量卻不影響容量，付出的代價(jià)是延時(shí),。第四,，利用語(yǔ)音激話因子（40%-60%），實(shí)施可變速率語(yǔ)音編碼,，有利于增加容量和有效利用頻率資源,。

關(guān)于3G系統(tǒng)的高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)的信源編/譯碼問(wèn)題，很可能仿照固定業(yè)務(wù),，放在數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）一側(cè),，與什么樣的固定業(yè)務(wù)互通,，就有什么樣的編/譯碼方式或互通功能裝置（IWF）或編/譯碼變換裝置,。當(dāng)然，對(duì)于所謂個(gè)人數(shù)字助理器一類(lèi)的簡(jiǎn)單DTE,，可以與移動(dòng)終端（MT）綜合在一個(gè)物理實(shí)體中,，但在邏輯功能上是涇渭分明的。MT的一個(gè)重要功能在于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供更強(qiáng)有力的信道編/譯碼方式,，使傳輸誤碼率達(dá)到10^-6的量級(jí),。

三、信道編碼技術(shù)

眾所周知，無(wú)線電信道是時(shí)變信道,，而移動(dòng)通信的無(wú)線電信道也一定會(huì)受到多徑衰落和多普勤（Doppler）頻移影響,，使時(shí)空環(huán)境變得更為復(fù)雜和低劣。因此,，無(wú)論采用什么調(diào)制方式,，移動(dòng)通信系統(tǒng)都需要采用不同的數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)來(lái)改善它的鏈路性能，檢測(cè)和糾正比加性高斯白噪聲信道嚴(yán)重得多的各種差錯(cuò)或誤碼,。除了分集接收等其它措施之外,，信道編碼技術(shù)、數(shù)字信號(hào)交織技術(shù)也是十分重要的方法,。

一般而言,，3G系統(tǒng)仍會(huì)采用技術(shù)成熟、實(shí)現(xiàn)方便,、行之有效的卷積編碼方式,。顧名思義，所謂卷積編碼是指輸出碼元與輸入碼元之間存在卷積規(guī)律的編碼方式,。卷積碼與分組碼不同,，消息比特?zé)o需組成不同的碼組，而是將連續(xù)加消息比特序列有頭無(wú)尾地變換為編碼器輸出比特序列,。這種高變結(jié)構(gòu)性的映射變換也使譯碼方法與分組碼譯碼方法有顯著區(qū)別,。卷積碼的譯碼方法有數(shù)種，最重要的是Viterbi算法,，該算法可以完成卷積碼的最大似然譯碼,。卷積編碼器主要由移位寄存器構(gòu)成，Viterbi譯碼器既可采用軟判決譯碼,，也可采用硬判決譯碼來(lái)實(shí)現(xiàn),。前者性能優(yōu)于后者2-3dB，但延時(shí)較后者長(zhǎng),。

具體地講,，多載波CDMA方案須采用與IS-95B標(biāo)準(zhǔn)后向兼容方案，兩種DS-CDMA RTT方案對(duì)于語(yǔ)音業(yè)務(wù)信道和控制信令信道仍會(huì)采用不同編碼比率R和約束長(zhǎng)度K的卷積編碼/Viterbi譯碼,。例如,，語(yǔ)音業(yè)務(wù)信道采用R=1/3，K=9的卷積碼,，控制信令信道采用R=1/2,，K=9的卷積碼。除了其它含義之外,，參數(shù)K還表征編碼器的復(fù)雜度,。實(shí)踐表明,，在復(fù)雜度相同的條件下，卷積碼優(yōu)于分組碼,。

應(yīng)當(dāng)指出,，卷積碼本身具有與交織技術(shù)類(lèi)似的消息比特序列的時(shí)間分集作用，因而對(duì)干擾,、衰落引起的連續(xù)突發(fā)差錯(cuò)有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力,。然而，在卷積編碼之后仍會(huì)采用交織技術(shù),，從而以可容忍的延時(shí)代價(jià)換取更良好的時(shí)間分集效果,，最終改善無(wú)線信道的性能質(zhì)量。

從各種業(yè)務(wù)不同質(zhì)量要求看,，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)要求的差錯(cuò)率（誤碼率）比語(yǔ)音業(yè)務(wù)嚴(yán)得多,。盡管數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以用上層反饋重發(fā)協(xié)議來(lái)保證萬(wàn)無(wú)一失，但為了盡可能減少反饋重發(fā),，提高無(wú)線資源利用率,，要求無(wú)線信道的比特差錯(cuò)率最好達(dá)到10^-6的量級(jí)，而語(yǔ)音通常要求10^-3,。這決不是一件容易事,，為此數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道需要采用既有很強(qiáng)隨機(jī)離散差錯(cuò)糾正能力又有很強(qiáng)連續(xù)突發(fā)差錯(cuò)糾正能力的Reecl-Solomon(RS)編碼。

所謂RS編碼,，實(shí)際上可以通過(guò)我們熟悉的BCH碼（Bcse-Chaudhufi-Hocqenghem）來(lái)理解,，首先將RS碼視為編碼碼長(zhǎng)n=q-1=2^m-1(q，m均為大于1的整數(shù)),，監(jiān)督碼元為n-k=2t（k為消息碼長(zhǎng),，t為可糾正的差錯(cuò)碼數(shù)目），最小距離do=2t+1的q元（q>2）BCH碼,，而后將二元碼的概念推廣為多元符號(hào)的概念,，每個(gè)符號(hào)的二元碼數(shù)目為m。

RS編碼以往多用于軍事,、航天方面,，現(xiàn)已廣泛用于光盤(pán)、通信方面,。例如,，REFLEX雙向無(wú)線電尋呼通信系統(tǒng)的上行信道便采用了RS（n=31，k=23）的編碼,，它在加羅瓦域GF（2⁵）為n=2⁵-1=31個(gè)符號(hào),，每個(gè)符號(hào)5比特,，可糾正4個(gè)符號(hào)或20比特的連續(xù)突發(fā)差錯(cuò),。

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,，WCDMA方案的數(shù)據(jù)信道采用RS（36，32）編碼,，似為RS（63,，31）之誤。比照上述實(shí)例不難理解RS（63,，31）碼,，其符號(hào)長(zhǎng)度為63，每符號(hào)為6比特,；消息符號(hào)數(shù)目為31,，即186個(gè)比特，可糾正16個(gè)符號(hào)或96個(gè)比特的連續(xù)突發(fā)差錯(cuò),。若數(shù)據(jù)速率為128kbit/s,，則可以認(rèn)為RS（63，31）碼能夠糾正持續(xù)時(shí)間小于0.75ms的任何損傷引起的連續(xù)突發(fā)差錯(cuò),。

通常采用RS譯碼算法通過(guò)軟件或硬件實(shí)現(xiàn)RS譯碼器,，包括5種不同的算法。硬件實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是速度快,，工作速率可達(dá)10Mbit/s,，多用于衛(wèi)星通信和數(shù)字視頻應(yīng)用技術(shù)，但現(xiàn)成的單片RS編譯碼器多采用每符號(hào)8比特（GF（2⁸））,。蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)（CDPD）系統(tǒng),，由于工作速率低（19.2kbit/s），已用實(shí)時(shí)軟件實(shí)現(xiàn)了RS（63,，47）的譯碼器,，軟件方法的吸引力在于開(kāi)發(fā)時(shí)間短、開(kāi)發(fā)成本低,，而且具有良好的靈活性,。

綜上所述，信道編/譯碼技術(shù)通過(guò)在所要發(fā)送的數(shù)字消息中有選擇地加入冗余數(shù)據(jù),，并據(jù)此在收端譯碼時(shí)進(jìn)行糾錯(cuò),，從而保證消息數(shù)據(jù)的質(zhì)量要求。信道編碼的理論基礎(chǔ)是仙農(nóng)信道編碼定理,，不論對(duì)于帶寬受限的應(yīng)用還是功率受限的應(yīng)用,，信道編碼都能提供改善鏈路、檢糾差錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn),。至于信道編碼技術(shù)的選擇自然是要針對(duì)移動(dòng)通信信道,，W-CDMA方式的主要信道損傷，兼顧質(zhì)量,、容量和成本,。

四,、信道復(fù)用與多址連接技術(shù)

如果說(shuō)信源編碼與信道編碼技術(shù)主要是針對(duì)各種信源（業(yè)務(wù)）采取技術(shù)措施來(lái)提高移動(dòng)通信系統(tǒng)的有效性和可靠性，那么信道復(fù)用與多址技術(shù)則是為了充分利用信道,，采取技術(shù)措施使多個(gè)不同信源共用一個(gè)信道,，進(jìn)一步提高移動(dòng)通信系統(tǒng)的有效性和可靠性。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中,，數(shù)字信號(hào)在基帶的復(fù)用與在射頻通帶的多址連接通常是一致的,，并通過(guò)射頻調(diào)制/解調(diào)聯(lián)系起來(lái)。

不論是時(shí)分復(fù)用/多址還是碼分復(fù)用/多址技術(shù)都是建立在頻譜的頻分復(fù)用基礎(chǔ)上的,，這涉及頻道間隔,、載波通帶帶寬的概念，如果采用頻分雙工（FDD）,，還要涉及收,、發(fā)頻率間隔的概念。換句話說(shuō),，它們都有一個(gè)選擇窄帶或?qū)拵Ф嗦窂?fù)用/多址的問(wèn)題,。例如，當(dāng)初DAMPS為后向兼容只能選擇30kHz窄帶,，GSM/DCS在爭(zhēng)論中為兼顧高,、低業(yè)務(wù)量密度地區(qū)的小區(qū)覆蓋的經(jīng)濟(jì)/技術(shù)合理性，選擇了200kHz,，相當(dāng)于8個(gè)TACS頻道,，而DECT則選擇了1.728MHz頻道間隔和時(shí)分雙工（TDD）。現(xiàn)名為cdma One碼分多址方式,，曾叫部分頻段（PB）DS-CDMA,，也是要與AMPS共用頻段，每個(gè)CDMA頻道占用1.23MHz帶寬,，但要在AMPS頻段建立第一個(gè)CDMA頻道,，需要一定的保護(hù)頻帶，占用1.5MHz相當(dāng)于50個(gè)AMPS頻道,。之后,，每擴(kuò)充一個(gè)cdma One頻道占用1.23~1.25MHz頻帶。

更大量事實(shí)表明,，在技術(shù)的更新?lián)Q代過(guò)程中既有繼承又有發(fā)展與創(chuàng)新,。2G的各TDMA方式與cdma One相比，各有優(yōu)缺點(diǎn),。GSM/DCS的突出優(yōu)點(diǎn)是,，占用相對(duì)統(tǒng)一的頻段，采用統(tǒng)一的SIM卡和IMSI管理用戶(hù),，易于實(shí)現(xiàn)全球漫游,；采用慢跳頻技術(shù)進(jìn)行頻率分集和時(shí)間分集,，提高了抗干擾和抗衰落能力；采用移動(dòng)臺(tái)協(xié)助的越區(qū)切換技術(shù),，這是cdma One不能做到的,；技術(shù)復(fù)雜度低,，經(jīng)濟(jì)性好,。這些優(yōu)點(diǎn)使GSM系統(tǒng)捷足先至地占領(lǐng)了世界市場(chǎng)，成為2G主流系統(tǒng),。CDMA方式有眾所周知的優(yōu)點(diǎn),，但在實(shí)踐中它不得不受AMPS牽制，自身復(fù)雜度又高,，結(jié)果貽誤市場(chǎng)商機(jī),，然而，正是由于能與AMPS共用頻段和系統(tǒng)間漫游,，許多采用AMPS系統(tǒng)的國(guó)家和地區(qū)都建立了cdma One系統(tǒng),，朝、日,、北美在其它頻段也采用了CDMA技術(shù),，我國(guó)長(zhǎng)城網(wǎng)是四大城市的CDMA實(shí)驗(yàn)網(wǎng)，業(yè)已放號(hào)運(yùn)營(yíng),。

在2G/3G的技術(shù)變革中,，一個(gè)值得深思的問(wèn)題是，為什么多數(shù)國(guó)家和地區(qū),、多數(shù)跨國(guó)生產(chǎn)商都主張CDMA方式的IMT-2000 RTT方案,？為什么Ericson和Nokio公司能夠力排歐盟眾議將W-CDMA作為歐洲第一方案提交ITU，又作為IMT-2000 RTT的方案列于諸方案之首呢,？這主要是寬帶CDMA方式具有許多潛在優(yōu)勢(shì)：適應(yīng)多速率,、多業(yè)務(wù)、多應(yīng)用的市場(chǎng)需求,；有利于與現(xiàn)在,、過(guò)去和未來(lái)的分組交換方式及業(yè)務(wù)的互聯(lián)互通，諸如與X.25網(wǎng),、幀中繼網(wǎng),、Internet網(wǎng)和ATM網(wǎng)的互聯(lián)互通；能夠克服2G CDMA方案中的缺欠,，諸如上行鏈路性能比下行鏈路差,，是限制容量的薄弱環(huán)節(jié)以及國(guó)際漫游難的問(wèn)題?？梢圆捎眯碌募夹g(shù)措施,，諸如多用戶(hù)抗干擾接收技術(shù),、智能天線技術(shù)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)抗干擾,、抗衰落特性,，從而改善質(zhì)量或提高容量。

為了靈活地傳送多種速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù),，各IMT-2000寬帶CDMA方案可根據(jù)業(yè)務(wù)速率和業(yè)務(wù)質(zhì)量要求分配不同的無(wú)線資源,，例如128kbit/s以下的業(yè)務(wù)，通過(guò)改變擴(kuò)頻增益和碼信道功率來(lái)保證質(zhì)量和容量要求,；對(duì)于高于128kbit/s的業(yè)務(wù)采用多個(gè)碼信道并行傳送方式來(lái)實(shí)現(xiàn),。所以，只要熟悉直接序列擴(kuò)頻碼分復(fù)用多址技術(shù)的基本原理,，便不難理解3G各CDMA RTT方案,。各參數(shù)和具體技術(shù)的選擇和配搭原則是，頻譜利用效率與功率利用效率合理折中,，質(zhì)量與容量的統(tǒng)籌平衡,。因此，放松一些參數(shù)便須收緊另一些參數(shù),，反之亦然,。若想普遍提高質(zhì)量和容量，則一定會(huì)提高復(fù)雜度,，付出經(jīng)濟(jì)代價(jià),。最終還受理論限制，不可能無(wú)限地全面提高有效性,、可靠性和經(jīng)濟(jì)性,。

五、擴(kuò)頻調(diào)制與射頻調(diào)制技術(shù)

所有調(diào)制/解調(diào)技術(shù)都是為了提高頻帶利用效率和/或功率利用效率,，或是求得兩者的折衷平衡,，由于即使是平穩(wěn)加性高斯白噪聲信道也屬于帶寬受限的信道，于是以盡可能高的系統(tǒng)增益（發(fā)送功率－接收靈敏度）來(lái)減小所需的帶寬便成了一般調(diào)制/解調(diào)方式選擇的目標(biāo),。然而擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)恰恰相反,，例如一些軍事通信以比必要信號(hào)帶寬大幾個(gè)數(shù)量級(jí)的傳輸帶寬換取極高的系統(tǒng)增益或極高的信號(hào)質(zhì)量。3G的各CDMA方案與此類(lèi)似,，以比基帶信號(hào)帶寬大得多的頻帶,，傳送多路信號(hào)，在保證一定質(zhì)量的條件下,，降低解調(diào)信噪比門(mén)限,，提高功率利用效率。

擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)具有許多固有特性，使它特別適合多用戶(hù),、多業(yè)務(wù),、多應(yīng)用的移動(dòng)通信環(huán)境，其中最主要的有：

——與所要傳送的數(shù)字消息信號(hào)相比,，擴(kuò)頻信號(hào)不僅具有很寬頻帶,，而且還具有偽隨機(jī)噪聲特性。由于在發(fā)端擴(kuò)頻過(guò)程中要給每個(gè)用戶(hù)分配一個(gè)獨(dú)特的正交碼（Walsh code）或近似正交的偽隨機(jī)碼（PN）,，所以盡管它的在時(shí)域和頻域是重疊的,，也能根據(jù)碼域的相關(guān)性原理用收端產(chǎn)生的正確PN碼來(lái)解調(diào)各路信號(hào)，即對(duì)它們進(jìn)行功率分割,。當(dāng)然,，由于各PN碼并非完全正交,，各路信號(hào)間也不是絕對(duì)互不相關(guān)的,，實(shí)現(xiàn)中又不能做到完全理想，所以,，碼分復(fù)用的容量是受質(zhì)量要求制約的所謂軟容量,。

——抗窄帶干擾的能力強(qiáng)是擴(kuò)頻信號(hào)的另一固有特性，因?yàn)檎瓗Ц蓴_是影響擴(kuò)頻信號(hào)頻譜的一小部分,，消息信號(hào)仍可以在保證質(zhì)量的前提下加以解調(diào),；采用陷波濾波器消除干擾亦不會(huì)造成嚴(yán)重失真。

——由于擴(kuò)頻信號(hào)在很寬頻帶內(nèi)具有均勻能量分布特性,，所以在任意給定時(shí)間多徑和多普勒效應(yīng)造成的衰落只能影響擴(kuò)頻信號(hào)的一小部分,。從時(shí)域上看，多徑引起的延時(shí)的擴(kuò)頻信號(hào)與原來(lái)發(fā)送的擴(kuò)頻信號(hào)的相關(guān)性很差,；從頻域上看,，頻率選擇性衰落是窄帶性質(zhì)的，只影響擴(kuò)頻信號(hào)的一小部分,。因此,，寬帶擴(kuò)頻信號(hào)的抗衰落能力很強(qiáng)。

——由于各用戶(hù)信號(hào)可能共用同一頻譜,、同一頻道,，所以擴(kuò)頻調(diào)制可以免除復(fù)雜的頻率規(guī)劃，大大提高頻率的空間復(fù)用系數(shù),。應(yīng)當(dāng)注意的是,，不能用1、1/7和1/4來(lái)分別表示CDMA,、FDMA和TDMA的頻率復(fù)用系數(shù),，因?yàn)檫@沒(méi)有建立在等同的小區(qū)容量、信號(hào)質(zhì)量和覆蓋范圍的基礎(chǔ)上。理論計(jì)算和實(shí)踐結(jié)果都表明,，CDMA方式與FDMA,、TDMA不同，除受相鄰小區(qū)干擾外,，主要受小區(qū)內(nèi)各用戶(hù)之間的干擾制約,。Cdma One頻率復(fù)用系數(shù)不是1而是0.67。要想進(jìn)一步改善小區(qū)內(nèi)各用戶(hù)之間的干擾,，就需要進(jìn)一步提高用以限制所謂遠(yuǎn)近效應(yīng)的功率控制準(zhǔn)確度,，而這無(wú)疑會(huì)增加控制消息的開(kāi)銷(xiāo)、實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度或成本,。

關(guān)于射頻調(diào)制/解調(diào)方式,，3G CDMA方案仍會(huì)采用成熟的正交相移鍵控（QPSK）和二元相移鍵控（BPSK）。為了克服Cdma One存在的上,、下行鏈路系統(tǒng)增益不平衡問(wèn)題,，上行鏈路可以用時(shí)分復(fù)用方法傳送導(dǎo)引信號(hào)，以便在收端采用與下行鏈路一致的相干解調(diào)技術(shù),，從而提高上行鏈路傳輸質(zhì)量,。

在發(fā)端，數(shù)字基帶信號(hào)經(jīng)帶通濾波器限制帶寬后,，進(jìn)行中頻或射頻調(diào)制,，完成數(shù)/模變換，經(jīng)天線發(fā)射出去,；在收端,，經(jīng)帶通濾波器選擇接收天線所收到的有用信號(hào)，再經(jīng)下變頻器變換為寬帶中頻已調(diào)信號(hào),，而后進(jìn)行多用戶(hù),、多業(yè)務(wù)數(shù)字解調(diào)。顯然,，中頻調(diào)制可以采用矢量調(diào)制方式,，之前的信號(hào)也都是數(shù)字信號(hào)，而在空中傳送的信號(hào)是已調(diào)射頻模擬信號(hào),。

六,、分集技術(shù)

信道編碼、數(shù)字交織,、自適應(yīng)均衡和分集接收技術(shù)可以獨(dú)立地或級(jí)聯(lián)地用于無(wú)線電移動(dòng)通信的時(shí)變信道,，改善接收信號(hào)的質(zhì)量，但作用機(jī)理有所不同,，信道編碼與交織技術(shù)是針對(duì)時(shí)變信道的連續(xù)突發(fā)誤碼特性進(jìn)行前向糾錯(cuò),，使信道損傷造成的誤碼或差錯(cuò)能夠在收端利用冗余碼糾正過(guò)來(lái)或大部分糾正過(guò)來(lái)，從而提高對(duì)信息數(shù)據(jù)的接收質(zhì)量；自適應(yīng)均衡技術(shù)是為了補(bǔ)償時(shí)變信道惡劣的幅度特性和時(shí)延特性,，使之變得平穩(wěn),，從而減小失真，提高傳輸質(zhì)量,；分集接收技術(shù)主要是用來(lái)補(bǔ)償衰落信道造成的損傷,，提高有用信號(hào)電平和傳輸質(zhì)量。交織,、均衡和分集技術(shù)都能夠在不降低功率利用效率和帶寬利用效率的前提下改善無(wú)線電通信鏈路的質(zhì)量,。

1．頻率分集

頻率分集是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的固有特性，與窄帶通信系統(tǒng)相比,，寬帶CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)很少產(chǎn)生整個(gè)通帶信號(hào)全都衰落的所謂平衰落,。在頻域衰落呈現(xiàn)選擇性衰落特性，類(lèi)似于一個(gè)窄帶陷波濾波器,，其中心頻點(diǎn)隨時(shí)間和/或用戶(hù)移動(dòng)而在通帶內(nèi)變化,。陷波濾波的帶寬是兩個(gè)信號(hào)到達(dá)接收點(diǎn)的時(shí)間差的倒數(shù)。在許多移動(dòng)通信環(huán)境下,，多徑信號(hào)到達(dá)接收點(diǎn)的時(shí)間差遠(yuǎn)大于1μs,，僅丟失200～300 kHz的窄帶信號(hào),，所以,，寬帶CDMA信號(hào)具有很強(qiáng)的抗多徑衰落能力。

2．時(shí)間分集

時(shí)間分集也是數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)常用的技術(shù)方法,。發(fā)端的卷積編碼和交織技術(shù)與收端的采用軟判決點(diǎn)的Viterbi譯碼和去交織技術(shù)一起構(gòu)成了寬帶CDMA系統(tǒng)的時(shí)間分集方式,。時(shí)間分集可以將無(wú)線信道產(chǎn)生的連續(xù)突發(fā)誤碼在時(shí)域散布，使之具有離散隨機(jī)特性,，以便提高系統(tǒng)的糾錯(cuò)能力,，改善信道性能。

多徑信號(hào)分集接收方法實(shí)質(zhì)上也是一種時(shí)間分集技術(shù),，它一反采用增大功率或均衡技術(shù)對(duì)付多徑問(wèn)題的常規(guī)方法,，而是利用多徑信號(hào)增大有用信號(hào)的方法來(lái)提高接收質(zhì)量。因?yàn)?span lang=EN-US>CDMA系統(tǒng)的移動(dòng)臺(tái)與為之服務(wù)的基站是同步工作的,，所以移動(dòng)臺(tái)能夠區(qū)分直接射來(lái)信號(hào)與延時(shí)的多徑反射信號(hào),，因而可以采用多個(gè)相關(guān)接收器來(lái)接收幾個(gè)最強(qiáng)的多徑信號(hào)，并按照自相關(guān)原理重建更強(qiáng)的接收信號(hào),。多徑接收又稱(chēng)耙式（Rake）接收,，一個(gè)稱(chēng)之為搜索器的專(zhuān)門(mén)電路在時(shí)域搜尋各多徑信號(hào)，直至找到與其所分配的碼信道具有很強(qiáng)相關(guān)性的多徑信號(hào),，并分配一個(gè)接收支路解調(diào)該信號(hào),。由于有幾個(gè)接收支路，所以能夠解調(diào)幾路相關(guān)的多徑信號(hào)，并通過(guò)不同延時(shí)和加權(quán)合成所要接收的信號(hào),。當(dāng)接收條件變化后,，搜索器迅速重新分配各相關(guān)接收器。顯然,，如果各多徑信號(hào)到達(dá)接收點(diǎn)的時(shí)間差小于一個(gè)時(shí)鐘周期,，則耙式接收器不能起作用。然而實(shí)際表明,，即使在很強(qiáng),、很短的多徑信號(hào)條件下，也存在較長(zhǎng)時(shí)間延時(shí)的信號(hào),。

3．空間分集

CDMA系統(tǒng)特有的耙式接收和頻率復(fù)用特性是實(shí)現(xiàn)小區(qū)間軟切換的基礎(chǔ),。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)處于小區(qū)邊界附近時(shí)，可以與兩個(gè)距離最近的基站建立并保持上,、下行鏈路,，由交換中心擇優(yōu)選取，直至一個(gè)基站的信號(hào)變得不能付諸使用為止,。不難看出,，這正是一種大范圍的空間分集方式，而這種宏分集方式大大改善了當(dāng)移動(dòng)臺(tái)處于不利的小區(qū)邊界時(shí)的上,、下鏈路傳輸質(zhì)量,。

當(dāng)然，在基站采用雙接收天線的空間分集方式也適用于寬帶CDMA系統(tǒng),，但效果不會(huì)很好,，于是人們提出了智能天線的概念，用多個(gè)可以跟蹤實(shí)際用戶(hù)的高增益窄波束來(lái)達(dá)到最有效的覆蓋,，減少干擾,，提高傳輸質(zhì)量。

七,、智能天線技術(shù)

所謂智能天線技術(shù)（SA或IA）尚無(wú)嚴(yán)格定義,，智能化程度及應(yīng)用效果也大不相同。這種技術(shù)通常是一種天線陣列與一些信號(hào)處理算法相結(jié)合技術(shù),，諸如借助旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)不變性技術(shù)的信號(hào)參數(shù)估算（ESPRIT）,、采用天線陣列的盲和非盲自適應(yīng)信號(hào)提取技術(shù)、天線陣列來(lái)向多個(gè)同頻數(shù)字信號(hào)的盲式估算技術(shù)等,。目前大多屬于專(zhuān)有技術(shù),，以往用于軍事通信和雷達(dá)系統(tǒng)，如今人們希望用于3G系統(tǒng)和個(gè)人通信系統(tǒng),。然而,，它的難度很大,，復(fù)雜度很高，各3G系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)均沒(méi)采用,。

我們可以這樣來(lái)理解智能天線：（1）天線陣列的基本單元是半波偶極天線,，而半波偶極天線的方向性圖是大家所熟習(xí)的，其遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)在水平面是無(wú)方向性的,，在垂直平面上形成“8”字形,，相對(duì)理想點(diǎn)源有2.15dBi的增益；（2）若在球座標(biāo)的Z軸方向組成同軸的半波偶極天線陣列,，便會(huì)增大垂直面的增益,，使主射束變得尖銳，并出現(xiàn)許多副瓣,，它們之間形成場(chǎng)強(qiáng)很低,，甚至為0的點(diǎn)，但不會(huì)影響水平面的方向性,；（3）同理,，在球座標(biāo)Φ平面對(duì)稱(chēng)地安排半波偶極天線陣列，便會(huì)影響遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)水平面的方向性,；（4）理論分析和實(shí)際試驗(yàn)表明,，天線陣列各單元上分布和激勵(lì)（電壓和相位）與遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)方向性圖的關(guān)系，類(lèi)似于Fourier時(shí)域與頻域變換的關(guān)系,，也就是說(shuō),，天線陣列各單元的空間位置參數(shù)（相對(duì)于波長(zhǎng)）、激勵(lì)電壓的幅度和相位與遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)方向性的關(guān)系是空間離散Fourier變換的關(guān)系,。（5）所以,，采用空間濾波算法，按照信號(hào)到達(dá)角度,，可以分離同一頻道上的多個(gè)信號(hào)。

根據(jù)以上分析,，人們可以預(yù)先安排多個(gè)波束,，按照用戶(hù)的位置和移動(dòng)速度切換波束，使有用信號(hào)獲得較高增益,，而對(duì)其它用戶(hù)呈現(xiàn)較小的干擾,；也可以采用自適應(yīng)算法，用不同的波束對(duì)準(zhǔn)不同方位的用戶(hù)群,，從而減小各用戶(hù)群間的干擾,。

智能天線還可以通過(guò)數(shù)據(jù)處理和變換增強(qiáng)在多徑傳播條件下的有用信號(hào)的接收，但與耙式多徑接收不同,，所利用的是多徑信號(hào)的空間自相關(guān)性,。例如,，首先利用空間濾波原理分離同一消息信號(hào)沿不同方向抵達(dá)的各個(gè)多徑信號(hào)；而后調(diào)整各多徑信號(hào)的相位延遲和幅度,；最后按某種優(yōu)化算法組合已調(diào)整加權(quán)的各信號(hào),，作為輸出信號(hào)。

只有在同一頻段,，天線收,、發(fā)方向性才有良好的互易性，所以智能天線更適合用于時(shí)分雙工（TDD）方式,，對(duì)于數(shù)十兆赫頻率間隔的頻分雙工（FDD）方式,，智能天線實(shí)現(xiàn)起來(lái)更為復(fù)雜，效果相對(duì)差一些,。

八,、多用戶(hù)抗干擾接收技術(shù)

3G移動(dòng)通信系統(tǒng)必須有較高的系統(tǒng)容量和小區(qū)容量，以適應(yīng)多用戶(hù),、多速率,、多業(yè)務(wù)的要求，而干擾,，特別是小區(qū)內(nèi)各用戶(hù)間的干擾是限制CDMA系統(tǒng)容量的主要因素,。為此提出了基于干擾消除的多用戶(hù)檢測(cè)接收技術(shù)，模擬實(shí)驗(yàn)表明,，采用消除小區(qū)內(nèi)外干擾CDMA系統(tǒng)（CDMA-IC）的潛在容量可達(dá)到80個(gè)用戶(hù)/cell/MHz,。

CDMA-IC方式的機(jī)理和概念并不復(fù)雜，它首先檢測(cè)和解調(diào)所收到的復(fù)合信號(hào)中最強(qiáng)的碼信道信號(hào),，而后從復(fù)合信號(hào)中減去該信號(hào),；此后再檢測(cè)次強(qiáng)的信號(hào)，并從所余的總信號(hào)中減去,；依信號(hào)強(qiáng)度順序重復(fù)進(jìn)行上述過(guò)程,，直至檢測(cè)出所有的碼信道信號(hào)。因?yàn)檩^強(qiáng)的碼信道往往產(chǎn)生較大的干擾,，所以依次檢測(cè)和解調(diào)各碼信道,，可以得到較高的載干比，而且比較均衡,，從而可以提高接收質(zhì)量或提高容量,。總之,，進(jìn)一步提高了頻譜利用效率,。

此外，CDMA-IC方式可不需要接收信號(hào)具有接近相等的功率,，遠(yuǎn)近效應(yīng)引起的各碼信道間的功率散布特性,、快衰落造成的接收電平變化,，無(wú)需進(jìn)行控制。更為重要的是,，CDMA-IC可以解決常規(guī)CDMA難以解決的分層小區(qū)覆蓋結(jié)構(gòu)的難題,，而這種結(jié)構(gòu)對(duì)于解決小區(qū)容量與覆蓋的矛盾、高速移動(dòng)與頻頻切換的矛盾,，具有靈活性,。

多用戶(hù)抗干擾接收技術(shù)的主要難點(diǎn)是處理延時(shí)，尤其當(dāng)用戶(hù)數(shù)目增大或碼信道增多時(shí),，因?yàn)橐M(jìn)行排序,、反復(fù)檢測(cè)、反復(fù)進(jìn)行碼型正反變換,、反復(fù)減去已檢測(cè)的信號(hào),。所以，這種技術(shù)很難用于寬帶CDMA中的話音業(yè)務(wù),。對(duì)于多種速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),，因?yàn)閿U(kuò)頻增益不同，必然采用大小不等的碼信道功率來(lái)保證相同的傳輸質(zhì)量,，而且對(duì)延時(shí)要求不高,，所以有可能利用抗干擾接收技術(shù)。CDMA-IC技術(shù)只能用于基站接收系統(tǒng),，復(fù)雜度較高,，這是不言而喻的。

以上概述的3G系統(tǒng)的基本技術(shù)可以組合的應(yīng)用,，例如,，若采用多用戶(hù)抗干擾接收技術(shù)，就不必采用嚴(yán)格的功率控制技術(shù),，節(jié)省下行快速時(shí)分功率控制鏈路的開(kāi)銷(xiāo),；反之若采用了快速功率控制技術(shù)，再采用干擾消除技術(shù)的增益也就不大了,。又如,，我國(guó)提出的TD-SCDMA方案，有利于采用智能天線技術(shù),，且效果好、復(fù)雜度較低,，而且對(duì)改善載干比,，提高傳輸質(zhì)量和容量大有作為，便可降低其它一些技術(shù)措施的指標(biāo)要求,。應(yīng)當(dāng)指出的是,，并非各3G RTT方案全面采用上述基本技術(shù),，不過(guò)都是我們應(yīng)當(dāng)研究探索、靈活運(yùn)用的技術(shù),。

（收稿日期：2000-03-06）