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第三代无线移动通信系统方案及关键技术

2/14/2005来源:移动通信人气:8606

第三代无线移动通信系统方案及关键技术 第一、二代蜂窝移动通信系统是针对传统的话音和低速率数据业务的系统。而在未来的 “信息社会”,图象、话音;数据相结合的多媒体业务和高速率数据业务的业务量将超过传 统的业务量。因此现在的蜂窝移动通信系统不仅远远不能满足未来用户的业务需求,而且随 着用户数量的猛增,也将远远不能满足用户客量的发展需要。另外,随着‘信息高速公路” 的建成,公共陆地网传输的许多业务,也将与移动通信系统卡口。所以对于新一代的移动和 个人通卡系统即第王代和个人通信系统的研究和发展日益成为电信领域的一个新热点。 第三代移动通信系统的技术方案 第三代移动通信系统是指能够满足国际电联(ITU)提出的IMT-2000系统要求的新一代 移动通信系统。IMT-2000系统的基本特征是: ·全球范围设计的高度兼容性; ·IMT-2000中的业务与固定网络的业务兼容; ·高质量; ·手机体积小,具有全球漫游能力; ·使用的频段为 1.9GHz; ·移动终端可以连接地面网和卫星网,可移动使用也可固定使用; ·无线接口的类型应尽可能的少,而且具有高度的兼容性。 根据ITU的要求,目前世界上各大电信公司联盟均已提出了自己的第三代移动通信系统 方案。将这些方案归纳起来,主要有三种: 1、以日本DoCoMo 公司、瑞典EriCSSon和芬兰 Nokia等为首提出的W-CDMA2、以美国Lucent、Motorola等公司提出的cdma2200;3、以欧洲 西门子、阿尔卡特等公司等提出的 TD- CDMA。 1.W-CDMA系统的无线接口基本参数为: ·扩频方式:可变扩频比4~256的直扩; ·载波扩频速率: 4.096 MChip/s; ·每载波带宽:5MHZ; ·载波速率:16 Kbit/S~256Kbi/s; ·帧长度:10ms; ·时隙长度:O. 625ms; ·调制方式:QPSK ·功率控制:开环十自适应闭环 2. Cdma2000系统的无线接口参数为: ·载波带宽:5MHZ ; ·扩频方式:采用直接扩频或多载波扩频; ·扩频速率:3.6864Mchip/S ; ·扩频码长度:可根据无线环境和数据速率而变化; ·帧长度:20ms和5ms ; ·时隙长度:125ms; ·调制方式下行QPSK,上行BPSK ·功率控制:开环十闭环 3.TD-CbeA系统的无线接口参数为: ·每载波带宽:L6MHZ ; ·每载波时隙数:8个; ·帧长度:4.615ms; ·时隙长度:577; ·单位时隙信道数:8个; ·单位时隙传信率:8/16Kbit/S; ·特征码扩频码长度:16bit; ·单位载波信道数:64个 由这三种技术方案的无线接口参数可以看出,它们之间的差别还是很大的。尽管如此 ,总体说来,在第三代移动通信系统中采用CDMA技术已达成共识。因此,世界各大电信公 司在提出自己的第三代移动通信系统方案的同时,在系统研制上也进行了大量的工作。目 前,美国的 Lucent、Motolora和Qualcomm公司、加拿大的北方电讯、韩国的三星和现代 以及日本的松下电器等公司均已研制出了符合W-CDMA或cdma2000标准的部分或全部CDMA系 统设备。第三代CDMA技术已经成为世界移动通信领域的前沿。 第三代移动通信系统的关键技术 第三代移动通信系统的关键技术很多,现主要介绍以下几种: 1多载波技术 多载波MC-CDMA是第三代移动通信系统中使用的一种新技术。多载波CDMA技术最早是 在1993年的PIMRC会议上由 Berkeley的J.P.Llnnartz,N.Yee,G.Fett和德国的K.Fazel,L .Papke分别提出来的。目前,多载波CDMA作为一种有着良好应用前景的技术,已吸引了越 来越多的人员对此进行研究,并且在cdma2000标准和IMT-2000的研究计划中,都已经有了 一些对基于MC-CDMA的第三代移动通信系统方案的探讨。 目前,多载波CDMA技术的研究内容大致有两类:一是用给定的扩频码来扩展原始数据 ,然后用每个码片来调制不同的载波(这是在频域内的扩展),MC-CDMA(或者OFDM-CDMA )即属于此种类型;另一种是用扩频码来扩展已经进行了串并变换后的数据流,然后用每 个数据流来调制不同的载波(这是在时间域的扩展),即类似于通常的直接序列扩频DS- CDMA。 第一种多载波系统常被称为OFDM-CDMA。由于采用OFDM可以将信息分散到许多个号载 波上,降低了各号载波的信号速率.使得符号周期比回波延迟长,因此可以有效的对抗高 速通信系统中的码间干扰。 第二种多载波系统一般主要是指MC-DS-CDMA一在CDMA-2000的标准中,有些关于这 大面的简单介绍。该系统的链路结构与DS-CDMA系统很类似。但从目前的不少理论和仿真 来看,这种技术方案都较之DS-CDMA系统有更好的性能,而已采用这种结构可以跟IS-95 后向兼容。也就是说可以共享目前的基础硬件设施,并且允许不同代的手机共享同一频带。 2.智能天线技术 智能天线技术是基于自适应天线原理的一种适合于第三代移动通信系统的新技术。它 利用天线阵列的波束会成和指向,而产牛多个独立的波束,以自适应地调整其方向图以跟 踪信号的变化;同时对干扰方向调零以减少甚至抵消干扰信号,以提高接收信号的载于比, 增加系统的容量和频谱效率。 智能无线的特点是能够以较低的代价换得无线覆盖范围、系统容量、业务质量、抗阻 塞和掉后等性能的提高。 智能天线在干扰和噪声环境下,通过其自身的反馈控制系统改变辐射单元的辐射方向 图、频率响应以及其它参数,使接收机输出端有最大的信噪比。智能天线的基本结构如图 1所示。 3.软件无线电技术 软件无线电技术是AMPS、TACS、GSM、CDMA等新技术和标准不断出现、DSP处理速度不 断提高和价格不断卜降的产物。软件无线电将模拟信号的数字化过程尽可能地接近天线, 即将AD转换器尽量靠近RF前端,利用DSP的强大处理能力和软件的灵活性实现信道分离、调 制解调、信道编码译码等,从而为2G系统向3G系统过渡,提供了一个无缝隙的解决方案。 软件无线电技术的发展和实用完全依赖于高速芯片技术如DSP、AD转换等的发展,其核 心技术是构造软件无线电收发信机的总线结构和算法处理。目前, Motorola和 Ericsson 等大公司已在软件无线电在移动通信基站方面的应用等方面进行一片深入的研究,并正在 努力开发适合软件无线电技术的器件美国MIT计算机系的研究人员正在解决软件无线电的一 些算法问题,如时间解耦等;另外,也有人正在进行如何实现软件的即装即用问题。 4.多用户检测技术 在CDMA系统中,由于码间不正交,会引起多址干扰(MAI)。多批干扰限制了系统的容 量。为消除多址干扰的影响,人们提出了利用其它用户的已知信息去消除多址干扰的多用 户检测技术。多用户检测技术分为两大类:线性多用户检测和相减去干扰检测。在线性多 用户检测中,对传统的解相关器软输出的信号进行一种线性的映射(变换)以产生新的一 组有希望提供更好性能的输出。在相减去干扰检测中,产生对干扰的预测并减去。 目前,在CDMA系统中的多用户检测技术部还存在着一定的局限,主要表现在: .多用户检测只是消除了小区内的干扰,而对小区间的干扰还是无法消除; .算法复杂度高,不易在实际的系统中实现; 多用户检测技术的局限是暂时的,随着数字信号处理技术和微电子技术的发展,降低 复杂性的多用户检测技术必将在第三代CDMA移动通信系统中得到广泛的应用。 我国第三代移动通值系统的研究状况 我国十分重视第三代移动通信技术的研究。1997年5月,在由国家863计划通信主题专 家组发起的“W-CDMA技术高级专家研讨班”上,与会专家就W-CDMA技术和第三代移动通 信体制标准进行了广泛的研讨和交流。随后,国家863计划通信主题很快立项“W-CDMA蜂 窝移动通信系统的关键技术和试验系统的研究”和“第三代移动通信系统体制标准的跟踪 研究”等课题。几年来已取得了较大成就,在一些第三代移动通信系统的关键技术,如多 载波、Turbo码编码技术、多用户检测和软件无线电上已进行了许多有意义的探索工作, 为我国第三代移动通信系统的研制打下了坚实的基础。 在重视跟踪第三代移动通信系统发展的同时,我国在CDMA系统的研制中也进行了大量 工作,并取得了重大成果。目前,基于IS-95的CDMA基站实验演示系统已在中国邮电工业 总公司中央研究院CDMA项目部研究开发成功,在实验室环境内已打通了商用CDMA手机;东 南大学已研制成功了基于IS-95的CDMA手机;大唐电信已研制成功了CDMA移动交换机系统 并通过了鉴定。中国在开发Is-95 CDMA系统中获得的宝贵经验为开发可以兼容IS-95的 IMT-2000第三代移动通信系统奠定了宝贵与扎实的基础。