ｃｄｍａ２０００系统的关键技术

发布: 2010-10-20 00:49 | 作者: | 来源: | 字体: 小中大

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ｃｄｍａ２０００系统的关键技术

ｌ９９７年以来，第三代移
动通信逐渐成为移动通信领域的研究热点，宽带ＣＤＭＡ技术因其独特的软容量、软切换、宏分
集、同频覆盖、灵活的变速率传输和多径分集等技术特点，成为第三代移动无线网中的主流空中
接口解决方案。在提交到ＩＴＵ的各种关于地面移动通信无线传输技术的候选方案中，北美提出
的ｃｄｍａ２０００和欧洲提出的ＷＣＤＭＡ是第三代移动通信系统采用的主要技术。本文主要
介绍ｃｄｍａ２０００移动通信系统的关键技术。——编者

信道估计与多径分集接收技术

与其它通信信道相比，移动通信信道是最为复杂的一种。多径衰落和复杂恶劣的电波环境是
移动通信信道的特征，这是由运动中进行无线通信这一方式本身所决定的。在典型的城市环境中，
一辆快速行驶的车辆上的移动台所接收到的无线电信号在一秒钟之内的显著衰落可达数十次，衰落
深度可达２０～３０ｄＢ。这种衰落现象将严重降低接收信号的质量，影响通信的可靠性。为了
有效地克服衰落带来的不利影响，必须采用各种抗衰落技术，包括：分集接收技术、均衡技术和纠
错编码技术等。

分集接收技术是指接收机能够同时接收到多个输入信号，这些输入信号荷载相同的信息而且
遭受的衰落互不相关。接收机分别解调这些信号，并且按照一定的规则进行合并，从而大大减小对
信道衰落的影响。

在ｃｄｍａ２０００系统中，所传输的信号是宽带信号，其带宽远大于移动信道的相干带
宽，因而可以采用具有良好自相关特性的扩频信号，在时间上分辨出较细微的多径分量。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。相应地把最佳接收机称为Ｂａｋｅ接收机，它是ｃｄｍａ２０００系统中
实现多径分集接收的核心部件。

为了实现相干形式的Ｂａｋｅ接收，在ｃｄｍａ２０００系统的上行链路和下行链路中均采
用了连续的公共导频信道进行信道估计（在ＩＳ－９５系统中，上行链路中没有导频信道，这使
得基站接收机中的同步和信道估计变得困难，通常采用差分相干或非相干接收方案），使得接收机
能够在确知已发数据的条件下，估计出衰落信道中时变参数的幅度和相位信息，从而实现相干方式
的最大比合并，以获得合并增益。

高效的信道编译码技术

在ｃｄｍａ２０００系统中，由于传输信道的容量远大于单个用户的信息量，所以特别适于
采用高冗余度的前向纠错编码技术。其上行链路和下行链路中均采用了比ＩＳ－９５系统中码率
更低的卷积编码，同时采用交织技术将突发错误分散成随机错误，两者配合使用，从而更加有效地
对抗移动信道中的多径衰落。

为了适应高速数据业务的要求，在ｃｄｍａ２０００系统中还采用了Ｔｕｒｂｏ编码技
术。

目前ＴｕｒＢｏ码用于ｃｄｍａ２０００系统的主要困难体现在以下几个方面：

（ｌ）由于交织长度的限制，无法用于速率较低、时延要求较高的数据（包括语音）传输；

（２）基于软输出ＭＡＰ的译码算法所需的计算量和存储量较大，而基于软输出Ｖｉｔｅｒ
ｂｉ的译码算法所需的迭代次数往往难以保证；

（３）Ｔｕｒｂｏ码在衰落信道下的性能还有待于进一步研究。

功率控制技术

在ｃｄｍａ２０００系统中，一方面，许多移动台公用相同的频段发射和接收信号，近地强信
号抑制远地弱信号的可能性很大，称为“远近效应”；另一方面，各用户的扩频码之间存在着非理
想的相关特性，通信容量主要受限于同频干扰。在不影响通信的情况下，尽量减少发射信号的功
率，通信系统的总容量才能相应地达到最大，ＣＤＭＡ系统的主要优点才能得以实现。因此，功
率控制是ｃｄｍａ２０００系统中最为重要的关键技术之一。

ｃｄｍａ２０００系统中采用的功率控制技术可分为三种类型：开环功率控制、闭环功率控
制和外环功率控制。

开环功率控制的基本原理是根据用户接收功率与发射功率之积为常数的原则，先行测量接收
功率的大小，并由此确定发射功率的大小。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调节。开环功率控制未考虑到上、下行链路电波功率的不对称性，因
而其精确性难以得到保证。

闭环功率控制可以较好地解决上述问题，通过对接收功率的测量值与信干比门限值的比较，
确定功率控制比特信息，然后通过信道把功率控制比特信息传送到发射端，并据此调节发射功率的
大小。

外环功率控制通过对接收误帧率的计算，调整闭环功率控制所需的信干比门限，通常需要采
用变步长方法，以加快信干比门限的调整速度。

在ｃｄｍａ２０００系统中，上行链路采用开环、闭环和外环功率控制相结合的技术，主要
解决“远近效应”问题，保证所有信号到达基站时都具有相同的平均功率；下行链路则采用闭环和
外环功率控制相结合的技术，主要解决同频干扰问题，可以使处于严重干扰区域的移动台保持较好
的通信质量，减小对其它移动台的干扰。

同步技术

同步技术历来是数字通信系统中的关键技术。同步电路如果失效，将严重影响系统的误码性
能，甚至导致整个系统瘫痪。

ｃｄｍａ２０００系统采用与ＩＳ－９５系统相类似的初始同步技术，即通过对导频信道的
捕获建立ＰＮ码的同步和符号同步，通过对同步信道的接收建立帧同步和扰码同步。

ＰＮ码的同步过程分为两个阶段：ＰＮ码的捕获（粗同步）和ＰＮ码的跟踪（细同步）。Ｐ
Ｎ码的捕获是使本地产生的ＰＮ码与接收到的ＰＮ码之间的定时误差小于一个码片间隔，可以采
用基于滑动相关的串行捕获方案或者基于时延估计问题的并行捕获方案。ＰＮ码的跟踪将进一步
缩小定时误差，使之小于几分之一的码片间隔。典型的ＰＮ码跟踪环路有两类：一类是基于迟早
门定时误差检测器的延迟锁定环，另一类是 τ－抖动环。在通信开始之后，这一定时误差应该进
一步被调整并使之趋近于零。另外，由于基站和移动台之间的相对运动以及时钟频率的不稳定，
对ＰＮ码定时的校正工作必须不断进行。

前向发射分集技术

如果可能的话，通信系统应该综合利用各种分集接收方法（包括时间分集、频率分集和空间
分集等）来抵抗衰落对信号的影响，以保证高质量的通信性能。但是，实际情况并非总是如此。例
如：在慢衰落信道中，时间分集技术在对时延敏感的应用场合下就不再适用；当时延扩展很小时，
频率分集技术也将不再适用。目前，基站可以采用双天线或多天线实现空间分集接收，但这对于移
动台是难以实现的。由于移动台的尺寸所限，多天线之间的电磁兼容和多路射频转换等问题将难以
解决。基于以上原因，ｃｄｍａ２０００系统采用了前向发射分集技术，以改善在室内单径瑞利衰
落环境和慢速移动环境下系统的性能。

在ｃｄｍａ２０００下行链路中，有两条信道专门用于前向发射分集，即：发射分集导频信
道和辅助发射分集导频信道。ｃｄｍａ２０００系统中具体采用的发射分集技术有两种：ＯＴＤ方
式（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＴｒａｎｓｍｉｔＤｉｖｅｒｓｉｔｙ，正交发射分集）和ＳＴＳ方
式（ＳｐａｃｅＴｉｍｅＳｐｒｅａｄ，空时扩展分集）。在ＯＴＤ方式下，两根天线上发送的
信号采用相互正交的Ｗａｌｓｈ码加以隔离；在ＳＴＤ方式下，两根天线上发送的信号采用不同
的空时编码方案，以实现信号的隔离。

宏分集与软切换技术

在越区软切换的过程中，移动台同时接收来自两个或多个基站发射的相同信息，对其进行分
集合并和判决，从而改善移动台处于越区切换时的接收信号质量，并保持越区切换时的数据不丢
失，相对于多径分集方式，这种分集称为宏分集。

在ｃｄｍａ２０００系统中，不同基站采用相同的ＰＮ码，差别仅在相位上，因此移动台的
搜索单元可以采用滑动相关的方法检测相邻基站的导频信道的接收强度。在宏分集时，搜索单元可
以将接收机的三个分支分别分配到两个基站各自的最强径上，从而有效地保证了接收质量。

（东南大学移动通信国家重点实验室蒋良成陈玉）