WCDMA向后3G演进中基带传输技术

多用户检测技术

在CDMA 系统中, 由于多个用户的随机接入,所使用的扩频码集一般并非严格正交, 以及多径信道造成Walsh 码的不正交都会引起各用户之间的相互干扰-称为多址干扰(MAI) 。多址干扰的存在严重地影响了WCDMA 系统的性能和大大降低了系统的容量, 因此多址干扰的抑制和消除对于WCDMA 系统的发展具有重要的意义。经过近20年的发展, 多址干扰抑制技术的研究已日臻成熟。从最初S.Verdu 提出的最优检测器, 到后来以解相关检测器以及多项式展开检测器为代表的线性检测器, 直至从实现的角度考虑而发展形成的多级型非线性的并行干扰抵消检测器( PIC) , 而PIC 也是迄今为止, 最有可能得以实现的多址干扰抵消技术。考虑到系统的复杂度, PIC 的级数不应过多,实现时可以考虑采用2～3 级。

均衡技术

对于第三代移动通信系统来说, 最关键的要求就是高且可变的数据速率。WCDMA 和cdma2000系统增加数据速率同时又无需增加带宽的方法有两种, 一种是降低扩频因子, 可以看成是可变扩频因子(VSF , Variable Spreading Factor) 技术; 另外一种方法是扩频因子保持不变, 通过分配数个并行的扩频码道即多码(MC , MultiCode) 技术来提高数据速率。有时候也联合这两种技术, 即混合的方案。WCDMA 就采用了VSF 的方法来传输高速数据, 这时候就产生了小扩频比情况。由于扩频增益较小时, 扩频码和扰码形成的复合码的自相关和互相关特性的不理想, 在多径传播中产生的径间干扰将会变得比较严重, 从而造成了CDMA 系统中的符号间干扰( ISI) 。消除这种低扩频比增益下符号间的干扰, 已成为能否实现高速数据传输的关键问题。由于传统的消除信道失真引起的ISI 的方法是使用均衡器, 因此CDMA 系统中的ISI 消除也可以使用均衡技术, 只不过在扩频比比较大的时候没有必要。

WCDMA 系统中可以采用两种技术进一步克服多径干扰: 均衡技术和低复杂度的分块传输技术。有的文献采用chip 级均衡来克服符号间干扰, 获得了很好的性能。另外, 为了降低复杂度,还可以先做RAKE 接收, 然后在符号级做均衡器。但是, 随着数据速率和带宽的增加, 信道记忆长度也在增加, 即使是线性均衡, 复杂度仍然非常高。为了进一步降低复杂度, 后3G采用的分块传输的思想也可以用于3G的CDMA 系统中。分块传输的思想是: 在每个数据块前面加上循环前缀(如果先对数据块进行IFFT 变换, 则是OFDM 调制, 如果不进行IFFT 变换, 就是单载波频域均衡系统) ,这样, 接收端就可以在频域实现单点的均衡, 从而降低了均衡的复杂度。

MIMO 以及空时码技术

在CDMA 系统中, 当上行链路采用多用户检测时, 可以大大提高容量, 为了提高下行链路的数据传输速率, 研究学者提出了多天线和发送分集技术。它大致包括V-BLAST (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。