【正文】 ，有效地提高新系統(tǒng)的頻譜效率?；旌辖尤?，特別是考慮到空間多址的基于智能天線的接入技術(shù)，必將有效改善系統(tǒng)的信道效率 [4]。它將使用共同的頻段 ，統(tǒng)一全球標(biāo)準(zhǔn)。而第三代移動(dòng)通信的業(yè)務(wù)能力將比第二代有明顯的改進(jìn)。 ITU 規(guī)定的第三代移動(dòng)通信無(wú)線傳輸技術(shù)的最低要求中，必須滿足在以下三個(gè)環(huán)境的三種要求。 （ 4） 高頻譜效率。 （ 6） 高保密性。 第三代移動(dòng)通信的系統(tǒng)組成及演進(jìn) 策略 IMT2021 系統(tǒng)構(gòu)成見圖 21，它主要有四個(gè)功能子系統(tǒng)構(gòu)成，即核心網(wǎng) (CN)、無(wú)線接入網(wǎng) (RAN)、移動(dòng)臺(tái) (MT)和用戶識(shí)別模塊 (UIM)組成。 圖 21 IMT2021功能模型及接口 另外 ITU 定義了 4 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，即 : 網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)接口 (NNI) ：由于 ITU 在網(wǎng)絡(luò)部分采用了 “ 家族概念 ” ，因而此接口是指不同家族成員之間的標(biāo)準(zhǔn)接口，是保證互通和漫游的關(guān)鍵接口。 無(wú)線接口 (UNI) 用戶識(shí)別模塊和移動(dòng)臺(tái)之間的接口 (UIMMT) WCDMA移動(dòng)通信中功率控制的研究與仿真 7 圖 22 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu) 圖 22示出了第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)，其中： 物理層：它由一系列下行物理信道和上行物理信道組成。 LAC 子層與物 理層相對(duì)獨(dú)立的鏈路管理與控制，并負(fù)責(zé)提供 MAC 子層所不能提供的更高級(jí)別的 QoS 控制，這種控制可以通過 ARQ 等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，以滿足來(lái)自更高層業(yè)務(wù)實(shí)體的傳輸可靠性。高層實(shí)體主要負(fù)責(zé)各種業(yè)務(wù)的呼叫信令處理，話音業(yè)務(wù)（包括電路類型和分組類型）和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（包括 IP 業(yè)務(wù)，電路和分組數(shù)據(jù)，短消息等）的控制與處理等。cdma2021 系統(tǒng)采用與 IS95 系統(tǒng)相類似的初始同步技術(shù)，即通過對(duì)導(dǎo)頻信道的捕獲建立PN 碼同步和符號(hào)同步，通過同步 (Sync)信道的接收建立幀同步和擾碼同步。 移動(dòng)通信是在復(fù)雜的電波環(huán)境下進(jìn)行的，如何克服電波傳播所造成的多徑衰落現(xiàn)象是移動(dòng)通信的另一 基本問題。對(duì)分辨出的多徑信號(hào)分別進(jìn)行加權(quán)調(diào)整，使合成之后的信號(hào)得以增強(qiáng)，從而可在較大程度上降低多徑衰落信道所造成的負(fù)面影響。 為實(shí)現(xiàn)相干形式的 Rake 接收，需發(fā)送未經(jīng)調(diào)制的導(dǎo)頻 (Pilot)信號(hào)，以使接收端能在確知已發(fā)數(shù)據(jù)的條件下估計(jì)出多徑信號(hào)的相位，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)相干方式的最大信噪比合并。 Rake 多徑分集技術(shù)的另外一種極為重要的體現(xiàn)形式是宏分集及越區(qū)軟切換技術(shù)。 WCDMA 系統(tǒng)和cdma2021 系統(tǒng)均支持宏分集和越區(qū)軟切換功能。在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要提案中（包括 WCDMA 和 cdma2021 等），除采用與 IS95 CDMA 系統(tǒng)相類似的卷積編碼技術(shù)和交織技術(shù)之外，還建議采用 Turbo 編碼技術(shù)及 RS卷積級(jí)聯(lián)碼技術(shù)。兩個(gè)卷積編碼器的輸出經(jīng)并串轉(zhuǎn)換以及鑿孔 (Puncture)操作后輸出。雖然目前尚未得到嚴(yán)格的 Turbo 編碼 理論性能分析結(jié)果，但從計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果看，在交織器長(zhǎng)度大于 1000、軟判輸出卷積解碼采用標(biāo)準(zhǔn)的最大后驗(yàn)概率 (MAP)算法的條件下，其性能比約束長(zhǎng)度為 9 的卷積碼提高 1 至 。 RS編 碼是一種多進(jìn)制編碼技術(shù)，適合于存在突發(fā)錯(cuò)誤的通信系統(tǒng)。 (3)智能天線技術(shù) 從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，智能天線技術(shù)是雷達(dá)系統(tǒng)自適應(yīng)天線陣在通信系統(tǒng)中的新應(yīng)用。智能天線包括兩個(gè)重要組成部分，一是對(duì)來(lái)自移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的多徑電波方向進(jìn)行到達(dá)角 (DOA)估計(jì)，并進(jìn)行空間濾波，抑制其它移動(dòng)臺(tái)的干擾。智能天線技術(shù)用于 TDD 方式的 CDMA 系統(tǒng)是比較合適的，能夠起到在較大程度上抑制WCDMA移動(dòng)通信中功率控制的研究與仿真 9 多用戶干擾，從而提高系統(tǒng)容量的作用。 (4)多用戶檢測(cè)技術(shù) 在傳統(tǒng)的 CDMA 接收機(jī)中，各個(gè)用戶的接收是相互獨(dú)立進(jìn)行的。解決此問題的一個(gè)有效方法是使用多用戶檢測(cè)技術(shù)，通過測(cè)量各個(gè)用戶擴(kuò)頻碼之間的非正交性，用矩陣求逆方法或迭代方法消除多用戶之間的相互干擾。但一個(gè)較為困難的問題是對(duì)于基站接收端的等效干擾用戶等于正在通話的移動(dòng)用戶數(shù)乘以基站端可觀測(cè)到的多徑數(shù)。如何把多用戶干擾 抵消 算法的復(fù)雜度降低到可接受的程度是多用戶檢測(cè)技術(shù)能否實(shí)用 的關(guān)鍵。 常見的 CDMA 功率控制技術(shù)可分為開環(huán)功率控制、閉環(huán)功率控制和外環(huán)功率控制三種類型。開環(huán)功率控制用于確定用戶的初始發(fā)射功率，或用戶接收功率發(fā)生突變時(shí)的發(fā)射功率調(diào)節(jié)。閉環(huán)功率控制可以較好地解決此問題，通過對(duì)接收功率的測(cè)量值及與信干比門限值的對(duì)比，確定功率控制比特信息，然后通過信道把功率控制比特信息傳送到發(fā)射端，并據(jù)此調(diào)節(jié)發(fā)射功率的大小。外環(huán)功率控制通常需要采用變步長(zhǎng)方法，以加快上述信干比門限的調(diào)節(jié)速度。但 兩者的閉環(huán)功率控制速度有所不同，前者為每秒 1500 次，后者為每秒 800 次。②時(shí)延擴(kuò)展 。④遠(yuǎn)近效應(yīng) 。 3G 系統(tǒng)必須兼容前兩代系統(tǒng)，而且將來(lái)能夠平滑過渡 到第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)，甚至個(gè)人通信的最高目標(biāo)，但是當(dāng)前，第一代和第二代 系統(tǒng)的種類繁多，標(biāo)準(zhǔn)和體制多種多樣，因此，如何使 3G 系統(tǒng)起到一個(gè)承上啟下 的作用，也是一個(gè)有待解決的問題。 1998 年歐洲先進(jìn)通信福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 技術(shù) 研究計(jì)劃 RACE I（ Research of Advanced Communication Technologies in Europe）開始了第三代基礎(chǔ)研究工作。此外，歐洲的其他一些工程中也對(duì)寬帶空中接口的提議進(jìn)行了研究 [8]。 ACTS 制定了 FRAMES（ Future Radio Wideband Multiple Access System）計(jì)劃，其目的是為 UMTS 無(wú)線接入系統(tǒng)定義一個(gè)提案?；?FRAMES 中的初期建設(shè)評(píng)估階段的工作，定義了一個(gè)包容了眾多意見的多址平臺(tái)，包括兩種模式： FMA1—— 寬帶 TDMA，F(xiàn)MA2—— 寬帶 CDMA。日本的WCDMA 技術(shù)同歐洲 ETSI 考慮的很相似。 ARIB 的選擇結(jié)果是 WCDMA 方案，包括 FDD和 TDD兩種工作模式。他們開發(fā)的 TTA1 和 TTA2 空中接口建議（后來(lái)分別改名為全球 CDMA1 和全 球 CDMA2）分別基于異步和同步 CDMA 技術(shù)。 美國(guó)存在著多種第二代技術(shù)，其中應(yīng)用最廣泛的數(shù)字系統(tǒng)是基于 GSM1900、 USTDMA（ DAMPS）、 USCDMA（ IS95）標(biāo)準(zhǔn)的，而且也已經(jīng)為所有這些技術(shù)定義了一種向第三代演進(jìn)的自然路徑。 1999 年后半年， CWTS（ China Wireless Telemunication Standard Group,中國(guó)無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)研究組）也加入到 3GPP 中來(lái)并貢獻(xiàn)了 TDSCDMA 技術(shù) —— 一種基于 TDD 的 CDMA第三代技術(shù)。此外，在各個(gè)不同地區(qū)討論這些相似的問題對(duì)參與的廠商來(lái)說(shuō)是一種資源的浪費(fèi)。 CDMA 技術(shù)中的 WCDMA、 TDSCDMA 技術(shù)初期將采用基于 GSM/MAP 的核心網(wǎng)，最終過渡到第三代的核心網(wǎng)；而 cdma2021 核心網(wǎng)的演進(jìn)則是基于 IS41 及正在完善的 IS634 RANCN接口標(biāo)準(zhǔn)。 WCDMA 的物理層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) ： WCDMA 方案包括 FDD 與 TDD 兩種工作方式。下面僅就FDD 方式進(jìn)行討論 [9]。 基本標(biāo)稱帶寬 5MHz，但其實(shí)際值可以以 200kHz 為步長(zhǎng)，根據(jù)需要在 ～ 之間調(diào)整。 基本擴(kuò)頻碼速率 ，它也可以擴(kuò)展到 ／ 。 信道結(jié)構(gòu) ： WCDMA 信道可分為專用信道和公共信道兩大類。 公共信道包括：廣播控制信道、前向接入信道、伴隨專用控制信道。 （ 1）上行鏈路 上行鏈路專用物理信道分為：專用物理數(shù)據(jù)信道（ DPDCH）和專用物理控制信道（ DPCCH）。 專用物理信道：上行鏈路專用物理數(shù)據(jù)信道用來(lái)承載第二層和更高層的專用數(shù)據(jù)。 上行鏈路專用物理信道幀結(jié)構(gòu)如圖 24所示。 72 個(gè)連接的幀組成一個(gè)超幀，時(shí)長(zhǎng) 720ms。移動(dòng)臺(tái)僅在 相對(duì)于所在小區(qū)廣播控制信道幀邊界的一系列給定時(shí)間偏置處發(fā)起接入嘗試。每個(gè)接入時(shí)隙都會(huì)與別的接入時(shí)隙之間有 的時(shí)間間隔，以防止接入嘗試的相互碰撞。每個(gè)接入時(shí)隙隨機(jī)接入突發(fā)的結(jié)構(gòu)如下圖 25 所示 [10]。兩部分之間為 的空閑時(shí)隙。在一個(gè)小區(qū)中，哪些特征序列可以使用的消息通過基站下行信道予以廣播。控制信息部分時(shí)隙由 TPC， TFI 和 Pilot 組成。 （ 2）下行鏈路 下行鏈路物理信道由專用物理數(shù)據(jù)信道（ DPDCH）和專用物理控制信道（ DPCCH），基本公共控制物理信道（ Primary CCPCH），基本公共控制物理信道（ Primary CCPCH）和輔助公共控制物理信道（ Secondary CCPCH）組成?；竟参锢砜刂菩诺烙脕?lái)承載廣播控制信道（ BCCH），輔助公共控制物理信道用來(lái)承載前向接入信道（ FRACH），尋呼信道（ PCH）和同步信道（ SCH）。第二層及WCDMA移動(dòng)通信中功率控制的研究與仿真 13 高層的數(shù)據(jù)與第一層的控制信息（ TPC， TFI， Pilot）通過時(shí)分復(fù)用復(fù)用到同一條信道上。 圖 26 下行鏈路 DPCH 時(shí)隙結(jié)構(gòu) 同樣，下行鏈路 DPCH 一幀也是由 16 個(gè) 的時(shí)隙組成的，幀長(zhǎng)為 10ms。 當(dāng)總的比特率大于一條物理信道所能承載的最大碼速率時(shí)，可采用多碼傳輸?shù)姆椒ǎ丛谙滦墟溤郯l(fā)送多個(gè)并行的相同的物理信道。多碼傳輸?shù)牧硪环N方法是每個(gè)發(fā)送的物理信道的擴(kuò)頻增益不同。 基本公共控制物理信道： Primary CCPCH 承載 BCCH，它的碼速是固定的，為 32kbps。每時(shí)隙有 8比特的 Pilot 和 12比特的 DATA。 Secondary CCPCH 碼速是恒定的。對(duì)不同的輔助公共控制物理信道，它的碼速是可以不同的，以適應(yīng)不同的 FACH 和 PCH 容量。 同步信道由兩個(gè)子信道組成；基本同步信道和輔助同步信道。 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第 三 章 功率控制技術(shù) 功率控制概述 功率控制目 標(biāo) 功率控制是采用相關(guān)接收技術(shù)的 CDMA 移動(dòng)通信系統(tǒng)中克服“邊緣問題”和“遠(yuǎn)近效應(yīng)”，從而提高系統(tǒng)容量的有效方法。 功率控制技術(shù)就是控制發(fā)射端的發(fā)射功率，減少小區(qū)間的干擾，補(bǔ)償無(wú)線信道衰落，防止功率攀升、滿足通信質(zhì)量要求下盡量減少發(fā)射功率，使得 CDMA 移動(dòng)通信系統(tǒng)具有（ 1）功率消耗最少，延長(zhǎng)移動(dòng)臺(tái)電池的壽命；（ 2）降低干擾，最大化系統(tǒng)容量；（ 3）保證通信鏈路要求的通信質(zhì)量，支持對(duì)通信質(zhì)敏感的多媒體業(yè)務(wù) 。這是因?yàn)樵?WCDMA系統(tǒng)中，功率是最終的無(wú)線資源，一方面，提高針對(duì)用戶的發(fā)射功率能夠改善用戶的服務(wù)質(zhì)量；另一方面， WCDMA 采用寬帶擴(kuò)頻技術(shù)，所有信號(hào)共享相同的頻譜，每個(gè)移動(dòng)臺(tái) (用戶 )的信號(hào)能量被分配在整個(gè)頻帶范圍內(nèi)，這樣對(duì)其他移動(dòng)臺(tái)來(lái)說(shuō)就成為寬帶噪聲，這種提高會(huì)帶來(lái)對(duì)其他用戶接收質(zhì)量的降低。 因此如何有效的進(jìn)行功率控制，在保證用戶要求的服務(wù)質(zhì)量 (QoS)的前提下，最大程度降低發(fā)射功率，減少系統(tǒng)干擾，增加系統(tǒng)容量，是 WCDMA 關(guān)鍵技術(shù)中的關(guān)鍵。 (2) GSM 對(duì)功率控制依賴程度低，而 WCDMA 若沒有功率控制則幾乎無(wú)法工作 功率控制準(zhǔn)則 功率控制準(zhǔn)則是指功率控制的基本依據(jù)，從原 理上看，功率控制 準(zhǔn)則可以大致分為 :功率平衡準(zhǔn)則、信干比平衡準(zhǔn)則兩大類，也有人提出誤碼率平衡 準(zhǔn)則 [12]。對(duì)于下行鏈路，目標(biāo)則是各個(gè)移動(dòng)臺(tái)接收到基站的有 用信號(hào)功率相等。對(duì)于下行鏈路， SIR 平 衡的目標(biāo)是使各個(gè)移動(dòng)臺(tái)接收到的基站信號(hào)的 信號(hào)干擾比相等。而 SIR平 衡準(zhǔn)則在上行鏈路中有可能導(dǎo)致正反饋，從而使系 統(tǒng)失去穩(wěn)定性。 功率控制分類 功率控制是為每一個(gè)無(wú)線信道提供盡量小、但是足夠高的功率以滿足業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量要求 (基于信噪比 )。 開環(huán)功控是指移動(dòng)臺(tái)和基站間不需要交互信息而根據(jù)接收信號(hào)的好壞減少或增加功率的方法 ?一般用于在建立初始連接時(shí) ,進(jìn)行比較粗略的功率控制 ,開環(huán)功控目標(biāo)值的調(diào)整速度典型值為 10~100Hz?開環(huán)功控是建立在上下行鏈路具有一致的信道衰落的基礎(chǔ)之上的 ,然而 WCDMA 系統(tǒng)是頻分雙工 (FDD)的 ,上下行鏈路占用的頻帶相差 190MHz,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道的相關(guān)帶寬 ,因此上下行鏈路的衰落情況是不相關(guān)的 ?所以 ,開環(huán)功控的控制精度受到信 道不對(duì)稱的影響 ,只能起粗控的作用 。反向閉環(huán)功控中 ,移動(dòng)臺(tái)根據(jù)基站的功率控制指令增加或減少功率 ?閉環(huán)功控的主要優(yōu)點(diǎn)是控制精度高 ,也是實(shí)際系統(tǒng)中常采用的精控手段 ?其缺點(diǎn)是從控制命令的發(fā)出到改變功率 ,存在著時(shí)延 ,當(dāng)時(shí)延上升時(shí) ,功控性能將嚴(yán)重下降 ?同時(shí)還存在穩(wěn)態(tài)誤差大 ?占用系統(tǒng)資源等缺點(diǎn) ? 外環(huán)功控的目的是保證通信質(zhì)量在一定的標(biāo)準(zhǔn)上 ,而此標(biāo)準(zhǔn)的提出是為了給內(nèi)環(huán)功率控制提供足夠高的信噪比要 求 ?具體實(shí)現(xiàn)過程是根據(jù)統(tǒng)計(jì)接收數(shù)據(jù)的誤塊率 (BLER),為內(nèi)環(huán)功控提供目標(biāo) SIR,而目標(biāo) SIR是同業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)速率相關(guān)聯(lián)的 ?外環(huán)功控的速度比較緩慢 ,因此外環(huán)功控又稱為慢速功控 ,一般是每 10～ 100ms 調(diào)整一次 ? 內(nèi)環(huán)功控用來(lái)補(bǔ)償由于多徑效應(yīng)引起的衰落 ,使接收到的 SIR 值達(dá)到由外環(huán)功控提供的目標(biāo) SIR值 ?同外環(huán)功控相比 ,內(nèi)環(huán)功控的