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第三代移动通信系统的研究现状和发展趋势(2)

2013-05-02 02:02

　　直接扩频链路扩频速率为3．6864 Mchip/s，采用256位的Walsh码。Walsh码的长度可根据无线环境和数据速率而变化，在信道速率为9．6 kbit/s或者14．4 kbit/s时采用256位Walsh码；快速移动的用户可限制Walsh码长大于等于16位；用户在无线信道情况较好时，可采用 4位的Walsh码以实现最高的数据速率。

（3） TD-CDMA

　　UMTS是ETSI针对第三代移动通信系统IMT-2000提出的解决方案，目前又分为 2个子方案即由德国的kaiserslautern大学、西门子公司、阿尔卡特公司提出并得到GSM网络运营者支持的TD-CDMA系统和由NTT DoCoMo、爱立信公司、诺基亚公司提出的W-CDMA系统。

　　TD- CDMA可以单独运营以满足ETSI/UMTS和ITU/IMT- 2000的要求也可双模工作向后兼容GSM900和DCS1800，使第二代GSM900、DCS1800系统可以平滑过渡至IMT-2000，从而可以利用现有的GSM网络设备，节约了投资，其无线接口参数如下：

　　每载波带宽：1．6 MHz；

　　每载波时隙数：8 slot；

　　帧长度：4．615 ms；

　　时隙长度：577 μs；

　　单位时隙信道数：8个；

　　单位时隙传信率：8/16 kbit/s；

　　特征码扩频码长度：16 bit；

　　单位载波信道数：64个。

　　从TD- CDMA的接入方式可以看出其兼有TDMA和CDMA的特点，是以 TDMA为基本框架在每个时隙传送具有正交特征码的多用户信号，好处是能利用TDMA、CDMA的优点并克服各自的缺点且与GSM有较好的兼容性。 TDMA的优势是已经通过了大量用户的试验和有全球最大的用户数；而CDMA的优势是可灵活提供可变速率业务和多径分集能力。单位载波信道数的增加所带来的好处是对于同样的小区用户数而言，收发信机个数降低，最多可达8倍，从而可降低基站设备的投资。 （科教作文网http://zw.ΝsΕec.cN编辑）

　　TD- CDMA中的扩频调制不同于DS- CDMA，它具有很强的适应性，既可适应于GSM中所采用的QPSK/GMSK方式，又可适应于多载波CDMA和脉冲压缩（Pulse Compression） CDMA，从而确保了对GSM系统的兼容性和对新技术的开放性。

　　由于TD- CDMA系统接入方式的特殊性，从时域上已大幅度降低了多址干扰，加上小区复用系数为 3，又从空间上隔离了部分多址干扰，仅考虑上述2项就比直扩CDMA要优越。另外，由于TD-CDMA用户数少，每时隙最多为8个信道，共有16个特征码字表示的信道，多用户信号是同步的，从而决定了联合检测（即多用户检测）容易实现，且可进行最大似然检测以达到多用户检测的性能极限，大大降低了多址干扰。而在直扩CDMA中（如IS-95），由于反向信道异步和用户数多的特点使得多用户检测难以实现。

3　三种方案的性能比较

　　这三种方案都是根据ITU的IMT-2000系统框架要求，结合原有的系统及近几年移动通信领域的新技术，能够在2000年左右推出商用的移动多媒体通信系统。下面我们从几方面比较一下这三种方案。

　　（1） 利用CDMA技术的程度

　　CDMA技术主要有以下几个优点：小区复用系数为1，利用多径能力，可变扩频增益，多用户检测，软切换，软容量。TD-CDMA、W-CDMA、 CdmaOne对CDMA技术的利用程度各不相同，如表1所示。总的来说，TD-CDMA较差，这是因为TD-CDMA系统要与GSM系统兼容，小区复用系数为3，降低了频谱利用率，并且因为扩频带宽只有1．6 MHz，所以并不能充分利用多径，降低了系统效率，并且软切换和软容量能力实现起来很困难，但因为每个时隙内最多只有8个用户，所以采用联合检测相对来说要容易一些，对干扰抵消能力强。

表1　三种方案的比较   W- CDMA CdmaOne TD-CDMA 小区复用系数 1 1 3 利用多径能力 好 好 差 软切换 好 好 困难 扩频增益 4～256 4～256 16 多用户检测 困难 困难 容易 软容量 可以实现 可以实现 无法实现

（2） 同步方式，功率控制和支持高速业务能力

　　目前商用的CDMA系统（IS-95），采用64位Walsh正交扩频码序列，反向信道采取非相干接收方式，成为限制系统容量的主要问题，所以在第三代系统中反向链路普遍采用相干接收方式。W-CDMA系统采用内插导频符号辅助相干接收技术，两者具体性能目前还较难比较，涉及到接收机的结构及实际环境限制，但前者在车辆移动速度较快时，会跟踪不上快衰落变化，性能恶化。另外，CdmaOne系统需要GPS精确定时，小区间要保持同步，对定时系统要求较高；而W-CDMA和TD-CDMA系统则不需要小区间的同步，可适应环境的变化，可在室外、室内、甚至地铁中使用。TD-CDMA系统继承了 GSM900和DCS1800正反向信息同步的特点，从而克服了反向信道限制容量的瓶颈效应，而同步意味着正反向信道均可采用正交码，从而克服了远近效应，降低了对功率控制的要求。

　　CdmaOne系统采用与IS-95系统相同的开环加闭环功率控制方式，功控速率为800 bit/s，W-CDMA系统采用开环加自适应闭环功控方式，功控速率增加到1600 bit/s，效果有较大提高，可以抵消一般快衰落的影响。 TD-CDMA采用了联合检测进一步消除了多用户干扰，使得上行链路用户之间功率相差很大时仍能有效地解调信息即克服了远近效应，带来的好处是为了克服瑞利衰落（快衰落）的快速功率控制不是必须的，而消除对数正态衰落（慢衰落）的慢速功率控制仍有必要，其目的是为了节约功率、延长移动台的电池使用寿命和提高业务质量。由于对抗快衰落的能力较强，TD-CDMA可以支持高达每小时500 km的移动体的通信，这在现代移动通信中是至关重要的。而直扩 CDMA对于高速移动通信的支持能力较差。

　　W-CDMA系统在5 MHz带宽中可提供16 kbit/s、32 kbit/s、64 kbit/s、128 kbit/s等多个传输速率。当信息速率超过128 kbit/s时，W-CDMA系统可分配多个码分信道给用户进行复用，采用并行传送方式可提供384 kbit/s（128 kbit/s×3），并且可容易地实现室内2 Mbit/s的信息传送。CdmaOne系统可通过多载波传送或复用码信道，实现较高速率的信息传送。 TD-CDMA提供综合业务是通过无线电资源的复用，可采用在每个时隙内的多码传输和时隙合并方式，为了达到2 Mbit/s的峰值速率需采用16进制的QAM调制方式，当移动台的传信率较高时需要较高的发射功率，又因为采用与GSM系统相同的TDMA时隙分配方式，所以无法充分利用系统资源，造成浪费。