3G关键技术

SDMA

空分多址技术（ＳＤＭＡ）则突破了传 统的三维思维模式，在传统的三维技术 的基础上，在第四维空间上极大的拓宽 了频谱的使用方式，使得移动用户仅仅 由于空间位置的不同而复用同一个传统 的物理信道成为可能。
多 用 户 检 测（可选） (Multi User Detection)
• 多用户检测的作用
……
(1)
(1,-1,1,-1)
(1,1,-1,-1,-1,-1,1,1) (1,-1,1,-1,1,-1,1,-1) (1,-1,1,-1,-1,1,-1,1)
互相关性好， 完全正交
1，1，1，1，-1，-1，-1，-1 1，1，-1，-1，1，1，-1，-1
(1,-1)
(1,-1,-1,1)
(1,-1,-1,1,1,-1,-1,1) (1,-1,-1,1,-1,1,1,-1)
扩频序列


作用
扩频，香农定理（即用频带换取信噪比）
实现多址（地址码）
特性
有尖锐的自相关特性（便于同步） 尽可能小的互相关值（降低干扰） 足够多的序列数（实现多址）
Walsh码
(1,1,1,1) (1,1) (1,1,-1,-1)
(1,1,1,1,1,1,1,1) (1,1,1,1,-1,-1,-1,-1) (1,1,-1,-1,1,1,-1,-1)
Turbo 编/译码

缺点



计算量大，要得到高码率往往需要很大的交织器，进一步增加了 译码的复杂度 时延大，使得Turbo码无法用于某些对时延要求高的通信应用 存在地板效应，误码率下降到一定程度，再下降就很困难 缺乏完整的理论基础支持
功率控制(Power Control)
精确功率控制是CDMA系统能成功运行的重要条件
功率控制方法-开环、闭环

开环功控



移动台仅根据接收的信号质量而调整功率。 无反馈。 问题：对快衰落而言，收、发信道是完全独立的， 因此开环功控对快衰落无作用,但对慢衰落（手机 移动到汽车内、房屋后等）作用良好。 适应：在CDMA/TDD结合的体制中，开环功控可 达到高精度。
功率控制方法-开环、闭环
用户2 判决
用户2 判决
解扩匹配滤波 器（用户N）
用户N 判决
用户N 判决
多用户检测的一般结构
Turbo 编/译码
• 逼近 Shannon 极限
在有噪声的环境下，只要信源的信息速率不超过信道 容量，就可以找到一种编码方法，使信息的传输速率任意 逼近于信道容量，而传输的错误概率任意逼近于零。 ——Sh阿nnon 编码定理
• 多用户检测的基本原理
a)多址干扰是由扩频码的结构带来的，是伪随机信号存在一定的 结构性规律，彼此不独立。
b)扩频码有严格的数学描述规律，各码组之间的互相关函数都是
已知的。 c)基于上述a，b，从理论上讲，利用多址干扰规律，在解调某一用户 信号时，把其它用户信号都视为有用信号。
多 用 户 检 测 (Multi User Detection)
反向功率控制

CDMA系统的通信质量和容量主要受限于收到 干扰功率的大小。若基站收到移动台的信号功 率太低，则误比特率太大而无法保证高质量的 通信；反之，若基站接受到某一移动台的信号 功率太高，虽然保证了该移动台与基站的通信 质量，却对其他移动台增加了干扰，导致整个 系统质量恶化和容量减小。只有当每个移动台 的发射功率控制达到基站所需信噪比的最小值， 通信系统的容量才能到达最大值。
多用户检测原理
1 1 3 1 2 3
2
3
2

r1 s1 12 s2 13 s3
r2 21s1 匹配滤波 器（用户1）
用户1 判决
用户1 判决
解扩匹配滤波 器（用户2） 接收信号
联 合 检 测 算 法
容量的软特性

TDMA 系统中同时可接入的用户数 是固定的，无法再多接入任何一个 用户，而DS-CDMA系统中，多增加 一个用户只会使通信质量略有下降， 不会出现硬阻塞现象。
话音质量好

现有的CDMA实验网和商用电信网络运 营实际实验均表明，CDMA（8kEVRC 编码）话音质量明显优于GSM系统，更 加接近固定网的话音质量，特别是在强 噪声环境中，由于采用了伪随机序列进 行扩频/解扩，话音质量不亚于固定网电 话。
FDMA
FDMA即为频分多址接入，表示用不 同的频段代表不同的用户，在频域内 对用户加以区分。这种技术在第一代 移动通信（模拟通信）中普遍使用， 但由于频率资源宝贵有限，当用户数 增加后，FDMA通信完全无法满足容 量的需求。
TDMA


TDMA即表示在时域划分各个不同用户。 现有的GSM通信系统就采用了在FDMA 的基础上再使用TDMA技术，大大解决 了用户数增加后的扩容问题。 但随着移动通信的迅速发展，TDMA技 术的用户容量仍然显得有限，人们寻找 着频谱利用率更高的多址技术。
CDMA

CDMA与FDMA，TDMA 划分形式不同，频分 FDMA与时分TDMA属于 一维多址划分，然而码分 多址CDMA属于二维域上 的划分。它的所有用户均 占有同一整个频段ΔF与同 一整个时隙ΔT，而划分不 同地址的正交量就是不同 的扩频码组。
码分多址 CDMA code Time
Frequency
• 通常用于基站，但在TD-SCDMA系统也用于终端
移动用户只接收所需信号，基站需检测所有用户的信号 移动台只有自己的扩频码，基站知道所有用户的扩频码 设备复杂
• 联合检测（Joint Detection）：将符号间干 扰ISI同多址干扰MAI，一同考虑加以消除，而不 是只针对MAI。其技术核心就是利用均衡技术， 将来自其他用户的ISI也当作MAI而一并消除。
正向功率控制

正向功控是调整基站向移动台发射的功率，是 集中式功率控制。使任一移动台无论处于蜂窝 小区中的任何位置上，收到基站发来的信号电 平都恰好达到信干比所要求的门限值。做到这 一点，就可以避免向距离近的移动台发射过大 的信号功率，也可以防止或减少由于移动台进 入传播条件恶劣或背景干扰过强的地区而发生 误码率增大或通信质量下降的现象。
第三代移动通信 关键技术
CONTENTS

多址技术 多用户检测


Turbo编／译码
功率控制 软件无线电 智能天线 HSDPA
多址技术的基本概念


在同一信道中，准许多个用户同时通信 的技术，在移动通信中称为多址技术。 通信中的多址技术有4种：
FDMA
TDMA
CDMA SDMA
— “远近效应” 正向功率控制 — 邻小区干扰 功率控制算法：开环、闭环
反向功率控制
功率控制

a)
为什么CDMA必须有功率控制
——由于所有用户同时,且在同一频率上工作。
手机→基站（上行） 距基站近→达到基站的功率强 距基站远→弱 在基站接收机中产生远近效应：近距离手机干扰基站对远距离手机信 号的接收。 b) 基站→手机(下行） 距基站近→手机接收的信号强。 距基站远→弱，在手机中临近的基站将干扰手机对所处基站信号的接 收。 结论：如不对基站的发射功率与手机的发射功率实时控制，CDMA系统将不能 正常工作。 功率控制可以通过补偿衰落来提高抗衰落能力，对于解决用户干扰很 有用，如果对信道衰落控制得好，可以通过完全消除衰落影响而把衰 落信道变成AWGN信道
通信容量大


理论上讲，信道容量完全由信道特性决定， 但实际的系统很难达到理想的情况，因而 不同的多址方式可能有不同的信道容量。 CDMA是干扰限制性系统，任何干扰的减 少都直接转化为系统容量的提高。 CDMA系统本身所固有的码分扩频技术加 上先进的内、外环功率控制、话音激活技 术，所以容量明显大于GSM系统。
简而言之，TURBO编译码的目的就是，在有限的 信道容量内，尽可能多地传输数据，而且保证错误 的概率尽可能的小。
Turbo 编/译码

编码器结构
分量码为递归系统卷积码（RSC） 交织器除了抗信道突发错误外，还改变了码的重量分布，控制编码序列的距 离特性，使重量谱窄带化，从而使Turbo码的整体纠错性得以提高。



有关测试表明，GSM900的峰值发射功 率接近2W，平均发射功率在100mW以 上 而CDMA手机平均发射功率保持在十几 毫瓦，峰值不过几十毫瓦。 低的发射功率既对人体的辐射小，有 “绿色手机”的美誉，还可以延长手机 电池的待机时间和通话时间。
CDMA网络建设成本低

CDMA系统的覆盖范围大、基站数 量少、系统容量大、频谱利用率高、 频率规划简单等优势，可大大降低 系统的建设成本和运营成本。
低信号功率谱密度



在DS-CDMA系统中，信号功率被扩展到 比自身频带宽度宽百倍以上的频带范围 内，因而其功率谱密度大大降低。由此 可得到两方面的好处： 其一，具有较强的抗窄带干扰能力； 其二，对窄带系统的干扰很小，有可能 与其它系统共用频段，使有限的频谱资 源得到更充分的使用。
CDMA手机符合环保的要求
——减小用户间的多址干扰 在CDMA移动通信系统中,存在三类干扰： a) 加性白噪声干扰 危害——产生分散独立误码 抵抗措施——采用有效的信道编码纠正差错。 b) 多径干扰 危害——引起突发差错（引起成片误码） 抵抗措施：采用分集技术抗衰落（抗多径） 在信道中采用交织编码技术 c) 用户间的多址干扰 危害——影响信道容量（用户数量） 产生根源——CDMA使用的扩频码之间的互相关系数不为零。
选择好的扩频码
c(t ) [C1 (t ), C2 (t ),C2 (t ) C N (t )]
抵抗措施
C (t ) C (t )dt 0 采用同步码分多址；