无线多媒体码分多址(CDMA)通信

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  一、 引言
  
  第一代、第二代移动通信系统的研究重点主要是提高话音业务的容量。随着通信技术的发展和人们对通信需求的不断变化,未来的个人移动通信系统不仅是保证任何人在任何地点、任何时候,以任何方式与任何人进行通信,而且将是语音、数据、图像等多种业务并存的多媒体通信系统,无线多媒体通信系统正是个人通信系统的一个有机组成部分。
  无线接入多址技术主要有频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和基于扩频技术的码分多址(CDMA)。其中,码分多址(CDMA)方式以频谱利用率高、抗多径、抗干扰、软容量、软切换、宏分集、低功耗、频率规划简单、用户接入方便等其它多址技术不可比拟的优越性被认为是未来移动通信系统的理想技术。它能适应多种无线运行环境,并且有提高多种业务的能力,是适合无线多媒体通信系统的可选方案。如何利用CDMA技术实现无线多媒体通信,关系到它最终能否成为第三代移动通信系统和未来个人通信的主流和发展方向。
  


  二、 宽带CDMA技术
  
  目前,蜂窝系统提供的业务仅限于话音、传真和低速率(远小于64kbps)数据业务。未来的个人通信应该把信息送给个人,提供多媒体信息业务和服务。这必然要求无线通信能够提供相应业务,过窄的带宽则不能适应要求。与IS-95扩频带宽为1.25M的窄带CDMA(N-CDMA)相比,宽带CDMA(W-CDMA)具有更宽的频带(可高达几十兆)。它在宽频带上应用CDMA方式,频谱利用率更高,系统容量更大,更能发挥扩频通信的优越性。
  宽带CDMA支持的业务范围比窄带CDMA更广泛。它利用宽带扩频在更大的射频带宽上支持更高速率的业务,以满足图像、高速数据、ISDN、视像点播和多媒体业务等高带宽业务的需求。
  宽带CDMA的抗多径干扰能力优于窄带CDMA,具有更好的信号传输性能。随着扩频带宽的增加,多径分辨率增加,可分辨的多径分量增多,能收集的有用信号能量大大增加,可以更好地避免移动通信中的多径衰落。从而实现无线系统更大的容量和更大的覆盖面积。
  宽带CDMA便于系统规划和系统管理,简化了系统设计的复杂度,具有更大的潜在系统容量。
  宽带CDMA可以实现无线多媒体通信所要求的高速、大容量的接入,并且,它能根据用户业务请求提供满足不同需求的业务速率,具有很大的灵活性。
  从移动通信从窄带走向宽带发展的必然趋势和宽带CDMA技术所具有的优势上看,无线多媒体CDMA通信采用宽带CDMA技术是必然的选择。
  
  三、 时分双工(TDD)通信方式
  
  无线多媒体CDMA通信系统能否迅速发展,不仅取决于技术,更重要是价格。降低系统成本尤其是大量移动台的成本是其考虑的一项主要内容。
  对移动台的要求是:功耗低、效率高、体积小、成本低、性能好。在宽带高速多媒体通信环境下达到这些要求即使是在电子技术高度发展的今天也是十分困难的。由于时分双工通信设备简单以及时分双工通信方式的特点,在无线多媒体CDMA通信中采用时分双工通信方式以达到降低系统成本特别是移动台成本、复杂度的目的不失为一个合理的选择。
  时分双工与频分双工相比,其最主要的优点在于收、发使用同一频率。因此,基站和移动台可使用同一套电子设备进行收、发,大大简化了设备的复杂性。另外,由于采用时分双工进行通信,上、下行链路具有互易性。在无线信道中利用这一点可以用开环控制方式来完成许多重要的功能,如功率控制、信号的预加重和整形以及分集发送即基站选择质量较好的信道进行发送等,不但改善了信号的传输质量,而且进一步减小了移动台的复杂度和成本。
  特别是在CDMA系统中,采用时分双工通信时利用上、下行信道的互易性可以使功率控制变得十分精确。并且,还可以使用一种独特的分集合并的方法——预分集pre-rake。它是基站把发送给移动台的信号在发送前先与基站估计的信道脉冲响应相乘,移动台在接收时只需要一个简单的匹配滤波器就可以获得分集接受的效果。与传统的RAKE接收不同,由于采用pre-rake方法后基站发出的信号是不相关的,因此接收机在接收时不会增强干扰信号分量,从而提高了接收机的性能,增强了系统抗多径衰落的能力,而接收机的复杂度却大为减小。此外,再结合分集发送等其他措施,采用时分双工通信方式可以在改善CDMA系统的性能的同时,降低系统的成本尤其是移动台复杂度和成本。
  时分双工通信的效率受限于上、下链路之间的保护时间,而保护时间由蜂窝的半径决定。因此,时分双工方式最适用蜂窝半径小的系统,如微蜂窝、微微蜂窝等。从通信系统的发展来看,蜂窝的尺寸逐渐由大变小。在无线多媒体CDMA通信系统中可以根据通信环境、业务特性等方面的要求灵活地使用时分双工方式,提高服务质量,降低系统成本,使自己在未来的通信领域里更具竞争力。
  
  四、 传输、控制技术介绍
  
  * 改进的功率控制(power-control)方式
  
  在无线多媒体CDMA通信系统中,由于不同业务在信息速率、业务质量(QoS)和业务特性方面的差异需要采取相应的措施来满足不同业务的不同要求。在码分多址系统中,功率控制是实现其高多址能力和高系统容量所必需的。通过改进功率控制方式,使它与业务质量相结合,不但可以达到传统功率控制的目的,而且还能保证多媒体通信中各业务的业务质量,同时,使每种业务的信号发射功率达到最佳。即在改进的功率控制(power-control)方式中系统整个功率控制、功率分配原则要受业务质量(QoS)的支配。
  * 灵活的差错控制、处理增益调整
  无线信道复杂、多变,必须采取差错控制技术确保通信质量。在无线多媒体CDMA通信系统中,可以根据当前的信道质量、各业务的业务质量(QoS)要求和业务特性,自适应地为不同的业务提供不同的差错保护并动态地调整其处理增益。这样,不但可以满足多媒体通信中不同业务的不同要求,还可以减小系统干扰和功耗。
  * 支持多业务多速率的机制
  未来的移动通信系统要能在不同的环境中支持话音、图像以及各种数据业务。这就要求无线多媒体CDMA通信系统一方面必须满足宽带业务的需求,另一方面又要兼顾话音等窄带业务,即它应能解决多业务的多速率问题。
  目前采用的多速率体制主要有:多调制方式系统(multi-modulation systems),它根据信息速率选择不同的调制方式;多处理增益系统(multi-processing-gain systems),系统的子码(chip)速率相同,扩频带宽恒定,不同的信息速率其扩频增益不同;多信道系统(multi-channel systems),这里的信道可以是多个射频物理信道,也可以是多个逻辑码信道,信息速率不同占用的信道不同;多子码速率系统(multi-chip-rate systems),系统的扩频增益恒定,不同的信息速率对应不同的子码速率;此外还有其他一些多速率系统,不再一一列举。它们之间的主要区别在于对待高速业务的系统资源分配方法不同。支持多业务多速率的机制,使无线多媒体CDMA通信系统对业务种类的包容性更强。
  
  五、 结束语
  
  无线多媒体通信系统是个人通信系统的一个重要组成部分。CDMA技术以它独特的优点成为实现无线多媒体通信的理想技术。无线多媒体CDMA通信系统的研究正处于起步阶段,适应它的各种技术也正处在研究、开发过程中。随着CDMA多媒体通信技术的不断完善和发展,无线多媒体通信服务将会很快实现。
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