3G系統(tǒng)中新型調(diào)制技術(shù)與智能天線研究

朱 韜

中國(guó)鐵通上海分公司，上海 201101

3G系統(tǒng)中新型調(diào)制技術(shù)與智能天線研究

朱 韜

中國(guó)鐵通上海分公司，上海 201101

第三代(3G)移動(dòng)通信系統(tǒng)無(wú)論在技術(shù)上還是業(yè)務(wù)應(yīng)用上對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)都是一個(gè)全新的課題，3G系統(tǒng)與現(xiàn)有的2G系統(tǒng)有著根本的不同。本文對(duì)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的新型調(diào)制技術(shù)和智能天線技術(shù)進(jìn)行了研究。

調(diào)制技術(shù)；智能天線；第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)

3G移動(dòng)通信系統(tǒng)是國(guó)際電信聯(lián)盟制訂的提供移動(dòng)綜合電信業(yè)務(wù)的通信系統(tǒng)。3G將把移動(dòng)無(wú)線接入技術(shù)以及蜂窩移動(dòng)通信的業(yè)務(wù)功能提高到一個(gè)前所未有的水平。本質(zhì)上，3G系統(tǒng)采用CDMA和分組交換技術(shù)，3G系統(tǒng)將支持更多的用戶，實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速率。

1 新型調(diào)制技術(shù)

調(diào)制技術(shù)在決定通信系統(tǒng)頻譜利用率方面起著關(guān)鍵作用，歷來(lái)是人們關(guān)注的研究熱點(diǎn)。除了一些常規(guī)的調(diào)制方式如FSK、BPSK、QPSK、DQPSK、OQPSK、MSK、GMSK、π/4-OPSK 和QAM等已獲得廣泛的應(yīng)用外，人們正在致力于研究一些更能適應(yīng)復(fù)雜的通信環(huán)境和多變的業(yè)務(wù)需求的調(diào)制方式，如多載波調(diào)制和可變速率調(diào)制。

1.1 多載波調(diào)制

多載波調(diào)制的原理是把要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流分解成若干個(gè)子數(shù)據(jù)流，每個(gè)子數(shù)據(jù)流具有較低的碼元速率，然后用這些子數(shù)據(jù)流去并行調(diào)制若干個(gè)載波。由于在多載波調(diào)制的子悟道中碼元速率低、碼元周期長(zhǎng)，因而對(duì)傳輸信道中的時(shí)延擴(kuò)展和選擇性衰落不敏感，或者說(shuō)在滿足一定的條件下，多載波調(diào)制具有抗多徑擴(kuò)展和選擇性衰落的能力。當(dāng)然，多載波調(diào)制所用的各個(gè)子載波必須滿足一定精度和穩(wěn)定度的要求。

多載波調(diào)制的方法如下：1）多載波正交振幅調(diào)制（MCQAM）。把待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流分解成多路低速率的子數(shù)據(jù)流，每一路數(shù)據(jù)流被編碼成多進(jìn)制QAM碼元，再插入同步／引導(dǎo)碼元，分別去調(diào)制各個(gè)子信道的載波，這些子載波綜合在一起就形成了MCQAM信號(hào)；2）正交頻分復(fù)用和碼分多址結(jié)合（OFDM-CDMA）。OFDM是利用頻率正交來(lái)區(qū)分不同子信道的載波，因而相鄰子信道所占用的頻段可以相互交疊，而不會(huì)相互干擾，因而可提高通信系統(tǒng)的頻譜利用率。

正交頻分復(fù)用可以用不同的方法和碼分多址相結(jié)合。方法一：首先，待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)先進(jìn)行直接序列擴(kuò)展（偽碼長(zhǎng)m位）；然后，每個(gè)碼序列經(jīng)過(guò)串/并變換，其子碼分別進(jìn)入M個(gè)支路并和其中的正交于載波頻率進(jìn)行調(diào)制；最后，M個(gè)支路合并，即可形成OFDM-CDMA信號(hào)；方法二：待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)先進(jìn)行串／并變換，分成N條并行的低速數(shù)據(jù)流；然后，每條子數(shù)據(jù)流分別對(duì)同一個(gè)碼序列和N個(gè)不同的正交載波頻率進(jìn)行調(diào)制；最后，綜合成OFDM-CDMA信號(hào)。OFDM-CDMA調(diào)制技術(shù)綜合利用了OFDM和DS-CDMA二者的優(yōu)點(diǎn)，是高速數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中的一種優(yōu)選調(diào)制方案。

1.2 可變速率調(diào)制

因?yàn)橐苿?dòng)信道的傳播性能經(jīng)常會(huì)隨時(shí)間和傳播地點(diǎn)而隨機(jī)變化，所以移動(dòng)通信系統(tǒng)必須具有自適應(yīng)改變其傳輸速率的能力，以便能靈活地為多種業(yè)務(wù)提供合適的傳輸速率，而且能在保證傳輸質(zhì)量的前提下，根據(jù)傳播條件實(shí)時(shí)地調(diào)整其傳輸速率，以充分發(fā)揮所用頻譜的效率。實(shí)現(xiàn)可變速率調(diào)制的方法有以下幾種：

1）可變速率正交振幅調(diào)制（VR-QAM）。QAM是一種振幅和相位聯(lián)合鍵控技術(shù)。電平數(shù)越多，每碼元攜帶的信息比特?cái)?shù)就越多。可變速率（QAM）是根據(jù)信道質(zhì)量的好壞，自適應(yīng)地增多或減少Q(mào)AM的電平數(shù)，從而在保持一定傳輸質(zhì)量的情況下，可以盡量提高通信系統(tǒng)的信息傳輸速率。實(shí)現(xiàn)VR-QAM的關(guān)鍵是實(shí)時(shí)判斷信道條件的好壞，以改變QAM的電平數(shù)。

2）可變擴(kuò)頻增益碼分多址（VSG-CDMA）。這種技術(shù)靠動(dòng)態(tài)改變擴(kuò)頻增益和發(fā)射功率以實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)速率的傳輸。在傳輸高速業(yè)務(wù)時(shí)降低擴(kuò)頻增益，為保證傳輸質(zhì)量可適當(dāng)降低其發(fā)射功率，以減少多址干擾。

3）多碼碼分多址（MC-CDMA）。待傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流經(jīng)串講變換后．分成多個(gè)（1，2，…，M）支路。支路的數(shù)目隨業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的不同速率而變。當(dāng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率小于等于基本速率時(shí)，串／并變換器只輸出一個(gè)支路；當(dāng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率大于基本速率而小于2倍基本速率時(shí)，串講變換器輸出兩個(gè)支路；依此類(lèi)推，最多可達(dá)M個(gè)支路，即最大業(yè)務(wù)速率可達(dá)基本速率的M倍。

2 智能天線

智能天線是—種自適應(yīng)陣列天線，由多天線陣、相干收發(fā)信機(jī)和現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理（DSP）算法組成。智能天線可有效地產(chǎn)生多射束圖。這些射束的每一個(gè)都指向特定的UT，而這些射束聞也能適應(yīng)跟隨任何移動(dòng)的UT。發(fā)射機(jī)把高增益無(wú)線波束對(duì)準(zhǔn)通信中的接收機(jī)，這樣既可以增大通信距離（若距離不變，可節(jié)約發(fā)射功率），又可以減少對(duì)其他方向上接收機(jī)的干擾。

在接收方，這種特性即空間選擇接收，能大大地增加接收靈敏度，減少來(lái)自不同位置同信道的UT的同信道干擾，增加容量。它也能有效地合并多徑成分來(lái)抵制多徑衰落。在發(fā)射方，對(duì)空間智能選擇形成射束的發(fā)射，能降低對(duì)其他同信道UT的干擾，增加容量，并極大地降低輸出功率。

智能天線系統(tǒng)的每個(gè)陣元所接收的信號(hào)先進(jìn)行幅相加權(quán)，其權(quán)值是由控制器通過(guò)不同的自適應(yīng)算法來(lái)調(diào)整的。之后，被加以的信號(hào)進(jìn)行合成，形成陣列輸出，也就是形成若干個(gè)自適應(yīng)波束，同時(shí)自動(dòng)跟蹤若干個(gè)用戶。智能天線所形成的波束能實(shí)現(xiàn)空間濾波，它使期望信號(hào)的方向具有高增益，而使干擾方向?qū)崿F(xiàn)近似零陷，以達(dá)到抵制和減少干擾的目的。天線陣元的數(shù)目付與天線配置的方式對(duì)智能天線的性能有著直接的影響。在CDMA通信系統(tǒng)中，能按CDMA編碼形式形成相應(yīng)的天線波束，不同的用戶編碼形成不同用戶的天線窄帶波束，從而大大提高CDMA通信系統(tǒng)容量。這是CDMA通信使用智能天線技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)。

目前，已經(jīng)提出將智能天線用于移動(dòng)通信系統(tǒng)以提高系統(tǒng)容量，滿足日益增多的移動(dòng)用戶的需求。此外，智能天線還能通過(guò)提高頻譜利用率，擴(kuò)大覆蓋范圍，使用多波束跟蹤移動(dòng)用戶，可以補(bǔ)償孔徑失真，降低延遲擴(kuò)展、多徑衰落、共道干擾、系統(tǒng)復(fù)雜性、誤碼率和中斷概率等來(lái)改善系統(tǒng)的性能。

[1]蔡康，李洪，朱英軍，等.3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)[M].北京： 人民郵電出版計(jì)，2007.

[2]張剛.智能天線在3G中的應(yīng)用[J].吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自 然科學(xué)版，2005(3).

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1674-6708（2010）28-0209-01