代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件

1、代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件第二十二講第二十二講 第三代移動(dòng)通信的主要技術(shù)第三代移動(dòng)通信的主要技術(shù)2021-10-8代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件主要內(nèi)容主要內(nèi)容n高效率的編譯碼技術(shù)高效率的編譯碼技術(shù)n功率控制功率控制n多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)n智能天線(xiàn)智能天線(xiàn)代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件高效率的編譯碼技術(shù)高效率的編譯碼技術(shù) 從源數(shù)據(jù)角度來(lái)看從源數(shù)據(jù)角度來(lái)看, 3G包括各類(lèi)話(huà)音、包括各類(lèi)話(huà)音、 圖像的數(shù)字壓縮技圖像的數(shù)字壓縮技術(shù)。術(shù)。 諸如各類(lèi)單路、低時(shí)延、諸如各類(lèi)單路、低時(shí)延、 低比特率的話(huà)音壓縮、編碼技術(shù)低比特率的話(huà)音壓縮、編碼技術(shù)和基于和基于MPEG-1、MPEG-2、H.261-H.263

2、、H.324、MPEG-4至至MPEG-7算法算法, 實(shí)施覆蓋實(shí)施覆蓋HDTV至甚低比特率至甚低比特率(64 kb/s)的高質(zhì)量的高質(zhì)量數(shù)字圖像壓縮技術(shù)。數(shù)字圖像壓縮技術(shù)。 3G的語(yǔ)音編碼技術(shù)主要有兩種的語(yǔ)音編碼技術(shù)主要有兩種: 8 kb/s和和13 kb/s的碼本激勵(lì)的碼本激勵(lì)線(xiàn)性預(yù)測(cè)編碼線(xiàn)性預(yù)測(cè)編碼(CELP)。其中。其中, 8 kb/s的全質(zhì)量語(yǔ)音編碼技術(shù)已經(jīng)的全質(zhì)量語(yǔ)音編碼技術(shù)已經(jīng)達(dá)到達(dá)到GSM系統(tǒng)的系統(tǒng)的13 kb/s的話(huà)音水平甚至更好的話(huà)音水平甚至更好; 而而13 kb/s的語(yǔ)音的語(yǔ)音編碼已達(dá)到有線(xiàn)長(zhǎng)途話(huà)音水平。編碼已達(dá)到有線(xiàn)長(zhǎng)途話(huà)音水平。CELP采用與脈沖激勵(lì)線(xiàn)性預(yù)測(cè)采用與脈沖激

3、勵(lì)線(xiàn)性預(yù)測(cè)編碼相同的原理編碼相同的原理, 只是將脈沖位置和幅度用一個(gè)矢量碼表代替。只是將脈沖位置和幅度用一個(gè)矢量碼表代替。 代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件 此外此外, 信道編譯碼技術(shù)是第三代移動(dòng)通信的一項(xiàng)核心技術(shù)。信道編譯碼技術(shù)是第三代移動(dòng)通信的一項(xiàng)核心技術(shù)。 這是因?yàn)?，雖然第三代移動(dòng)通信采用的擴(kuò)頻技術(shù)有利于克服多這是因?yàn)?，雖然第三代移動(dòng)通信采用的擴(kuò)頻技術(shù)有利于克服多徑衰落以提供高質(zhì)量的傳輸信道徑衰落以提供高質(zhì)量的傳輸信道, 但擴(kuò)頻技術(shù)存在潛在的頻譜效但擴(kuò)頻技術(shù)存在潛在的頻譜效率低的問(wèn)題率低的問(wèn)題, 而一般的編碼技術(shù)也是通過(guò)犧牲頻譜利用率來(lái)?yè)Q取而一般的編碼技術(shù)也是通過(guò)犧牲頻譜利用率來(lái)?yè)Q取功率利用率

4、的功率利用率的, 因此因此, 3G系統(tǒng)中必須采用高效的信道編譯碼技術(shù)系統(tǒng)中必須采用高效的信道編譯碼技術(shù)來(lái)進(jìn)一步改善通信質(zhì)量。來(lái)進(jìn)一步改善通信質(zhì)量。 綜合來(lái)講綜合來(lái)講, 現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)對(duì)于信道編譯碼技術(shù)的要求是現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)對(duì)于信道編譯碼技術(shù)的要求是: 選擇效率高、編碼增益高、時(shí)延性能好、譯碼算法較簡(jiǎn)單、存選擇效率高、編碼增益高、時(shí)延性能好、譯碼算法較簡(jiǎn)單、存儲(chǔ)量較小、溢出概率小儲(chǔ)量較小、溢出概率小, 對(duì)同步要求不是很高對(duì)同步要求不是很高, 適合于衰落信道適合于衰落信道傳送、傳送、 易于實(shí)現(xiàn)。易于實(shí)現(xiàn)。 代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件 在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要提案中在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要提

5、案中(包括包括WCDMA和和CDMA 2000等等), 除了采用與除了采用與IS-95 CDMA系統(tǒng)相類(lèi)似的卷積編碼技術(shù)和交織技術(shù)之外系統(tǒng)相類(lèi)似的卷積編碼技術(shù)和交織技術(shù)之外, 還建還建議采用議采用Turbo編碼技術(shù)及編碼技術(shù)及RS卷積級(jí)聯(lián)碼技術(shù)。在此卷積級(jí)聯(lián)碼技術(shù)。在此, 僅對(duì)各種技術(shù)的特點(diǎn)加僅對(duì)各種技術(shù)的特點(diǎn)加以簡(jiǎn)要介紹以簡(jiǎn)要介紹, 具體請(qǐng)參見(jiàn)其他資料。具體請(qǐng)參見(jiàn)其他資料。 (1) 卷積碼具有記憶能力卷積碼具有記憶能力, 可用維特比譯碼可用維特比譯碼, 具有很高的編碼增益。具有很高的編碼增益。 (2) 交織技術(shù)的特點(diǎn)是能將碼字中的長(zhǎng)連錯(cuò)誤轉(zhuǎn)化成每個(gè)糾錯(cuò)碼字里只交織技術(shù)的特點(diǎn)是能將碼字中的長(zhǎng)連

6、錯(cuò)誤轉(zhuǎn)化成每個(gè)糾錯(cuò)碼字里只有一個(gè)或兩個(gè)錯(cuò)誤有一個(gè)或兩個(gè)錯(cuò)誤, 這樣有利于對(duì)付信道傳輸中由于突發(fā)性干擾而引起的長(zhǎng)這樣有利于對(duì)付信道傳輸中由于突發(fā)性干擾而引起的長(zhǎng)連串錯(cuò)誤連串錯(cuò)誤, 交織不會(huì)引入冗余碼交織不會(huì)引入冗余碼, 所以也就不會(huì)降低頻譜利用率。所以也就不會(huì)降低頻譜利用率。 代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件 (3) Turbo編碼器主要由兩個(gè)系統(tǒng)遞歸卷積編碼器、一個(gè)交織器及刪除編碼器主要由兩個(gè)系統(tǒng)遞歸卷積編碼器、一個(gè)交織器及刪除器等構(gòu)成。由于兩個(gè)卷積編碼器是并行的關(guān)系器等構(gòu)成。由于兩個(gè)卷積編碼器是并行的關(guān)系, 因此這樣產(chǎn)生的因此這樣產(chǎn)生的Turbo碼也稱(chēng)碼也稱(chēng)為并行級(jí)聯(lián)為并行級(jí)聯(lián)Turbo碼。碼。T

7、urbo編碼器構(gòu)成的原理框圖如圖編碼器構(gòu)成的原理框圖如圖(a)所示。相應(yīng)地所示。相應(yīng)地, Turbo解碼器主要由兩個(gè)軟輸入解碼器主要由兩個(gè)軟輸入/輸出譯碼器、同編譯器相關(guān)的交織器及去交輸出譯碼器、同編譯器相關(guān)的交織器及去交織器構(gòu)成。其構(gòu)成的原理框圖如圖織器構(gòu)成。其構(gòu)成的原理框圖如圖(b)所示。所示。 雖然目前尚未得到嚴(yán)格的雖然目前尚未得到嚴(yán)格的Turbo編碼理論性能分析結(jié)果編碼理論性能分析結(jié)果, 但從計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果來(lái)看但從計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果來(lái)看, 在交織器長(zhǎng)度大于在交織器長(zhǎng)度大于1000、 軟判決輸出卷積解碼采用標(biāo)準(zhǔn)的最大后驗(yàn)概率軟判決輸出卷積解碼采用標(biāo)準(zhǔn)的最大后驗(yàn)概率(MAP)算法條件下算法條件

8、下, 其性能比其性能比約束長(zhǎng)度為約束長(zhǎng)度為9的卷積碼能提高的卷積碼能提高12.5 dB。 代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件Turbo編/解碼器(a) Turbo編碼器； (b) Turbo解碼器 交織器RSC2RSC1刪除器信息比特復(fù)合(a)去交織軟信息軟信息DEC1交織軟信息DEC1交織去交織判決輸出第一編譯碼的檢驗(yàn)比特接收到的信息比特第二編譯碼的檢驗(yàn)比特(b)代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件功率控制功率控制 功率控制功率控制(Power Control)技術(shù)是技術(shù)是CDMA系統(tǒng)的一項(xiàng)核心技系統(tǒng)的一項(xiàng)核心技術(shù)。術(shù)。 可以說(shuō)可以說(shuō), CDMA技術(shù)的成功在很大程度上要依賴(lài)于功率控技術(shù)的成功在很大程度上要依賴(lài)

9、于功率控制技術(shù)的成功應(yīng)用。制技術(shù)的成功應(yīng)用。 所謂功率控制就是要根據(jù)具體情況所謂功率控制就是要根據(jù)具體情況, 動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)射機(jī)的功率。動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)射機(jī)的功率。 這里的發(fā)射機(jī)可以指基站的發(fā)射機(jī)這里的發(fā)射機(jī)可以指基站的發(fā)射機(jī), 也可以指移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射機(jī)也可以指移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射機(jī), 但主要還是指后者。但主要還是指后者。 也就是說(shuō)也就是說(shuō), CDMA中上、下行鏈路的功率中上、下行鏈路的功率控制是彼此獨(dú)立的控制是彼此獨(dú)立的, 但更側(cè)重于上行鏈路。但更側(cè)重于上行鏈路。 具體來(lái)講具體來(lái)講, 功率控制功率控制主要是限制和優(yōu)化來(lái)自每個(gè)用戶(hù)發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率主要是限制和優(yōu)化來(lái)自每個(gè)用戶(hù)發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率, 一方面使其一方面使其

10、到達(dá)基站接收機(jī)的平均功率都相等到達(dá)基站接收機(jī)的平均功率都相等; 另一方面另一方面, 在保證通信質(zhì)量在保證通信質(zhì)量的前提下的前提下, 將發(fā)射機(jī)功率盡可能地調(diào)至最小。將發(fā)射機(jī)功率盡可能地調(diào)至最小。 代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件 1) 上行開(kāi)環(huán)功率控制上行開(kāi)環(huán)功率控制 上行指的是由上行指的是由BS到到MS的方向。上行開(kāi)環(huán)功率控制僅由移動(dòng)的方向。上行開(kāi)環(huán)功率控制僅由移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行臺(tái)進(jìn)行, 基站并不參與。開(kāi)環(huán)功率控制用于確定用戶(hù)的初始發(fā)射基站并不參與。開(kāi)環(huán)功率控制用于確定用戶(hù)的初始發(fā)射功率功率, 或用戶(hù)接收功率發(fā)生突變時(shí)的發(fā)射功率的調(diào)節(jié)。其基本原或用戶(hù)接收功率發(fā)生突變時(shí)的發(fā)射功率的調(diào)節(jié)。其基本原理理(如圖如圖

11、5-18所示所示)是移動(dòng)臺(tái)先測(cè)量接收到的基站功率的大小是移動(dòng)臺(tái)先測(cè)量接收到的基站功率的大小, 然然后根據(jù)接收的功率值后根據(jù)接收的功率值, 估計(jì)前向傳輸路徑的損耗估計(jì)前向傳輸路徑的損耗, 遵循一定的準(zhǔn)遵循一定的準(zhǔn)則則, 以調(diào)整自身的發(fā)射功率。以調(diào)整自身的發(fā)射功率。 代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件 開(kāi)環(huán)功率控制 基站發(fā)射機(jī)發(fā)射導(dǎo)頻信號(hào)前向鏈路接收導(dǎo)頻信號(hào)從導(dǎo)頻信號(hào)中估計(jì)路徑損耗用導(dǎo)頻測(cè)量值調(diào)整功率移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件2) 上行閉環(huán)功率控制上行閉環(huán)功率控制 閉環(huán)功率控制 移 動(dòng) 臺(tái)發(fā) 射 機(jī)移 動(dòng) 臺(tái)接 收 機(jī)功 率 控 制接 收 導(dǎo) 頻 信 號(hào)前 向鏈 路發(fā) 射 導(dǎo) 頻 信 號(hào)基 站

12、接 收 機(jī)基 站發(fā) 射 機(jī)反 向鏈 路代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件 閉環(huán)功率控制對(duì)于補(bǔ)償由于快瑞利衰落而造成的功率波動(dòng)閉環(huán)功率控制對(duì)于補(bǔ)償由于快瑞利衰落而造成的功率波動(dòng)很有作用很有作用, 因而能夠使基站對(duì)移動(dòng)臺(tái)的開(kāi)環(huán)功率估計(jì)迅速做出因而能夠使基站對(duì)移動(dòng)臺(tái)的開(kāi)環(huán)功率估計(jì)迅速做出糾正糾正, 以使移動(dòng)臺(tái)保持最理想的發(fā)射功率?？梢哉f(shuō)以使移動(dòng)臺(tái)保持最理想的發(fā)射功率?？梢哉f(shuō), 反向信道閉反向信道閉環(huán)功率控制是對(duì)開(kāi)環(huán)功率控制的有效補(bǔ)充。環(huán)功率控制是對(duì)開(kāi)環(huán)功率控制的有效補(bǔ)充。 代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件 閉環(huán)功率控制有內(nèi)環(huán)和外環(huán)之分。內(nèi)部環(huán)路的前提假設(shè)就是存在一個(gè)閉環(huán)功率控制有內(nèi)環(huán)和外環(huán)之分。內(nèi)部環(huán)路的前提假設(shè)

13、就是存在一個(gè)預(yù)先確定的用于判斷增加功率和降低功率的預(yù)先確定的用于判斷增加功率和降低功率的SNR門(mén)限。門(mén)限。 因?yàn)槲覀兪冀K在試因?yàn)槲覀兪冀K在試圖保持一個(gè)可以接受的圖保持一個(gè)可以接受的FER，并且在一個(gè)移動(dòng)環(huán)境中在，并且在一個(gè)移動(dòng)環(huán)境中在FER和和Eb/N0之間沒(méi)之間沒(méi)有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。所以不得不動(dòng)態(tài)調(diào)整有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。所以不得不動(dòng)態(tài)調(diào)整Eb/N0門(mén)限以保證在信道環(huán)境不斷門(mén)限以保證在信道環(huán)境不斷變化的情況下變化的情況下, 保持一個(gè)可接受的保持一個(gè)可接受的FER來(lái)維持通信質(zhì)量的不變。來(lái)維持通信質(zhì)量的不變。Eb/N0門(mén)限的門(mén)限的調(diào)整調(diào)整(由內(nèi)環(huán)功率控制使用的由內(nèi)環(huán)功率控制使用的)被引用為閉環(huán)功率控制

14、的外部環(huán)路被引用為閉環(huán)功率控制的外部環(huán)路(如圖所示如圖所示)。在設(shè)置服務(wù)質(zhì)量目標(biāo)值的過(guò)程中在設(shè)置服務(wù)質(zhì)量目標(biāo)值的過(guò)程中, 該目標(biāo)值既不能太低該目標(biāo)值既不能太低, 也不能太高。服務(wù)質(zhì)也不能太高。服務(wù)質(zhì)量目標(biāo)值太低不滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需求量目標(biāo)值太低不滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需求, 而服務(wù)質(zhì)量目標(biāo)值太高會(huì)造成大量的資源浪而服務(wù)質(zhì)量目標(biāo)值太高會(huì)造成大量的資源浪費(fèi)費(fèi), 降低整個(gè)系統(tǒng)的容量。降低整個(gè)系統(tǒng)的容量。 所以外環(huán)功率控制是無(wú)線(xiàn)資源控制的重要組成部所以外環(huán)功率控制是無(wú)線(xiàn)資源控制的重要組成部分分, 與快速功率控制聯(lián)系密切與快速功率控制聯(lián)系密切, 其功率控制一般為每秒其功率控制一般為每秒50次。次。 代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件

15、閉環(huán)功率控制的內(nèi)環(huán)和外環(huán) 閉 環(huán) 功率 控 制內(nèi) 環(huán)測(cè) 量Eb / N0門(mén) 限與Eb / N0門(mén) 限 比 較確 定 要 發(fā) 送 的 PCS外 環(huán)判 斷 Eb / N0門(mén) 限代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件 最后最后, 介紹一下在軟切換中的閉環(huán)功率控制。介紹一下在軟切換中的閉環(huán)功率控制。 在軟切換過(guò)在軟切換過(guò)程中程中, 移動(dòng)臺(tái)從兩個(gè)或三個(gè)基站接收到業(yè)務(wù)信息幀移動(dòng)臺(tái)從兩個(gè)或三個(gè)基站接收到業(yè)務(wù)信息幀, 并且在這些并且在這些業(yè)務(wù)信道上也許會(huì)與功率控制命令發(fā)生矛盾業(yè)務(wù)信道上也許會(huì)與功率控制命令發(fā)生矛盾(即一個(gè)基站可能即一個(gè)基站可能告訴移動(dòng)臺(tái)增加功率告訴移動(dòng)臺(tái)增加功率, 而另一個(gè)基站告訴移動(dòng)臺(tái)降低功率而另一個(gè)基

16、站告訴移動(dòng)臺(tái)降低功率)。 在在這些情況中這些情況中, 移動(dòng)臺(tái)遵循的原則是移動(dòng)臺(tái)遵循的原則是: 假如一個(gè)基站命令移動(dòng)臺(tái)降假如一個(gè)基站命令移動(dòng)臺(tái)降低功率低功率, 則移動(dòng)臺(tái)將會(huì)降低功率。當(dāng)所有涉及軟切換的基站都則移動(dòng)臺(tái)將會(huì)降低功率。當(dāng)所有涉及軟切換的基站都命令增加功率時(shí)命令增加功率時(shí), 移動(dòng)臺(tái)才會(huì)增加功率。移動(dòng)臺(tái)才會(huì)增加功率。 代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件 3) 下行開(kāi)環(huán)功率控制下行開(kāi)環(huán)功率控制 在在CDMA系統(tǒng)中系統(tǒng)中, 移動(dòng)臺(tái)必須向基站反饋報(bào)告下行鏈路的質(zhì)量。移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)臺(tái)必須向基站反饋報(bào)告下行鏈路的質(zhì)量。移動(dòng)臺(tái)連續(xù)地監(jiān)視下行鏈路的連續(xù)地監(jiān)視下行鏈路的FER, 并且在一條被稱(chēng)作功率測(cè)量報(bào)告信息并且在

17、一條被稱(chēng)作功率測(cè)量報(bào)告信息(PMRM)中向基站報(bào)告這個(gè)中向基站報(bào)告這個(gè)FER的反饋。它可以用兩種方式發(fā)送這個(gè)報(bào)告的反饋。它可以用兩種方式發(fā)送這個(gè)報(bào)告: 一種方式一種方式是移動(dòng)臺(tái)周期性地報(bào)告是移動(dòng)臺(tái)周期性地報(bào)告PMRM, 而另一種是僅僅當(dāng)而另一種是僅僅當(dāng)FER超過(guò)一個(gè)特定的門(mén)限超過(guò)一個(gè)特定的門(mén)限時(shí)移動(dòng)臺(tái)才報(bào)告時(shí)移動(dòng)臺(tái)才報(bào)告PMRM?；局懒讼滦墟溌返馁|(zhì)量后。基站知道了下行鏈路的質(zhì)量后, 則會(huì)調(diào)整對(duì)那個(gè)相則會(huì)調(diào)整對(duì)那個(gè)相應(yīng)移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率。應(yīng)移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率。 為了實(shí)現(xiàn)快速和自適應(yīng)的功率控制算法為了實(shí)現(xiàn)快速和自適應(yīng)的功率控制算法, 在下行鏈路中也可以插入專(zhuān)門(mén)在下行鏈路中也可以插入專(zhuān)門(mén)的子信道以實(shí)

18、現(xiàn)下行鏈路的閉環(huán)功率控制。的子信道以實(shí)現(xiàn)下行鏈路的閉環(huán)功率控制。 代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù) 在在CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中移動(dòng)通信系統(tǒng)中, 存在著兩種比較嚴(yán)重的干擾問(wèn)題存在著兩種比較嚴(yán)重的干擾問(wèn)題: 一是由于一是由于不同的用戶(hù)同時(shí)共享同一頻段的帶寬不同的用戶(hù)同時(shí)共享同一頻段的帶寬(各個(gè)用戶(hù)之間由于其對(duì)應(yīng)的地址碼之各個(gè)用戶(hù)之間由于其對(duì)應(yīng)的地址碼之間存在相關(guān)性間存在相關(guān)性, 不能完全正交不能完全正交)而產(chǎn)生的多址干擾而產(chǎn)生的多址干擾(MAI, Multiple Access Interference); 二是由于信道特性的不理想而引起的符號(hào)間干擾二是由于信道特性的不理想而

19、引起的符號(hào)間干擾(ISI, InterSymbol Interference)。 傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的CDMA接收機(jī)接收機(jī), 如匹配濾波器和如匹配濾波器和RAKE接收機(jī)接收機(jī), 大都采用的是單大都采用的是單用戶(hù)檢測(cè)用戶(hù)檢測(cè)(Single User Detection)技術(shù)技術(shù), 對(duì)各個(gè)用戶(hù)信息的接收都是相互獨(dú)對(duì)各個(gè)用戶(hù)信息的接收都是相互獨(dú)立進(jìn)行的。立進(jìn)行的。 也就是說(shuō)也就是說(shuō), 都是把除有用信號(hào)外的信號(hào)作為干擾來(lái)處理都是把除有用信號(hào)外的信號(hào)作為干擾來(lái)處理, 而沒(méi)有而沒(méi)有充分利用接收信號(hào)中的有用信息充分利用接收信號(hào)中的有用信息, 如確知的用戶(hù)信道碼如確知的用戶(hù)信道碼, 各用戶(hù)的信道估計(jì)各用戶(hù)的信道估計(jì)等

20、等, 因而導(dǎo)致接收信噪比嚴(yán)重惡化因而導(dǎo)致接收信噪比嚴(yán)重惡化, 系統(tǒng)容量也隨之下降。系統(tǒng)容量也隨之下降。 代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件 1. 基本概念基本概念 多用戶(hù)檢測(cè)多用戶(hù)檢測(cè)(MUD, MultiUser Detection)又稱(chēng)聯(lián)合檢測(cè)又稱(chēng)聯(lián)合檢測(cè)(JD, Joint Detection)或干擾消除。其基本思想是把所有用戶(hù)的信號(hào)或干擾消除。其基本思想是把所有用戶(hù)的信號(hào)都當(dāng)作有用信號(hào)都當(dāng)作有用信號(hào), 而不是當(dāng)作干擾信號(hào)來(lái)對(duì)待。而不是當(dāng)作干擾信號(hào)來(lái)對(duì)待。 要充分利用多要充分利用多址干擾信號(hào)的結(jié)構(gòu)特征和其中包含的用戶(hù)間的互相關(guān)信息址干擾信號(hào)的結(jié)構(gòu)特征和其中包含的用戶(hù)間的互相關(guān)信息, 通過(guò)通過(guò)各種

21、算法來(lái)估計(jì)干擾各種算法來(lái)估計(jì)干擾, 最終達(dá)到降低或消除干擾的目的。最終達(dá)到降低或消除干擾的目的。 多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)是抑制多址干擾技術(shù)中最有潛力的一種方多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)是抑制多址干擾技術(shù)中最有潛力的一種方法法, 并已經(jīng)成為第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)中倡導(dǎo)的關(guān)鍵技術(shù)之一。并已經(jīng)成為第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)中倡導(dǎo)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件 2. 分類(lèi)分類(lèi) 多用戶(hù)信號(hào)檢測(cè)技術(shù)中的最佳方法是最大似然序列多用戶(hù)信號(hào)檢測(cè)技術(shù)中的最佳方法是最大似然序列(MLSE)檢測(cè)檢測(cè), 這已經(jīng)在理論上被證實(shí)。但是這已經(jīng)在理論上被證實(shí)。但是, 由于它算法過(guò)于復(fù)雜由于它算法過(guò)于復(fù)雜, 實(shí)實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常困難現(xiàn)起來(lái)非常困難, 因而

22、實(shí)際應(yīng)用的可能性不大。因而實(shí)際應(yīng)用的可能性不大。 近年來(lái)近年來(lái), 人們?nèi)藗冄芯砍隽烁鞣N的次優(yōu)化方法研究出了各種的次優(yōu)化方法, 力求在保證一定性能的條件下將力求在保證一定性能的條件下將實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度降低到工程上可以接受的程度。多用戶(hù)檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度降低到工程上可以接受的程度。多用戶(hù)檢測(cè)方法分類(lèi)圖如圖所示。分類(lèi)圖如圖所示。 代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件 多用戶(hù)檢測(cè)方法分類(lèi)圖 多項(xiàng)式展開(kāi)去相關(guān)MMSE線(xiàn)性判決反饋多級(jí)檢測(cè)干擾抵消神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線(xiàn)性次理想MLSE最理想MLSE多用戶(hù)檢測(cè)代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件 由圖可見(jiàn)由圖可見(jiàn), 這些次優(yōu)化方法大體可以分為兩類(lèi)這些次優(yōu)化方法大體可以分為兩類(lèi): 線(xiàn)性和非線(xiàn)

23、線(xiàn)性和非線(xiàn)性。線(xiàn)性的方法又包括去相關(guān)性。線(xiàn)性的方法又包括去相關(guān)(簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)DEC)多用戶(hù)檢測(cè)、最小均多用戶(hù)檢測(cè)、最小均方誤差多用戶(hù)檢測(cè)方誤差多用戶(hù)檢測(cè)(MMSE)和多項(xiàng)式展開(kāi)和多項(xiàng)式展開(kāi)(PE)多用戶(hù)檢測(cè)等多用戶(hù)檢測(cè)等; 非非線(xiàn)性方法又包括判決反饋多用戶(hù)檢測(cè)、多級(jí)檢測(cè)、連續(xù)干擾抵線(xiàn)性方法又包括判決反饋多用戶(hù)檢測(cè)、多級(jí)檢測(cè)、連續(xù)干擾抵消消(包括串行包括串行SIC和并行和并行PIC)的多用戶(hù)檢測(cè)和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多的多用戶(hù)檢測(cè)和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多用戶(hù)檢測(cè)等。用戶(hù)檢測(cè)等。 線(xiàn)性多用戶(hù)檢測(cè)方法的基本思想是使接收信號(hào)先通過(guò)傳統(tǒng)線(xiàn)性多用戶(hù)檢測(cè)方法的基本思想是使接收信號(hào)先通過(guò)傳統(tǒng)的檢測(cè)器的檢測(cè)器, 然后進(jìn)行線(xiàn)性的

24、映射然后進(jìn)行線(xiàn)性的映射(變換變換)以消除不同用戶(hù)間的相關(guān)以消除不同用戶(hù)間的相關(guān)性性, 最終降低或消除多址干擾。最終降低或消除多址干擾。代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件 3. 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) (1) 提高了帶寬利用率提高了帶寬利用率, 抑制了多徑干擾。抑制了多徑干擾。 (2) 消除或減輕了遠(yuǎn)近效應(yīng)消除或減輕了遠(yuǎn)近效應(yīng), 降低了對(duì)功控高度精度的要求降低了對(duì)功控高度精度的要求, 可簡(jiǎn)化功控。可簡(jiǎn)化功控。 (3) 彌補(bǔ)了擴(kuò)頻碼互相關(guān)性不理想造成的影響。彌補(bǔ)了擴(kuò)頻碼互相關(guān)性不理想造成的影響。 (4) 減小了發(fā)射功率減小了發(fā)射功率, 延長(zhǎng)了移動(dòng)臺(tái)電池的使用時(shí)間延長(zhǎng)了移動(dòng)臺(tái)電池的使用時(shí)間, 同時(shí)也減小了移動(dòng)同時(shí)也減小了

25、移動(dòng)臺(tái)的電磁輻射。臺(tái)的電磁輻射。 (5) 改善了系統(tǒng)性能改善了系統(tǒng)性能, 提高了系統(tǒng)容量提高了系統(tǒng)容量, 增大了小區(qū)覆蓋范圍。增大了小區(qū)覆蓋范圍。 代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件 4. 局限性局限性 (1) 它只是消除了小區(qū)內(nèi)的干擾它只是消除了小區(qū)內(nèi)的干擾, 而對(duì)小區(qū)間的干擾還是無(wú)而對(duì)小區(qū)間的干擾還是無(wú)法消除。法消除。 (2) 算法非常復(fù)雜算法非常復(fù)雜, 尤其是在下行鏈路上尤其是在下行鏈路上, 大大增加了移動(dòng)大大增加了移動(dòng)臺(tái)的接收設(shè)備的復(fù)雜度。臺(tái)的接收設(shè)備的復(fù)雜度。 盡管如此盡管如此, 相信多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)的局限性會(huì)是暫時(shí)的相信多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)的局限性會(huì)是暫時(shí)的, 隨著隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和微電子技術(shù)

26、的發(fā)展數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展, 降低復(fù)雜性的多用戶(hù)降低復(fù)雜性的多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)必將在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。檢測(cè)技術(shù)必將在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件智能天線(xiàn)智能天線(xiàn) 1. 產(chǎn)生及發(fā)展產(chǎn)生及發(fā)展 智能天線(xiàn)技術(shù)在智能天線(xiàn)技術(shù)在20世紀(jì)世紀(jì)60年代就已經(jīng)出現(xiàn)年代就已經(jīng)出現(xiàn), 最初應(yīng)用于雷達(dá)、聲納及軍事最初應(yīng)用于雷達(dá)、聲納及軍事通信領(lǐng)域。由于價(jià)格等因素通信領(lǐng)域。由于價(jià)格等因素, 智能天線(xiàn)一直未能普及到其他通信領(lǐng)域。智能天線(xiàn)一直未能普及到其他通信領(lǐng)域。20世紀(jì)世紀(jì)90年代初年代初, 微計(jì)算器和數(shù)字信號(hào)處理微計(jì)算器和數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)開(kāi)始

27、飛速發(fā)展技術(shù)開(kāi)始飛速發(fā)展, DSP芯片的處理芯片的處理能力日益提高能力日益提高, 且價(jià)格也逐漸能夠?yàn)楝F(xiàn)代通信系統(tǒng)所接受。同時(shí)且價(jià)格也逐漸能夠?yàn)楝F(xiàn)代通信系統(tǒng)所接受。同時(shí), 利用數(shù)字技術(shù)利用數(shù)字技術(shù)在基帶形成天線(xiàn)波束成為可能在基帶形成天線(xiàn)波束成為可能, 以此代替模擬電路形成天線(xiàn)波束方法以此代替模擬電路形成天線(xiàn)波束方法, 提高了天提高了天線(xiàn)系統(tǒng)的可靠性與靈活程度線(xiàn)系統(tǒng)的可靠性與靈活程度, 這就為智能天線(xiàn)技術(shù)在移動(dòng)通信的應(yīng)用提供了可這就為智能天線(xiàn)技術(shù)在移動(dòng)通信的應(yīng)用提供了可能。另一方面能。另一方面, 移動(dòng)通信頻譜資源日益緊張移動(dòng)通信頻譜資源日益緊張, 多址干擾多址干擾(MAI)、同信道干擾、同信道干擾

28、(CCI)以及多徑衰落日益成為影響移動(dòng)通信系統(tǒng)性能的主要問(wèn)題。以及多徑衰落日益成為影響移動(dòng)通信系統(tǒng)性能的主要問(wèn)題。 而智能天線(xiàn)是解而智能天線(xiàn)是解決頻率資源匱乏的有效途徑?jīng)Q頻率資源匱乏的有效途徑, 也是消除各種干擾、提高系統(tǒng)容量和通信質(zhì)量的也是消除各種干擾、提高系統(tǒng)容量和通信質(zhì)量的重要手段。重要手段。 代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件 2. 基本分類(lèi)基本分類(lèi) 1) 多波束智能天線(xiàn)多波束智能天線(xiàn) 多波束智能天線(xiàn)主要采用的是波束轉(zhuǎn)換技術(shù)多波束智能天線(xiàn)主要采用的是波束轉(zhuǎn)換技術(shù)(Switched Beam Technology), 因此因此, 也稱(chēng)為波束轉(zhuǎn)換天線(xiàn)也稱(chēng)為波束轉(zhuǎn)換天線(xiàn)(Switched Beam

29、Antennas)。 它是在它是在把用戶(hù)區(qū)進(jìn)行分區(qū)把用戶(hù)區(qū)進(jìn)行分區(qū)(扇區(qū)扇區(qū))的基礎(chǔ)上的基礎(chǔ)上,使天線(xiàn)的每個(gè)波束固定指向不同的分區(qū)使天線(xiàn)的每個(gè)波束固定指向不同的分區(qū), 使用多個(gè)并行波束就能覆蓋整個(gè)用戶(hù)區(qū)使用多個(gè)并行波束就能覆蓋整個(gè)用戶(hù)區(qū), 從而形成了形狀基本不變的天線(xiàn)方從而形成了形狀基本不變的天線(xiàn)方向圖。當(dāng)用戶(hù)在小區(qū)中移動(dòng)時(shí)向圖。當(dāng)用戶(hù)在小區(qū)中移動(dòng)時(shí), 根據(jù)測(cè)量各個(gè)波束的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)跟蹤移動(dòng)用根據(jù)測(cè)量各個(gè)波束的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)跟蹤移動(dòng)用戶(hù)戶(hù), 并能在移動(dòng)用戶(hù)移動(dòng)時(shí)適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換波束并能在移動(dòng)用戶(hù)移動(dòng)時(shí)適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換波束, 使接收信號(hào)最強(qiáng)使接收信號(hào)最強(qiáng), 同時(shí)較好地抑同時(shí)較好地抑制了干擾制了干擾, 提高了服務(wù)質(zhì)

30、量。提高了服務(wù)質(zhì)量。 可以說(shuō)可以說(shuō), 多波束天線(xiàn)是介于扇形定向天線(xiàn)與自多波束天線(xiàn)是介于扇形定向天線(xiàn)與自適應(yīng)智能天線(xiàn)之間的一種技術(shù)。適應(yīng)智能天線(xiàn)之間的一種技術(shù)。 代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件 多波束智能天線(xiàn)示意圖 基站波束1覆蓋的分區(qū)1波束2覆蓋的分區(qū)2波束3覆蓋的分區(qū)3代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件 與自適應(yīng)智能天線(xiàn)相比與自適應(yīng)智能天線(xiàn)相比, 多波束智能天線(xiàn)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、多波束智能天線(xiàn)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 響應(yīng)速度快等響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。更主要的是優(yōu)點(diǎn)。更主要的是, 上行鏈路的同一波束也可用于下行鏈路上行鏈路的同一波束也可用于下行鏈路, 從而在下行鏈路從而在下行鏈路上也能提供增益。上也能提供增益。 但是由于

31、它的波束不是任意指向的但是由于它的波束不是任意指向的, 而只能對(duì)當(dāng)前傳輸環(huán)而只能對(duì)當(dāng)前傳輸環(huán)境進(jìn)行部分匹配，境進(jìn)行部分匹配， 因此當(dāng)用戶(hù)不在固定波束的中心處因此當(dāng)用戶(hù)不在固定波束的中心處, 而處于波束邊緣時(shí)而處于波束邊緣時(shí), 且干擾信號(hào)處于波束中心時(shí)且干擾信號(hào)處于波束中心時(shí), 接收效果最差接收效果最差, 所以多波束天線(xiàn)不能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的所以多波束天線(xiàn)不能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的最佳接收。最佳接收。 這種多波束智能天線(xiàn)主要在模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)中應(yīng)用。這種多波束智能天線(xiàn)主要在模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)中應(yīng)用。 多波束天線(xiàn)中值得研究的有以下內(nèi)容多波束天線(xiàn)中值得研究的有以下內(nèi)容: 如何劃分空域如何劃分空域, 即確定波束的問(wèn)即確定波

32、束的問(wèn)題題, 包括數(shù)目和形狀包括數(shù)目和形狀; 挑選波束的準(zhǔn)則挑選波束的準(zhǔn)則; 波束跟蹤的實(shí)現(xiàn)波束跟蹤的實(shí)現(xiàn)(主要指的是實(shí)現(xiàn)快速主要指的是實(shí)現(xiàn)快速搜索算法等搜索算法等); 波束切換與自適應(yīng)波束成型的理論關(guān)系等。波束切換與自適應(yīng)波束成型的理論關(guān)系等。 代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件 2) 自適應(yīng)智能天線(xiàn)自適應(yīng)智能天線(xiàn) 自適應(yīng)智能天線(xiàn)原名叫自適應(yīng)天線(xiàn)陣列自適應(yīng)智能天線(xiàn)原名叫自適應(yīng)天線(xiàn)陣列(AAA， Adaptive Antenna Array), 是一種安裝在基站現(xiàn)場(chǎng)的雙向是一種安裝在基站現(xiàn)場(chǎng)的雙向(既可接收又可發(fā)送既可接收又可發(fā)送)天線(xiàn)。天線(xiàn)。 它基于自它基于自適應(yīng)天線(xiàn)原理適應(yīng)天線(xiàn)原理, 采用現(xiàn)代自適

33、應(yīng)空間數(shù)字處理技術(shù)采用現(xiàn)代自適應(yīng)空間數(shù)字處理技術(shù)(Adaptive Spatial Digital Processing Technology), 通過(guò)選擇合適的自適應(yīng)算法通過(guò)選擇合適的自適應(yīng)算法, 利用天線(xiàn)陣的波束賦形利用天線(xiàn)陣的波束賦形技術(shù)動(dòng)態(tài)地形成多個(gè)獨(dú)立的高增益窄波束技術(shù)動(dòng)態(tài)地形成多個(gè)獨(dú)立的高增益窄波束, 使天線(xiàn)主波束對(duì)準(zhǔn)用戶(hù)信號(hào)到達(dá)使天線(xiàn)主波束對(duì)準(zhǔn)用戶(hù)信號(hào)到達(dá)方向方向, 同時(shí)旁瓣或零陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)到達(dá)方向同時(shí)旁瓣或零陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)到達(dá)方向, 以增強(qiáng)有用信號(hào)、減少甚至抵以增強(qiáng)有用信號(hào)、減少甚至抵消干擾信號(hào)消干擾信號(hào), 提高接收信號(hào)的載干比提高接收信號(hào)的載干比, 同時(shí)增加系統(tǒng)的容量和頻譜

34、效率。從空同時(shí)增加系統(tǒng)的容量和頻譜效率。從空分多址分多址(SDMA)技術(shù)角度來(lái)說(shuō)技術(shù)角度來(lái)說(shuō), 它是利用信號(hào)在傳輸方向上的差別它是利用信號(hào)在傳輸方向上的差別, 將同頻率將同頻率或同時(shí)隙、同碼道的信號(hào)區(qū)分開(kāi)來(lái)或同時(shí)隙、同碼道的信號(hào)區(qū)分開(kāi)來(lái), 從而最大限度地利用有限的信道資源從而最大限度地利用有限的信道資源,增增加系統(tǒng)的容量和提高頻譜效率。加系統(tǒng)的容量和提高頻譜效率。 代移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課件 從雙向天線(xiàn)的角度來(lái)講從雙向天線(xiàn)的角度來(lái)講, 智能天線(xiàn)包括兩個(gè)重要組成部分智能天線(xiàn)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)估計(jì), 并進(jìn)行空間濾波并進(jìn)行空間濾波, 抑制其他移動(dòng)臺(tái)的干擾。二是對(duì)基站發(fā)送信抑制其他移動(dòng)臺(tái)的干擾。二是對(duì)基站發(fā)送信號(hào)進(jìn)行波束形成號(hào)進(jìn)行波束形成, 使基站發(fā)送信號(hào)能夠沿著移動(dòng)臺(tái)電波的到達(dá)使基站發(fā)送信號(hào)能夠沿著移動(dòng)臺(tái)電波的到達(dá)方向發(fā)送回移動(dòng)臺(tái)方向發(fā)送回移動(dòng)臺(tái), 從