wcdma移動通信系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的探究(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 關(guān)的信息； 3） 建立、維持及釋放 UE和 UTRAN 之間的一個(gè) RRC； 4） 建立、重新配置及釋放無線承載； 在 WCDMA 的協(xié)議結(jié)構(gòu)中， UTRAN 地面接口的通用協(xié) 議結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則是各層及各平面邏輯上相互獨(dú)立。這樣根據(jù)將來的需要，協(xié)議結(jié)構(gòu)的一部分可以做修改，而其他部分可以不用做改動。它的水平層面分為無線網(wǎng)絡(luò)層和傳輸網(wǎng)絡(luò)層。所有 10 UTRAN 相關(guān)內(nèi)容僅在無線網(wǎng)絡(luò)層可見，傳輸網(wǎng)絡(luò)層使用標(biāo)準(zhǔn)傳輸技術(shù)。它的垂直層面分為控制平面，用戶平面，傳輸網(wǎng)絡(luò)控制平面和用戶平面。 WCDMA 體系結(jié)構(gòu) WCDMA 是 IMT2020 家族的一員，它的體系結(jié)構(gòu)是由 CN， UTRAN 和 UE 組成。UTRAN 包含一個(gè)或幾個(gè) RNS。一個(gè) RNS 由一個(gè) RNC 和一個(gè)或多個(gè) Node B 組成。 RNC與 CN 之間的接口是 Iu 接口， Node B 和 RNC 通過 Iub 接口鏈接。在 UTRAN 內(nèi)部，RNC 之間通過 Iur 互聯(lián)， Iur 可以通過 RNC 之間的直接物理連接或通過傳輸網(wǎng)連接。 RNC 用來分配和控制與之間相連或相關(guān)的 Node B 的無線資源。 Node B 則完成 Iub 接口與 Uu接口之間的數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)換，同時(shí)也參與一部分無線資源管理。 Iu Iu Iur Iub Iub Iub Iub NodeB NodeB NodeB NodeB Uu UE 圖 WCDMA 體系結(jié)構(gòu) C N RNC RNC 11 第 3 章 WCDMA 關(guān)鍵技術(shù)簡介 隨著第三代移動通信技術(shù)的發(fā)展， WCDMA 的關(guān)鍵技術(shù)也越來越受到重視。智能天線采用天線陣列，根據(jù)信號的空間特性，能夠自適應(yīng)調(diào)整加權(quán)值，以調(diào)整其方向圓圖，形成多個(gè)自適應(yīng)波束，達(dá)到抑制干擾、提取信號目的的天線。空時(shí)編碼的主要目的是提高系統(tǒng)頻譜效率。 多用戶檢測技術(shù)（ MUD）是通過取消小區(qū)間干擾來改進(jìn)性能，增加系統(tǒng)容量。聯(lián)合檢測 在數(shù)字域上用一定的信號分離方法把各個(gè)用戶的信號分離開來。 智能天線 智 能天線是一種安裝在基站現(xiàn)場 的雙向天線，通過一組帶有可編程電子相位關(guān)系的固定天線單元獲取方向性，并可以同時(shí)獲取基站和移動臺之間各個(gè)鏈路的方向特性。智能天線的原理是將無線電的信號導(dǎo)向具體的方向，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對準(zhǔn)用戶信號到達(dá)方向 DOA(Direction of Arrinal)，旁瓣或零陷對準(zhǔn)干擾信號到達(dá)方向，達(dá)到充分高效利用移動用戶信號并刪除或抑制干擾信號的目的。未來無線系統(tǒng)需要可以適用于各種通信環(huán)境的信號處理技術(shù)，因此未來智能天線設(shè)計(jì)的初始階段必須認(rèn)真地考慮在性能和復(fù)雜度之間折衷地優(yōu)化。首先，在物理層的可重配置性方面 ，為了使無線通信收發(fā)機(jī)可以工作在多參數(shù)連續(xù)改變的環(huán)境中，需要在收發(fā)機(jī)中采用可重新配置的自適應(yīng)技術(shù)來調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，從而獲得最好的性能。其次，在不同層之間的優(yōu)化中，通過 OSI 模型定義的高層之間的相互作用可以提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。可以通過結(jié)合物理層 ,鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層的參數(shù)來設(shè)計(jì)智能天線，使其具有一定的兼容性。智能天線技術(shù)在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用逐漸廣泛，已經(jīng)成為移動通信系統(tǒng)中最具有吸引力的技術(shù)之一，將在未來的通信發(fā)展中發(fā)揮更巨大的作用。歐洲通信委員會（ CEC)在 RACE（ Research into Advanced Communication in Europe)計(jì)劃中實(shí)施了第一階段智能天線技術(shù)研究， 1995年初開始現(xiàn)場試驗(yàn)。天線由八個(gè)陣元組成，射頻工作頻率為 ,陣元間距可調(diào)，陣元分布分別有直線型，圓環(huán)型和平面型三種形式。 在日本， ATR光電通信研究所研制了基于波束空間處理方式的多波束智能天線。在中國， 12 ArrayComm 公司和中國郵電電信科學(xué)研究院信威公司研制出應(yīng)用于無線本地環(huán)路（ WLL)智能天線系統(tǒng)。 中國的 TDSCDMA 是 3G 中比較明確使用智能天線的方案。 智能天線的形式 智能天線可 以分成兩種類型：交換波束天線和適應(yīng)陣列。適應(yīng)陣列使用一個(gè)陣列天線和成熟的數(shù)字信號處理來從一個(gè)位置到下一個(gè)位置轉(zhuǎn)換天線束。 Z 平面?zhèn)鞑シ较? Y x 圖 入射到任意天線元陣列的波達(dá)方向 交換波束使用許多窄波束天線，每個(gè)指向一個(gè)微有不同的方向，以此覆蓋整個(gè) 120 度扇區(qū)。當(dāng)扇區(qū)內(nèi)的移動用戶移動時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的智能天線從一個(gè)天線變 13 換到另一個(gè)天線。 移動臺 1 移動臺 2 基站 圖 交換波束示意圖 圖 為一個(gè)簡單的多徑傳播的示意圖，由圖可以看到，不同的多徑信號分量有著不同的傳播路徑。 智能天線的工作原理 智能天線包括射頻天線陣列部分和信號處理部分，其中信號處理部分根據(jù)得 到的關(guān)于通信情況的信息，實(shí)時(shí)地控制天線陣列的接收和發(fā)送特性。這些信息可 能是接收到的無線信號的情況；在使用閉環(huán)反饋的形式時(shí)， 也可能是通信對端關(guān) 于發(fā)送信號接收情況的反饋信息。把具有相同極化特性、各向同性及增益相同的 天線陣元，按一定的方式排列，構(gòu)成天線陣列。構(gòu)成陣列的陣元可按任意方式排 列，通常是按直線等距、圓周等距或平面等距排列，其間距通常取工作波長的一 半，并且取向相同。智能天線系統(tǒng)由天線陣列部分、陣列形狀、模數(shù)轉(zhuǎn)換等幾 14 部分組成 , 如圖 。實(shí)際智能天線結(jié)構(gòu)比圖復(fù)雜 , 因?yàn)閳D中表示的是單個(gè)用戶情況 , 假如在一個(gè)小區(qū)中有 K 個(gè)用戶 , 則圖 分可以共用 , 其余自適應(yīng)數(shù)字信號處理器與相應(yīng)的波束形成 網(wǎng)絡(luò)需要每個(gè)用戶一套 , 共 K 套。以形成 K個(gè)自適應(yīng)波束跟蹤 K 個(gè)用戶。被跟蹤的用戶為期望用戶 , 剩下的 K 1 個(gè)用戶均為干擾用戶。智能天線可以按通信的需要在有用信號的方向提高增益 , 在干擾源的方向降低增益 .因此 , 智能天線系統(tǒng)的應(yīng)用可以帶來如下好處：提高系統(tǒng)容量、減小衰減、抗干擾能力較強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)移動臺定位、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)管理能力等。 由于天線有發(fā)射和接收兩種工作狀態(tài)，所以智能天線包括智能發(fā)射和智能接收兩部分，它們的工作原理基本相同。智能接受時(shí)，自適應(yīng)天線陣能在干擾方向未知的情況下對陣列中各個(gè)陣元的信號輸入進(jìn)行自適應(yīng)的加 權(quán)調(diào)整，使陣列天線方向圖的零點(diǎn)對準(zhǔn)干擾方向調(diào)零，以減小甚至抵消干擾信號，從而達(dá)到從混合的接收信號中解調(diào)出期望得到的信號的目的。即使在干擾和信號同頻率的情況下，也能成功地抑制干擾。如天線的陣元數(shù)增加，還可增加零點(diǎn)數(shù)來抑制不同方向上的幾個(gè)干擾源，實(shí)際效果可達(dá) 25dB～ 30dB 以上。智能天線以多個(gè)高增益的動態(tài)窄波束分別跟蹤多個(gè)移動目標(biāo)，同時(shí)抑制來自窄波束以外的干擾和噪聲，使系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)。智能發(fā)射時(shí)，根據(jù)從接收信號中獲取的 UE 信號方位圖，自適應(yīng)地調(diào)整每個(gè)輻射陣元輸出的幅度和相位，使得他們的輸出在空間疊加，產(chǎn)生指 向 UE 的賦形波束。 智能天線主要包括四部分：天線陣列，模數(shù)轉(zhuǎn)換，自適應(yīng)處理器，波束成型 網(wǎng)絡(luò)。 1） 天線陣列部分 天線的陣元數(shù)量與天線陣元的配置方式對智能天線的性能有著重要的影響。 2）模數(shù)轉(zhuǎn)換 下行是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，上行時(shí)將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。 3）自適應(yīng)處理部分 自適應(yīng)處理器是根據(jù)自適應(yīng)空間濾波器 /波束成型算法和估計(jì)的來波方向等產(chǎn)生權(quán)值。 4）波束成型網(wǎng)絡(luò) 波束成型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行動態(tài)自適應(yīng)加權(quán)處理以產(chǎn)生期望的自適應(yīng)波束。 15 波束形成網(wǎng)絡(luò) 模數(shù)轉(zhuǎn)換 本地參信號 天線陣 圖 智能天線體系模型 智能天 線的信號模型 在多用戶情況下， K：系統(tǒng)中的用戶數(shù)； M：天線陣元個(gè)數(shù)；則在頻率選擇性衰落情況下，接收到的第 K 個(gè)用戶的信號矢量為：（其中 kL 表示第 K 個(gè)用戶的多徑數(shù)， lk,? 表示第 K個(gè)用戶第 l徑的復(fù)信道增益） )()()( ,1, lkklkLllkk tsatxk ??? ?? ???? (） 則在平坦衰落情況下，接收到的第 K個(gè)用戶的信號矢量為： A/D 或 D/A 轉(zhuǎn) 換 W1 W2 _ Wn ? 自適應(yīng)算法 數(shù)字信號處理 16 )()()(,1 , , tsaetx klkLljwlkkklk ?? ? ?? ?