引言
近10 年来, 移动通信技术得到突飞猛进的发展, 经历了第1代模拟移动通信、第2代数字移动通信技术和即将投入商用的第3代移动通信技术。第3代移动通信的主流制式分为3大类———WCDMA，CDMA2000和中国的TD-SCDMA, 焦点集中在WCDMA 和CDMA2000 。而基于第2代移动通信的考虑和目前全球范围内3G的应用情况, 可以说WCDMA 已经成为最为主流、应用最广泛的第3代无线传输技术。
但是随着多媒体业务、数据传输的发展, 人们对通信的质量和通信的业务不断增加。由于目前第3代移动通信仍然不能支持超过20 Mbit/ s 的高速数据业务以及很大范围(8 kbit/ s～20 Mbit/ s) 的业务, 并且第3代移动通信并没有实现真正意义上的全球漫游, 因此, 近年来1些研究学者又提出了未来移动通信系统的新构想———Beyond 3G的概念。Beyond 3G移动通信系统必须能够支持全IP 高速分组数据传输(数据速率为数10甚至数百Mbit/ s) 、支持高的终端移动性(移动速度高达每小时几百公里) 、支持高的传输质量(数据业务的误码率低于10 - 6) 、提供高的频谱利用率和功率效率(发射功率降低10dB 以上) ,并能够有效地支持在用户数据速率、用户容量、服务质量和移动速度等方面大动态范围的变化。
目前, WCDMA 的标准也在不断朝着Beyond3G演进, 其发展方向主要有: 支持更多的多媒体业务, 提高下行的数据传输速率, 实行全IP 网络,实现不同标准不同无线接入技术之间的切换以及漫游等。在这些发展方向中, 如何提高下行数据传输速率非常重要, 而解决这个问题的关键在于1些新的基带传输技术, 例如1些智能信号处理技术。另外, 由于目前第3代移动通信技术还没有大规模商用, 技术能力又有很大的扩展空间, 因此, 本文从这个方面出发, 结合目前比较新的基带传输中采用的技术, 对它们在WCDMA 向后3代演进中的应用进行探讨。
WCDMA 概述
WCDMA 标准化主要是由区域性的标准化组织3GPP 负责, 该组织是由欧洲ETSI 发起, 并由ETSI ( 欧洲) 、CWTS ( 中国) 、ARIB ( 日本) 、TTC (日本) 、TTA (韩国) 和T1 (美国) 等成员组成的第3代合作组织, 其目标是制定与GSM/GPRS 相兼容的第3代移动通信标准WCDMA , 在欧洲又称为UMTS。目前, 3GPP 制订的WCDMA系统标准包括多个版本: R99 、R4 和R5 。R99 是目前最成熟、最稳定的版本, 其主要特点是采用基于GSM/ GPRS 的核心网络, 引入新的WCDMA 和CDMATDD 的无线接入网络RAN。R4 的主要特征是完成了由我国提交的TD-SCDMA 技术在3GPP的标准化, R4 核心网部分主要特点是在电路域将承载与控制分开, 这也是迈向全IP 的第1步。R5则是全IP 的第1个版本, 其核心网部分在结构上将发生较大的变化, 引入IP 多媒体域。R5 的另1个主要增强是无线接口引入支持下行速率为10Mbit/ s 的HSDPA 技术。
从上述标准的演变过程可以看出, WCDMA 的演变包括网络层解决方案的演变和物理层基带传输方面的演进。网络层方面的演进包括发展无线接入网络资源管理技术, 以及核心网IP 化技术等。由于物理传输层的演进是基础,因此本文着重讨论增强WCDMA 物理传输以及WCDMA 向后3代演进时可能采用的1些新技术。
WCDMA 向后3代演进物理层的关键技术
WCDMA 向后3代演进中的关键技术包括抗衰落、抗突发差错的信道编码技术; 克服用户间干扰的多用户检测技术; 克服多径干扰的均衡技术以及采用分块传输的技术; 还有提高数据传输速率和抗衰落的MIMO (Multi-Input Multi-Output) 多天线技术、AMC 技术; 最后还有结合网络层和物理层的H-ARQ 技术。这些技术还可以有机结合来共同提高系统性能。下面我们分别对这些技术进行讨论, 并考虑他们在WCDMA 中实现的可能性。
信道编码技术
移动通信中, 解决深衰落引起的突发差错的常用方法就是交织加纠错编码技术。交织可以把突发差错随机化, 然后就可以通过纠错编码来纠正随机差错。常用的纠错编码有RS 码和卷积码以及它们的级联形式。1993 年, C1Berrou 提出了Turbo 码。Turbo 码是并行或串行级联循环卷积码。它由两个递归系统卷积码(RSC 码) 通过1个交织器的并行(或串行) 级联构成, 其编码是迭代式进行的。在AWGN 和瑞利衰落信道中的实验表明, 它可以很接近香农限, 相比RS 码和卷积码的级联码, Turbo 码有2 dB 以上的增益。因此, Turbo 码受到各个移动通信标准的青睐, 并成为后3G 的关键技术。但是, Turbo 码也有它的缺点, 即译码比较复杂。
Turbo 码的提出大大刺激了纠错编码技术的发展。1997 年Mackay 重新发现了Gallage 在1967 年提出的LDPC (低密度奇偶校验) 码。研究表明,LDPC 码也具有优异的性能, 与Turbo 码相比, 它的译码可以并行实现, 因此具有很强的实用价值。目前对LDPC 在移动通信中的应用也开始热起来,考虑到Turbo 码译码复杂, 而LDPC 码译码简单编码稍微复杂, 在上行采用Turbo 码, 下行采用LDPC 码很有吸引力。但是关于LDPC 码, 还有以下几方面需要进1步研究: LDPC 码在移动衰落信道下的性能; 寻找编码简单、译码可以并行实现
