CDMA关键技术

CDMA关键技术是3G的基础。本文从多址技术、RAKE接收机、多用户检测、功率控制、软容量、软切换、地址码的选择、分集技术共八个方面对CDMA中所采取的关键技术进行论述，目的使大家对CDMA的关键技术有一个全面的了解。

CDMA关键技术简介

一、RAKE接收机

RAKE接收机是用来完成时间分集的，在CDMA系统的基站和移动台中都有。

接收机能够分辨和合并时延差大于码片速率的信号，得到信噪比最大的合并接收信道。

RAKE接收机由多个相关器组成，每个相关器接收一径。

RAKE接收机完成多径合并。

多径分集接收改善了系统的性能。

二、功率控制

为了克服宽带ＣＤＭＡ系统的远近效应，需要动态范围达８０ｄｂ的功率控制。

多址干扰是由远近效应产生的，快速功率控制可以减少多址干扰，保证网络容量，延长手机电池使用时间。

功率控制决定了DS-CDMA系统的容量。

功率控制的目标：所有的信号到达基站的功率相同（上行）。

1功率控制可以补偿衰落。

有三种功率控制原理：开环、闭环和外环。

v开环：开环功率控制主要用于克服距离衰减，从信道中测量干扰条件，并调制发射功率，以达到期望的误帧率（误块率）。

v闭环：闭环功率控制主要用于克服多普勒频率产生的衰减，以此保证基站接收到的所有移动台信号具有相同的功率，测量信噪比，并向移动台发送指令调整它的发射功率。

v外环：测量误帧率（误块率），调整目标信噪比。

三、软切换

FDMA、 TDMA（GSM）系统中广泛采用硬切换技术，当硬切换发生时，因为原基站与新基站的载波频率不同，移动台必须在接收新基站的信号之前，中断与原基站的通信。往往由于在与原基站链路切断后，移动台不能立即得到与新基站之间的链路，会中断通信。另外，当硬切换区域面积狭窄时，会出现新基站与原基站之间来回切换的“乒乓效应”，影响业务信道的传输，为了解决这个问题在CDMA 系统中提出了软切换和更软切换的概念。

软切换：发生在具有同一频率的不同基站之间，利用分集技术，在切换过程中，移动台可同时与原基站和新的基站发生联系，不立即切断与原基站之间的通信。切换由移动台提出，在MSC的配合下完成即移动台辅助切换。软切换可以扩大基站的覆盖范围（约为硬切换的2--2.5倍），减少基站数目；同时，与功率控制相配合，软切换还能够显著增加系统反向的容量（约为硬切换的2倍）。

软切换仅仅能运用于具有相同频率的 CDMA信道之间。

CDMA系统小区的频率一致，软切换时移动台同时与多个基站相连接。

在上行链路，两个或多个基站可以接收同样的信号，在下行链路移动台可以相干地合并来自不同基站的信号、宏分集。

由于新基站发射额外的信号给移动台，而由于RAKE的FINGER数目有限，移动台不能合并所有的能量，在下行链路，软切换增加了对系统的干扰。

软切换的增益决定了宏分集增益和由于增加的干扰引起的性能损失。

四、软切换与更软切换

更软切换：发生在同一基站具有相同频率的不同扇区（Sector）之间，由移动台提出，由基站来完成，不需要MSC的参与，但要通知MSC。

上行软切换在BS中进行多径合并。

上行更软切换在BTS中进行多径合并。

五、信道编码

采用信道编码技术进一步改善通信质量。目前主要采用前向信道纠错编码和交织技术以进一步克服衰落效应。

无纠错编解码 BER〈10-1 或 BER〈10-2

语音业务：采用卷积编码 BER 〈10-3

数据业务：采用TURBO编码 BER 〈10-6

编解码极大地降低了工作点的信噪比，是天线传输中的常用手段。

TUBRO码能够使传输信号的信噪比接近Shannon极限。

TURBO码在大数据包的情况下使用。

六、多用户检测

多用户检测就是把所有用户的信号都当作有用信号而不是干扰信号来处理，这样可以充分利用各用户信号的幅度、定时、延迟等信息，从而大幅度地降低多径多址干扰。

多用户检测技术主要分为线性多用户检测和干扰消除多用户检测两类，前者包括解相关检测、最小均方误差检测、子空间斜投影检测和相关矩阵多项式扩展检测，后者包括串行、并行干扰消除和判决反馈多用户检测，同时对各种多用户检测技术的特点进行了分析比较。

当前的CDMA接收机基于RAKE原理，将其他用户的干扰视为噪声。

基于RAKE的CDMA系统的容量受干扰的限制。

最优接收机是联合检测所有的信号，并将其他用户的干扰从期望的信号中减去（信号的相干特性是已知的，干扰是确定的）

多用户检测（MUD）称为联合检测和干扰对消，降低了多址干扰，从而提高系统的容量。

多用户检测可以消除远近效应问题。

最优的多用户检测相当复杂，实际中次优的多用户和干扰对消接收机。

次优的接收机分为二类：

（1）、线性检测器：采用线性变换去除多址干扰，分为解相关器、线性最小场方误差检测器（CMMSE）

（2）、干扰对消器：估计多址干扰，然后从接收的信号中减去，分为并行干扰对消和串行干扰对消。

七、智能天线

智能天线(Smart Antenna)采用空分复用的(SDMA)概念，利用天线阵列在信号入射方向上的差别，将不同方向的信号区分开来，从而成倍地扩展通信容量；克服共信道、多径衰落等日益严重的干扰问题。

动态调整的智能天线阵列的波束跟踪高速率用户，起到空间隔离，消除干扰的作用。动态调整的智能天线阵列的性能优于固定的多波束天线。

智能天线的优点：

v增加系统容量。

v可提高通信系统的信道复用率、增加覆盖范围，改善建筑物中和高速运动时的信号接收质量。

v提高信号接收质量，降低掉话率，提高话音质量。

v可将波束指向所需信号方向，从而节省信号发射功率，减少电波对人体的影响。延长移动台电池寿命。

v提高系统设计时的灵活性。