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【關鍵詞】cdma系統;多用戶檢測;圓陣天線
1.引言
碼分多址（code division multiple acce-ss，CDMA）系統作為一個自干擾系統，它存在的多址干擾（Multiple Access Inter-ference，MAI）是限制CDMA系統容量和性能的主要因素。在抗MAI方面，近年的研究主要提出了多用戶檢測、擴頻碼設計和智能天線技術[1]。其中多用戶檢測和智能天線技術在對抗MAI方面效果較突出[2]。然而現有的多用戶檢測只在消除小區(qū)內干擾方面取得了較好的效果，而小區(qū)間的干擾問題沒有解決，智能天線技術很好的解決了這一問題。因此，本文主要探討基于智能天線與多用戶檢測技術的聯合抗干擾技術。
2.聯合抗干擾模型
智能天線分為圓陣和線陣兩大類。圓陣與線陣相比，能提供俯仰角的估計，不僅能在水平面內全向掃描，也能產生最大值指向陣面法線方向的單波束方向圖進行全向波束賦形，直接對準用戶的接收端，還能通過自動調整各個陣元的加權因子，來控制其方向圖。故論文以圓陣天線作為接收端的接收天線，以消除小區(qū)間干擾。
圓陣天線的陣因子為：
（1）
其中，An為激勵電流的幅值，在此為一定值，所以討論陣因子時它不作考慮。
是第n個單元的角位置，an為激勵電流的相位，為了方便下面的討論，這里我們假設an=0。
則由式（1）得：
（2）
（3）
式中：
，
天線的陣因子為：，，wi為各天線單元加權值。
陣列天線實質上是一個空域濾波器，但對小區(qū)內存在的干擾并無明顯改善。因此，論文同時引入能有效消除小區(qū)內干擾的多用戶檢測技術。
為了與圓陣天線合理匹配，減小系統復雜度并減小背景噪聲，我們選擇了多用戶檢測中的線性變換方式的最小均方誤差檢測（MMSE）。
其基本思想是使第k個用戶發(fā)送的信號與估計值的均誤方差值最小。為了使接收端信號的判決比特與發(fā)送端傳輸比特bk之間的均方誤差最小，現定義第k個用戶的線性變換函數wk，滿足：
（4）
令，K*K階的矩陣表示K個用戶之間的線性變換矩陣，則MMSE準則下的線性檢測問題轉換為：
（5）
要求矩陣W以滿足上式，則令：
可以解得最小均誤方差準則下的線性變換矩陣：
（6）
因此，MMSE線性檢測器后的判決輸出為：
（7）
3.仿真
利用Matlab進行仿真。聯合抗干擾模型分為圓環(huán)陣列天線與MMSE檢測兩個部分。首先，在不考慮系統中所有用戶的地理位置分布情況下，選擇采用圓陣天線作為接收天線和不采用兩種設置，設載波波長為，陣元間距d為載波波長的二分之一，即。圓環(huán)陣列天線的陣元數設為8，方位角為（-90o，90o），仰角為（0o，90o）。兩種設置在天線接收信號后都采用MMSE最小均方誤差法對輸出信號進行判決。結果如圖1所示。
由圖1可知，只有MMSE檢測的CDMA系統，信噪比從0dB達到8dB的這一過程中，誤碼率性能有所改善，但不明顯。而引合抗干擾的CDMA系統，誤碼率性能已經大大下降，達到一個數量級以上。
圖1 聯合抗干擾引入前后CDMA系統誤碼率
和信噪比關系圖
4.結論
論文論述了基于圓陣天線與MMSE檢測的聯合抗干擾技術。提出了使用八陣元圓環(huán)陣列天線作為接收天線，以MMSE檢測作為檢測算法的聯合抗干擾模型。實驗結果表明，引合抗干擾后，系統的誤碼率性能明顯改善，系統容量從而得到了提升。
參考文獻
[1]Guerci J.R.，Driscoll T.，Hannigan R.，etc..Next Generation Affordable Smart Antennas[J].Microwave Journal，2014，57（1）：24-40.
[2]Botsinis Panagiotis，Ng Soon Xin，Hanzo Lajos.Fixed-Complexity Quantum-Assisted Multi-User Detection for CDMA and SDMA[J].Communications，IEEE Transactions on，2014，62（3）：990-1000.
由于高校實際情況限制，所開設的移動通信實驗課很難全面涵蓋這些內容，尤其是涉及到移動通信網絡的內容時，更顯得力不從心。這樣在有限學時內就導致實驗內容只能側重于基本調制技術、信道特性等基礎簡單實驗，即便是開設GSM/CDMA的相關實驗，也只是停留在相應模塊的功能應用上，很難有深層次的提高[11-13]。這就使得學生反映移動通信理論課程很精彩，實驗課程很乏味。為了改變這一現狀，必須探索新的實驗教學思路，創(chuàng)立新的實驗教學體系。
新的移動通信實驗教學體系，將先修課學習、工業(yè)實習、理論課學習、實驗課開展、畢業(yè)論文等多個教學環(huán)節(jié)進行整合，形成從基礎理論仿真到專業(yè)實驗操作、工程技術實訓、創(chuàng)新實驗等一個開放的實驗教學體系通過通信類先修課程的學習，使學生準備好相關的基礎知識，同時也對移動通信在課程體系中的地位有明確的定位[14，15]。相應編程語言類課程的學習更為實驗仿真提供了良好的基礎。
移動通信理論課程的講授為實驗課程的開設提供了直接的理論平臺。工業(yè)實習安排在移動通信實驗課開設前一學期開展，實習內容是到各通信運營商公司和設備廠家進行跟崗實習，涉及到的內容有：移動通信系統基站的建設與維護；交換與傳輸系統管理和維護；光纖傳輸設施維護；移動終端制造與維修；3G應用等多個方面。通過工業(yè)實習使學生對當前移動通信所涉及到具體問題有了充分的感性認識，這對之后實驗教學的開展，特別是移動網絡方面實訓的進行有很好的促進作用。移動通信實驗教學的開展涵蓋以下幾個方面：基礎理論仿真、專業(yè)實驗操作、工程技術實訓、創(chuàng)新實驗、畢業(yè)設計?；A理論仿真是利用MATLAB軟件實現：QPSK調制及解調；MSK、GMSK調制及相干解調；QAM調制及解調；OFDM調制解調；m序列產生及特性分析；Gold序列產生及特性分析；數字鎖相環(huán)載波恢復；Rake接收機仿真實驗。例如，OFDM調制解調實驗，按照圖2OFDM仿真結構圖，利用MATLAB程序實現圖2中不同測試點處的信號波形。專業(yè)實驗操作則是在南京潤眾RZ6001實驗平臺基礎之上，利用TMS320和GSM模塊實現：直接序列擴頻編解碼；跳頻通信；DS/CDMA碼分多址；利用AT命令實現GSM/GPRS移動臺短信收發(fā)、語音呼叫；CDMA數據傳輸實驗。例如，直接序列擴頻實驗，利用DSP編程實現圖3結構功能，并用示波器測量比較各測試點的信號波形。
工程技術實訓階段則是利用3G天線獲取實際信號，利用頻譜分析儀等儀器實現CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA信號的分析。同時實現基站放大器、塔頂放大器性能指標的測試。例如，圖4中給出利用頻譜分析儀所測得實際CDMA2000和WCDMA信號的頻譜特性。創(chuàng)新實驗階段主要是針對有興趣參加各類設計競賽的學生開展，將全國及各省、校級電子設計大賽題目進行改造，從中選取與移動或無線通信有關，且具有創(chuàng)新性、前瞻性、實用性的方案，經過適當修改作為創(chuàng)新實驗階段的實驗案例。學生可以通過這樣的實驗案例了解各級大賽的要求及特點，教師則也可以在實驗教學過程中，選拔優(yōu)秀學生參加各級大賽，進而提高學生的能力和水平。畢業(yè)設計階段主要是利用實驗室實驗條件，從學院承擔的科研項目中，將某些項目進行簡化、修改、重組，轉化成通信專業(yè)類論文題目，或從本專業(yè)最新的科技論文中選擇其中合適的內容進行改進，作為通信專業(yè)類綜合性畢業(yè)設計案例，從而將先進的科研成果打造為優(yōu)質教學資源，實現基礎與前沿、經典與現代的結合。為通信類專業(yè)學生提供了廣闊的選擇空間和開放的培養(yǎng)環(huán)境。
關鍵詞：多用戶檢測，串行干擾刪除
多址干擾（MAI）是限制CDMA系統容量的一個關鍵因素。為了減小MAI的影響，多用戶檢測（Multi-User Detection，MUD）技術應運而生。其中一種重要的算法就是干擾刪除多用戶檢測算法，該算法是根據各個用戶已判決的信號再生多址干擾，并在總接收信號中將各類多址干擾相消。串行干擾刪除（Successive Interference Cancellation, SIC）利用已判決的用戶信號再生干擾然后相消以有利于其他未判決用戶的檢測。
（一） 串行干擾刪除多用戶檢測原理
步驟：
1、 按照用戶信號功率從大到小進行排列，分別編號為用戶1、用戶2、用戶3……；
2、 用常規(guī)的解調方法（如：匹配濾波）將用戶1解調出來；
3、 從總的接收信號總減去用戶1重構的最強用戶干擾，將用戶2解調出來；
4、 用戶3的信號減掉用戶1、用戶2的干擾，
……
按此順序下去恢復所有的用戶
【文獻1】其原理結構圖如下
圖1：SICMUD基本原理圖
通過上述過程可以看出，
1）串行干擾消除按信號功率從大到小依次相消，其性能很大程度上取決于用戶接收信號的功率分布，用戶接收信號的功率分布差別越大，性能提高就越明顯。首先，信號最強的用戶解調得到的可靠性最高；其次，從總信號中將最強用戶信號先檢測出來，對其他用戶的收益最大，這是由CDMA系統的特性決定的。CDMA是自干擾系統，因此，把信號最強的用戶檢測出來的同時也減小了對其他用戶的干擾。這種算法的結構導致最強用戶在抗多址干擾方面沒有得到任何改善，而對最弱的用戶來說，它在抗多址干擾方面獲得很大改善。同時這也導致SIC檢測有一個顯著的缺陷，就是它的性能在很大程度上取決于初始數據估計的可靠性。也就是說如果用戶1和用戶2功率差別不大，或者對用戶1的估計值與真實值差別比較大，則會使系統誤差較大。此外，每一級的檢測錯誤將會在以下各級中累加，它會嚴重影響整個系統的檢測性能。
2）在串行干擾刪除檢測器中，由于每解調一個用戶便會引入一定的處理時延，當用戶較多時，時延將累積到系統難以忍受的地步。因此，在SIC方案中，每個分組的用戶不宜取太多，一般取4個用戶即可。SIC可用于同步CDMA，也可用于異步CDMA中。
3）串行干擾刪除需要對用戶的功率進行排序。在無線衰落信道中，用戶信號功率是變化的，此時需要重新排序。因此，必須在信號功率排序的速度和能夠接收的運算復雜度之間進行權衡。
4）串行干擾刪除需要估計用戶信號的延時、幅度和相位。
5）串行干擾刪除結構簡單，運算復雜度與用戶數呈線性關系。
多用戶檢測中的干擾刪除算法充分利用了多個用戶的信息，并且工程實現相對簡單。存在的問題是：對干擾的估計要求相當準確，否則干擾刪除的效果會大大削弱甚至使系統惡化。
參考文獻：
【1】 牛凱等 編著. 移動通信原理.電子工業(yè)出版社，2006.
【2】 彭岳星. 寬帶CDMA移動通信中的聯合檢測技術.東南大學博士論文，2004.
【3】 劉向東、顧學邁. 第三代移動通信系統中非線性多用戶檢測技術.華北航天工業(yè)學院學報 Vol.14 No.1 Mar.2004.
無線射頻識別技術[1]（radio frequency identification，RFID）是一種非接觸的自動識別技術， 它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據。在RFID系統工作時，數據碰撞將導致讀寫器的接收機不能正確而及時地讀出數據，從而降低RFID系統的工作性能及其效率。標簽防碰撞算法可以實現多個標簽與讀寫器之間的正確通信，其性能決定了標簽的識別速度和效率。因此， 標簽防碰撞算法是RFID系統中的關鍵技術之一，其優(yōu)劣性在很大程度上決定了射頻識別過程的時間性能以及識別成功率。
傳統的標簽防碰撞算法可分為ALOHA算法[2-3]和樹形算法[4-5]2類。ALOHA算法是1種完全隨機接入的多址接入協議算法，比如：PALOHA算法（隨機推遲算法）、時隙ALOHA算法（SA算法）、幀時隙ALOHA算法（FSA算法）、動態(tài)幀時隙ALOHA算法（DFSA算法）和分組ALOHA算法等。該類算法在標簽試圖發(fā)送數據時，并不考慮信道當前的忙閑狀態(tài)，一旦產生數據，就立刻決定將其發(fā)送至信道，這種發(fā)送控制策略有嚴重的盲目性。隨著用戶數量或發(fā)送信息量的增加，這種完全隨機接入的算法將使信道重疊現象加劇，碰撞概率增大，傳輸性能下降。
近幾年，有學者提出了采用CDMA技術進行防碰撞的方法，其性能有明顯改善。文獻[6]提出在標簽識別過程中，使用碼分多址技術，實現一個時隙可以同時傳輸多個標簽。文獻[7]提出了一種基于碼分多址思想的時隙ALOHA算法，來解決射頻識別中的防碰撞問題，此算法的系統穩(wěn)定范圍要大于時隙ALOHA系統，并且當選用的擴頻碼組階數為N時，此算法的最大吞吐量可達原時隙ALOHA的N倍。上述2個文獻所提到的算法，當標簽數量很多時，數據碰撞的概率明顯增加，使系統的吞吐量急劇下降，影響了系統的整體性能?；谝陨显?，本論文提出了1種改進的基于CDMA技術的防碰撞算法，能夠適應大量標簽的識別應用，減少了識別碰撞的發(fā)生，使系統吞吐量得到明顯改善。
1基于CDMA技術的新型防碰撞算法
n×1-1Nn-1（2）由于傳統的基于ALOHA的防碰撞算法中一個時隙最多只能正確識別一個標簽的信息，所以當標簽數目過大時，系統的吞吐率，即正確識別標簽數目所占的百分比將會大幅度的降低，所以對于過量的標簽，本算法將會采取對所有標簽進行分組識別，當標簽需要分成2組時（系統識別幀最大時隙數N為256）：nN×1-1Nn-1=n2N×1-1Nn2-1 （3）用上述公式可知n=354，所以當標簽數量大于354時，系統將會對標簽分組識別。
本文提出的新型算法如下：依據分組幀時隙ALOHA算法，通過此算法的分組規(guī)則，完成識別的所有標簽的分組。分組幀時隙ALOHA算法的分組規(guī)則如下：當標簽數量≤354時，無論幀長選擇8個時隙還是256個時隙，標簽都不分組，按照一個大組來進行識別；當標簽數量>354時，幀長選擇256個時隙比較適合讀寫器的識別；當標簽數量在355707時，標簽分為2組；當標簽數量在708～1 416時，標簽分成4組更適合信息的傳輸識別。當標簽數量更多時，按照這個規(guī)律分成合適的組數再進行識別，詳細過程如圖1所示。標簽分組工作完成后，在每個分組中分別采用碼分多址技術，利用其技術的保密性、抗干擾性和多址通信能力，對標簽中的數據進行擴頻處理并傳輸。然后讀寫器端利用碼組的自相關特性對不同標簽所發(fā)的數據進行解調，從而達到防碰撞的目的，進而完成對全部標簽的識別，也實現了同一時隙可以傳輸多個信息的情況。本論文中提到的新型防碰撞算法需要預先在待識別的標簽中植入擴頻性良好的正交碼組，以防止接收端沒有辦法正確解擴接收，本文選用Walsh序列。該算法可以有效減少圖1算法執(zhí)行過程示意圖標簽識別過程中的碰撞次數，從而減少了識別時間并且降低了功耗。本論文將分組幀時隙ALOHA算法和碼分多址技術相結合，實現在每個分組內可以有多個標簽同時進行擴頻傳輸，并且在接收端采用并行接收技術進行多個標簽的同時接收。本發(fā)明在識別標簽過程中，每個組內均為一個獨立的識別過程，在分組幀長不改變的前提下，提高了標簽數量龐大時的系統性能。有效地減小標簽之間的碰撞概率，縮短讀寫器操作時間，提高吞吐率， 很適合應用于具有較大數量標簽的RFID系統中。
2仿真結果
本論文提出了采用碼分多址技術的新型防碰撞算法，并仿真了固定時隙數下ALOHA算法的系統吞吐率和本文所提出的算法改進后的系統吞吐量。
RFID系統中時隙ALOHA算法的幀長取值從16個時隙到256個時隙變化，根據公式2，系統吞吐率如圖2所示。其中，系統仿真設定的信息幀長F即時隙數設定按2的冪次方遞增，即F取值從16個時隙變化到256個時隙，橫坐標為標簽數N從1變化到500，縱坐標為吞吐率。當幀長設定為256個時隙，標簽數量少于256個時，系統吞吐量隨著標簽數量的增加而增加，直到標簽數量達到256時系統的吞吐量達到最大值。隨著標簽數量的逐漸增多，系統的吞吐量又呈現下降趨勢。從圖2可以得出2點結論：一、當標簽個數接近信息幀長時，系統的吞吐率比較高；二、隨著幀長取值的增加，系統對標簽的識別性能有明顯改善。
本論文提出的基于碼分多址技術的新型防碰撞算法選用Walsh序列碼，其在對標簽的ID號進行擴頻處理后，即可實現在同一時刻有2個以上的標簽同時進入讀寫器的識別區(qū)域，它們同時發(fā)送各自的ID號后，讀寫器在接收到這些在空間疊加后的信號時也能完整地分離出不同標簽的ID號，突破了時隙ALOHA算法在同一時刻不能有2個以上標簽到達的限制。此時，系統的吞吐量為（Walsh序列的階數為r）esucc=∑t=2rt=1N×P（N，n，t）（4）固定時隙數的ALOHA算法的系統吞吐量仿真圖和其與基于碼分多址技術的新型防碰撞算法的比較仿真結果如圖3所示。仿真條件為標簽的到達情況符合泊松過程。仿真圖3給出了RFID系統的讀寫器閱讀100個標簽的識別結果，其中新型算法選用的是Walsh序列，其階數r取值從2變化到3，固定時隙數的ALOHA算法的信息幀長F取值從32變化到64，橫坐標為標簽數N從1變化到100，縱坐標為吞吐量。從仿真結果看，在同樣的到達率的條件下，階數越大，算法的吞吐量越高，系統的識別性能有明顯改善。并且隨著到達率的增加，新型 算法的吞吐量也隨著增加，當標簽到達量與階數相等時，系統吞吐量達到最大，但到達量大于階數時，吞吐量隨著到達率的增加而呈下降趨勢。這是由于當在同一時隙內到達的標簽數量增加到一定程度后，基于Walsh序列階數r的有限性，選用相同的Walsh序列作為擴頻碼的標簽數量將會增加，此時必然導致碰撞的增加。當選用的Walsh序列階數為3時，基于碼分多址技術的新型防碰撞算法的系統吞吐量可高達3.2，遠高于時隙ALOHA的0.368。而且隨著Walsh序列階數的提高，吞吐量的最大值還可以提高，但這會以增加讀寫器和標簽的硬件復雜度為代價，在實際使用中必須根據需求在吞吐量和Walsh序列階數中作出折中選擇。
3結束語
本論文在標簽的到達情況符合泊松過程的情況下，利用碼分多址技術的多址通信能力，結合分組幀時隙ALOHA算法的優(yōu)勢，創(chuàng)新地提出了一種RFID系統中基于碼分多址技術的新型防碰撞算法。理論和仿真實驗表明：同已有的標簽防碰撞算法相比，本論文提出的新型算法提高了標簽數量龐大時的系統性能，能有效地減小標簽之間的碰撞概率，縮短讀寫器操作時間，提高吞吐率， 很適合應用于具有較大數量標簽的RFID系統中。
參考文獻：
論文摘要：目前3G還處于起步階段，但其發(fā)展前景十分看好。隨著通信網絡和技術的不斷發(fā)展，3G技術環(huán)境下電信增值業(yè)務進入了高速發(fā)展，業(yè)務范圍持續(xù)擴大，經營主體趨向多元，經營模式日益創(chuàng)新的新階段。文章介紹了3G（第三代移動通信系統）的含義及3G技術的基本特點，分析了3G技術在通信中的應用。
面向未來，人們對3G技術充滿了美好的期待。目前3G還處于起步階段，但其發(fā)展前景十分看好。隨著通信網絡和技術的不斷發(fā)展，3G技術環(huán)境下電信增值業(yè)務進入了高速發(fā)展，業(yè)務范圍持續(xù)擴大，經營主體趨向多元，經營模式日益創(chuàng)新的新階段。
一、3G的含義
3G是英文3rd Generation的縮寫，指第三代移動通信技術。相對第一代模擬制式手機（1G）和第二代GSM、TDMA等數字手機（2G），第三代手機一般的講，是指將無線通信與國際互聯網等多媒體通信結合的新一代移動通信系統。它能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網頁瀏覽、電話會議、電子商務等多種信息服務。為了提供這種服務，無線網絡必須能夠支持不同的數據傳輸速度，也就是說在室內、室外和行車的環(huán)境中能夠分別支持至少2MBps（兆字節(jié)/秒）、384KBps（千字節(jié)/秒）以及144KBps的傳輸速度。
二、3G技術基本特點
從目前已確立的3G標準分析，其網絡特征主要體現在無線接口技術上。蜂窩移動通信系統的無線技術包括小區(qū)復用、多址/雙工方式、應用頻段、調制技術、射頻信道參數、信道編碼及糾錯技術、幀結構、物理信道結構和復用模式等諸多方面?？v觀3G無線技術演變，一方面它并非完全拋棄了2G，而是充分借鑒了2G網絡運營經驗，在技術上兼顧了2G的成熟應用技術，另一方面，根據IMT-2000確立的目標，未來3G系統所采用無線技術應具有高頻譜利用率、高業(yè)務質量、適應多業(yè)務環(huán)境，并具有較好的網絡靈活性和全覆蓋能力。3G在無線技術上的創(chuàng)新主要表現在以下幾方面：
（一）采用高頻段頻譜資源
為實現全球漫游目標，按ITU規(guī)劃IMT-2000將統一采用2G頻段，可用帶寬高達230MHz，分配給陸地網絡170MHz，衛(wèi)星網絡60MHz，這網絡為3G容量發(fā)展，實現全球多業(yè)務環(huán)境提供了廣闊的頻譜空間，同時可更好地滿足寬帶業(yè)務。
（二）采用寬帶射頻信道，支持高速率業(yè)務
充分考慮承載多媒體業(yè)務的需要，3G網絡射頻載波信道根據業(yè)務要求，可選用5/10/20M等信道帶寬，同時進一步提高了碼片速率，系統抗多徑衰落能力也大大提高。
（三）實現多業(yè)務、多速率傳送
在寬帶信道中，可以靈活應用時間復用、碼復用技術，單獨控制每種業(yè)務的功率和質量，通過選取不同的擴頻因子，將具有不同QoS要求的各種速率業(yè)務映射到寬帶信道上，實現多業(yè)務、多速率傳送。
（四）快速功率控制
3G主流技術均在下行信道中采用了快速閉環(huán)功率控制技術，用以改善下行傳輸信道性能，這一方面提高了系統抗多徑衰落能力，但另一方面由于多徑信道影響導致擴頻碼分多址用戶間的正交性不理想，增加了系統自干擾的偏差，但總體上快速功率控制的應用對改善系統性能是有好處的。
（五）采用自適應天線及軟件無線電技術
3G基站采用帶有可編程電子相位關系的自適應天線陣列，可以進行發(fā)信波束賦形，自適應地調整功率，減小系統自干擾，提高接收靈敏度，增大系統容量，另外軟件無線電技術在基站及終端產品中的應用，對提高系統靈活性、降低成本至關重要。
三、3G的技術標準
國際電信聯盟（ITU）在2000年5月確定W-CDMA、CDMA2000和TDS-CDMA三大主流無線接口標準，寫入3G技術指導性文件《2000年國際移動通訊計劃》（簡稱IMT-2000）。
W-CDMA即Wide-bandCDMA，也稱為CDMA Direct Spread，意為寬頻分碼多重存取，其支持者主要是以GSM系統為主的歐洲廠商，這套系統能夠架設在現有的GSM網絡上，對于系統提供商而言可以較輕易地過渡，而GSM系統相當普及的亞洲對這套新技術的接受度預料會相當高。因此W-CDMA具有先天的市場優(yōu)勢。
CDMA2000也稱為CDMA Multi-Carrier，由美國高通北美公司為主導提出，這套系統是從窄頻CDMA One數字標準衍生出來的，可以從原有的CDMA One結構直接升級到3G，日前，中國電信集團公司獲得增加基于CDMA2000技術制式的3G業(yè)務經營許可，中國電信在收購了中國聯通CDMA網絡之后，啟動了44個重點城市的網絡優(yōu)化工程，并于去年年底前完成了340多個城市的CDMA網絡建設工作，滿足了82個無線城市的無線上網需求。中國電信還了“天翼”品牌并啟動了189號段放號。由于之前所采購的設備都支持CDMA2000制式，中國電信不需要重新建設網絡，在3G牌照發(fā)放后，只需進行軟件升級，中國電信就會在第一時間里建設起一個全國覆蓋的3G網絡。
TD-SCDMA是由中國大陸獨自制定的3G標準，該標準將智能無線、同步CDMA和軟件無線電等當今國際領先技術融于其中，在頻譜利用率、對業(yè)務支持具有靈活性、頻率靈活性及成本等方面的獨特優(yōu)勢。另外，由于中國內的龐大的市場，該標準受到各大主要電信設備廠商的重視，全球一半以上的設備廠商都宣布可以支持TD-SCDMA標準。
四、3G技術的應用
當前，一些移動流媒體業(yè)務已經能夠在2.5G網絡上實現，3G網絡將為移動業(yè)務發(fā)展提供更有效的支撐。由于3G網絡擁有更高的數據傳輸速率和數據業(yè)務支撐能力，3G運營商不僅可以向用戶提供高質量的語音業(yè)務，而且還能夠提供高速率的流媒體業(yè)務。從全球來看，隨著3G商用進程的加快，日本和韓國以及歐美地區(qū)的一些移動運營商已相繼推出了基于移動流媒體技術的視頻業(yè)務，移動流媒體業(yè)務已成為3G網絡的核心業(yè)務和熱點業(yè)務。從實際應用的情況來看，移動流媒體可提供點播、直播、下載播放三種業(yè)務形式。其中，點播應用主要包括電影片花、精彩片斷、MTV等；直播包括電視節(jié)目、視頻監(jiān)控、重大賽事、音樂現場會等；下載播放比較適合于那些非在線、對音視頻質量要求較高的多媒體節(jié)目。
目前國人對手機、電腦等移動高速上網的需求都在增長，相對于其它業(yè)務，移動寬帶很可能短時間內成為3G的主流應用。中國電信日前推出的“天翼”品牌，主打“互聯網手機”概念，就是充分利用目前CDMA網絡峰值傳輸速率能達到153.6KBps的優(yōu)勢，為用戶打造高速率、全域覆蓋、使用便捷的手機互聯網體驗，滿足用戶互聯網商務、娛樂、生活、信息咨詢等需求。作為回應，中國移動大幅降低了手機GPRS上網費。很顯然，在3G時代，三大運營商在圍繞移動寬帶展開競爭的同時，也必將為消費者帶來更豐富、更實惠的差異化應用。
由于WCDMA和CDMA2000這兩種技術都是將CDMA技術用于蜂窩系統，許多的思想都是源于CDMA系統，因此WCDMA和CDMA2000有許多相試之處：從雙工方式上看，WCDMA和CDMA2000屬于FDD模式。WCDMA和CDMA2000都滿足IMT-2000提出的技術要求，支持高速多媒體業(yè)務、分組數據和IP接入等。但它們在技術實現、規(guī)范標準化、網絡演進等方面都存在較大差異。
WCDMA和CDMA2000各有優(yōu)勢和缺點。WCDMA技術較成熟，能同廣泛使用的GSM系統兼容；相比第二代通信系統能提供更加靈活的服務；而且WCDMA能靈活處理不同速率的業(yè)務。其缺點是只能共用現有GSM系統的核心網部分，無線側設備可以共用的很少。
CDMA2000的優(yōu)勢是可以和窄帶CDMA的基站設備很好地兼容，能夠從窄帶CDMA系統平滑升級，只需增加新的信道單元，升級成本較低，核心網和大部分的無線設備都可用。容量也比IS-95A增加了兩倍，手機待機時間也增加了兩倍。缺點是CDMA2000系統無法和GSM系統兼容。
1.WCDMA與CDMA2000的物理層技術比較
WCDMA和CDMA2000物理層技術細節(jié)上有相似也有差異，由于考慮出發(fā)點不同，造成了不同的技術特點。WCDMA技術規(guī)范充分考慮了與第二代GSM移動通信系統的互操作性和對GSM核心網的兼容性；CDMA2000的開發(fā)策略是對以IS-95標準為藍本的窄帶CDMA的平滑升級。
（1）這兩個標準的物理層技術相似點可以歸納為以下幾點：
①內環(huán)均采用快速功率控制。CDMA系統是干擾受限系統，因此為了提高系統容量，應盡可能的降低系統的干擾。功率控制技術可以減少一系列的干擾，這意味著同一小區(qū)內可容納更多的用戶數，即小區(qū)的容量增加。因此CDMA系統中引入功率控制技術是非常必要的。
②系統都支持開環(huán)發(fā)射分集，信道編碼采用卷積碼和Turbo碼。
③系統均采用軟切換技術。所謂軟切換是指移動臺需要切換時，先與新的基站連通再與原基站切斷聯系，而不是先切斷與原基站的聯系再與新的基站連通。軟切換只能在同一頻率的信道間進行，因此模擬系統、TDMA系統不具有這種功能。軟切換可以有效地提高切換的可靠性，大大減少切換造成的掉話。
④WCDMA工作頻段：1900～2025MHz頻段分配給FDD上行鏈路使用，2110～2170MHz頻段分配給FDD下行鏈路使用，2110～2170MHz頻段分配給TDD雙工方式使用。其中WCDMA和CDMA2000利用1900～2025MHz頻段(上行)，2110～2170MHz(下行)。
（2）兩個標準的物理層技術差異可以歸納為以下幾點：
①擴頻碼片速率和射頻帶寬。WCDMA根據ITU關于5MHz信道基本帶寬的劃分規(guī)則，將基本碼片速率定為3.84Mcps。WCDMA使用帶寬和碼片速率是CDMA2000-1X的3倍以上，能提供更大的多路徑分集、更高的中繼增益和更小的信號開銷。CDMA2000分兩個方案，即CDMA2000-1X和CDMA2000-3X兩個階段。CDMA2000系統可支持話音、分組數據等業(yè)務，并且可實現QoS的協商。室內最高數據速率達2Mbit/s，步行環(huán)境384kb/s，車載環(huán)境144kb/s。CDMA2000在前向和反向CDMA信道在單載波上采用碼片速率1.2288Mcps的直接序列擴頻，射頻帶寬為1.25MHz。
②支持不同的核心網標準。WCDMA要求實現與GSM網絡的兼容，所以它把GSMMAP協議作為上層核心網絡議；CDMA2000要求兼容窄帶CDMA，因此它把ANSI-41作為自己的核心網絡協議。
③WCDMA進行功率控制的速度是CDMA2000的2倍，能保證更好的信號質量，并支持多用戶。
④為了使支持基于GSM的GPRS業(yè)務而部署的所有業(yè)務也支持WCDMA業(yè)務，為了完善新的數據話音網絡，CDMA2000-1x需要添加額外的網元或進行功能升級。
2.WCDMA與CDMA2000網絡接口的比較
3G標準的基本目標是能在車載、步行和靜止各種不同環(huán)境下為多個用戶分別提供最高為144kbit/s、384kbit/s和2048kbit/s的無線接入數據速率。為多個用戶提供可變的無線接入數率是3G標準的核心要求。CDMA2000可分別用于900MHZ和2GHZ兩個頻段CDMA2000的碼片速率與IS-95相同，兩系統可以兼容。WCDMA的碼片速率為3.84Mcps，顯然WCDMA系統中低速率用戶或語音用戶的移動臺成本會大幅上升，在CDMA2000系統中則不會如此。
WCDMA的接口標準規(guī)范、制定嚴謹、組織嚴密，而CDMA2000的接口標準嚴謹性有待加強。IS-95廠家設備難以互通，給運營商設備選型帶來了較大問題；3G許諾的高速無線數據服務必須可以和話音一樣實現無縫的漫游，這是至關重要的。多媒體信息要漫游、視頻通話也要漫游，沒有這些基本要素，3G就不能稱其為3G。漫游涉及到的不僅僅是技術問題，更重要的是商業(yè)利益。在這方面WCDMA顯然更勝一籌，它支持全球漫游，全球移動用戶均有唯一標識，而CDMA2000尚不能很好做到這一點。
3.WCDMA和CDMA2000網絡演進的比較
（1）WCDMA的網絡演進技術
現有的GSM系統利用單一時隙可提供9.6kbit/s的數據服務。如果復用多個時隙就能升級為HSCSD（高速電路交換數據）方式；此后出現了GPRS（通用分組無線業(yè)務），首次在核心網中引入了分組交換的方式，可提供144kbit/s的數據速率。接著繼續(xù)升級采用8PSK調制，這樣傳輸速率可以上升至384kbit/s這就是EDGE；WCDMA的數據傳輸速率將高達2M/s。
（2）CDMA2000網絡演進技術
主要的CDMA2000運營商將來自現在的窄帶CDMA運營商。窄帶CDMA向CDMA2000過渡的方式為IS-95AIS95BIS-95CIMT2000。IS-95A的數據傳輸速率為14.4kbit/s，為了提供更高的速率，1999年部分廠商開始采用IS-95B標準，理論上支持115.2kbit/s的速率。IS-95C進一步使容量加倍，最后升級為CDMA2000。
窄帶CDMA系統向CDMA2000系統的演進分為空中接口、網絡接口及核心網絡演進等方面。
①目前窄帶CDMA系統的空中接口是基于IS295A，其支持的數據速率為14.4kbit/s，由IS295A升級到IS295B，可支持64kbit/s。
②窄帶CDMA網絡接口的演進主要指窄帶CDMA系統A接口的升級和演進。對于窄帶CDMA系統，以前其A接口不是規(guī)范接口(即不是開放接口)，窄帶CDMA和GSM的A接口的規(guī)范相比較，GSM是先有A接口標準，然后廠家依據標準開發(fā)；窄帶CDMA是廠家各自開發(fā)，然后廣泛宣傳，最后憑借自身影響修改標準。
③窄帶CDMA的核心網在美國經過多年發(fā)展后，從IS241A到IS241B到IS241C，我國CDMA試驗網和紅皮書以IS241C為基礎，IS241D規(guī)范在1999年底，目前IS241E規(guī)范還未正式。
二、WCDMA和CDMA2000在我國的前景
對3G標準的選擇不僅要看其技術原理及成熟程度，還要結合本國國情、市場運作狀況等因素進行考慮。按目前的進展來看，兩種標準最后不能融合成一種，但可以共存。
在我國，GSMMAP網絡已形成巨大的規(guī)模，歐洲標準的WCDMA在網絡上充分考慮到與第二代的GSM的兼容性，在技術上也考慮了與GSM的雙模切換兼容，向WCDMA體制的第三代系統演進，從一開始就解決了全網覆蓋的問題。而且CDMA2000采用GPS系統，對GPS依賴較大；在小區(qū)站點同步方面，CDMA2000基站通過GPS實現同步，將造成室內和城市小區(qū)部署的困難，而WCDMA設計可以使用異步基站，運營者獨立性強；對于電信設備制造行業(yè)，我國在GSM蜂窩移動通信方面發(fā)展成熟，而窄帶CDMA系統尚未形成規(guī)模和產業(yè)。
WCDMA采用全新的CDMA多址技術，并且使用新的頻段及話音編碼技術等。因此GSM網絡雖然可采用一些臨時的替代方案提供中等速率的數據服務，卻不能提供一種相對平滑的路徑以過渡到WCDMA。而CDMA2000的設計是以IS-95系統的豐富經驗為依據的，因此窄帶CDMA向CDMA2000的演進無論從無線還是網絡部分都更為平滑。在基站方面只需更新信道板，并將系統軟件升級，即可將IS-95基站升級為CDMA2000基站。
由此可見,WCDMA和CDMA2000還將長時間在我國共存，鹿死誰手？尚未分曉。
參考文獻：
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新的移動通信實驗教學體系，將先修課學習、工業(yè)實習、理論課學習、實驗課開展、畢業(yè)論文等多個教學環(huán)節(jié)進行整合，形成從基礎理論仿真到專業(yè)實驗操作、工程技術實訓、創(chuàng)新實驗等一個開放的實驗教學體系。
通過通信類先修課程的學習，使學生準備好相關的基礎知識，同時也對移動通信在課程體系中的地位有明確的定位[14，15]。相應編程語言類課程的學習更為實驗仿真提供了良好的基礎。移動通信理論課程的講授為實驗課程的開設提供了直接的理論平臺。工業(yè)實習安排在移動通信實驗課開設前一學期開展，實習內容是到各通信運營商公司和設備廠家進行跟崗實習，涉及到的內容有：移動通信系統基站的建設與維護；交換與傳輸系統管理和維護；光纖傳輸設施維護；移動終端制造與維修；3G應用等多個方面。通過工業(yè)實習使學生對當前移動通信所涉及到具體問題有了充分的感性認識，這對之后實驗教學的開展，特別是移動網絡方面實訓的進行有很好的促進作用。移動通信實驗教學的開展涵蓋以下幾個方面：基礎理論仿真、專業(yè)實驗操作、工程技術實訓、創(chuàng)新實驗、畢業(yè)設計。基礎理論仿真是利用MATLAB軟件實現：QPSK調制及解調；MSK、GMSK調制及相干解調；QAM調制及解調；OFDM調制解調；m序列產生及特性分析；Gold序列產生及特性分析；數字鎖相環(huán)載波恢復；Rake接收機仿真實驗。例如，OFDM調制解調實驗，按照圖2OFDM仿真結構圖，利用MATLAB程序實現圖2中不同測試點處的信號波形。
工程技術實訓階段則是利用3G天線獲取實際信號，利用頻譜分析儀等儀器實現CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA信號的分析。同時實現基站放大器、塔頂放大器性能指標的測試。例如，圖4中給出利用頻譜分析儀所測得實際CDMA2000和WCDMA信號的頻譜特性。
創(chuàng)新實驗階段主要是針對有興趣參加各類設計競賽的學生開展，將全國及各省、校級電子設計大賽題目進行改造，從中選取與移動或無線通信有關，且具有創(chuàng)新性、前瞻性、實用性的方案，經過適當修改作為創(chuàng)新實驗階段的實驗案例。學生可以通過這樣的實驗案例了解各級大賽的要求及特點，教師則也可以在實驗教學過程中，選拔優(yōu)秀學生參加各級大賽，進而提高學生的能力和水平。畢業(yè)設計階段主要是利用實驗室實驗條件，從學院承擔的科研項目中，將某些項目進行簡化、修改、重組，轉化成通信專業(yè)類論文題目，或從本專業(yè)最新的科技論文中選擇其中合適的內容進行改進，作為通信專業(yè)類綜合性畢業(yè)設計案例，從而將先進的科研成果打造為優(yōu)質教學資源，實現基礎與前沿、經典與現代的結合。為通信類專業(yè)學生提供了廣闊的選擇空間和開放的培養(yǎng)環(huán)境。總之，移動通信實驗教學體系中基礎理論仿真、專業(yè)實驗操作和工程技術實訓是必修課程教學內容，是實驗教學的基礎與根本[16]。創(chuàng)新實驗、畢業(yè)設計則是移動通信實驗向之后教學、實踐環(huán)節(jié)的擴展與延伸。這樣由必修和擴展環(huán)節(jié)共同構建起移動通信實驗教學開放體系。
本文作者：馮敏羅清龍作者單位：聊城大學
1.1從傳輸信號分有GSM直放站、CDMA直放站和3G直放站
1.1.1GSM移動通信直放站是為消除GSM900MHz/1800MHz頻段移動通信網的小范圍信號盲區(qū)或弱信號區(qū)而設計生產的通信設備。被廣泛應用于地下商場、停車場、地鐵、隧道、高層建筑的辦公室等基站信號所無法到達的信號盲區(qū)，同時對于消除城市因受高樓大廈影響而產生的室外局部信號陰影區(qū)或邊遠郊區(qū)個別村鎮(zhèn)的弱信號區(qū)也具有相當好的覆蓋效果。
1.1.2CDMA直放站可以擴大CDMA基站的覆蓋范圍，大大節(jié)省CDMA網絡建設的投資(一個CDMA直放站的投資約為一個CDMA基站的十分之一)。特別是在高層樓宇、地下(如地鐵)、以及盲區(qū)等特殊環(huán)境下，CDMA直放站將充分發(fā)揮它的優(yōu)勢。由于各種地理環(huán)境和用戶的要求不同，所需的CDMA直放站的類型也不同。
1.1.3CDMA直放站是為了消除移動通信網覆蓋盲區(qū)或弱信號，延伸基站信號覆蓋的一種中繼設備，它能解決消除城市因受高樓大廈影響而產生的室外局部信號陰影區(qū)，地下停車場、地下隧道、商場、電梯等基地無法到達信號的盲區(qū)，提高了覆蓋范圍增強了信號覆蓋延伸。
1.1.4與傳統的2G無線通信系統相比，由于3G無線通信系統主要使用的頻段在2000MHz附近，根據電波傳播衰減規(guī)律，顯然3G的無線信號比2G的無線信號衰減得更快。這樣，在同等功率情況下的3G基站和直放站的覆蓋范圍都比2G的要小。所以在達到與2G網絡同等的覆蓋水平時，需要更多的直放站來完成網絡覆蓋。由此我們可以預期，在即將到來的3G無線網絡建設中，直放站也必然仍將扮演著重要的角色。
1.2從傳輸帶寬來分有寬帶直放站和選頻（選信道）直放站
1.2.1GSM移動通信寬帶直放站的主要特點：
高的系統增益且增益連續(xù)可調；采用先進的數字濾波技術，帶外抑制特別好；全雙工工作，很高的上/下行隔離度；兩端口標準設計，安裝極為方便；內置電源且設計有電源保護系統和免維護備用電源接口；采用ALC技術，輸出電平連續(xù)可調，穩(wěn)定可靠；可選智能監(jiān)控，故障自動報警及遠程維護；高線性功放，性能穩(wěn)定等。
1.2.2GSM移動通信頻帶選擇直放站的主要特點：
高的系統增益且增益連續(xù)可調；全雙工工作，很高的上/下行隔離度；中心頻率和帶寬任意可調，滿足不同客戶要求，帶外抑制好，不同營運商之間的信號不會產生相互干擾；內置電源且設計有電源保護系統和免維護備用電源接口；兩端口標準設計，安裝極為方便；采用PLL控制技術的選頻模塊，性能穩(wěn)定可靠，噪聲系數低等。
1.3從傳輸方式來分有無線直放站、光纖直放站和移頻傳輸直放站
1.3.1無線傳輸直放站
下行從基站接收信號，經放大后向用戶方向覆蓋；上行從用戶接收信號，經放大后發(fā)送給基站。為了限帶，加有帶通濾波器
1.3.2光纖傳輸直放站
將收到的信號，經光電變換變成光信號，傳輸后又經電光變換恢復電信號再發(fā)出。
1.3.3移頻傳輸直放站
將收到的頻率上變頻為微波，傳輸后再下變頻為原先收到的頻率，放大后發(fā)送出去。
2直放站的定義
直放站（又叫中繼器）屬于同頻放大設備，是指在無線通信傳輸過程中起到信號增強的一種無線電發(fā)射中轉設備。無論是GSM直放站、CDMA直放站還是3G直放站，其原理是基本相同的。直放站的基本功能就是一個射頻信號功率增強器。
3直放站的應用
直放站可以擴大服務范圍，消除覆蓋盲區(qū)，如高山，建筑物，樹林等阻擋物而形成的信號盲區(qū)；在郊區(qū)能夠增強場強，擴大郊區(qū)站的覆蓋；沿高速公路架設，增強覆蓋效率；還可以解決室內覆蓋，如大型建筑物內信號衰減信號盲區(qū)、地下商城、遂道等衰減信號盲區(qū)；另外，將空閑基站的信號引到繁忙基站的覆蓋區(qū)內，實現疏忙等。
3.1公路、郊區(qū)重點農村的覆蓋
隨著社會的發(fā)展，高速公路逐漸增多，公路的覆蓋成為一個很大難題，為了有效節(jié)約資源，直放站在這里得到了廣泛應用。，某條高速公路如果全部利用宏基站覆蓋，共計需要15個宏基站，采用宏基站帶直放站方式，只需要8個宏基站，在很大程度上節(jié)約了成本。
3.2“L”型覆蓋
某一風景區(qū)位于山谷中，距離基站不到4公里，但由于被山脈阻擋，根本無網絡信號。在山脈的盡頭安裝一直放站，由于直放站接收信號的方向和發(fā)射信號的方向成一定的角度，相當于基站的電波在直放站處轉了一個彎。依靠山體的阻擋，直放站的施主天線和服務天線分別放在山體的兩側，隔離度很大，直放站的性能可以充分發(fā)揮，很好地解決了該風景區(qū)用戶的通信問題，還使該基站的通信距離向山谷里延伸了6公里。
3.3開闊地域的覆蓋
人口分布較少的開闊地域是使用直放站進行覆蓋的典型場合。當直放站采用全向天線時，只要有一定的鐵塔高度，在直放站工作正常的情況下，3公里內可以明顯地感覺到直放站的增益作用。但距離超過5公里以后，直放站的增益作用就迅速消失，用手機進行基站接收信號電平測試，無論直放站是否工作，接收電平都沒有明顯變化。這是因為在平原開闊地區(qū)，房屋建筑和地形地貌造成的傳輸衰耗相對較小，而隨空間距離的增加，電波按32.45+20logf(MHz)+20logD(公里)的規(guī)律衰減；即距離每增加一倍，電波衰減6dB。
4直放站的優(yōu)點及不足
4.1直放站的優(yōu)點
4.1.1同等覆蓋面積時，使用直放站投資較低。在平原地區(qū)室外一個全向基站可以有10km覆蓋半徑；一個全向直放站可以有4km覆蓋半徑；就覆蓋面積而言，六個直放站約相當于一個基站。六個直放站的設備價約為一個基站的80%。但考慮到機房租用和裝修、交直流電源、空調、傳輸系統和電路租金等費用，六個直放站的費用只相當于于一個基站的50%，甚至更低。
4.1.2覆蓋更為靈活。一個基站基本上是圓形覆蓋，多個直放站可以組織成多種覆蓋形式。如“一”字型排開，可以覆蓋十幾至幾十公里的路段。也可以組織成“L”型、“N”型和“M”型覆蓋，特別適合于山區(qū)組網。
4.1.3在組網初期，由于用戶較少，投資效益較差，可以用一部分直放站代替基站。用戶發(fā)展起來后現更換為基站，替換下來的直放站再進一步放置在更邊緣的地區(qū)，這樣一步步地滾動發(fā)展。
4.1.4由于不需要土建和傳輸電路的施工，建網迅速。
4.2直放站的不足
不能增加系統容量。
4.2.1引入直放站后，會給基站增加約3dB以上的噪音，使原基站工作環(huán)境惡化，覆蓋半徑減少。所以一個基站的一個扇區(qū)最好帶兩個以下的直放站工作。
4.2.2直放站只能頻分不能碼分，一個直放站往往將多個基站或多個扇區(qū)的信號加以放大。引入過多的直放站后，導致基站短碼相位混亂導頻污染嚴重，優(yōu)化工作困難，同時加大了不必要的軟切換。
4.2.3直放站的網管功能和設備檢測功能遠不如基站，當直放站出現問題后不易察覺。
4.2.4由于受隔離度的要求限制，直放站的某些安裝條件要比基站苛刻的多，使直放站的性能往往不能得到充分發(fā)揮。
4.2.5如果直放讓自激或直放站附近有干擾源，將對原網造成嚴重影響。由于直放站的工作天線較高，會將干擾的破壞作用大面積擴大。
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