WCDMA的新技术有哪些？
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解决时间 2021-01-18 14:38
- 提问者网友：川水往事
- 2021-01-17 13:39
WCDMA的新技术有哪些？
最佳答案
- 五星知识达人网友：迟山
- 2021-01-17 14:05
一、引言
第三代移动通信系统WCDMA由于其强大的多媒体通信能力、高速的数据传输速率和高效的频谱利用率等许多优点而倍受青睐，并成为未来移动通信的发展目标。然而，技术的发展是无止境的，迅速上升的移动多媒体通信需求和越来越紧张的无线资源也对WCDMA系统的性能提出了越来越高的要求。为此，不断研究新技术并将之应用到WCDMA系统中，以期进一步提高WCDMA的各方面性能便成为业界关注的热点。而各方人士也在此方面进行了大量工作，并提出了许多行之有效的技术和方法。
二、智能天线
智能天线利用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。使用智能天线将在以下方面提高第三代移动通信系统的性能：（1）扩大系统的覆盖区域；（2）提高系统容量；（3）提高数据传输速率；（4）降低基站发射功率，节省系统成本，减少信号间干扰与电磁环境污染；（5）提高频谱利用率；（6）提高信号干扰比，改善通信质量。
由于具有以上诸多优势，因此它深受移动通信，特别是第三代移动通信系统的青睐和关注。在目前各国向3G标准化组织3GPP和国际电联ITU提交的建议中，都提出将智能天线列为主要后备发展技术之一，准备后期投入商用化。中兴通讯也在这方面进行了大量的工作，并已取得可喜的进展。而且在基站系统的设计中考虑了与智能天线的接口。
智能天线分为两大类：多波束天线和自适应天线。图 1所示为M元智能天线的原理图。多波束天线利用多个并行波束覆盖整个用户区，每个波束的指向是固定的，波束宽度也随阵元数目的确定而确定。随着用户在小区中移动，基站选择不同的相应波束，使接收信号最强。自适应天线阵是通过反馈控制方式连续调整本身方向图的天线阵，阵元间距为1/2波长。自适应天线能够根据用户信号的不同空间传播方向提供不同的空间信道，有效地克服了干扰对系统的影响。
智能天线的算法是智能天线系统的核心部分，它决定着天线阵瞬态响应的速度和电路的复杂程度，通过算法来自动调整天线增益的权值以便实现所需的空间滤波和频率滤波。
三、软件无线电
软件无线电是近几年提出的一种实现无线通信的新概念和体制。它的核心是：将宽带A/D和D/A转换器尽可能地靠近天线，而电台功能尽可能地采用软件进行定义。软件无线电把硬件作为无线通信的基本平台，而对于无线电通信功能则尽可能用软件来实现。这样，无线通信系统具有很好的通用性、灵活性，使系统互联和升级非常方便。软件无线电可认为是继模拟通信到数字通信、固定通信到移动通信之后无线通信领域的第三次突破。
由于实现第三代移动通信标准的统一是非常困难的，IMT-2000标准已采用"IMT-2000家族"的概念，放弃了原来在空中接口、网络技术等方面的一致性的努力，而致力于制定网络接口的标准和互通方案。同时，考虑到各种标准下TDD、FDD制式的不同以及2G和3G的共存和平滑过渡等问题，则将来3G的基站和终端都将存在多频段、多体制、多制式和多业务的问题。软件无线电利用统一的硬件平台，不同的软件来实现不同的功能，是解决此问题不可多得的方法。可见，数字硬件平台是基础，软件可编程、可重用是核心，实现多模通用式接收才是目的。
软件无线电技术在第三代移动通信系统中的应用体现在以下几个方面：（1）为第三代移动通信终端和基站提供了一个开放的、模块化的系统结构；（2）智能天线结构的实现，包括空间特征矢量的获得、射频通道权值的计算和天线波束赋形等；（3）各种信号处理软件的实现，包括无线信令规范与处理软件、信号流变换软件、调制解调算法软件、信道编码及信源编码软件等。典型的软件无线电设备框图如图2所示。
软件无线电在第三代移动通信系统中的应用越来越成为研究的热点。国际电联ITU下负责IMT-2000的工作组WP
8F已成立一个专门的小组对软件无线电进行研究，国内外的通信设备制造厂商和科研机构也对软件无线电进行了大量的研发工作，有望在不久的将来于第三代通信系统中得到应用。
四、IP技术
IP技术本身并非新技术，它的迅猛发展已经使传统的电信网在网络形态和网络容量方面都处于剧烈的变革之中。新一代宽带信息网的核心架构业已形成，三网融合大势已定，其核心技术非TCP/IP技术莫属。对于致力于随时随地提供高速多媒体业务的第三代移动通信系统来说，将第三代移动通信系统建成为一个全IP的系统只是个时间问题，这不但包括核心网的IP化，同时还包括无线接入部分的IP化。这其中，核心网的IP化主要在于核心网的演进策略问题，主要考虑对原有核心网结构改动的程度，改造成本，网络结构的先进性、前向后向兼容性等因素。无线接入部分IP化的技术难度比核心网的要大。但如果无线接入部分能很好实现IP化，形成融合多种业务为一体的"综合接入"，对整个通信网的发展将有重要意义，如：可以保证技术发展上的协调一致性；可以实现基于IP包的统计复用技术，从而降低传输成本；可以实现全带宽利用度；使统一的网管和运营成为可能等。另外IP是基于"台式"终端的技术，采用IP技术可以将大量的应用和业务直接移植到移动网络中。
目前国内外均对WCDMA的IP化投入了巨大的热情。3GPP已经将CN和RAN的IP化列入标准制定的计划和日程中，在Rel4中已经启动了部分IP化工作，而Rel5的目标则是要达到全IP化。国内的通信标准化组织CWTS下已经有专门的两个小组分别进行IP CN和IP RAN方面的研究。同时国内外各大通信厂商和科研机构也对此进行了大量的工作。一个可能的IP RAN结构图如图3所示。
IP技术最具活力的特点是它的开放式接入、自由式管理。但遗憾的是，正是由于IP技术的这种分散的、自由式的结构给IP技术的进一步优化带来了诸多问题。最明显的表现在于它无法满足相关业务的QoS要求和可控的带宽分配，而这些对于第三代移动通信系统来说都是必须有保证的。同时，考虑到移动通信网的其它一些因素，则将IP技术应用到第三代移动通信系统中需要解决如下一些主要问题：（1）各种业务的QoS保证；（2）传输带宽的有效利用和控制；（3）IP与ATM的共存，必须考虑两种传输选项的交互方式；（4）各个接口上的协议栈不应依赖于IP网络的拓扑结构；（5）信令传输协议应允许一个节点同时支持不同传输技术的多个信令承载；（6）只宜有传输网络层(TNL)的改变，对无线网络层的影响应减至最小；（7）产业化成本的考虑以及扩展性和业务增长性的问题；（8）前后向兼容问题；（9）安全技术等。
五、多用户检测
在第三代移动通信系统中，由于采用的是码分多址的多址方案，因此，多用户间将互相产生多址干扰。当同时通信用户数较多时，多址干扰成为最主要的干扰。鉴于码分多址是一种干扰受限系统，多址干扰不仅严重影响系统的抗干扰性，还严重限制了系统容量的提高。传统接收机的缺点是在对一个用户解调时没有利用已知的其它用户的信息，更好的接收算法应该是对多个用户的联合检测。多用户检测接收机正是充分考虑到多址干扰实质上是一种有着强烈结构性的伪随机序列信号、对多个用户同时进行解调并通过联合检测算法同时对多个用户输出判决结果的一种高性能接收机。多用户检测接收机的原理图如图4所示。
由于最佳的多用户检测复杂度太高，难以实用，因此，一般是在接收机的复杂度和性能之间寻找一个比较好的平衡点，这样便衍生出了许多种次优的多用户检测方案。这些方案基本上可以分成两大类：线性多用户检测和干扰抵消多用户检测。最常见的线性检测器是解相关器LMMSE接收机。为了实现线性检测，已经提出了诸如最陡下降法和共轭梯度之类的迭代算法。干扰抵消的思想就是估计出多址和多径引起的干扰，然后减去干扰值。干扰抵消又分为串行干扰抵消和并行干扰抵消。串行干扰抵消是逐个用户地去除干扰估计值，并行干扰抵消则是同时去除所有用户的干扰估计值。
在第三代移动通信中使用多用户检测技术时，时刻要把实现的复杂度和性能综合起来考虑。由于现在基本上是用ASIC或DSP来实现算法，所以考虑实现的复杂度时可以通过每秒运算量和DSP的时钟周期数来估算。算法性能则需要全面考虑其加性高斯白噪声信道中的性能、相位误差性能、瑞利衰落信道中的性能、延时误差性能以及远近性能等方面。此外，将多用户检测技术与其它技术（如信道编码技术）结合使用的各种组合优化技术也是第三代移动通信新技术发展的一个趋势。
六、高速下行分组接入技术
将来的第三代移动通信系统的业务将会呈现出很大的上下行不对称性。对FDD来说，则非常需要有一种技术能比较有效地支持不对称业务。高速下行分组接入（HSDPA）技术便是一种对多用户提供高速下行数据业务的技术。此技术特别适合于多媒体、Internet等大量下载信息的业务。研究表明，采用若干新技术可使空中下行速率达到8Mbps以上，若成功采用MIMO等技术还可达到20Mbps以上。目前国际上对HSDPA技术的研究正在进行当中，它是3GPP
WG1组的一个研究热点，各国代表提出了大量的提案，基本上集中在以下几项技术上：
1. 自适应调制和编码方案（AMC）
AMC能提供可变化的调制编码方案（ 共七级调制方案MCS）以适应每一个用户的信道质量，可提供高速率传输和高的频谱利用率。AMC技术利用DSCH所提供的多用户调度技术并和时域调度相结合，可以利用UE衰落包络的短时变化而使UE能在较低的衰落上享受服务。但AMC技术对信道情况测量的错误和时延十分敏感。解调高次调制和需要的测量报告功能对UE提出了更高的要求。高次调制另需一些如干扰消除器，更高的调制平衡器等新技术。
2. 混合ARQ协议（H-ARQ）
H-ARQ是ARQ和FEC相结合的纠错方法。ARQ的控制机制有选择重传（Selective
Repeat）和停止等待重传（Stop and Wait）两种。SR方法由于其复杂性和对手机容量的要求较高等而不作为主要的方案；双（多）信道SAW
H-ARQ由于控制开销小、机制简单，对手机容量要求低和信道利用率高等优点而成为主要选择。
3. 快速小区选择（FCS）
R99中有SSDT技术选择最合适的服务小区。FCS只在DSCH信道激活时起作用，是以帧为单位的快速选择。在Node B间使用FCS时，由于有多个可选小区，因此传输队列的管理和同步就显得十分重要。队列管理分基于无线接口的管理和基于网络的管理两种。无线接口更新又分为以帧为单位更新和基于事件的更新。
4. 多入多出天线（MIMO）
MIMO技术是在发送和接收方都有多个(N)天线，使用编码重用 (Code re-use) 技术将一个信道化码和扰码对调制成N个不同的数据流，原则上可以将峰值容量提高N倍，还可将编码重用和小的调制星相图相结合得到其它中间速率。MIMO会造成UE和Node B复杂性的增加。在2G频段下，UE上四个天线排列的线性距离需7.5厘米以获得非相关性，研究认为带四个天线的UE的复杂度是单天线的2倍。MIMO是一种能使HSDPA增加容量和提高峰值速率的技术，但受限于物理信道模型，会增加射频的复杂性，是HSDPA进一步发展的技术。
5. 独立的DSCH信道
独立的DSCH信道技术是指将DSCH或HS-DSCH映射到与伴随DPCH的共享信道不同载波的下行信道中，用于传输用户数据的方法。引入独立DSCH将改变物理层结构及物理信道特性。在UE中需要单独做一个接收机来接收这个载波上的高速数据流，但此接收机可以用于中频测量，从而减少压缩模式的带宽需要。
七、其它
其它还有一些需要关注的技术，如非对称通信模式、多模式技术、高效的无线信道控制和管理技术等等，这里就不一一介绍了。总之，第三代移动通信系统是一个不断演进的系统，各种新技术的发展和应用将推动WCDMA不断向前迈进。追问实在很感谢，不过这些技术基本已经应用了，有没有什么更新一点儿的，还没有投入应用的？
第三代移动通信系统WCDMA由于其强大的多媒体通信能力、高速的数据传输速率和高效的频谱利用率等许多优点而倍受青睐，并成为未来移动通信的发展目标。然而，技术的发展是无止境的，迅速上升的移动多媒体通信需求和越来越紧张的无线资源也对WCDMA系统的性能提出了越来越高的要求。为此，不断研究新技术并将之应用到WCDMA系统中，以期进一步提高WCDMA的各方面性能便成为业界关注的热点。而各方人士也在此方面进行了大量工作，并提出了许多行之有效的技术和方法。
二、智能天线
智能天线利用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。使用智能天线将在以下方面提高第三代移动通信系统的性能：（1）扩大系统的覆盖区域；（2）提高系统容量；（3）提高数据传输速率；（4）降低基站发射功率，节省系统成本，减少信号间干扰与电磁环境污染；（5）提高频谱利用率；（6）提高信号干扰比，改善通信质量。
由于具有以上诸多优势，因此它深受移动通信，特别是第三代移动通信系统的青睐和关注。在目前各国向3G标准化组织3GPP和国际电联ITU提交的建议中，都提出将智能天线列为主要后备发展技术之一，准备后期投入商用化。中兴通讯也在这方面进行了大量的工作，并已取得可喜的进展。而且在基站系统的设计中考虑了与智能天线的接口。
智能天线分为两大类：多波束天线和自适应天线。图 1所示为M元智能天线的原理图。多波束天线利用多个并行波束覆盖整个用户区，每个波束的指向是固定的，波束宽度也随阵元数目的确定而确定。随着用户在小区中移动，基站选择不同的相应波束，使接收信号最强。自适应天线阵是通过反馈控制方式连续调整本身方向图的天线阵，阵元间距为1/2波长。自适应天线能够根据用户信号的不同空间传播方向提供不同的空间信道，有效地克服了干扰对系统的影响。
智能天线的算法是智能天线系统的核心部分，它决定着天线阵瞬态响应的速度和电路的复杂程度，通过算法来自动调整天线增益的权值以便实现所需的空间滤波和频率滤波。
三、软件无线电
软件无线电是近几年提出的一种实现无线通信的新概念和体制。它的核心是：将宽带A/D和D/A转换器尽可能地靠近天线，而电台功能尽可能地采用软件进行定义。软件无线电把硬件作为无线通信的基本平台，而对于无线电通信功能则尽可能用软件来实现。这样，无线通信系统具有很好的通用性、灵活性，使系统互联和升级非常方便。软件无线电可认为是继模拟通信到数字通信、固定通信到移动通信之后无线通信领域的第三次突破。
由于实现第三代移动通信标准的统一是非常困难的，IMT-2000标准已采用"IMT-2000家族"的概念，放弃了原来在空中接口、网络技术等方面的一致性的努力，而致力于制定网络接口的标准和互通方案。同时，考虑到各种标准下TDD、FDD制式的不同以及2G和3G的共存和平滑过渡等问题，则将来3G的基站和终端都将存在多频段、多体制、多制式和多业务的问题。软件无线电利用统一的硬件平台，不同的软件来实现不同的功能，是解决此问题不可多得的方法。可见，数字硬件平台是基础，软件可编程、可重用是核心，实现多模通用式接收才是目的。
软件无线电技术在第三代移动通信系统中的应用体现在以下几个方面：（1）为第三代移动通信终端和基站提供了一个开放的、模块化的系统结构；（2）智能天线结构的实现，包括空间特征矢量的获得、射频通道权值的计算和天线波束赋形等；（3）各种信号处理软件的实现，包括无线信令规范与处理软件、信号流变换软件、调制解调算法软件、信道编码及信源编码软件等。典型的软件无线电设备框图如图2所示。
软件无线电在第三代移动通信系统中的应用越来越成为研究的热点。国际电联ITU下负责IMT-2000的工作组WP
8F已成立一个专门的小组对软件无线电进行研究，国内外的通信设备制造厂商和科研机构也对软件无线电进行了大量的研发工作，有望在不久的将来于第三代通信系统中得到应用。
四、IP技术
IP技术本身并非新技术，它的迅猛发展已经使传统的电信网在网络形态和网络容量方面都处于剧烈的变革之中。新一代宽带信息网的核心架构业已形成，三网融合大势已定，其核心技术非TCP/IP技术莫属。对于致力于随时随地提供高速多媒体业务的第三代移动通信系统来说，将第三代移动通信系统建成为一个全IP的系统只是个时间问题，这不但包括核心网的IP化，同时还包括无线接入部分的IP化。这其中，核心网的IP化主要在于核心网的演进策略问题，主要考虑对原有核心网结构改动的程度，改造成本，网络结构的先进性、前向后向兼容性等因素。无线接入部分IP化的技术难度比核心网的要大。但如果无线接入部分能很好实现IP化，形成融合多种业务为一体的"综合接入"，对整个通信网的发展将有重要意义，如：可以保证技术发展上的协调一致性；可以实现基于IP包的统计复用技术，从而降低传输成本；可以实现全带宽利用度；使统一的网管和运营成为可能等。另外IP是基于"台式"终端的技术，采用IP技术可以将大量的应用和业务直接移植到移动网络中。
目前国内外均对WCDMA的IP化投入了巨大的热情。3GPP已经将CN和RAN的IP化列入标准制定的计划和日程中，在Rel4中已经启动了部分IP化工作，而Rel5的目标则是要达到全IP化。国内的通信标准化组织CWTS下已经有专门的两个小组分别进行IP CN和IP RAN方面的研究。同时国内外各大通信厂商和科研机构也对此进行了大量的工作。一个可能的IP RAN结构图如图3所示。
IP技术最具活力的特点是它的开放式接入、自由式管理。但遗憾的是，正是由于IP技术的这种分散的、自由式的结构给IP技术的进一步优化带来了诸多问题。最明显的表现在于它无法满足相关业务的QoS要求和可控的带宽分配，而这些对于第三代移动通信系统来说都是必须有保证的。同时，考虑到移动通信网的其它一些因素，则将IP技术应用到第三代移动通信系统中需要解决如下一些主要问题：（1）各种业务的QoS保证；（2）传输带宽的有效利用和控制；（3）IP与ATM的共存，必须考虑两种传输选项的交互方式；（4）各个接口上的协议栈不应依赖于IP网络的拓扑结构；（5）信令传输协议应允许一个节点同时支持不同传输技术的多个信令承载；（6）只宜有传输网络层(TNL)的改变，对无线网络层的影响应减至最小；（7）产业化成本的考虑以及扩展性和业务增长性的问题；（8）前后向兼容问题；（9）安全技术等。
五、多用户检测
在第三代移动通信系统中，由于采用的是码分多址的多址方案，因此，多用户间将互相产生多址干扰。当同时通信用户数较多时，多址干扰成为最主要的干扰。鉴于码分多址是一种干扰受限系统，多址干扰不仅严重影响系统的抗干扰性，还严重限制了系统容量的提高。传统接收机的缺点是在对一个用户解调时没有利用已知的其它用户的信息，更好的接收算法应该是对多个用户的联合检测。多用户检测接收机正是充分考虑到多址干扰实质上是一种有着强烈结构性的伪随机序列信号、对多个用户同时进行解调并通过联合检测算法同时对多个用户输出判决结果的一种高性能接收机。多用户检测接收机的原理图如图4所示。
由于最佳的多用户检测复杂度太高，难以实用，因此，一般是在接收机的复杂度和性能之间寻找一个比较好的平衡点，这样便衍生出了许多种次优的多用户检测方案。这些方案基本上可以分成两大类：线性多用户检测和干扰抵消多用户检测。最常见的线性检测器是解相关器LMMSE接收机。为了实现线性检测，已经提出了诸如最陡下降法和共轭梯度之类的迭代算法。干扰抵消的思想就是估计出多址和多径引起的干扰，然后减去干扰值。干扰抵消又分为串行干扰抵消和并行干扰抵消。串行干扰抵消是逐个用户地去除干扰估计值，并行干扰抵消则是同时去除所有用户的干扰估计值。
在第三代移动通信中使用多用户检测技术时，时刻要把实现的复杂度和性能综合起来考虑。由于现在基本上是用ASIC或DSP来实现算法，所以考虑实现的复杂度时可以通过每秒运算量和DSP的时钟周期数来估算。算法性能则需要全面考虑其加性高斯白噪声信道中的性能、相位误差性能、瑞利衰落信道中的性能、延时误差性能以及远近性能等方面。此外，将多用户检测技术与其它技术（如信道编码技术）结合使用的各种组合优化技术也是第三代移动通信新技术发展的一个趋势。
六、高速下行分组接入技术
将来的第三代移动通信系统的业务将会呈现出很大的上下行不对称性。对FDD来说，则非常需要有一种技术能比较有效地支持不对称业务。高速下行分组接入（HSDPA）技术便是一种对多用户提供高速下行数据业务的技术。此技术特别适合于多媒体、Internet等大量下载信息的业务。研究表明，采用若干新技术可使空中下行速率达到8Mbps以上，若成功采用MIMO等技术还可达到20Mbps以上。目前国际上对HSDPA技术的研究正在进行当中，它是3GPP
WG1组的一个研究热点，各国代表提出了大量的提案，基本上集中在以下几项技术上：
1. 自适应调制和编码方案（AMC）
AMC能提供可变化的调制编码方案（ 共七级调制方案MCS）以适应每一个用户的信道质量，可提供高速率传输和高的频谱利用率。AMC技术利用DSCH所提供的多用户调度技术并和时域调度相结合，可以利用UE衰落包络的短时变化而使UE能在较低的衰落上享受服务。但AMC技术对信道情况测量的错误和时延十分敏感。解调高次调制和需要的测量报告功能对UE提出了更高的要求。高次调制另需一些如干扰消除器，更高的调制平衡器等新技术。
2. 混合ARQ协议（H-ARQ）
H-ARQ是ARQ和FEC相结合的纠错方法。ARQ的控制机制有选择重传（Selective
Repeat）和停止等待重传（Stop and Wait）两种。SR方法由于其复杂性和对手机容量的要求较高等而不作为主要的方案；双（多）信道SAW
H-ARQ由于控制开销小、机制简单，对手机容量要求低和信道利用率高等优点而成为主要选择。
3. 快速小区选择（FCS）
R99中有SSDT技术选择最合适的服务小区。FCS只在DSCH信道激活时起作用，是以帧为单位的快速选择。在Node B间使用FCS时，由于有多个可选小区，因此传输队列的管理和同步就显得十分重要。队列管理分基于无线接口的管理和基于网络的管理两种。无线接口更新又分为以帧为单位更新和基于事件的更新。
4. 多入多出天线（MIMO）
MIMO技术是在发送和接收方都有多个(N)天线，使用编码重用 (Code re-use) 技术将一个信道化码和扰码对调制成N个不同的数据流，原则上可以将峰值容量提高N倍，还可将编码重用和小的调制星相图相结合得到其它中间速率。MIMO会造成UE和Node B复杂性的增加。在2G频段下，UE上四个天线排列的线性距离需7.5厘米以获得非相关性，研究认为带四个天线的UE的复杂度是单天线的2倍。MIMO是一种能使HSDPA增加容量和提高峰值速率的技术，但受限于物理信道模型，会增加射频的复杂性，是HSDPA进一步发展的技术。
5. 独立的DSCH信道
独立的DSCH信道技术是指将DSCH或HS-DSCH映射到与伴随DPCH的共享信道不同载波的下行信道中，用于传输用户数据的方法。引入独立DSCH将改变物理层结构及物理信道特性。在UE中需要单独做一个接收机来接收这个载波上的高速数据流，但此接收机可以用于中频测量，从而减少压缩模式的带宽需要。
七、其它
其它还有一些需要关注的技术，如非对称通信模式、多模式技术、高效的无线信道控制和管理技术等等，这里就不一一介绍了。总之，第三代移动通信系统是一个不断演进的系统，各种新技术的发展和应用将推动WCDMA不断向前迈进。追问实在很感谢，不过这些技术基本已经应用了，有没有什么更新一点儿的，还没有投入应用的？
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