摘要:本文阐述了3g技术及特点，并讨论了3g在
三、3g主要技术标准及其在
w-cdma：全称为wideband cdma，也称为cdma direct spread，意为宽频分码多重存取，这是基于gsm网 发展 出来的3g技术规范，是欧洲提出的宽带cdma技术，它与日本提出的宽带cdma技术基本相同，目前正在进一步融合。其支持者主要是以gsm系统为主的欧洲厂商，日本公司也或多或少参与其中，包括欧美的爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电，以及日本的ntt、富士通、夏普等厂商。这套系统能够架设在现有的gsm 网络 上，对于系统提供商而言可以较轻易地过渡，而gsm系统相当普及的亚洲对这套新技术的接受度预料会相当高。因此w-cdma具有先天的市场优势。该标准提出了gsm(2g)-gprs-edge-wcdma(3g)的演进策略。
cdma2000：cdma2000是由窄带cdma(cdma is95)技术发展而来的宽带cdma技术，也称为cdma multi-carrier，cdma2000的研发技术却是目前各标准中进度最快的，许多3g手机已经率先面世。该标准提出了从cdma is95(2g)-cdma20001x-cdma20003x(3g)的演进策略。cdma2000 1x被称为2.5代移动通信技术。WWw.133229.coMcdma2000 3x与cdma2000 1x的主要区别在于应用了多路载波技术，通过采用三载波使带宽提高。前
摘要:本文阐述了3g技术及特点，并讨论了3g在
三、3g主要技术标准及其在
w-cdma：全称为wideband cdma，也称为cdma direct spread，意为宽频分码多重存取，这是基于gsm网 发展 出来的3g技术规范，是欧洲提出的宽带cdma技术，它与日本提出的宽带cdma技术基本相同，目前正在进一步融合。其支持者主要是以gsm系统为主的欧洲厂商，日本公司也或多或少参与其中，包括欧美的爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电，以及日本的ntt、富士通、夏普等厂商。这套系统能够架设在现有的gsm 网络 上，对于系统提供商而言可以较轻易地过渡，而gsm系统相当普及的亚洲对这套新技术的接受度预料会相当高。因此w-cdma具有先天的市场优势。该标准提出了gsm(2g)-gprs-edge-wcdma(3g)的演进策略。
cdma2000：cdma2000是由窄带cdma(cdma is95)技术发展而来的宽带cdma技术，也称为cdma multi-carrier，cdma2000的研发技术却是目前各标准中进度最快的，许多3g手机已经率先面世。该标准提出了从cdma is95(2g)-cdma20001x-cdma20003x(3g)的演进策略。cdma2000 1x被称为2.5代移动通信技术。cdma2000 3x与cdma2000 1x的主要区别在于应用了多路载波技术，通过采用三载波使带宽提高。前
关键词 直放站；CDMA；技术研究
中图分类号TN91 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）34-0165-02
1 概述
直放站属于同频放大设备，是指在无线通信传输过程中起到信号增强的一种无线电发射中转设备。直放站的基本功能就是一个射频信号功率增强器。
科学地应用CDMA直放站，能有效解决网络延伸和覆盖问题，是实现“小容量、大覆盖”目标的必要手段之一。同时，使用CDMA直放站具有投资少、见效快、周期短、安装方便、不容易造成资源浪费等优点，特别在当今资本市场和客户市场双维度的经营环境下，应用直放站来提高CDMA网络覆盖效果不失为中国电信的一种重要选择。
2 直放站的基本概念
CDMA直放站主要由施主天线、重发天线、馈缆系统、直放主机、电源及保护系统以及防雷、避雷系统等部分组成。
根据支持的载频带宽，直放站可以分为选频直放站、宽带直放站。选频直放站放大一个载频的1.25M窄带CDMA信号，而宽带CDMA直放站可以放大多个载频地CDMA信号。
目前得到大规模应用的直放站是无线选频直放站、光纤直放站、无线移频直放站，而微波直放站则较少应用。
3 CDMA直放站采用的关键技术
用于CDMA系统中的直放站产品在设计开发过程中，采用了一系列的关键技术以满足CDMA系统的应用特性：
1）低噪声电路设计技术
采用低噪声设计技术包括低噪声前级放大器和线性功放，主要考虑在较高接收灵敏度的情况下，使得信号具有更好的信噪比。
2）线性功放技术
CDMA系统的调制方式以及频谱的利用率，对功放的线性度也提出了很高的要求，如ACPR、IMD3等指标均与线性功放的性能有关。
3）增益、功率控制技术
为了保证应用的直放站不会影响CDMA系统环路控制的正常工作，直放站本身必须具备增益、功率调整控制技术，这种调整可以是现场的，也可以是远端的。
4）收发双工技术
通过双工器可以使直放站、下行收发天线共用，便于工程施工，减少工程造价。当直放站采用分体机结构时，使用双工器可以更方便的使前后端匹配。
5）滤波技术
CDMA系统上下行频率相隔45MHz，为了避免直放站设备内部形成环路自激，保证设备稳定工作，放大链路需有足够的滤波电路，对于需要严格控制带宽的设备（如选频型），还要采用变频、中频SAW滤波等技术。
6）光传输技术
光纤直放站利用光纤进行信号的传输，需要RF信号与光信号转换单元，以及光波分复用、光耦合及光功率分配等技术。
7）集中控制管理技术
为了便于设备的维护管理，直放站内部应具有较为完善的智能管理单元，以提供远程的遥测、遥控功能，并可定时上传状态信息，故障自动告警等。
8）多频合路、多模兼容技术
在室内分布应用的情况下，要考虑同已经安装的其它室内分布系统的兼容工作，这需要用到多频、多模兼容技术。
4 CDMA直放站工程关键技术
4.1 前期勘测及理论测算
为了最大限度发挥直放站工作效果，在安装前均需进行实地测点，并按照测点的结果对覆盖效果及覆盖面积进行初步估算，测点通常按照以下几个步骤进行：
1）根据覆盖要求确定设备具体安装站址，准备前期的基础工程，如铁塔、机房、供电、接地等；2）确定需要转发的基站载频号，并测试接收点信号场强值；3）根据场强值初步确定使用设备的类型，天线的使用类型，天线的安装高度及位置；4）通过计算预测设备的工作增益、最大输出功率值；5）根据设备的输出功率及重发天线的类型预测设备开通后的覆盖范围及覆盖效果。
4.2 站址选择及定位
如果为了扩大基站覆盖范围，直放站应安装在基站覆盖区边界处。使用路测仪在地面测出的基站信号强度一般为-85dBm~-95dBm，在源天线处测得基站信号强度一般为-75dBm~-85dBm。
直放站距离基站太近（源天线接收信号强），则直放站与基站形成重叠覆盖，移动台信号一路通过直放站延时后到达基站，一路直接到达基站，将会对基站形成多径干扰。所以，尽量减少直放站与基站重叠覆盖的区域面积，以保证对移动通信网的干扰尽可能最小。
由于重发天线是定向角度天线，直放站站址最好选在盲区外，靠近盲区边沿（根据现场条件确定，通常大约50m~200m）如果选在盲区内，则不能达到最佳覆盖效果。
直放站覆盖城市边缘的密集住宅区时，应避免在楼群的正面选点，因为CDMA信号要直接穿透靠前的楼房，才可覆盖到后面的区域，由于信号在穿透过程中衰减很大，信号强度将会很弱。如果从高楼的侧面覆盖，信号可以从楼与楼之间的空隙穿过，并借助反射达到很好的覆盖效果。
4.3 天线安装
因CDMA信号是宽带信号，受多径影响较大，天线位置的选择对直放站的覆盖范围影响很大，除考虑天线隔离度、输入信号电平大小因素之外，还需要考虑直放站输入信号的波形质量。原天线位置不合适，直放站向覆盖区转发恶劣信号，手机用户不可能接入基站。
在实际安装工程中，为增大隔离度，施主天线与重发天线采用背对背安装方式。当安装在铁塔上时，使用铁塔平台对天线进行隔离，当安装在楼房顶时，使用建筑物或增大天线水平距离进行隔离。如果两天线之间有隔离物，如楼顶的水箱、电梯间等，安装时要避免两天线在一侧。如果建筑物为钢筋混凝土结构，施主天线在满足信号接收强度的基础上，应尽量靠近建筑物（通常重发天线可放在建筑物上面，施主天线靠近建筑物侧墙）。如果建筑物为一般砖墙结构，应考虑用建筑物隔离和拉长距离的方法来满足隔离度要求。如塔上平台可做隔离物，天线可分别安装在平台、下塔身处。
5 结论
本文通过对CDMA直放站基本概念介绍、理论研究、工程实施、等几个方面来对CDMA直放站在网络覆盖优化中的技术进行了探析，基本达到了提高项目管理人员和有关从业人员CDMA直放站的理解和项目管理能力的目的。
当然，CDMA直放站无论从技术演进还是工程应用，都需要持续探索和发展，所以我们应在实际工作中注重总结和研究，增强直放站在网络优化中的使用效果，不断提高网络质量。
参考文献
随着3G 牌照的发放，硝烟弥漫的3G 战场上派生出3 大标准。三分天下的格局似乎消弭了所有矛盾。但其实，不管选择哪一种标准，不管使用语音服务，还是数据传输，注定了一切仍与那个被称为CDMA的空中接入方式相互纠缠。
CDMA 的好莱坞式开局
如果不是刻意地关注这项技术的发展历程，很少人会注意到CDMA 的故事根本有一个好莱坞式的开始。事实上，它就发生在好莱坞。
1933 年，女演员海蒂• 拉玛出演了电影史上的第一部“露两点”影片《神魂颠倒》。这部片子让她结识了自己的第一任丈夫，奥地利著名军火商弗里兹。弗里兹是纳粹的坚定支持者，当时正在为德军研制基于无线电通信的“指令式制导”系统，用于精确打击目标，但为了防止无线电指令被敌军窃取，需要开发一系列无线电通信的保密技术。估计与当时的大多数男人一样，弗里兹除了知道拉玛长得很美，除此外对她一无所知。弗里兹不知道，拉玛是一个彻底的反纳粹分子，更没有想到拉玛居然对他所从事的保密通信领域有深刻的了解，甚至在这方面是一个天才。
1938 年3 月，拉玛用麻药将女佣麻倒，自己逃到了伦敦，顺道还带走了关于保密通信技术的相关资料。海蒂• 拉玛回到好莱坞，很快结识了第二任丈夫，音乐家乔治•安塞尔。拉玛向乔治提起一个秘密通讯系统的想法，想要研发出能够抵挡敌军电波干扰或防窃听的军事通讯系统。而乔治所要做的，就是借鉴他所熟悉的自动钢琴, 按照拉玛的想法，最终开发出一个能够自动编译密码的设备模型。乔治很积极地配合她进行这项研究。最终他们完成了这项研究，并且得到美国的专利权。这就是“扩频通讯技术”。拉玛与安塞尔将这项专利送给美国政府。不久，世界听到了从月球传回的宇航员阿姆斯特朗的声音，还有后来美国人骄傲地宣称，这只是“一小步”。
植根于坟场的新接入方式
扩频通讯技术一直被局限在军方发展。直到1985 年，52 岁的美国人艾文• 雅各布在圣地亚哥一个不知名的坟场边租了一间小屋，成立了高通公司。
在创立高通之前，艾文• 雅各布除了本职做教授，还兼职提供有关信息技术的咨询服务。西雅图的休斯公司就曾是艾文• 雅各布的主要客户。高通成立几个月之后，艾文• 雅各布突然想到军用的扩频通讯技术也许能商业化。
作为CDMA 的核心技术――扩频技术并不给每一个通话者分配一个确定的频率，而是让每一个频道使用所能提供的全部频谱，从而增加频谱利用率，对于运营商，可以缩减网络搭建和运营的成本，而用户则可享受优异的话音质量、更高的保密性和更可靠的接通率。
灵光乍现很难，要将这灵光乍现做成实在的产品更难，特别是还有一个强劲的对手GSM 挡在前面。
当时，高通只有CDMA 的想法，没有任何产品，而GSM 标准的制定者诺基亚、爱立信、摩托罗拉三家公司却已经开始提供现成好用的网络和设备，GSM 正奔向整个欧洲，甚至同时还在向亚洲方向全力冲刺。高通想推广CDMA 异常艰难。
1986 年，高通注册了自己的第一个CDMA 专利。很多通讯业内人士认为CDMA 从理论上说确实很好，但实际应用是另外一回事。那个时候，甚至高通二代继承人，现在3G 王国的国王， 保罗• 雅各布的妻子都不看好CDMA 手机：CDMA 的通话质量不好。没有一家移动运营商愿意为CDMA 花钱。高通只能独自研发，独自累积专利，然后自制网络设备和手机终端，独自推广CDMA。
艾文• 雅各布面临巨大压力。“我经常会在凌晨4 点醒来，问自己是否遗漏掉什么要点，疏忽了什么重要关节，我必须坚持下去”。随即，艾文• 雅各布带领公司的一些顶级工程师投入民用CDMA 技术的开发。在高通最困难的时候，这些顶级工程师甚至没法拿工资，艾文•雅各布鼓励大家坚持干下去，如果因为没有工资没饭吃，随时可以去他家吃饭。也许就是因为早期严酷的成长环境，形成了高通后来咄咄逼人的个性。
1988 年10 月，高通公司第一次向公众介绍了CDMA 蜂窝移动通讯概念。随后，艾文• 雅各布又花费了一年时间艰苦地开发出一个样板系统，并于 1989 年在芝加哥召开的电信行业会议上，竭尽全力向人们展示并推介这种技术。11 月，在太平洋电话公司（现沃达丰公司的一部分，当时美国西部最大的运营商）的协助下，高通公司在圣地亚哥成功完成了历史上第一次CDMA呼叫试验。
试验成功，高通并没有因此而放慢脚步，艾文• 雅各布深知，要想让CDMA 成功商业化，尽早成为2G 标准是关键。
作为移动通信的领导者，美国的摩托罗拉自然地垄断了第一代移动通信市场。第一代移动通信是基于模拟信号的，天线技术和模拟信号处理技术的水平决定了产品的好坏。在第二代移动通信刚开始时，松散的欧洲联合起来了，并利用GSM 成功地在第二代移动通信上超越了美国。
GSM 已经提前成为欧洲和美国的2G 标准，电信工业协会认为CDMA 至少在商用成熟度上落后GSM 两年。因为通话质量不佳，厂商和运营商也对CDMA 持怀疑态度，即使CDMA 在技术上的确比GSM 更强，但GSM 已经有成熟的产业链，在短时间内再引入另外一种新的技术标准，基本是不可能。高通必须要用大量的事实去说服标准制定机构，让他们相信CDMA 技术要大大优于GSM。在此间的几年中，高通都是在各种方式的演示和说服中渡过。
终于，1995 年，CDMA 被指定为第二代移动通信标准之一，并在香港建立第一张CDMA 网，从此一发不可收拾。CDMA 在韩国、日本、印度、中国等市场蓬勃发展，并造就了KDDI、SKT、三星、LG 等一批新型全球领先运营商和厂商。
高通威胁力
6 年前，人们还预测2008 年全球GSM 用户会达到10 亿，但这个数字2004 年就实现了。眉开眼笑的GSM 运营商接着把目标定在了2010年实现20 亿，并且相信这20 亿中的相当部分会顺利保持到3G 时代。然而，未来这20 亿用户在3G 时代所使用的技术，都是基于CDMA。
在2G 时代还处于弱势的高通，一下就成为3G 的“税务官”。这个税务官很强势，在通向3G 的每个路口都安置了收费站。诺基亚、爱立信等公司研发的3G技术标准WCDMA 非常不希望和CDMA 沾上边，但面对高通的入侵，却万般无奈。因为高通拥有WCDMA 标准中30% 的核心专利，世界上每卖出一台WCDMA 手机或网络设备，都需要用到高通的专利。
申请专利的目的一般有两种，第一种是保证自己不被别人告侵权，即防御性的。第二种是进攻性的，一个公司申请一些可能以后有用的但是自己未必使用的专利，专门来告别人侵权。高通的专利很多是后一种。高通公司有一面厚厚的专利墙，里面镶嵌着3000 多项CDMA 核心技术专利。为保护专利墙上的能带来巨大利润的专利，高通有一支庞大的知识产权方面的律师队伍，专门去告那些可能侵犯高通专利的公司，例如诺基亚、爱立信、摩托罗拉。每年高通从专利费挣来的钱是数十亿美元。这显然是一个非常赚钱的买卖。
高通公司的专利费极其昂贵，平均每一部手机4 到8 美元，超过一部手机所有芯片能带来的利润。诺基亚实在不愿意向高通缴纳那么多钱， 它不认为高通在WCDMA中做出了多大的贡献。于是，诺基亚联合了高通的竞争对手博通挑战高通。高通则威胁诺基亚不再做 WCDMA 的芯片，这样它将以WCDMA 专利的净拥有者身份阻止诺基亚进入 3G 市场。诺基亚不得不低头。2008 年7 月15 日，两家公司和解，诺基亚乖乖地拿出25 亿美元的专利费。
当然， 中国自主知识产权的TD-SCDMA 的情况也好不到哪里去。早在2003 年，高通公司就宣布拥有TD-SCDMA 的核心专利。高通公司首席律师、高级副总裁罗帑平态度十分强硬――如果任何公司在没有缴纳专利费的情况下推出这一产品，他们将为此进行抗争。
作为在TD-SCDMA 上地位举足轻重的大唐，一直不承认使用过高通的技术。早在CDMA 进入中国前，时任邮电部科技司司长的周寰就对高通高额的专利费很有看法。后来， 周寰担任大唐总裁，TDSCDMA就进入了全力研发。但TD-SCDMA 真能绕过高通吗？
这实在很难说清楚。这好比一座建筑，第一层是完全由高通的CDMA 建造，其他看房者都看上这座建筑，希望修个二层三层。于是，以诺基亚为首的WCDMA 占据了二层，中国的TD-SCDMA 住进了三层，但高通拥有几乎所有房间的钥匙，而且这些房间尽是财务重地。高通可以随便进入二层、三层的财务重地，拿取它需要的金钱。无论这座大楼建多少层，无论所处的楼层和一层的高通距离多远，都很难不让拥有房间钥匙的高通不进房，不收取房租。
在成立20 多年后，艾文• 雅各布创立的高通公司在通信领域独占了超过3000 多项重要专利，90%的通信芯片都由它提供，顺理成章坐拥了广阔的专利领土，让你怎么也绕不过去。
除此以外，借助CDMA 技术，高通顺利成为了无线移动通信规则的制定者和解释者，市场不可逆转地向着有利于高通的方向发展。靠着制定和解释规则，在很短的时间里高通占领了无线移动通信领域在全世界的大部分市场。可以毫不夸张的说，高通的气场已经影响到整个通信业。
闪开，CDMA!
显然，没有一家厂商希望看到这样的结果，于是“3G 只是一个过客，4G 就要到来，LTE 即将登场”的提法出台了。作为一个准4G 技术的研发阵营，LTE 阵营一边希望绕过高通的主要技术，削弱高通的主要地位，一边联合起来高喊让高通闪开。在LTE 正式到来前，联盟确实起到一定效果。
2006 年6 月23 日， 韩国的Thin Multimedia 科技公司向韩国公平贸易委员会递交一份诉状，指责美国高通公司滥用其市场优势地位，给业界造成不公平竞争格局。在韩国遭遇后，高通紧接着在印度市场上也遭遇两家CDMA 运营商的联手对抗。作为印度最大的CDMA 运营商，Reliance 通讯拥有2100 万CDMA 用户，约占全球CDMA 用户总数的8%，强烈要求高通将其在印度的专利收费标准降低一些， 否则转投WCDMA 的怀抱。CDMA2000 普及率最高的韩国，也正逐步摆脱高通。2005 年之前，高通主导的CDMA2000 以两倍于WCDMA 的速度发展， 而2007 年1 月，WCDMA 商用网络数量则超过CDMA2000。高通研发的4G 标准UMB，至今没有任何一家运营商表示测试该项技术。事实上，UMB的市场需求几乎为零。高通公司于2008 年11 月24 日宣布放弃继续研发UMB 演进标准。
关键词:多输入多输出;正交频分复用;单载波频域均衡;码分多址接入
中图分类号:TN914 文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)05-005-04
Research on OFDM and SC-FDE Systems with MIMO and CDMA
CUI Ling,CAO Yan
(School of Electronic and Information Engineering,South China University of Technology,Guangzhou,510640,China)
Abstract:Aimming at disadvantages of Orthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM),combining OFDM technology and Single Carrier-Frequency Domain Equalization (SC-FDE) technology with Code Division Multiple Access (CDMA) technology,and based on high frequency communication of Multiple Input Multiple Output (MIMO) architecture,architectures of the two baseband systems are studied.The frequency domain channel equalization and its coefficients are analyzed.The simulation results show that the MIMO-SC-FDE-CDMA systems have better performance.
Keywords:multiple input multiple output;orthogonal frequency division multiplexing;single carrier-frequency domain equalization;SC-FDE;code division multiple access
0 引 言
在新一代移动通信的核心技术中,MIMO技术已成为当前的研究热点,该技术正在渗透到每一种无线技术标准,包括3G蜂窝网络、WLAN,WiBro,WIMAX,802.20和4G蜂窝网络。MIMO技术是利用多个接收和发送天线构成的多输入多输出信道多样性来提升信道容量,提高传输效率的一种技术。OFDM被认为是第四代移动通信中的核心技术,它通过将频率选择性多径衰落信道在频域内转换为多个平坦信道,能够在提高频谱效率的同时,降低系统在多径环境下的接收机复杂度。在多用户系统中,OFDM技术需要和其他多址技术结合,以实现多用户复用;多载波技术和CDMA的结合,融合了两者的优势,具有高频谱效率,抗干扰能力强,适合高速数据传输等优点,被认为是一种极具竞争力的多用户系统技术框架,多载波CDMA技术将成为新一代移动通信系统的关键技术。最引人瞩目的是将MIMO技术与OFDM,CDMA技术的结合。因为4G需要高的频谱利用技术和高速传输系统,为了更进一步提高系统传输速率,使用OFDM技术的无线通信网就必须增加载波的数量,而这种方法会增加系统的复杂性,并增大系统的占用带宽。MIMO多天线技术能在不增加带宽的情况下,在每一个窄带平坦子信道上获得更大的信道容量,可以成倍提高通信系统的容量和频谱效率,是一种利用空间资源换取频谱资源的技术。所以,有必要将MIMO技术与OFDM,CDMA技术结合起来进行传输利用。SC-FDE和OFDM均是IEEE 802.16标准制定的2~11 GHz频带的空中接口标准物理层关键技术。SC-FDE和OFDM相比,两者在原理和实现结构上都有很多相似之处,具有相同的复杂度和近似的性能,但SC-FDE克服了OFDM系统存在对定时误差、频偏敏感以及高峰均功率比等的不足,目前,MIMO技术与SC-FDE,CDMA技术结合的研究还不多,大多集中在其中两种技术相结合方面,使CDMA技术没有得到充分的利用。Myung H G等研究了SC-FDE与FDMA相结合的SC-FDMA技术[5]。Sonu Punnoose研究了MIMO上行链路SC-CDMA的信道盲检测算法,但未和MIMO技术与OFDM、CDMA技术结合的系统性能进行比较。
针对这一不足,本文对基于MIMO通信的OFDM/SC-FDE码分多址接入技术进行了研究。其中,MIMO采用贝尔实验室的垂直空时分层结构(V-BLAST),以实现空间复用,提高传输速率。文中首先对MIMO-OFDM-CDMA技术相结合与MIMO-SC-FDE-CDMA技术相结合的基带系统结构进行了讨论,分析其各自优缺点,然后对两种系统进行仿真,并得出性能比较结果。
1 基于MIMO的MC-CDMA基带系统结构
1.1 发送端模型
发送端的OFDM与CDMA技术结合,采用频域扩频的多载波CDMA(MC-CDMA)。一个具有Nt根发射天线,Nr根接收天线,扩频增益为N的沃尔什码扩频,任一用户K(设用户总数为U)的发送端模型如图1所示。各天线之间相互独立,用户K的数据经过V-BLAST编码后被分为Nt组数据流,每组数据中的s个符号经过串并变换后,用扩频增益为G的沃尔什码扩频,映射到s•N=Nc个正交的子载波上,通过IFFT处理后变换到时域,添加循环前缀(CP),并串变换后通过Nt根天线同时发送出去。不同的用户采用不同的扩频码和相同的Nc个子载波。
图1 MIMO-MC-CDMA发射端模型
1.2 接收端模型
接收端模型如图2所示,对Nr根接收天线接收到的信号首先进行串并变换,移除CP,FFT处理后变换到频域,进行信道均衡,再经过解扩处理和V-BLAST译码后,得到用户K数据。
虽然MC-CDMA技术具有高频谱效率、抗干扰能力强,适合高速数据传输等优点,但MC-CDMA系统在经过频域选择性衰落信道的过程中,子载波可能有不同的幅度和不同的相移,因而可能导致用户间正交性的破坏,用户之间不能严格同步,存在码间干扰,系统峰均功率比较大,对发射机射频功放的线性度提出了很高的要求,同时也导致了发射机的功率效率降低。针对这些缺点,采用与OFDM技术有近似性能的SC-FDE技术,以取代OFDM在上述系统中的相应位置,即组成基于MIMO的SC-FDE-CDMA基带系统。
图2 MIMO-MC-CDMA接收端模型
2 基于MIMO的SC-FDE-CDMA基带系统结构
2.1 发射端模型
一个具有Nt根发射天线,Nr根接收天线,扩频增益为N的沃尔什码扩频,任一用户K(设用户总数为U)的发送端模型如图3所示。用户K的数据经过V-BLAST编码后被分为Nt组数据流,每组数据中的s个符号经过串并变换后用扩频增益为N的沃尔什码扩频,映射到s•N=Nc个符号上,通过添加循环前缀(CP),并串变换后,再通过Nt根天线同时发送出去。不同的用户采用不同的扩频码和相同的Nc个符号。
图3 MIMO-SC-FDE-CDMA发射端模型
2.2 接收端模型
接收端模型如图4所示。对Nr根接收天线接收到的信号,首先进行串并变换,移除CP,FFT处理后变换到频域,进行信道均衡,再经过IFFT变换到时域,解扩处理和V-BLAST译码后,得到用户K数据。
可以看出,SC-FDE和OFDM具有相同的复杂度,通过频域信道均衡,也具有抗频率选择性多径衰落的能力,不但克服了OFDM系统存在对定时误差、频偏敏感以及高峰均功率比等的不足,而且SC-FDE-CDMA系统同样可以提高频谱利用率,改善系统性能。
图4 MIMO-SC-FDE-CDMA接收端模型
3 频域信道均衡算法
频域均衡可以采用多种均衡设计方案,这里采用迫零(ZF)均衡及最小均方误差(MMSE)均衡两种线性均衡方法进行比较。在上述两种系统的多天线发射端:
第i根发射天线发送的时域数据块(已经去除循环前缀) 可表示为:
si=T,
i=1,2,…,Nt
式中:Nc为每次处理数据块的大小,也即进行快速傅里叶变换的阶数。si所对应的频域数据块为:
Si=T,
i=1,2,…,Nt
(2)
在接收端,第k根接收天线接收的时域数据块可表示为:
rk=T,
k=1,2,…,Nr
(3)
rk所对应的频域数据块为:
Rk=T,
k=1,2,…,Nr
(4)
上述两种系统中,每个频点对应的数值都有如下关系:
Rk(m)=∑Nti=1Hk,i(m)Si(m)+Nk(m),
m=1,2,…,Nc
(5)
式中:Hk,i(m)表示从第i根发射天线到第k根接收天线的信道在第m个频点的频域响应;Nk(m)为第k根接收天线的噪声在第m个频点的频率响应。将式(5)写成矩阵形式:
R(m)=H(m)S(m)+N(m)
(6)
R1(m)R2(m)RNr(m)〗=
H1,1(m)H1,2(m)…H1,Nt(m)
H2,1(m)H2,2(m)…H2,Nt(m)
螃螵鳓
HNr,1(m)HNr,2(m)…HNr,Nt(m)
〗•
S1(m)S2(m)SNt(m)〗+
N1(m)N2(m)NNt(m)〗
m=1,2,…,Nc
(7)
设通过信道频域均衡后的数据矢量为:
Z(m)=W(m)R(m)=W(m)H(m)S(m)+(m)
(8)
式中:W(m)为第m个频点上的均衡因子;W(m)的第i行对应的是第i根发射天线在第m个频点的频域均衡系数,(m)=W(m)N(m)为噪声项,则根据迫零(ZF)准则有:
WZF(m)=H(m)-1
(9)
根据最小均方误差(MMSE)准则有:
WMMSE(m)=H(m)HH(m)+1SNR(m)-1H(m)H
(10)
式中:SNR(m)为信噪比。
如果使用ZF均衡,信道深衰点带来子信道的噪声放大都会给系统带来很大的损失。利用MMSE均衡可以保证深衰点不会放大噪声,保证子信道上符号的检测不受放大噪声的影响,采用MMSE均衡优于ZF均衡。这种优势在信道存在深衰点的情况下十分明显。
4 性能仿真
IEEE 802.16建议6种SUI多径信道,在这里选取中等路径衰落的SUI-3信道,设最短路径延迟时间为0 s,各条路径的相对延迟时间为0 μs,0.4 μs,0.9 μs,归一化幅度衰减分别为0 dB,-5 dB,-10 dB,MIMO天线采用2发2收结构,信源采用QPSK调制,FFT运算长度为256,CP的长度为32,扩频码长为16,假设接收端可以理想地知道收发天线间的信道响应。图5给出单用户情况下,MIMO-MC-CDMA基带系统及MIMO-SC-FDE-CDMA基带系统分别采用ZF和MMSE两种均衡方法的性能比较。从图中可以看出,MIMO-SC-FDE-CDMA系统性能比MIMO-MC-CDMA系统性能优越,随着信噪比(SNR)的增大,这种差距越来越大,说明此时MIMO-MC-CDMA系统的误码率(BER)较大地由各子载波频偏引起,同时与采用ZF均衡相比,采用MMSE均衡对系统性能有更大的改善,验证了之前的结论。图6给出两种系统均采用MMSE均衡的条件下,用户总数U分别为1,2,4时对系统性能的影响。可以看出,即随着用户的增多,用户之间的干扰对BER的影响在增大,但MIMO-SC-FDE-CDMA系统性能仍然较MIMO-MC-CDMA系统性能优越。
图5 单用户性能仿真
图6 多用户性能仿真
5 结 语
综上所述,与MC-CDMA相比,SC-FDE-CDMA系统能够更有效地降低用户间干扰,提高系统性能,同时结合MIMO技术增大信道容量,提高传输效率,在未来高速无线通信中,基于MIMO通信的SC-FDE码分多址技术有着良好的应用前景。
参 考 文 献
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【关键词】电网；调度业务；电力载波通信；PLC；通信方式
【中图分类号】TN914
【文献标识码】A
【文章编号】1672—5158（2012）10-0098-01
1 引言
电力通信网对通信的可靠性保护控制信息传送的快速性和准确性具有极高的要求。电力载波通信（PLC）一直是电力通信的主要通信方式，它是利用电力线作为介质传输信号的一种通信手段。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。高速电力线通信采用单载波类、正交频分复用（OFDM）和扩展频谱类（主要应用CDMA）三类调制技术。下面主要对OFDM与CDMA做比较，并得出结合二者的MC-CDMA技术。
2 正交频分复用（OFDM）在PLC中的应用
正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技术由于其低成本、性能高，依然是现今广泛使用的一种调制方式，应用在电力线载波通信上，使电力线上的高速数据通信成为可能。如何根据电力线介质高频段采用合适的调制技术及相应的编码、均衡、同步及自适应技术在合适的频带上实现告诉电力线通信是非常重要的。OFDM利用IDFT（离散傅里叶逆变换）和DFT（离散傅里叶变换）或者WFT和FFT基带调制实现正交频分复用发送与接收，可以方便地使用数字信号处理器来时实现，采用保护间隔和循环缀来抗多径，从而有效地降低ISI（码间干扰）和ICI（信道间干扰）。OFDM将高速行数据流转化为低速并行数据流，再将这些并行数据调制在相互正交的子载波上，实现并行数据传输。虽然每个子载波的信号传输速率并不高，但是所有字信道合在一起可以获得很高的传输速率。OFDM系统可以通过使用不同数量的子信道实现上下行链路中不同传输速率，最大限度地利用频谱资源，可与多种接入方法结合使用，构成OFDMA系统，其中调频OFDM、多载波码分多址MC-CDMA、OFDM-TDMA等，使得多个用户可以同事利用OFDM技术进行信息的传输。但OFDM与单载波系统相比，频率偏差容易对其产生影响，存在较高的峰值平均功率比。
3 扩频通信（CDMA为主）在PLC中应用
CDMLA为除了OFMA技术的另外一种宽带电力线通信的实现方法。传输速率一定的条件下，增加频带宽度可降低传输信号的噪声比，可增加系统的抗干扰能力。在PLC中，chirp扩频稍有应用，但主要还是CDMA技术，原理为伪随机码在发端进行扩频，在收端用想相同的码序列进行解扩，再将展宽的扩频信号还原成原始信息。CDMA保密性好，具有多址能力，易于实现码分多址，有抗衰落、抗多径干扰的能力。应用直接序列码分多址（DS-CDMA）技术，对各种频率选择性干扰、白噪声以及窄带干扰等都有较好的抑制能力。基于PN码及正交可变扩展系数（OVSF），各数据流经窜并转换为平行的子数据流，再乘上各自独立的OVSF码实现子数据流相互之间的正交化，然后所有子通道数据流叠加到一起并插入一个PN码用于保护它们免受多径干扰及其它用户的可能影响，接着调制后通过传输通道发送出去。两种编码的结合，有助于获得好的正交特性，可降低多址接入的影响。最后分离多径接收端对多径信号进行相关解调。
4 MC-CDMA技术在PLC中的应用
4.1 OFDM与CDMA比较
选择OFDM或CDMA，一般从系统容量、支持高速率多媒体服务、抗多径信道干扰、频谱利用率等因素考虑。
4.1.1 峰均功率比（PAPR）
PAPR过高会使得发送端对功率放大器的线性要求很高，这就意味着要提供额外功率和扩大设备的尺寸，进而增加设备的成本。OFDM对非线性非常敏感，还需结合其他技术来降低PAPR。而CDMA系统自身就有很多技术可降低PAPR。
4.1.2 调制技术
OFDM系统无论上下行链路都易于同时容纳多种混合调制方式，每条链路都可以独立调制，增加系统的灵活性。信道好的情况下，终端可采用较高阶的如64QAM调制以获得最大频谱效率，信道条件变差时可以选择QPSK（四相移相键控）调制等低阶调制来确保信噪比。这样，系统就可以在频谱利用率和误码率之间取得最佳平衡。若信道问的干扰限制某条特定链路的调制方式，亦能通过无线资源管理和网络频率规划等手段来解决。CDMA上行线路不支持多种调制，下行线路虽支持，但规定符号调制方式需相同，而且在非正交的链路中，采用低阶调制的用户将受高阶调制用户的噪声干扰。误码率和频谱效率之间获得最佳平衡是判断一个通信系统优良的重要标准。
4.1.3 抗窄带干扰能力
OFDM与CDMA中窄带干扰都只影响其频段的小部分，自身技术均能解决。
4.1.4 抗多径干扰能力
多径传播效应造成接收信号相互重叠，产生信号波形问的相互干扰，使接收端判断错误。这会严重地影响信号传输的质量。OFDM通过窜并变换待发送的信息码，降低速率，以增大码元周期来削弱多径干扰的影响。同时使用循环前缀（CP）作作为保护间隔，大减少甚至消除了码问干扰，但CP越长，能量损失越大。CDMA接收机采用RAKE分集接收技术，使多路信号能量区分和绑定。但当路径条数达到一定值，信道估计精确度将降低，RAKE的接受性能将快速下降。
4.2 MC-CDMA技术
为使PLC得到更好的性能，研究发现，多载波码分多址（MC-CDMA）能把OFDM和CDMA技术结合起来。多载波CDMA方案可分为时域扩频和频域扩频，二者分别用给定的扩频序列对串并变换后的数据流与原始数据流作处理。频域扩频用扩频序列中对应的每个码片将数据调制到不同的子载波上，MC-CDMA技术正是这种方式实现的。MC-CDMA的每个数据符号的扩频在频域中完成，接收机在频域上能充分聚集信号的能量，从而做出最佳判决，具有最佳的频谱分布，抗干扰能力强，而且，频域内有一定的自由度，每个用户的处理增益可随通信网络的要求进行及时修正，同时接收端的解扩合并技术和OFDM的频域均衡技术结合，实现的复杂度较低，这些优点使得我们更倾向于选择MC-CDMA技术作为电力线载波中的应用技术。可以把MC-CDMA看作一种OFDM技术，只是在形成OFDM信号前，先将用户的信息和扩频码矩阵相乘。MC-CDMA方案保留了OFDM和CDMA各自的特点。
5 结论
电力载波通信技术是电力系统的基础建设，是确保电网安全、优质、经济运行，实现调度自动化和管理现代化的重要方式之一。电力载波通信技术的运用及发展，将充分受益于我国智能电网的建设。
参考文献
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本文介绍了第三代移动通信系统的研究现状，分析和比较了分别以日本、美国和欧洲为主提出的W-CDMA、CdmaOne和TD-CDMA系统的技术特点，最后探讨了第三代移动通信系统的发展趋势。
关键词 第三代移动通信系统 码分多址 IMT-2000
1 引言
第三代移动通信系统是指能够满足国际电联提出的IMT-2000/FPLMTS系统要求的新一代移动通信系统。国际电联于1995年提出了IMT-2000/FPLMTS的评估标准，对未来蜂窝移动通信系统提出了较详细的要求。
IMT- 2000系统的基本特征有以下几点：
球范围设计的高度兼容性；
MT- 2000中的业务与固定网络的业务兼容；
质量；
机体积很小，具有全球漫游能力；
用的频谱为
885 MHz～2025 MHz，2110 MHz～2200 MHz（共230 MHz）
1980 MHz～2010 MHz，2170 MHz～2200 MHz（限于卫星使用）
动终端可以连接地面网和卫星网，可移动使用也可固定使用；
线接口的类型应尽可能得少，而且具有高度的兼容性。
从而可以看出未来的第三代移动通信系统要具有很好的网络兼容性，用户终端可在全球范围内几个不同的系统间实现漫游，不仅要为移动用户提供话音及低速数据业务，而且要提供广泛的多媒体业务，这就对无线接口提出了较高的要求。ITU已对IMT-2000的测试环境提出了具体要求，给出了表征 IMT-2000系统的最低限度的参数，包括：支持的数据率范围，误码率要求，单向的时延要求，激活因子和业务量模型。
根据ITU的要求，目前各大电信公司联盟均已提出了自己的第三代移动通信系统方案，主要以日本DoCoMo公司为首提出的W-CDMA；美国Lucent、Motorola等公司提出的CdmaOne；欧洲西门子、阿尔卡特等公司提出的TD-CDMA。总体来说，在第三代移动通信系统中采用CDMA技术已达成共识，但各自实现方案还有较大差别，下面分别介绍并比较。
2 三种方案的特点
（1） W-CDMA系统
由于欧洲的GSM系统已经在数字移动通信市场中占据了很大的份额，美国的窄带CDMA系统（IS-95）也正在迅速赶上来，而日本的第二代数字移动通信系统PDC仅限于国内使用，无法推广到其它国家，所以日本很早就开始从事第三代移动通信系统的开发工作，分别提出了基于TDMA（时分多址）和基于CDMA（码分多址）的第三代移动通信系统，希望在未来的市场中占据有利地位，尤其以DoCoMo公司（NTT）的W-CDMA系统最有竞争力，目前DoCoMo公司正在同爱立信、Motorola、Lucent，以及其它厂家合作，努力完善系统，争取在 1998年完成样机，1999年进行商业试验。
W- CDMA系统无线接口的基本参数为
扩频方式：可变扩频比（4～256）的直接扩频；
载波扩频速率：4．096 Mchip/s；
每载波带宽：5 MHz（可扩展为10 MHz/20 MHz）；
载波速率：16 kbit/s～256 kbit/s
帧长度：10 ms；
时隙长度（功率控制组）：0．625 ms；
调制方式：QPSK
功率控制：开环＋自适应闭环方式（功控速率1．6 kbit/s）
W- CDMA系统中采用导频符号相干RAKE接收机技术，解决了反向信道的容量限制问题，每个无线帧长度为10 ms，分成16个时隙（time slot），每个时隙长度为0．625 ms，在每个时隙的前部插入全“1”或全“0”的导频符号进行信道参数估计，这种方法在其它系统的调制中也有采用的，但W-CDMA系统将从导频符号得到的衰落信道的振幅和相位信息，作为RAKE接收机最大比值合并的加权系数，取得了很好的效果。
与IS- 95不同，W-CDMA系统不采用GPS精确定时方式，不同基站间不采用精确定时，优点是摆脱了美国GPS系统的控制，可采用较为自由的信道管理方式。缺点是需要快速实现小区搜索。
自适应阵列天线技术可以增加系统容量，而干扰消除技术可以减少高速率用户对系统造成的干扰。虽然这两种技术在实际应用中还有许多问题尚未解决，但日本正努力在W-CDMA系统中采用这两项技术。自适应阵列天线技术已经有很多文章论述过，这里不再介绍。干扰消除技术实际上是多用户检测技术的一种实现方式。采用2～3级干扰消除器，容量可增加30％。
另外，W- CDMA系统采用了精确的功率控制，即采用基于SIR（信噪比）的开环＋闭环的功率控制方式，在业务信道帧中插入功率控制比特，插入速率1．6 kbit/s，比IS-95的功控速率增加一倍，可以跟踪一般的快衰落过程。
（2） CdmaOne系统
CdmaOne是Lucent、 Motorola、Nortel、Qualcomm和三星联合提出的第三代移动通信系统方案，是从IS-95和IS-41的标准发展而来，因此它与AMPS、DAMPS和IS-95均有较好的兼容性。同时，又由于它采用了一些新技术，使其能完全满足第三代移动通信系统即IMT-2000/FPLMTS的要求，其无线接口参数如下：
载波带宽：5 MHz（可扩展为10/20 MHz）
扩频方式：采取直接扩频或多载波扩频；
扩频速率：3．6864 Mchip/s；
扩频码长度：可根据无线环境和数据速率而变化；
帧长度：20 ms；
时隙长度（功率控制组）：1．25 ms；
调制方式：下行QPSK，上行BPSK；
功率控制：开环＋闭环方式（功控速率800 bit/s）。
CdmaOne扇区内采用连续导频信道广播，能提供独立于传输速率的功控、定时和相位纠正，能以较小的复杂度提供基站的快速捕获和邻近基站的快速搜索。与IS-95相同的短码结构加上Walsh函数使信道之间正交，高速（800 bit/s）前向链路功控使前向链路平均发射功率最小化。
调制方式采取多载波方式和直扩方式。这两种方式有相同的信息传送率和实现复杂度。多载波CDMA链路在5 MHz带宽内有3个1．25 MHz CDMA载波，10 MHz带宽则有10个1．25 MHz载波。多载波CDMA前向链路信号与IS-95前向链路信号正交，编码后的信息符号同时在多个CDMA载波上传送，由此带来的频域分集等效于将信号扩展到整个带宽。导频信号在IS-95与多载波业务信道重叠时可以共享，在相同的频段允许前向链路容量在IS-95和宽带用户之间动态共享，继续支持低成本/低功耗的IS-95手机用于话音和低速数据业务。
直接扩频链路扩频速率为3．6864 Mchip/s，采用256位的Walsh码。Walsh码的长度可根据无线环境和数据速率而变化，在信道速率为9．6 kbit/s或者14．4 kbit/s时采用256位Walsh码；快速移动的用户可限制Walsh码长大于等于16位；用户在无线信道情况较好时，可采用 4位的Walsh码以实现最高的数据速率。
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（3） TD-CDMA
UMTS是ETSI针对第三代移动通信系统IMT-2000提出的解决方案，目前又分为 2个子方案即由德国的kaiserslautern大学、西门子公司、阿尔卡特公司提出并得到GSM网络运营者支持的TD-CDMA系统和由NTT DoCoMo、爱立信公司、诺基亚公司提出的W-CDMA系统。
TD- CDMA可以单独运营以满足ETSI/UMTS和ITU/IMT- 2000的要求也可双模工作向后兼容GSM900和DCS1800，使第二代GSM900、DCS1800系统可以平滑过渡至IMT-2000，从而可以利用现有的GSM网络设备，节约了投资，其无线接口参数如下：
每载波带宽：1．6 MHz；
每载波时隙数：8 slot；
帧长度：4．615 ms；
时隙长度：577 μs；
单位时隙信道数：8个；
单位时隙传信率：8/16 kbit/s；
特征码扩频码长度：16 bit；
单位载波信道数：64个。
从TD- CDMA的接入方式可以看出其兼有TDMA和CDMA的特点，是以 TDMA为基本框架在每个时隙传送具有正交特征码的多用户信号，好处是能利用TDMA、CDMA的优点并克服各自的缺点且与GSM有较好的兼容性。TDMA的优势是已经通过了大量用户的试验和有全球最大的用户数；而CDMA的优势是可灵活提供可变速率业务和多径分集能力。单位载波信道数的增加所带来的好处是对于同样的小区用户数而言，收发信机个数降低，最多可达8倍，从而可降低基站设备的投资。
TD- CDMA中的扩频调制不同于DS- CDMA，它具有很强的适应性，既可适应于GSM中所采用的QPSK/GMSK方式，又可适应于多载波CDMA和脉冲压缩（Pulse Compression） CDMA，从而确保了对GSM系统的兼容性和对新技术的开放性。
由于TD- CDMA系统接入方式的特殊性，从时域上已大幅度降低了多址干扰，加上小区复用系数为 3，又从空间上隔离了部分多址干扰，仅考虑上述2项就比直扩CDMA要优越。另外，由于TD-CDMA用户数少，每时隙最多为8个信道，共有16个特征码字表示的信道，多用户信号是同步的，从而决定了联合检测（即多用户检测）容易实现，且可进行最大似然检测以达到多用户检测的性能极限，大大降低了多址干扰。而在直扩CDMA中（如IS-95），由于反向信道异步和用户数多的特点使得多用户检测难以实现。
3 三种方案的性能比较
这三种方案都是根据ITU的IMT-2000系统框架要求，结合原有的系统及近几年移动通信领域的新技术，能够在2000年左右推出商用的移动多媒体通信系统。下面我们从几方面比较一下这三种方案。
（1） 利用CDMA技术的程度
CDMA技术主要有以下几个优点：小区复用系数为1，利用多径能力，可变扩频增益，多用户检测，软切换，软容量。TD-CDMA、W-CDMA、CdmaOne对CDMA技术的利用程度各不相同，如表1所示。总的来说，TD-CDMA较差，这是因为TD-CDMA系统要与GSM系统兼容，小区复用系数为3，降低了频谱利用率，并且因为扩频带宽只有1．6 MHz，所以并不能充分利用多径，降低了系统效率，并且软切换和软容量能力实现起来很困难，但因为每个时隙内最多只有8个用户，所以采用联合检测相对来说要容易一些，对干扰抵消能力强。
表1 三种方案的比较 W- CDMA CdmaOne TD-CDMA 小区复用系数 1 1 3 利用多径能力 好 好 差 软切换 好 好 困难 扩频增益 4～256 4～256 16 多用户检测 困难 困难 容易 软容量 可以实现 可以实现 无法实现 （2） 同步方式，功率控制和支持高速业务能力
目前商用的CDMA系统（IS-95），采用64位Walsh正交扩频码序列，反向信道采取非相干接收方式，成为限制系统容量的主要问题，所以在第三代系统中反向链路普遍采用相干接收方式。W-CDMA系统采用内插导频符号辅助相干接收技术，两者具体性能目前还较难比较，涉及到接收机的结构及实际环境限制，但前者在车辆移动速度较快时，会跟踪不上快衰落变化，性能恶化。另外，CdmaOne系统需要GPS精确定时，小区间要保持同步，对定时系统要求较高；而W-CDMA和TD-CDMA系统则不需要小区间的同步，可适应环境的变化，可在室外、室内、甚至地铁中使用。TD-CDMA系统继承了GSM900和DCS1800正反向信息同步的特点，从而克服了反向信道限制容量的瓶颈效应，而同步意味着正反向信道均可采用正交码，从而克服了远近效应，降低了对功率控制的要求。
CdmaOne系统采用与IS-95系统相同的开环加闭环功率控制方式，功控速率为800 bit/s，W-CDMA系统采用开环加自适应闭环功控方式，功控速率增加到1600 bit/s，效果有较大提高，可以抵消一般快衰落的影响。TD-CDMA采用了联合检测进一步消除了多用户干扰，使得上行链路用户之间功率相差很大时仍能有效地解调信息即克服了远近效应，带来的好处是为了克服瑞利衰落（快衰落）的快速功率控制不是必须的，而消除对数正态衰落（慢衰落）的慢速功率控制仍有必要，其目的是为了节约功率、延长移动台的电池使用寿命和提高业务质量。由于对抗快衰落的能力较强，TD-CDMA可以支持高达每小时500 km的移动体的通信，这在现代移动通信中是至关重要的。而直扩 CDMA对于高速移动通信的支持能力较差。
W-CDMA系统在5 MHz带宽中可提供16 kbit/s、32 kbit/s、64 kbit/s、128 kbit/s等多个传输速率。当信息速率超过128 kbit/s时，W-CDMA系统可分配多个码分信道给用户进行复用，采用并行传送方式可提供384 kbit/s（128 kbit/s×3），并且可容易地实现室内2 Mbit/s的信息传送。CdmaOne系统可通过多载波传送或复用码信道，实现较高速率的信息传送。 TD-CDMA提供综合业务是通过无线电资源的复用，可采用在每个时隙内的多码传输和时隙合并方式，为了达到2 Mbit/s的峰值速率需采用16进制的QAM调制方式，当移动台的传信率较高时需要较高的发射功率，又因为采用与GSM系统相同的TDMA时隙分配方式，所以无法充分利用系统资源，造成浪费。
（3） 与已有系统的兼容性
CdmaOne系统将IS-95从一个话音、低速数据系统改进为一个无线多媒体系统，使之能提供基本满足IMT-2000要求的容量和服务，优化了话音和数据业务，能支持高速率的电路和分组业务，提供平滑地向后兼容性（与 IS-95），其网络结构和软件均从IS-95系统发展而来，N× 1．25 MHz信道带宽与IS-95已经使用的频带兼容。TD-CDMA系统与GSM有相同的帧长度和时隙长度，将GSM或DCS1800的网络作相应扩充，即可实现与TD-CDMA系统的兼容，在与公网的接口上则向ATM过渡，提高了市场竞争能力。W-CDMA系统，与第二代及在第二代基础上开发的PCS及PCN系统不兼容，需要单独的基站和移动台子系统，需要全面安装系统设备，所以初期投资要大一些。
4 未来的发展趋势
ITU为 IMT-2000/FPLMTS系统提出的时间表是：1998年底完成无线传输技术的选择，1999年完成标准的制定，2000年以后开始商用。现在以日本、欧洲和美国电信公司为主的联盟已分别提出了各自的第三代移动通信系统，决定最终结果的不仅是技术的先进，还有成本、系统的复杂性和市场需求，具体如下：（1） 市场需求。IMT-2000商用系统将在2000年左右推出，会在以后十年内逐渐占领市场，所以要研究今后几年人们对移动通信业务需求，IMT- 2000应能够提供那些业务。（2） 成本和系统复杂性。成本取决于系统本身的投入，及与已有系统设备的兼容性。从初期投入来分析，W-CDMA系统采用了一些新技术，要设计全新的基站和移动台，及整个网络结构，所以投入要大一些。（3） 技术先进性。运营商希望以较少的基站覆盖较大的区域，并且提高系统容量。从整体的性能来衡量，W-CDMA因为设计比较超前，可提供更多的业务、较大的系统容量而具有相当大的竞争力，TD-CDMA系统因为其本身的缺陷，无法充分发挥CDMA技术的优势。
由于目前的移动运营商已在现有的第二代移动通信系统中投入了大量资金，因此必然希望将自己目前的系统平滑过渡到第三代系统；另外，欧、日、美电信公司都希望在未来的第三代移动通信系统市场中占有较大份额，都不会轻易放弃自己的方案。因此，国际电联很难最终形成一个统一的第三代移动通信标准，极有可能几种方案共存。
5 结束语
本文介绍了有可能成为IMT-2000标准的三个第三代移动通信系统候选方案，比较了其技术特点。我国应积极参加国际电联有关第三代移动通信系统的方案论证过程，并开展第三代移动通信系统的关键技术的研究工作，希望能尽力摆脱专利问题的困扰，形成自己的专利技术，提高中国电信业的独立性和与国外电信厂商的竞争能力。
关键词：CDMA网络技术；水利水电；监控系统
中图分类号： TV 文献标识码： A
一 网络技术CDMA概述
GPRS、GSM、CDMA为现有主要无线通信技术。GPRS是GSM进化而来，可在下载数据与通话同时进行；成为全球通的GSM为蜂窝系统；CDMA具有软切换、高质量、大容量、综合业务、国际漫游等优点的通信移动网络技术，其将宽带信号数据在伪随机码的高速调制下，扩展了原信号数据，最后通过调制载波传输。CDMA在关键技术上具有领先优势，因CDMA存在自扰，在频率、宽带相同情况下有远近效应出现，核心技术功率技术控制可避免远近效应，在通信高标准前提下避免了产生其他干扰。系统容量、接入、抗干扰力、切换速度受PN码的影响，当前-m系列为 PN技术的基本地址码，可对差异用户进行区分。另外，语音编码技术、软切换技术、RAKE技术为CDMA技术运用带来了不少的便利。在网络特点上，CDMA具有大容量系统、良好的通话效果、简易的频率规划、灵活配设系统的容量等网络特点优势，在技术成熟基础上，网络成本建设也相应的下降。在主要运营商中，联通的CDMA1X网络在升级的基础上网络覆盖面极为广泛， 传输速率高达308kb/s，实现IP业务兼容，并且实现与IS-95的平滑过渡，因存在相同载波，节省了运营商的投资。CDMA 1X具有发送分集、相干反向解调、Turbo编码、向前快速功控的功能，容量大于IS-95，有着280Kb/s的宽带速率。
因为CDMA具有诸多优点，有光明的发展前途，创始着高通公司具有技术优势，在竞争环境下，1xEV-DV、1xEV-DO技术也被研发出来。随着3G技术的发展，CDMA作为成熟的网络远程监控平台，是正确的数据传输选择方式。
二 监控系统技术实现概述
水利水电的监控系统设计应包括采集水文数据、传送水文数据的硬件设备，也包括软件系统设计两个方面。坚持原则为在系统的要求功能满足下实现准确、可靠、先进、实用等要求。水利控制板功能在采集数据对RS-485总线传输数据，随后对数据接收，打包处理，最终个传送到CDMA设备。语音录放、串口模块、液晶模块、CPU模块德国是水利控制板的组成。通电后系统开始初始化，进行波特率的协商处理，再进行DTGS800的初始模块化处理，配置参数，传送AT指令。水利控制板各部分功能不同，水利设备在RS-485串口下与水利模块相接，对水文资料收集处理，通信终端CDMA与RS-232谅解，对处理完善数据打包传输到中心控制平台。CDMA通信终端在接受数据处理上不可或缺，现在主流的终端为TCP/IP module+CDMA模块，在同样价格优势下，可满足多样化的用户所需。在该技术实现应用中，外部接口与通信模块是主要组成部分，TCP/IP协议在通信模块下实现数据打包，或数据剥离。外接口由RS-232串口、天线接口、UIM卡座接口组成，进行外部通信。DTGS800由于其通信质量好、传输数据块、抗干扰性强的优势，通过RS-232C串口，实现接口设计简化，开发周期短。通信终端的设计电路为电源、TTL电平接口、UIM卡电路、语音部分等电路。AT指令主要用于MODEM与计算机上的通信，因有事实标准，AT指令具有很强的兼容性。
监控设备主要是基于以上硬件设施发挥作用，下面介绍设备软件功能设计。软件主要包括现场之终端程序设计中心控制系统的软件设计。监控系统终端设备主要放置在水文站、水库、湖泊等地，组成部分包括水利控制板、水利设施、通信终端，MEGA64单片机程序设计是水利控制板的中心，对AT指令进行发送，收集水文数据资料，控制模块。单片机负责对系统初始化，协商处理水利设施，再初始DTGS800模块后配置参数。通过AT指令传输配置数据，终端扫描，监测新数据，如有则打包处理新数据，如无，则进入省电状态。在遇到信号阻塞，网络不畅，非网络覆盖范围，数据会得到缓存处理，打包列队稍后发送。 在循环处理打包数据中，对数据类型进行判断，分类发送差异数据，监测UART运行状况，若闲置则进行数据发送，反之则等待判断。对于数据是否发送完毕进行等待判断，发送完毕系统推出。解压数据包也存在循环执行，接受完毕进行解码，相反则等待执行。在数据中心控制系统的软件设计其主要进行接受和存取水文数据，对数据情况判断进行升降闸门。监测动态接收的数据，制作变化曲线图。构建监测的动态数据库，提供浏览、插入、删除、修改的功能。信息数据库自动生成，进行信息管理与统计，对信息实时在internet上公布，为社会公众提供水文资料的咨询服务。存在网络接入的PC机以及通信软件是中心控制系统的组成，实现了UDP的接收传送。通信设备存在接口，对不同的协议与资料格式进行远程监控系统的传输。该软件系统采取的是C++运用语言，支持网络编程。可方便实现对Socket的编写。在转换IP地址、Create过程装换与主机名的转换中，CAsync Socket有着将繁杂类型转换为简单字符的功能，通过异步特点，线性操作实现了简洁化。
三 结语
水情状况的采集及时，对水资源管控、水文预报、抗旱防汛工作的决策提供了数据参考，这就要求监控系统具有高速的采集、传送能力，网络技术CDMA可有效实现水位、水量、展开升降作出实时收集。本文进行水电水利的监测技术的实现做了硬件与软件上的设计分析，存在不足之处，应该做到软件的配套，扩展电路，实现对资源的充分利用，监测系统上要做到点点对应开发。希望本文能为我国水电水利的监测设计实现带来理论参考，为水利智能化的实现注入新鲜的血液。
参考文献：
[1] 王晓亮.基于CDMA网络技术的水利水电监控系统的实现技术研究[D].中山大学,2007.
[2] 配电监控系统中CDMA 1X网络技术应用[J].魅力中国,2009,(19):192.
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