DS-CDMA

其遵循ITU規(guī)定的IMT-2000規(guī)格，并以W-CDMA方式為基礎(chǔ)的一種通信技術(shù)。該技術(shù)能夠利用5MHz的信道提供高達2Mbps的數(shù)據(jù)速度，同時能夠擴大系統(tǒng)容量，提高通話時的語音質(zhì)量，降低通話的掉線率，支持IP數(shù)據(jù)服務(wù)。DS-CDMA技術(shù)除了能提供窄帶業(yè)務(wù)(如話音業(yè)務(wù))之外，還能提供多種用戶速率通信、VOD帶寬的能力，以及根據(jù)不同業(yè)務(wù)提供不同服務(wù)等級的能力。 在CDMA標準中，DS-CDMA技術(shù)是其中的重要部分，是實現(xiàn)無線多媒體通信的關(guān)鍵。DS-CDMA技術(shù)最早起源于歐洲和日本的第三代無線研究活動，GSM的巨大成功對第三代系統(tǒng)在歐洲的標準化產(chǎn)生重大影響。在1996年，日本推出了一套DS-CDMA的實驗系統(tǒng)方案，并得到了當(dāng)時世界上主要的移動設(shè)備制造商的支持。1998年12月成立的3GPP(第三代伙伴項目)極大地推動了DS-CDMA技術(shù)的發(fā)展，加快了DS-CDMA的標準化進程，并最終使DS-CDMA技術(shù)成為ITU批準的國際通信標準。 DS-CDMA基于ANSI-41核心網(wǎng)，它使用新的頻帶，采用FDD工作方式，碼片速率為3.84Mbps。DS-CDMA有更大的覆蓋范圍，采用自適應(yīng)天線及多用戶檢測等新技術(shù)，并可支持頻率間切換。由DS-CDMA技術(shù)組成的通信系統(tǒng)通常包括無線基地局裝置、無線網(wǎng)絡(luò)控制裝置、多媒體信號處理裝置。DS-CDMA系統(tǒng)的空中連接采用5MHz、10MHz或20MHz的無線信道

現(xiàn)代電子技術(shù)的高速發(fā)展，空間電磁環(huán)境日益復(fù)雜，頻道相對擁擠，在軍事通信中，更加面臨著各種人為干擾。為了增強通信系統(tǒng)的可靠性，增加信道容量，人們采用碼分多址技術(shù)進行擴展頻譜通信。與常規(guī)通信相比，DS/CDMA系統(tǒng)具有高處理增益，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，處理增益GP可表示為:P越大則系統(tǒng)抗干擾能力越強，實際系統(tǒng)所能承受的干擾可由干擾容限來表示:

Mj=GP-[Lsys+(S/N)out](2)

其中GP為系統(tǒng)處理增益，Lsys為系統(tǒng)執(zhí)行損耗，包括射頻濾波器的損耗，相關(guān)處理器的混頻損耗，放大器的信噪比損耗

等。(S/N)out為相關(guān)接收輸出端要求的信噪比。在工程應(yīng)用中，GP不可能無限增大，又因為器件的非線性及碼元跟蹤誤差導(dǎo)致信噪比損失，所以擴頻接收機實際上容許輸入的干擾與信號功率比，較干擾容限還要低。并且DS/CDMA系統(tǒng)本身存在多址干擾，因此，必須采取一些抑制干擾的措施以增強系統(tǒng)的可靠性。

當(dāng)然，DS-CDMA也存在一些問題，如多址干擾問題，這是由于不同地址碼之間的非完全正交性而造成的，通信過程中不同用戶的發(fā)射信號會相互干擾。多址干擾是DS-CDMA系統(tǒng)中相當(dāng)嚴重的一個問題，這還需要人們通過對地址碼選擇的進一步研究來解決。此外，在DS-CDMA系統(tǒng)中還存在"遠近效應(yīng)"，就是說離基站近的強信號用戶會對遠離基站的弱信號用戶的通信形成干擾，本質(zhì)上說這還是由于地址碼的非完全正交性所致，但現(xiàn)階段人們已通過在移動通信系統(tǒng)中引入"自動功率控制"技術(shù)削弱了遠近效應(yīng)的影響。

單頻帶系統(tǒng)僅使用單一的成形脈沖進行數(shù)據(jù)傳輸，其信號帶寬很大，多徑分辨率很高，抗衰落能力強。但由于信號的時間彌散嚴重，接收機的復(fù)雜度較高。此外，為解決共存性問題，避免與帶內(nèi)窄帶系統(tǒng)的干擾，該系統(tǒng)采用的濾波器也是比較復(fù)雜的。其典型代表是單載波DS-CDMA。在單載波DS-CDMA方案中，經(jīng)過DS-CDMA擴頻之后的信號再對載波進行調(diào)制，從而可以在合適的頻帶范圍內(nèi)傳輸。傳統(tǒng)的無載波UWB方案存在較多低頻分量，無法滿足FCC規(guī)定的發(fā)射功率的限制。而單載波DS-CDMA方案通過頻譜搬移解決了這一難題。

多頻帶系統(tǒng)是指將規(guī)劃UWB的整個頻段劃分成若干個子帶。使用部分或全部子帶進行數(shù)據(jù)傳輸。信號成形和數(shù)據(jù)調(diào)制在基帶完成通過射頻載波搬移到不同子帶，避開傳統(tǒng)窄帶系統(tǒng)使用頻段。多頻帶系統(tǒng)根據(jù)調(diào)制方式分為多帶脈沖無線電和多帶正交頻分復(fù)用兩種方式。其多址問題采用跳頻技術(shù)來解決。相對于符號速率又可分為快跳和慢跳。MBOA(MultiBand Orthogonal frequency division multiplexing Alliance)多頻帶聯(lián)盟提議將UWB頻帶分為最少三個頻段。并采用正交頻分復(fù)用(OFDM)方式將三個頻段進一步分為大量的窄通道。

從技術(shù)上來講，MBOA和DS-CDMA是無法彼此妥協(xié)的。對無線電頻率管理來說，有兩個基本的原則:一是新的無線電技術(shù)不得對已有的無線電臺(系統(tǒng))造成有害干擾;二是受到干擾不得提出保護要求，即要能忍受已有無線電臺的各種干擾。DS-CDMA因為使用整個3.1~10.6GHz頻段，包括傳統(tǒng)無線技術(shù)使用其中的一些頻率，而MBOA使用多個頻率子帶可以很方便地避開這些頻率。

同傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，UWB接收機的結(jié)構(gòu)相對簡單，圖1給出了UWB發(fā)射和接收機的系統(tǒng)框圖。在UWB收發(fā)信機中，信息可被不同技術(shù)調(diào)制，在接收端，天線收集信號能量經(jīng)放大后通過相關(guān)接收后處理，再經(jīng)門限檢測后獲得原來信息。相對于超外差式接收機來說，實現(xiàn)相對簡單，沒有本振、功放、PLL(鎖相環(huán))、VCO(壓控振蕩器)、混頻器等，成本低，而且UWB接收機可全數(shù)字化實現(xiàn)，采用軟件無線電技術(shù)，可動態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)率、功耗等。

2003年，在IEEE802.15.3a工作組征集提案時，Intel、TI和XtremeSpectrum分別提出了多頻帶（Multiband）、正交頻分復(fù)用（OFDM）、直接序列碼分多址（DS-CDMA）3種方案，后來多頻帶方案與正交頻分復(fù)用方案融合，從而形成了多頻帶OFDM（MB-OFDM）和DS-CDMA兩大方案。UWB無線通信市場巨大，各大公司競相爭逐，主要存在兩大對立陣營：以美國TI、Intel等公司為首的MBOA（MB-OFDM聯(lián)盟）；以美國XtremeSpectrum、Freescale等為主的DS-CDMA聯(lián)盟。超寬帶無線技術(shù)是采用DS-CDMA技術(shù)還是MB-OFDM技術(shù)體制，是當(dāng)前UWB技術(shù)領(lǐng)域爭論的最為激烈的話題。下面將分別對這兩種體制介紹和比較。

MBOFDM技術(shù)

MB-OFDM的核心是把頻段分成多個528MHz的子頻帶，每個子頻帶采用TFI-OFDM（時-頻交織正交頻率復(fù)用）方式，數(shù)據(jù)在每個子帶上傳輸。傳統(tǒng)意義上的UWB系統(tǒng)使用的是周期不足1ns的脈沖，而MB-OFDM通過多個子帶來實現(xiàn)帶寬的動態(tài)分配，增加了符號的時間。長符號時間的好處是抗ISI（符號間干擾）能力較強。但是這種性能的提高是以收發(fā)設(shè)備的復(fù)雜性為代價的，而且還要考慮子信道間干擾（ICI）的影響。MB-OFDM將在性能方面具有優(yōu)勢（初期速度高達480Mbit/s），而且由于OFDM技術(shù)使微弱信號具有近乎完美的能量捕獲，所以它的通訊距離也會較遠。表2列出了MB-OFDM的主要技術(shù)參數(shù)。

表2MB-OFDM主要技術(shù)參數(shù)

技術(shù)參數(shù)MB-OFDM

頻帶數(shù)量10（第一代為3）

頻帶帶寬每個子頻帶528MHz

頻率范圍1組：3.168～4.752GHz

2組：4.752～6.336GHz

3組：6.336～7.920GHz

4組：7.920～9.504GHz

5組：9.504～10.560GHz

調(diào)制方式TFI-OFDM，QPSK

糾錯編碼卷積碼

復(fù)用方式TFI

鏈路余量5.3dB/10m，110Mbit/s

10.0dB/4m，200Mbit/s

11.5dB/2m，480Mbit/s

DSCDMA技術(shù)

DS-CDMA最早是由XtremeSpectrum公司提出。DS-CDMA采用低頻段（3.1～5.15GHz），高頻段（5.825～10.6GHz）和雙頻帶（3.1～5.15GHz和5.825～10.60Hz）3種操作方式。低頻段方式提供28.5～400Mbit/s的傳輸速率，高頻段方式提供57～800Mbit/s的傳輸速率。DS-CDMA在每個超過1GHz的頻帶內(nèi)用極短時間脈沖傳輸數(shù)據(jù)，采用24個碼片的DS-SS（直接序列擴頻）實現(xiàn)編碼增益，糾錯方式采用R-S碼和卷積碼。與MB-OFDM相比有較好的頻率利用率。表3列出了DS-CDMA的主要技術(shù)參數(shù)。

表3DS-CDMA的主要技術(shù)參數(shù)

技術(shù)參數(shù)DS-CDMA

頻帶數(shù)量2

頻帶帶寬1.268～2.736GHz

頻率范圍3.2～5.15GHz

5.825～10.6GHz

調(diào)制方式BPSK，QPSK，DS-SS

糾錯編碼RS碼，卷積碼

復(fù)用方式CDMA

鏈路余量6.7dB/10m，110Mbit

11.9dB/4m，200Mbit

1.7dB/2m，480Mbit

1956年，Prcie和Green提出了具有抗多徑衰落的RAEK 接收機概念：1937年，F(xiàn)orney提出的基于已知信道特性的最大似然序列檢測器(MLSD)，這是一種最優(yōu)的單用戶接收機。美國QUALCOMM公司在80 年代堅持研究DS-CDMA技術(shù)，1989年，QUALCOMM公司進行了首次CDMA實驗。驗證了DS擴頻信號波形非常適合多徑信道的傳輸，以及RAKE接收機、功率控制和軟切換等CDMA的關(guān)鍵技術(shù) 。在 1996年推動了窄帶CDMA IS-95商用運行，讓RAKE接收機產(chǎn)業(yè)化，同時也推動了RAKE接收技術(shù)的長足發(fā)展。

面對未來的發(fā)展，RAKE接收機將同三項關(guān)鍵革新技術(shù)相結(jié)合：智能天線技術(shù)、多用戶檢測、MIMO系統(tǒng)。目前研究的熱點包括：RAKE接收機如何降低復(fù)雜度；多用戶檢測的最優(yōu)算法；MIMO系統(tǒng)與OFDM的結(jié)合等。