LAS-CDMA應用的廣泛性

2019-11-03 09:30:09

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供稿：網友

劉禮白 信息產業部電子第七研究所　　關于LAS-CDMA技術，筆者發表的三篇文章《LAS-CDMA的原創性》、《LAS-CDMA技術的跨越性》和《LAS-CDMA技術的成長性》，分別介紹了LAS碼基礎研究所獲得的重要成果的原創性價值而寫作。而寫作本文的目的是在更加廣泛的范圍內探討LAS-CDMA技術的應用前景，以便引起多方面的關注。

1FDD蜂窩移動通信系統中的應用

　　蜂窩移動通信幾乎關系到每個人的陸地移動通信，其最大的困難是很少有可利用的頻譜資源來滿足幾乎超過100%人口普及率的市場需求。解決頻譜資源與使用需求矛盾的方法或途徑有三個：

　　其一，增加頻譜資源，把適合于移動業務的頻段，盡可能調正給移動業務。例如原先占有2000MHz頻段的微波多絡中繼通信業務讓出頻譜資源給第三代蜂窩移動通信。由于移動通信特別需求全覆蓋特性，受電波傳播條件限制，可用的頻譜資源并不多，而其他業務，如廣播、導航、救生等許多業務是不能完全讓出頻譜資源的。

　　其二，提高頻譜利用效率，提高頻譜利用效率的措施很多，歸結起來是提高信源編碼效率，提高傳輸編碼效率，提高調制解調頻譜效率。提高信源編碼效率要以保證信息復原質量為條件；提高傳輸編碼效率要以保證信息傳輸質量為條件，提高調制頻譜效率，則與信號恢復能力、信息傳輸質量以及對帶外相鄰信道用戶或相鄰頻段其他業務的干擾控制水平有關。

　　其三，最根本的提高頻譜效率的措施是抑制系統所受的干擾，在忽略外部干擾源（由國家無線電頻譜管理主管部門協調）的條件下，系統的頻譜效率將只決定于白噪聲和系統內部自干擾。

系統頻譜效率表達式為：

C：信道容量（bits/s）

B：系統帶寬（Hz）

Ps：信號功率（W）

Pj：總干擾功率（W）

蜂窩移動通信系統中，在CDMA方式條件下，總干擾功率為：

PJ=PV+PISI+PMAI+PACI

PN：本地噪聲（白噪聲）

PISI：符號間干擾

PMAI：多用戶接入干擾（俗稱多址干擾）

PACI：鄰小區（信道）干擾

當系統為傳統CDMA時，以上所有干擾都存在，且滿足：

PISI>PN PMAI>PN PACI>PN

因此，傳統CDMA為自干擾系統，系統用戶容量主要受限于系統內部干擾，稱為干擾受限系統。

對于LAS-CDMA，可以做到

PISI→O PMAI→O PACI很小

因此，可以近似地認為LAS-CDMA為噪聲受限系統。

　　可見，在FDD情況下，LAS-CDMA將會有比傳統CDMA大得多的系統頻譜效率，對單信道而言，可望實現更高的傳輸速率，對于系統而言，可望擁有更大的用戶容量。

2 TDD蜂窩移動通信系統中的應用

　　互聯網業務的興起使通信業務中出現了不對稱業務，即下行鏈絡的數據量將遠大于上行鏈絡的情況，而過去除了單向的廣播業務外，幾乎所有的通信都是對稱信道。在實現對稱業務時，網絡采用FDD方式提供對稱信道是方便的，為此，在頻率規劃時，安排對稱的頻譜資源是必要的，然而當系統要求提供不對稱業務時，對稱的頻譜資源的需求就不是必須的了，經濟地利用頻譜資源的方式可能就是TDD方式了。在TDD方式工作的系統中，上行和下行信道使用相同的頻率，這對于單個用戶來說，不存在任何矛盾，然而在蜂窩移動通信系統中，就會出現在同一個基站（扇區）覆蓋區內，在同一個頻率上工作的移動終端需要允許同時接收和發送信號，于是發送的終端將對接收的終端構成干擾，克服這種干擾的技術途徑有多用戶聯合檢測，自適應頻道分配、和智能天線等，在傳統CDMA系統中，盡管使用了這些技術，其局限性與復雜性都給設計師帶來麻煩。

　　在LAS-CDMA系統中，由于無干擾窗口特性的存在和合理利用，使得兩個或多個處于同一扇區天線波束照射角內，并處于有收、發的狀態，只要選用了不同的LAS碼，即可以保證不存在系統內部干擾，因此，不需要使用多用戶聯合檢測，自適應頻道分配及智能天線等。不但簡化了系統設計，而且效果會更加理想。

　　TDD系統采用了LAS-CDMA之后，仍然像FDD系統一樣，擁有很大的提高頻譜效率的技術潛力。而無干擾窗口使得系統不再成為自干擾系統，不再存在多用戶接入的互相干擾，則會使TDD獲得理想的應用。

3 集群移動通信系統中的應用

　　上世紀80年代的專用移動通信網是模擬集群移動通信網，通常屬部門或公務單位所有，自己建網、自己管理、自己使用。90年代后期數字集群移動通信系統技術成熟，出現有專用網與共用網模式，共用網具有虛擬組網能力，可以有專門的運營單位，可以多單位共用網絡而互不影響，保持各自調度功能的獨立性。

　　和公眾蜂窩移動通信網的發展途徑一樣，第一代是模擬網，第二代是數字網，公眾蜂窩移動通信有了第三代，其主要特征是更高數據速率的數據通信及多媒體業務，其網絡正在向全ip過渡，第三代的集群移動通信也必將會產生，其技術特征，除了調度功能以外，其他方面也應該相似于公眾蜂窩移動通信，而其應考慮的特別的運動載體（如高速鐵路、磁懸浮列車等）和較大的基站分布距離，可能也要考慮不同點。　　目前的數字集群主流系統是歐洲的TETRA和美國摩托羅拉公司的iDEN，都屬于窄帶（25KHz）TDMA系統，其數據速率很低，但其調度系統功能相當完善。近來又有將公眾蜂窩移動通信標準的GSM改造成GSM-R，以適應鐵路調度使用，其帶寬為200KHz，但不管哪一樣系統，都不能適應多媒體業務需求。因此，像第三代移動通信的主流體制一樣，可以預測未來的集群移動通信系統也將是CDMA的。

　　LAS-CDMA應用于未來的集群移動通信系統時，將會像FDD和TDD蜂窩移動通信一樣擁有更高的頻譜效率，即更高的信道傳輸速率，更大的系統用戶容量。

　　同時，由于LAS-CDMA是大范圍同步，而非Chip同步，因此會更適應較大的基站間距離，系統模擬也證明，LAS-CDMA允許在更高的運動速度條件下工作。

　　由于LAS-CDMA既適合于 FDD又適合于TDD ，所以在集群系統中適合以FDDS實現終端對基站的基本互通工作方式，又方便以TDD實現終端對終端對講的輔助工作方式。

　　LAS-CDMA在未來的集群移動通信系統中將會有競爭力。

4 固定寬帶無線接入

　　LAS-CDMA應用于固定寬帶無線接入時同樣會有突出的優勢。由于LAS碼的零干擾窗口特性，在引入LAS碼和LAS-CDMA技術后，對于點對點無線接入，可望像移動接入一樣大大提高系統傳輸速率，而對于點對多點無線接入，不但可增加系統用戶容量，也可提高每用戶的信息速率。而且還由于固定信道遠比移動信道穩定，從而允許采用更高效的調制解調技術，如64QAM,甚至256QAM，而且也適合OFDM等技術的應用。

5 導航與定位中的應用

　　由于LAS碼良好的相關特性，在無線電導航和無線電定位技術應用中，也將會有突出的優勢。

　　在無線電導航中最常遇到的是多批次多航機的導航，其最理想的工程方案之一，也是利用正交序列族的CDMA方式，為多批次多航機服務。當然理想的自相關，互相關特性是共同的要求，LAS碼的無干擾窗口特性，提供的幾乎屬噪聲飽和特性，會使該導航信號以更低的信號電平工作，不必為互相關副峰付出額外的功率開銷，因此，會增加導航信號的隱蔽性，提高抗截獲能力。或者是使系統可以提供更大的容量，同時為更多批次，更多航機提供服務。

　　LAS碼的無干擾窗口特性和窗口大小可控制特性，使得該碼在無線電定位技術應用中可能有新的特點，無干擾窗口的存在，無疑對定位的準確度會有好處，窗口的大小可控制特性對調正定位對象的距離范圍將帶來方便。

6 衛星通信中的應用

　　LAS-CDMA用于衛星通信時，每個碼序列作為一個地面站的地址（9接入）碼，同樣最重要的是選擇理想的正交碼。例如采用截短的m序列作為多用戶地址，但其互相關特性並不理想，并因此而影響接收信噪比。LAS碼若用于衛星通信，同樣能發揮其零干擾窗口優異特性的價值。LAS碼的定位應用可以與衛星通信結合，在衛星通信中可以同時提供地面定位服務。

　　LAS碼是由互補碼構成LS碼作為基本的多用互接入正交序列碼族的，互補的組合碼在進入線性放大器時，對放大器的非線性影響有相互抵消作用。因此，在衛星通信中當多個序列碼合成調制波進入行波管放大器時，用LAS碼和LAS-CDMA技術可能會比其他碼型CDMA技術失真為小。當然，這個優點同樣適用于地面CDMA通信系統。

而LAS-CDMA蜂窩移動通信應用中的高頻譜效率對衛星通信同樣是寶貴的。

7 窄帶突發通信中的應用

　　在相對帶寬不夠富裕的條件下，希望短時間內傳送大量的數據，實現可靠的突發通信時，LAS碼會有用武之地。

　　由于頻帶相對較窄，希望多電平調制，多符號并傳，來提高數據傳輸速率，為了傳送更可靠，良好的擴展頻譜序列選擇是重要的，使用LAS碼，在多符號并傳情況下，沒有自干擾積累，接近噪聲飽合特性，允許采用多電平調制技術，所以LAS碼可能會更適合窄帶突發通信。

8 地下探測中的應用

　　若使用LAS碼于地下探測，由于自相關副峰等于零，則返回信號中將全部是地下介質的不均勻性產生的反射波，由此帶來對探測效果的改善提高了探測精度；可變窗口大小的選擇為探測的適應范圍提供了調正的可能；接近噪聲飽和特性又為探測中節約功率和提高接收靈敏度提供了條件。

　　以上列舉了一系列的可能應用領域，由于涉及面太寬，而且LAS碼和LAS-CDMA技術本身就是有待發掘的技術。因此，難于做到全面介紹，可能也有重要的應用場合難以預見。但是，可以預想，凡是原先使用擴展頻譜技術的場合，共同的需求是尋找一個自相關和互相關特性理想的序列族，而LAS碼有其固有的自相關和互相關特性、可控制無干擾窗口的特點，以及互補碼組合可降低對線性放大器要求的特點，必將會帶來一系列值得探討的課題及產生一大批新的應用成果。

摘自《移動通信在線》