LAS－CDMA:用IP打造新一代無線技術

2019-11-03 09:32:19

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　　1　LAS-CDMA產生的背景

　　1.1CDMA在無線領域中的局限性

　　一直以來，無線業的發展始終被低估了，致使很多運營商對其系統的話音和數據服務的需求措手不及?，F在，包括CDMA、GSM和TDMA（時分多址）等許多系統，都無法滿足用戶對更好的話音質量和更高數據速率的要求。隨著新業務和更大價格“套餐”的迅速推出，3G的CDMA網絡也將很快飽和。

　　CDMA技術對TDMA來說是一個重大的改進，并成為3G公認的標準。它實現了從時分多址到碼分多址的轉變，并允許同一頻率不同小區間的重復使用，大大地提高了CDMA系統的容量，例如，CDMA是GSM或TDMA(IS-136)標準時容量的2倍以上。然而，現行的CDMA有其局限性，特別是在進一步提高頻譜效率上。這主要是由于CDMA系統在小區網絡系統中面向多用戶使用的擴展碼和擾碼。這些碼會在系統內產生干擾，如：

　　*符號間干擾（ISI）和多址干擾（MAI）（又稱為同小區或小區內干擾）：在單小區內限制用戶數量；

　　*相鄰小區干擾（ACI）（又稱為小區間或他區干擾）：限制了相鄰基站的互相靠近，產生容量受限的干擾。

　　使用這些碼的另一個結果是使WCDMA和CDMA2000系統不能有效地在同一載波內實現話音和數據同傳，導致低效覆蓋網絡（如1xEV/DO，它是在CDMA2000系統之上傳送分組數據的射頻載波信號覆蓋解決方案）。全球電信網絡正以不可阻擋之勢朝著在同一網絡系統內實現話音、多媒體、電子郵件和因特網瀏覽業務的同傳方向發展，這將最終導致上述的解決方案的被廢棄。

　　這兩個嚴重的限制因素（有限的頻譜效率和不能同傳的方案）意味著無線業界對新技術發展的需求迫在眉睫。當其他電信部門繼續分享高速發展的喜悅之際，毫無疑問，止步不前必將導致無線業發展的緩滯。

　　1.2無線通信業發展的新需求

　　*數據業務大幅度的增長和轉變。雖然今天的數據通信業務僅僅占無線業務的5%左右，但是無線因特網服務的增長將使它在幾年內超過語音業務。隨著無線數據業務的增加，數據傳輸也要求從目前的低數據率電路交換連接（如14.4kbps）演進到高數據率（高達5Mbps以上）的分組交換服務。

　　*從以傳統電路為核心網和接入網全ip分組網絡的根本轉變。這個轉變與固定的有線網絡的發展進程相類似，標志著不同網絡系統的融入新一代全IP網和分組交換無線網絡系統的技術。

　　*無線通信和因特網的融合。便利、普及、隨時可用的便攜式無線設備將取代上世紀老式的臺式/有線調制解調器模式。

　　要達到這些要求，一定有一種經濟的辦法來實現其應用。的確，為了跟上需求并以更經濟的方式來配置新的寬帶應用技術，無線運營商們將需要找到增強其網絡系統容量的途徑。然而，隨著頻譜使用費的不斷上漲（可以參看最近各國的頻譜拍賣：在英國為324.4億美元，德國為462億美元，而意大利為116美元），運營商們正在尋找增強型的無線技術，不僅能提高頻譜效率（即可用頻段內業務服務信道容量的比率），而且能有效地服務于新的無線分組數據應用技術。ITU最近定義的現在的第三代（3G）技術，更恰當地說是早的3G配置，也將很快需要升級以滿足市場環境變化的需求。

　　事實上，無論是推進早期無線產業發展的第一代和第二代技術，還是當今的第三代標準都不是十分健全和完備的，不能適應3G及3G以上技術升級的要求。新的、改良的技術將用于解決呈指數級增長的用戶和數據業務，同時提高容量和頻譜效率。

　　因此，無線業務必須確定一種新技術以適應和增強為現有標準設計的系統，同時推動未來發展。無線業需要新一代的技術。它將4G無線技術引入今日，來改善3G技術并向未來的全IP網絡演進。

　　LAS－CDMA技術是頭一個超出IMT-2000要求的無線技術。它是一個創新的概念，增強了現有3G技術，使其頻譜效率至少提高到3倍。運營商們將LAS－CDMA技術納入到他們的規劃中去，現有的系統就能滿足其對容量和帶寬的需求。LAS－CDMA通過在大區域系統中將LAS－CDMA和TDD（時分雙工）技術創新地結合在一起，被列為第四代（4G）無線系統的首先方案。

　　2　LAS－CDMA技術概述

　　LAS－CDMA（大區域同步碼分多址聯接）技術的特點在于使用了一種被稱為LAS編碼的創新性的擴頻編碼設計，通過減少系統產生的干擾來增加系統容量。LAS編碼由被稱為LA碼和LS碼的兩級編碼組成。

　　當FDMA（頻分多址）TDMA系統受限于其自身的規模（如TDMA時隙的數量）時，而典型的CDMA系統只受限于編碼資源的設計。例如：在一個依照IS-95的標準設計并采用Walsh碼作為多址方式的系統中，盡管有64個碼可用，但其容量單載波每扇區很少超過20個話音用戶。正因為如此，CDMA被稱為“干擾受限”系統，其系統容量取決于要承受的干擾程度。

　　現有的CDMA系統存在這些嚴重的局限性，主要是因為它所用的碼具有較強的自干擾和相互干擾（或稱為自相關和互相關）特性導致的。根據設計，現有CDMA系統在不影響傳輸質量的前提下只能承受一定程度的干擾。由于噪音平臺的影響，干擾會導致解調難度的增加和誤碼率的提高。

　　LAS－CDMA是一個智能擴頻編碼，通過利用強大的零干擾多址碼，很大地改善了這些限制。LA碼和LS碼作用于系統可以減少或完全消除所產生的干擾。

　　3　LAS－CDMA的特點

　　LAS－CDMA專利技術是利用智能擴頻碼來消除干擾的下一代無線技術，從而顯著地提高了無線網絡的容量，并實現了在同一載波內話音和數據的同傳。

　　LAS－CDMA與現有CDMA相比，實現了系統性能和容量上的指數級的飛躍，而且它的設計確保對現有系統的最大再用率。LAS－CDMA技術提供：

　　*比現有CDMA和GSM技術更高的容量，具有所有無線技術中最高的頻譜效率；

　　*在同一載波上能同時傳輸數據和話音；　　*是當今唯一能用FDD網絡來設置TDD空中接口的技術，能夠為無線因特網業務提供不對稱通信而無需犧牲頻譜效率。

　　*更高的數據容量；

　　*更大的覆蓋范圍；

　　*簡單的設計，提高了成本效益。

　　對于手機和基站設備生產商而言，這意味著具備了提供更高容量的設備，以滿足不斷增長的用戶需求；對于運營商而言，LAS－CDMA技術將與新網絡建設及容量升級相關的額外開支降至最低。這使運營商在低成本條件下競爭的同時，又能向用戶提供新的增強服務，如高速因特網連接，交互式多媒體服務、無線本地環路和全球移動管理。

　　4　“全IP”系統的LAS－CDMA技術的優勢

　　當今無線電信制造商在提供服務方面面臨著巨大的壓力，他們不僅要客戶繼續提供更高的語音質量，而且同時推出與目前有線線路聯接速度幾乎相同并能上網的數據服務。但現有的無線電信標準在功能上無法滿足這些需要。

　　在系統設計方面，多址聯接和雙工技術被公認為可提供這些先進功能的關鍵性技術。FDD、FDMA用于第一代（1G）無線系統的技術，主要側重于模擬蜂窩電話業務。FDD、TDMA、和FDD、CDMA用于第二代（2G）無線系統的技術，它將語音從模擬提高到數字蜂窩和PCS。在我們進入第三代（3G）之際，全世界都在翹首期待著無線數據或移動IP標準化系統的出現。特別是，這種系統需具備：

　　更高的頻譜效率和移動速度，以更好地支持“移動通信”不對稱業務；更高的吞吐量和更少的延遲，以提高各項“IP”能力。LAS－CDMA（大區域同步碼分多址聯接）在性能上明顯地優于其它所有第三代（3G）備選標準，故將成為第三代無線通信系統的新標準。StrategisGroup是一家總部設在美國哥倫比亞特區華盛頓的市場研究和顧問公司。這家公司高度地概括了無線電信運營公司和制造商在發展3G系統方面所面臨的三大問題，而這些問題可通過LAS－CDMA迎刃而解。

　　4.1附加頻譜

　　由于LAS－CDMA可提供比現有2G標準高20多倍，比CDMA2000高3至6倍的容量，所以可最大限度地減少附加網絡的建設和開支，從而使電信公司能以較低的成本在市場上競爭，并以最經濟的方式向客戶提供新穎和改良的服務。

　　4.2新型網絡結構

　　從設計角度看，LAS－CDMA技術不僅能夠強化當前的第二代（2G）網絡，而且還能為3G提供前所未有的功能，并能成功地推動第四代（4G）無線網絡的發展。這些優勢可為電信公司提供多方面的利益。這項先進技術在開發中統籌兼顧，可適用于各代無線通信系統的體系結構。電信公司可通過這項技術輕而易舉地發展各自的系統而無需在網絡結構上做額外的修改，從而大幅度地降低成本、縮短工期。LAS－CDMA將成為無線業從電路交換/話音業務為中心的網絡向分組交換/數據業務為中心的網絡演進的技術選擇方案。LAS－CDMA將與針對這一轉變而研制的未來全IP結構相結合。

　　LAS－CDMA為運營商指出了邁向無線技術統一的第一步。因為所有的LAS－CDMA模式運用的擴展、編碼、調制和系統程序，設計和生產LAS－CDMA設備可獲得規模經濟效益。

　　4.3全球兼容性

　　世界各地所采用的無線電信技術不甚相同，現行的幾種技術包括GSM、CDMA、TDMA等。由于LAS－CDMA與所有現行和未來的標準兼容，故易于現有系統向LAS－CDMA過渡。此外，LAS－CDMA還能順應各項可進一步提高系統性能和容量的先進技術。作為一項空中接口技術，LAS－CDMA可通過配置使其作為一種增強模式與UTRA、IS-95、IS-2000以及TD-CDMA等其他現有系統兼容。

　　LAS－CDMA還可顯著地改進服務質量。在這方面，LAS－CDMA可通過其專利擴頻技術大幅度地消除目前CDMA系統上出現的干擾現象。因為這種現象不僅影響語音服務質量，而且最終也會影響數據服務質量。在LAS－CDMA系統中，所有信號的ISI（碼間干擾）和MAI（多址干擾）都可在“無干擾”時間窗口內降為零，ACI（相鄰蜂窩區干擾）也要降低到邊際水平。因此，LAS－CDMA不僅提高了系統性能和容量，而且也不會在其它CDMA系統上增加任何復雜性。

　　LAS－CDMA　TDD模式從設計上已將先進的LAS－CDMA技術也已被IP選取的TDD技術綜合為一體，因此非常適合于支持移動IP業務。

　　4.4高頻譜效率和傳輸速率

　　在任何2G和3G現有技術中，LAS－CDMA提供了最高的頻譜效率。當今的CDMA技術是一個干擾受限系統，通過運用LAS智能碼，可將所有信號的ISI和MAI“無干擾”時間窗口內降為零，并將ACI降低到國際水平。因此，LAS－CDMA能取得高頻譜效率。在中國，LAS－CDMA原型系統的測試證實LAS智能碼可以在室內及車載移動環境下運作。

　　在靜止環境中傳輸速度可高達15Mbps。在車載移動的環境下可以達到或超過1-2Mbps的要求。最近英國UMTS的頻譜拍賣表明頻譜是缺乏的資源，也就是一個可以在一個相對狹窄的頻譜中傳送達到那些數據速率的解決方案，將成為寬帶的首選方案。

　　4.5高速移動性

　　在傳統的CDMA TDD系統中，功率控制速率受幀長度限定。因此，系統不能取得快速的閉環功率控制。因為，補償高速信道衰落需要這一控制，并以此提供速度較高的移動性，所以，傳統的CDMA TDD系統不能支持高速移動。但是，在LAS－CDMA　TDD系統中，所有信號均將通過雙同步而被保持在一個“無干擾”的時間窗口內。所以LAS－CDMA系統不需要高速功率控制，它只采用低速功率控制節省移動站的電力。

　　4.6不對稱業務

　　LAS－CDMA　TDD系統采用FDMA/TDMA/CDMA組合多址聯結方案。在這一方案中，發射/接收基于的單元為“子幀（或時隙）－碼－頻率”。待數據單元模塊化后，該方案可經過修改用來支持可變數據速率，特別是分組數據。由于上行鏈路和下行鏈路的交換點可在一個幀內靈活地分配，而且所有子幀（時隙）亦可靈活地分配到上行鏈路或下行鏈路，所以在支持IP不對稱業務方面這是一個理想的方案。

　　4.7頻分雙工（FDD）

　　FDD（頻分雙工）是所有現行的1G、2G和3G無線技術的組成部分，它是大部分現有無線系統使用的空中接口技術。FDD使用兩個信道分別進行傳送和接收數據。LAS－CDMA技術能增強FDD系統，進一步地減少各種類型的干擾。例如，在1X EVDO系統中，高速數據只能在一個指定的無線信道中完成。應用LAS－CDMA技術，高速數據傳輸率的業務信道可以在同一無線載波內與低速率的話音信道相結合，從而提高載波的頻譜效率。同時，LAS－CDMA技術還可以應用于其他任何FDD系統來減少或消除干擾。

　　5形成LAS－CDMA產業聯盟

　　LAS－CDMA技術所具有的強大優勢，不僅引起了專家的關注，政府部門對此格外重視。2001年，在上海市政府的運行和推動下，連宇通信與上海廣電集團開始共建LAS－CDMA試驗網。此后，上海市及國家無線電管委會相繼批準了該試驗網所需的頻率申請。此外，中國移動、中國聯通都對LAS－CDMA技術表示了支持。目前發展LAS－CDMA的當務之急，一是盡快拿出產品；二是形成LAS－CDMA的產業聯盟，讓更多的公司加入到LAS－CDMA中來。

　　盡管在2001年LAS－CDMA就通過了專家的評估，但一直沒有商品化的產品上市，業界主要進行產品的開發與研究，讓LAS－CDMA技術盡快成熟。目前，基于LAS－CDMA技術的原型手機已經成型，還要進一步產品化。與此同時，已有不少國內通信廠商準備加入到LAS－CDMA產業聯盟中來。由連宇通信提供專利技術和芯片、軟件，由通信廠家開發手機系統，共享具有自主知識產權的通信技術。

　　未來移動通信工業將從“面向電路/以話音為中心”的網絡向“面向信息包/以數據為中心”的網絡發展，LAS－CDMA正是順應這一發展趨勢的技術。雖然LAS－CDMA剛剛起步，但是業界認為LAS－CDMA將為我國的移動通信業帶來巨大的經濟效益，由于它具有最高的頻譜效率，將為我國新一代通信網絡建設至少節省投資50%；由于LAS－CDMA是我國的自主知識產權，并且回避了傳統CDMA領域中所有的專利，這將大大降低我國產業所使用的專利許可費用；我國無線運營市場采用LAS－CDMA技術，使我國無線產業可通過LAS－CDMA，為國外企業建立一定的技術壁壘，相對滯后他們進入我國市場的時間，為我國無線產業占領更大市場提供條件，以促進我國民族無線產業的發展。

摘自《廣播電視信息》2002.3

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