¿Cuáles son las nuevas tecnologías en WCDMA?

1. Introducción

El sistema de comunicaciones móviles WCDMA de tercera generación es muy popular debido a sus potentes capacidades de comunicación multimedia, velocidad de transmisión de datos de alta velocidad y utilización eficiente del espectro, entre otras ventajas. y convertirse en el objetivo de desarrollo de las futuras comunicaciones móviles. Sin embargo, el desarrollo de la tecnología es interminable y la demanda en rápido aumento de comunicaciones multimedia móviles y los recursos inalámbricos cada vez más limitados también han planteado requisitos cada vez más altos para el rendimiento de los sistemas WCDMA. Por esta razón, se ha convertido en un tema candente en la industria la investigación continua de nuevas tecnologías y su aplicación a los sistemas WCDMA para mejorar aún más el rendimiento de todos los aspectos de WCDMA. Personas de todos los ámbitos de la vida también han trabajado mucho en esta área y han propuesto muchas tecnologías y métodos eficaces.

2. Antenas Inteligentes

Las antenas inteligentes utilizan tecnología de procesamiento de señales digitales para generar haces direccionales espacialmente, de modo que el haz principal de la antena esté alineado con la dirección de llegada de la señal del usuario. y los lóbulos laterales o nulos están alineados con la interferencia. La dirección de llegada de la señal logra el propósito de utilizar completa y eficientemente las señales del usuario móvil y eliminar o suprimir las señales de interferencia. El uso de antenas inteligentes mejorará el rendimiento del sistema de comunicaciones móviles de tercera generación en los siguientes aspectos: (1) Ampliar el área de cobertura del sistema (2) Mejorar la capacidad del sistema (3) Aumentar la transmisión de datos; (4) Reducir la potencia de transmisión de la estación base y ahorrar dinero. Reducir los costos del sistema, reducir la interferencia entre señales y la contaminación ambiental electromagnética (5) Mejorar la utilización del espectro;

Debido a las muchas ventajas anteriores, las comunicaciones móviles las favorecen y prestan mucha atención, especialmente el sistema de comunicaciones móviles de tercera generación. En las propuestas actuales presentadas por varios países a la organización de estandarización 3G 3GPP y a la Unión Internacional de Telecomunicaciones ITU, han propuesto incluir las antenas inteligentes como una de las principales tecnologías de desarrollo de respaldo y prepararse para su posterior comercialización. ZTE también ha trabajado mucho en este ámbito y ha logrado avances gratificantes. Además, la interfaz con la antena inteligente se considera en el diseño del sistema de estación base.

Las antenas inteligentes se dividen en dos categorías: antenas multihaz y antenas adaptativas. La Figura 1 muestra el diagrama esquemático de la antena inteligente de elemento M. Las antenas multihaz utilizan múltiples haces paralelos para cubrir toda el área del usuario. La dirección de cada haz es fija y el ancho del haz también se determina según la cantidad de elementos de la matriz. A medida que el usuario se mueve por la celda, la estación base selecciona diferentes haces correspondientes para que la señal recibida sea más fuerte. El conjunto de antenas adaptativas es un conjunto de antenas que ajusta continuamente su propio patrón mediante control de retroalimentación. El espacio entre los elementos del conjunto es de 1/2 longitud de onda. Las antenas adaptativas pueden proporcionar diferentes canales espaciales según las diferentes direcciones de propagación espacial de las señales del usuario, superando eficazmente el impacto de la interferencia en el sistema.

El algoritmo de la antena inteligente es la parte central del sistema de antena inteligente. Determina la velocidad de la respuesta transitoria del conjunto de antenas y la complejidad del circuito. El algoritmo ajusta automáticamente el peso de la antena. ganancia de antena para lograr el filtrado espacial y el filtrado de frecuencia requeridos.

3. Radio Software

La radio software es un nuevo concepto y sistema de comunicación inalámbrica propuesto en los últimos años. Su núcleo es colocar los convertidores A/D y D/A de banda ancha lo más cerca posible de la antena, mientras que las funciones de radio están definidas por software lo más posible. La radio definida por software utiliza el hardware como plataforma básica para la comunicación inalámbrica y utiliza el software para implementar funciones de comunicación por radio tanto como sea posible. De esta manera, el sistema de comunicación inalámbrica tiene buena versatilidad y flexibilidad, lo que hace que la interconexión y actualización del sistema sea muy conveniente. La radio por software puede considerarse como el tercer avance en el campo de las comunicaciones inalámbricas, después de la comunicación analógica a la comunicación digital y de la comunicación fija a la comunicación móvil.

Dado que es muy difícil unificar los estándares de comunicaciones móviles de tercera generación, el estándar IMT-2000 adoptó el concepto de "familia IMT-2000" y abandonó la coherencia original en interfaces aéreas, tecnologías de red, etc. Está comprometido con el desarrollo de estándares y soluciones de interoperabilidad para interfaces de red. Al mismo tiempo, teniendo en cuenta las diferencias en los estándares TDD y FDD bajo diversos estándares, así como la supervivencia y transición fluida de 2G y 3G, las estaciones base y terminales 3G tendrán múltiples bandas de frecuencia, múltiples sistemas, múltiples estándares y múltiples problemas de servicios en el futuro. La radio definida por software utiliza una plataforma de hardware unificada y utiliza software diferente para implementar diferentes funciones, lo cual es un método poco común para resolver este problema.

Se puede ver que la plataforma de hardware digital es la base, la programabilidad y reutilización del software es el núcleo y el objetivo es lograr la recepción universal multimodo.

La aplicación de la tecnología de radio de software en el sistema de comunicación móvil de tercera generación se refleja en los siguientes aspectos: (1) Proporciona una estructura de sistema modular abierta para los terminales y estaciones base de comunicación móvil de tercera generación (2; ) Implementación de una estructura de antena inteligente, incluida la adquisición de vectores de características espaciales, cálculo de pesos de canales de radiofrecuencia y formación de haces de antena, etc. (3) Implementación de diversos software de procesamiento de señales, incluidas especificaciones de señalización inalámbrica y software de procesamiento, software de transformación de flujo de señales; , software de algoritmos de modulación y demodulación, software de codificación de canales y codificación de fuentes, etc. En la Figura 2 se muestra un diagrama de bloques de un dispositivo de radio de software típico.

La aplicación de la radio definida por software en el sistema de comunicación móvil de tercera generación se ha convertido cada vez más en un punto de investigación. WP, el grupo de trabajo responsable de las IMT-2000 bajo la UIT

8F, ha creado un grupo especial para realizar investigaciones sobre software de radio. Los fabricantes de equipos de comunicación nacionales y extranjeros y las instituciones de investigación científica también han llevado a cabo una investigación. Se espera que una gran cantidad de estudios sobre software de radio se apliquen en el sistema de comunicación de tercera generación en un futuro próximo.

IV.Tecnología IP

La tecnología IP en sí misma no es una tecnología nueva. Su rápido desarrollo ha provocado que la red de telecomunicaciones tradicional sufra cambios drásticos en términos de forma y capacidad de red. Se ha formado la arquitectura central de la red de información de banda ancha de nueva generación y se ha establecido la tendencia de integración de tres redes, y su tecnología central no es otra que la tecnología TCP/IP. Para el sistema de comunicaciones móviles de tercera generación que se compromete a brindar servicios multimedia de alta velocidad en cualquier momento y en cualquier lugar, es solo cuestión de tiempo antes de que el sistema de comunicaciones móviles de tercera generación se integre en un sistema totalmente IP. la IPización de la red central, pero también la parte de acceso inalámbrico basada en IP. Entre ellos, la IPización de la red central depende principalmente de la estrategia de evolución de la red central, que considera principalmente factores como el grado de cambios en la estructura de la red central original, los costos de transformación, el avance de la estructura de la red y el avance y compatibilidad con versiones anteriores. La dificultad técnica del acceso inalámbrico basado en IP es mayor que la de la red central. Sin embargo, si la parte de acceso inalámbrico puede estar basada en IP y formar un "acceso integrado" que integre múltiples servicios, será de gran importancia para el desarrollo de toda la red de comunicaciones, por ejemplo, puede garantizar la coordinación y coherencia de. desarrollo de tecnología puede realizar tecnología de multiplexación estadística basada en paquetes IP, reduciendo así los costos de transmisión; puede lograr la utilización total del ancho de banda, puede hacer posible la gestión y operación de la red unificada, etc. Además, IP es una tecnología basada en terminales "de escritorio". Utilizando la tecnología IP, una gran cantidad de aplicaciones y servicios se pueden trasplantar directamente a redes móviles.

En la actualidad, tanto los países nacionales como los extranjeros han invertido gran entusiasmo en la IPización de WCDMA. 3GPP ha incluido la IP de CN y RAN en el plan y cronograma de formulación estándar. Se inició el trabajo de IP parcial en Rel4, y el objetivo de Rel5 es lograr IP completa. Ya existen dos grupos dedicados bajo la organización nacional de estandarización de comunicaciones CWTS para realizar investigaciones sobre IP CN e IP RAN respectivamente. Al mismo tiempo, los principales fabricantes de comunicaciones y las instituciones de investigación científica nacionales y extranjeras también han trabajado mucho en este sentido. En la Figura 3 se muestra un posible diagrama de estructura de IP RAN.

La característica más dinámica de la tecnología IP es su acceso abierto y libre gestión. Desafortunadamente, es precisamente debido a la estructura descentralizada y de estilo libre de la tecnología IP que ha traído muchos problemas para una mayor optimización de la tecnología IP. La manifestación más obvia es que no puede cumplir con los requisitos de QoS de los servicios relacionados y la asignación de ancho de banda controlable, que deben garantizarse para el sistema de comunicación móvil de tercera generación.

Al mismo tiempo, teniendo en cuenta algunos otros factores de la red de comunicaciones móviles, la aplicación de la tecnología IP al sistema de comunicaciones móviles de tercera generación debe resolver los siguientes problemas principales: (1) garantía de QoS de diversos servicios; utilización del ancho de banda de transmisión y control; (3) La existencia de IP y ATM debe considerar el modo de interacción de las dos opciones de transmisión; (4) La pila de protocolos en cada interfaz no debe depender de la topología de la red IP; Transmisión de señalización El protocolo debe permitir que un nodo admita múltiples portadores de señalización de diferentes tecnologías de transmisión al mismo tiempo. (6) Solo se deben realizar cambios en la capa de red de transporte (TNL) y se debe minimizar el impacto en la capa de red inalámbrica; (7) Costos de industrialización Considere las cuestiones de escalabilidad y crecimiento empresarial (8) cuestiones de compatibilidad hacia adelante y hacia atrás (9) tecnología de seguridad, etc.

5. Detección de múltiples usuarios

En el sistema de comunicación móvil de tercera generación, dado que se utiliza el esquema de acceso múltiple por división de código, varios usuarios generarán múltiples señales entre sí. abordar la interferencia. Cuando hay muchos usuarios de comunicación simultáneos, la interferencia de acceso múltiple se convierte en la interferencia más importante. Dado que el acceso múltiple por división de código es un sistema limitado por interferencias, la interferencia del acceso múltiple no solo afecta gravemente el rendimiento antiinterferencia del sistema, sino que también limita gravemente la mejora de la capacidad del sistema. La desventaja del receptor tradicional es que no utiliza la información conocida de otros usuarios al demodular a un usuario. Un mejor algoritmo de recepción debería ser la detección conjunta de múltiples usuarios. El receptor de detección multiusuario tiene plenamente en cuenta que la interferencia de acceso múltiple es esencialmente una señal de secuencia pseudoaleatoria con una estructura sólida, que demodula a varios usuarios al mismo tiempo y emite resultados de evaluación a varios usuarios al mismo tiempo a través de una conexión conjunta. Algoritmo de detección. Un receptor de alto rendimiento. El diagrama esquemático del receptor de detección multiusuario se muestra en la Figura 4.

Dado que la complejidad de la detección multiusuario óptima es demasiado alta para ser práctica, generalmente se encuentra un mejor punto de equilibrio entre la complejidad y el rendimiento del receptor, lo que conduce a muchos Una detección multiusuario subóptima solución. Estos esquemas se pueden dividir básicamente en dos categorías principales: detección multiusuario lineal y detección multiusuario con cancelación de interferencia. El detector lineal más común es el receptor decorrelator LMMSE. Para lograr la detección lineal, se han propuesto algoritmos iterativos como el descenso más pronunciado y el gradiente de yugo. La idea de la cancelación de interferencia es estimar la interferencia causada por el acceso múltiple y el trayecto múltiple, y luego restar el valor de la interferencia. La cancelación de interferencias se divide en cancelación de interferencias en serie y cancelación de interferencias en paralelo. La cancelación de interferencia en serie elimina las estimaciones de interferencia usuario por usuario, mientras que la cancelación de interferencia en paralelo elimina las estimaciones de interferencia para todos los usuarios simultáneamente.

Cuando se utiliza tecnología de detección multiusuario en comunicaciones móviles de tercera generación, siempre se debe considerar de manera integral la complejidad y el rendimiento de la implementación. Dado que los algoritmos se implementan básicamente utilizando ASIC o DSP, la complejidad de la implementación se puede estimar por la cantidad de operaciones por segundo y la cantidad de ciclos de reloj DSP. El rendimiento del algoritmo debe considerar de manera integral su rendimiento en el canal de ruido blanco gaussiano aditivo, el rendimiento del error de fase, el rendimiento en el canal de desvanecimiento de Rayleigh, el rendimiento del error de retardo y el rendimiento lejano y cercano. Además, varias tecnologías de optimización combinadas que combinan la tecnología de detección de múltiples usuarios con otras tecnologías (como la tecnología de codificación de canales) también son una tendencia en el desarrollo de nuevas tecnologías de comunicaciones móviles de tercera generación.

6. Tecnología de acceso a paquetes de enlace descendente de alta velocidad

Los servicios del sistema de comunicaciones móviles de tercera generación en el futuro mostrarán una gran asimetría en los enlaces ascendente y descendente. Para FDD, existe una gran necesidad de una tecnología que pueda soportar de manera más efectiva servicios asimétricos. La tecnología de acceso a paquetes de enlace descendente de alta velocidad (HSDPA) es una tecnología que proporciona servicios de datos de enlace descendente de alta velocidad a múltiples usuarios. Esta tecnología es particularmente adecuada para multimedia, Internet y otras empresas que descargan grandes cantidades de información. Las investigaciones muestran que la velocidad del enlace descendente aéreo puede alcanzar más de 8 Mbps mediante el uso de varias tecnologías nuevas. Si MIMO y otras tecnologías se adoptan con éxito, puede alcanzar más de 20 Mbps.

Actualmente, se está llevando a cabo una investigación internacional sobre la tecnología HSDPA. Es un punto de investigación del grupo 3GPP

WG1. Representantes de varios países han presentado una gran cantidad de propuestas, centrándose básicamente en las siguientes tecnologías: <. /p >

1. Esquema de codificación y modulación adaptativa (AMC)

AMC puede proporcionar un esquema de codificación y modulación modificable (***esquema de modulación de siete niveles MCS) para adaptarse a la calidad del canal. cada usuario, puede proporcionar transmisión de alta velocidad y alta utilización del espectro. La tecnología AMC utiliza la tecnología de programación multiusuario proporcionada por DSCH y la combina con la programación en el dominio del tiempo. Puede aprovechar cambios a corto plazo en la envolvente de desvanecimiento del UE para permitir que el UE disfrute de servicios con un desvanecimiento más bajo. Sin embargo, la tecnología AMC es muy sensible a errores y retrasos en la medición del estado del canal. La demodulación de la modulación de alto orden y las funciones de informes de medición requeridas imponen requisitos más altos al UE. La modulación de alto orden también requiere nuevas tecnologías, como canceladores de interferencias y ecualizadores de modulación superior.

2. Protocolo ARQ híbrido (H-ARQ)

H-ARQ es un método de corrección de errores que combina ARQ y FEC. Los mecanismos de control de ARQ incluyen la retransmisión selectiva (Selective

Repeat) y la parada y espera de la retransmisión (Stop and Wait). El método SR no es la solución principal debido a su complejidad y altos requisitos de capacidad de telefonía móvil; SAW de doble (multi) canal

H-ARQ tiene una sobrecarga de control baja y un mecanismo simple, y tiene bajos requisitos para dispositivos móviles. capacidad del teléfono y alta utilización del canal y otras ventajas, se ha convertido en la principal opción.

3. Selección rápida de celda (FCS)

Existe tecnología SSDT en R99 para seleccionar la celda de servicio más adecuada. FCS solo funciona cuando el canal DSCH está activado y es una selección rápida en unidades de cuadro. Cuando se utiliza FCS entre los Nodos B, dado que hay múltiples celdas opcionales, la gestión y sincronización de las colas de transmisión es muy importante. La gestión de colas se divide en dos tipos: gestión basada en interfaz inalámbrica y gestión basada en red. Las actualizaciones de la interfaz inalámbrica se dividen en actualizaciones basadas en cuadros y actualizaciones basadas en eventos.

4. Antenas de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO)

La tecnología MIMO tiene múltiples (N) antenas tanto en el lado transmisor como en el receptor, utilizando la tecnología de reutilización. Modula un código de canalización y un par de códigos de codificación en N flujos de datos diferentes. En principio, la capacidad máxima se puede aumentar N veces. También se pueden obtener otras velocidades intermedias combinando la reutilización de códigos y pequeñas constelaciones de modulación. MIMO aumentará la complejidad de UE y Nodo B. En la banda de frecuencia 2G, la distancia lineal entre las cuatro antenas del UE debe ser de 7,5 centímetros para obtener no correlación. Los estudios han demostrado que la complejidad de un UE con cuatro antenas es el doble que la de una sola antena. MIMO es una tecnología que puede aumentar la capacidad y la velocidad máxima de HSDPA. Sin embargo, está limitada por el modelo de canal físico y aumenta la complejidad de la radiofrecuencia. Es una tecnología para un mayor desarrollo de HSDPA.

5. Canal DSCH independiente

La tecnología de canal DSCH independiente se refiere al mapeo de DSCH o HS-DSCH a un canal de enlace descendente de un operador diferente al canal compartido que acompaña al DPCH, el método utilizado para transmitir datos del usuario. La introducción de DSCH independiente cambiará la estructura de la capa física y las características del canal físico. Es necesario construir un receptor separado en el UE para recibir el flujo de datos de alta velocidad en este portador, pero este receptor puede usarse para mediciones de frecuencia intermedia, reduciendo así los requisitos de ancho de banda en modo comprimido.

7. Otros

Hay otras tecnologías que necesitan atención, como el modo de comunicación asimétrica, la tecnología multimodo, la tecnología eficiente de gestión y control de canales inalámbricos, etc., que no lo harán. Se discutirán aquí. En resumen, el sistema de comunicaciones móviles de tercera generación es un sistema en evolución, y el desarrollo y la aplicación de varias tecnologías nuevas impulsarán el avance de WCDMA.