浅谈对我国分布式无线通信系统信道接入关键技术研究

浅谈对我国分布式无线通信系统信道接入关键技术研究

王子延

（火箭军工程大学核工程学院任职培训学员大队26对）

摘要：近年来，随着无线通信的广泛应用，无线频谱资源日益匮乏。以提高频谱利用率为目标的关键技术是当今研究中的热点问题。移动通信是指移动用户之间，或移动用户与固定用户之间进行的通信。随着社会的发展，科学技术的进步，人们希望能随时随地，迅速可靠地与通信的另一方进行交流，这就是我们要介绍的移动通信。这里所说的“信息交流”，不仅指双方的通话，还包括数据、传真、图像等通信业务。本文介绍了分布式移动通信系统的概念，优点和体系结构，并分析了分布式移动通信系统的关键技术和需要解决的关键问题。

关键词：分布式；通信系统；体系结构；关键技术。

一、分布式天线

分布式天线是移动无线通信中可以采用的天线子系统形式之一。在采用分布式天线的移动通信系统中，每个小区范围内有多个相距远大于载波波长、仅具有功放、LNA和变频、信号预处理等简化功能的无线信号处理单元。这些无线信号处理单元只需完成信号的收、发功能和进行简单的信号预处理，并通过光纤、同轴电缆或微波无线信道与核心处理单元（如基站）连接，在核心处理单元完成信号处理功能。最简单的实现方案是每个小区在所有的无线信号处理单元上同时发射相同的下行链路信号，上行链路信号被小区内所有的无线信号处理单元接收并传送到中心处理单元。传统的蜂窝移动通信系统采用的单一天线可看作是分布式天线的一种极限情况。这种实现方案虽然简单，但是造成系统中的干扰增加，不利于系统容量的提高。

另一种方案是突破蜂窝小区的概念，在整个业务区域内用大量的无线信号处理单元来完成无线覆盖的分布式天线结构。仅与移动台相近的信号处理单元负责与移动台进行通信，这称为受控天线子系统。这种方案较为理想，但实现复杂度较高。

二、分布式移动通信系统的体系结构

分布式移动通信系统由以下几个部分组成：

（1）无线信号处理单元用于处理空中信号的接收和发射，并进行信号的预处理。

（2）“虚拟小区”中央控制器作为“虚拟小区”的核心处理器，用于处理“虚拟小区”中的空中资源管理等。

（3）移动交换中心和其它核心网络设备用于管理和控制虚拟小区的中央控制器，负责网络管理和用户管理等。

在分布式移动通信系统的各组成部分中，无线信号处理单元仅用于进行分布式接人和接收信号的预处理。这是因为在分布式移动通信系统中，无线信号处理单元之间的距离远大于载波波长，并且移动台距离无线信号处理单元的远近各不相同，移动台可能需要同时与数个无线信号处理单元通信。这种情况与3G中的发分集技术，以及智能天线技术所面临的通信环境均不相同，系统的多址方式和系统同步等成为需要解决的首要问题。考虑到移动台到无线信号处理单元的距离比较近，信号传播的时延差别比较小，由信号传播时延不同引起的同步问题可以通过信号设计、新的传输技术，以及空时分集接收等技术加以解决。

对于分布式移动通信系统，从单个移动台的角度观察，类似于收发分集系统的信号。同时，可以采用2DRAKE接收机来处理空间分集信号，提高接收机的输出信噪比。从反向链路看，为了抑制干扰，提高系统容量，无线信号处理单元需要包括多用户检测和处理功能，以保证具有同时与多个用户通信的能力。即从网络看，各个无线信号处理单元具有相对独立的信号处理能力，从而构成分布式处理网络。这可以看成“分布式移动通信系统”中“分布式”更深一层的含义。

三、分布式移动通信系统中的关键技术

分布式接人和分布式信号处理是提高新一代移动通信系统容量和频谱效率的途径之一，但也是难点。分布式移动通信系统中的关键技术包括以下几种。

1．发分集与收分集技术

分布式移动通信系统与收、发分集技术密切相关。但是需要注意的是，分布式移动通信系统中发分集和收分集技术与传统意义上的收、发分集技术有明显的区别。

在传统的蜂窝移动通信系统中，假设各个发天线到移动台的距离近似相等，只需要调整不同发天线的信号相位就可以实现接收信号的同步。而对于分布式移动通信系统而言，不同的无线信号处理单元与移动台之间距离近似相等的条件不再满足。

但是，由于分布式移动通信系统中无线信号处理单元距离移动台的距离比传统蜂窝通信系统中基站到移动台的距离小得多，发射信号到达移动台的时间差并不大。因此，可以用路径分集的思路收集不同天线发射的信号。更进一步，还可以用多载波技术延长符号时间，来减小到达时间差对正确检测接收信号的影响。

对于反向链路，无线信号处理单元则需要具有空时多用户检测能力，来抑制干扰，提高接收信号的信噪比，降低检测门限。

因此，在分布式移动通信系统中，要综合采用各种分集接收方法。这样虽然增加了系统的复杂度，但可以获得分集增益，明显提高系统的容量和性能。

2．智能天线与空时二维信号处理技术

采用智能天线技术可极大地提高系统性能。在分布式移动通信系统中，研究智能天线和空时二维信号处理技术可减少和抑制干扰，对保证系统的正常工作具有重要意义。这也是分布式移动通信系统的主要特色之一，即充分利用空域资源来获得系统容量和频谱效率的提高。

目前用于上行接收的智能天线技术已经El趋成熟。在分布式移动通信系统中，可以考虑将智能天线技术应用于上、下行链路的接收端。这主要基于下面三个原因：

（1）随着可用频率资源的上移，载波波长越来越小。对于3G系统，半个载波波长在7．5em左右。对新一代分布式移动通信系统，其载波波长会更小。因此，有条件在移动终端实现2到4个阵元的天线阵列。

（2）随着大规模集成电路技术的发展，集成芯片的处理能力不断增强，功耗不断下降为实现智能天线算法提供了硬件基础。

（3）智能天线技术逐渐成熟。如线性自适应空域滤波算法已经具有较高的收敛速度和稳态性能，且线性自适应算法可以采用迭代方法实现，这为智能天线技术的实用化奠定了基础。传统的智能天线技术是单空域处理技术，而RAKE接收机、多用户检测等技术则属于时域信号处理技术，二者之间存在一定的互补性。综合二者优点来设计空时二维接收机，可以明显提高系统性能。

3．空时编码技术

在WCDMA中，发分集与空时编码技术的结合可以有效地提高前向链路容量。而且在分布式移动通信系统中，前向信号的发射方式和3G系统中的发分集很相似，可以考虑与空时编码技术结合

近年来的空时编码研究主要集中在分组空时编码和格状空时编码。其中格状空时编码具有较高的分集增益和编码增益，但其译码复杂性随着状态数和编码速率的增加呈指数增而分组空时编码采用正交设计，在接收端通过简单的线性处理即可实现最大似然译码，在3G中的WCDMA系统中，空时码仅在开环发分集的情况下使用是Alamouti提出的简单发送分集方案，属于分组空时码中最简单的一种。空时码技术还在不断的发展变化中，值得跟踪研究，并根据条件适当应用在分布式移动系统中。

四、结论

由于分布式移动通信系统是一个全新的概念，从理论和工程上都面临着困难。还有如下问题需要解决。

包括下面的关键技术问题：

（1）设计合理的网络体系结构，解决分布式接人方式下的双工方式、多址方式、系统同步、切换等问题；

（2）分布天线系统的理论分析，主要是分布式天线系统在衰落信道、多用户环境下的容量计算问题，以提供理论指导；

（3）分布式移动通信系统的系统结构与性能的定性和定量分析。

参考文献：

[1]章坚武.通信系统概论.第一版.杭州：浙江科学技术出版社，2005年.

[2]尤肖虎，赵新胜.分布式无线电和蜂窝移动通信网络结构[J].电子学报，2004.

[3]樊昌信，曹丽娜.通信原理.第六版.北京：国防工业出版社，2006年.