浅议WCDMA 系统的关键技术

熊 炼，韩亚喃

(重庆邮电大学通信应用研究所，重庆 400065)

随着移动通信技术的不断发展，各个运营商越来越重视下一代移动通信网络的建设。对于采用WCDMA 系统体制的运营商来说，最关心的是如何实现网络资源的合理配置，解决网络中出现的各种问题，改善网络的运营环境，提高服务质量。

因此，为了最大化的利用WCDMA 基础网络上的资源，在现有的网络上进行合理的网络优化是非常有必要的。通过网络优化可以解决或改善许多问题。比如:覆盖问题、切换问题、干扰问题等。然而，在WCDMA 网络优化过程中，在了解系统结构的同时，对该系统关键技术的掌握是非常有必要的。

1 WCDMA 系统网络结构

图1 WCDMA 系统结构

由功能上观察，WCDMA 网络单元可以分为两个部分:无线接入网(RAN)和核心网(CN)［1］。对于无线接入网来说，它的功能是处理与无线相关的工作;而核心网负责对话音及数据业务进行交换和路由查找，以便将业务连接至外部网络。无线接入网(RAN)、核心网(CN)与用户设备(UE)一起构成了UMTS(通用移动通信系统)系统，也就是通常所说的WCDMA 通信系统。

2 WCDMA 系统关键技术

2.1 无线信道编码

当信息在传输的过程中，由于信道内部存在噪声或者衰落，增加了传输信息的误码率，为了提高通信的可靠性和安全性，对可能出现的差错进行有效地控制，就需要采用信道编码技术。所谓信道编码技术，就是在原数据流中增加一些冗余信息，这些冗余信息与原数据流是相关的，它们之间的这种冗余度使码字具有一定的纠错和检错能力，在接收端，接收机利用已知的编码规则进行相应的解码，从而来检测传输的比特序列是否发生错误，进而进行纠错。这种通过添加冗余信息的编码技术虽然降低了误码率，但是在一定程度上牺牲了部分传输带宽。我们通常采用的编码方式有线性分组码、卷积码、BCH 码、Turbo 码等。对于WCDMA 系统来说，采用的是卷积码和Turbo 码。卷积码主要适用于语音和低速信令的传送，编码速率为1/2和1/3，译码比较简单，信道的误码率在10－3。Turbo 码用于数据业务，译码采用了Log-MAP算法，有效地降低了误码率，可以达到10－6。

2.2 分集技术

在通信系统中，由于从发射端到接收端的信号要经过各种复杂的地理环境，以至于从发射端发出的信号经过发射，折射，散射等多种传播路径后，到达接收端的信号往往是幅度和相位各不相同的多个信号的叠加，使得接收到的信号出现严重的衰落变化，以至于不能通信。为了有效地对抗信道衰落，可以采用分集技术。分集技术包括两重含义:分散传输，集中处理。常用的分集方式有空间分集，频率分集，角度分集，极化分集等。

对于发射分集，是指在基站侧利用两根被赋予不同加权系数的天线来发射同一个信号，从而使接收端增强接收效果，改善系统信噪比，提高数据传输速率。发射分集包括开环发射分集和闭环发射分集。

对于WCDMA 系统来说，使用的分集技术主要是开环发射分集，闭环发射分集，交织技术和RAKE 接收技术等。

对于开环发射分集，在WCDMA 系统使用了空分发送分集和时间切换发射分集两种方案。它们分别利用的是空间和时间块进行编码。从基站发出的信号经过相应的编码方案，到达移动台进行接收译码。其主要优点是:基站的发射情况不需要移动台的反馈作为参考，这样可以不需要额外的信令开销。

闭环发射分集，它的工作方式是在下行链路中，基站周期性的发送信号，不同的移动台将接收到的信息反馈给基站，该信息被用来计算对不同移动台的最佳发射权重，从而改善接收效果。这种方式的特点是需要移动台的反馈信息来事先了解需要传输信号的信道的状况。

交织技术，就是将一条消息中的相继比特分开，提取某些特定比特作为传输的对象，在传输过程中即使发生了差错，差错的长度也很小，然后利用相应的编码方案进行纠错。

RAKE 接收技术［2］，其基本原理是从发射机发出的信号，经过不同的传输路径到达接收端后，幅度和相位会产生差异，形成多径信号。如果这些多径信号之间的延迟大于一个伪码的码片时间，在接收端就可以将这些不同的波束区分开，进而用信号处理技术将这些被分离的信号进行相位校准，幅度加权等合并在一起，把干扰信号变成有用信号。

2.3 软切换

WCDMA是频分复用系统，相邻小区之间可以使用相同的频率。同时，在接收端采用了分集接收技术，为移动台同时与多个基站进行通信创造了条件。在这种条件下，移动台在多个基站小区之间进行切换时，就可以采用软切换技术。所谓软切换技术，指的是在切换过程中，移动台在进入新的基站小区时，可以同时保持与原小区和新基站小区的通信连接，没必要立刻断掉与原小区的连接。只有当通话质量满足指标，切换条件成熟时，才断开与原小区的连接。在发生切换时，只需要改变相应的扩频码，从而可以有效地提高切换的通话质量，但是它在一定程度上占用了更多的系统资源。

更软切换:指移动台从一个小区中的一个扇区到达另一个扇区发生的切换。

下面是几个在软切换过程中常用的名词:

激活集:与终端建立连接通信的小区的集合。在激活集里，小区的个数一般为3个。

监测集:由RNC 下发的，在邻区列表中除了激活集以外的小区，终端能够检测到它们的存在。

检测集:除了激活集和监测集以外的小区，终端自己检测到的。

在软切换过程中，会主要涉及到1A，1B和1C 事件。它们分别表示激活集的增加，减少和替换，它们是软切换过程重要的组成部分。

软切换的基本过程:

图2是软切换过程的示意图［3］:

图2 软切换示意图

首先，RNC 下发测量控制信息给UE，告诉UE 如何进行测量;其次，UE 在与小区1 进行通信的同时，在向小区2 移动的过程中，测量小区2的主公共导频信道的信号强度，并把测得的数据发送给RNC;接着，RNC 根据上报的结果进行相应的判决，当小区2 满足了软切换算法的要求时，将被加入UE的激活集中。UE 可以在小区1和2 之间进行软切换。

2.4 功率控制

在一个小区范围内，不同的移动终端用户距离基站的距离是不一样的。在上行链路中，如果不同的终端以相同的功率发射信号到基站，由于有的终端距离基站远，有的终端距离基站的距离比较近，因此，从终端发射的信号经过不同的路径到达基站后的强度是不一样的。距离基站近的终端发出的信号到达基站后，信号强度比较强，势必会对到达基站信号弱的终端造成干扰，以至于不能通信，这就是所谓的“远近效应”。“远近效应”严重地影响了系统的容量。同时，由于在WCDMA 系统中，所有终端都是使用相同的频率，基站只依靠各自的扩频码来区分它们，这就大大增加了出现“远近效应”的可能性。WCDMA 功率控制技术的目的就是有效地克服这种效应，实时地控制手机的发射功率，保证可靠的通话质量。

按照移动台和基站的上下行通信方向，功率控制可分为上行功率控制和下行功率控制。上下行功率控制可以有效地节省基站的资源和终端的功率，同时克服“远近效应”和“阴影效应”。

按照功率控制环路的类型，功率控制方式可分为开环功率控制和闭环功率控制，闭环功率控制又可以分为内环功率控制和外环功率控制。

开环功率控制，当移动台有业务发起呼叫时，开环功率控制的任务就是根据接收到的链路的损耗情况，粗略地计算出移动台的发射功率。

内环功率控制，在上下行链路中，基站和移动台之间的内环功率控制依赖于物理层的反馈信息。在上行链路中，基站作为接收端，将会测量接收到的移动台发射信号的SIR，若测定的SIR值大于SIR 目标值时，基站将会通知移动台降低发射功率。若测定的SIR值小于SIR 目标值时，将会升高移动台的发射功率。同理，在下行链路中，控制原理也是如此。

图3为上行内环功率控制示意图［4］:

图3 上行内环功率控制示意图

外环功率控制，外环功率控制的思想就是在各个无线链路中，为了使通信质量满足系统的要求，动态地调整SIR的目标值，使其维持在一个稳定值。在现实生活中，从终端发出的信号，在复杂多变的环境中传播，到达终端后，目标SIR的值要进行调整。在每条链路中，根据实际得到的BLER 或者FER 与理想目标值进行比较，来调整目标信噪比。

3 结束语

以上内容重点介绍WCDMA 系统的几个关键技术。虽然说目前我国的通信市场以语音为主，但是未来WCDMA 业务将会朝着多样化、多媒体化、智能化的方向发展，这已成为必然趋势。全IP 网络架构正逐渐成为WCDMA 发展的目标。HSDPA 将会是WCDMA 系统在未来发展中引入的无线增强技术。其中涉及到大量的关键技术，比如:AMC、HARQ、16QAM 等，有待于进一步的应用和发展。

［1］孙常亮.WCDMA 无线网络优化的研究［D］.南京邮电大学，2009.

［2］王莹，刘宝玲.WCDMA 无线网络规划与优化［M］.北京:人民邮电出版社，2007.

［3］王珏.WCDMA 系统软切换分析［J］.电信技术，2004(12):29－30.

［4］王琳.WCDMA 系统中的功率控制［J］.电信技术，2006(7):94－95.