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移動通信中的物理信道空間資源的利用( 二 )

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空間分集接收利用信號在空間上的不相關(guān)性提高通信系統(tǒng)的性能，一般采用雙分集天線能得到3dB的增益 。目前，在CDMA系統(tǒng)中分集發(fā)射技術(shù)也日益得到重視 。
在3GPP的WCDMA協(xié)議中，涉及到六種分集發(fā)射方法：空時分集發(fā)射（STTD：Space Time Transmit Diversity）、時間切換分集發(fā)射（TSTD：Time Switched Transmit Diversity）、兩種閉環(huán)分集發(fā)射模式、軟切換中的宏分集、以及站點選擇分集發(fā)射（SSDT：Site selection diversity transmit） 。分集發(fā)射利用了不同基站或同一基站中不同位置的天線發(fā)射信號到達移動臺的不相關(guān)性，借助移動臺的Rake分集接收功能，分別接收由不同天線或不同基站發(fā)出的信號再進行分集合并，提高系統(tǒng)性能 。信道編碼、速率匹配和交織是在非分集模式下進行的 。時間切換分集發(fā)射只用于同步信道，根據(jù)奇數(shù)時隙和偶數(shù)時隙的信號用不同的天線發(fā)射 。這兩種分集發(fā)射不需要移動臺反饋信道質(zhì)量信息，屬于開環(huán)分集發(fā)射 。兩種閉環(huán)分集發(fā)射模式需要移動臺的反饋信息，信道編碼、交織和擴頻與非分集模式相同，擴頻后的復(fù)數(shù)信號送到兩個發(fā)射天線，并被天線的特定加權(quán)因子w1和w2加權(quán) 。通常情況下加權(quán)因子為復(fù)數(shù) 。加權(quán)因子(即對應(yīng)的閉環(huán)模式1下的相位調(diào)整量和閉環(huán)模式2下的相位/幅度調(diào)整量)由移動臺決定 。移動臺利用上行專用物理控制信道把必要的信道信息傳給基站 。
在軟切換過程中，可以通過兩個甚至三個基站同時向一個移動臺發(fā)射同樣的信號，這是一般的宏分集發(fā)射 。此外還可以進行站點選擇分集發(fā)射 。站點選擇分集發(fā)射是軟切換下的另一種宏分集方法，其操作過程如下：移動臺從激活集中選擇一個小區(qū)作為主小區(qū)，其它小區(qū)為非主小區(qū) 。主要目的是只從主小區(qū)進行下行發(fā)射，從而降低在軟切換模式下多發(fā)射帶來的干擾 。第二個目的是在沒有網(wǎng)絡(luò)參與下獲得快速位置選擇，從而保證軟切換的優(yōu)勢 。為了選擇一個主小區(qū)，給每個小區(qū)都分配一個臨時標(biāo)識符(ID)，移動臺周期性地通過上行信道為所連接的小區(qū)發(fā)送主小區(qū)ID，被移動臺選擇為非主小區(qū)的小區(qū)將停止發(fā)射 。
MIMO天線系統(tǒng)和空時編碼在3GPP的高速下行分組接入方案中提出了MIMO（Multiple Input Multiple Output）天線系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在發(fā)送和接收方都有多付天線，可以認為是雙天線分集的進一步擴展，但MIMO還引入編碼重用 (Code re-use)方法，用相同的信道化碼和擾碼調(diào)制多個不同的數(shù)據(jù)流，假如基站發(fā)射端采用M付天線和N個擴頻碼，則一個高速的數(shù)據(jù)流被分為M×N個子數(shù)據(jù)流，每個擴頻碼對M個子數(shù)據(jù)流進行擴頻，相同擴頻碼擴頻的M路數(shù)據(jù)分別送到相應(yīng)的M付天線，在送往天線發(fā)射之前各路要加上相互正交的導(dǎo)頻，最后用同一擾碼加擾 。這樣同時發(fā)射出去的各路數(shù)據(jù)所用的擴頻碼和所用的發(fā)射天線不會完全一致 。在接收端也用了多付天線 。對于擴頻碼不同的數(shù)據(jù)流，可以利用擴頻碼的正交性分離出來 。但對于采用相同擴頻碼的各個數(shù)據(jù)流，就要靠不同天線信號在無線信道中的不相關(guān)性來區(qū)分 。假如接收端有P付天線，而且采用了L個支路（finger）的Rake接收機，可以認為數(shù)據(jù)經(jīng)過M×P×L個無線信道到達接收端，接收端利用M個導(dǎo)頻對每付天線的數(shù)據(jù)進行L條支路的信道估計補償，然后把對應(yīng)同一天線的數(shù)據(jù)進行Rake合并 。這就是采用了空域信號處理的二維Rake接收技術(shù) 。為了保證相同擴頻碼的各個子數(shù)據(jù)流能有效分離，各天線的間隔距離要比較大，以保證信號的不相關(guān)性，甚至MIMO系統(tǒng)在沒有直射徑的瑞利衰落條件下工作得更好 。MIMO天線系統(tǒng)能提供14.4Mb/s甚至21.6Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，同時也能提高系統(tǒng)容量 。但MIMO天線系統(tǒng)會造成移動臺和基站復(fù)雜性的增加，在2G頻段下，UE上四個天線排列的線性距離需7.5厘米以獲得非相關(guān)性，研究結(jié)果表明，帶有四付天線的移動臺的復(fù)雜度是單天線的2倍 。

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