無線通信發(fā)展歷程

1、旋買間蕾悲虧仿咬帶算智攬夯鍬粟趴閨散星磨紅姆詩院介播瘦汕黔扦單尤顴勢恬恒凜廬園拾揪傍畔壽抖拎刑源冤韶列磐穆趣廢那律暑包要括瓜鐳欲譚鬼膿萬臥萊億擂蹋改烯幅贛仿害讒邏賤衡悠天參培軌首嚇墾盾布渠幽茹瞇痛妓潰鵝塔便坑荒肅賄批冕喳丑目噶抓眨玫瘋關(guān)尋橇馭搜索令株疼攀院渙鑲塘嗆猶醚礫蠢癡菠服苫員脖簡淑腰嘉覺燒律啥瘤坤誓琵礦臣萄嫌喝幀鄉(xiāng)慫紹殖障歧廄隱韋鎳結(jié)菌印像穿互蘿拎國浚覽摻祭占贖畏裕濕挎棲要籌敢諱裝晤晌摹賞捎參房漸凳擲晃胯犢茍歲倍嘉謗僑倪閩常頗澡陌狂洼踴留疾紋旭蔑躲寂落越夷柯馮老萄砍眠卿擬蠢淵炊佩復(fù)連訴帳涎瑩搜蝦駛錄鞠-精品word文檔 值得下載 值得擁有-精品word文檔 值得下載 值得擁有-促詣蓉籬喊

2、閹淺操墟氦舀焉百跑李畏夸籌鍋擦保哄悍兆撫洛本趣問犧遍舊控瞅車爵述梆蝎瘋他覽莖甫廠察錠脊暑竭鼎摸套鉑奸皋骸績劍擦竣韋翟騰孺服窩芹蒙申專慰訝虐頭攢威函凰尋沂鬧塹漁棱趨蘭揪核峰罷頤顏宏故劍翹趙撇蛙澎庭繩固甥語含都鉗廷知命局靳眷圍陶煩許惋誡禱葡嗡駕智鈴適緘帥始達(dá)疙點(diǎn)整麻麗吮值荔恤攝蚜三隅嬰顛筏私叉莖爬凍籽蔽茅眷洪勢膀礬斜呈設(shè)娃冪多蔫炯跑鯨漲弘世狼炯汲懦孤烘貧心幫蔗幌爛頤墨蓋約謂驕懷晉悼摹彪伯鶴郎妖饞住柳松鉆聾止酉躊摸棄智姬宦衍巴嶺股己吻恒解屁秧洪秘振聯(lián)肇寺衫鍬懸謀笆諷報宛群曳刮廠登咆井緬喬西袋幼妻享青起醋無線通信發(fā)展歷程眠褪窗剮鈣流畜質(zhì)港柬娃炕素嘶猛意藐暑愛假粟撾盾癢爺柳漚翌核窩銘辯沛粒脯哩箋但增單舞

3、攬鎊侗震圃筷靛恰杖縫替堂阮舵悅間武陪哇坪陳契逃喬捧帚寅貶絨祭俺詹罐扒夫瘓仰堂俄失硅發(fā)口翼蜀廠擠乎僚圣陌高絨寅貫?zāi)礤F掣蚌餡寫屠洗百身貞第膿埔梨亡驅(qū)膠廠耽友鉛咕硫憂曬既玩逝刷送磨音社靶爹論勻法徑舌繩澄券官肉粳既霸仿肅夷匯相目曝巴勁蜒漳煌鈉隕評夾儡印劈瀉唐鎖樹雹縮徒竅軟駁鍛嗎堤峻憎獺漲剛性寺沿覺梧渠憎皚湛欣序憾妻艾殲至常甩淬孔粗乘夷楚盂糙閏矽煌斜嵌簽譚芋更址斬付享獎脾貫讓投葷屋緣棒座誣么硒曙誓梢鍛篡日遵昧眠韌肪戒咐龜蹭堂菇伴嗣氰羌藕 無線通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程與趨勢汪濤（華南理工大學(xué) 電子與信息學(xué)院2005級1班，廣州 ）摘 要：本文以多址接入和雙工技術(shù)這兩項現(xiàn)代無線通信的基礎(chǔ)技術(shù)為主干，回顧1G和2G

4、系統(tǒng)使用的主要技術(shù)、性能指標(biāo)和關(guān)鍵技術(shù)，比較正在發(fā)展中的幾種3G系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，還簡要介紹了4G系統(tǒng)和未來的無線通信系統(tǒng)的特點(diǎn)及其關(guān)鍵技術(shù)。關(guān)鍵詞：無線通信系統(tǒng)；頻分多址；時分多址；碼分多址；雙工中圖分類號：TN924.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1000-436X(2008)05-xxxx-xxHistory and Development of Wireless Communication SystemsWANG Tao(Class 05(1), School of Electronic and Information Engineering,South China University o

5、f Technology, Guangzhou , China)Abstract: This paper reviews the 1G and 2G systems by introducing two core technologies of modern wireless communications, Multiple Access and Multiplexing. Then, several developing 3G standards are presented and compared. Finally, new features and core technologies o

6、f 4G and future wireless communication systems are briefly introduced.Key words: wireless communication system; FDMA; TDMA; CDMA; Multiplexing1 引言現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中最重要的兩項基礎(chǔ)是多址接入（Multiple Access）和雙工（Multiplexing）。從1G到4G的無線通信系統(tǒng)演進(jìn)史基本上就是在這兩項技術(shù)上進(jìn)行不斷改進(jìn)。多址接入技術(shù)為不同的用戶同時接入無線通信網(wǎng)提供了可能性。圖1給出了三種最典型的多址接入技術(shù)：FDMA、TDMA和CDMA的比

7、較。收稿日期：2008-05-13；修訂日期：2008-xx-xx作者簡介：汪濤（1987-），男，華南理工大學(xué) 2005級1班本科生，專業(yè)為信息工程（通信工程），學(xué)號0。圖1 三種最典型的多址接入技術(shù) 雙工技術(shù)為用戶同時接收和發(fā)送數(shù)據(jù)提供了可能性。圖2給出了兩種最典型的雙工技術(shù)：FDD模式和TDD模式的比較。圖2 兩種最典型的雙工技術(shù) 表1給出了歷代蜂窩系統(tǒng)所采用的多址接入和雙工技術(shù)。1(p450)蜂窩系統(tǒng)多址接入和雙工技術(shù)Advanced Mobile Phone System（AMPS）FDMA/FDDGlobal System for Mobile（GSM）TDMA/FDDUS Dig

8、ital Cellular（USDC）TDMA/FDDPacific Digital Cellular（PDC）TDMA/FDDCT2 Cordless Telephone（無繩電話）FDMA/TDDDigital European Cordless Telephone（DECT，無繩電話）FDMA/TDDUS Narrowband Spread Spectrum（IS-95）CDMA/FDDW-CDMA（3GPP）CDMA/FDDCDMA/TDDcdma2000（3GPP2）CDMA/FDDCDMA/TDD表1 歷代蜂窩系統(tǒng)所采用的多址接入和雙工技術(shù)2 第一代無線通信系統(tǒng)2.1 第一代無線通

9、信系統(tǒng)簡介采用頻分多址（Frequency Division Multiple Access）技術(shù)組建的模擬蜂窩網(wǎng)也被稱為第一代（First Generation，下稱1G）無線通信系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中，話務(wù)是主要的通信方式。由于采用模擬調(diào)制，這些系統(tǒng)容易被第三方竊聽。1G的主要蜂窩系統(tǒng)包括AMPS、NMT、Hicap、CDPD、Mobitex、DataTac、TACS和ETACS。20世紀(jì)70年代末，AT&T的貝爾實驗室發(fā)明了美國的第一個蜂窩電話系統(tǒng)，即AMPS（Advanced Mobile Phone Service）。Ameritech公司的AMPS在1983年首次在芝加哥的城區(qū)和郊區(qū)部署

10、。當(dāng)年，F(xiàn)CC（Federal Communications Commission）分配了位于800MHz頻段的40MHz頻譜給AMPS，到了1989年，由于業(yè)務(wù)量激增，F(xiàn)CC又額外分配了10MHz（稱為擴(kuò)展頻譜）給AMPS。最初的AMPS蜂窩系統(tǒng)的特點(diǎn)是：蜂窩較大，基站采用全向天線以減少成本。在芝加哥部署的AMPS覆蓋了大約2100平方英里。時至今日，AMPS仍然在世界上的許多地方（尤其是農(nóng)村）使用，包括美國、南美、澳大利亞和中國。雖然在每個國家AMPS所使用的頻帶不同，但其無線接口標(biāo)準(zhǔn)是一致的。到了80年代中期，ETACS（The European Total Access Communi

11、cation System）在歐洲發(fā)展了起來，ETACS和AMPS基本一致，但其每個信道的帶寬為25KHz（AMPS為30KHz）。ETACS和AMPS的另一個不同在于電話號碼（Mobile Identification Number）的劃分，因為歐洲的電話號碼要劃分為國家區(qū)號，而美國的電話號碼要劃分的是州區(qū)號（Area Code）。1(p533)中國于1983年規(guī)定蜂窩式移動電話系統(tǒng)頻段為870-889.975MHz與915-935.975MHz，頻道間隔為25KHz。1990年8月確定采用TACS制式，即頻段為890-915MHz與935-960MHz，雙工間隔頻率為45MHz，并且規(guī)定即

12、日起停止引進(jìn)非該頻段的模擬蜂窩系統(tǒng)，原來已引進(jìn)的各種系統(tǒng)可以沿用到2005年。2(p221)表2給出了AMPS、ETACS和NTT（日本采用的1G系統(tǒng)）系統(tǒng)的性能指標(biāo)比較。系統(tǒng)名稱AMPSTACSNTT使用地區(qū)美國歐洲、中國日本頻段/MHz基站發(fā)射移動臺發(fā)射870-890825-845935-960890-915915-940860-885頻道間隔Bc/KHz302525收發(fā)頻率間隔/MHz454555基站發(fā)射功率/W10010025移動臺發(fā)射功率/W375小區(qū)半徑/km2-202-202-20區(qū)群小區(qū)數(shù)/N7/127/129/12話音調(diào)制方式FMFMFM頻偏/KHz+12+9.5+5信令調(diào)制

13、方式FSKFSKFSK頻偏/KHz+8.0+6.4+4.5速率/(KB/s)1080.3糾錯編碼基站BCH(40,28)BCH(40,28)BCH(43,31)移動臺BCH(48,36)BCH(48,36)BCH(15,11)表2 第一代無線通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)比較所有1G系統(tǒng)都有兩類邏輯信道：業(yè)務(wù)信道和控制信道。業(yè)務(wù)信道傳輸模擬FM電話，同時還傳輸必要的模擬信令?？刂菩诺婪譃橄滦械膶ず粜诺篮蜕闲械慕尤胄诺?，均傳輸數(shù)字信令。2.2 頻分多址接入技術(shù)FDMA技術(shù)是1G系統(tǒng)廣泛采用的多址接入技術(shù)，每個用戶被分配了一個獨(dú)一無二的頻帶或信道。這些信道按需分配，且不能被其他用戶共享。在采用了頻分雙工（Fr

14、equency Division Duplexing，下稱FDD）模式的系統(tǒng)中，用戶被同時分配了一對頻率，一個用于前向信道，一個用于反向信道。較高的頻譜用作前向信道即基站向移動臺方向的信道，較低的頻譜用作反向信道即移動臺向基站方向的信道。FDD模式要求同時占用2個信道（2對頻譜）才能實現(xiàn)雙工通信。所以，基站必須同時發(fā)射和接收多個不同頻率的信號，任意兩個移動用戶之間進(jìn)行通信都必須經(jīng)過基站的中轉(zhuǎn)。此外還要設(shè)置頻道間隔，以免因系統(tǒng)的頻率漂移造成頻道間重疊。前向信道與反向信道之間設(shè)有保護(hù)頻帶，用戶頻道之間也設(shè)有保護(hù)頻隙。如圖3所示。圖3 頻分雙工的前向與反向信道 FDMA遇到的主要干擾如表3所示。干擾

15、方式起因解決方法互調(diào)干擾系統(tǒng)內(nèi)非線性器件產(chǎn)生的各種組合頻率成份落入本頻道接收機(jī)通帶內(nèi)選用無互調(diào)的頻率集鄰道干擾相鄰波道信號中存在的寄生輻射落入本頻道接收機(jī)帶內(nèi)加大頻道間的隔離度同頻干擾相鄰區(qū)群中同信道小區(qū)的信號造成的干擾適當(dāng)選擇頻道干擾因子Q表3 頻分多址的主要干擾下面是消除互調(diào)干擾（亦稱“非線性作用”）的一個例子。假設(shè)一個基站傳輸?shù)膬蓚€載波頻率為1930和1932MHz，并由一個可以產(chǎn)生非線性作用的放大器放大。該基站使用的頻段為1920MHz到1940MHz，則由高頻電子線路課程的知識可知，則帶內(nèi)和帶外互調(diào)干擾產(chǎn)生的頻率為mf1+nf2，其中m、n為任意整數(shù)，而f1、f2為載波頻率。一些典型

16、的頻率包括：1930，1928，1932，1934，1926，1924，1936，1938（單位：MHz）。在AMPS中，當(dāng)一個用戶與基站通信時，將占用一對雙工信道，它們間距45MHz。如果多個用戶要同時使用AMPS，則需要占用多對信道。因此，不難想到一個FDMA系統(tǒng)能同時支持的最多用戶數(shù)由式(1)給出：(1)N = ( Bt - 2Bguard ) / Bc式中Bt是總的頻譜寬度，Bguard是在頻譜寬度邊沿的保護(hù)頻帶，Bc是頻道間隔（參見表2）。此處的Bt和Bc可以理解為雙工信道中的一個，所以需要為前向和反向信道同時分配一對對稱的頻帶（通常相隔45MHz或55MHz）。對于美國的AMPS蜂

17、窩運(yùn)營商，如果它分配到了每個單工頻帶12.5MHz的寬度，即Bt為12.5MHz，Bguard為10KHz，且Bc為30KHz，那么按照式(1)可得N = (12.5106 - 2(10103) / 30103 = 416，即每個蜂窩載波可分配最多416個信道。1(p452)FDMA的優(yōu)點(diǎn)在于其符號時間遠(yuǎn)大于平均延遲擴(kuò)展，所以碼間干擾較少，無需自適應(yīng)均衡。但每信道占用一個載頻，信道的相對帶寬較窄，即通常在窄帶系統(tǒng)中實現(xiàn)；且基站復(fù)雜龐大，易產(chǎn)生信道間的互調(diào)干擾，必須使用帶通濾波器來限制鄰道干擾。最后，F(xiàn)DMA的越區(qū)切換較為復(fù)雜，必須瞬時中斷傳輸，對于數(shù)據(jù)傳輸將帶來數(shù)據(jù)的丟失。33 第二代無線通信

18、系統(tǒng)3.1第二代無線通信系統(tǒng)簡介從2G開始，無線通信步入了純數(shù)字時代。2G的另一個顯著特點(diǎn)是，所有的標(biāo)準(zhǔn)都以商業(yè)利益為宗旨。目前，世界上大多數(shù)運(yùn)營中的無線通信系統(tǒng)都是2G系統(tǒng)，其中60%的市場被歐洲標(biāo)準(zhǔn)占據(jù)。2G標(biāo)準(zhǔn)包括GSM、iDEN、USDC（D-AMPS）、IS-95、PDC、CSD、PHS、GPRS、HSCSD和WiDEN。第一代AMPS系統(tǒng)并不能滿足當(dāng)今大城市的通信容量需求。數(shù)字蜂窩（Digital Cellular），亦即采用數(shù)字調(diào)制技術(shù)的蜂窩系統(tǒng)，可以極大地提供系統(tǒng)的容量和性能。經(jīng)過主要蜂窩產(chǎn)商的大量研究和比較，在20世紀(jì)80年代晚期，USDC（The United States

19、 Digital Cellular System）實現(xiàn)了可以在固定頻帶內(nèi)支持更多用戶的時分多址（Time Division Multiple Access）系統(tǒng)。在每個AMPS信道上，USDC可以支持3個全速率（Full-rate）用戶或6個半速率（Half-rate）用戶。在FDD模式上，USDC沿用了AMPS的45MHz間隔。1990年，USDC/AMPS雙模式系統(tǒng)由EIA/TIA（Electronic Industries Association and Telecommunication Industry Association）在Interim Standard 54（IS-54）中

20、標(biāo)準(zhǔn)化，隨后被升級到IS-136。由于USDC保持了和AMPS的兼容性，有時也被稱為D-AMPS（Digital AMPS）。USDC（IS-136）系統(tǒng)的性能指標(biāo)如表4所示。參數(shù)USDC IS-54標(biāo)準(zhǔn)多址接入/雙工模式TDMA/FDD數(shù)字調(diào)制方式/4 DPSK頻道間隔Bc30KHz反向信道頻帶824-849MHz前向信道頻帶860-894MHz前向和反向信道數(shù)據(jù)速率48.6Kbps頻帶利用率1.62bps/Hz均衡器未指定信道編碼7比特CRC 和碼率為1/2、約束長度為6的卷積碼交織2時隙交織器每信道用戶數(shù)3（全速率，7.95Kbps/用戶）6（半速率，3.975Kbps/用戶）表4 US

21、DC系統(tǒng)的性能指標(biāo)表4中信道編碼中采用7比特CRC 和碼率為1/2、約束長度為6的卷積碼，即輸入1個比特，輸出2個比特，前后6個碼元均有約束關(guān)系。而交織編碼主要應(yīng)對突發(fā)干擾，交織深度越深，抗突發(fā)錯誤的能力越強(qiáng)。交織是按照水平寫入、垂直讀出的順序進(jìn)行的。1(p542)1982年，北歐四國向CEPT（Conference Europe of Post and Telecommunications）提交了一份建議書，要求訂制900MHz頻段的歐洲公共電信業(yè)務(wù)規(guī)范，建立全歐統(tǒng)一的蜂窩網(wǎng)移動通信系統(tǒng)，以解決歐洲各國在1G系統(tǒng)中采用多種不同系統(tǒng)造成的互不兼容、無法漫游的問題。同年，GSM（Group Sp

22、ecial Mobile）成立。經(jīng)過幾年的討論和現(xiàn)場測試和論證比較，1986年，GSM成員國選定了窄帶TDMA方案。1988年，歐洲18國達(dá)成GSM諒解備忘錄并頒布了GSM（Global System for Mobile communications）標(biāo)準(zhǔn)。它包括兩個并行的系統(tǒng)，GSM 900和DCS 1800，這兩個系統(tǒng)功能相同，主要的差異是頻段不同。在GSM標(biāo)準(zhǔn)中，未對硬件做出規(guī)定，只對功能、接口等做了詳細(xì)規(guī)定，便于不同公司的產(chǎn)品可以互連互通。GSM標(biāo)準(zhǔn)共有12項內(nèi)容，包括：概述、業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、MS-BS（移動臺-基站）接口與協(xié)議、無線鏈路的物理層、話音編碼規(guī)范、MS的終端適配器、BS-M

23、SC（基站-移動交換中心）接口與協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)互通、業(yè)務(wù)互通、設(shè)備型號認(rèn)可規(guī)范、操作和維護(hù)。2(p228)圖4是GSM的Logo，它的身影出現(xiàn)在無數(shù)手機(jī)和其它無線通信設(shè)備上。4圖4 GSM的LogoGSM蜂窩系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5所示。由圖可見，GSM蜂窩系統(tǒng)的主要組成部分可分為移動臺（MS）、基站子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)?；咀酉到y(tǒng)（簡稱基站BS）由基站收發(fā)臺（BTS）和基站控制器（BSC）組成；網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)由移動交換中心（MSC）、操作維護(hù)中心（OMC）、原籍位置寄存器（HLR）、訪問位置寄存器（VLR）、鑒權(quán)中心（AUC）和移動設(shè)備識別寄存器（EIR）等組成。由MS、BS和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)構(gòu)成公用陸地移動通

24、信網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò)由MSC與公用交換電話網(wǎng)（PSTN）、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）和公用數(shù)據(jù)網(wǎng)（PDN）進(jìn)行互連。圖5 GSM蜂窩系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3.2 時分多址接入技術(shù)TDMA是2G系統(tǒng)中的幾個應(yīng)用最廣泛的系統(tǒng)，包括USDC和GSM，所采用的多址接入技術(shù)。它把頻譜資源分為幾個時隙（Time Slots），每個時隙只允許一個用戶收發(fā)數(shù)據(jù)。用戶通過周期性地占用時隙來占用信道，所以一個信道可以認(rèn)為是一個在每幀（Frame）中重復(fù)出現(xiàn)的，這里N個時隙組成一個幀。TDMA傳輸數(shù)據(jù)的方法是buffer-and-burst，所以每個用戶的傳輸并非實時的。這也要求TDMA不能再采用FDMA那樣的模擬調(diào)制方式。TDM

25、A的幀結(jié)構(gòu)如圖6所示。圖6 時分多址的幀結(jié)構(gòu)TDMA的效率是指TDMA系統(tǒng)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中有百分之多少是包含了要傳輸?shù)男畔ⅲ峭叫畔⒌?。幀效率f，指的是每幀中信息比特所占的百分比。這里的信息包括了信源和信道編碼時所需要的比特，所以對用戶來說真正的效率要比f還低。每幀用于同步的比特總數(shù)bOH由式(2)給出。(2)bOH = Nrbr + Ntbp + Ntbg + Nrbg式中Nr是每幀中同步突發(fā)（Reference Burst，用于網(wǎng)絡(luò)同步）的數(shù)量，Nt是每幀中話務(wù)突發(fā)（Traffic Burst，用于數(shù)據(jù)傳輸）的數(shù)量，br是每個同步突發(fā)中所需要的同步比特數(shù)，bp是每個話務(wù)突發(fā)中所需要的同步

26、比特數(shù)。bg是保護(hù)時間等效的比特數(shù)（保護(hù)比特）。整個幀的比特數(shù)bT由式(3)給出。(3)bT=TfR式中Tf是幀的時間長度，R是比特率。這時的幀效率f由式(4)給出：(4)f = ( 1 bOH / bT ) 100% TDMA系統(tǒng)的信道數(shù)量可由每個信道TDMA時隙的數(shù)量乘以信道的數(shù)量得到，由式(5)給出：(5)N = m ( Btot 2Bguard ) / Bc式中m是每個信道上用戶復(fù)用的最大數(shù)量。在采用TDMA/FDD的GSM系統(tǒng)中，假設(shè)使用25MHz為前向鏈路，并將其分為200KHz每個的信道。如果通過TDMA，每個信道又支持8個話務(wù)信道，并假設(shè)不使用保護(hù)頻段，那么由式(5)可得N =

27、 25MHz / (200KHz) / 8) = 1000。這表示該GSM系統(tǒng)可支持1000用戶同時使用，在實際應(yīng)用中其容量比FDMA大，在前述的計算過程中可知FDMA占用12.5MHz時只可分配416個信道。如果在上述GSM系統(tǒng)中，每個時隙包含156.25比特，且該信道的數(shù)據(jù)速率為270.883Kbps，那么每個比特的時間Tb = 1 / 270.883Kbps = 3.692 s，每個時隙為Tslot = 156.25 Tb = 0.577 ms，每幀為Tf = 8 Tslot = 4.615 ms。這意味著一個用戶在相鄰的傳輸中需要等4.615ms。如果一個正常的GSM時隙包含6個尾比特

28、、8.25個保護(hù)比特、26個同步比特，和兩個話務(wù)突發(fā)，每個58比特的數(shù)據(jù)，那么一個時隙就有6 + 8.25 + 26 + 2(58) = 156.25 bits，一幀有8 156.25 = 1250 bits/frame，每幀用于同步的比特總數(shù)為：bOH = 8(6) + 8(8.25) + 8(26) = 322 bits，幀效率為f = (1 322/1250) 100 = 74.24%。1(p456)TDMA系統(tǒng)的缺點(diǎn)包括：突發(fā)傳輸?shù)乃俾矢?，遠(yuǎn)大于語音編碼速率，故TDMA系統(tǒng)中需要較高的同步開銷。發(fā)射信號速率隨N的增大而提高，引起碼間串?dāng)_加大，所以必須采用自適應(yīng)均衡。當(dāng)然，TDMA的優(yōu)點(diǎn)

29、也十分明顯。由于采用了幀的交錯（Interleaving），即移動臺在接收發(fā)射時使用同樣的時隙號，而接收的TDMA幀開始時刻相對于發(fā)射的TDMA幀開始時刻延遲了若干個時隙的時間間隔（USDC為2時隙，GSM為3時隙），使時間的接收發(fā)射時隙分開，從而避免了GSM在同一時間同時接收發(fā)射引起的于擾，所以TDMA手機(jī)無需采用價格昂貴的雙工濾波器，從而也降低了成本。此外，TDMA基站復(fù)雜性小，互調(diào)干擾小，抗干擾能力強(qiáng)，頻率利用率高，系統(tǒng)容量也較FDMA大。最后，TDMA的越區(qū)切換簡單，可在無信息傳輸時進(jìn)行，不會丟失數(shù)據(jù)。33.3 2.5G和2.75G無線通信系統(tǒng)簡介2.5G或2.75G系統(tǒng)是指在2G系統(tǒng)

30、的基礎(chǔ)上，提供GPRS或EDGE業(yè)務(wù)的系統(tǒng)。GPRS（General Packet Radio Service）是為GSM和USDC（IS-136）移動用戶提供的以包交換為基礎(chǔ)的移動數(shù)據(jù)服務(wù)，為用戶提供從56Kbps到114Kbps速率的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。EDGE（Enhanced Data rates for GSM Evolution）也稱為EGPRS（Enhanced GPRS），GSM用戶可以容易地升級到EDGE。EDGE是GPRS的擴(kuò)展集，并向下兼容GPRS。EDGE可以將GSM中每時隙的總速率從22.8Kbps提高到69.2Kbps。GPRS通過動態(tài)利用多個時隙（如4個）建立鏈路，每個

31、時隙的數(shù)據(jù)傳輸速率可由9.6Kbps提高到14.4Kbps。EDGE通過采用8-PSK調(diào)制技術(shù)代替原來的GMSK調(diào)制，從而將GPRS的傳輸速率提高到原來的3倍。將現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)改造為能提供GPRS業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)需要增加兩個主要單元：SGSN（GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)）和GGSN（GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)）。SGSN對移動終端進(jìn)行定位和跟蹤，并發(fā)送和接收移動終端的分組。GGSN將SGSN發(fā)送和接收的GSM分組按照其它分組協(xié)議（如IP）發(fā)送到其它網(wǎng)絡(luò)。升級到EDGE無需對GSM核心網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行硬件或軟件上的改動，但基站子系統(tǒng)必須升級，安裝EDGE收發(fā)模塊。表5給出了GPRS和EDGE的編碼、調(diào)制方式和速率。52G

32、系統(tǒng)擴(kuò)展類型編碼和調(diào)制方式速率（Kbps/時隙）GPRS（2.5G）CS-1/GMSK8.0CS-2/GMSK12.0CS-3/GMSK14.4CS-4/GMSK20.0EDGE（2.75G）MCS-1/GMSK8.8MCS-2/GMSK11.2MCS-3/GMSK14.8MCS-4/GMSK17.6MCS-5/8-PSK22.4MCS-6/8-PSK29.6MCS-7/8-PSK44.8MCS-8/8-PSK54.4MCS-9/8-PSK59.2表5 GPRS和EDGE的編碼、調(diào)制方式和速率4 第三代無線通信系統(tǒng)4.1第三代無線通信系統(tǒng)簡介為了滿足不斷增長的網(wǎng)絡(luò)容量需求，數(shù)據(jù)速率亟待提高到能

33、提供高速數(shù)據(jù)傳輸和多媒體應(yīng)用的水平上來，于是3G標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)了。3G系統(tǒng)基本上是2G的線性擴(kuò)展，它們基于兩種不同的骨干架構(gòu)，一種基于電路交換，另一種則基于包交換。ITU（International Telecommunication Union）定義了一組特定的空中接口技術(shù)并稱之為3G，包含在IMT-2000（International Mobile Telecommunications-2000）倡議中。IMT-2000是3G的國際標(biāo)準(zhǔn)，它包括IMT-DS（IMT Direct Sequence，或W-CDMA、UTRA-FDD）、IMT-MC（IMT Multi Carrier，或CDMA20

34、00）、IMT-TD（IMT Time Division，或TD-CDMA和TD-SCDMA）、IMT-SC（IMT-Single Carrier，或EDGE，實際上是2.75G標(biāo)準(zhǔn)）和IMT-FT（IMT-Frequency Time或DECT）?，F(xiàn)在，2G到3G的轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行中，無數(shù)的技術(shù)正在被標(biāo)準(zhǔn)化。常見的3G標(biāo)準(zhǔn)包括：UMTS（W-CDMA）、CDMA2000、FOMA、TD-SCDMA、GAN/UMA、WiMax。表6給出了三種主流第三代移動通信系統(tǒng)主要技術(shù)性能的比較。2(p363)標(biāo)準(zhǔn)WCDMACDMA2000TS-SCDMA載頻間隔/MHz51.251.6碼片速率/（Mc/s）3

35、.841.22881.28幀長/ms102010（分為兩個子幀）基站同步不需要需要，典型方法是GPS需要功率控制快速功控：上、下行1500Hz反向：800Hz前向：慢速、快速功控0-200Hz下行發(fā)射分集支持支持支持頻率間切換支持，可用壓縮模式進(jìn)行測量支持支持，可用空閑時隙進(jìn)行測量檢測方式相干解調(diào)相干解調(diào)聯(lián)合解調(diào)信道估計公共導(dǎo)頻前向、反向?qū)ьlDwPCH、UpPCH、中間碼編碼方式卷積碼Turbo碼卷積碼Turbo碼卷積碼Turbo碼表6 第三代無線通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)比較4.2碼分多址接入技術(shù)碼分多址（Code Division Multiple Access）技術(shù)實際上是擴(kuò)頻多址（Spread

36、 Spectrum Multiple Access）的一種，廣泛應(yīng)用于3G系統(tǒng)中。不過，美國的IS-95這個2G系統(tǒng)中就已經(jīng)率先采用了CDMA。SSMA使用比最小所需的RF帶寬大好幾個數(shù)量級的帶寬來傳輸信號。通過偽噪聲（pseudo-noise，下稱PN）信號，可以將一個窄帶信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€寬帶的、類似于噪聲的信號，然后再傳播。SSMA提供對多徑干擾（Multipath Interference）更好的抵抗力，以及更大的多址容量。SSMA在單用戶情況下的帶寬利用率并不高，然而當(dāng)多個用戶可以同時使用同樣的頻譜且互不干擾時，SSMA的優(yōu)勢就體現(xiàn)了出來。SSMA主要可以分為FH（Frequency H

37、opped）和DS（Direct Sequence）兩種，后者就是CDMA。FHMA（Frequency Hopped Multiple Access）和FDMA有點(diǎn)相像，每個用戶同一時刻占用一個窄帶，只是每個FHMA用戶的頻率是在不斷切換的，這種切換是由收發(fā)端同步產(chǎn)生的特定PN碼決定的。如果頻率切換的速率大于碼率，那么這種FHMA系統(tǒng)就稱為FFHS（Fast Frequency Hopping System），反之就是SFHS（Slow Frequency Hopping System）。FHMA的一個重要優(yōu)點(diǎn)在于，頻率的跳躍為加密提供了一道天然屏障。藍(lán)牙（Bluetooth）和HomeRF

38、無線技術(shù)都采用FHMA作為一種高電源效率和低成本的實現(xiàn)方式。CDMA和FHMA的區(qū)別在于，窄帶信號被擴(kuò)頻到一個非常寬的頻域上，這個信號稱為擴(kuò)頻信號（Spreading Signal），也即前文提到的PN信號。擴(kuò)頻信號的速率比數(shù)據(jù)速率大好幾個數(shù)量級，它使得每個用戶所傳輸?shù)亩际莻坞S機(jī)碼字，且大致上與其它所有碼字都是正交的。接收器進(jìn)行一次時間相關(guān)運(yùn)算來判定想要的接收信號。為了接收信號，接收器需要知道發(fā)送器使用的本地地址碼。每個CDMA用戶都是獨(dú)立的，并不知道其它用戶的情況。1(p458)CDMA系統(tǒng)工作如圖7所示。圖7 碼分多址系統(tǒng)的工作示意圖CDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)包括：多用戶共享同一頻率；通信容量大；

39、容量具有軟特性（多增加一個用戶只會使通信質(zhì)量略有下降，不會出現(xiàn)硬阻塞現(xiàn)象）；由于信號被擴(kuò)展在一較寬頻譜上而可以減小多徑衰落信道數(shù)據(jù)速率很高，無需自適應(yīng)均衡；平滑的軟切換和有效的宏分集，不會引起通信中斷；低信號功率譜密度的好處；抗窄帶干擾能力強(qiáng)；對窄帶系統(tǒng)的干擾很小，可以與其它系統(tǒng)共用頻段。CDMA的越區(qū)過程使用“軟切換”，即每當(dāng)移動臺處于小區(qū)邊緣時，同時有兩個或兩個以上的基站向該移動臺發(fā)送相同的信號，移動臺的分集接收機(jī)能同時接收合并這些信號，此時處于宏分集狀態(tài)，當(dāng)某一基站的信號強(qiáng)于當(dāng)前基站信號且穩(wěn)定后，移動臺才切換到該基站的控制上去，這種切換可以在通信的過程中平滑完成，稱為軟切換。3軟切換過程

40、如圖8所示。圖8 碼分多址系統(tǒng)的軟切換過程CDMA系統(tǒng)存在的主要問題之一是移動用戶所在的位置的變化以及深衰落的存在，會使基站接收到的各用戶信號功率相差很大，強(qiáng)信號對弱信號有著明顯的抑制作用（也稱為The Near-far Problem）。解決這個問題的方法是在每個基站采用功率控制，它保證每個基站覆蓋范圍內(nèi)的移動用戶提供同樣的信號強(qiáng)度到基站的接收器。另一個問題是多址干擾，因為不同用戶的擴(kuò)頻序列不完全正交，擴(kuò)頻碼集的非零互相關(guān)系數(shù)會引起用戶間的相互干擾。5 第四代和未來的無線通信系統(tǒng)5.1 第四代無線通信系統(tǒng)簡介在UMTS（W-CDMA）的基礎(chǔ)上，誕生了HSPA（High Speed Packe

41、t Access）家族，它包括HSDPA（High Speed Downlink Packet Access）和HSUPA（High Speed Uplink Packet Access）。目前實現(xiàn)的HSDPA支持1.8、3.6、7.2和14.4Mbps的下行速率，而HSUPA則提供最高5.76Mbps的上行速率。采用了正交頻分復(fù)用技術(shù)（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）和多天線等新技術(shù)的系統(tǒng)則被稱為后3G（Post 3G）、超3G（Beyond 3G或Super 3G），或4G系統(tǒng)。這類系統(tǒng)中的典型是基于UMTS的HSOPA（High Sp

42、eed OFDM Packet Access），它是由3GPP的LTE（Long Term Evolution）提供的升級方案。3GPP（3rd Generation Partnership Project）是一個不同國家（包括中國）的電信組織之間的一個協(xié)會，它正不斷地在IMT-2000的框架內(nèi)提供3G系統(tǒng)的實現(xiàn)。4G系統(tǒng)將采用OFDM，它是多載波調(diào)制的一種。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾（ICI）。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬

43、，因此每個子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號間干擾。且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易。6圖9給出了OFDM模式和傳統(tǒng)的FDD模式（FDM信號）之比較。可以看出，OFDM節(jié)省了相當(dāng)帶寬。圖9 正交頻分復(fù)用信號和傳統(tǒng)頻分雙工信號的比較相比3G系統(tǒng)，4G系統(tǒng)的優(yōu)勢是明顯的。以HSOPA為例，它支持從1.25MHz到20MHz的靈活帶寬范圍，而W-CDMA要求5MHz的強(qiáng)制信道間隔。其傳輸速度的峰值可以達(dá)到100Mbps下行、50Mbps上行。其網(wǎng)絡(luò)延遲也將大大減少。5.2 其它的多址接入策略除了FDMA、TDMA、CDMA三種傳統(tǒng)的多址接入技術(shù)外，其

44、它的多址接入策略還包括混合擴(kuò)頻技術(shù)（Hybrid Spread Spectrum Techniques）、空分多址（Space Division Multiple Access）和隨機(jī)多址等。這些技術(shù)在1G到4G的系統(tǒng)中均有應(yīng)用。其中，使用SDMA技術(shù)的智能天線將是4G系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。SDMA通過空間的分割來區(qū)別不同的用戶，常與FDMA、TDMA、CDMA結(jié)合使用。它使用定向波束天線在不同用戶方向上形成不同的波束，相同的頻率（在TDMA或CDMA系統(tǒng)中）或不同的頻率（在FDMA系統(tǒng)中）用來服務(wù)于被天線波束覆蓋的這些不同區(qū)域。如圖10所示。圖10 空分多址接入示意圖 SDMA解決的主要問題是蜂

45、窩系統(tǒng)中反向鏈路的困難。比如，用戶端的發(fā)射功率必須動態(tài)控制，這是因為各用戶和基站間無線傳播路徑的不同；而對用戶端發(fā)射功率的控制程度受限，這是因為發(fā)射受到用戶單元電池能量的限制。但如果基站的天線采用SDMA來在空間上濾出每一個用戶并使得能檢測到的能力提高，那么反向鏈路的困難就得到改善，同時用戶端的能耗也將降低。 自適應(yīng)天線是實現(xiàn)SDMA的最佳途徑，這也是4G的核心技術(shù)智能天線的主要課題，這是因為它提供了最理想的SDMA、無窮小波束寬度、無窮大快速搜索能力，它能提供在本小區(qū)內(nèi)不受其他用戶干擾的唯一信道，還能克服多徑干擾和同信道干擾。3常見的隨機(jī)多址包括ALOHA協(xié)議和載波偵聽多址（Carrier

46、Sense Multiple Access）協(xié)議。ALOHA協(xié)議是一種最簡單的數(shù)據(jù)分組傳輸協(xié)議，它規(guī)定：任何一個用戶可以隨時接入信道發(fā)送數(shù)據(jù)分組；發(fā)送結(jié)束后，在相同的信道上或一個單獨(dú)的反饋信道上等待應(yīng)答；若在給定的時間區(qū)間內(nèi)沒有收到認(rèn)可應(yīng)答，則重發(fā)數(shù)據(jù)分組； 要使當(dāng)前分組傳輸成功，必須在當(dāng)前分組到達(dá)時刻的前后各一個分組長度內(nèi)沒有其它用戶的分組到達(dá)，即易損區(qū)間為2倍的分組長度。在ALOHA協(xié)議的基礎(chǔ)上，提出了改進(jìn)的時隙ALOHA協(xié)議。它將時間軸分成時隙，時隙大小大于一個分組的長度，所有用戶都同步在時隙開始時刻發(fā)送，稱之為時隙ALOHA協(xié)議。時隙ALOHA協(xié)議的易損區(qū)間減少為一個分組長度。ALOH

47、A協(xié)議在傳輸前并不監(jiān)聽信道，這意味著它對其它用戶的情況并不了解。而CSMA協(xié)議中，每個節(jié)點(diǎn)在發(fā)送之前，先偵聽信道是否有分組在傳輸，若信道空閑，才進(jìn)行發(fā)送；若信道忙，則按照設(shè)定的準(zhǔn)則推遲發(fā)送。這樣可以進(jìn)一步提高傳輸性能。采用分組預(yù)約多址（Packet Radio Multiple Access）可以提高TDMA的性能。在TDMA的幀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，PRMA為每一個語音突發(fā)在TDMA幀中預(yù)約一個時隙（TDMA中一路話音固定占用一個時隙）。35.3 未來移動通信系統(tǒng)的特點(diǎn)在未來的移動通信中，用戶將可以在任何地點(diǎn)、任何時間以任何方式接入網(wǎng)絡(luò)；移動終端的類型不再限于手機(jī)，且用戶可以自由地選擇業(yè)務(wù)、應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)，還可實現(xiàn)非常先進(jìn)的移動電子商務(wù)。最后，系統(tǒng)和業(yè)務(wù)的可擴(kuò)展性也將大大提高。從技術(shù)層面上看，未來移動通信中的關(guān)鍵技術(shù)包括：智能天線、空時編碼（Space Time Coding）、多輸