移動(dòng)通信的展望ppt課件

1、第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 第第10章章 挪動(dòng)通訊的展望挪動(dòng)通訊的展望 10.1 個(gè)人通訊概述個(gè)人通訊概述 10.2 關(guān)于個(gè)人通訊的國(guó)際規(guī)范和研討進(jìn)展關(guān)于個(gè)人通訊的國(guó)際規(guī)范和研討進(jìn)展 10.3 未來挪動(dòng)通訊中的關(guān)鍵技術(shù)未來挪動(dòng)通訊中的關(guān)鍵技術(shù) 思索題與習(xí)題思索題與習(xí)題 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 10.1 個(gè)人通訊概述個(gè)人通訊概述 挪動(dòng)通訊從產(chǎn)生到如今的歷史并不長(zhǎng)， 然而其開展速度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人們的預(yù)料。 尤其是最近十幾年來， 隨著微電子技術(shù)、 計(jì)算機(jī)和軟件工程的開展， 挪動(dòng)通訊設(shè)備在質(zhì)量、 運(yùn)用方便和可靠性等方面的開展日新月異。 第第1010章章 移動(dòng)

2、通信的展望移動(dòng)通信的展望 縱觀挪動(dòng)通訊的開展歷程， 當(dāng)代挪動(dòng)通訊可分為四個(gè)階段： 1 第一代挪動(dòng)通訊以模擬調(diào)頻、 頻分多址為主體技術(shù)， 包括以蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)為代表的公用挪動(dòng)通訊系統(tǒng)、 以集群系統(tǒng)為代表的公用挪動(dòng)通訊系統(tǒng)以及無繩, 主要向用戶提供模擬話音業(yè)務(wù)。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 (2) 第二代挪動(dòng)通訊以數(shù)字傳輸、 時(shí)分多址或碼分多址為主體技術(shù)， 簡(jiǎn)稱數(shù)字挪動(dòng)通訊， 包括數(shù)字蜂窩系統(tǒng)、 數(shù)字無繩系統(tǒng)和數(shù)字集群系統(tǒng)等， 主要向用戶提供數(shù)字話音業(yè)務(wù)和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 (3) 第三代(3G)挪動(dòng)通訊以CDMA為主要技術(shù)， 向用戶提供

3、2 Mb/s到10 Mb/s的多媒體業(yè)務(wù)。 (4) 超后三代B3G或第四代(4G)挪動(dòng)通訊的研討和開發(fā)， 采用OFDM和多天線等新技術(shù)， 將向用戶提供100 Mb/s甚至1 Gb/s的數(shù)據(jù)速率。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 10.1.1 個(gè)人通訊的概念 長(zhǎng)期以來， 人們就有一種愉快的愿望： 未來總有一天會(huì)做到無論任何人(Whoever)在任何時(shí)候(Whenever)和任何地點(diǎn)(Wherever)都能和另一個(gè)人(Whomever)進(jìn)展任何方式(Whatever)的通訊。 以往， 人們?cè)堰@種愿望稱之為夢(mèng)想， 然而隨著科學(xué)技術(shù)的開展， 這種愿望曾經(jīng)不是夢(mèng)想， 而是可以實(shí)現(xiàn)的了。

4、 人們把這種向往中的通訊稱為“個(gè)人通訊， 而把實(shí)現(xiàn)個(gè)人通訊的網(wǎng)絡(luò)稱之為個(gè)人通訊網(wǎng)(PCN)。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 個(gè)人通訊的愿望雖然早已存在， 但個(gè)人通訊網(wǎng)的想象卻是在1988年才正式提出來的。 其后， PCN在世界范圍內(nèi)立刻引起了宏大的反響和共鳴， 一些通訊興隆的國(guó)家紛紛開展了PCN的體系構(gòu)造和實(shí)現(xiàn)技術(shù)的研討， 提出了形形色色的想象和方案， 有關(guān)PCN的國(guó)際規(guī)范的制定也遭到許多國(guó)際組織的注重。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 10.1.2 實(shí)現(xiàn)個(gè)人通訊的途徑 個(gè)人通訊的想象激發(fā)了人們的濃重興趣。 從1988年以來， 人們對(duì)如何實(shí)現(xiàn)個(gè)人通訊曾提出過各

5、種各樣的方案， 也發(fā)生過一些爭(zhēng)論， 甚至相互非議。 普通來說， 實(shí)現(xiàn)個(gè)人通訊的途徑有以下幾種。 (1) 規(guī)劃、 設(shè)計(jì)和開發(fā)一種覆蓋世界范圍的全新個(gè)人通訊網(wǎng)。 這種方法可以按照個(gè)人通訊的理想目的， 自在地精選先進(jìn)技術(shù)和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造， 而不受現(xiàn)有通訊設(shè)備和現(xiàn)用技術(shù)體制的影響和約束。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 (2) 選擇現(xiàn)有的某一種挪動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展擴(kuò)展和改造， 實(shí)現(xiàn)一個(gè)普及全球、 功能齊全和順應(yīng)各種運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境的個(gè)人通訊網(wǎng)。 這種方法對(duì)現(xiàn)有各種通訊設(shè)備的開發(fā)者、 制造商和運(yùn)營(yíng)公司特別有吸引力。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 利用和改造某一種通訊網(wǎng)絡(luò)向個(gè)人通訊網(wǎng)開

6、展的方案都帶有一定的局限性， 主要表如今以下幾個(gè)方面： 把蜂窩通訊系統(tǒng)的小區(qū)分為宏小區(qū)、 微小區(qū)和悄然小區(qū)， 混合配置， 以順應(yīng)城市和鄉(xiāng)村、 戶內(nèi)和戶外的不同需求和擴(kuò)展個(gè)人通訊的效力范圍。 把無繩系統(tǒng)由室內(nèi)運(yùn)用擴(kuò)展到室外運(yùn)用， 經(jīng)過Telepoint覆蓋整個(gè)效力地域， 并賦予雙向呼叫、 越區(qū)切換和遨游功能， 以提供個(gè)人通訊業(yè)務(wù)。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 利用中、 低軌道挪動(dòng)通訊衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)個(gè)人通訊網(wǎng)絡(luò)。 由于挪動(dòng)衛(wèi)星通訊在海上、 空中和地形復(fù)雜而人口稀疏的環(huán)境中應(yīng)器具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)， 不僅覆蓋范圍大， 而且不受地形的限制， 對(duì)于處理遙遠(yuǎn)地域的通訊和構(gòu)成陸?？战Y(jié)合的立體通訊系統(tǒng)

7、而言是最有效的方法。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 (3) 綜合利用現(xiàn)有各種通訊網(wǎng)絡(luò)， 發(fā)揚(yáng)各自的優(yōu)點(diǎn)， 取長(zhǎng)補(bǔ)短， 在一致要求和一致規(guī)范的條件下， 突破關(guān)鍵技術(shù)， 處理各種網(wǎng)絡(luò)之間的互連互通， 加強(qiáng)通訊網(wǎng)絡(luò)的智能化管理功能， 以實(shí)現(xiàn)全球性的個(gè)人通訊網(wǎng)。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 10.2 關(guān)于個(gè)人通訊的國(guó)際規(guī)范和研討進(jìn)展關(guān)于個(gè)人通訊的國(guó)際規(guī)范和研討進(jìn)展 10.2.1 第三代挪動(dòng)通訊系統(tǒng)規(guī)范制定的過程 第三代挪動(dòng)通訊系統(tǒng)的實(shí)際研討、 技術(shù)開發(fā)和規(guī)范制定任務(wù)早在20世紀(jì)80年代中期就曾經(jīng)開場(chǎng)了。 第三代挪動(dòng)通訊的主要開展目的是： 能提供高質(zhì)量業(yè)務(wù)， 包括話

8、音、 低速和高速數(shù)據(jù)(從幾kbs到2 Mbs)， 并具有多媒體接口； 能支持面向電路和面向分組業(yè)務(wù)； 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 能任務(wù)在各種通訊環(huán)境， 包括城市和鄉(xiāng)村、 丘陵和山地、 空中和海上以及室內(nèi)場(chǎng)所； 具有更高的頻譜效率， 能提供更大的通訊容量； 能與固定網(wǎng)絡(luò)兼容， 和現(xiàn)有挪動(dòng)通訊網(wǎng)互連互通并實(shí)現(xiàn)全球遨游；網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造可配置成不同方式， 以順應(yīng)各種效力需求， 如公用、 公用、 商用和家用； 具有高級(jí)的挪動(dòng)性管理， 能保證大量用戶數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、 更新、 交換和實(shí)時(shí)處置等。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 關(guān)于第三代挪動(dòng)通訊系統(tǒng)的規(guī)范， 開場(chǎng)主要是由國(guó)際電信

9、聯(lián)盟(ITU)主導(dǎo)的， 最初提出時(shí)運(yùn)用的系統(tǒng)稱號(hào)為“未來公共陸上挪動(dòng)通訊系統(tǒng)(FPLMTS)， 后改名為“國(guó)際挪動(dòng)通訊2000(IMT-2000)。 2019年12月， 世界各國(guó)已向ITU提交的無線傳輸技術(shù)(RTT)建議有： 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 (1) 以TDMA為根底的兩種： DECT， 來自ETSI方案(EP)DECT。 UWC-(Universal Wireless Communications)， 來自美國(guó)TIA TR45.3。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 (2) 以CDMA為根底的八種： WINS W-CDMA(Wireless Mul

10、timedia and Messaging Service Wideband CDMA)， 來自美國(guó)TR46.1。 TD-SCDMA(TimeDivision Synchronous CDMA)， 來自中國(guó)電信技術(shù)研討院(CATT)。 W-CDMA(Wideband CDMA)， 來自日本ARIB。 CDMA(Asynchronous DS-CDMA)， 來自韓國(guó)TTA。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 UTRA(UMTS Terrestrial Radio Access)， 來自ESTI SMG2。 NA：W-CDMA(North American Wideband CDMA

11、)， 來自美國(guó)TIPI-ATIS。 cdma2000(Wideband CDMA(IS-95)， 來自美國(guó)TIA TR45.5。 CDMA (Multiband Synchronous DS-CDMA)， 來自韓國(guó)TTA。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 (3) 用于衛(wèi)星系統(tǒng)的五種： SAT-CDMA， 軌道高度2000 km， 軌道平面7個(gè)， 總共49顆低軌道衛(wèi)星， 來自韓國(guó)TTA。 SW-CDMA(Satellite Wideband CDMA)， 來自ESA。 SW-CTDMA(Satellite Wideband Hybrid CDMATDMA)， 來自ESA。 第第1

12、010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 ICO-RTT， 軌道高度10 390 km， 軌道平面2個(gè)， 總共10顆中軌道衛(wèi)星， 來自ICO Global Communication。 Horizons(Horizons Satellite System)， 來自Inmarsat。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 2019年11月赫爾辛基TG81會(huì)議經(jīng)過了“IMT-2000無線接口技術(shù)規(guī)范建議， 該建議中最終確定下來的第三代挪動(dòng)通訊系統(tǒng)無線傳輸技術(shù)分為CDMA和TDMA兩類， 詳細(xì)包括： CDMA DS： UTRA FDD(WCDMA)； CDMA MC： cdma2000 M

13、C； CDMA TDD： UTRA TDD及TD-SCDMA； TDMA SC： UWC-； TDMA MC： DECT。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 10.2.2 超后三代B3G或第四代(4G)挪動(dòng)通訊的研討和開發(fā) 第三代挪動(dòng)通訊曾經(jīng)開場(chǎng)商用， 2019年底全球已發(fā)放120個(gè)IMT-2000的運(yùn)轉(zhuǎn)牌照。 僅以日本為例， 第三代挪動(dòng)通訊2019年10月開場(chǎng)商用WCDMA技術(shù)， 2019年3月已有300萬用戶， 網(wǎng)絡(luò)已覆蓋99%以上的地域。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 在第三代3G挪動(dòng)通訊開場(chǎng)商用后， 大家就開場(chǎng)思索今后該如何開展， 即開場(chǎng)了超后三代B3G

14、或第四代(4G)挪動(dòng)通訊的研討和開發(fā)。 今后的開展分為兩個(gè)思緒： 一是對(duì)現(xiàn)有3G規(guī)范的加強(qiáng)， 以滿足未來用戶的需求； 二是研制全新的規(guī)范。 第一種思緒可以稱為3G的演進(jìn)， 如3GPP提出了高速下行分組接入HSDPA， 其數(shù)據(jù)率可以到達(dá)10.8 Mb/s； 3GPP2提出了1xEV-DV， 其速率可以到達(dá)5.4 Mb/s。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 ITU-R對(duì)未來系統(tǒng)的開展的看法包括兩部分： 一是IMT-2000的未來開展， 二是超IMT-2000的系統(tǒng)。 IMT-2000將繼續(xù)開展以支持新的運(yùn)用、 產(chǎn)品和效力。 WWRFWireless World Research F

15、orum以為未來的系統(tǒng)不能夠僅用一個(gè)規(guī)范來滿足用戶的一切要求， 該當(dāng)用一組規(guī)范來滿足完全不同的用戶需求； 該當(dāng)利用多模終端， 在一組可選的空中接口中選擇一個(gè)最適宜給定環(huán)境的空中接口； 此外， 還要滿足100 Mb/s或1 Gb/s的數(shù)據(jù)速率。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 IEEE 802下的多個(gè)任務(wù)組也在進(jìn)展未來無線通訊的規(guī)范化任務(wù)。 如IEEE 802.11n希望下一代WLAN的實(shí)踐傳輸速率到達(dá)100 Mb/s， 完好的802.11n規(guī)范那么估計(jì)在2019年年底至2019年年初之間問世； 2019年8月底有兩個(gè)組織提交了提案， TGn Sync組織的提案希望傳輸速率可以到

16、達(dá)640 Mb/s左右， 而WWiSE組織的提案最高速率為540 Mb/s； 它們都選擇運(yùn)用了“多重輸入與多重輸出(MIMO， Multiple Input and Multiple Output)技術(shù)作為規(guī)范的中心。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 綜上所述， 我們可用圖10-1來概括挪動(dòng)和無線通訊的開展進(jìn)程。 它包括廣域覆蓋Wide Area Coverage的挪動(dòng)通訊系統(tǒng)和局域覆蓋(Local Area Coverage)的無線局域網(wǎng)。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 圖10-1 挪動(dòng)通訊的開展進(jìn)程 1.25 MHz54 Mb/s54 Mb/s15.2 k

17、b/s30 kHzGSM(MAP)HSCSGPRSEDGETDMA(IS-41)CDPDWCDMAFDDcdma2000與HL2協(xié)調(diào)的IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)HiperLAN2IEEE 802.11aPDC/PDC-PCDMA(IS-41)WLAN802.11b170 kb/s473 kb/s200 kHz43.2 kb/s14.4 kb/s76.8 kb/s本地覆蓋11 Mb/s5 MHz2 Mb/s307.kb/s廣域覆蓋473 kb/s實(shí)時(shí) IPEDGE Ph.2GERAN3 G的演進(jìn)WCDMA TDDWCDMAHSPA2 Mb/s變速下行分組接入10 Mb/sT-SCDMA2.4

18、Mb/s5.4 Mb/s未來無線20002001200220032010以后1xEV DO階段1xEV -DV階段1X第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 10.3 未來挪動(dòng)通訊中的關(guān)鍵技術(shù)未來挪動(dòng)通訊中的關(guān)鍵技術(shù) 10.3.1 自順應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù) 1. 可變速率調(diào)制技術(shù) 未來挪動(dòng)通訊系統(tǒng)不僅要傳輸不同速率和不同質(zhì)量要求的多種業(yè)務(wù)， 而且由于挪動(dòng)信道的傳播性能經(jīng)常會(huì)隨時(shí)間和傳播地點(diǎn)而隨機(jī)變化， 所以挪動(dòng)通訊系統(tǒng)必需具有自順應(yīng)改動(dòng)其傳輸速率的才干， 以便能靈敏地為多種業(yè)務(wù)提供適宜的傳輸速率，第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 而且能在保證傳輸質(zhì)量的前提下， 根據(jù)傳播條件實(shí)時(shí)

19、地調(diào)整其傳輸速率(信道條件好， 提高速率； 信道條件差， 降低速率)， 以充分發(fā)揚(yáng)所用頻譜的效率。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 實(shí)現(xiàn)可變速率調(diào)制的方法有以下幾種： (1) 可變速率正交振幅調(diào)制(VR-QAM)。 QAM是一種振幅和相位結(jié)合鍵控技術(shù)。 電平數(shù)越多， 每碼元攜帶的信息比特?cái)?shù)就越多。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 圖10-2 星型QAM的星座圖 星型8QAM星型16 QAM星型64 QAM星型32 QAM第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 (2) 可變擴(kuò)頻增益碼分多址(VSG-CDMA)。 這種技術(shù)靠動(dòng)態(tài)改動(dòng)擴(kuò)頻增益和發(fā)射功率以實(shí)現(xiàn)不

20、同業(yè)務(wù)速率的傳輸。 在傳輸高速業(yè)務(wù)時(shí)降低擴(kuò)頻增益， 為保證傳輸質(zhì)量， 可相應(yīng)提高其發(fā)射功率； 在傳輸?shù)退贅I(yè)務(wù)時(shí)增大擴(kuò)頻增益， 在保證業(yè)務(wù)質(zhì)量的條件下， 可適當(dāng)降低其發(fā)射功率， 以減少多址干擾。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 (3) 多碼碼分多址(MC-CDMA)。 待傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流經(jīng)串并變換器后， 分成多個(gè)(1， 2， ， M)支路， 支路的數(shù)目隨業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的不同速率而變， 當(dāng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率小于等于1根本速率時(shí)， 串并變換器只輸出1個(gè)支路； 當(dāng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率大于根本速率而小于2倍根本速率時(shí)，串并變換器輸出2個(gè)支路； 依此類推， 最多可達(dá)M個(gè)支路， 即最大業(yè)務(wù)速率可達(dá)根本速率的M

21、倍。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 4 可變擴(kuò)頻因子-正交頻分和碼分復(fù)用VSF-OFCDM。 可變擴(kuò)頻因子-正交頻分和碼分復(fù)用VSF-OFCDM是 OFDM和CDM碼分復(fù)用的結(jié)合， 它根據(jù)小區(qū)的干擾情況動(dòng)態(tài)調(diào)整擴(kuò)頻因子， 經(jīng)過選用不同的子載波數(shù)和在時(shí)間或頻域上的擴(kuò)展來實(shí)現(xiàn)不同速率的傳輸。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 2. 自順應(yīng)編碼調(diào)制 自順應(yīng)編碼調(diào)制AMC將不同速率的編碼與不同的調(diào)制方式結(jié)合起來， 系統(tǒng)根據(jù)收發(fā)信道的情況動(dòng)態(tài)選擇最正確的編碼組合。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 例如， 我們可以采用QPSK、 8PSK、 16QAM、 6

22、4QAM等調(diào)制方式， 可以采用碼率為R=1/4、 1/2、 或3/4的Turbo碼。 可以有以下七種調(diào)制和碼率的組合： QPSK R=1/4, QPSK R=1/2, QPSK R=3/4, 8PSK R=1/2, 16QAM R=1/2, 16QAM R=3/4和64QAM R=3/4，如表10-1所示。 在碼片速率為3.84 Mc/s， 采用20個(gè)碼字、 64QAM、 R=3/4 時(shí)可以到達(dá)10.8 Mb/s的數(shù)據(jù)速率；如改用QPSK R=1/4， 那么速率為1.2 Mb/s。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 表10-1 不同調(diào)制編碼方案MCS提供的信息速率 第第1010章

23、章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 圖10-3 自順應(yīng)調(diào)制編碼的經(jīng)過率MCS6MCS5MCS4MCS3MCS2MCS125201510505050100150200250300每個(gè)天線平均測(cè)量到的接收 SNR /dB通過量/(Mb/s)MCS1(QPSK, R1/3)MCS2(QPSK, R1/2)MCS3(QPSK, R3/4)MCS4(16QAM, R1/2)MCS5(16QAM, R3/4)MCS6(64QAM, R3/4)AMCAMC第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 NTT DoCoMo在4.635 GHz頻段、 101.5 MHz帶寬內(nèi)利用自順應(yīng)調(diào)制編碼的方法， 配合VS

24、F-OFCDM調(diào)制可以到達(dá)的經(jīng)過率如圖10-3所示。 系統(tǒng)在時(shí)域的擴(kuò)展因子為16， 頻域的擴(kuò)展因子為1， 采用15個(gè)碼字， 6種調(diào)制編碼的方案MCS； 在每個(gè)天線丈量到的接納SNR為6.0、 14.0、 22.0 dB時(shí), 可以到達(dá)的經(jīng)過量為100、 200和300 Mb/s。 從圖中可以看到， 經(jīng)過采用自順應(yīng)調(diào)制編碼AMC， 系統(tǒng)可以到達(dá)每一種調(diào)制的最正確傳輸速率。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 10.3.2 多輸入多輸出技術(shù) 廣義的多輸入多輸出MIMO技術(shù)包括： 智能天線技術(shù)、 空時(shí)編碼、 用于提高系統(tǒng)容量的MIMO等技術(shù)。 1. 智能天線 智能天線是一種自順應(yīng)陣列天線。

25、 自順應(yīng)陣列天線曾經(jīng)閱歷了40年的開展歷史。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 圖10-4 利用智能天線實(shí)現(xiàn)空分多址表示圖 新用戶第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 智能天線的理想目的是能在發(fā)射機(jī)或接納機(jī)快速挪動(dòng)時(shí)， 以一個(gè)或多個(gè)高增益的窄波束分別對(duì)準(zhǔn)并跟蹤所需信號(hào)的方向， 同時(shí)以波束零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)并跟蹤干擾信號(hào)的方向， 此時(shí)通訊系統(tǒng)中的許多用戶可以占用同一個(gè)信道任務(wù)而互不干擾， 這就實(shí)現(xiàn)了所謂的“空分多址(SDMA)， 如圖10-4 所示。 系統(tǒng)可以為每一個(gè)新用戶添加一個(gè)新的波束。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 智能天線類似一個(gè)空間濾波器， 其突出的優(yōu)點(diǎn)

26、是可以減少或者濾除同道干擾和多址干擾， 因此能顯著提高通訊系統(tǒng)的通訊容量。 目前， 挪動(dòng)臺(tái)要運(yùn)用自順應(yīng)天線， 因受體積、 分量和外型等方面的限制， 尚有一定困難， 但基站運(yùn)用自順應(yīng)天線已被證明是非常有效的。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 圖10-5 自順應(yīng)波束構(gòu)成表示圖 aaa可變衰減可變相移Wd信號(hào)源波前第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 圖10-5是一種基于信號(hào)到達(dá)方向的(DOA)自順應(yīng)波束構(gòu)成表示圖， 其中天線陣列由N個(gè)空間分布的天線陣元組成， 陣元陳列可以是直線型、 環(huán)型或平面型， 陣元之間的間隔普通為信號(hào)波長(zhǎng)的一半， 即2； W是復(fù)加權(quán)因子。 這種自順應(yīng)

27、陣列需求判別一切信號(hào)的到達(dá)方向， 然后根據(jù)信號(hào)的到達(dá)方向， 計(jì)算和選擇適宜的復(fù)加權(quán)因子， 將方向圖的主瓣指向所需信號(hào)， 而把凹陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)， 從而提高有用信號(hào)的信干比。 這種做法在陣元數(shù)多于用戶數(shù)， 且不存在多徑傳播時(shí)比較有效。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 另一種方法需求提供一種與所需信號(hào)親密相關(guān)而與噪聲和干擾無關(guān)的基準(zhǔn)信號(hào)， 用此基準(zhǔn)信號(hào)和方向圖構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的輸出信號(hào)相減， 產(chǎn)生一誤差信號(hào)， 然后按照選定的算法準(zhǔn)那么(如最小均方差(LMS)準(zhǔn)那么、 遞歸最小平方(RLS)準(zhǔn)那么等)， 對(duì)復(fù)加權(quán)因子W進(jìn)展調(diào)整， 使構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的輸出信號(hào)盡能夠接近基準(zhǔn)信號(hào)， 并從輸出信號(hào)中消除與基

28、準(zhǔn)信號(hào)不相關(guān)的噪聲和干擾信號(hào)。 圖10-6是基于基準(zhǔn)信號(hào)的陣列天線表示圖。第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 圖10-6 基于基準(zhǔn)信號(hào)的陣列天線表示圖 x1(t)x2(t)xN(t)反饋控制W1W2WNs(t)r(t)陣輸出基準(zhǔn)信號(hào)誤差信號(hào)(t)第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 無論采用哪一種自順應(yīng)算法， 都要在保證性能要求的前提下， 盡能夠減少運(yùn)算量， 縮短收斂時(shí)間， 以期能跟蹤挪動(dòng)通訊環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化。 基準(zhǔn)信號(hào)的產(chǎn)生可以采用以下幾種方法： (1) 利用發(fā)送同步信號(hào)的引導(dǎo)序列來產(chǎn)生參考信號(hào)。 由于各個(gè)用戶的同步引導(dǎo)序列通常不是獨(dú)特的， 所以這種方法不能區(qū)分所需信號(hào)和

29、同道干擾。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 (2) 為各個(gè)用戶發(fā)送專門的訓(xùn)練序列或引導(dǎo)序列， 用來產(chǎn)生參考信號(hào)。 顯然， 這種方法會(huì)增大信道的額外開銷。 (3) 在碼分多址挪動(dòng)通訊系統(tǒng)中， 由于接納端知道發(fā)送端所用的擴(kuò)頻碼， 所以利用提取環(huán)路很容易獲得所需的參考信號(hào)。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 2. 空時(shí)編碼 空時(shí)編碼Space Time Coding是指對(duì)發(fā)送符號(hào)進(jìn)展結(jié)合編碼， 然后在多個(gè)天線上同時(shí)發(fā)送， 從而實(shí)現(xiàn)接納端的有效分集合并， 以提高系統(tǒng)的可靠性。 空時(shí)編碼分為兩類： 空時(shí)分組編碼(STBC)和空時(shí)格型編碼STTC。 第第1010章章 移動(dòng)通信

30、的展望移動(dòng)通信的展望 一個(gè)簡(jiǎn)單的空時(shí)分組編碼如圖10-7所示。 輸入的信息經(jīng)過調(diào)制星座映射后生成符號(hào)序列。 假定符號(hào)序列分為兩個(gè)符號(hào)一組， 每一組的符號(hào)為s0和s1， 經(jīng)過編碼生成兩個(gè)新的碼組s0， -s*1和s1， s*0， 前一組在天線0上發(fā)送， 后一組在天線1上發(fā)送， 其接納機(jī)的框圖如10-8所示。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 圖10-7 一個(gè)簡(jiǎn)單的空時(shí)分組編碼 信源星座映射空時(shí)分組編碼信號(hào)1信號(hào)0s0 s1*01*10 ssss第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 圖10-8 空時(shí)分組編碼的單接納天線接納機(jī) 信道估計(jì)器合路器最大似然檢測(cè)器h0h1h1h0n

31、1n0干擾和噪聲接收天線1s0s0j00eh1j11eh發(fā)送天線1發(fā)送天線00s*1s1s*0s第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 在時(shí)間t的信道模型為： 發(fā)送天線0到接納天線的傳輸損耗函數(shù)為h0(t)， 發(fā)送天線1到接納天線的傳輸損耗函數(shù)為h1(t)。 假定衰落在兩個(gè)符號(hào)區(qū)間內(nèi)是恒定的， 即 0011110000)()()()(jjehTththehTthth(10-1)第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 式中， T表示符號(hào)周期。 接納信號(hào)可以表示為 r0=r(t)=h0s0+h1s1+n0 r1=r(t+T)=-h0s*1+h1s*0+n1 (10-2) 圖10-8

32、中的合路器生成以下兩個(gè)合并后的信號(hào)送往最大似然檢測(cè)器: 1001111000rhrhsrhrhs(10-3) 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 將式(10-1)和式(10-2)代入式(10-3)， 有11101212011100021200)()(nhnhssnhnhss(10-4) 上式的合并與發(fā)端運(yùn)用一個(gè)天線、 收端運(yùn)用兩個(gè)天線進(jìn)展最大比合并的效果是一樣的。 合并后的信號(hào)送給最大似然檢測(cè)器進(jìn)展解調(diào)判決。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 令 TTTTThhhhHsssnnnssrsss011010101010,那么 sHrsnsHrSsmmaxarg10-5 1

33、0-6 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 上述空時(shí)碼可以拓展到多個(gè)接納天線的情況， 此時(shí)式10-5就是每一個(gè)天線上信號(hào)的表達(dá)式， 即 mmmnsHr10-7 M個(gè)接納天線的表達(dá)式為 21maxargsHrsmmMmSs10-8 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 上述例子中的空時(shí)編碼的速率為1， 我們也可以將其推行到更多的發(fā)送天線， 構(gòu)造不同碼率的空時(shí)分組編碼。 例如, 一個(gè)4發(fā)送天線且碼率為1/2的空時(shí)分組編碼矩陣如下， 矩陣中的每一行在一個(gè)天線上發(fā)送： 01230123103210322301230132103210ssssssssssssssssssssssss

34、sssssssss 10-9 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 圖10-9 2發(fā)送天線采用8PSK調(diào)制的8形狀空時(shí)編碼 012345678PSK星座輸入數(shù)據(jù)00 ， 01 ，02，03，04，05，06，0750 ， 51 ，52，53，54，55 ，56，5720 ， 21 ，22，23，24，25 ，26，2770 ， 71 ，72，73，74，75 ，76，7740 ， 41 ，42，43，44，45 ，46，4760 ， 61 ，62，63， 64， 65 ，66，6730 ， 31 ，32，33， 34， 35 ， 36 ，3701234567當(dāng)前的狀態(tài)輸入：0 1 5 7 6 4TX 1： 0 0 5 1 3 6TX 2： 0 1 5 7 6 410 ， 11 ，12，13，14，15 ，16， 17TX1TX2第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 3. 多輸入多輸出MIMO系統(tǒng) 前面討論的多發(fā)送天線多接納天線系統(tǒng)(或稱為多輸入多輸出MIMO系統(tǒng))主要是為了提高系統(tǒng)的可靠性， 添加分集增益。 MIMO系統(tǒng)的另一個(gè)非常重要的用途是提高系統(tǒng)的傳輸容量。 一個(gè)有N個(gè)發(fā)送天線和M個(gè)接納天線的系統(tǒng)， 用MIMOM， N來表示。 一個(gè)MIMO3， 3系統(tǒng)如圖10-10所示， 輸入調(diào)制