移動通信課件第1章

1、第第1 1章章 概述概述 移 動 通 信第第1 1章章 概述概述 目的與考核 掌握移動通信的基本概念、基本原理、主要技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)組成及典型系統(tǒng)，了解移動通信的發(fā)展歷史和移動通信未來的發(fā)展趨勢。 課堂聽課為主，并積極主動自學(xué)。 考核方式：平時（作業(yè)、出勤、聽課情況等）成績占30，考試成績占70。第第1 1章章 概述概述 課程安排 第1章 概述（4h） 第2章 移動通信網(wǎng)（8h） 第3章 移動信道的電波傳播（4h） 第4章 數(shù)字調(diào)制技術(shù)（4h） 第5章 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)與GPRS（12h） 第6章 第三代移動通信系統(tǒng)（6h） 第7章 第四代移動通信系統(tǒng)（2h）第第1 1章章 概述概述 參考

2、書 趙榮黎，數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)，電子工業(yè)出版社 蔡濤等譯，無線通信原理與應(yīng)用，電子工業(yè)出版社 吳偉陵，移動通信原理，電子工業(yè)出版社 李建業(yè)，移動蜂窩通信，模擬和數(shù)字系統(tǒng)，人民郵電出版社 孫立新，第三代移動通信技術(shù)，人民郵電出版社第第1 1章章 概述概述 第第1 1章章 概述概述 1.1 移動通信及其特點(diǎn)移動通信及其特點(diǎn)1.2 移動通信的工作方式移動通信的工作方式1.3 移動通信系統(tǒng)的組成移動通信系統(tǒng)的組成1.4 移動通信系統(tǒng)的頻段使用移動通信系統(tǒng)的頻段使用 1.5 多址方式多址方式1.6 其他常用技術(shù)其他常用技術(shù) 1.7 移動通信系統(tǒng)的發(fā)展移動通信系統(tǒng)的發(fā)展 1.8 第四代移動通信第四代移動

3、通信(4G)標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)狀標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)狀 第第1 1章章 概述概述 移動通信是通信領(lǐng)域中最具有活力，最具有發(fā)展前途的一種通信方式。 移動通信，顧名思義，其最本質(zhì)的特色是“移動”二字，就是說這類通信不是傳統(tǒng)靜態(tài)的固定式通信，而是動態(tài)的移動式通信。第第1 1章章 概述概述 傳統(tǒng)的固定式通信，又稱為有線通信有線通信。最大特點(diǎn)是靜態(tài)的，信道是封閉的，且是人造的，從而是優(yōu)質(zhì)的。最大缺點(diǎn)是缺乏動態(tài)性，不適應(yīng)現(xiàn)代人快節(jié)奏的生活需求，特別是快速移動的需求。 無線通信無線通信針對上述靜態(tài)的缺點(diǎn)，以開放式傳播來傳遞信息，代價是犧牲了全封閉式的優(yōu)質(zhì)人造信道，換取了無需采用固體介質(zhì)專用線路的開放式傳輸?shù)撵`活性，但是信道的開放

4、性必然引起了信道的時變性和隨機(jī)性，從而大大降低了通信容量和質(zhì)量。第第1 1章章 概述概述 移動通信移動通信則是在無線通信的基礎(chǔ)上又進(jìn)一步引入了用戶的移動性 , 在無線通信的一重信道動態(tài)的基礎(chǔ)上又加入了第二重用戶的動態(tài)性，這實(shí)質(zhì)是兩重動態(tài)性。 在第三代(3G)移動通信技術(shù)中進(jìn)一步引入第三重動態(tài)性業(yè)務(wù)類型動態(tài)選擇特性。 在移動通信中，終端是移動的，傳輸線路是隨終端移動而分配的動態(tài)無線鏈路，網(wǎng)絡(luò)則是適應(yīng)動態(tài)用戶終端、動態(tài)線路的動態(tài)型交換網(wǎng)絡(luò)第第1 1章章 概述概述 1.1 移動通信及其特點(diǎn)移動通信及其特點(diǎn) 移動通信的基本概念：至少有一方處于移動狀態(tài)下進(jìn)行信息交換的通信。包括：移動用戶（車輛、船舶、飛

5、機(jī)、行人等）和移動用戶，或移動用戶和固定用戶（固定電臺或有線用戶）之間的通信。就正式商業(yè)運(yùn)營而言，至今也不過只有30余年的歷史，就其發(fā)展歷程看，大約每十年更新一代。目前正處于第三代(4G)初期。第第1 1章章 概述概述 移動通信具有以下基本特點(diǎn)：移動通信具有以下基本特點(diǎn)： (1) 電波傳播條件惡劣。 (2) 具有多普勒效應(yīng)。(3) 干擾嚴(yán)重。 (4) 接收設(shè)備應(yīng)具有很大的動態(tài)范圍。 (5) 需要采用位置登記、過境切換等移動性管理技術(shù)。(6) 綜合了各種技術(shù)。交換、計(jì)算機(jī)、傳輸(7) 對設(shè)備要求苛刻。 第第1 1章章 概述概述 移動通信系統(tǒng)的分類：移動通信系統(tǒng)的分類：按使用對象可分為：民用設(shè)備和

6、軍用設(shè)備；按用途區(qū)域可分為：陸地通信、 海上通信和空中通信；按多址方式可分為：頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)、空分多址（SDMA)等；按覆蓋范圍可分為：寬域網(wǎng)和局域網(wǎng)；按業(yè)務(wù)類型可分為：電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)；按工作方式可分為：同頻單工、異頻單工、異頻雙工和半雙工；按經(jīng)營方式或用戶性質(zhì)可分為：專用網(wǎng)和公用網(wǎng)；按信號形式可分為：模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)。第第1 1章章 概述概述 1.2 移動通信的工作方式移動通信的工作方式移動通信按照用戶的通話狀態(tài)和頻率使用的方法分， 有三種工作方式： 單工制、半雙工制和雙工制。單工制分單頻（同頻）單工和雙頻（異頻）單工兩種， 見圖1

7、-1。 第第1 1章章 概述概述 圖 1-1 單工通信方式 第第1 1章章 概述概述 同頻單工：同頻單工：同頻是指通信的雙方，使用相同工作頻率（f1）； 單工是指通信的雙方的操作采用“按講”（push to talk， PTT）方式。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 設(shè)備簡單； 移動臺之間可直接通話，不需基站轉(zhuǎn)接； 不按鍵時發(fā)射機(jī)不工作，因此功耗小。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 只適用于組建簡單和甚小容量的通信網(wǎng)； 當(dāng)有兩個以上移動臺同時發(fā)射時就會出現(xiàn)同頻干擾； 當(dāng)附近有鄰近頻率的電臺發(fā)射時，容易造成強(qiáng)干擾。為了避免干擾，要求相鄰頻率的間隔大于4 MHz， 因而頻譜利用率低； 按鍵發(fā)話，松鍵受話，使用者不很習(xí)慣。 第第1 1章章

8、 概述概述 異頻單工：異頻單工：通信的雙方使用兩個不同頻率為f1和f2，而操作仍采用“按講”方式。其優(yōu)缺點(diǎn)與同頻單工基本相同。在無中心臺轉(zhuǎn)發(fā)的情況下，電臺需配對使用，否則通信雙方無法通話。 故這種方式主要用于有中心臺轉(zhuǎn)發(fā)（單工轉(zhuǎn)發(fā)或雙工轉(zhuǎn)發(fā)）的情況。第第1 1章章 概述概述 半雙工制半雙工制：中心轉(zhuǎn)信臺（A）使用一組頻率，而移動臺（B）采用單工制，主要用于有中心轉(zhuǎn)信臺的無線調(diào)度系統(tǒng)。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：移動臺設(shè)備簡單，價格低，耗電少；收發(fā)采用不同頻率，提高了頻譜利用率；移動臺受鄰近電臺干擾小。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：移動臺仍需按鍵發(fā)話，松鍵受話，使用不方便。 由于收發(fā)使用不同的頻率，同一部電臺的收發(fā)信機(jī)可以交替

9、工作，也可以收常開，只控制發(fā)，即按下PTT發(fā)射。在中心臺轉(zhuǎn)發(fā)的系統(tǒng)中，移動臺必須使用該方式。 第第1 1章章 概述概述 圖圖 1-2 半雙工通信方式半雙工通信方式 第第1 1章章 概述概述 雙工制雙工制：通信的雙方，收發(fā)信機(jī)均同時工作，即任一方在發(fā)話的同時，也能收聽到對方的話音，無需按PTT開關(guān)，類同于平時打市話，使用自然，操作方便。分為同頻雙工和異頻雙工。異頻雙工制的優(yōu)點(diǎn)異頻雙工制的優(yōu)點(diǎn)：收發(fā)頻率分開可大大減小干擾；用戶使用方便。異頻雙工制的缺點(diǎn)異頻雙工制的缺點(diǎn)：移動臺在通話過程中總是處于發(fā)射狀態(tài)，因此功耗大； 移動臺之間通話需占用兩個頻道；設(shè)備較復(fù)雜，價格較貴。在無中心臺轉(zhuǎn)發(fā)的情況下，異頻

10、雙工電臺需配對使用， 否則通信雙方無法通話。 同頻雙工采用時分雙工(TDD)技術(shù)，是近年來發(fā)展起來的新技術(shù)。第第1 1章章 概述概述 圖圖 1-3 雙工通信方式雙工通信方式 第第1 1章章 概述概述 1.3 移動通信系統(tǒng)的組成移動通信系統(tǒng)的組成移動通信系統(tǒng)按其經(jīng)營方式或用戶性質(zhì)可分為專用移動通信系統(tǒng)（專網(wǎng)）和公共移動通信系統(tǒng)（公網(wǎng)）。專網(wǎng)的最大功能要求是調(diào)度。集群（Trunking）移動通信是傳統(tǒng)的專用無線調(diào)度系統(tǒng)的高級發(fā)展階段，是專用移動通信的發(fā)展方向。專用移動通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與公共移動通信系統(tǒng)越來越相像。數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)，其本身就是在數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)上加上了調(diào)度功能。 第第1 1章章

11、 概述概述 蜂窩移動通信系統(tǒng)的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。一個交換區(qū)由一個移動交換中心MSC（Mobile Service Switching Centre）、一個或若干個歸屬位置寄存器HLR（Home Location Register）和訪問者位置寄存器VLR（Visitor Location Register)（有時幾個MSC合用一個VLR）、 設(shè)備識別寄存器EIR（Equipment Identity Register）、鑒權(quán)中心AuC（Authentication Centre）、操作維護(hù)中心OMC（Operation and Maintenance Centre）、基站BS（Bas

12、e Station）和移動臺MS（MobileStation）等功能實(shí)體組成。 第第1 1章章 概述概述 圖圖1 - 4 蜂窩移動通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)蜂窩移動通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 第第1 1章章 概述概述 MSC對位于其服務(wù)區(qū)內(nèi)的MS進(jìn)行交換和控制，同時提供移動網(wǎng)與固定公眾電信網(wǎng)的接口。MSC是移動網(wǎng)的核心。作為交換設(shè)備，MSC具有完成呼叫接續(xù)與控制的功能，這點(diǎn)與固定網(wǎng)交換中心相同。作為移動交換中心，MSC又具有無線資源管理和移動性管理等功能，例如移動臺位置登記與更新、越區(qū)切換等。為了建立從固定網(wǎng)至某個移動臺的呼叫路由，固定網(wǎng)就近進(jìn)入關(guān)口MSC（GMSC），由該GMSC查詢有關(guān)的HLR，并建立至移

13、動臺當(dāng)前所屬的MSC的呼叫路由。 第第1 1章章 概述概述 HLR是用于移動用戶管理的數(shù)據(jù)庫。每個移動用戶必須在某個HLR中登記注冊。HLR所存儲的用戶信息分為兩類：一類是有關(guān)用戶參數(shù)的信息，例如用戶類別，向用戶所提供的服務(wù)，用戶的各種號碼、識別碼以及用戶的保密參數(shù)等；另一類是有關(guān)用戶當(dāng)前位置的信息，例如移動臺漫游號碼、VLR地址等，用于建立至移動臺的呼叫路由。 第第1 1章章 概述概述 VLR是存儲用戶位置信息的動態(tài)數(shù)據(jù)庫。當(dāng)漫游用戶進(jìn)入某個MSC區(qū)域時，必須向該MSC相關(guān)的VLR登記，并被分配一個移動用戶漫游號（MSRN），在VLR中建立該用戶的有關(guān)信息，其中包括移動用戶識別碼（MSI）、

14、移動用戶漫游號（MSRN），所在位置區(qū)的標(biāo)志以及向用戶提供的服務(wù)等參數(shù)，這些信息是從相應(yīng)的HLR中傳遞過來的。MSC在處理入網(wǎng)、出網(wǎng)呼叫時需要查詢VLR中的有關(guān)信息。一個VLR可以負(fù)責(zé)一個或若干個MSC區(qū)域。EIR是存儲有關(guān)移動臺設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫。EIR實(shí)現(xiàn)對移動設(shè)備的識別、監(jiān)視、閉鎖等功能。 第第1 1章章 概述概述 位置管理業(yè)務(wù)流程：位置管理業(yè)務(wù)流程：PURGE MSVLRHLRDMAP_PURGE_MSMAP_PURGE_MS_ack第第1 1章章 概述概述 呼叫處理業(yè)務(wù)流程：取路由信息呼叫處理業(yè)務(wù)流程：取路由信息MSCHLRVLRMAP_SEND_ROUTINGINFORMATIONM

15、SCMAP_PROVIDE_SUBSCRIBER INFORMATIONNetworkGatewayI IAMMAP_PROVIDE_SUBSCRIBER INFORMATION ackMAP_SEND_ROUTINGINFORMATION ackMAP_SEND_ROUTINGINFORMATIONMAP_PROVIDE_ROAMINGNUMBERMAP_PROVIDE_ROAMINGNUMBER ackMAP_SEND_ROUTINGINFORMATION ackI IAMMAP_RESTORE_DATA第第1 1章章 概述概述 1.4 移動通信系統(tǒng)的頻段使用移動通信系統(tǒng)的頻段使用 早期的

16、移動通信主要使用VHF和UHF頻段， 其主要原因有以下三點(diǎn)： (1) VHF/UHF頻段較適合移動通信。 (2) 天線較短， 便于攜帶和移動。 (3) 抗干擾能力強(qiáng)。 目前，大容量移動通信系統(tǒng)均使用800 MHz頻段(CDMA)， 900 MHz頻段(AMPS、TACS、GSM)，并開始使用1800 MHz頻段(GSM1800/DCS1800)， 該頻段用于微蜂窩(Microcell)系統(tǒng)。 第第1 1章章 概述概述 原郵電部規(guī)定原郵電部規(guī)定160 MHz頻段頻段 ： 138149.9 MHz 150.05167 MHz450 MHz頻段：頻段： 403420 MHz 450470 MHz90

17、0 MHz頻段：頻段： 890915 MHz（移動臺發(fā)、基站收）（移動臺發(fā)、基站收） 935960 MHz（基站發(fā)、移動臺收）（基站發(fā)、移動臺收）800 MHz頻段：頻段： 824849 MHz（移動臺發(fā)、基站收）（移動臺發(fā)、基站收） 869894 MHz（基站發(fā)、移動臺收）（基站發(fā)、移動臺收）第第1 1章章 概述概述 第三代移動通信系統(tǒng)主要工作在第三代移動通信系統(tǒng)主要工作在2000 MHz頻段上，世界各頻段上，世界各國和地區(qū)頻率分配的方式各不相同國和地區(qū)頻率分配的方式各不相同。第第1 1章章 概述概述 1.5 多多 址址 方方 式式 1.5.1 移動通信系統(tǒng)中的多址方式移動通信系統(tǒng)中的多址方

18、式 （1）FDMA。北美的AMPS和英國的TACS。在我國AMPS和TACS這兩種制式都有應(yīng)用，但TACS占絕大多數(shù)。所謂FDMA，就是在頻域中一個相對窄帶信道里，信號功率被集中起來傳輸，不同信號被分配到不同頻率的信道里，發(fā)往和來自鄰近信道的干擾用帶通濾波器限制，這樣在規(guī)定的窄帶里只能通過有用信號的能量，而任何其他頻率的信號被排斥在外。模擬的FM蜂窩系統(tǒng)都采用了FDMA。 第第1 1章章 概述概述 （2）TDMA。北美的DAMPS和歐洲的GSM，在我國這兩種制式也都有應(yīng)用，但GSM占絕大多數(shù)。所謂TDMA，就是一個信道由一連串周期性的時隙構(gòu)成。不同信號的能量被分配到不同的時隙里，利用定時選通來

19、限制鄰近信道的干擾，從而只讓在規(guī)定時隙中有用的信號能量通過。實(shí)際上，現(xiàn)在使用的TDMA蜂窩系統(tǒng)都是FDMA和TDMA的組合，如美國TIA建議的DAMPS數(shù)字蜂窩系統(tǒng)就是先使用了30 kHz的頻分信道，再把它分成6個時隙進(jìn)行TDMA傳輸。 第第1 1章章 概述概述 （3）CDMA。北美的IS-95 CDMA系統(tǒng)。所謂CDMA，就是每一個信號被分配一個偽隨機(jī)二進(jìn)制序列進(jìn)行擴(kuò)頻，不同信號的能量被分配到不同的偽隨機(jī)序列里。在接收機(jī)里，信號用相關(guān)器相關(guān)器加以分離，這種相關(guān)器只接收選定的二進(jìn)制序列并壓縮其頻譜，凡不符合該用戶二進(jìn)制序列的信號，其帶寬就不被壓縮。結(jié)果只有有用信號的信息才被識別和提取出來。 第

20、第1 1章章 概述概述 （4）SDMA。一種較新的多址技術(shù)，在由中國提出的第三代移動通信（3G）標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA中就應(yīng)用了SDMA技術(shù)。SDMA實(shí)現(xiàn)的核心技術(shù)是智能天線智能天線，理想情況下它要求天線給每個用戶分配一個點(diǎn)波束，這樣根據(jù)用戶的空間位置就可以區(qū)分每個用戶的無線信號。換句話說，處于不同位置的用戶可以在同一時間使用同一頻率和同一碼型，而不會相互干擾。實(shí)際上，SDMA通常都不是獨(dú)立使用的，而是與其他多址方式(如FDMA、TDMA和CDMA等)結(jié)合使用。對于處于同一波束內(nèi)的不同用戶再用這些多址方式加以區(qū)分。 第第1 1章章 概述概述 SDMA的優(yōu)勢是明顯的：可以提高天線增益提高天線增益，

21、使得功率控制更加合理有效，顯著地提升了系統(tǒng)容量；此外，一方面可以削削弱來自外界的干擾弱來自外界的干擾，另一方面還可以降低對其他電子系統(tǒng)的降低對其他電子系統(tǒng)的干擾干擾。SDMA實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是智能天線技術(shù)，這也正是當(dāng)前應(yīng)用SDMA的難點(diǎn)。特別是對于移動用戶，由于移動無線信道的復(fù)雜性，使得智能天線中關(guān)于多用戶信號的動態(tài)捕獲、識別與跟蹤以及信道的辨識等算法極為復(fù)雜，從而對DSP（數(shù)字信號處理）提出了極高的要求，對于當(dāng)前的技術(shù)水平是個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。第第1 1章章 概述概述 圖1-5多址方式示意圖（a）FDMA的頻段劃分方法；(b)TDMA示意圖；(c)FHCDMA和DSCDMA示意圖；(d)空分多址示意圖

22、第第1 1章章 概述概述 1.5.2 移動通信系統(tǒng)中不同多址方式的頻譜效率移動通信系統(tǒng)中不同多址方式的頻譜效率 FDMA蜂窩系統(tǒng)，頻譜效率取決于每赫茲帶寬信息比特率和頻率復(fù)用系數(shù)。頻率復(fù)用系數(shù)是表示相同頻率是如何被復(fù)用的數(shù)目。例如，美國模擬蜂窩系統(tǒng)AMPS將分配的頻譜分成30 kHz帶寬的許多信道，并使用窄帶FM調(diào)制，調(diào)制效率為每30 kHz一條話路。而AMPS載干比（C/I）需要18 dB或更高。根據(jù)推算和經(jīng)驗(yàn)表明，需要頻率復(fù)用系數(shù)為1/7。因此，每個小區(qū)中必須占用210 kHz的頻譜才有一條話路。第第1 1章章 概述概述 TDMA頻譜效率的計(jì)算基本上和FDMA相同。例如，對于DAMPS，

23、每個小區(qū)必須占用70 kHz的頻譜才有一條話路。換句話說，它的容量是模擬AMPS的三倍。同樣可以算出，GSM的系統(tǒng)容量約是模擬TACS的兩倍。 第第1 1章章 概述概述 決定CDMA系統(tǒng)容量的主要參數(shù)有處理增益、所需的Eb/N0值、話音激活系數(shù)、 頻率復(fù)用效率和扇區(qū)數(shù)目等。還要受具體的地理環(huán)境、背景噪聲和外部干擾等條件的影響。所以，在CDMA中，每條話路所需占用的頻譜寬度是不確定的。通過試驗(yàn)和理論計(jì)算，IS-95CDMA的容量可達(dá)到AMPS的8至10倍，即每個小區(qū)中只占用20kHz的頻譜就可有一條話路。目前的CDMA蜂窩系統(tǒng)實(shí)際上也都是FDMA和CDMA的組合。頻率復(fù)用系數(shù)約為2/3，CDMA

24、系統(tǒng)的高容量很大一部分因素是由于它的頻率復(fù)用系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他制式的蜂窩系統(tǒng)，另外一個主要因素是它使用了話音激活技術(shù)。 第第1 1章章 概述概述 1.6 其他常用技術(shù)其他常用技術(shù)移動通信系統(tǒng)需要利用信號處理技術(shù)來改進(jìn)惡劣無線電傳播環(huán)境中的鏈路性能。均衡、分集和信道編碼這三種技術(shù)，可以用來改進(jìn)小尺度時間、空間中接收信號的質(zhì)量和鏈路性能。它們既可以單獨(dú)使用，又可以組合使用。均衡技術(shù)均衡技術(shù)可以補(bǔ)償時分信道中由于多徑效應(yīng)產(chǎn)生的符號間干擾（ISI）。如果調(diào)制帶寬超過了無線信道的相干帶寬，將會產(chǎn)生符號間干擾，并且調(diào)制脈沖將會產(chǎn)生時域擴(kuò)展，從而進(jìn)入相鄰符號。而接收機(jī)的均衡器可對信道中的幅度和延遲進(jìn)行補(bǔ)償。由

25、于無線信道的未知性和時變性，因此均衡器需要是自適應(yīng)的。 第第1 1章章 概述概述 分集技術(shù)分集技術(shù)是另外一種用來補(bǔ)償信道衰落的技術(shù)，它通常使用兩個或多個接收天線來實(shí)現(xiàn)。演進(jìn)中的3G通用空中接口也利用了發(fā)射分集技術(shù)，基站通過空間分開的天線或頻率發(fā)送多份信號的副本。同均衡器一樣，分集技術(shù)改善了無線通信鏈路的質(zhì)量，而且不用改變通用空中接口或者增加發(fā)射功率或者帶寬。信道編碼技術(shù)信道編碼技術(shù)通過在發(fā)送的消息中加入冗余數(shù)據(jù)位的方式來在一定程度上提高鏈路性能。 第第1 1章章 概述概述 1.6.11.6.1均衡技術(shù)均衡技術(shù)在帶寬受限（頻率選擇性的）且時間擴(kuò)散的信道中，由于多徑影響而導(dǎo)致的符號間干擾會使被傳輸

26、的信號產(chǎn)生失真，因而在接收機(jī)中產(chǎn)生誤碼。符號間干擾被認(rèn)為是在無線信道中傳輸高速率數(shù)據(jù)時的主要障礙，而均衡正是克服符號間干擾的一種技術(shù)。由于移動衰落信道具有隨機(jī)性和時變性，要求均衡器必須能夠?qū)崟r地跟蹤移動通信信道的時變特性，因此這種均衡器又稱為自適應(yīng)均衡器。 第第1 1章章 概述概述 自適應(yīng)均衡器一般包括兩種工作模式，即訓(xùn)練模式和跟蹤模式。工作過程如下：發(fā)射機(jī)發(fā)射一個已知的、定長的訓(xùn)練序列，以便接收機(jī)中的均衡器可以調(diào)整到恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，使BER最小。典型的訓(xùn)練序列是一個二進(jìn)制的偽隨機(jī)信號或是一串預(yù)先指定的數(shù)據(jù)比特，而緊跟在訓(xùn)練序列之后被傳送的是用戶數(shù)據(jù)。接收機(jī)中的自適應(yīng)均衡器將通過遞歸算法來評估信道

27、特性，并且修正濾波器系數(shù)，以對多徑造成的失真做出補(bǔ)償。自適應(yīng)濾波器將不斷改變其濾波特性。當(dāng)均衡器得到很好的訓(xùn)練后，就說它已經(jīng)收斂。第第1 1章章 概述概述 均衡器需要周期性地做重復(fù)訓(xùn)練。均衡器通常用于數(shù)字通信系統(tǒng)中。時分多址（TDMA）無線通信系統(tǒng)特別適合于使用均衡器。TDMA系統(tǒng)在長度固定的時間段中傳送數(shù)據(jù)，并且訓(xùn)練序列通常在一個分組的開始被傳送。第第1 1章章 概述概述 1.6.21.6.2分集技術(shù)分集技術(shù)分集的概念：如果一條無線傳播路徑中的信號經(jīng)歷了深度衰落，那么另一條相對獨(dú)立的路徑中可能包含著較強(qiáng)的信號。因此，接收機(jī)可以在多徑信號中選擇兩個或兩個以上的信號進(jìn)行合并，使得接收機(jī)中的瞬時信

28、噪比和平均信噪比都有所提高，并且通常可以提高2030dB。分集技術(shù)是通過尋找無線傳播環(huán)境中的獨(dú)立（或至少是高度不相關(guān)的）多徑信號來實(shí)現(xiàn)的。 第第1 1章章 概述概述 分集方案分為兩種：一種稱為“宏觀分集方案”；另一種稱為“微觀分集方案”。宏觀分集方案用于合并兩個或多個長時限對數(shù)正態(tài)信號，這些信號是經(jīng)獨(dú)立的衰落路徑接收來自不同基站不同基站站址上的兩個或多個不同天線發(fā)射的信號，顯然，只要在各方向上的信號傳播不是同時受到陰影陰影效應(yīng)或地形地貌的影響，這種方法能有效保持通信不會中斷。微觀分集方案用于合并兩個或多個短時限瑞利瑞利信號，這些信號都是在同一個接收基站上，經(jīng)獨(dú)立的衰落路徑接收來自兩個或多個不同

29、天線發(fā)射的信號。 第第1 1章章 概述概述 常用的分集包括：空間分集、頻率分集、時間分集、極化分集?？臻g分集，也稱為天線分集空間分集，也稱為天線分集，要想從不同的天線上獲得非相關(guān)的接收信號，就要求天線間的間隔距離等于或大于半個波長。在基站的設(shè)計(jì)中，在每個小區(qū)的中心，都裝備了多個基站接收天線多個基站接收天線。但是由于移動臺接近地面，容易產(chǎn)生嚴(yán)重的信號散射現(xiàn)象，因此基站處的分集天線之間必須相隔很遠(yuǎn)（通常是波長的幾十倍波長的幾十倍），才能實(shí)現(xiàn)信號的非相關(guān)。空間分集既可用于基站，也可用于移動臺，還可同時用于兩者。目前，已有雙天線手機(jī)面世。第第1 1章章 概述概述 頻率分集頻率分集在多于一個的載頻上傳送

30、信號。其工作原理是，在信道相干帶寬之外的頻率是不相關(guān)的，并且不會出現(xiàn)同樣的衰落。在理論上，不相關(guān)信道產(chǎn)生同樣衰落的概率是各自產(chǎn)生衰落概率的乘積。時間分集時間分集是指以超過信道相干時間的時間間隔重復(fù)發(fā)送信號，以便讓再次收到的信號具有獨(dú)立的衰落環(huán)境，從而產(chǎn)生分集效果。目前，時間分集技術(shù)已經(jīng)大量地用于擴(kuò)頻CDMA的RAKE接收機(jī)中，由多徑信道提供傳輸冗余信息。第第1 1章章 概述概述 極化分集極化分集利用了空中的水平極化和垂直極化路徑不相關(guān)的這一特性。由于在傳輸中進(jìn)行了多次反射，使得信號在不同的極化方向上是不相關(guān)的。將極化天線用于多徑環(huán)境中，當(dāng)傳輸路徑中有障礙物時，極化分集可以驚人地減少多徑時延擴(kuò)展

31、，而不會明顯地降低功率。在宏觀分集中，選用選擇分集合并是有效的。這樣，可以減少長時限衰落。選擇性分集合并是在兩個或者多個信號中進(jìn)行選擇，而不是對信號進(jìn)行合并。對于短時限衰落的微觀分集，原則是通過分集方案獲得相等平均功率的大量信號，其相應(yīng)的分集合并方法包括選擇性合選擇性合并，最大比值合并和等增益合并。并，最大比值合并和等增益合并。這些線性分集合并方法包含了多個接收信號簡單的加權(quán)線性和。 第第1 1章章 概述概述 1.6.31.6.3信道編碼技術(shù)信道編碼技術(shù)信道編碼通過在傳輸數(shù)據(jù)中引入冗余來避免數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)差錯。用于檢測差錯的信道編碼稱為檢錯編碼，而既可檢錯又可糾錯的信道編碼稱為糾錯編

32、碼。糾錯和檢錯技術(shù)的基本目的是通過在無線鏈路的數(shù)據(jù)傳輸中引入冗余來改進(jìn)信道的質(zhì)量。信道編碼器把源信息變成編碼序列，使其可用于信道傳輸，這就是它處理數(shù)字信息源的方法。檢錯碼和糾錯碼有三種基本類型：分組碼、卷積碼和Turbo碼。第第1 1章章 概述概述 分組碼是一種前向糾錯（FEC）編碼。它是一種不需要重復(fù)發(fā)送就可以檢出并糾正有限個錯誤的編碼。在分組碼中，校驗(yàn)位被加到信息位之后，以形成新的碼字（或碼組）。卷積碼與分組碼有根本的區(qū)別，它不是把信息序列分組后再進(jìn)行單獨(dú)編碼，而是由連續(xù)輸入的信息序列得到連續(xù)輸出的已編碼序列。已經(jīng)證明，在同樣的復(fù)雜度下，卷積碼可以比分組碼獲得更大的編碼增益。卷積碼是在信息

33、序列通過有限狀態(tài)移位寄存器的過程中產(chǎn)生的。第第1 1章章 概述概述 1.7 移動通信系統(tǒng)的發(fā)展史移動通信系統(tǒng)的發(fā)展史 移動通信的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個發(fā)展階段：20世紀(jì)2030年代：警車無線電調(diào)度電話（AM調(diào)幅），使用頻率為2 MHz。20世紀(jì)4050年代：人工接續(xù)的移動電話（FM調(diào)頻），單工工作方式，頻段為150 MHz及450 MHz。1947年Bell實(shí)驗(yàn)室提出了蜂窩的概念。20世紀(jì)60年代：自動撥號移動電話，全雙工工作方式，使用頻段為150 MHz及450 MHz。1964年美國開始研究更先進(jìn)的移動電話系統(tǒng)（IMTS）。 第第1 1章章 概述概述 20世紀(jì)7080年代：AMPS、TAC

34、S分別在美國、英國投入使用。 使用頻段為800/900 MHz（早期曾使用450 MHz），全自動撥號，全雙工工作，具有越區(qū)頻道轉(zhuǎn)換，自動漫游通信功能。頻譜利用率、系統(tǒng)容量和話音質(zhì)量都有明顯的提高。 20世紀(jì)90年代：GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)和窄帶CDMA（IS-95A）數(shù)字移動通信系統(tǒng)及衛(wèi)星移動通信投入使用。 第第1 1章章 概述概述 21世紀(jì)初：基于窄帶IS-95 CDMA技術(shù)的寬帶CDMA技術(shù)的cdma2000、基于日本無線工業(yè)廣播協(xié)會（ARIB）支持的純W-CDMA和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ETSI）制定的UTRA 兩個獨(dú)立建議的W-CDMA、由我國提出的時分同步CDMA（TD-SCDMA）等

35、第三代（3G）系統(tǒng)（IMT-2000）陸續(xù)開始投入使用或建立試驗(yàn)網(wǎng)。其中，第三代（3G）系統(tǒng)使用頻段為18852025 MHz， 21102200 MHz，全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。 在使用的150 MHz、450 MHz、900 MHz三個頻段的具體收發(fā)頻率間隔分別為: 150 MHz的收發(fā)頻率間隔為5.7 MHz；450 MHz 的收發(fā)頻率間隔為10 MHz；900 MHz的收發(fā)頻率間隔為45 MHz。 第第1 1章章 概述概述 20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的模擬蜂窩移動電話系統(tǒng)，人們把它稱為第一代移動通信系統(tǒng)第一代移動通信系統(tǒng)。其主要技術(shù)是模擬調(diào)頻、頻分多址， 主要業(yè)務(wù)是電話。代表這一系統(tǒng)的有美國的AM

36、PS，英國的TACS，北歐的NMT-900及日本HCNTS等。模擬系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是：頻譜利用率低，不能與ISDN兼容，保密性差，以及移動終端要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)小型化、低功耗、低價格的難度都較大。 第第1 1章章 概述概述 表表1-1 AMPS制式與制式與TACS制式的主要差別制式的主要差別 項(xiàng) 目 AMPS TACS 工作頻段/MHz MSBS BSMS 825845870890 890915935960 頻道間隔/kHz 30 25話音頻道調(diào)制峰值頻偏/kHz 12 9.5 控制信號傳輸速率/(kb/s) 10 8 控制頻道調(diào)制峰值頻偏/kHz 8 6.4 第第1 1章章 概述概述 碼分多址（CD

37、MA）數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)。與其他蜂窩系統(tǒng)比較，它具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1） 系統(tǒng)容量大：為GSM的5.6倍，TACS的11.2倍； （2） 抗衰落能力及抗干擾性能強(qiáng)； （3） 話音質(zhì)量高； （4） 保密性及安全性優(yōu)于GSM系統(tǒng)； （5） 移動臺發(fā)射功率低（約10 mW）； （6） 具有軟切換和軟容量特性； （7） 頻率復(fù)用模式可達(dá)到1。 本區(qū)和鄰區(qū)可共用同一頻道， 因而不需要頻率動態(tài)分配； （8） 可實(shí)現(xiàn)寬帶數(shù)據(jù)傳輸。 第第1 1章章 概述概述 表表1 - 2 低功率系統(tǒng)的主要參數(shù)低功率系統(tǒng)的主要參數(shù) 第第1 1章章 概述概述 表表1 3 數(shù)字蜂窩系統(tǒng)的主要參數(shù)數(shù)字蜂窩系統(tǒng)的主要參數(shù) 第第1 1

38、章章 概述概述 1.7.21.7.2從從2G2G向向3G3G發(fā)展發(fā)展1.1.移動用戶數(shù)發(fā)展的必然趨勢移動用戶數(shù)發(fā)展的必然趨勢移動通信所賴以生存的無線電頻率是一種寶貴的資源，頻譜資源是有限的，但隨著移動通信的飛速發(fā)展，用戶數(shù)量的急劇增加，有限的資源被“無限”地利用，矛盾越來越尖銳。而由于采用了CDMA技術(shù)，相對于來說可以提供更大的系統(tǒng)容量，有效緩解急劇增長的用戶數(shù)量和有限的頻率資源之間的矛盾。從這個角度分析，的無線技術(shù)必將被所取代。 第第1 1章章 概述概述 2.2.移動業(yè)務(wù)發(fā)展的必然趨勢移動業(yè)務(wù)發(fā)展的必然趨勢分組交換、ATM、IP等各種技術(shù)的融合已經(jīng)成為移動通信的發(fā)展趨勢，而且移動通信和互聯(lián)網(wǎng)

39、絡(luò)的結(jié)合也越來越緊密。同時，信息技術(shù)的發(fā)展和用戶的多樣化、個性化需求要求移動通信系統(tǒng)提供更豐富、更個性化的業(yè)務(wù)，如圖像、話音與數(shù)據(jù)相結(jié)合的多媒體業(yè)務(wù)和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。2G系統(tǒng)主要為用戶提供話音業(yè)務(wù)和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，QoS能力有限，無法滿足用戶多媒體、電子商務(wù)、移動上網(wǎng)等多種新興通信的要求。而3G能夠達(dá)到高速車載環(huán)境下384kb/s、低速或靜止?fàn)顟B(tài)下2Mb/s及以上的速率，因此可提供多樣化、個性化業(yè)務(wù)，并向多媒體化、智能化、分組化方向發(fā)展。 第第1 1章章 概述概述 3.3.運(yùn)營商發(fā)展的必然趨勢運(yùn)營商發(fā)展的必然趨勢由于話音業(yè)務(wù)的利潤空間日益縮小，要提高，還需要開展豐富的差異化競爭業(yè)務(wù)。因?yàn)橹苯訉I(yè)務(wù)

40、本身標(biāo)準(zhǔn)化，所以同一種業(yè)務(wù)就只有一種標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)方式，不利于第三方的快速引入和業(yè)務(wù)生成，生成新業(yè)務(wù)比較困難，無法充分滿足用戶多樣化、個性化的業(yè)務(wù)需求。在中，某個特定業(yè)務(wù)可以抽象為多個業(yè)務(wù)能力特征的集合，每個業(yè)務(wù)能力特征可以根據(jù)承載網(wǎng)絡(luò)的不同而由不同的業(yè)務(wù)能力具體實(shí)現(xiàn)，這表現(xiàn)了業(yè)務(wù)生成的多樣化和靈活性。運(yùn)營商只有充分利用平臺來開展差異化競爭，才能在未來的激烈競爭中生存發(fā)展。 第第1 1章章 概述概述 IMT-2000的系統(tǒng)特性如下：(1)采用1.82.2GHz頻帶的數(shù)字系統(tǒng)。(2)在多種無線環(huán)境（蜂窩系統(tǒng)、無繩系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)和固定的無線系統(tǒng)環(huán)境）下工作。(3)使用多模式終端，提供漫游能力。(4)提供

41、廣泛的電信業(yè)務(wù)。(5)具有與固定網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)可比的高質(zhì)量和完整性。(6)具有國際漫游和系統(tǒng)內(nèi)部越區(qū)切換的能力。(7)使用智能網(wǎng)（IN）技術(shù)進(jìn)行移動性管理和業(yè)務(wù)控制。(8)具有高水平的安全和保密能力。(9)具有靈活開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 第第1 1章章 概述概述 無線傳輸技術(shù)（RTT）是第三代移動通信系統(tǒng)的重要組成部分。無線傳輸技術(shù)主要包括多址技術(shù)、調(diào)制技術(shù)、信道編碼與交織、雙工技術(shù)、物理信道結(jié)構(gòu)和復(fù)用、幀結(jié)構(gòu)、RF信道參數(shù)等。10個組織向ITU提交了候選RTT方案，如表1-4所示。特別值得一提的是，信息產(chǎn)業(yè)部電信科學(xué)技術(shù)研究院（CATT）代表中國也提交了自己的候選方案(TD-SCDMA)。 第第1 1章

42、章 概述概述 表表1-4正式向正式向ITU提交的候選提交的候選RTT方案方案 序號 提交者 候選 RTT 方案 1 日本 ARIB W-CDMA 2 歐洲 ESA SW-CDMA&SW-CTDMA 3 ICO ICO RTT 4 中國 CATT TD-SCDMA 5 韓國 TTA Global CDMA &,&Satellite RTT 6 歐洲 ETSI_DECT EP-DECT 7 歐洲 ETSI_UTRA UTRA 8 美國 TIA TR45.3（UWC-136） TR45.5（cdma2000） & TR46.1（WIMS W-CDMA） 9 美國 T1

43、P1-ATIS W-CDMA N/A 10 INMARSAT Horizons 第第1 1章章 概述概述 1.7.31.7.3我國的移動通信發(fā)展歷程我國的移動通信發(fā)展歷程我國移動通信是從軍事移動通信(即戰(zhàn)術(shù)通信)起步的。民用移動通信發(fā)展較晚，最初階段大致可分為早期、74系列、80系列三個階段，20世紀(jì)50年代末到70年代中主要用于公安、郵電、交通、漁業(yè)等少數(shù)部門作專網(wǎng)用，1974年才開放了四個民用波段，制定了通用技術(shù)條件，開始研制頻道間隔為50kHz和100kHz的74系列產(chǎn)品。1980年制定了頻道間隔為25kHz的性能指標(biāo)、測試方法和環(huán)境要求等部頒標(biāo)準(zhǔn)，開展了80系列設(shè)備的研制。 第第1 1

44、章章 概述概述 我國公眾移動通信起步于20世紀(jì)80年代，1987年在廣州、上海率先采用900MHzTACS標(biāo)準(zhǔn)的模擬蜂窩移動通信系統(tǒng),開通了蜂窩移動通信業(yè)務(wù)。至1996年已基本建成一個覆蓋全國(除臺灣省以外)31個省、直轄市、自治區(qū)大部分地市縣和部分重要縣鎮(zhèn)的全國移動通信網(wǎng)。該網(wǎng)采用的設(shè)備主要由摩托羅拉系統(tǒng)(稱A網(wǎng))和愛立信系統(tǒng)(稱B網(wǎng))組成。隨著數(shù)字移動通信系統(tǒng)的發(fā)展與普及，模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)于2000年起開始封網(wǎng)，并逐步退出中國電信發(fā)展的歷史舞臺，將頻段讓給數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)。第第1 1章章 概述概述 1994年4月，中國聯(lián)合通信有限公司（簡稱“中國聯(lián)通”）的成立打破了郵電“一統(tǒng)天下”的局