移動通信技術(shù)現(xiàn)狀及分集技術(shù)的分析仿真-移動通信三級項目報告

1、汕 頭 大 學(xué) 工 學(xué) 院三級項目報告課程名稱： 移動通信技術(shù)_ 課程設(shè)計題目： _移動通信技術(shù)現(xiàn)狀及分集技術(shù)的分析仿真_ 指導(dǎo)教師： 姜永權(quán)_ 系 別： 電子工程系 專 業(yè)： 學(xué) 號： 姓 名： _ 合 作 者：_ 完成時間： 2012 年 6 月 9 日至 6 月 15 日成績： _ 評閱人：_摘要本報告主要分析了移動通信技術(shù)的發(fā)展過程以及現(xiàn)狀，包括1G、2G、2.5G、2.75G和3G通信技術(shù)的工作原理以及關(guān)鍵技術(shù)、性能等。分析與仿真部分主要移動通信系統(tǒng)中的分集技術(shù)的算法與實現(xiàn)。關(guān)鍵詞：移動通信，通信技術(shù)，分集技術(shù)，仿真。移動通信發(fā)展現(xiàn)狀概述當(dāng)今的社會已經(jīng)進入了一個信息化的社會，沒有信息

2、的傳遞和交流，人們就無法適應(yīng)現(xiàn)代化的快節(jié)奏的生活和工作。人們期望隨時隨地，及時可靠，不受時空限制地進行信息交流，提高工作的效率和經(jīng)濟效益。移動通信可以說從無線電發(fā)明之日就產(chǎn)生了。1897年，馬可尼所完成的無線通信實驗就是在固定站與一艘拖船之間進行的。而蜂窩移動通信的發(fā)展是在二十世紀(jì)七十年代中期以后的事。移動通信綜合利用了有線、無線的傳輸方式，為人們提供了一種快速便捷的通訊手段。由于電子技術(shù)，尤其是半導(dǎo)體，集成電路及計算機技術(shù)的發(fā)展，以及市場的推動，使物美價廉、輕便可靠、性能優(yōu)越的移動通信設(shè)備成為可能?，F(xiàn)代的移動通信發(fā)展至今，主要走過了兩代，而第三代現(xiàn)在正處于緊張的研制階段，部分廠家已經(jīng)推出實驗

3、產(chǎn)品。隨著社會、經(jīng)濟的發(fā)展，移動通信得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在我國，移動通信技術(shù)的起步雖晚，但是發(fā)展極其迅速。自從20世紀(jì)90年代以來，很多國家對移動通信的需求量經(jīng)歷了指數(shù)級的增長，我國也不例外，而且這種需求量還將持續(xù)下去。如今經(jīng)濟全球化與信息網(wǎng)絡(luò)化的快速推進，現(xiàn)有的移動網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)很難滿足移動業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，為適應(yīng)發(fā)展，對現(xiàn)有的移動通信技術(shù)進行改進就越來越迫切，一方面要求盡可能豐富的移動業(yè)務(wù)滿足移動用戶不斷增長的業(yè)務(wù)需求；另一方面要求通過采用新技術(shù)，不斷提高系統(tǒng)的容量，以支持不斷增長的移動用戶的數(shù)量，移動通信技術(shù)正是在這兩種需求的驅(qū)動下不斷發(fā)展的。 移動通信的發(fā)展歷程經(jīng)歷了1G、2G、2.5G、

4、2.75G和現(xiàn)今相對較成熟的3G通信技術(shù)，已經(jīng)使整個世界發(fā)生了翻天覆地的變化。下面分別對這幾種通信技術(shù)的工作原理和關(guān)鍵技術(shù)以及性能特點進行分析。1G通信技術(shù)1G通信技術(shù)即第一代移動通信技術(shù)，是指最初的模擬、僅限語音的蜂窩電話標(biāo)準(zhǔn)，制定于上世紀(jì)80年代。Nordic移動電話（NMT）就是這樣一種標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用于 Nordic國家、東歐以及俄羅斯。其它還包括美國的高級移動電話系統(tǒng)（AMPS），英國的總訪問通信系統(tǒng)（TACS）以及日本的JTAGS，西德的 C-Netz，法國的Radiocom 2000和意大利的RTMI。1G通信的關(guān)鍵技術(shù)是FDMA - 模擬技術(shù)和頻分多址技術(shù)，屬于區(qū)域性的移動通信，其技

5、術(shù)特點是容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通話質(zhì)量不高、不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和不能提供自動漫游等。FDMA是數(shù)據(jù)通信中的一種技術(shù)，即不同的用戶分配在時隙相同而頻率不同的信道上。按照這種技術(shù)，把在頻分多路傳輸系統(tǒng)中集中控制的頻段根據(jù)要求分配給用戶。同固定分配系統(tǒng)相比，頻分多址使通道容量可根據(jù)要求動態(tài)地進行交換。在FDMA系統(tǒng)中，分配給用戶一個信道，即一對頻譜，一個頻譜用作前向信道即基站向移動臺方向的信道，另一個則用作反向信道即移動臺向基站方向的信道。這種通信系統(tǒng)的基站必須同時發(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行通信都必須經(jīng)過基站的中轉(zhuǎn)，因而必須同時占用2個信道(2對頻譜)才能

6、實現(xiàn)雙工通信。以往的模擬通信系統(tǒng)一律采用FDMA，頻分多址(FDMA)是采用調(diào)頻的多址技術(shù)。業(yè)務(wù)信道在不同的頻段分配給不同的用戶，如TACS系統(tǒng)、AMPS系統(tǒng)等。頻分多址是把通信系統(tǒng)的總頻段劃分成若干個等間隔的頻道(也稱信道)分配給不同的用戶使用，這些頻道互不交疊，其寬度應(yīng)能傳輸一路數(shù)字話音信息，而在相鄰頻道之間無明顯的串?dāng)_。1G無線系統(tǒng)在設(shè)計上只能傳輸語音流量，并受到網(wǎng)絡(luò)容量的限制，該技術(shù)在世界上基本已被淘汰。FDMA (1G-第1代移動通信技術(shù))2G通信技術(shù)為了解決由于采用不同模擬蜂窩系統(tǒng)造成互不兼容無法漫游服務(wù)的問題，1982年北歐四國向歐洲郵電行政大會提交了一份建議書，要求制定900M

7、Hz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)。同年成立了歐洲移動通信特別小組，簡稱GSM（Group Special Mobile）.第二代移動通信數(shù)字無線標(biāo)準(zhǔn)主要有：GSM，D-AMPS，PDC和IS-95CDMA等。與第一代模擬蜂窩移動通信相比,第二代移動通信系統(tǒng)采用了數(shù)字化,具有保密性強,頻譜利用率高,能提供豐富的業(yè)務(wù),標(biāo)準(zhǔn)化程度高等特點,使得移動通信得到了空前的發(fā)展,從過去的補充地位躍居通信的主導(dǎo)地位.我國目前應(yīng)用的第二代蜂窩系統(tǒng)為歐洲的GSM系統(tǒng)以及北美的窄帶CDMA系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)運營商運用的主要是GSM系統(tǒng)，現(xiàn)在中國聯(lián)通的CDMA系統(tǒng)經(jīng)過幾年的發(fā)展也初具規(guī)模。2G通

8、信的關(guān)鍵技術(shù)在于數(shù)字語音傳輸技術(shù)，即GSM，特點是保密性強、頻譜利用率高、能提供豐富的業(yè)務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)化程度高等。31 時分多址（TDMA）系統(tǒng)特性GSM系統(tǒng)采用時分多址（TDMA）技術(shù)，這種技術(shù)在頻率時間關(guān)系上形成一個矩陣，而每一信道對應(yīng)于其頻率時間矩陣上的一個點，在基站系統(tǒng)的控制和分配下，可為任一移動用戶提供電話或非話數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。TDMA系統(tǒng)具有如下特性：每載波多路。TDMA系統(tǒng)是一個時分復(fù)用系統(tǒng)，如GSM數(shù)字系統(tǒng)中每載波含8個時隙，即8個業(yè)務(wù)信道。隨著技術(shù)的發(fā)展，半速率業(yè)務(wù)信道的出現(xiàn)使其設(shè)計能力還可翻一倍。突發(fā)脈沖序列傳輸。移動臺信號功率的發(fā)射是不連續(xù)的，僅在規(guī)定的時隙內(nèi)發(fā)射脈沖序列；或者說，在

9、任何給定的瞬間，占有同一載頻而進行通話中的移動臺僅有一臺在發(fā)射信號。傳輸速率和自適應(yīng)均衡。TDMA系統(tǒng)中，如果每載波含有的時隙多，則頻率間隔寬，傳輸速率高。當(dāng)碼元持續(xù)時間與時延擴展量相當(dāng)時，務(wù)必采用自適應(yīng)均衡技術(shù)。例如當(dāng)GSM系統(tǒng)傳輸速率達271kbit/s時，二進制射頻數(shù)字調(diào)制方式碼元寬度為3.7s。而城市移動通信的時延擴展通常是3s，郊區(qū)為0.3s。隨著小區(qū)半徑擴大和地形地物等因素還有可能增大時延擴展量，因此在GSM系統(tǒng)中采用了自適應(yīng)均衡器，以獲得16s的抗時延擴展能力。傳輸開銷大。TDMA系統(tǒng)分成時隙傳輸，使得收信機在每一突發(fā)脈沖序列上都需要重新獲得同步。同時，為了把一個時隙和另一個時隙

10、分開，防護時間也是必須的，因此，TDMA系統(tǒng)通常比FDMA系統(tǒng)需要更多的傳輸開銷。先進的開放的技術(shù)規(guī)范。許多改進可以通過改變軟件的方式實現(xiàn)，對于昂貴的無線設(shè)備只有很小的影響。例如話音編碼算法的改進而降低比特率時，TDMA系統(tǒng)的信道更容易重新配置以接納新技術(shù)。另外，如GSM技術(shù)規(guī)范采用開放互聯(lián)模式，對于不同供貨廠商的互聯(lián)互通有共同的制約因素，有利于形成一種既競爭又互相促進的機制。這也是GSM系統(tǒng)能夠迅速在全球擴展的一個重要原因。共用設(shè)備的成本低。由于每一載波可為多個用戶提供業(yè)務(wù)，所以TDMA系統(tǒng)共用設(shè)備的每用戶平均成本與FDMA系統(tǒng)相比是大大地降低了。有利于大規(guī)模集成。由于TDMA系統(tǒng)移動臺的收

11、發(fā)是在各自不同的時隙內(nèi)進行的，因此可以不使用雙工器，既節(jié)約了成本，又減小了體積。而大量和復(fù)雜的數(shù)字信號處理又刺激了大規(guī)模集成電路的發(fā)展。從而再次促使了移動臺制造成本的降低。3.2 碼分多址（CDMA）系統(tǒng)特性（一）CDMA系統(tǒng)一般原理碼分多址接續(xù)的基礎(chǔ)是使用一組正交（或準(zhǔn)正交）的偽隨機噪聲（PN）序列（簡稱偽碼）通過相關(guān)處理實現(xiàn)多用戶共享頻率資源和同時入網(wǎng)接續(xù)的功能。碼分多址采用擴頻技術(shù)。擴頻技術(shù)的概念就是把原始信息的帶寬變換成帶寬寬得多的類噪聲信號。擴頻的含義是：假定一基帶數(shù)據(jù)流的速率是Rb bit/s，發(fā)信系統(tǒng)將此數(shù)據(jù)變換為Bc帶寬的傳輸信號。若BcRb（通常達23個數(shù)量級），且擴展編碼序

12、列與原始信號不相關(guān)，則認為信號獲得了頻譜擴散。接收機輸入端的載干比為： （31）在FDMA或TDMA系統(tǒng)中，RbBc，Eb/Io總是大于1，因此C/I1為正的分貝數(shù)。而在CDMA系統(tǒng)中，BcRb。因此C/I0.5; data2=2.*data1-1;%* Attenuation Calculation *%* rayleigh channel * code_rate=1; E=1; sigma=E/sqrt(2*SNR*code_rate); n =randn(1,nd) + j*randn(1,nd); h1 =1/sqrt(2)*randn(1,nd) + j*randn(1,nd); %

13、 Rayleigh channel data41=data2.*h1+sigma.*n; h11=conj(h1)./abs(h1); %注釋： data411 = data41.*h11; %注釋：%* n =randn(1,nd) + j*randn(1,nd); h2 =1/sqrt(2)*randn(1,nd) + j*randn(1,nd); % Rayleigh channel data42=data2.*h2+sigma.*n; h22=conj(h2)./abs(h2); data422 =data42.*h22; %* data4=data411+data422; %注釋：%

14、* BPSK Demodulation * demodata1=data4 0; %* Bit Error Rate (BER) * noe2=sum(abs(data1-demodata1); nod2=length(data1); noe=noe+noe2;nod=nod+nod2;end %* Output result *ber1(snr_num) = noe/nod end; %* end of file *figure; semilogy(snr_in_dB,ber1,O-); hold on semilogy(snr_in_dB,0.5*erfc(sqrt(2*10.(snr_i

15、n_dB/10)/sqrt(2),+-); hold on semilogy(snr_in_dB,0.5.*(1-sqrt(10.(snr_in_dB/10)./(10.(snr_in_dB/10)+1),-); ylabel(BER); xlabel(E_b/N_0 dB); legend(simulation BPSK EGC L=2,theory gngauss BPSK,theory reyleigh ); grid on;圖7.2如下：% bpsk.m% Simulation program to realize BPSK transmission system%* Preparat

16、ion part *nd = 10000; % Number of symbols that simulates in each loopsnr_in_dB=0:15 ; ber=zeros(1,length(snr_in_dB);for snr_num=1:length(snr_in_dB)SNR=exp(snr_in_dB(snr_num)*log(10)/10);%* START CALCULATION *nloop=100; % Number of simulation loopsnoe = 0; % Number of error datanod = 0; % Number of t

17、ransmitted datafor iii=1:nloop%* Data generation * data1=rand(1,nd)0.5; data2=2.*data1-1;%* Attenuation Calculation *%* rayleigh channel * code_rate=1; E=1; sigma=E/sqrt(2*SNR*code_rate); n =randn(1,nd) + j*randn(1,nd); h1 =1/sqrt(2)*randn(1,nd) + j*randn(1,nd); % Rayleigh channel data41=data2.*h1+s

18、igma.*n; h11=conj(h1); %注釋： data411 = data41.*h11; %注釋：%* n =randn(1,nd) + j*randn(1,nd); h2 =1/sqrt(2)*randn(1,nd) + j*randn(1,nd); % Rayleigh channel data42=data2.*h2+sigma.*n; h22=conj(h2); data422 =data42.*h22;%* data4=data411+data422;% 注釋：%* BPSK Demodulation * demodata1=data4 0; %* Bit Error R

19、ate (BER) * noe2=sum(abs(data1-demodata1); nod2=length(data1); noe=noe+noe2;nod=nod+nod2;end %* Output result *ber(snr_num) = noe/nod end; %* end of file *figure; semilogy(snr_in_dB,ber,O-); hold on semilogy(snr_in_dB,0.5*erfc(sqrt(2*10.(snr_in_dB/10)/sqrt(2),+-); hold on semilogy(snr_in_dB,0.5.*(1-

20、sqrt(10.(snr_in_dB/10)./(10.(snr_in_dB/10)+1),-); ylabel(BER); xlabel(E_b/N_0 dB); legend(simulation BPSK MRC L=2,theory gngauss BPSK,theory reyleigh ); grid on;圖7.3如下：% close all; % clear all; % clc snr_in_dB=0:15; for k=1:length(snr_in_dB)N=10000; E=1; SNR=10(snr_in_dB(k)/10); sigma=E/sqrt(2*SNR);

21、 for i=1:N a=rand; if(a0.5) data(i)=-1; else data(i)=1; end end numofber=0; totolnumber=0; while numofber0.5 b=1; else b=-1; end h1=randn; h2=randn; n1=randn; n2=randn; s1=snr*abs(h1)*b+n1*h1/abs(h1); s2=snr*abs(h2)*b+n2*h2/abs(h2); S=s1+s2; if S0; z=1; else z=-1; end if z=b err=err+1; endend ber=er

22、r/10000我們把A依次輸入1到15，可以得到15個運行結(jié)果，利用以下程序可以畫出曲線圖：x=1:1:15;y=0.1553,0.1478,0.1316,0.1295,0.1166,0.1074,0.0941,0.0896,0.0863,0.0777,0.0733,0.0586,0.0551,0.0523,0.0489;semilogy(x,y)圖7.6如下：4根接收天線時A=1;err=0;snr=sqrt(10(A/20);for k=1:10000 s=rand; if s0.5 b=1; else b=-1; end h1=randn; h2=randn; h3=randn; h4=

23、randn; n1=randn; n2=randn; n3=randn; n4=randn; s1=snr*abs(h1)*b+n1*h1/abs(h1); s2=snr*abs(h2)*b+n2*h2/abs(h2); s3=snr*abs(h3)*b+n3*h3/abs(h3); s4=snr*abs(h4)*b+n4*h4/abs(h4); S=s1+s2+s3+s4; if S0; z=1; else z=-1; end if z=b err=err+1; endend ber=err/10000我們把A依次輸入1到15，可以得到15個運行結(jié)果，利用以下程序可以畫出曲線圖：x=1:1:15;y=0.0743,0.