移動通信課件第1章第四版

移動通信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?？己朔绞剑浩綍r（作業(yè)、出勤、聽課情況等）成績占30％，考試成績占70％。課程安排第1章概述第2章移動通信網(wǎng)第3章移動信道的電波傳播第4章數(shù)字調(diào)制技術(shù)第5章GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)與GPRS第6章CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)第7章第三代移動通信系統(tǒng)及LTE第1章概述1.1移動通信及其特點1.2移動通信的工作方式1.3移動通信系統(tǒng)的組成1.4移動通信系統(tǒng)的頻段使用

1.5多址方式1.6其他常用技術(shù)

1.7移動通信系統(tǒng)的發(fā)展

1.8第四代移動通信(4G)標準及現(xiàn)狀

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。傳統(tǒng)的固定式通信，又稱為有線通信。最大特點是靜態(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。無線通信針對上述靜態(tài)的缺點，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，但是信道的開放性必然引起了信道的時變性和隨機性，從而大大降低了通信容量和質(zhì)量。移動通信則是在無線通信的基礎(chǔ)上又進一步引入了用戶的移動性,在無線通信的第一重信道動態(tài)的基礎(chǔ)上又加入了第二重用戶的動態(tài)性，這實質(zhì)是兩重動態(tài)性。在第三代(3G)移動通信技術(shù)中進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)1.1移動通信及其特點移動通信的基本概念：至少有一方處于移動狀態(tài)下進行信息交換的通信。包括：移動用戶（車輛、船舶、飛機、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。目前正處于第四代(4G)初期。移動通信具有以下基本特點：(1)電波傳播條件惡劣。多徑傳播---多徑衰落？

(2)具有多普勒效應(yīng)。多普勒頻移？(3)干擾嚴重。(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、計算機、傳輸(7)對設(shè)備要求苛刻。多徑傳播：

1.電波在移動通信系統(tǒng)中的傳播基本機制有：直射、反射、繞射、散射、以及它們的合成。反射---發(fā)生于地球表面、建筑物、墻壁表面。反射式產(chǎn)生多徑衰落的主要因素。繞射----當接收機和發(fā)射機之間的無線路徑被尖利的邊緣阻擋時會發(fā)生反射。房屋尖頂散射----產(chǎn)生于粗糙表面，小物體或者不規(guī)則物體。樹葉、燈柱等多徑衰落（瑞利衰落）：電波發(fā)生反射、繞射、散射后，產(chǎn)生許多路徑的信號，因為電波通過各個路徑的距離不同，所以各個路徑電波到達接收機的時間不同，則相位不同。不同相位的多個信號在接收機進行疊加，有時同相疊加而加強，有時反相疊加而減弱。使得接收信號的幅度急劇變化，發(fā)生多徑衰落。

由于移動臺在運動中，所以產(chǎn)生多普勒頻移效應(yīng)，頻移值fd與移動臺運動速度v、工作頻率f（或波長λ）及電波到達角θ有關(guān)，即多普勒頻移移動通信系統(tǒng)的分類：按使用對象可分為：民用設(shè)備和軍用設(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)。1.2移動通信的工作方式一.單工通信三.半雙工通信二.雙工通信頻分雙工（FDD）時分雙工（TDD）同頻單工異頻單工132023/2/2一.單工通信用PTT單工通信是指通信雙方電臺交替地進行收信和發(fā)信。

1.定義2.原理圖圖1-2單工通信1.2.4移動通信的工作方式142023/2/23.分類根據(jù)收、發(fā)頻率的異同，又可分為：同頻單工異頻單工需要用到轉(zhuǎn)發(fā)器同頻是指通信的雙方，使用相同工作頻率（f1）；操作采用“按—講”（pushtotalk，PTT）方式。平時,雙方的接收機均處于守聽狀態(tài)。是指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。由于收發(fā)使用不同的頻率，同一部電臺的收發(fā)信機可以交替工作，也可以收常開，只控制發(fā)，即按下PTT發(fā)射。單工通信152023/2/24.特點同頻單工的優(yōu)點是：缺點是:①設(shè)備簡單；②移動臺之間可直接通話，不需基站轉(zhuǎn)接；③不按鍵時發(fā)射機不工作，因此功耗小。③當附近有鄰近頻率的電臺發(fā)射時，容易造成強干擾。①只適用于組建簡單和甚小容量的通信網(wǎng)；②當有兩個以上移動臺同時發(fā)射時就會出現(xiàn)同頻干擾；單工通信162023/2/2f1終端2f2終端2終端1終端1是指通信的雙方，收發(fā)信機均同時工作，即任一方在發(fā)話的同時，也能收聽到對方的話音。二.雙工通信頻分雙工（FDD）1.定義2.分類t終端1終端3終端1終端2終端2終端4時分雙工（TDD）1.2.4移動通信的工作方式172023/2/23.頻分雙工原理圖圖1-3頻分雙工通信

雙工通信182023/2/2雙工制：通信的雙方，收發(fā)信機均同時工作，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：①收發(fā)頻率分開可大大減小干擾；②用戶使用方便。異頻雙工制的缺點：①移動臺在通話過程中總是處于發(fā)射狀態(tài)，因此功耗大；②移動臺之間通話需占用兩個頻道；③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)。TDD對同步要求嚴格。PHS,TD-SCDMA均采用了TDD技術(shù)。TDD具有以下三個顯著特點：省去雙工器；可使用不對稱頻率，頻率利用率提高；上、下行時隙靈活分配；移動臺采用類似單工的“按講”方式，即按下按講開關(guān)，發(fā)射機才工作，而接收機總是工作的。基站工作情況與雙工方式完全相同。三.半雙工通信全雙工+PTT1.定義2.原理圖圖1-4半雙工通信

212023/2/23.特點優(yōu)點是：①移動臺設(shè)備簡單，價格低，耗電少；②收發(fā)采用不同頻率，提高了頻譜利用率；③移動臺受鄰近電臺干擾小。缺點是：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)信機可以交替工作，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。

半雙工通信222023/2/2圖1-3雙工通信方式1.3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。

．集群通信系統(tǒng)概念集群通信系統(tǒng)可以定義為系統(tǒng)所具有的可用信道可為系統(tǒng)的全體用戶共用，具有自動選擇信道功能，是一種共享資源、分擔費用、共用信道設(shè)備及服務(wù)的多用途、高效能的無線調(diào)度通信系統(tǒng)。主要面向各專業(yè)部門如公安、鐵道、水利、軍隊等，以各專業(yè)部門用戶為服務(wù)對象。在搶險救災(zāi)、處理各種突發(fā)事件等場景可以及時準確的調(diào)度指揮通信?？梢蕴峁﹩魏?、組呼、廣播呼叫、短信息等業(yè)務(wù)。用戶之間存在一定的關(guān)系和不同的呼叫級別。252023/2/2．集群系統(tǒng)的組成

集群系統(tǒng)一般由終端設(shè)備、基站、調(diào)度臺和控制中心等組成。

圖1-7集群移動通信系統(tǒng)示意圖262023/2/2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（MobileServiceSwitchingCentre）、一個或若干個歸屬位置寄存器HLR（HomeLocationRegister）和訪問者位置寄存器VLR（VisitorLocationRegister)（有時幾個MSC合用一個VLR）、設(shè)備識別寄存器EIR（EquipmentIdentityRegister）、鑒權(quán)中心AuC（AuthenticationCentre）、操作維護中心OMC（OperationandMaintenanceCentre）、基站BS（BaseStation）和移動臺MS（MobileStation）等功能實體組成。圖1-4蜂窩移動通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)MSC對位于其服務(wù)區(qū)內(nèi)的MS進行交換和控制，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)就近進入關(guān)口MSC（GMSC），由該GMSC查詢有關(guān)的HLR，并建立至移動臺當前所屬的MSC的呼叫路由。

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。

VLR是存儲用戶位置信息的動態(tài)數(shù)據(jù)庫。當漫游用戶進入某個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）、移動用戶漫游號（MSRN），所在位置區(qū)的標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可以負責一個或若干個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實現(xiàn)對移動設(shè)備的識別、監(jiān)視、閉鎖等功能。

1.4移動通信系統(tǒng)的頻段使用早期的移動通信主要使用VHF和UHF頻段，其主要原因有以下三點：(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。目前，大容量移動通信系統(tǒng)均使用800MHz頻段(CDMA)，900MHz頻段(AMPS、TACS、GSM)，并開始使用1800MHz頻段(GSM1800/DCS1800)，該頻段用于微蜂窩(Microcell)系統(tǒng)。我國移動通信工作頻段原郵電部規(guī)定IS-95CDMA第三代移動通信系統(tǒng)主要工作在2000MHz頻段上，世界各國和地區(qū)頻率分配的方式各不相同。1.5多址方式1.5.1移動通信系統(tǒng)中的多址方式（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。（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30kHz的頻分信道，再把它分成6個時隙進行TDMA傳輸。（3）CDMA。北美的IS-95CDMA系統(tǒng)。所謂CDMA，就是每一個信號被分配一個偽隨機二進制序列進行擴頻，不同信號的能量被分配到不同的偽隨機序列里。在接收機里，信號用相關(guān)器加以分離，這種相關(guān)器只接收選定的二進制序列并壓縮其頻譜，凡不符合該用戶二進制序列的信號，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。（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）標準TD-SCDMA中就應(yīng)用了SDMA技術(shù)。SDMA實現(xiàn)的核心技術(shù)是智能天線，理想情況下它要求天線給每個用戶分配一個點波束，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。實際上，SDMA通常都不是獨立使用的，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。

SDMA的優(yōu)勢是明顯的：可以提高天線增益，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)的干擾。SDMA實現(xiàn)的關(guān)鍵是智能天線技術(shù)，這也正是當前應(yīng)用SDMA的難點。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，對于當前的技術(shù)水平是個嚴峻的挑戰(zhàn)。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)FH－CDMA和DS－CDMA示意圖；(d)空分多址示意圖

1.5.2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30kHz帶寬的許多信道，并使用窄帶FM調(diào)制，調(diào)制效率為每30kHz一條話路。而AMPS載干比（C/I）需要18dB或更高。根據(jù)推算和經(jīng)驗表明，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210kHz的頻譜才有一條話路。TDMA頻譜效率的計算基本上和FDMA相同。例如，對于DAMPS，每個小區(qū)必須占用70kHz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。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。通過試驗和理論計算，IS-95CDMA的容量可達到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)實際上也都是FDMA和CDMA的組合。頻率復(fù)用系數(shù)約為2/3，CDMA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)遠遠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)。1.6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。它們既可以單獨使用，又可以組合使用。均衡技術(shù)可以補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)生時域擴展，從而進入相鄰符號。而接收機的均衡器可對信道中的幅度和延遲進行補償。由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。

分集技術(shù)是另外一種用來補償信道衰落的技術(shù)，它通常使用兩個或多個接收天線來實現(xiàn)。演進中的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)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。

1.6.1均衡技術(shù)非線性信道---線性信道在帶寬受限（頻率選擇性的）且時間擴散的信道中，由于多徑影響而導致的符號間干擾會使被傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生失真，因而在接收機中產(chǎn)生誤碼。符號間干擾被認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。

自適應(yīng)均衡器一般包括兩種工作模式，即訓練模式和跟蹤模式。工作過程如下：發(fā)射機發(fā)射一個已知的、定長的訓練序列，以便接收機中的均衡器可以調(diào)整到恰當?shù)脑O(shè)計，使BER最小。典型的訓練序列是一個二進制的偽隨機信號或是一串預(yù)先指定的數(shù)據(jù)比特，而緊跟在訓練序列之后被傳送的是用戶數(shù)據(jù)。接收機中的自適應(yīng)均衡器將通過遞歸算法來評估信道特性，并且修正濾波器系數(shù)，以對多徑造成的失真做出補償。自適應(yīng)濾波器將不斷改變其濾波特性。當均衡器得到很好的訓練后，就說它已經(jīng)收斂。均衡器需要周期性地做重復(fù)訓練。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)，并且訓練序列通常在一個分組的開始被傳送。1.6.2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，那么另一條相對獨立的路徑中可能包含著較強的信號。因此，接收機可以在多徑信號中選擇兩個或兩個以上的信號進行合并，使得接收機中的瞬時信噪比和平均信噪比都有所提高，并且通?？梢蕴岣?0～30dB。分集技術(shù)是通過尋找無線傳播環(huán)境中的獨立（或至少是高度不相關(guān)的）多徑信號來實現(xiàn)的。

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)獨立的衰落路徑接收來自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信號，這些信號都是在同一個接收基站上，經(jīng)獨立的衰落路徑接收來自兩個或多個不同天線發(fā)射的信號。

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，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)計中，在每個小區(qū)的中心，都裝備了多個基站接收天線。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（通常是波長的幾十倍），才能實現(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，已有雙天線手機面世。頻率分集在多于一個的載頻上傳送信號。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)大量地用于擴頻CDMA的RAKE接收機中，由多徑信道提供傳輸冗余信息。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展，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行選擇，而不是對信號進行合并。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。

1.6.3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)字數(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。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行單獨編碼，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。卷積碼是在信息序列通過有限狀態(tài)移位寄存器的過程中產(chǎn)生的。1.7

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20～30年代：警車無線電調(diào)度電話（AM調(diào)幅），使用頻率為2MHz。20世紀40～50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150MHz及450MHz。1947年Bell實驗室提出了蜂窩的概念。20世紀60年代：自動撥號移動電話，全雙工工作方式，使用頻段為150MHz及450MHz。1964年美國開始研究更先進的移動電話系統(tǒng)（IMTS）。20世紀70～80年代：AMPS、TACS分別在美國、英國投入使用。使用頻段為800/900MHz（早期曾使用450MHz），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。

21世紀初：基于窄帶IS-95CDMA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和歐洲電信標準協(xié)會（ETSI）制定的UTRA兩個獨立建議的W-CDMA、由我國提出的時分同步CDMA（TD-SCDMA）等第三代（3G）系統(tǒng)（IMT-2000）陸續(xù)開始投入使用或建立試驗網(wǎng)。其中，第三代（3G）系統(tǒng)使用頻段為1885~2025MHz，2110~2200MHz，全球統(tǒng)一標準。在使用的150MHz、450MHz、900MHz三個頻段的具體收發(fā)頻率間隔分別為:150MHz的收發(fā)頻率間隔為5.7MHz；450MHz的收發(fā)頻率間隔為10MHz；900MHz的收發(fā)頻率間隔為45MHz。20世紀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)。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AMPS，英國的TACS，北歐的NMT-900及日本HCNTS等。模擬系統(tǒng)的主要缺點是：頻譜利用率低，不能與ISDN兼容，保密性差，以及移動終端要進一步實現(xiàn)小型化、低功耗、低價格的難度都較大。

表1-1AMPS制式與TACS制式的主要差別碼分多址（CDMA）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：（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；（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10mW）；（6）具有軟切換和軟容量特性；（7）頻率復(fù)用模式可達到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）可實現(xiàn)寬帶數(shù)據(jù)傳輸。表1-2低功率系統(tǒng)的主要參數(shù)表1–3數(shù)字蜂窩系統(tǒng)的主要參數(shù)1.7.2從2G向3G發(fā)展1.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３Ｇ由于采用了CDMA技術(shù)，相對于２Ｇ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，２Ｇ的無線技術(shù)必將被３Ｇ所取代。

2.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)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能夠達到高速車載環(huán)境下384kb/s、低速或靜止狀態(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。

3.運營商發(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ＡＲＰＵ，還需要開展豐富的差異化競爭業(yè)務(wù)。因為２Ｇ直接將業(yè)務(wù)本身標準化，所以同一種業(yè)務(wù)就只有一種標準實現(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３Ｇ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)能力具體實現(xiàn)，這表現(xiàn)了３Ｇ業(yè)務(wù)生成的多樣化和靈活性。運營商只有充分利用３Ｇ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。

IMT-2000的系統(tǒng)特性如下：(1)采用1.8～2.2GHz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)。

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)部電信科學技術(shù)研究院（CATT）代表中國也提交了自己的候選方案(TD-SCDMA)。

表1-4正式向ITU提交的候選RTT方案

1.7.3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、測試方法和環(huán)境要求等部頒標準，開展了80系列設(shè)備的研制。

我國公眾移動通信起步于20世紀80年代，1987年在廣州、上海率先采用900MHzTACS標準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)。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”的局面。中國聯(lián)通決定采用技術(shù)先進、設(shè)備成熟、具有國際自動漫游功能的GSM數(shù)字移動通信技術(shù),組建全國第二個公眾移動通信網(wǎng)。1994年9月，中國電信也采用GSM數(shù)字移動通信技術(shù),組建了中國電信全國公眾數(shù)字移動通信網(wǎng)。CDMA數(shù)字蜂窩試驗網(wǎng)率先由長城電信在北京、上海、廣州、西安四大城市建成并開通，使用效果不錯。1999年4月，信息產(chǎn)業(yè)部確定由中國聯(lián)通在全國范圍經(jīng)營CDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng)。1999年11月，芬蘭赫爾辛基ITU第18次會議上，TD-SCDMA進入ITUTG8/1文件IMT-RSPC的最終稿，成為ITU/3G候選方案。2000年5月5日，土耳其伊斯坦布爾無線電大會上，TD-SCDMA正式被ITU接納成為IMT2000標準之一，這是百年來中國電信發(fā)展史上的重大突破。1.8第四代移動通信（4G）標準及現(xiàn)狀

1.8.1第四代移動通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)1）新的調(diào)制技術(shù)

第四代移動通信的要求數(shù)據(jù)速率從2Mb/s提高到100Mb/s，能夠提供150Mb/s的高質(zhì)量的影像服務(wù)。在無線信道下，要如此大幅度地提高傳輸速率,如何突破頻率選擇性衰落的影響是關(guān)鍵。被4G看好的高速調(diào)制技術(shù)為多載波正交頻分復(fù)用（OFDM）調(diào)制技術(shù)。OFDM技術(shù)是一種無線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)。

主要思想就是在頻域內(nèi)將給定的信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個載波進行調(diào)制，各子載波并行傳輸，以獲得高速。雖然總的信道是非平坦的，即具有頻率選擇性，但是每個子信道是相對平坦的，并且在每個子信道上進行的是窄帶傳輸，即信號帶寬小于信道的相應(yīng)帶寬，因此就可以大大消除信號波形間的干擾。OFDM技術(shù)的最大優(yōu)點是能對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾，并由于子信道的頻譜是可以相互交疊的，因而頻率利用率高。

2）軟件無線電技術(shù)3G中也采用了該技術(shù)。通過3G的開發(fā)，軟件無線電技術(shù)將進一步向前發(fā)展，也將更為成熟。它可使移動終端和基站從3G到4G的發(fā)展速度大大加快，系統(tǒng)升級變得十分便捷。

3）智能天線技術(shù)3G也采用了該技術(shù)。智能天線具有抑制干擾、信號自動跟蹤以及數(shù)字波束形成等智能功能，用于移動通信，既可改善信號質(zhì)量，又能增加傳輸容量。

4）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)4G系統(tǒng)要滿足3G不能達到的高速數(shù)據(jù)和高分辨率多媒體服務(wù)的需要，應(yīng)能與寬帶IP網(wǎng)絡(luò)、寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)（B-ISDN）和異步傳送模式（ATM）兼容，實現(xiàn)寬帶多媒體通信，形成綜合寬帶通信網(wǎng)。在處理多媒體業(yè)務(wù)時，智能無線資源管理和路由選擇是關(guān)鍵技術(shù)，無線資源管理需根據(jù)用戶的應(yīng)用類別以及QoS要求，安排與分配可用資源、前/后向鏈路的傳輸速率，并完成選路、全程質(zhì)量管理、無縫切換等。

1.8.2第四代移動通信的研發(fā)狀況3G在全球布局后，4G的路如何走一直是行業(yè)關(guān)注的熱點問題，從2005年開始，國際上3GPP和3GPP2兩個3G標準化組織就開始制訂新一輪的3G演進標準。傳統(tǒng)的WCDMA陣營的運營商和制造商都把HSDPA、HSUPA當作自己的發(fā)展方向，在這些技術(shù)進一步演進之后，LTE技術(shù)著重考慮的方面主要包括降低時延、提高用戶的數(shù)據(jù)速率、增大系統(tǒng)的容量和覆蓋范圍以及降低運營成本等。為了滿足這些要求，需要對無線接口以及無線網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)進行一些改進。補充內(nèi)容

現(xiàn)代移動通信技術(shù)的發(fā)展始于20世紀20年代,大致經(jīng)歷了五個發(fā)展階段。一.第一階段從20世紀20年代至40年代初，為移動通信早期發(fā)展階段。特點：1.主要應(yīng)用在專用系統(tǒng)和軍事通信領(lǐng)域。2.使用的波段為短波波段。3.移動通信的設(shè)備采用電子管，又大又笨重，通信效果差。4.采用人工交換和人工切換頻率的控制和接續(xù)方式。其代表系統(tǒng)是1921年美國底特律和密執(zhí)安警察廳開始使用的車載無線電系統(tǒng)，該系統(tǒng)工作頻率為2MHz。

世界移動通信的發(fā)展802023/2/2特點：開始運用于民用系統(tǒng)。在頻段使用上，開始使用VHF的150MHz，到了后來又發(fā)展到400MHz頻段。由于晶體管的出現(xiàn)，使移動臺向小型化方面大大前進了一步，通信效果也比以前有了明顯的好轉(zhuǎn)。從人工交換到專用自動交換系統(tǒng)二.第二階段從20世紀40年代至60年代末，移動通信取得了進一步的發(fā)展。美國、英國、日本、西德等國開始應(yīng)用汽車公用無線電話（MTS或IMTS），如1946年美國的圣路易斯城建立了世界上第一個公共汽車電話系統(tǒng)。812023/2/2三.第三階段從20世紀70年代至80年代末，移動通信開始了空前的快速發(fā)展。特點：開始運用于個人領(lǐng)域。在頻段使用上，使用頻段為800/900MHz。移動設(shè)備小型化，系統(tǒng)大容量化。集成交換系統(tǒng)這個時期的系統(tǒng)的主要技術(shù)是模擬調(diào)頻、頻分多址，以模擬方式工作，加之以蜂窩小區(qū)進行組網(wǎng)，故稱為模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)。其典型系統(tǒng)包括AMPS系統(tǒng)、TACS系統(tǒng)和NMT系統(tǒng)等。822023/2/2四.第四階段從20世紀90年代至20世紀末，這是數(shù)字移動通信系統(tǒng)發(fā)展和成熟時期。

隨著超大規(guī)模集成電路和低速率語音編碼技術(shù)的出現(xiàn)，數(shù)字通信技術(shù)表現(xiàn)出了比模擬技術(shù)更突出的優(yōu)越性，在移動通信領(lǐng)域也出現(xiàn)了數(shù)字技術(shù)取代模擬技術(shù)的趨勢，

數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)是以數(shù)字傳輸、時分多址或碼分多址為主體技術(shù)，采用蜂窩結(jié)構(gòu)組網(wǎng)的系統(tǒng)。

習慣上將模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)稱為1G（第一代移動通信），將數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)稱為2G（第二代移動通信），2G的典型系統(tǒng)包括：GSM系統(tǒng)、IS-95CDMA系統(tǒng)、DAMPS系統(tǒng)和JDC系統(tǒng)832023/2/2

我國移動通信發(fā)展起步較晚，移動通信在我國的快速發(fā)展也僅僅20多年，但發(fā)展速度和規(guī)模令世人矚目，目前，中國移動已經(jīng)成為世界上第一大運營商，中國擁有全世界最多的手機用戶群，圖1-1我國歷年移動用戶數(shù)統(tǒng)計

中國移動通信的發(fā)展842023/2/2

我國移動通信按照其演進的順序可大致劃分為四個階段