移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程

通信概論論文PAGEI通信概論論文通信概論論文移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程年級(jí):學(xué)號(hào):姓名:專(zhuān)業(yè):

目錄

摘要 I關(guān)鍵詞 I第1章引言 I第2章移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展歷程 II第3章移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) IV第4章移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展方向 VI參考文獻(xiàn) VIII附錄1標(biāo)題 VIII通信概論論文信息工程大學(xué)通信概論論文系統(tǒng)以傳輸話(huà)音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為目的，因此又稱(chēng)為窄帶數(shù)字通信系統(tǒng)。第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的典型代表是美國(guó)的DAMPS系統(tǒng)，IS-95和歐洲的GSM系統(tǒng)。(1)GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))發(fā)源于歐洲，它是作為全球數(shù)字蜂窩通信的DMA標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的，支持64Kbps的數(shù)據(jù)速率，可與ISDN互連。GSM使用900MHz頻帶，使用1800MHz頻帶的稱(chēng)為DCS1800。GSM采用FDD雙工方式和TDMA多址方式，每載頻支持8個(gè)信道，信號(hào)帶寬200KHz。GSM標(biāo)準(zhǔn)體制較為完善，技術(shù)相對(duì)成熟，不足之處是相對(duì)于模擬系統(tǒng)容量增加不多，僅僅為模擬系統(tǒng)的兩倍左右，無(wú)法和模擬系統(tǒng)兼容。(2)DAMPS(先進(jìn)的數(shù)字移動(dòng)電話(huà)系統(tǒng))也稱(chēng)IS-54(北美數(shù)字蜂窩)，使用800MHz頻帶，是兩種北美數(shù)字蜂窩標(biāo)準(zhǔn)中推出較早的一種，指定使用TDMA多址方式。(3)IS-95是北美的另一種數(shù)字蜂窩標(biāo)準(zhǔn)，使用800MHz或1900MHz頻帶，指定使用CDMA多址方式，已成為美國(guó)PCS(個(gè)人通信系統(tǒng))網(wǎng)的首先技術(shù)。由于第二代移動(dòng)通信以傳輸話(huà)音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為目的，從1996年開(kāi)始，為了解決中速數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，又出現(xiàn)了2.5代的移動(dòng)通信系統(tǒng)，如GPRS和IS-95B。移動(dòng)通信現(xiàn)在主要提供的服務(wù)仍然是語(yǔ)音服務(wù)以及低速率數(shù)據(jù)服務(wù)。由于網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，數(shù)據(jù)和多媒體通信的發(fā)展勢(shì)頭很快，所以，第三代移動(dòng)通信的目標(biāo)就是移動(dòng)寬帶多媒體通信。從發(fā)展前景看，由于自有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，CDMA技術(shù)已經(jīng)成為第三代移動(dòng)通信的核心技術(shù)。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，對(duì)3G無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)(RTT：RadioTransmissionTechnology)提出了以下要求：一是高速傳輸以支持多媒體業(yè)務(wù)。室內(nèi)環(huán)境至少2Mbps；室內(nèi)外步行環(huán)境至少384kbps；室外車(chē)輛運(yùn)動(dòng)中至少144kbps；衛(wèi)星移動(dòng)環(huán)境至少9.6kbps。二是傳輸速率能夠按需分配。三是上下行鏈路能適應(yīng)不對(duì)稱(chēng)需求。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)最早由國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)于1985年提出，當(dāng)時(shí)稱(chēng)為未來(lái)公眾陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)(FPLMTS，F(xiàn)uturePublicLandMobileTelecommunicationSystem)，1996年更名為IMT-2000(InternationalMobileTelecommunication-2000)，意即該系統(tǒng)工作在2000MHz頻段，最高業(yè)務(wù)速率可達(dá)2000kbps，預(yù)期在2000年左右得到商用。主要體制有WCDMA，cdma2000和TD-SCDMA。綜觀移動(dòng)通信的發(fā)展歷程，當(dāng)代移動(dòng)通信可分為三個(gè)階段：(1)第一階段模擬制式的移動(dòng)通信系統(tǒng)，得益于70年代的兩項(xiàng)關(guān)鍵突破：微處理器的\t"/subview/19195/_blank"發(fā)明和交換及控制鏈路的數(shù)字化。AMPS是美國(guó)推出的世界上第一個(gè)1G移動(dòng)通信系統(tǒng)，充分利用了FDMA技術(shù)實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)范圍的語(yǔ)音通信。(2)第二階段是風(fēng)靡全球十幾年的數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)，80年代末開(kāi)發(fā)。2G是包括語(yǔ)音在內(nèi)的全數(shù)字化系統(tǒng)，新技術(shù)體現(xiàn)在通話(huà)質(zhì)量和系統(tǒng)容量的提升。\t"/subview/19195/_blank"GSM(GlobalSystemforMobileCommunication)是第一個(gè)商業(yè)運(yùn)營(yíng)的2G系統(tǒng)，GSM采用TDMA技術(shù)。(3)第三階段是移動(dòng)多媒體通信系統(tǒng)，提供的業(yè)務(wù)包括語(yǔ)音，\t"/subview/19195/_blank"傳真，數(shù)據(jù)，多媒體娛樂(lè)和全球無(wú)縫漫游等。NTT和\t"/subview/19195/_blank"愛(ài)立信1996年開(kāi)始開(kāi)發(fā)3G（ETSI于1998年），1998年國(guó)際電聯(lián)推出WCDMA和CDMA2000兩商用標(biāo)準(zhǔn)（\t"/subview/19195/_blank"中國(guó)2000年推出\t"/subview/19195/_blank"TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)，2001年3月被3GPP接納，起源于\t"/subview/19195/_blank"李世鶴帶頭搞的SCDMA）第一個(gè)3G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)于2001年的日本。3G技術(shù)提供2MBPS標(biāo)準(zhǔn)用戶(hù)速率（高速移動(dòng)下提供144KBPS速率）。移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)自20世紀(jì)70年代末第一代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)面世以來(lái)，移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)一直以驚人的速度迅猛發(fā)展，已經(jīng)成為帶動(dòng)全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要高科技產(chǎn)業(yè)之一，并對(duì)人類(lèi)生活及社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。其中，CDMA碼分多址移動(dòng)通信技術(shù)以其容量大、頻譜利用率高、保密性強(qiáng)、綠色環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，顯示出強(qiáng)大的生命力，引起人們的廣泛關(guān)注，成為\t"/subview/19195/_blank"第三代移動(dòng)通信的核心技術(shù)。\t"/subview/19195/_blank"CDMA（CodeDivisionMultipleAccess，碼分多址）作為一種\t"/subview/19195/_blank"多址技術(shù)早已出現(xiàn)，起初僅在抗干擾和保密性能等\t"/subview/19195/_blank"方面受到人們的注意，被用在\t"/subview/19195/_blank"軍用抗干擾系統(tǒng)中。1989年，\t"/subview/19195/_blank"美國(guó)高通（Qualcomm）公司最先推出CDMA\t"/subview/19195/_blank"蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的設(shè)想。碼分多址蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)實(shí)際上包含兩個(gè)基本技術(shù)，即\t"/subview/19195/_blank"碼分多址技術(shù)和擴(kuò)頻通信技術(shù)。所謂擴(kuò)頻，簡(jiǎn)單地講就是用某種技術(shù)將信號(hào)的頻譜進(jìn)行擴(kuò)展，工程中常用直接序列對(duì)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻，即用一個(gè)高速碼序列碼去調(diào)制低速\t"/subview/19195/_blank"原始數(shù)據(jù)信息。碼分多址(CDMA)與頻分多址(FDMA)、時(shí)分多址(TDMA)一樣，是多址技術(shù)的一種。\t"/subview/19195/_blank"CDMA系統(tǒng)中的每一個(gè)信號(hào)被分配一個(gè)正交序列或PN（PseudoNoise，偽隨機(jī)噪聲）序列用作擴(kuò)頻序列對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)頻，不同信號(hào)的能量被分配到不同的正交序列或PN序列里。在接收機(jī)，通過(guò)使用相關(guān)器只接受選定的正交序列或PN序列并壓縮其頻譜，凡不符合該用戶(hù)正交序列的信號(hào)就不被壓縮\t"/subview/19195/_blank"帶寬，結(jié)果只有指定的信號(hào)才能被提取出來(lái)。我們將CDMA與\t"/subview/19195/_blank"FDMA、\t"/subview/19195/_blank"TDMA三種\t"/subview/19195/_blank"多址方式進(jìn)行比較。FDMA采用調(diào)頻的多址技術(shù)，在不同頻段的業(yè)務(wù)信道被分配給不同的用戶(hù)；TDMA是采用時(shí)分的多址技術(shù)，業(yè)務(wù)信道在不同的時(shí)間被分配給不同的用戶(hù)；CDMA采用擴(kuò)頻的碼分多址技術(shù)，所有用戶(hù)在同一時(shí)間、同一頻段上，但根據(jù)不同的編碼獲得業(yè)務(wù)信道。在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，就是利用碼型的不同來(lái)調(diào)制解調(diào)不同的用戶(hù)。移動(dòng)通信系統(tǒng)運(yùn)用了以下關(guān)鍵技術(shù)才得以迅速發(fā)展：1、功率控制技術(shù):功率控制技術(shù)是CDMA系統(tǒng)的核心技術(shù)。CDMA系統(tǒng)是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，所有移動(dòng)用戶(hù)都占用相同帶寬和頻率，因此需要某種機(jī)制使得各個(gè)移動(dòng)臺(tái)信號(hào)到達(dá)基站的功率基本處于同一水平上，否則離基站近的移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的信號(hào)很容易蓋過(guò)其它離基站較遠(yuǎn)的移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)，造成所謂的“遠(yuǎn)近效應(yīng)”。CDMA功率控制的目的就是克服“遠(yuǎn)近效應(yīng)”，使系統(tǒng)既能維護(hù)高質(zhì)量通信，又減輕對(duì)其他用戶(hù)產(chǎn)生的干擾。功率控制分為前向功率控制和反向功率控制，反向功率控制又可分為僅由移動(dòng)臺(tái)參與的開(kāi)環(huán)功率控制和移動(dòng)臺(tái)、基站同時(shí)參與的閉環(huán)功率控制。(l)反向開(kāi)環(huán)功率控制。移動(dòng)臺(tái)根據(jù)在小區(qū)中接收功率的變化，調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率以達(dá)到所有移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的信號(hào)在基站時(shí)都有相同的功率。它主要是為了補(bǔ)償陰影、拐彎等效應(yīng)。(2)反向閉環(huán)功率控制。閉環(huán)功率控制的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使基站對(duì)移動(dòng)臺(tái)的開(kāi)環(huán)功率估計(jì)迅速做出糾正，以使移動(dòng)臺(tái)保持最理想的發(fā)射功率。(3)前向功率控制。在前向功率控制中，基站根據(jù)移動(dòng)臺(tái)提供的測(cè)量結(jié)果，調(diào)整對(duì)每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率，其目的是對(duì)路徑衰落小的移動(dòng)臺(tái)分配較小的前向鏈路功率，而對(duì)那些遠(yuǎn)離基站和\t"/subview/19195/_blank"誤碼率高的移動(dòng)臺(tái)分配較大的前向鏈路功率。2、PN碼技術(shù)：PN碼的選擇直接影響到CDMA系統(tǒng)的容量、抗干擾能力、接入和切換速度等性能。CDMA信道的區(qū)分是靠PN碼來(lái)進(jìn)行的，因而要求PN碼自相關(guān)性好，互相關(guān)性弱，實(shí)現(xiàn)和編碼方案簡(jiǎn)單等。CDMA系統(tǒng)就是采用一種基本的PN序列——m序列作為地址碼?；咀R(shí)別碼采用周期為215-1的m序列（稱(chēng)為短碼），用戶(hù)識(shí)別碼采用周期為242-1m序列（稱(chēng)為長(zhǎng)碼）。3、RAKE接收技術(shù)：移動(dòng)通信信道是一種多徑衰落信道，RAKE接收技術(shù)就是分別接收每一路的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，然后疊加輸出達(dá)到增強(qiáng)接收效果的目的，這里\t"/subview/19195/_blank"多徑信號(hào)不僅不是一個(gè)不利因素，而且在CDMA系統(tǒng)變成一個(gè)可供利用的有利因素。一般地，RAKE接收機(jī)有搜索器（Searcher）、解調(diào)器（Finger）和合并器（Combiner）三個(gè)\t"/subview/19195/_blank"模塊組成。通常CDMA基站一個(gè)RAKE接收機(jī)有4個(gè)解調(diào)器，移動(dòng)臺(tái)有3個(gè)解調(diào)器。4、軟切換技術(shù)：移動(dòng)臺(tái)從A基站覆蓋區(qū)域向B基站覆蓋區(qū)域行進(jìn)，在A、B兩基站的邊緣，移動(dòng)臺(tái)先與B基站建立連接后，再將與A基站原來(lái)的連接斷開(kāi)，這種技術(shù)稱(chēng)之為軟切換。CDMA系統(tǒng)工作在相同的頻率和帶寬上，因而軟切換技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來(lái)比TDMA系統(tǒng)要方便容易得多。5、話(huà)音編碼技術(shù)：CDMA系統(tǒng)使用了確定聲碼器速率的自適應(yīng)閾值，從而可以根據(jù)背景噪聲電平的變化改變聲碼器的數(shù)據(jù)速率。這些閾值的使用壓制了背景噪聲，因而在噪聲環(huán)境下也能提供清晰的話(huà)音。CDMA2000系統(tǒng)采用的話(huà)音編碼技術(shù)有CELP（CodeExcitedLinearPrediction，代碼激勵(lì)線(xiàn)性預(yù)測(cè)）、QCEP8K/13K（QualcommCELP）、EVRC（EnhancedVariableRateCoder，增強(qiáng)型可變速率編碼器）等。四、移動(dòng)通信系統(tǒng)的的發(fā)展方向第四代移動(dòng)通信技術(shù)的概念可稱(chēng)為寬帶接入和分布網(wǎng)絡(luò)，具有非對(duì)稱(chēng)的超過(guò)2Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸能力。它包括寬帶無(wú)線(xiàn)固定接入、寬帶無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、移動(dòng)寬帶系統(tǒng)和交互式廣播網(wǎng)絡(luò)。第四代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)比第三代標(biāo)準(zhǔn)擁有更多的功能。第四代移動(dòng)通信可以在不同的固定、無(wú)線(xiàn)平臺(tái)和跨越不同的頻帶的網(wǎng)絡(luò)中提供無(wú)線(xiàn)服務(wù)，可以在任何地方用寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)（包括衛(wèi)星通信和平流層通信），能夠提供定位定時(shí)、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等綜合功能。此外，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)是集成多功能的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，是寬帶接入IP系統(tǒng)。目前正在開(kāi)發(fā)和研制中的4G通信將具有以下特征:通信速度更快:由于人們研究4G通信的最初目的就是提高蜂窩電話(huà)和其他移動(dòng)裝置無(wú)線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)Internet的速率，因此4G通信的特征莫過(guò)于它具有更快的無(wú)線(xiàn)通信速度。專(zhuān)家預(yù)估，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的速度可達(dá)到10-20Mbit/s，最高可以達(dá)到100Mbit/s。

網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬:要想使4G通信達(dá)到100Mbit/s的傳輸速度，通信運(yùn)營(yíng)商必須在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行大幅度的改造，以便使4G網(wǎng)絡(luò)在通信帶寬上比3G網(wǎng)絡(luò)的帶寬高出許多。據(jù)研究，每個(gè)4G信道將占有100MHz的頻譜，相當(dāng)于W-CDMA3G網(wǎng)絡(luò)的20倍。對(duì)于現(xiàn)在的人來(lái)說(shuō)，未來(lái)的4G通信的確顯得很神秘，不少人都認(rèn)為第四代無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是人類(lèi)有史以來(lái)最復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)?？偟膩?lái)說(shuō)，要順利、全面地實(shí)施4G通信，還將可能遇到一些困難。首先，人們對(duì)未來(lái)的4G通信的需求是它的通信傳輸速度將會(huì)得到極大提升，從理論上說(shuō)最高可達(dá)到100Mbit/s，但手機(jī)的速度將受到通信系統(tǒng)容量的限制。據(jù)有關(guān)行家分析，4G手機(jī)將很難達(dá)到其理論速度。

其次，4G的發(fā)展還將面臨極大的市場(chǎng)壓力。有專(zhuān)家預(yù)測(cè)，在10年以后，2G的多媒體服務(wù)將進(jìn)入第三個(gè)發(fā)展階段，此時(shí)覆蓋全球的3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本建成，全球25%以上的人口使用3G，到那時(shí)，整個(gè)行業(yè)正在消化吸收第三代技術(shù)，對(duì)于4G技術(shù)的接受還需要一個(gè)逐步過(guò)渡的過(guò)程。因此，在建設(shè)4G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，通信運(yùn)營(yíng)商們將考慮直