移動(dòng)通信技術(shù) 課件 周彬 第1-5章 移動(dòng)通信概述 - - LTE關(guān)鍵技術(shù)

1.1移動(dòng)通信發(fā)展歷程

1.2歷代移動(dòng)通信技術(shù)比較

1.3移動(dòng)通信中的損耗和效應(yīng)

1.4移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織1.1移動(dòng)通信發(fā)展歷程目前，移動(dòng)通信技術(shù)主要經(jīng)歷了如圖1.1所示的更迭，第五代移動(dòng)通信5G蓬勃發(fā)展，并已逐步進(jìn)入應(yīng)用階段。據(jù)報(bào)道，第六代移動(dòng)通信6G已開始研制，預(yù)計(jì)2027年前后便可投入應(yīng)用。1.1.1第一代移動(dòng)通信技術(shù)(1G)——模擬移動(dòng)通信1986年，第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)(1G)在美國芝加哥誕生，主要采用的是模擬調(diào)制技術(shù)與頻分多址接入(FrequencyDivisionMultipleAccess，F(xiàn)DMA)技術(shù)，進(jìn)行模擬信號(hào)的傳輸，即將電磁波進(jìn)行頻率調(diào)制后，將語音信號(hào)轉(zhuǎn)換到載波電磁波上，載有信息的電磁波被發(fā)射到空間后，由接收設(shè)備接收，并從載波電磁波上還原語音信息，完成一次通話。由于各個(gè)國家的1G通信標(biāo)準(zhǔn)并不一致，導(dǎo)致第一代移動(dòng)通信沒能實(shí)現(xiàn)“全球漫游”，這大大阻礙了1G的發(fā)展。1G的主要缺點(diǎn)是容量非常有限、頻譜利用率低以及信令干擾話音業(yè)務(wù)，除此之外，還存在語音品質(zhì)低、信號(hào)不穩(wěn)定、安全性差等問題。1G主要基于蜂窩結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)措施主要包括模擬語音調(diào)制技術(shù)、FDMA技術(shù)和載波復(fù)用技術(shù)。代表性的商用系統(tǒng)包括美國的先進(jìn)移動(dòng)電話系統(tǒng)(AMPS)、英國的全球接入通信系統(tǒng)(TACS)和北歐移動(dòng)電話系統(tǒng)(NMT)。它們的主要缺陷體現(xiàn)在傳輸速率低、通話設(shè)備體積龐大、樣式笨重及價(jià)格高等方面。1.1.2第二代移動(dòng)通信技術(shù)(2G)——數(shù)字移動(dòng)通信2G與1G的顯著不同在于，2G采用數(shù)字調(diào)制技術(shù)，因此，2G的系統(tǒng)容量較1G增加3～5倍。隨著系統(tǒng)容量的增加，2G時(shí)代的手機(jī)可以上網(wǎng)了，雖然數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群苈?，但文字信息的傳輸由此開始了，這成為當(dāng)今移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)。2G通信系統(tǒng)分別采用數(shù)字時(shí)分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)技術(shù)。2G時(shí)代也是移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)爭奪的開始，當(dāng)時(shí)主要通信標(biāo)準(zhǔn)有以摩托羅拉為代表的CDMA美國標(biāo)準(zhǔn)和以諾基亞為代表的GSM歐洲標(biāo)準(zhǔn)。隨著GSM標(biāo)準(zhǔn)在全球范圍內(nèi)更加廣泛的使用，我國主要采用GSM標(biāo)準(zhǔn)，后來聯(lián)通引入了CDMA技術(shù)，美國和韓國主要采用CDMA。2G中引入了包括均衡、交織、RAKE接收和功率控制等新技術(shù)。2G數(shù)字蜂窩系統(tǒng)包括GSM、IS-95CDMA及IS-136TDMA系統(tǒng)。GSM是這些系統(tǒng)中部署最廣泛的系統(tǒng)。IS-136是一種基于TDMA的系統(tǒng)，被設(shè)計(jì)作為AMPS的數(shù)字演進(jìn)，使用30kHz的信道。中國、日本和其他一些亞洲國家及地區(qū)部署的個(gè)人手持式電話系統(tǒng)(PHS)通常也被認(rèn)為是一種2G系統(tǒng)。PHS是一種與數(shù)字增強(qiáng)型無繩電話(DECT)系統(tǒng)類似的無繩電話系統(tǒng)，它具有從一個(gè)小區(qū)向另一個(gè)小區(qū)切換的功能，在1880～1930?MHz頻段上運(yùn)行。為了適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展需要，在第二代技術(shù)中還誕生了2.5G，代表性的商用系統(tǒng)有GSM系統(tǒng)的GPRS和CDMA系統(tǒng)的IS-95B；有時(shí)也將增強(qiáng)型數(shù)據(jù)速率GSM演進(jìn)技術(shù)(EDGE)、CDMA2000等技術(shù)歸屬于2.5G，這些技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速率與實(shí)際所用的速率之間會(huì)有差異。2G提供數(shù)字化的話音業(yè)務(wù)及低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，它克服了模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)的弱點(diǎn)，話音質(zhì)量和保密性能得到了大幅提高，并可進(jìn)行省內(nèi)、省際自動(dòng)漫游。第二代移動(dòng)通信替代第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)完成模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)變。2G的缺點(diǎn)為：標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，只能在同一制式覆蓋區(qū)域漫游，無法進(jìn)行全球漫游；帶寬有限，不能提供高速數(shù)據(jù)傳輸；抗干擾、抗衰落能力不強(qiáng)，系統(tǒng)容量不足；頻率利用率低。1989年，高通公司提出了CDMA，將其作為一種更有效、品質(zhì)更高的無線技術(shù)，并且用一個(gè)系統(tǒng)對它進(jìn)行驗(yàn)證。1993年，高通公司取得了非凡的成功，電信工業(yè)協(xié)會(huì)TIA采納了其提議，將CDMA作為IS-95標(biāo)準(zhǔn)，以替代早前作為AMPS數(shù)字演進(jìn)的IS-54TDMA標(biāo)準(zhǔn)。與GSM等其他數(shù)字無線系統(tǒng)不同，在IS-95CDMA系統(tǒng)內(nèi)，多個(gè)用戶在同一時(shí)間共享同一信道。它不再采用在給定的頻道內(nèi)對多個(gè)用戶的時(shí)間進(jìn)行分片的技術(shù)，而是給每個(gè)用戶分配一個(gè)不同的正交擴(kuò)頻碼，以便接收器用此來進(jìn)行信號(hào)區(qū)分。速率高很多的碼序列可以擴(kuò)展所占用的帶寬，將其與用戶數(shù)據(jù)符號(hào)相乘來應(yīng)用正交擴(kuò)頻碼。IS-95CDMA使用1.25?MHz帶寬，傳輸9.2?kb/s或速率更低的語音信號(hào)，將信號(hào)擴(kuò)展到更高的帶寬上，能更好地避免多徑衰落及干擾。CDMA界提出3G演進(jìn)計(jì)劃并進(jìn)行部署，走在了那些正為GSM運(yùn)營商所獲得的同類系統(tǒng)的前列。他們能夠獲得3G速率，而不必改變1.25?MHz的信道帶寬或者放棄后向兼容性，這樣對運(yùn)營商來說更容易移遷。當(dāng)GSM運(yùn)營商還在尋找更多通過GPRS和EDGE逐步演進(jìn)到3G的技術(shù)時(shí)，CDMA運(yùn)營商已快速地部署了其3G網(wǎng)絡(luò)，即CDMA20001xEV-DO(EV-DO)，它是CDMA20001x演進(jìn)到3G的一條路徑的一個(gè)階段。1.1.3第三代移動(dòng)通信技術(shù)(3G)——數(shù)字移動(dòng)通信國際電信聯(lián)盟(ITU)將3G正式命名為國際移動(dòng)電話系統(tǒng)(IMT-2000)。歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ETSI)稱3G為通用移動(dòng)通信系統(tǒng)(UMTS)。相比于2G，3G依然采用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸，但通過開辟新的電磁波頻譜、制定新的通信標(biāo)準(zhǔn)，使得3G的傳輸速度達(dá)到384?kb/s，在室內(nèi)穩(wěn)定環(huán)境下甚至達(dá)到2?Mb/s，是2G時(shí)代的140倍。由于采用了更寬的頻帶，傳輸?shù)姆€(wěn)定性也大大提升。速度和穩(wěn)定性的大幅提升，使大數(shù)據(jù)的傳送更為普遍，移動(dòng)通信有了更多樣化的應(yīng)用，因此3G被視為是開啟移動(dòng)通信新紀(jì)元的關(guān)鍵技術(shù)。國際電信聯(lián)盟(ITU)確定了3G標(biāo)準(zhǔn)。1994年，中國聯(lián)通成立；1998年，郵政、電信分營；2000年，電信業(yè)重組，中國移動(dòng)、中國電信正式成立；2001年，中國電信南北分拆，成立中國電信和中國網(wǎng)通；2008年，電信業(yè)第三次重組，形成了中國移動(dòng)、中國電信、中國聯(lián)通三大運(yùn)營商“三分天下”的市場格局。2009年我國3G牌照發(fā)放后，中國移動(dòng)還承擔(dān)了建設(shè)運(yùn)營我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)3G標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA的使命，中國電信采用CDMA2000，中國聯(lián)通采用WCDMA。從事WCDMA(WidebandCDMA)標(biāo)準(zhǔn)研究和設(shè)備開發(fā)的廠商很多，其中包括諾基亞、摩托羅拉、西門子、NEC、阿爾卡特等。該標(biāo)準(zhǔn)提出了“GSM(2G)—GPRS—EDGE—WCDMA(3G)”的演進(jìn)策略。CDMA2000(窄帶CDMA)由美國高通公司推出，摩托羅拉、朗訊和三星都有參與，韓國是CDMA2000的主導(dǎo)者。該標(biāo)準(zhǔn)提出了“CDMA(2G)—CDMA20001x—CDMA20003x(3G)”的演進(jìn)策略。其中CDMA20001x被稱為2.5G移動(dòng)通信技術(shù)，中國電信就是采用這一技術(shù)向3G過渡的。CDMA20003x內(nèi)，通過使用多載波技術(shù)，數(shù)據(jù)速率能達(dá)到2?Mb/s，從理論上來說，通過在前向鏈路中再增加64個(gè)業(yè)務(wù)信道，CDMA20001x可以將容量增加到IS-95的兩倍，這些新增的業(yè)務(wù)信道與之前已有的64個(gè)信道正交；上行鏈路通過采用相干調(diào)制進(jìn)行改進(jìn)，下行鏈路通過采用快速(800?Hz)功率控制和上行鏈路匹配；通過發(fā)射分集選項(xiàng)和補(bǔ)充波束指向控制選項(xiàng)，高級(jí)天線能力也被集成到新標(biāo)準(zhǔn)中。這些升級(jí)的關(guān)鍵在于它們都是后向兼容的。CDMA2000和IS-95A/B可以在同一載波上進(jìn)行部署，這樣就可以實(shí)現(xiàn)平滑遷移。為獲得更高的數(shù)據(jù)速率(最高至2Mb/s)、提高整個(gè)系統(tǒng)在分組數(shù)據(jù)場景時(shí)的吞吐量，CDMA20001x也演進(jìn)成為CDMA20001xEV-DO。顧名思義，該標(biāo)準(zhǔn)僅適用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，不支持語音業(yè)務(wù)和其他實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。雖然它使用一個(gè)1.25MHz的信道帶寬并具有與IS-95相同的無線特性，但它不能部署在和CDMA20001xRTT或IS-95相同的載波上。為部署數(shù)據(jù)，需要服務(wù)提供商提供一個(gè)專用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的載波。高通公司最初開發(fā)EV-DO作為高數(shù)據(jù)速率的一種解決方案，用在滿足IMT-2000的2?Mb/s低移動(dòng)性要求的固定和移動(dòng)應(yīng)用中。不過后來它升級(jí)到滿足全移動(dòng)性要求，名副其實(shí)地成為第一個(gè)真正給移動(dòng)用戶提供和帶寬相似的速度的系統(tǒng)。實(shí)際上第一個(gè)EV-DO的部署是在2002年，整整比另一個(gè)由GSM運(yùn)營商部署的類似系統(tǒng)HSDPA早3年。據(jù)CDMA開發(fā)小組所言，截止到2009年7月，EV-DO已擁有超過1.2億用戶。UMTS最初由ETSI開發(fā)，是作為IMT-2000的一個(gè)基于GSM演進(jìn)的3G系統(tǒng)。1998年，隨著GSM走向全球，全世界6個(gè)地區(qū)的電信標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)聯(lián)合起來組成3GPP，繼續(xù)開發(fā)UMTS及繼承GSM的一些其他標(biāo)準(zhǔn)。1999年，3GPP完成并發(fā)布了第一個(gè)3GUMTS標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)通常稱為UMTSRelease99。UMTSRelease99被廣泛地部署在世界各地，取得了成功。UMTS包括一個(gè)提供交換、路由和用戶管理的核心網(wǎng)(CN)，通用移動(dòng)通信系統(tǒng)(UTRAN)和用戶設(shè)備(UE)。其基本的體系結(jié)構(gòu)建立在GSM體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，并與它們向后兼容，不過它的每個(gè)網(wǎng)元都為獲得3G能力進(jìn)行了升級(jí)：基站收發(fā)信臺(tái)(BTS)稱為Node-B，基站控制器(BSC)稱為無線接入網(wǎng)絡(luò)(RAN)，網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)(NSS)稱為CN，移動(dòng)臺(tái)(MS)則被稱為UE。盡管UMTS仍保留著GSM/GPRS的體系結(jié)構(gòu)，但其中被稱為WCDMA的3G空中接口卻徹底脫離了2G空中接口。WCDMA是一種直接序列擴(kuò)頻CDMA系統(tǒng)，其中的用戶數(shù)據(jù)和偽隨機(jī)碼相乘，該偽隨機(jī)碼提供信道化、同步和加擾。WCDMA指定為FDD和TDD運(yùn)行，不過目前FDD是部署最廣泛的。系統(tǒng)運(yùn)行在5MHz帶寬上，能夠同時(shí)支持100多個(gè)語音呼叫，所提供的峰值數(shù)據(jù)速率為384～2048?kb/s。比起CDMA2000，除了信道帶寬，WCDMA具有支持單個(gè)用戶使用多碼、擴(kuò)頻因子和數(shù)據(jù)速率的選擇更多等顯著優(yōu)點(diǎn)。高速分組接入(HSPA)由3GPP提出，指UMTS-WCDMA的兩種主要改進(jìn)技術(shù)的結(jié)合：Release5內(nèi)引入的高速下行分組接入(HSDPA)和Release6內(nèi)引入的高速上行分組接入(HSUPA)；2005年年末，HSDPA首先由AT&T公司部署，很快就遍及全球。到2010年2月，HSPA已由303家運(yùn)營商在130個(gè)國家部署，還有許多正在計(jì)劃中。其中大部分HSPA都是現(xiàn)存UMTS系統(tǒng)的一種軟件升級(jí)。20世紀(jì)90年代末，因特網(wǎng)的應(yīng)用模式表明，大多數(shù)應(yīng)用在下行鏈路要求較高的吞吐量，于是3GPPUMTS的演進(jìn)一開始將重點(diǎn)放在了改進(jìn)下行鏈路上。HSDPA定義了一種新的下行傳輸信道，理論上能夠提供高達(dá)14.4Mb/s的峰值吞吐量。該下行傳輸信道稱為高速下行共享信道(HS-DSCH)，與之前的WCDMA信道有所不同，它采用時(shí)分多址作為主要的多址接入技術(shù)，有限使用碼分多址。HSDPA有16個(gè)沃爾什碼，其中15個(gè)用于用戶業(yè)務(wù)。一個(gè)用戶可以用5、10或15個(gè)碼來獲得更高的吞吐量。不過一般來說，UE會(huì)把碼數(shù)限制在5或10個(gè)。為獲得更高的速率，該信道使用2?ms的幀長度，以便與WCDMA信道使用的10、20、40或80?ms的幀長度相區(qū)別。實(shí)際部署的HSDPA提供的常見用戶吞吐量范圍為500?kb/s～2?Mb/s。HSUPA，也稱增強(qiáng)型上行鏈路，它給UMTS-WCDMA引入一條新的上行信道，即增強(qiáng)型專用信道E-DCH。與HSDPA給下行鏈路所帶來的特性相同，HSUPA也給上行鏈路引入了同樣的先進(jìn)技術(shù)特征，如多碼傳輸、HARQ、短的傳輸時(shí)間間隔以及快速調(diào)度等。HSUPA最多能支持5.8?Mb/s的峰值上行吞吐量，實(shí)際部署提供的常見用戶吞吐量在500?kb/s至1?Mb/s之間。這些較高的上行速率和較低的時(shí)延使一些應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)。TD-SCDMA執(zhí)行技術(shù)采用由中國大唐電信制定的3G標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)的提出不經(jīng)過2.5G的中間環(huán)節(jié)，直接向3G過渡，非常適用于GSM系統(tǒng)向3G升級(jí)。1.1.4LTE移動(dòng)通信技術(shù)——移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)通信LTE(長期演進(jìn))是3G的演進(jìn)，并非真正意義上的4G技術(shù)，而是3G與4G技術(shù)之間的過渡，可以稱它為3.9G的全球標(biāo)準(zhǔn)，真正的4G始于2012年。2012年1月20日，國際電信聯(lián)盟ITU通過了4G(IMT-Advanced)標(biāo)準(zhǔn)，共有4種，分別是LTE、LTE-Advanced、WiMAX以及WirelessMAN。其中WiMAX(全球微波接入互操作性)基于IEEE802.16的BWAMAN（寬帶無線接入城域網(wǎng))技術(shù)，它又常被稱為IEEEWirelessMAN，為企業(yè)和家庭用戶提供“最后一英里”的寬帶無線連接方案。WirelessMAN事實(shí)上可以看做WiMax的升級(jí)版WirelessMAN-Advanced，即為IEEE802.16m標(biāo)準(zhǔn)，能夠提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋，改建鏈路預(yù)算，并且可以節(jié)省功耗。我國自主研發(fā)的TD-LTE則是LTE-Advanced技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)分支之一，在4G領(lǐng)域的發(fā)展中占有重要席位。4G改進(jìn)了3G的空中接入技術(shù)，其主要特點(diǎn)有：采用正交頻分多址(OFDM)和多輸入多輸出天線(MIMO)作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)；通信速度是3G通信速度的數(shù)十倍乃至數(shù)百倍，LTE在20MHz的頻譜帶寬下能夠提供下行326Mb/s與上行86Mb/s的峰值速率；采用軟件無線電技術(shù)，即可以使用軟件編程取代相應(yīng)的硬件功能，通過軟件應(yīng)用和更新即可實(shí)現(xiàn)多種終端通信的無線通信；使用智能天線技術(shù)和MIMO技術(shù)，在發(fā)送端和接收端都可以同時(shí)利用多個(gè)天線工作，傳輸和接收信息。2013年12月，工信部在其官網(wǎng)上宣布向中國移動(dòng)、中國電信、中國聯(lián)通頒發(fā)“LTE/第四代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信業(yè)務(wù)(TD-LTE)”經(jīng)營許可，即4G牌照，至此，我國移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了新時(shí)代。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截止到2018年年底，我國已有超過640萬座基站，移動(dòng)用戶總數(shù)達(dá)到15.7億，人均擁有1.1部手機(jī)，實(shí)現(xiàn)了歷史性飛躍。4G時(shí)代，中國移動(dòng)繼續(xù)承擔(dān)了建設(shè)運(yùn)營我國主導(dǎo)的TD-LTE標(biāo)準(zhǔn)的重任，建成了全球最大的TD-LTE4G網(wǎng)絡(luò)，激活了TD-LTE產(chǎn)業(yè)鏈，極大提升了我國在世界通信業(yè)的話語權(quán)和影響力。中國移動(dòng)牽頭的第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)(TD-LTE)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用項(xiàng)目獲得了2016年度國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。截止到2019年6月30日，中國移動(dòng)基站數(shù)已達(dá)到398萬個(gè)，其中，4G基站多達(dá)271萬個(gè)，覆蓋全國超過99%的人口；用戶總數(shù)達(dá)到9.35億，4G用戶數(shù)突破7.3億?！?G改變生活”是4G時(shí)代中國社會(huì)的真實(shí)寫照。由于4G的高速網(wǎng)絡(luò)能力，催生了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)浪潮，使得我國互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)迅速崛起，成長為與美國并列的全球前二大國。高鐵、掃碼支付、共享單車和網(wǎng)購成為我國的“新四大發(fā)明”，其中后三項(xiàng)都依賴于以4G為核心的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)然，4G也為廣大用戶提供了便捷豐富的通信手段，尤其是在中國移動(dòng)全網(wǎng)升級(jí)高清語音后，用戶可以撥打高清視頻電話、高速上網(wǎng)，方便了工作、家庭及娛樂生活。很大程度上，4G已經(jīng)改變了中國人的生活面貌，為人們打開了全新“視”界。1.1.5第五代移動(dòng)通信技術(shù)(5G)——萬物互聯(lián)隨著移動(dòng)通信系統(tǒng)帶寬和能力的增加，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的速率也飛速提升，從2G時(shí)代的10?kb/s，發(fā)展到4G時(shí)代的1?Gb/s，足足增長了10萬倍。歷代移動(dòng)通信的發(fā)展，都以典型的技術(shù)特征為代表，同時(shí)誕生出新的業(yè)務(wù)和應(yīng)用場景。而5G則不同于傳統(tǒng)的移動(dòng)通信，它將不再由某項(xiàng)業(yè)務(wù)能力或者某個(gè)典型技術(shù)特征定義，取而代之的是更高速率、更大帶寬、更強(qiáng)能力的技術(shù)，而且是一個(gè)多業(yè)務(wù)多技術(shù)融合的網(wǎng)絡(luò)，更是面向業(yè)務(wù)應(yīng)用和用戶體驗(yàn)的智能網(wǎng)絡(luò)，最終打造以用戶為中心的信息生態(tài)系統(tǒng)。盡管相關(guān)的技術(shù)還沒有完全定型，但是5G的基本特征已經(jīng)明確：高速率(峰值速率大于20?Gb/s，相當(dāng)于4G的20倍)，低時(shí)延(網(wǎng)絡(luò)時(shí)延從4G的50?ms縮減到1?ms)，海量設(shè)備連接(滿足1000億量級(jí)的連接)以及低功耗(基站更節(jié)能，終端更省電)。5G將滲透到未來社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，它將使信息突破時(shí)空限制，提供極佳的交互體驗(yàn)，為用戶帶來身臨其境的信息盛宴，如虛擬現(xiàn)實(shí)；5G將拉近萬物的距離，通過無縫融合的方式，便捷地實(shí)現(xiàn)人與萬物的智能互聯(lián)；5G將為用戶提供光纖般的接入速率、“零”時(shí)延的使用體驗(yàn)、千億設(shè)備的連接能力以及超高流量密度、超高連接數(shù)和超高移動(dòng)性等多場景的一致服務(wù)和業(yè)務(wù)，及用戶感知的智能優(yōu)化，同時(shí)將為網(wǎng)絡(luò)帶來超百倍的能效提升，比特成本也降低至原來的百分之一，最終實(shí)現(xiàn)“信息隨心至，萬物觸手及”。2013年初，歐盟在第七框架計(jì)劃中啟動(dòng)了面向5G研發(fā)的項(xiàng)目，從此5G技術(shù)開始進(jìn)入研究階段。在數(shù)字化、全球化趨勢愈發(fā)猛烈的背景下，對移動(dòng)通信的需求也隨之提高，4G通信需要發(fā)展更高的通信速率和可靠的通信能力，5G時(shí)代已經(jīng)到來，隨之而來的便是要對5G的實(shí)現(xiàn)做出可行的設(shè)想和具體的研究。在新的信息時(shí)代，5G通信會(huì)具有以下的特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的用戶體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)更高的網(wǎng)絡(luò)平均吞吐速率和超低的傳輸時(shí)延；使用更高頻段的頻譜；其核心技術(shù)主要是高密度無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與大規(guī)模MIMO的無線傳輸技術(shù)等。2019年6月6日我國5G牌照發(fā)放后，我國正式進(jìn)入5G時(shí)代。憑借著大帶寬、高可靠、低時(shí)延、海量連接等新型技術(shù)，5G被廣泛視為經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的助推器，是大國競爭的戰(zhàn)略棋子。在5G時(shí)代，我國已經(jīng)邁出了堅(jiān)實(shí)一步。工信部表示，2021年計(jì)劃新建5G基站60萬個(gè)，在實(shí)現(xiàn)地級(jí)以上城市深度覆蓋的基礎(chǔ)上，加速向有條件的縣、鎮(zhèn)延伸，引導(dǎo)地方政府加大對5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的支持力度，進(jìn)一步落實(shí)5G站址、用電等相關(guān)政策，通過推進(jìn)5G虛擬專網(wǎng)等多種方式，按需做好工業(yè)、能源、交通、醫(yī)療、教育等重點(diǎn)領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)更廣泛圍、更多層次的5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋。1.2歷代移動(dòng)通信技術(shù)比較移動(dòng)通信技術(shù)經(jīng)過30多年的發(fā)展，從原來只能傳輸模擬聲音信號(hào)到如今成為信息時(shí)代各種信息形式傳播的重要基石，通過一代代的經(jīng)驗(yàn)吸取與不斷改良，使通信能力飛速提升。歷代移動(dòng)通信技術(shù)的比較如表1.1所示。5G移動(dòng)通信項(xiàng)目面臨的主要難題是高維度信道建模、估計(jì)以及復(fù)雜度控制。在將來的研究中，隨著對5G核心技術(shù)難題的不斷破解，技術(shù)研究與標(biāo)準(zhǔn)制定不斷完善，5G移動(dòng)通信技術(shù)會(huì)成為將來移動(dòng)通信的主流，在數(shù)字信息時(shí)代創(chuàng)造更多的可能性，促進(jìn)社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展。1.3移動(dòng)通信中的損耗和效應(yīng)1.3.1移動(dòng)通信中的信號(hào)損耗1.傳播波的分類在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，影響電波傳播的三種基本傳播機(jī)制是反射波、繞射波和散射波。(1)反射波：當(dāng)電波傳播遇到比波長大得多的物體時(shí)發(fā)生反射。反射發(fā)生于地球表面、建筑物和墻壁表面等。(2)繞射波：當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的無線電波傳播路徑被尖利的邊緣阻擋時(shí)發(fā)生繞射。由阻擋表面產(chǎn)生的二次波散布于空間，甚至于阻擋體的背面。繞射使得無線電波信號(hào)繞地球曲線表面?zhèn)鞑?，能夠傳播到阻擋物后面?3)散射波：當(dāng)電波穿行的介質(zhì)中存在小于波長的物體并且單位體積內(nèi)阻擋體的個(gè)數(shù)非常巨大時(shí)發(fā)生散射。散射波產(chǎn)生于粗糙表面、小物體或其他不規(guī)則物體。在實(shí)際移動(dòng)通信環(huán)境中，接收信號(hào)比單獨(dú)繞射和反射的信號(hào)要強(qiáng)，這是因?yàn)楫?dāng)電波遇到粗糙表面時(shí)，反射能量由于散射而散布于所有方向。像燈柱和樹木這樣的物體在所有方向上散射能量，這就給接收機(jī)提供了額外的能量。2.電波損耗移動(dòng)通信本身固有的特性和傳播中具有的特點(diǎn)會(huì)在一定程度上對接收點(diǎn)信號(hào)產(chǎn)生損耗影響，主要分為三類。1)路徑傳播損耗路徑傳播損耗又稱衰耗，是指電波在遠(yuǎn)距離的空間傳播中由于傳輸介質(zhì)的因素而造成的損耗。這些損耗既有自由空間損耗，也有散射、反射、繞射等引起的損耗。它反映電磁波在大范圍的傳播中接收信號(hào)所發(fā)生變化的特點(diǎn)。如圖1.2所示，在高樓林立的市區(qū)，由于終端天線的高度比周圍建筑物低很多，因此通常不存在從終端到基站的視距傳播。即使有這樣一條視距傳播路徑存在，由于地面與周圍建筑物的反射，多徑傳播仍會(huì)發(fā)生，就像圖1.2中所示的情況，移動(dòng)接收機(jī)所收到的信號(hào)由許多平面波組成。2)慢衰落損耗慢衰落損耗是指電波在傳輸過程中遇到阻礙物的阻礙產(chǎn)生陰影效應(yīng)之后形成的損耗，反映了中等范圍內(nèi)接收電平的均值變化所產(chǎn)生的損耗。之所以稱為慢衰落，是因?yàn)樗淖兓时刃畔魉吐事１热?，?dāng)上午的太陽照向大地時(shí)，在高樓的背面往往產(chǎn)生陰影，陽光遇到大樓的阻礙，產(chǎn)生了衰落，這就是慢衰(落)。3)快衰落損耗快衰落損耗是指電波在傳輸過程中產(chǎn)生多徑傳輸形成信號(hào)疊加并表現(xiàn)出信號(hào)幅度的快速起伏變化而產(chǎn)生的損耗。它的起伏變化速率比慢衰(落)要快，所以稱為快衰(落)。1.3.2移動(dòng)通信中電波傳輸效應(yīng)移動(dòng)信道及傳播的特點(diǎn)會(huì)對接收地點(diǎn)的信號(hào)產(chǎn)生四種效應(yīng)。1.陰影效應(yīng)陰影效應(yīng)是指在移動(dòng)臺(tái)位置變化時(shí)，電波傳播會(huì)遇到大型建筑物阻擋路徑而形成一定接收區(qū)域上的電磁陰影，從而引起接收點(diǎn)場強(qiáng)變化的現(xiàn)象。陰影效應(yīng)和慢衰落之間有強(qiáng)烈的因果關(guān)系，可以這樣理解，正是因?yàn)橐苿?dòng)通信中高大建筑物的阻擋所引起的陰影效應(yīng)才造成了移動(dòng)信道的慢衰落損耗。2.遠(yuǎn)近效應(yīng)遠(yuǎn)近效應(yīng)是指在發(fā)射功率一定的情況下由于接收用戶與基站之間距離的變化而引起信號(hào)強(qiáng)弱變化的現(xiàn)象。遠(yuǎn)近效應(yīng)極易引起邊緣小區(qū)用戶的掉話從而產(chǎn)生通信中斷現(xiàn)象，在CDMA網(wǎng)絡(luò)中遠(yuǎn)近效應(yīng)顯著。為此CDMA系統(tǒng)引入功率控制技術(shù)來對抗該效應(yīng)，達(dá)到平衡小區(qū)邊緣用戶和小區(qū)中心用戶的信號(hào)強(qiáng)度和質(zhì)量的目的。3.多徑效應(yīng)多徑效應(yīng)是指電磁波在傳播中經(jīng)過各種傳播方式之后會(huì)通過不同的路徑到達(dá)接收點(diǎn)，并且它們的信號(hào)強(qiáng)弱、到達(dá)的時(shí)間和方向等都會(huì)有所不同。接收端接收到的信號(hào)是通過這些路徑傳播過來的信號(hào)的矢量之和，這種現(xiàn)象就稱為多徑效應(yīng)。多徑效應(yīng)能保證非視距情況下的通信連續(xù)性。4.多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)是指因接收用戶位移的高速變化導(dǎo)致傳播頻率擴(kuò)散而形成的現(xiàn)象，其移動(dòng)速度與擴(kuò)散程度成正比。多普勒效應(yīng)示意圖如圖1.3所示。音調(diào)的變化同聲源與觀察者間的相對速度和聲速的比值有關(guān)。這一比值越大，改變就越顯著。當(dāng)終端以恒定速率v在長度為d的路徑上運(yùn)動(dòng)時(shí)，收到來自遠(yuǎn)端源S發(fā)出的信號(hào)，無線電波從源S發(fā)出，在X點(diǎn)與Y點(diǎn)分別被終端接收時(shí)所走的路徑差為Δl。設(shè)Δt是終端從X運(yùn)動(dòng)到Y(jié)所需的時(shí)間，θ是X和Y處與入射波的夾角。由于遠(yuǎn)端距離很遠(yuǎn)，可假設(shè)X、Y處的θ是相同的。所以，由路程差造成的接收信號(hào)相位變化值為由此可得頻率變化值，即多普勒頻移fd為由式(1-2)可以看出，多普勒頻移與終端運(yùn)動(dòng)速度、終端運(yùn)動(dòng)方向及無線電波入射方向之間的夾角有關(guān)。若終端朝向入射波方向運(yùn)動(dòng)，則多普勒頻移為正(即接收頻率上升)；若終端背向入射波方向運(yùn)動(dòng)，則多普勒頻移為負(fù)(即接收頻率下降)。1.3.3無線電波傳播模型無線電波傳播模型的選擇是必要的，這是因?yàn)閭鞑ツＰ湍軌蚬罍y在不同類型環(huán)境下發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的無線電波傳播路徑的損耗值，這是移動(dòng)通信網(wǎng)小區(qū)規(guī)劃的基礎(chǔ)。傳播模型的價(jià)值在于可以保證精度，同時(shí)節(jié)省人力、費(fèi)用和時(shí)間。1.無線電波傳播模型的一般分類一般來講，無線電波傳播模型可分為經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒋_定性模型和半經(jīng)驗(yàn)或半確定模型。(1)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪歉鶕?jù)大量測量結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析后導(dǎo)出的公式，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂梢匀菀缀涂焖俚仡A(yù)測路徑損耗，不需要有關(guān)環(huán)境的詳細(xì)信息，但是不能提供非常精確的路徑損耗估算值。(2)確定性模型是對具體現(xiàn)場環(huán)境直接應(yīng)用電磁場理論進(jìn)行計(jì)算，如射線追蹤方法，環(huán)境的描述可以從地形地物數(shù)據(jù)庫中得到。(3)半經(jīng)驗(yàn)或半確定模型是基于把確定性方法應(yīng)用于一般的市區(qū)或室內(nèi)環(huán)境中導(dǎo)出的公式，為了改善半經(jīng)驗(yàn)或半確定模式和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性，有時(shí)需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對公式進(jìn)行修正，得到的公式是天線周圍某個(gè)規(guī)定特性的函數(shù)。有很多無線電波傳播模型都可以預(yù)測在不同類型環(huán)境下發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的路徑損耗。2.蜂窩移動(dòng)通信的傳播模型分類蜂窩移動(dòng)通信的最大特點(diǎn)就是小區(qū)制。小區(qū)的大小和范圍直接和傳播條件有關(guān)，可以根據(jù)需要選擇小區(qū)的大小和范圍。移動(dòng)通信系統(tǒng)中主要采用宏小區(qū)、微小區(qū)(微蜂窩)和微微小區(qū)(微微蜂窩)三種形式。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ突虬虢?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯哂芯鶆蛱匦缘暮晷^(qū)是合適的，半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦€適用于均勻的微小區(qū)，在那里，模型所考慮的參數(shù)能很好地表征整個(gè)環(huán)境。確定性模型適合于微小區(qū)和微微小區(qū)，不管它們的形狀如何，然而確定性模型對宏小區(qū)卻是不能勝任的，因?yàn)閷@種環(huán)境所需的計(jì)算機(jī)CPU時(shí)間使人無法忍受。在無線通信系統(tǒng)中，電波通常在非規(guī)則非單一的環(huán)境中傳播。在估計(jì)信道損耗時(shí)，需要考慮傳播路徑上的地形地貌，也要考慮到建筑物、樹木、電線桿等阻擋物。不同的室外傳播環(huán)境模型適用于不同的環(huán)境，圖1.4顯示了在不同的環(huán)境下接收信號(hào)強(qiáng)度的不同。一般來說，接收功率Pr與距離d的指數(shù)d-n成正比，在空間自由傳播環(huán)境中，n?=?2，在其他情況下有3≤n≤4。圖1.5只是給出了接收信號(hào)強(qiáng)度隨距離變化的趨勢，然而在實(shí)際無線傳播中它們并不是線性關(guān)系。在實(shí)際的傳播環(huán)境中，從覆蓋區(qū)域來分，室外傳播環(huán)境可以分為兩類：宏蜂窩傳播模型和微蜂窩傳播模型。假設(shè)宏蜂窩傳播模型傳輸功率可達(dá)到幾十瓦特，蜂窩半徑為幾十千米。相比之下，微蜂窩傳播模型的覆蓋范圍則小一些(200～1000?m)，在微蜂窩傳播模型中假定基站不高(3～10?m)，發(fā)射功率有限(10?mW～1?W)，所預(yù)測的區(qū)域也只在基站附近。3.電波傳播模型的主要類型電波傳播模型是指通過對電波傳播的環(huán)境進(jìn)行不同方法的分析后所得到的電波傳播的某些規(guī)律、結(jié)論以及具體方法。利用電波傳播模型不僅可以估算服務(wù)區(qū)內(nèi)的場強(qiáng)分布，還可以對移動(dòng)通信網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃與設(shè)計(jì)。電波傳播模型主要包括以下四種：(1)統(tǒng)計(jì)模型：通過對移動(dòng)通信服務(wù)區(qū)內(nèi)的場強(qiáng)進(jìn)行實(shí)地測量，在大量實(shí)測數(shù)據(jù)中用統(tǒng)計(jì)的方法總結(jié)出場強(qiáng)中值隨頻率、距離、天線高度等因素的變化規(guī)律并用公式或曲線表示出來的模型。(2)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停和ㄟ^實(shí)驗(yàn)方法得出某些電波的傳播規(guī)律，但不像統(tǒng)計(jì)模型那樣用公式或曲線表示出來的模型。(3)確定性模型：通過將地形、地物等電波傳播的環(huán)境適當(dāng)理想化后，采用電磁場理論或者幾何光學(xué)法的確定性的方法來求取場強(qiáng)的變化規(guī)律的模型。(4)回歸模型：通過將計(jì)算或?qū)崪y得到的路徑損耗隨傳播距離的改變而變化的數(shù)據(jù)按距離乘方法則做線性回歸處理，擬合出路徑損耗的規(guī)律的模型。4.自由空間損耗與幾種模型1)自由空間損耗在研究傳播時(shí)，特定收信機(jī)功率接收的信號(hào)電平是一個(gè)主要特性。由于傳播路徑和地形的干擾，傳播信號(hào)減弱，這種“信號(hào)強(qiáng)度減弱”稱為傳播損耗。在研究電波傳播時(shí)，首先要研究兩個(gè)天線在自由空間條件下的特性。以理想全向天線為例，經(jīng)推導(dǎo)，自由空間的傳播損耗為多數(shù)模型是預(yù)期無線電波傳播路徑上的路徑損耗的，所以傳播環(huán)境對無線傳播模型的建立起關(guān)鍵作用，確定某一特定地區(qū)的傳播環(huán)境的主要因素有：自然地形(高山、丘陵、平原、水域等)、人工建筑的數(shù)量、高度、分布和材料特性、該地區(qū)的植被特征、天氣狀況、自然和人為的電磁噪聲狀況。另外，無線傳播模型還受到系統(tǒng)工作頻率和移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)狀況的影響。在同一地區(qū)，工作頻率不同，接收信號(hào)的衰落狀況各異；靜止的移動(dòng)臺(tái)與高速運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)臺(tái)的傳播環(huán)境也大不相同。一般分為：室外傳播模型和室內(nèi)傳播模型。2)常用的統(tǒng)計(jì)模型——Okumura-Hata模型(奧村模型)1962年，奧村等人于東京近郊，在不同地形和環(huán)境地物條件下用寬范圍的頻率，通過改變基站和移動(dòng)臺(tái)天線高度，測量模型的信號(hào)強(qiáng)度，得到一系列統(tǒng)計(jì)圖表，用于對信號(hào)衰耗的估計(jì)，這就是?Okumura?模型。在測試時(shí)，Okumura?模型是以準(zhǔn)平坦地形作為分析和描述傳播特性的基準(zhǔn)。對于不規(guī)則地形必須進(jìn)行環(huán)境修正。Hata模型是在?Okumura?模型大量測試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上用公式擬合得到的，稱為?Okumura-Hata模型。Okumura-Hata?模型將統(tǒng)計(jì)圖表轉(zhuǎn)換為公式，當(dāng)計(jì)算信號(hào)衰耗時(shí)，不但省去查圖表的麻煩，而且方便計(jì)算機(jī)處理。盡管如此，Okumura-Hata?模型仍然被稱為奧村模型。Okumura-Hata模型的適用頻率范圍是150～1500?MHz，適用于小區(qū)半徑為1～20?km的宏蜂窩系統(tǒng)，基站有效天線高度在30?m到200?m之間，移動(dòng)臺(tái)有效天線高度在1?m到10?m之間。Okumura-Hata模型以市區(qū)傳播損耗為標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上對其他地形做了修正。實(shí)測中在基本確定了設(shè)備的功率、天線的高度后，可利用Okumura-Hata模型對信號(hào)覆蓋范圍做一個(gè)初步的測算。在市區(qū)，Okumura-Hata模型傳播損耗經(jīng)驗(yàn)公式如下：在GSM系統(tǒng)中，取頻率f?=?870?MHz，式(1-4)可簡化為對于中小城市，傳播模型的天線修正因子為對于大城市，天線修正因子為在郊區(qū)，Okumura-Hata經(jīng)驗(yàn)公式修正為在農(nóng)村，Okumura-Hata經(jīng)驗(yàn)公式修正為圖1.6顯示了不同地區(qū)采用Okumura-Hata模型計(jì)算得到的不同路徑損耗值。當(dāng)計(jì)算隧道中的電波傳播情況時(shí)，需要考慮隧道的傳播損耗，這時(shí)可以把隧道簡化成一個(gè)有耗波導(dǎo)來考慮。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在特定距離下，傳播損耗隨頻率增加而下降。當(dāng)工作頻段在2?GHz以下時(shí)，損耗曲線與工作頻率的關(guān)系呈指數(shù)衰減。對于GSM頻段，可以近似認(rèn)為，損耗與距離呈現(xiàn)4次方的反指數(shù)變化，即兩個(gè)天線之間距離增加1倍，損耗增加12?dB；在UHF頻段還要考慮樹葉對傳播的影響。研究表明，一般夏天樹木枝葉繁茂，因此夏天信號(hào)的損耗會(huì)比冬天時(shí)大10dB左右，垂直極化的信號(hào)損耗大于水平極化的信號(hào)損耗。3)?COST-231-Hata模型在不少城市的高密度區(qū)，經(jīng)過小區(qū)分裂，站距已縮小到數(shù)百米。而在基站密集的地域使用?Okumura-Hata?模型將出現(xiàn)預(yù)測值明顯偏高的問題，另外?Okumura-Hata?模型只適用于低頻段，為此，EURO-COST(科學(xué)和技術(shù)研究歐洲協(xié)會(huì))組成?COST-231?工作委員會(huì)并對較高頻段的傳播曲線進(jìn)行了分析，提出了?Okumura-Hata?的擴(kuò)展模型，即?COST-231-Hata?模型。COST-231-Hata?模型路徑損耗計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式為顯然，Okumura-Hata?模型和?COST-231-Hata?模型在計(jì)算路徑損耗時(shí)，從方程形式上來看，沒有區(qū)別，考慮因素也一致，其主要區(qū)別在于各種因素的系數(shù)，即包括公式(1-4)、公式(1-8)中的前兩項(xiàng)、a(hre)以及增加?CM?校正因子，在中等城市和郊區(qū)，CM?=?0dB，在市中心，CM?=?3?dB。a(hre)更新為：對于中小城市，對于大城市，hre?=?1.5?m時(shí)，a(hre)?=?0。COST-231-Hata?模型的適用頻率范圍是1500～2000?MHz，適用于通信距離d為1～35?km，基站有效天線高度在30～200?m之間，移動(dòng)臺(tái)有效天線高度在1～10?m之間。COST-231-Hata模型和Okumura-Hata模型主要的區(qū)別在于頻率衰減的系數(shù)不同。COST-231-Hata模型的頻率衰減因子為33.9，而Okumura-Hata模型的頻率衰減因子為24.16。另外，COST-231Hata模型還增加了一個(gè)大城市中心衰減因子CM，大城市中心地區(qū)路徑損耗增加3?dB。4)通用模型通用模型是由COST-231-Hata模型發(fā)展而來的，其不受頻段限制，應(yīng)用范圍更加廣泛，但在使用前需要數(shù)字地圖和傳播校正的采樣數(shù)據(jù)，確定當(dāng)?shù)氐匚镄畔⒌乃p因子，從而更加準(zhǔn)確地預(yù)測出規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)在當(dāng)?shù)丨h(huán)境下的傳播特性。通用模型路徑損耗公式具體如下：1.4移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織1.4.1國際電信聯(lián)盟(ITU)國際電信聯(lián)盟(ITU)簡稱國際電聯(lián)，成立于1865年，是制定國際電信標(biāo)準(zhǔn)的專門機(jī)構(gòu)，也是聯(lián)合國機(jī)構(gòu)中歷史最長的一個(gè)國際組織。ITU的宗旨是：維持和擴(kuò)大國際合作，以改進(jìn)并合理地使用電信資源；促進(jìn)技術(shù)設(shè)施的發(fā)展及其有效的運(yùn)用，以提高電信業(yè)務(wù)的效率，擴(kuò)大技術(shù)設(shè)施的用途，并盡量使公眾得以普遍利用；協(xié)調(diào)各國行動(dòng)，以達(dá)到上述的目的。ITU的原組織有全權(quán)代表會(huì)、行政大會(huì)、行政理事會(huì)和四個(gè)常設(shè)機(jī)構(gòu)：總秘書處、國際電報(bào)和電話咨詢委員會(huì)(CCITT)、國際無線電咨詢委員會(huì)(CCIR)及國際頻率登記委員會(huì)(IERB)。CCITT和CCIR在ITU常設(shè)機(jī)構(gòu)中占有很重要的地位，然而隨著技術(shù)的進(jìn)步，各種新技術(shù)、新業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，它們相互滲透、相互交叉，已不再有明顯的界限。如果CCITT和CCIR仍按原來的業(yè)務(wù)范圍分工和劃分研究組，已經(jīng)不能準(zhǔn)確地反映電信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和客觀要求。1993年3月1日，ITU第一次世界電信標(biāo)準(zhǔn)大會(huì)(WTSC-93)在芬蘭首都赫爾辛基隆重召開，ITU的改革首先從機(jī)構(gòu)上進(jìn)行，對原有的三個(gè)機(jī)構(gòu)CCITT、CCIR、IFRB進(jìn)行了改組，取而代之的是電信標(biāo)準(zhǔn)化部門(TSS，即ITU-T)、無線電通信部門(RS，即ITU-R)和電信發(fā)展部門(TDS，即ITU-D)。電信標(biāo)準(zhǔn)化部門由原來從事標(biāo)準(zhǔn)化工作的部門CCITT和CCIR合并而成。主要職責(zé)是完成電聯(lián)有關(guān)電信標(biāo)準(zhǔn)方面的目標(biāo)，即研究電信技術(shù)、操作和資費(fèi)等問題，出版建議書，目的是在世界范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電信標(biāo)準(zhǔn)化，包括公共電信網(wǎng)上的無線電系統(tǒng)互聯(lián)和為實(shí)現(xiàn)互聯(lián)所應(yīng)具備的性能。無線電通信部門的核心工作是管理國際無線電頻譜和衛(wèi)星軌道資源。它的主要任務(wù)包括制定無線電通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，確保有效使用無線電頻譜，并開展有關(guān)無線電通信系統(tǒng)發(fā)展的研究。此外，ITU-R從事有關(guān)減災(zāi)和救災(zāi)工作所需無線電通信系統(tǒng)發(fā)展的研究，具體內(nèi)容由無線電通信研究組的工作計(jì)劃予以涵蓋。電信發(fā)展部門成立的目的在于幫助普及以公平、可持續(xù)和支付得起的方式獲取信息通信技術(shù)(ICT)，并將此作為促進(jìn)和加深社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的手段。ITU-D的主要職責(zé)是鼓勵(lì)發(fā)展中國家參與電聯(lián)的研究工作，組織召開技術(shù)研討會(huì)，使發(fā)展中國家了解電聯(lián)的工作，盡快應(yīng)用電聯(lián)的研究成果，同時(shí)鼓勵(lì)國際合作，向發(fā)展中國家提供技術(shù)援助，在發(fā)展中國家建設(shè)和完善通信網(wǎng)。1.4.23GPP3GPP于1998年成立，是由歐洲的ETSI、日本的無線工業(yè)及商貿(mào)聯(lián)合會(huì)(ARIB)和電信技術(shù)委員會(huì)(TTC)、韓國的電信技術(shù)協(xié)會(huì)(TTA)以及美國的T1合作成立的通信標(biāo)準(zhǔn)化組織。3GPP主要是制訂以GSM/GPRS核心網(wǎng)為基礎(chǔ)，UTRA(FDD為W-CDMA技術(shù)，TDD為TD-CDMA技術(shù))為無線接口的第三代技術(shù)規(guī)范。3GPP的主要目標(biāo)為充分挖掘GSM的技術(shù)潛力、研發(fā)多種GSM改進(jìn)型技術(shù)和保持3GPP標(biāo)準(zhǔn)的長期競爭力。3GPP還不斷地推進(jìn)UTRA技術(shù)的增強(qiáng)和演進(jìn)，研發(fā)了HSDPA、HSUPA、HSPA+?和E-UTRA技術(shù)。2008年，3GPP完成了首個(gè)4G標(biāo)準(zhǔn)版本(Release8)，最早于2009年在北歐投入商用，到2016年，已在170個(gè)國家商用了357個(gè)4G網(wǎng)絡(luò)。3GPP標(biāo)準(zhǔn)所定義的4G系統(tǒng)稱為EPS，無線接入網(wǎng)技術(shù)統(tǒng)稱為LTE。LTE標(biāo)準(zhǔn)不斷升級(jí)并加入新的特性，如2009年推出R9(Release9)，2011年完成了R10版本。R10相對于R8、R9引入了載波聚合、高階MIMO、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)等重要改進(jìn)，支持更高的傳輸速率，被稱為LTE-Advance或LTE-A。2012年的R11版本和2014年的R12版本也體現(xiàn)出LTE-A不斷引入新的技術(shù)和特性，滿足新的需求。2015年的R13版本和2017年的R14版本則稱為LTE-APro，將LTE的應(yīng)用場景進(jìn)一步擴(kuò)大到物聯(lián)網(wǎng)和公共安全等領(lǐng)域。3GPP的組織機(jī)構(gòu)分為項(xiàng)目合作和技術(shù)規(guī)范兩大職能部門。項(xiàng)目合作組(PCG)是3GPP的最高管理機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)全面協(xié)調(diào)工作；技術(shù)規(guī)范組(TSG)負(fù)責(zé)技術(shù)規(guī)范制定工作，受PCG的管理。技術(shù)規(guī)范部(TSG)主要分為四個(gè)部門。(1)?TSGGERAN(GSM/EDGERadioAccessNetwork，GSM/EDGE無線接入網(wǎng)絡(luò))，負(fù)責(zé)GSM/EDGE無線接入網(wǎng)技術(shù)規(guī)范的制定。(2)?TSGRAN，負(fù)責(zé)3GPP除GSM/EDGE之外的無線接入技術(shù)規(guī)范的制定。(3)?TSGSA(業(yè)務(wù)與系統(tǒng)方面)，負(fù)責(zé)3GPP業(yè)務(wù)與系統(tǒng)方面的技術(shù)規(guī)范制定。(4)?TSGCT(核心網(wǎng)及終端)，負(fù)責(zé)3GPP核心網(wǎng)及終端方面的技術(shù)規(guī)范制定。1.4.33GPP23GPP2于1999年1月成立，由北美TIA、日本的ARIB、日本的TTC和韓國的TTA四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)起，主要是制訂以ANSI-41核心網(wǎng)為基礎(chǔ)，CDMA2000為無線接口的第三代技術(shù)規(guī)范。3GPP和3GPP2之間實(shí)際上存在一定的競爭關(guān)系。3GPP2致力于以IS-95向3G過渡。3GPP2下設(shè)4個(gè)技術(shù)規(guī)范工作組：TSG-A，TSG-C，TSG-S，TSG-X，這些工作組向項(xiàng)目指導(dǎo)委員會(huì)(SC)報(bào)告本工作組的工作進(jìn)展情況。SC負(fù)責(zé)管理項(xiàng)目的進(jìn)展情況，并進(jìn)行一些協(xié)調(diào)管理工作。3GPP2的4個(gè)技術(shù)工作組分別負(fù)責(zé)發(fā)布各自領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)及各個(gè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)立編號(hào)。1.4.4CCSA中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(CCSA)于2002年12月18日在北京正式成立。該協(xié)會(huì)是國內(nèi)企、事業(yè)單位自愿聯(lián)合組織起來的，經(jīng)業(yè)務(wù)主管部門批準(zhǔn)、國家社團(tuán)登記管理機(jī)關(guān)登記，開展通信技術(shù)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)的非營利性法人社會(huì)團(tuán)體。協(xié)會(huì)采用單位會(huì)員制，廣泛吸納科研及技術(shù)開發(fā)、設(shè)計(jì)單位，產(chǎn)品制造企業(yè)，通信運(yùn)營企業(yè)，高等院校，社團(tuán)組織等參加。CCSA的主要任務(wù)是為了更好地開展通信標(biāo)準(zhǔn)研究工作，把通信運(yùn)營企業(yè)、制造企業(yè)、研究單位、高等院校等關(guān)心標(biāo)準(zhǔn)的企、事業(yè)單位組織起來，按照公平、公正、公開的原則制定標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)、把關(guān)，把高技術(shù)、高水平、高質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)推薦給政府，把具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的標(biāo)準(zhǔn)推向世界，支撐我國的通信產(chǎn)業(yè)，為世界通信做出貢獻(xiàn)。中國無線通信標(biāo)準(zhǔn)研究組(CWTS，后更名為CCSA)于1999年6月在韓國正式簽字，同時(shí)加入3GPP和3GPP2，成為這兩個(gè)當(dāng)前主要負(fù)責(zé)第三代伙伴項(xiàng)目的組織伙伴。在此之前，我國是以觀察員的身份參與這兩個(gè)伙伴的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)的。移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)的情況如圖1.7所示。1.4.5我國的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化成果中國無線通信標(biāo)準(zhǔn)研究組(CWTS)是信息產(chǎn)業(yè)部1999年4月批準(zhǔn)成立的我國第一個(gè)電信標(biāo)準(zhǔn)研究組。該組織積極制訂了GSM、CDMA和無線尋呼等通信領(lǐng)域發(fā)展所需要的標(biāo)準(zhǔn)，并代表中國無線通信標(biāo)準(zhǔn)化組織加入3GPP和3GPP2，成為其組織伙伴，成功地使TD-SCDMA成為ITU標(biāo)準(zhǔn)并完成了ITU要求的技術(shù)規(guī)范。2000年，ITU正式確立TD-SCDMA成為3G三大國際標(biāo)準(zhǔn)之一，TD-SCDMA成為百年通信史上第一個(gè)中國企業(yè)擁有核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無線移動(dòng)通信國際標(biāo)準(zhǔn)，是中國通信行業(yè)自主創(chuàng)新的重要里程碑。從2009年開始，ITU在全世界范圍內(nèi)征集IMT-Advanced候選技術(shù)。2009年10月，ITU征集到了共計(jì)六個(gè)候選技術(shù)，分別來自北美標(biāo)準(zhǔn)化組織IEEE的802.16m、日本(兩項(xiàng)分別基于LTE-A和802.16m)、3GPP的FDD-LTE-Advance、韓國(基于802.16m)、中國(TD-LTE-Advanced)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP(FDD-LTE-Advance)。這六個(gè)技術(shù)基本上可以分為兩大類，一是基于3GPP的FDD-LTE-Advance的技術(shù)，中國提交的TD-LTE-Advanced是其中的TDD部分，另外一類是基于IEEE802.16m的技術(shù)。2010年10月，在中國重慶，ITU-R下屬的WP5D工作組最終確定了IMT-Advanced的兩大關(guān)鍵技術(shù)，即LTE-Advanced和802.16m。中國提交的候選技術(shù)作為LTE-Advanced的一個(gè)組成部分，也包含在其中。在此次會(huì)議上，TD-LTE正式被確定為4G國際標(biāo)準(zhǔn)，成為繼TD-SCDMA之后我國主導(dǎo)的又一個(gè)國際通信標(biāo)準(zhǔn)，也標(biāo)志著中國在移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)制定領(lǐng)域再次走到了世界前列，為TD-LTE產(chǎn)業(yè)的后續(xù)發(fā)展及國際化提供了重要基礎(chǔ)。2.1雙工技術(shù)

2.2多址技術(shù)

2.3編碼技術(shù)

2.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)

2.5擴(kuò)頻調(diào)制

2.6通信中的干擾與噪聲

2.7移動(dòng)通信中的衰落

2.8均衡技術(shù)

2.9切換技術(shù)

2.10蜂窩組網(wǎng)2.1雙工技術(shù)雙工技術(shù)用于區(qū)分移動(dòng)通信的接收和發(fā)送。通常將移動(dòng)臺(tái)發(fā)送給基站的信號(hào)稱為上行信號(hào)，而將傳送該信號(hào)的信道稱為上行信道，同理，當(dāng)傳輸方向相反時(shí)，就有下行信號(hào)和下行信道的叫法。雙工技術(shù)分為頻分雙工(FDD)和時(shí)分雙工(TDD)。FDD是指接收和發(fā)送數(shù)據(jù)使用兩個(gè)不同的頻率來區(qū)分，兩個(gè)頻率之間留有幾兆赫茲至幾十兆赫茲的頻率作為保護(hù)頻段來分離接收和發(fā)送信道。FDD必須采用成對的頻率，依靠頻率來區(qū)分上下行信道(鏈路)，其單方向的資源在時(shí)間上是連續(xù)的。FDD的特點(diǎn)如下：占用兩個(gè)頻段才能工作，占用頻譜資源多，并且移動(dòng)臺(tái)在通信中發(fā)射機(jī)經(jīng)常處于發(fā)射狀態(tài)，耗電大。通常上、下行頻率間隔遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道相干帶寬，幾乎無法利用上行信號(hào)估計(jì)下行信道，也無法用下行信號(hào)估計(jì)上行信道。基站的接收和發(fā)送使用不同射頻單元，且有收發(fā)隔離，因此使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)相對簡單。由于上行和下行使用不同的頻率，因此上、下行之間沒有干擾，在實(shí)現(xiàn)對稱業(yè)務(wù)時(shí)，能充分利用上下行頻譜，頻譜利用率更高，但在支持非對稱業(yè)務(wù)時(shí)，頻譜利用率將大大降低。TDD是指接收和發(fā)送數(shù)據(jù)使用相同的頻率、不同的時(shí)間來加以區(qū)分。在TDD方式的移動(dòng)通信系統(tǒng)中，接收和發(fā)送使用同一頻率載波的不同時(shí)隙作為信道的承載，其單方向的資源在時(shí)間上是不連續(xù)的，時(shí)間資源在兩個(gè)方向上進(jìn)行了分配。某個(gè)時(shí)間段由基站發(fā)送信號(hào)給移動(dòng)臺(tái)，另外的時(shí)間由移動(dòng)臺(tái)發(fā)送信號(hào)給基站，基站和移動(dòng)臺(tái)之間必須協(xié)同一致才能順利工作。TDD的特點(diǎn)如下：只要基站和移動(dòng)臺(tái)之間的上、下行時(shí)間間隔不大，小于信道相干時(shí)間，就可以簡單地根據(jù)接收信號(hào)估計(jì)收、發(fā)信道特征。這一特點(diǎn)使得采用TDD方式的移動(dòng)通信體制在功率控制及智能天線技術(shù)的使用方面有明顯的優(yōu)勢。易于使用非對稱頻段，無需具有特定雙工間隔的成對頻段。射頻單元在發(fā)射和接收時(shí)分時(shí)隙進(jìn)行，因此，TDD的射頻模塊里配置一個(gè)收發(fā)開關(guān)即可實(shí)現(xiàn)，無需笨重的射頻雙工器，比FDD系統(tǒng)降低成本約20%～50%?？梢造`活設(shè)置上、下行的轉(zhuǎn)換時(shí)刻，可用于實(shí)現(xiàn)不對稱的上行和下行業(yè)務(wù)帶寬，有利于實(shí)現(xiàn)明顯上、下行不對稱的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)?，F(xiàn)有6大移動(dòng)通信系統(tǒng)采用了雙工技術(shù)，具體如表2.1所示。LTE因采用的雙工技術(shù)不同，而有了TD-LTE和FDDLTE的叫法，TD-LTE是采用TDD的LTE的技術(shù)，F(xiàn)DDLTE是采用FDD的LTE技術(shù)。GSM、CDMA2000、WCDMA系統(tǒng)都是典型的FDD系統(tǒng)，而TD-SCDMA則采用TDD。FDD在GSM系統(tǒng)中使用的頻段如表2.2所示。TDD在LTE以及TD-SCDMA中的應(yīng)用分別如表2.3、表2.4所示，可知TDD在LTE系統(tǒng)是在原有TD-SCDMA基礎(chǔ)上擴(kuò)展了頻譜資源，TDD系統(tǒng)上下行只分配了一個(gè)頻段。FDD/TDD在3G頻譜上所占頻段如圖2.1所示。在未來系統(tǒng)中，TDD雙工方式由于具有可以利用信道的對稱特性提高傳輸效率、不需要復(fù)雜笨重的頻率雙工器、可以靈活地分配上下行信道的無線資源、不需要對稱頻帶等優(yōu)點(diǎn)，在LTE以及未來IMT-Advanced系統(tǒng)應(yīng)用中變得越來越重要。從系統(tǒng)優(yōu)化后的評(píng)估結(jié)果來看，TD-LTE的系統(tǒng)性能和FDDLTE基本相當(dāng)，而僅因?yàn)門DD系統(tǒng)的上下行之間的保護(hù)時(shí)隙的開銷導(dǎo)致性能略有損失。2.2多址技術(shù)無線通信系統(tǒng)中常用的多址技術(shù)分為頻分多址FDMA、時(shí)分多址TDMA、碼分多址CDMA、空分多址(SDMA)和正交頻分多址OFDMA。1.頻分多址FDMAFDMA以傳輸信號(hào)的頻率不同來區(qū)分信道的接入方式，即各用戶使用不同載波頻率來共享無線信道。在FDMA系統(tǒng)中，將給定的頻譜資源劃分為若干個(gè)等間隔的頻道(信道)供不同的用戶使用，每個(gè)頻道在同一時(shí)間只能供一個(gè)用戶使用，相鄰子頻帶之間有保護(hù)間隔，頻帶之間無明顯的干擾。接收方根據(jù)載波頻率的不同，來識(shí)別發(fā)射地址而完成多址連接。一個(gè)子頻帶相當(dāng)于一個(gè)信道，從基站發(fā)送到移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)在前向信道上傳輸，而從移動(dòng)臺(tái)發(fā)送到基站的信號(hào)在反向信道上傳輸。FDMA示意圖如圖2.2(a)所示。FDMA技術(shù)簡單、易于實(shí)現(xiàn)，也比較成熟，1G、2GGSM系統(tǒng)均采用該技術(shù)，但是由于一個(gè)頻率只能容納一個(gè)用戶，頻率利用率低，用戶容量低，無法滿足當(dāng)時(shí)日益增長的用戶需求。2.時(shí)分多址TDMATDMA是針對FDMA頻率利用率不高的缺陷而提出的。TDMA能讓一個(gè)頻率為多個(gè)用戶所用，這些用戶通過使用不同的時(shí)隙完成通信。TDMA是在一個(gè)具有一定帶寬的無線載波上把時(shí)間分成周期性的幀，每一幀再分成若干時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙就是一個(gè)通信信道，各移動(dòng)臺(tái)在指定的時(shí)隙向基站發(fā)送信號(hào)，同時(shí)，基站發(fā)向多個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)都按順序安排在預(yù)定的時(shí)隙中傳輸，各移動(dòng)臺(tái)只要在指定的時(shí)隙內(nèi)接收，就能在合路信號(hào)中把發(fā)給它的信號(hào)區(qū)分出來。2G中的GSM系統(tǒng)在FDMA的基礎(chǔ)上還采用了TDMA，具有較高的頻率利用率。GSM每一幀分為8個(gè)時(shí)隙，8個(gè)時(shí)隙的幀長為4.615?ms，人耳感受不到。對比單純采用FDMA的系統(tǒng)，在可用頻段相同的情況下，TDMA能夠容納更多的用戶。但是時(shí)分通信系統(tǒng)需要精確的時(shí)間同步，以保證各用戶發(fā)送的信號(hào)不會(huì)發(fā)生時(shí)間上的重疊。TDMA示意圖如圖2.2(b)所示。3.碼分多址CDMACDMA給每個(gè)移動(dòng)用戶分配一個(gè)與其他用戶都相互正交的碼序列(碼字)，從而實(shí)現(xiàn)多址接入。不同用戶的信號(hào)在頻率、時(shí)間上都可以重疊。發(fā)送時(shí)使用該碼字對基帶信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻，接收機(jī)使用相關(guān)檢測器將具有特定碼字的用戶信號(hào)檢測出來，與接收機(jī)本地產(chǎn)生的碼字正交或準(zhǔn)正交的部分被消除，殘留的小部分非本用戶信號(hào)相當(dāng)于背景噪聲。3G系統(tǒng)均以CDMA作為核心技術(shù)，CDMA可容納比TDMA系統(tǒng)更多的用戶，且具有低功率、軟切換、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。CDMA示意圖如圖2.2(c)所示。4.空分多址SDMASDMA亦稱多波束頻率復(fù)用，即通過在不同方向上使用相同頻率的定位天線波束來區(qū)分信道的接入方式。該多址方式以天線技術(shù)為基礎(chǔ)，用點(diǎn)射束天線實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用。理想情況下，它要求天線給每個(gè)用戶分配一個(gè)點(diǎn)波束，這樣，根據(jù)用戶的空間位置就可以區(qū)分每個(gè)用戶的無線信號(hào)，從而完成多址的劃分。SDMA示意圖如圖2.2(d)所示。5.正交頻分多址OFDMAOFDMA以相互正交的不同頻率子載波來區(qū)分信道的接入方式，即為不同的用戶分配若干不同的正交頻率子載波來共享無線信道。在OFDMA系統(tǒng)中，總頻帶被分成若干個(gè)相互正交的子載波，這些子載波之間不僅不需要保護(hù)間隔，而且可以相互重疊，頻譜利用率得到了極大的提升。4G系統(tǒng)采用OFDMA技術(shù)，由于OFDMA系統(tǒng)中的子載波之間是相互正交的，子載波之間的排列更加緊密，因此OFDMA能夠提高頻譜效率和系統(tǒng)容量，使得4G速率高達(dá)百兆。OFDMA示意圖如圖2.2(e)所示。6.非正交多址技術(shù)NOMA非正交多址技術(shù)(Non-OrthogonalMultipleAccess，NOMA)是5G的一個(gè)熱門技術(shù)。NOMA跟以往的多址接入技術(shù)不同，NOMA采用非正交的功率域來區(qū)分用戶。所謂非正交就是說用戶之間的數(shù)據(jù)可以在同一個(gè)時(shí)隙、同一個(gè)頻點(diǎn)上傳輸，而僅僅依靠功率的不同來區(qū)分用戶。如圖2.3所示，User1和User2在同一頻域/時(shí)域上傳輸數(shù)據(jù)，而依靠功率的不同來區(qū)分用戶，User3和User4之間的區(qū)分原理與此類似。NOMA不同于傳統(tǒng)的正交傳輸，在發(fā)送端采用非正交發(fā)送，主動(dòng)引入干擾信息，在接收端通過串行干擾刪除技術(shù)實(shí)現(xiàn)正確解調(diào)。與正交傳輸相比，接收機(jī)復(fù)雜度有所提升，但可以獲得更高的頻譜效率。非正交傳輸?shù)幕舅枷胧抢脧?fù)雜的接收機(jī)設(shè)計(jì)來換取更高的頻譜效率，隨著芯片處理能力的增強(qiáng)，保證了非正交傳輸技術(shù)在實(shí)際系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性。2.3編碼技術(shù)通信中的原始信號(hào)大多為模擬信號(hào)，需要通過A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行信源編碼，然后進(jìn)行信道編碼，才能在數(shù)字信道中傳輸。數(shù)字信號(hào)經(jīng)過信源編碼和信道編碼后仍然為基帶信號(hào)，無法適應(yīng)無線信道的傳輸特性，必須通過基帶調(diào)制和射頻調(diào)制后，才能轉(zhuǎn)換為適于在無線信道中傳輸?shù)母哳l信號(hào)。“通信”是用電磁信號(hào)傳送媒體信息，那么通信第一個(gè)要解決的問題是如何把聲音、圖像、文本等信息變成電磁信號(hào)。對于語音通信，從電話機(jī)開始，信息進(jìn)入“編碼之旅”，聲音信息通過整個(gè)通信網(wǎng)，被數(shù)次變換編碼樣式，最終成功到達(dá)彼岸。通信中每一種編碼，都必須有嚴(yán)格、規(guī)范的定義，都要考慮諸多因素。語音信號(hào)在手機(jī)中的處理過程可用圖2.4表示。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，發(fā)送部分電路由信源編碼、信道編碼、交織、加密、信號(hào)格式形成等功能模塊完成基帶數(shù)字信號(hào)的形成過程。數(shù)字信號(hào)經(jīng)過調(diào)制及上變頻、功率放大，由天線將信號(hào)發(fā)射出去。接收部分電路由高頻電路、數(shù)字解調(diào)等電路組成。數(shù)字解調(diào)后，進(jìn)行均衡、解密、去交織、語音解碼，最后將信號(hào)還原為模擬形式，完成信號(hào)的傳輸過程。MS中，話筒接收下來的信號(hào)，需先進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，即模擬聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成代表話音信號(hào)的13?kb/s數(shù)字信息流，再按20?ms分段，每20?ms段160個(gè)采樣。分段后按有聲段和無聲段對信號(hào)進(jìn)行分開處理。自天線接收下來的微弱信號(hào)先經(jīng)高頻放大后，在混頻電路中下變頻為中頻信號(hào)，中頻放大后用與發(fā)送端調(diào)制方式相同的方法將模擬信號(hào)恢復(fù)成數(shù)字基帶信號(hào)，再送入數(shù)字信號(hào)處理部分進(jìn)行接收數(shù)字信號(hào)處理，包括均衡、解密、去交織、信道解碼、語音解碼和數(shù)/模轉(zhuǎn)換等。2.3.1語音編碼技術(shù)通常將模擬信號(hào)經(jīng)過抽樣、量化、編碼三個(gè)步驟變成數(shù)字信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換方式，稱為PCM調(diào)制。它是一種對模擬信號(hào)數(shù)字化的取樣技術(shù)，是一種將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)的編碼方式。對于音頻信號(hào)而言，PCM對信號(hào)每秒鐘取樣8000次，每次取樣8位，語音數(shù)據(jù)率也叫頻率帶寬，為64?kb/s。為了能在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的PCM信道中容納多個(gè)用戶，達(dá)到擴(kuò)大系統(tǒng)容量的目的，必須要壓縮語音數(shù)據(jù)率的值，這就要借助語音編碼技術(shù)，語音編碼決定了接收的語音質(zhì)量和信道容量。在編碼器可以傳送高質(zhì)量語音的前提下，比特率越低，那么在一定的帶寬內(nèi)就可以容納更多的語音通道。為了在有限的帶寬內(nèi)可以容納更多的用戶，需要對語音信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼。語音編碼屬于信源編碼，是指利用話音信號(hào)及人的聽覺特性上的冗余性，在將冗余性進(jìn)行壓縮(信息壓縮)的同時(shí)，將模擬話音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的過程，信源編碼的實(shí)質(zhì)就是將信息的原始符號(hào)按一定規(guī)則進(jìn)行的一種變換。通俗來講，信源編碼主要實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)數(shù)字化和數(shù)據(jù)壓縮這兩個(gè)任務(wù)，信源編碼研究的目的是在不失真或允許一定失真的條件下，利用盡可能小的信道容量傳送盡可能高質(zhì)量的信息，以便提高信息傳輸效率。移動(dòng)通信技術(shù)中，信源可能是語音，也可能是圖像、視頻等多媒體資料，因此，對應(yīng)的信源編碼的種類比較多。語音編碼技術(shù)又可分為波形編碼、參量編碼和混合編碼三大類。(1)波形編碼。波形編碼是對模擬語音波形信號(hào)進(jìn)行取樣、量化、編碼而形成的數(shù)字語音信號(hào)。為了保證數(shù)字語音信號(hào)解碼后的高保真度，波形編碼需要較高的編碼速率，范圍一般是16～64?kb/s。對各種各樣的模擬語音波形信號(hào)進(jìn)行編碼均可達(dá)到很好的效果，它的優(yōu)點(diǎn)是適用于很寬范圍的語音特性以及在噪聲環(huán)境下都能保持穩(wěn)定。實(shí)現(xiàn)所需的技術(shù)復(fù)雜度很低，而費(fèi)用是中等程度，但其所占用的頻帶較寬，多用于有線通信中。波形編碼包括PCM調(diào)制、差分脈沖編碼調(diào)制(DPCM)、自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制(ADPCM)、增量調(diào)制(DM)、連續(xù)可變斜率增量調(diào)制(CVSDM)、自適應(yīng)變換編碼(ATC)和自適應(yīng)預(yù)測編碼(APC)等。(2)參量編碼。參量編碼是基于人類語言的發(fā)聲機(jī)理，找出表征語音的特征參量，并對特征參量進(jìn)行編碼的一種方法，參量編碼示意圖如圖2.6所示。在接收端，根據(jù)所接收的語音特征參量信息，恢復(fù)出原來的語音。由于參量編碼只需傳送語音特征參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)低速率的語音編碼，一般在1.2?kb/s至4.8?kb/s之間。線性預(yù)測編碼(LPC)及其變形均屬于參量編碼。參量編碼的缺點(diǎn)在于語音質(zhì)量只能達(dá)到中等水平，不能滿足商用語音通信的要求。對此，綜合參量編碼和波形編碼各自的長處，即保持參量編碼的低速率和波形編碼的高質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)，又提出了混合編碼方法。(3)混合編碼?；旌暇幋a是基于參量編碼和波形編碼發(fā)展的一類新的編碼技術(shù)。在混合編碼的信號(hào)中，既含有若干語音特征參量又含有部分波形編碼信息。其編碼速率范圍一般為4～16?kb/s。當(dāng)編碼速率在8～16?kb/s范圍內(nèi)時(shí)，其語音質(zhì)量可達(dá)到商用語音通信標(biāo)準(zhǔn)的要求，因此，混合編碼技術(shù)在數(shù)字移動(dòng)通信中得到了廣泛應(yīng)用?；旌暇幋a包括規(guī)則脈沖激勵(lì)長期預(yù)測編解碼器(RPE-LTP)、矢量和激勵(lì)線性預(yù)測編碼(VSELP)和激勵(lì)線性預(yù)測編碼(CELP)等。美國高通公司的9.6?kb/s的激勵(lì)線性預(yù)測編碼(CELP)方案，也稱為美國高通公司的碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼(QCELP)，典型的QCELP方案實(shí)現(xiàn)框圖如圖2.7所示。QCELP的編碼過程是提取語音參數(shù)，并將參數(shù)量化的過程，該過程應(yīng)當(dāng)使最后合成的語音與原始語音的差別盡量小。2.3.2移動(dòng)通信系統(tǒng)中的語音編碼技術(shù)GSM系統(tǒng)采用規(guī)則脈沖激勵(lì)長期預(yù)測編解碼器(RPE-LTP)方案，其編解碼器相對復(fù)雜，每話音信道的凈編碼速率為13kb/s。IS-95(CDMA)系統(tǒng)采用QCELP，它可以根據(jù)信噪比背景改變速率，其編碼效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過GSM系統(tǒng)的語音水平，以CDMA為網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)的運(yùn)營商宣稱其通話是“無線通信，有線質(zhì)量”。為保證語音質(zhì)量，CDMA系統(tǒng)還利用碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼技術(shù)，實(shí)行了可變速率的語音編碼，其語音編碼速率有四個(gè)不同的取值：9.6kb/s、4.8kb/s、2.4kb/s和1.2kb/s，系統(tǒng)編碼選取哪個(gè)速率由20ms語音幀的能量與三個(gè)門限值的比較來確定。語音幀的能量取決于語音的自相關(guān)函數(shù)值，而用于判決的一組的三個(gè)門限值則由語音的自相關(guān)函數(shù)與前一幀的噪聲電平共同決定，門限值每幀更換一次。自適應(yīng)多速率語音編解碼(AMR)標(biāo)準(zhǔn)被3GPP選定為GSM和3GWCDMA應(yīng)用的寬帶語言編解碼標(biāo)準(zhǔn)，它是一種音頻格式，TD-SCDMA也采用AMR語音編碼方法。AMR主要用于移動(dòng)設(shè)備的音頻，壓縮比較大，多用于人聲和通話，效果不錯(cuò)。它的編碼速率為12.2kb/s至4.75kb/s，共有8種編碼。它有如下特點(diǎn)：與目前各種主流移動(dòng)通信系統(tǒng)使用的編碼方式兼容，有利于設(shè)計(jì)多模終端；根據(jù)用戶離基站的遠(yuǎn)近，自動(dòng)調(diào)節(jié)語音速率，減少切換和掉話；根據(jù)小區(qū)負(fù)荷，自動(dòng)降低部分用戶語音速率，可以節(jié)省部分功率，從而容納更多用戶。語音編碼或語音壓縮編碼研究的基本問題，就是在給定編碼速率的條件下，如何能得到盡量好的重建語音質(zhì)量。主觀評(píng)定方法符合人類聽話時(shí)對語音質(zhì)量的感覺，從而得到了廣泛應(yīng)用。2.3.3信道編碼技術(shù)數(shù)字信號(hào)在傳輸中往往由于各種原因，使得在傳送的數(shù)據(jù)流中產(chǎn)生誤碼，從而使接收端產(chǎn)生圖像跳躍、不連續(xù)或出現(xiàn)馬賽克等現(xiàn)象。為了避免這種不良現(xiàn)象，通過信道編碼這一環(huán)節(jié)，對數(shù)碼流進(jìn)行檢測、糾錯(cuò)處理，這樣一來，一旦傳輸信息發(fā)生變化，系統(tǒng)就能檢測出存在的傳輸錯(cuò)誤，在某些情況下，還可以對錯(cuò)碼進(jìn)行糾正，使系統(tǒng)具有一定的糾錯(cuò)、抗干擾能力。信道編碼是為了保證通信系統(tǒng)的傳輸可靠性、克服信道中的噪聲和干擾、降低誤碼率、提高數(shù)字通信的可靠性而專門采取的編碼技術(shù)和方法。信道編碼現(xiàn)在已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。信道編碼的實(shí)質(zhì)是在信息碼中增加一定數(shù)量的多余碼元(稱為監(jiān)督碼元)，使它們滿足一定的約束關(guān)系，這樣，由信息碼元和監(jiān)督碼元共同組成一個(gè)由信道傳輸?shù)拇a字。一旦傳輸過程中發(fā)生錯(cuò)誤，信息碼元和監(jiān)督碼元間的約束關(guān)系則被破壞，在接收端按照既定的規(guī)則校驗(yàn)這種約束關(guān)系，從而達(dá)到發(fā)現(xiàn)和糾正錯(cuò)誤的目的。在早期的數(shù)字通信系統(tǒng)中，調(diào)制技術(shù)與編碼技術(shù)是獨(dú)立的兩個(gè)設(shè)計(jì)部分。信道編碼常是以增加信息速率來獲得增益的，編碼的過程是在源數(shù)據(jù)碼流中加插一些碼元，從而達(dá)到在接收端進(jìn)行判錯(cuò)和糾錯(cuò)的目的，這對頻譜資源豐富但功率受限制的信道是很適用的，但在頻帶受限的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，其應(yīng)用就受到很大的限制。目前廣泛使用的是把調(diào)制和編碼看做一個(gè)整體來考慮的網(wǎng)格編碼調(diào)制(TCM)。網(wǎng)格編碼調(diào)制技術(shù)是一種將編碼與調(diào)制有機(jī)結(jié)合起來的編碼調(diào)制技術(shù)，這種方法既不降低頻帶利用率，也不降低功率利用率，而是以設(shè)備的復(fù)雜化為代價(jià)換取編碼增益，可使系統(tǒng)的頻帶利用率和功率資源同時(shí)得到有效利用。利用狀態(tài)記憶和分集映射來增大編碼序列之間距離，以提高編碼增益。信源為了少傳無用的冗余信息而采用了信源編碼，與信源編碼不同的是，信道編碼為了達(dá)到在接收端進(jìn)行判錯(cuò)和糾錯(cuò)的目的要增加冗余信息。信道編碼使有用信息數(shù)據(jù)傳輸減少，其過程是在源數(shù)據(jù)碼流中加插一些碼元。這就好像我們運(yùn)送一批玻璃杯一樣，為了保證運(yùn)送途中不出現(xiàn)打爛玻璃杯的情況，我們通常都用一些泡沫或海綿等物將玻璃杯包裝起來，這種包裝使玻璃杯所占的容積變大，原來一部車能裝5000個(gè)玻璃杯，包裝后就只能裝4000個(gè)了，顯然包裝的代價(jià)是使運(yùn)送玻璃杯的有效個(gè)數(shù)減少了。同樣，在帶寬固定的信道中，總的傳送碼率也是固定的，由于信道編碼增加了數(shù)據(jù)量，其結(jié)果只能是以降低傳送有用信息碼率為代價(jià)了。有用比特?cái)?shù)除以總比特?cái)?shù)等于編碼效率，不同的編碼方式，其編碼效率也有所不同。常用的信道編碼技術(shù)包括分組碼、卷積碼、Turbo碼、交織編碼、偽隨機(jī)序列擾碼等。1.分組碼分組碼是一類重要的糾錯(cuò)碼，它把信源待發(fā)的信息序列按固定的k位一組劃分成消息組，再將每一消息組獨(dú)立變換成長為n(n＞k)的二進(jìn)制數(shù)字組，稱為碼字。如果消息組的數(shù)目為M(顯然M≤2k)，由此所獲得的M個(gè)碼字的全體便稱為碼長為n、信息數(shù)目為M的分組碼，記為[n,M]。把消息組變換成碼字的過程稱為編碼，其逆過程稱為譯碼。分組碼就其構(gòu)成方式可分為線性分組碼與非線性分組碼。線性分組碼是指[n,M]分組碼中的M個(gè)碼字之間具有一定的線性約束關(guān)系，即這些碼字總體構(gòu)成了n維線性空間的一個(gè)k維子空間，稱此k維子空間為(n,k)線性分組碼，n為碼長，k為信息位。此處M?=?2k，一個(gè)(n,k)分組碼C，如果滿足下列條件：全零碼組(0,0,…,0)在C中；C中任意的兩個(gè)碼字之和，也在C中。則稱C為線性分組碼。非線性分組碼[n,M]是指M個(gè)碼字之間不存在線性約束關(guān)系的分組碼。非線性分組碼常記為[n,M,d]。d為M個(gè)碼字之間的最小距離。非線性分組碼的優(yōu)點(diǎn)是：對于給定的最小距離d，可以獲得最大可能的碼字?jǐn)?shù)目。非線性分組碼的編碼和譯碼因碼類不同而異。雖然預(yù)料非線性分組碼會(huì)比線性分組碼具有更好的特性，但在理論上和實(shí)用上尚缺乏深入研究。分組碼具有以下特點(diǎn)：分組碼是一種前向糾錯(cuò)(FEC)編碼；分組碼是長度固定的碼組，k個(gè)信息位被編為n位碼字長度，而n?-?k個(gè)監(jiān)督位的作用就是實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)與糾錯(cuò)，可表示為(n,k)。在分組碼中，監(jiān)督位僅與本碼組的信息位有關(guān)，而與其他碼組的信息碼字無關(guān)。分組碼包括漢明碼、格雷碼、Hadamard碼、循環(huán)碼、Reed-Solomon碼等。2.卷積碼若以(n,k,m)來描述卷積碼，其中k為每次輸入到卷積編碼器的比特?cái)?shù)，n為每個(gè)k元組碼字對應(yīng)的卷積碼輸出n元組碼字，m為編碼存儲(chǔ)度，也就是卷積編碼器的k元組的級(jí)數(shù)，稱m?+?1?=?k為編碼約束度，m稱為約束長度。卷積碼將k元組輸入碼元編成n元組輸出碼元，但k和n通常很小，特別適合以串行形式進(jìn)行傳輸，時(shí)延小。與分組碼不同，卷積碼編碼生成的n元組不僅與當(dāng)前輸入的k元組有關(guān)，還與前面m?-?1個(gè)輸入的k元組有關(guān)，編碼過程中互相關(guān)聯(lián)的碼元個(gè)數(shù)為n?×?m。卷積碼的糾錯(cuò)性能隨m的增加而增大，而差錯(cuò)率隨n的增加而指數(shù)下降。在編碼器復(fù)雜性相同的情況下，卷積碼的性能優(yōu)于分組碼。在相同碼率、相同譯碼復(fù)雜性的條件下，卷積碼的性能要優(yōu)于分組碼。卷積碼的糾錯(cuò)能力強(qiáng)，不僅可糾正隨機(jī)差錯(cuò)，還可糾正突發(fā)差錯(cuò)。卷積碼根據(jù)需要，有不同的結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的糾錯(cuò)能力，但都有類似的編碼規(guī)律。低密度奇偶校驗(yàn)碼(LDPC)是線性分組碼，但不是由生成矩陣來定義，而是用校驗(yàn)矩陣來定義。在LDPC碼的校驗(yàn)矩陣中，如果行列重量固定為(P,Y)，即每個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)有P個(gè)變量節(jié)點(diǎn)參與校驗(yàn)，每個(gè)變量節(jié)點(diǎn)參與Y個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，我們稱之為正則LDPC碼，Gallager最初提出的Gallager碼就具有這種性質(zhì)。從編碼二分圖的角度來看，這種LDPC碼的變量節(jié)點(diǎn)度數(shù)全部為Y，而校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的度數(shù)都為P。我們還可以適當(dāng)放寬上述正則LDPC碼的條件，行列重量的均值可以不是一個(gè)整數(shù)，但行列重量應(yīng)盡量服從均勻分布。另外為了保證LDPC碼的二分圖上不存在長度為4的圈，我們通常要求行與行以及列與列之間的交疊部分重量不超過1，所謂交疊部分即任意兩列或兩行的相同部分。我們可以將正則LDPC碼校驗(yàn)矩陣H的特征概括如下：?H的每行行重固定為P，每列列重固定為Y；任意兩行(列)之間同為1的行(列)數(shù)(稱為重疊數(shù))不超過1，即H矩陣中不含四角為1的小方陣，也即“無4線循環(huán)”；行重P和列重Y相對于H的行數(shù)M、列數(shù)N很小，H是個(gè)稀疏矩陣。3.?Turbo碼Turbo碼又稱并行級(jí)聯(lián)卷積碼(PCCC)，是一類應(yīng)用在外層空間衛(wèi)星通信和設(shè)計(jì)者尋找完成最大信息傳輸?shù)倪^程中，并通過一個(gè)限制帶寬通信鏈路在數(shù)據(jù)破壞的噪聲面前的、其他無線通信應(yīng)用程序的高性能糾錯(cuò)碼。其原理是把信息源比特流通過交織后形成的各子碼，組合成并行級(jí)聯(lián)卷積碼，然后通過譯碼器的反復(fù)迭代反饋得到優(yōu)越的譯碼性能。Turbo碼將卷積碼和隨機(jī)交織器合并在一起，實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)編碼的思想，它采用軟輸出迭代譯碼來逼近最大似然譯碼。Turbo碼的一個(gè)重要特點(diǎn)是其譯碼較為復(fù)雜，比常規(guī)的卷積碼要復(fù)雜得多，這種復(fù)雜不僅在于其譯碼要采用迭代的過程，而且采用的算法本身也比較復(fù)雜。這些算法的關(guān)鍵是不但要能夠?qū)γ恳槐忍剡M(jìn)行譯碼，而且還要伴隨著譯碼譯出每一比特的可靠性信息，有了這些信息，迭代才能進(jìn)行下去。模擬結(jié)果表明，在一定條件下，Turbo碼在加性高斯白噪聲(AWGN)信道上的誤比特率接近香農(nóng)極限的性能。在第三代移動(dòng)通信中，非實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)通信廣泛采用了Turbo碼，用來傳輸高速度、高質(zhì)量的通信業(yè)務(wù)。4.交織編碼移動(dòng)通信的特點(diǎn)是傳輸?shù)男盘?hào)常常有連續(xù)的一段被干擾，這是由于持續(xù)時(shí)間較長的衰落谷點(diǎn)會(huì)影響到幾個(gè)連續(xù)的比特，而信道編碼僅僅檢測和校正單個(gè)比特，而且卷積碼和循環(huán)碼的糾錯(cuò)能力也只限定在糾正不連續(xù)的誤碼，若出現(xiàn)連續(xù)誤碼，就無法解決。為了糾正這些成串發(fā)生的比特差錯(cuò)及一些突發(fā)錯(cuò)誤，可以運(yùn)用交織技術(shù)來分散這些誤差，即把一個(gè)消息塊中原來連續(xù)的比特按一定規(guī)則分開發(fā)送傳輸，使突發(fā)差錯(cuò)信道變?yōu)殡x散信道，從而可以用前向碼對其糾錯(cuò)。交織技術(shù)對已編碼的信號(hào)按一定規(guī)則重新排列，解交織后突發(fā)性錯(cuò)誤在時(shí)間上被分散，使其類似于獨(dú)立發(fā)生的隨機(jī)錯(cuò)誤，從而前向糾錯(cuò)編碼可以有效地進(jìn)行糾錯(cuò)，前向糾錯(cuò)碼加交織的作用可以理解為擴(kuò)展了前向糾錯(cuò)的可抗長度字節(jié)。糾錯(cuò)能力強(qiáng)的編碼一般要求的交織深度相對較低；糾錯(cuò)能力弱的則要求更深的交織深度。5.偽隨機(jī)序列擾碼基帶信號(hào)傳輸?shù)娜秉c(diǎn)是其頻譜會(huì)因數(shù)據(jù)出現(xiàn)連“1”和連“0”而包含大量的低頻成分，不適應(yīng)信道的傳輸特性，也不利于從中提取出時(shí)鐘信息。解決辦法之一是采用擾碼技術(shù)，使信號(hào)受到隨機(jī)化處理，變?yōu)閭坞S機(jī)序列，又稱為“數(shù)據(jù)隨機(jī)化”和“能量擴(kuò)散”處理。擾碼不但能改善位定時(shí)的恢復(fù)質(zhì)量，還可以使信號(hào)頻譜平滑，使幀同步和自適應(yīng)同步以及自適應(yīng)時(shí)域均衡等系統(tǒng)的性能得到改善。擾碼雖然“擾亂”了原有數(shù)據(jù)的本來規(guī)律，但因?yàn)槭侨藶榈摹皵_亂”，在接收端很容易通過加擾恢復(fù)成原數(shù)據(jù)流。實(shí)現(xiàn)加擾和解碼，需要產(chǎn)生偽隨機(jī)二進(jìn)制序列(PRBS)再與輸入數(shù)據(jù)逐個(gè)比特做運(yùn)算。PRBS也稱為m序列，這種m序列與TS的數(shù)據(jù)碼流進(jìn)行模2加運(yùn)算后，數(shù)據(jù)流中的“1”和“0”的連續(xù)游程都很短，且出現(xiàn)的概率基本相同。利用偽隨機(jī)序列進(jìn)行擾碼也是實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)高保密性傳輸?shù)闹匾侄沃?，一般將信源產(chǎn)生的二進(jìn)制數(shù)字信息和一個(gè)周期很長的偽隨機(jī)序列模2相加，就可將原信息變成不可理解的另一序列，這種信號(hào)在信道中傳輸自然具有高度保密性。在接收端將接收信號(hào)再加上(模2和)同樣的偽隨機(jī)序列，就恢復(fù)為原來發(fā)送的信息。2.3.4移動(dòng)通信中典型的信道編碼應(yīng)用GSM中采用分組編碼和卷積編碼兩種編碼方式。對話音編碼后的數(shù)據(jù)既進(jìn)行檢錯(cuò)編碼又進(jìn)行糾錯(cuò)編碼。因此，在信道編碼后進(jìn)行兩次交織，第一次為內(nèi)部交織，第二次為塊間交織。具體步驟如下：話音編碼器和信道編碼器將每20?ms話音信號(hào)數(shù)字化并編碼，提供456bit。首先對它進(jìn)行內(nèi)部交織，即將456bit分成8幀，每幀57?bit；第一次交織把456?bit/20?ms的話音碼分成8塊，每塊57?bit，前后兩個(gè)20?ms段的塊交織，組成8個(gè)114?bit的塊；第二次把每個(gè)114?bit塊里來自兩個(gè)20?m