移动通信现有核心技术分析及新技术讨论

1、移动通信现有核心技术分析及新技术讨论目录第1章 移动通信发展现状31.1概述31.2第一代（1g）模拟蜂窝移动电话系统41.3第二代（2g）模拟蜂窝移动通信系统71.3.1 2g移动通信系统81.3.2 2.5g移动通信系统111.3.3 2.75g移动通信系统131.4第三代（3g）模拟蜂窝移动通信系统13第2章 移动通信系统现有核心技术论述与分析132.1移动通信无线信道模型及信道特性分析132.1.1 大尺度衰落132.1.2 小尺度衰落132.1.3平坦衰落信道模型matlab仿真分析132.1.4 qpsk信号在awgn信道和瑞利信道的ber性能比较132.2移动通信系统中分集技术的

2、算法与实现132.3移动通信系统中均衡技术的算法与实现132.3.1 均衡技术模型132.3.2 自适应均衡技术132.3.3 最小均方误差算法(lms)132.3.4 递归最小二乘法（rls）132.4cdma系统中rake接收技术的算法与实现132.4.1 rake接收机原理132.4.2rake接收机的实现13第3章 移动通信发展趋势展望13总结：13参考文献：13第1章 移动通信发展现状1.1概述移动通信是指移动用户之间，或移动用户与固定用户之间的通信。随着社会的发展，科学技术的进步，自20世纪80年代以来，移动通信已成为现代通信手段中一种必不可少并发展很快的通信手段之一。这种通信能使

3、人们随时随地地、迅速可靠地与通信的另一方进行信息交流，其中信息交流已不仅仅是双方的通话，还包括数据、传真和图像等通信业务。目前由于电子技术，特别是半导体、集成电路和计算机的发展，移动通信得到了迅速的发展，人们也更有效地利用时间。随着应用领域的扩大和对性能要求的提高，促使移动通信在技术上和理论上向更高水平发展。与其他通信方式相比，移动通信具有以下基本特点：（1）、电波传播条件恶劣；（2）、具有多普勒效应；（3）、干扰严重；（4）、接收设备动态范围大；（5）、需要采用位置登记、越区切换等移动性管理技术；（6）、综合了各种技术；（7）、对设备要求苛刻等。其工作方式按照用户的通话状态和频率使用的单工制

4、、半单工制和双工制三种。随着电子技术、集成电路技术、计算机技术和交换技术的飞速发展，专用移动通信系统的网络结构与公共移动通信系统的越来越相像，其中公共移动通信系统的网络结构主要由一个移动交换中心msc、一个或若干个归属位置寄存器hlr、访问者位置寄存器vlr、设备识别寄存器eir、鉴权中心auc、操作维护中心omc、基站bs和移动台ms等功能实体组成。目前，大容量移动通信系统均使用800mhz频段（cdma），900 mhz频段（amps、tacs、gsm），并开始使用1800 mhz频段（gsm1800），该频段用于微蜂窝系统。第三代移动通信系统（3g）使用2000mz频段。随着移动通信用户

5、的不断增加，无线电频谱将越来越拥挤，未来将进一步继续往高开拓新频段。还有，现在用到的移动通信系统的多址方式主要有四种：频分多址（fdma）、时分多址（tdma）、码分多址（cdma）和空多址（sdma）。为改进恶劣无线电传播环境中的链路性能，常用均衡、分集和信道编码这三种技术来改进小尺度时间、空间中接受信号的质量和链路性能，且其既可以单独使用，又可以组合使用。回顾移动通信的发展历程，移动通信的发展大致经历了几个发展阶段：第一代移动通信技术主要指蜂窝式模拟移动通信，技术特征是蜂窝网络结构克服了大区制容量低、活动范围受限的问题。第二代移动通信是蜂窝数字移动通信，使蜂窝系统具有数字传输所能提供的综合

6、业务等种种优点。第三代移动通信的主要特征是除了能提供第二代移动通信系统所拥有的各种优点，克服了其缺点外，还能够提供宽带多媒体业务，能提供高质量的视频宽带多媒体综合业务，并能实现全球漫游。现在用的大多是第二代技术，第三代技术还不太成功，但已有了第四代技术的设想。而未来第四代移动通信系统（4g）标准将比第三代具有更多的功能。近年来，移动通信在全球范围内迅猛发展，数字化和网络化已成为不可逆转的趋势。我国的移动通信业也改革、重组为动力、改善服务质量，加大市场开发力度，保持了快速健康的发展势头。1987年以来，我国移动通信运营业以年平均增长80%-100%的速度迅猛发展。1987年我国蜂窝移动电话仅有3

7、200个用户，1999年达到4324万户。这种增长势头在2010年上半年还得以继续保持，2010年上半年新增量相当于1599.2万户；总规模达5928.7万户，其中中国移动为4816.7万户，中国联爱1112.1万户；同时模拟技术逐步退出，gsm数字用户比重提高到92%；手机上网业务也开局良好。目前，我国移动电话的用户数已经超过7500万，成为超过日本仅次于美国的世界第二大移动电话市场。1.2第一代（1g）模拟蜂窝移动电话系统第一代移动通信系统是模拟系统，它的发展大致分为两个阶段。第一阶段是从20世纪 40年代中期到70年代中期，开始主要提供公用汽车电话业务，采用大区制，可以实现人工交换与公众

8、电话网的接续。60年代中期进行自动交换与公众电话网的接续，并且由于频率合成器的出现，信道间隔缩小，信道数目增加。第二阶段是从70年代中期到90年代初期，主要是解决用户增加而频道有限的情况下，如何提高频谱利用率的问题，bell实验室提出了蜂窝系统概念，进而发展了小区制大容量系统，典型代表有：美国的amps、英国的tacs、北欧的nmt-450/900、德国的c-450/900、日本的namts等。作为最初的模拟、仅限语音的蜂窝电话标准，第一代移动通信系统的主要问题是：各系统间没有公共接口；频谱利用率太低；无法与固定网向数字化推进相适应；不能漫游等。目前这种模拟蜂窝服务在许多地方已被淘汰。但其作用

9、在于给人们开辟了移动通信的崭新天地，随着市场对移动通信容量的巨大需求，新一代或更新一代的移动通信技术将不断地发展下去。工作原理：第一代移动通信系统，也就是第一代（1g）模拟蜂窝移动电话系统，它是采用模拟蜂窝制式通过模拟网进行移动电话通讯的系统。其中模拟网是采用的是频分多址（fdma）通信原理对信号进行模拟方式调制。目前这种网使用的频段为移动通信规定的频段：905915mhz，其中每25khz为个信道，支持一对用户通话。其频分多址（fdma）通信原理图如下：由于模拟网信号失真度小，因而音质可与有限电话相比，且由于建设较早，覆盖完善，在我国大部分县级城市均有覆盖。但模拟网的缺点是其信道数量相对较少

10、，不足以满足越来越多的人们需要，而且保密性差。关键技术：第一代移动通信系统采用核心技术为：频率再利用技术（蜂窝技术）、越区切换技术、移动台载波频率灵活可控的窄带模拟调频技术等。（1）频率再利用技术（蜂窝技术）我们都知道，模拟系统每个用户都分配一定的频率，通过不同的频率来识别用户，但是对于系统来说，可利用的频率资源不多。为了有效地提高频谱利用率，第一代移动通讯系统中模拟通信网络由大区制到蜂窝体系进行演进。大区制也称为集群通信，是指在一个服务区域(如一个城市)内只有一个或几个基站（base station,bs），直接负责所有用户终端与中心的联络与控制。大区制系统的优点在于:基础建设成本低，只需要

11、很少量的基础设备；网络管理简单，仅在几个基站间进行协调通信。但是其缺点是显而易见的，在大区制移动通信系统中，因基站少，处理速度慢，为了避免不同用户终端之间的干扰，造成频谱利用率及通信容量受到极大限制，系统所能容纳的总用户数量较少。为了解决这些问题, 第一代移动通讯系统改用了蜂窝系统技术，如下图，利用蜂窝结构对空间的有效利用性，模仿蜂窝的正六边形结构特征将覆盖范围划分成多个更小的单元，与大区制同样的原理只须保证每个小区内及相邻小区的频率不重复使用，所以在更短的距离内就可以实现频率的复用，从而大大提高了频谱利用率，通过适当的频率复用规划、小区规划和频分复用技术提高整个系统的容量。模拟蜂窝移动通信系

12、统也由移动电话交换局(mtso)、基站(bs)和移动台(ms)3大部分组成。其中，移动电话交换局与基站之间一般通过有线线路连接：基站与移动台之间由无线链路通过空中接口相连。蜂窝技术又包括宏蜂窝技术和微蜂窝技术。在蜂窝移动通信系统中，运营初期的主要目标是建设大型的宏蜂窝小区，取得尽可能大的地域覆盖率，宏蜂窝每小区的覆盖半径大多为1km25km，基站天线尽可能做得很高。在实际的宏蜂窝内，通常存在着两种特殊的微小区域。一是“盲点”，由于电波在传播过程中遇到障碍物而造成的阴影区域，该区域通信质量严重低劣；二是“热点”，由于空间业务负荷的不均匀分布而形成的业务繁忙区域，它支持宏蜂窝中的大部分业务。与宏蜂

13、窝技术相比，微蜂窝技术具有覆盖范围小、传输功率低以及安装方便灵活等，该小区的覆盖半径为30m300m，基站天线低于屋顶高度，传播主要沿着街道的视线进行，信号在楼顶的泄露小。因此，微蜂窝可以作为宏蜂窝的补充和延伸。（2）越区切换技术当移动台从一个小区（指基站或者基站的覆盖范围）移动到另一个小区时，为了保持移动用户的不中断通信需要进行的信道切换称为越区切换。在蜂窝移动通信网中，切换是保证移动用户在移动状态下实现不间断通信 ；切换也是为了在移动台与网络之间保持一个可以接受的通信质量，防止通信中断，这是适应移动衰落信道特性的必不可少的措施。如下图，移动台（汽车）由蜂窝a到蜂窝b，其中经历时间1、2和3

14、时间段，在越区切换过程中，由移动交换中心控制断开蜂窝a与移动台的连接并接上蜂窝b与移动台的连接。（3）移动台载波频率灵活可控的窄带模拟调频技术fm(调频)在实际通信中的应用非常广泛，高保真音乐广播、电视伴音信号传输、蜂窝电话以及卫星通信等。与幅度调制相比，fm可以获得较高的抗噪声性能。窄带调频(narrow-band fm) 就是fm中的一种特殊情况。其简单基本原理如下：将输入的nbfm信号简单表示为一般角度调制信号的形式：则通过上述相移网络产生的另一路信号为：式中：系数c1，c2由电路参数确定。两路信号经过乘法器后的输出为：其中，后一个频率分量中的和项可用lp(低通滤波器)滤除，故输出可化简

15、为：式中：f(t)为调制信号。另外，要得到式(10)的近似结果，还要求系数c2足够小。系统性能：1g系统性能参数： 多址方式：fdma 双工方式：fdd 话音传输方式：模拟窄带调频，无数字化（信源编码） 信令传输方式：数字信令，fsk 工作频段：800mhz-900mhz 发射功率：bs:25-100w; ms:3-15w 信道带宽：12.5khz-30khz 频率再用程度：每区群小区数：7-12 小区最小半径：2-20km 通信（电话）容量：信道总数；每小区可用信道数；单位面积可用信道数 由其性能参数可得，第一代（ 1g）模拟蜂窝移动电话系统的能力与不足：l 可实现小区内、小区间、移动电话交

16、换局间移动电话接续、双向通话；l 可实现移动电话与固定电话间接续、双向通话；l 系统间兼容性差，不便于国际漫游；l 系统保密性差，易被监听、非法并机；l 不便于推广其它增值数据业务；l 频率再利用率较低，系统容量偏低；l 限制系统容量的主要因素：同道干扰，互调干扰；l 模拟技术，不便于大规模集成，信道化收发，载波数量众多；l 移动台发射功率较大。 1.3第二代（2g）模拟蜂窝移动通信系统与第一代模拟蜂窝移动通信相比，第二代移动通信系统采用了数字化，具有保密性强，频谱利用率高，能提供丰富的业务，标准化程度高等特点，使得移动通信得到了空前的发展，从过去的补充地位跃居通信的主导地位。我国目前应用的第

17、二代蜂窝系统为欧洲的gsm系统以及北美的窄带cdma系统。第二代移动通信系统在系统构成上与第一代模拟移动通信系统无多大差别。不同的是，它在几个方面，如多址方式、调制技术、话音编码、信道编码、分集技术等采用了数字技术。2g系统主要采用数字的时分多址（tlme division multiple access，tdma）和cdma技术，提供数字化的话音业务及低速数据业务。它克服了模拟移动通信系统的弱点。话音质量、保密性能得到很大的提高，并可进行省内、省际自动漫游。针对2g系统在数据业务上的弱点，2.5g系统通过在zg网络中添加分组交换控制功能，可为用户提供一定速率的数据业务，从而成为介于2g和3g

18、系统的过渡类型，2.5g的gprs系统在gsm系统的基础上，增加了分组控制单元、服务gprs支持节点、网关gprs支持节点等网元设各。具有代表性的25g系统有基于gsm的gprs系统和基于cdma95的cdma2000lx系统。为解决gprs的实际速率往往只有10kbs左右的问题，edge（enhanced data rate for gsm evolution）被提出并用来提升gprs网络的数据交换能力，它实际速率可以达到80130kbs，最高理论速率则可以达到384kbs，因此又被人们称为2.75g系统。1.3.1 2g移动通信系统第二代移动通信技术基本可被切为两种，一种是基于tdma所发

19、展出来的以gsm为代表，另一种则是cdma规格，复用multiplexing形式的一种。主要的第二代手机通讯技术规格标准有：l gsm：基于tdma所发展、源于欧洲、目前已全球化。l iden：基于tdma所发展、美国独有的系统。被美国电信系统商nextell使用。l is-136也叫做d-amps：基于tdma所发展，是美国最简单的tdma系统，用于美洲。l is-95也叫做cdmaone：基于cdma所发展、是美国最简单的cdma系统、用于美洲和亚洲一些国家。l pdcpersonal digital cellular：基于tdma所发展，仅在日本普及。下面我所讲的主要是第二代移动通信技术

20、gsm，全名为:global system for mobile communications，中文为全球移动通讯系统，起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。工作原理：gsm系统组成被分成三个子系统：网络交换子系统（network switching subsystem nss）；基站子系统（base station subsystem bss）；网络管理子系统（network management subsystem nms），网络管理子系统（nms）又叫操作与维护中心（omc-operat

21、ion & maintenance center）。 网络子系统nss是整个gsm系统的核心。它对gsm移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换连接与管理的功能。基站子系统bss是gsm系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分，它通过无线接口直接与移动台相连负责无线信息的发送接收，无线资源管理及功率控制等，同时它与nss相连实现移动用户间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等。网络管理子系统nms负责nss和bss系统的维护管理工作。关键技术：（1）工作频段的分配我国陆地公用蜂窝数字移动通信网gsm通信系统采用900mhz频段：890915（移动台发

22、、基站收）935960（基站发、移动台收）双工间隔为45mhz，工作带宽为25 mhz，载频间隔为200 khz。随着业务的发展，可视需要向下扩展，或向1.8ghz频段的gsm1800过渡，即1800mhz频段：17101785（移动台发、基站收）18051880（基站发、移动台收）双工间隔为95mhz，工作带宽为75 mhz，载频间隔为200 khz。频道间隔：相邻两频道间隔为200khz。 每个频道采用时分多址接入（tdma）方式，分为8个时隙，即8个信道（全速率）。每信道占用带宽200 khz/825 khz。将来gsm采用半速率话音编码后，每个频道可容纳16个半速率信道。（2）多址方案

23、gsm通信系统采用的多址技术：频分多址（fdma）和时分多址（tdma）结合，还加上码多分址（cdma）和跳频技术。其中，时分多址（tdma，time division multiple access）就是一个信道由一连串周期性的时隙构成。不同信号的能量被分配到不同的时隙里，利用定时选通来限制邻近信道的干扰，从而只让在规定时隙中有用的信号能量通过。码多分址（cdma，code division multiple access）就是每一个信号被分配一个伪随机二进制序列进行扩频，不同信号的能量被分配到不同的伪随机序列里。在接收机里，信号用相关器加以分离，这种相关器只接收选定的二进制序列并压缩其频谱

24、，凡不符合该用户二进制序列的信号，其带宽就不被压缩。结果只有有用信号的信息才被识别和提取出来。还有跳频技术。跳频是指载波频率在很宽频率范围内按某种图案(序列)进行跳变。gsm采用每帧改变频率的方法，即每隔4.615ms改变载波频率，亦即跳频速率为1/4.615ms=217跳/秒。由于瑞利衰落的衰落谷点随频率不同而发生在不同地点，因此，使载频在几个频率点上变化（跳频），可减少信息损失，然后通过复杂的信息处理过程重新恢复全部信息。跳频是靠躲避干扰来获得抗干扰能力的。跳频只对慢速移动用户有好处，其得益约为1-4db（当无天线分集时，最多可达4db, 当有二重分集时，最多可有2.5db）。但是，当一个

25、基站或小区只有2个载波时，不能获得跳频增益。 下图是gsm系统的跳频示意图 （3）无线接口管理在gsm通信系统中，可用无线信道数远小于潜在用户数，双向通信的信道只能在需要时才分配。这与标准电话网有很大的区别，在电话网中无论有无呼叫，每个终端都与一个交换机相连。在移动网中，需要根据用户的呼叫动态地分配和释放无线信道。不论是移动台发出的呼叫，还是发往移动台的呼叫，其建立过程都要求用专门方法使移动台接入系统，从而获得一条信道。在gsm中，这个接入过程是在一条专用的移动台基站信道上实现的。这个信道与用于传送寻呼信息的基站移动台信道一起称为gsm的公用信道，因为它同时携带发自/发往许多移动台的信息。相反

26、地，在一定时间内分配给一单独移动台的信道称作专用信道。由于这种区别，可以定义移动台的两种宏状态：（1）空闲模式：移动台在侦听广播信道，此时它不占用任一信道。（2）专用模式：一条双向信道分配给需要通信的移动台，使它可以利用基础设施进行双向点对点通信。接入过程使移动台从空闲模式转到专用模式。系统性能：性能参数：第二代（ 2g）数字蜂窝移动通信系统-tdma 多址方式：tdma/fdma 双工方式：fdd 典型制式：gsm；d-amps(is-54/is-136)；jdc 话音传输方式：数字话音，语音压缩（信源编码）：6.5kbit/s-13kbit/s 信令传输方式：数字信令，复杂的控制信道 发射

27、功率：bs:2.5-320w; ms:0.25-20w 等效信道带宽：8.33khz-25khz 数据业务：每信道最大速率9.6kbit/s 频率再用程度：每区群小区数：3-7 小区半径：0.5km-35km 通信（电话）容量：信道总数；每小区可用信道数；单位面积可用信道数 抗干扰措施：信道编码；数据交织；天线分集；自适应均衡；慢速跳频；扇区 安全措施：鉴权、加密其能力与不足： 可实现扇区内、小区内、小区间、移动电话交换局间移动电话接续、双向通话； 可实现移动电话与固定电话间接续、双向通话；可提供最大每信道9.6kbit/s数据业务(电路交换) 相同制式可提供国际漫游服务； 系统安全性好：不易

28、被监听、非法并机；系统管理灵活 能够推广其它增值数据业务，但采用电路交换方式（信道统计利用率低），速率低 频率利用率有提高，频率再用程度有提高，系统容有提高；限制系统容量的主要因素：同道干扰 数字技术，便于大规模集成，成本可降低； 移动台发射功率较大。1.3.2 2.5g移动通信系统2.5g是一种介于2g和3g之间的无线技术，是移动服务目前所处的阶段，2.5g功能通常与gprs技术有关。较2g服务，2.5g无线技术可以提供更高的速率和更多的功能。gsm是基于电路交换、提供以话音为主的电路交换业务，能提供9.6kbps的数据服务。gsm+wap的承载是电路交换（csd）方式，csd方式数据与话音

29、不能同时进行，在收费模式上也是按照时长来收费。而hscsd(高速电路交换数据high speed circuit switching data)是利用当前的gsm技术稍加改进而成的，它可以把一个数据流复用到8个无线信道上，从而使数据速率提高到64kbps。 hscsd具有和gsm数据业务相同的缺点，就是采用电路交换。它唯一的优势就在于适当提高了数据传输速率。尽管hscsd在网络建设上便宜一些，但是hscsd对无线资源的利用率不高，并不适应移动通信的发展要求，随着gprs(general packet radio service)的不断实用化，hscsd已经不可能走得太远。工作原理：gprs (

30、general packet radio service)在gsm的基础上，引入了无线分组交换技术，实现多个用户共享同一无线信道，提高了无线资源的统计利用率。实现了一个用户可同时使用多至8个无线信道，提高用户的数据传输速率，并可随时接人和发送分组数据，实现“永远在线”。由于建立新的连接几乎无需任何时间(即无需为每次数据的访问建立呼叫连接)，因而随时都可与网络保持联系。并且，gprs在一定程度上实现了移动ip业务，但此时的话音业务和数据业务是分开交换的。 gprs网络下图为2.5g移动通信gprs网络：关键技术：（1）分组技术无线分组交换技术，它能实现多个用户共享同一无线信道，提高了无线资源的统

31、计利用率。分组交换技术不仅在网络资源的利用率上较电路交换有了很大的提高，而且使gprs可以同时进行语音与数据的传递，并且计费可以完全按照产生的流量来统计。（2）高速电路交换数据服务这是gsm网络的升级版本，hscsd(high speed circuit switched data) 2.5g能够透过多重时分同时进行传输，而不是只有单一时分而已，因此能够将传输速度大幅提升到平常的二至三倍。目前新加坡m1与新加坡电讯的移动电话都采用hscsd系统，其传输速度能够达到57.6kbps。 （3）整合封包无线服务gprs(general packet radio system)是封包交换数据的标准技术

32、。由于具备立即联机的特性，对于使用者而言，可说是随时都在上线的状态。gprs技术也让服务业者能够依据数据传输量来收费，而不是单纯的以联机时间计费。这项技术系与gsm网络配合，传输速度可以达到115kbps。 （4）全球增强型数据提升率完全以目前的gsm标准为架构，edge(enhanced dataratesfor global evolution)不但能够将gprs的功能发挥到极限，还可以透过目前的无线网络提供宽频多媒体的服务。edge的传输速度可以达到384kbps，可以应用在诸如无线多媒体、电子邮件、网络信息娱乐以及电视会议上。 （5）无线应用通讯协议wap(wireless appli

33、cation protocol)是移动通信与互联网结合的第一阶段性产物。这项技术让使用者可以用手机之类的无线装置上网，透过小型屏幕遨游在各个网站之间。而这些网站也必须以wml(无线标记语言)编写，相当于国际互联网上的html(超文件标记语言)。 （6）蓝牙蓝牙是一种短距的无线通讯技术，电子装置彼此可以透过蓝牙而连接起来，传统的电线在这里就毫无用武之地了。透过芯片上的无线接收器，配有蓝牙技术的电子产品能够在十公尺的距离内彼此相通，传输速度可以达到每秒钟1兆字节。以往红外线接口的传输技术需要电子装置在视线之内的距离，而现在有了蓝牙技术，这样的麻烦也可以免除了。 （7）epoc由symbian所开发

34、的epoc是一种能够让移动电话摇身一变成为无线信息装置(例如智能电话)的操作系统，满足使用者对于数据的需求。它支持信息传送、网页浏览、办公室作业、公用事业以及个人信息管理(pim)的应用，也有软件可以和个人计算机与服务器作同步的沟通。性能应用：（1）gprs中的wap应用gprs与wap组合是当前令“手机上网”迈上新台阶的最佳实施方案：gprs是强大的底层传输，wap则作为高层应用，如果把wap比作飞驰的车辆，那么gprs就是宽阔畅通的高速公路，任您在无线的信息世界中随意驰骋。（2）设备上的应用gprs可以在除蜂窝电话之外的多种设备中得以实现，包括膝上型电脑的pcmcia调制解调器、个人数字助

35、理的扩展模块和手提式电脑。当前流行的手提式e-mail设备blackberry（黑莓）的制造商research in motion（rim)于一个称为microcell telecommunications的gsm供应商合作，研究如何将gprs用于其他无线系统消息的传送。 （3）gprs业务应用在2000年初开启的通用分组无线业务gprs，作为迈向第三代个人多媒体业务的重要里程碑，将使移动通信与数据网络合二为一，使ip业务得以引入广阔的移动市场。以gprs为技术支撑，可实现诸如：电子邮件、电子商务、移动办公、网上聊天、基于wap的信息浏览、互动游戏、flash画面、多和弦铃声、pda终端接入、

36、综合定位技术等。1.3.3 2.75g移动通信系统2.75g移动通信系统，也就是edge，英文enhanced data rate for gsm evolution 的缩写，即增强型数据速率gsm演进技术。工作原理：edge是一种从gsm到3g的过渡技术，它主要是在gsm系统中采用了一种新的调制方法，即最先进的多时隙操作和8psk调制技术。由于8psk可将现有gsm网络采用的gmsk调制技术的信号空间从2扩展到8，从而使每个符号所包含的信息是原来的4倍。edge作为gprs到第三代移动通信的过渡性技术方案，主要原因是这种技术能够充分利用现有的gsm资源。因为它除了采用现有的gsm频率外，同时

37、还利用了大部分现有的gsm设备，而只需对网络软件及硬件做一些较小的改动，就能够使运营商向移动用户提供诸如互联网浏览、视频电话会议和高速电子邮件传输等无线多媒体服务，即在第三代移动网络商业化之前提前为用户提供个人多媒体通信业务。edge仍然是电路交换和分组交换并存，即话音业务基于电路交换，数据业务基于分组交换。现有的bss基础结构能用来提供edge，但是，因为采用了新的调制技术，要求有新一代的收发信机，因此对设备的更新较大。关键技术：作为介于现有第二代移动通信系统与第三代移动通信系统之间的一种过渡性数据通信技术，edge(enhanceddatarate for gsm evolution)技术

38、能够大大提高现有gsm网络的数据服务速率。但要想充分发挥edge的速率优势，运营商必须要对现有的gsm系统结构和所有设备进行修改。 edge的技术不同于gsm的优势在于：(1)8 psk空中接口模式 (2)增强型的amr编码方式 (3)mcs19九种信道编码方式 (4)链路自适应 (5)递增冗余传输 (6)rlc窗口大小自动调整系统性能：edge是一种能够进一步提高移动数据业务传输速率和从gsm向3g过渡中的重要技术。它在接入业务和网络建设方面所具有以下特性：(1)带宽得到明显提高,单点接入速率峰值为2mbit/s，单时隙信道的速率可达到48kbit/s，从而使移动数据业务的传输速率在峰值可以

39、达到384kbit/s，这为移动多媒体业务的实现提供了基础。 (2)更为精准的网络层提供位置服务。(3)edge不改变gsm或gprs网的结构，也不引入新的网络单元，只是对bts进行升级。 (4)核心网络采用3层模型：业务应用层、通信控制层和通信连接层，各层之间的接口应是标准化的。 (5)引入了媒体网关(mgw)。 (6)edge的速率高(7)接口总速率提高等等。1.4第三代（3g）模拟蜂窝移动通信系统第三代移动通信技术，简称3g，全称为3rd generation，中文含义就是指第三代数字通信。1995年问世的第一代模拟制式手机（1g）只能进行语音通话；1996到1997年出现的第二代gsm

40、、tdma等数字制式手机（2g）便增加了接收数据的功能，如接受电子邮件或网页；第三代与前两代的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升，它能够要能在全球范围内更好地实现无缝漫游，并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务，同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。3g服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以上。目前3g存在四种标准：cdma2000，wcdma，td-scdma，wimax。工作原理：第三代移动通信系统（imt-2000），在第二代移动通信技术基础上进一步演进的以宽带cdma技术为主,并能同时提供话音和数据业务的移

41、动通信系统 亦即未来移动通信系统，是一代有能力彻底解决第一、二代移动通信系统主要弊端的最先进的移动通信系统。根据imt-2000系统的基本标准，第三代移动通信系统主要由4个功能子系统构成，它们是核心网（cn）、无线接入网（ran）、移动台（mt）和用户识别模块（uim），且基本对应于gsm系统的交换子系统（sss）、基站子系统（bbs）、移动台（ms）和sim卡四部分。其中核心网和无线接入网是第三代移动通信系统的重要内容，也是第三代移动通信标准制订中最难办的技术内容。第三代移动通信系统可以实现移动性、交互性和分布式三大业务，是一个通过微微小区，到微小区，到宏小区，直到“随时随地”连接的全球性卫

42、星网络。关键技术：（1）w-cdma技术wcdma 是英文wideband code division multiple access（宽带码分多址）的英文简称，是一种第三代无线通讯技术。w-cdmawideband cdma 是一种由3gpp具体制定的，基于gsm map核心网，utran（umts陆地无线接入网）为无线接口的第三代移动通信系统。目前中国联通采用的此种3g通讯标准。w-cdma是一个itu(国际电信联盟)标准，它是从码分多址（cdma）演变来的，从官方看被认为是imt-2000的直接扩展，与现在市场上通常提供的技术相比，它能够为移动和手提无线设备提供更高的数据速率。wcdma

43、采用直接序列扩频码分多址（ds-cdma）、频分双工（fdd）方式，码片速率为3.84mcps，载波带宽为5mhz.基于release 99/ release 4版本，可在5mhz的带宽内，提供最高384kbps的用户数据传输速率。w-cdma能够支持移动/手提设备之间的语音、图象、数据以及视频通信，速率可达2mb/s（对于局域网而言）或者384kb/s（对于宽带网而言）。输入信号先被数字化，然后在一个较宽的频谱范围内以编码的扩频模式进行传输。窄带cdma使用的是200khz宽度的载频，而w-cdma使用的则是一个5mhz宽度的载频。（2）cdma2000技术cdma2000（code div

44、ision multiple access 2000） 是一个3g移动通讯标准，国际电信联盟itu的imt-2000标准认可的无线电接口，也是2g cdmaone标准的延伸。 根本的信令标准是is-2000。 cdma2000由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、lucent和後来加入的韩国三星都有参与，韩国现在成为该标准的主导者。这套系统是从窄频cdma one数字标准衍生出来的，可以从原有的cdma one结构直接升级到3g，建设成本低廉。但目前使用cdma的地区只有日、韩和北美，所以相对于wcdma来说，cdma2000的适用范围要小些，使用者和支持者也要少些。不过cdma2000的研

45、发技术却是目前3g各标准中进度最快的，许多3g手机已经率先面世。 cdma2000 是一个3g移动通讯标准,国际电信联盟itu的imt-2000标准认可的无线电接口，也是2g cdma标准(is-95, 标志 cdma1x)的延伸。 根本的信令标准是is-2000。 cdma2000与另两个主要的3g标准wcdma以及td-scdma不兼容。（3）td-scdma技术td-scdma是中国唯一提交的关于第三代移动通信的标准技术，它使用了第二代和第三代移动通信中的所有接入技术，包括tdma、cdma和sdma，其中最关键的创新部分是sdma。sdma可以在时域/频域之外用来增加容量和改善性能，

46、sdma的关键技术就是利用多天线对空间参数进行估计，对下行链路的信号进行空间合成。另外，将cdma与sdma技术结合起来也起到了相互补充的作用，尤其是当几个移动用户靠得很近并使得sdma无法分出时，cdma就可以很轻松地起到分离作用了，而sdma本身又可以使相互干扰的cdma用户降至最小。sdma技术的另一重要作用是可以大致估算出每个用户的距离和方位，可应用于第三代移动通信用户的定位，并能为越区切换提供参考信息。总的来讲，td-scdma有价格便宜、容量较高和性能优良等诸多优点。（4）智能天线技术智能天线技术是中国标准td-sdma中的重要技术之一，是基于自适应天线原理的一种适合于第三代移动通

47、信系统的新技术。它结合了自适应天线技术的优点，利用天线阵列的波束汇成和指向，产生多个独立的波束，可以自适应地调整其方向图以跟踪信号的变化，同时可对干扰方向调零以减少甚至抵消干扰信号，增加系统的容量和频谱效率。智能天线的特点是能够以较低的代价换得天线覆盖范围、系统容量、业务质量、抗阻塞和抗掉话等性能的提高。智能天线在干扰和噪声环境下，通过其自身的反馈控制系统改变辐射单元的辐射方向图、频率响应及其他参数，使接收机输出端有最大的信噪比。（5）wap技术wap（wireless application protocol，无线应用协议）已经成为数字移动电话和其他无线终端上无线信息和电话服务的实际世界标准

48、。wap可提供相关服务和信息，提供其他用户进行连接时的安全、迅速、灵敏和在线的交互方式。wap驻留在因特网上的tcp/ip环境和蜂窝传输环境之间，但是独立于所使用的传输机制，可用于通过移动电话或其他无线终端来访问和显示多种形式的无线信息。（6）快速无线ip技术快速无线ip（wireless ip，无线互联网）技术将是未来移动通信发展的重点，宽频带多媒体业务是最终用户的基本要求。根据itm-2000的基本要求，第三代移动通信系统可以提供较高的传输速度（本地区2mb/s，移动144kb/s）。、由于无线ip主机在通信期间需要在网络上移动，其ip地址就有可能经常变化，传统的有线ip技术将导致通信中断

49、，但第三代移动通信技术因为利用了蜂窝移动电话呼叫原理，完全可以使移动节点采用并保持固定不变的ip地址，一次登录即可实现在任意位置上或在移动中保持与ip主机的单一链路层连接，完成移动中的数据通信。（7）软件无线电技术软件无线电技术可将模拟信号的数字化过程尽可能地接近天线，即将ad转换器尽量靠近rf射频前端，利用dsp的强大处理能力和软件的灵活性实现信道分离、调制解调、信道编码译码等工作。软件无线电技术基于同一硬件平台，通过加载不同的软件，就可以获得不同的业务特性，这对于系统升级、网络平滑过渡、多频多模的运行情况来讲，相对简单容易、成本低廉，因此对于第三代移动通信系统的多模式、多频段、多速率、多业

50、务、多环境的特殊要求特别重要。（8）多载波技术多载波mc-cdma是第三代移动通信系统中使用的一种新技术。多载波cdma技术早在1993年的pimrc会议上就被提出来了。目前，多载波cdma作为一种有着良好应用前景的技术，已吸引了许多公司对此进行深入研究。多载波cdma技术的研究内容大致有两类：一是用给定扩频码来扩展原始数据，再用每个码片来调制不同的载波。另一种是用扩频码来扩展已经进行了串并变换后的数据流，再用每个数据流来调制不同的载波。（9）多用户检测技术在cdma系统中，由于码间不正交，会引起多址干扰（mai），而多址干扰将会限制系统容量，为了消除多址干扰影响，人们提出了利用其他用户的已知

51、信息去消除多址干扰的多用户检测技术。多用户检测技术分为两大类：线性多用户检测和相减去干扰检测。在线性多用户检测中，对传统的解相器软输出的信号进行一种线性的映射（变换）以期产生新的一组有希望提供更好性能的输出。在相减去干扰检测中，可产生对干扰的预测并使之减小。目前，cdma系统中的多用户检测技术还存在一定的局限，主要表现在：多用户检测只是消除了小区内的干扰，而对小区间的干扰还是无法消除；算法相当复杂，不易在实际系统中实现。系统性能：与第一、第二代移动通信系统相比，第三代移动通信系统的主要特征是可以提供移动多媒体业务。具体包括高速移动环境（fdd：500km/h，tdd:120km/h）中支持速率

52、为144kb/s的业务，步行慢速移动环境（30km/h）中支持速率为384kb/s的业务，室内环境（3km/h）中支持速率为2mb/s的业务。参数wcdmacdma2000td-scdma信道带宽5/10/20mhz1.25/5/10/15/20mhz1.6mhz码片速率3.84mc/sn*1.2288mc/s1.28mc/s多址方式单载波ds-cdma单载波ds-cdma单载波ds-cdma+td-scdma双工方式fddfddtdd帧长10ms20ms10ms多速概念可变扩频因子和多码ri检测：高速率业务忙检测：低速率业务可变扩频因子和多码忙检测可变扩频因子和多时多码ri检测fec编码卷积

53、码r=1/3，1/3，k=9rs码（数据）卷积码r=1/3，1/3，3/4，k=9turbo码卷积码r=11/3，k=9turbo rs码（数据）交织卷积码：帧内交织rs码：帧间交织块交织（20ms）卷积码：帧内交织turbo rs码：帧间交织扩频前向：walsh（信道化）+gold序列218（区分小区）反向：walsh（信道化）+gold序列241（区分用户）前向：walsh（信道化）+m序列215（区分小区）反向：walsh（信道化）+m序列241-1（区分用户）前向：walsh（信道化）+pn序列（区分小区）反向：walsh（信道化）+pn序列（区分用户）调制数据调制：qpsk/bpsk

54、扩频调制：qpsk数据调制：qpsk/bpsk扩频调制：qpsk/oqpsk接入信道：dqpsk接入信道：dqpsk/16qam相干解调前向：专用导频信道（tdm）反向：专用导频信道（tdm）前向：公共导频信道反向：专用导频信道（tdm）前向：专用导频信道（tdm）反向：专用导频信道（tdm）语言编码amrcelpefr（增强全速率语音编码）最大数据率达384kb/s室内高达mb/s1x-ev-do:2.4mb/s1x-ev-dv:5mb/s最高为2.048mb/s功率控制fdd：开环+快速闭环（1.6khz）tdd:开环+慢速闭环开环+快速闭环（800hz）开环+快速闭环（200hz）基站同

55、步异步（不需gps）可选同步（徐gps）同步（需gps）同步（主从同步，需gps）切换移动台控制软切换移动台控制软切换移动台控制硬切换第2章 移动通信系统现有核心技术论述与分析自从1968年贝尔实验室提出蜂窝移动通信系统的概念以来，移动通信已经经历了两代系统的演变，正在向第三代移动通信系统也就是人们常说的3g全面实用化迈进。移动通信与信息家电、消费性电子产品的结合成为未来的发展趋势，第三代移动通信系统将实现宽带和综合多种业务需求，不仅能提供高质量的语音业务，而且能提供高速率的数据传输业务。3g的主要特征是提供移动多媒体业务，其中高速移动环境支持144kb/s的速率，步行慢速移动环境支持速率达3

56、84kb/s，在室内支持2mb/s的数据传输。其主要技术特点就是宽频带、高速率、大容量、高服务质量以及全球无缝漫游等。目前3g初步运营所表现出来的技术不成熟、业务不完善等诸多问题，显示出其所面临的许多技术难题需要克服，这些难题有的是蜂窝移动通信所固有的，也有的是3g系统所特有的，主要包括多径衰落、时延扩展、多址干扰、“远近”效应以及系统体制的兼容性与可扩展性。而接着下面将进行移动通信系统现有核心技术论述与分析，包括移动通信无线信道模型及信道特性分析（窄带与宽带）、移动通信系统中分集技术的算法与实现、移动通信系统中均衡技术的算法与实现、cdma系统中rake接收技术的算法与实现等核心技术。2.1

57、移动通信无线信道模型及信道特性分析移动通信系统通信系统 通信系统是为把用户非电形式的消息传送到远方，现代通信技术在发送端以用户终端设备将作为信源的消息转换成电信号，并令其经信道传送到远方的接收端，接收端用户终端设备再从所接收信号中还原出受信消息（信宿）。 是依靠无线信道实现的，它是最复杂的无线通信信道之一。移动通信系统的性能主要受到无线信道的制约，无线信道环境的好坏直接影响着通信质量的好坏。信号从发送机到接收机的过程中，受到地形或障碍物的影响，会发生反射、绕射、衍射等现象，接收机接收到的信号是由不同路径的来波组合而成，这种现象称为多径效应。由于不同路径的来波到达时间不同，导致相位不同。不同 相位的来波在接收端因