移动通信课件第1章第四版

1、第第1 1章章 概述概述 移 动 通 信第第1 1章章 概述概述 目的与考核 掌握移动通信的基本概念、基本原理、主要技术、网络组成及典型系统，了解移动通信的发展历史和移动通信未来的发展趋势。 课堂听课为主，并积极主动自学。 考核方式：平时（作业、出勤、听课情况等）成绩占30，考试成绩占70。第第1 1章章 概述概述 课程安排 第1章 概述 第2章 移动通信网 第3章 移动信道的电波传播 第4章 数字调制技术 第5章 GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS 第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 第7章 第三代移动通信系统及LTE第第1 1章章 概述概述 第第1 1章章 概述概述 1.1 移动通信及

2、其特点移动通信及其特点1.2 移动通信的工作方式移动通信的工作方式1.3 移动通信系统的组成移动通信系统的组成1.4 移动通信系统的频段使用移动通信系统的频段使用 1.5 多址方式多址方式1.6 其他常用技术其他常用技术 1.7 移动通信系统的发展移动通信系统的发展 1.8 第四代移动通信第四代移动通信(4G)标准及现状标准及现状 第第1 1章章 概述概述 移动通信是通信领域中最具有活力，最具有发展前途的一种通信方式。 移动通信，顾名思义，其最本质的特色是“移动”二字，就是说这类通信不是传统静态的固定式通信，而是动态的移动式通信。第第1 1章章 概述概述 传统的固定式通信，又称为有线通信有线通

3、信。最大特点是静态的，信道是封闭的，且是人造的，从而是优质的。最大缺点是缺乏动态性，不适应现代人快节奏的生活需求，特别是快速移动的需求。 无线通信无线通信针对上述静态的缺点，以开放式传播来传递信息，代价是牺牲了全封闭式的优质人造信道，换取了无需采用固体介质专用线路的开放式传输的灵活性，但是信道的开放性必然引起了信道的时变性和随机性，从而大大降低了通信容量和质量。第第1 1章章 概述概述 移动通信移动通信则是在无线通信的基础上又进一步引入了用户的移动性 , 在无线通信的第一重信道动态的基础上又加入了第二重用户的动态性，这实质是两重动态性。 在第三代(3G)移动通信技术中进一步引入第三重动态性业务

4、类型动态选择特性。 在移动通信中，终端是移动的，传输线路是随终端移动而分配的动态无线链路，网络则是适应动态用户终端、动态线路的动态型交换网络第第1 1章章 概述概述 1.1 移动通信及其特点移动通信及其特点 移动通信的基本概念：至少有一方处于移动状态下进行信息交换的通信。包括：移动用户（车辆、船舶、飞机、行人等）和移动用户，或移动用户和固定用户（固定电台或有线用户）之间的通信。就正式商业运营而言，至今也不过只有30余年的历史，就其发展历程看，大约每十年更新一代。目前正处于第四代(4G)初期。第第1 1章章 概述概述 移动通信具有以下基本特点：移动通信具有以下基本特点： (1) 电波传播条件恶劣

5、。多径传播-多径衰落？ (2) 具有多普勒效应。多普勒频移？(3) 干扰严重。 (4) 接收设备应具有很大的动态范围。 (5) 需要采用位置登记、过境切换等移动性管理技术。(6) 综合了各种技术。交换、计算机、传输(7) 对设备要求苛刻。 第第1 1章章 概述概述 多径传播：多径传播： 1.电波在移动通信系统中的传播基本机制有：直射、电波在移动通信系统中的传播基本机制有：直射、反反射、绕射、散射、射、绕射、散射、以及它们的合成。以及它们的合成。 反射反射-发生于地球表面、建筑物、墙壁表面。反射式产发生于地球表面、建筑物、墙壁表面。反射式产生多径衰落的主要因素。生多径衰落的主要因素。 绕射绕射-

6、当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时会发生反射。房屋尖顶阻挡时会发生反射。房屋尖顶 散射散射-产生于粗糙表面，小物体或者不规则物体。树叶、产生于粗糙表面，小物体或者不规则物体。树叶、灯柱等灯柱等多径衰落（瑞利衰落）：多径衰落（瑞利衰落）：电波发生反射、绕射、散射后，产生许多路径的信号，因电波发生反射、绕射、散射后，产生许多路径的信号，因为电波通过各个路径的距离不同，所以各个路径电波到达为电波通过各个路径的距离不同，所以各个路径电波到达接收机的时间不同，则相位不同。不同相位的多个信号在接收机的时间不同，则相位不同。不同相位的多个信号在接收机进

7、行叠加，有时同相叠加而加强，有时反相叠加而接收机进行叠加，有时同相叠加而加强，有时反相叠加而减弱。使得接收信号的幅度急剧变化，发生多径衰落。减弱。使得接收信号的幅度急剧变化，发生多径衰落。 第第1 1章章 概述概述 由于移动台在运动中，所以产生多普勒频由于移动台在运动中，所以产生多普勒频移效应，频移值移效应，频移值fd与移动台运动速度与移动台运动速度v、工、工作频率作频率f（或波长（或波长）及电波到达角）及电波到达角有关，有关，即即 多普勒频移多普勒频移cosdf第第1 1章章 概述概述 移动通信系统的分类：移动通信系统的分类：按使用对象可分为：民用设备和军用设备；按用途区域可分为：陆地通信、

8、 海上通信和空中通信；按多址方式可分为：频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)、空分多址（SDMA)等；按覆盖范围可分为：宽域网和局域网；按业务类型可分为：电话网、数据网和综合业务网；按工作方式可分为：同频单工、异频单工、异频双工和半双工；按经营方式或用户性质可分为：专用网和公用网；按信号形式可分为：模拟网和数字网。第第1 1章章 概述概述 1.2 1.2 移动通信的工作方式移动通信的工作方式一一. . 单工通信单工通信三三. . 半双工通信半双工通信二二. . 双工通信双工通信频分双工（频分双工（FDDFDD）时分双工（时分双工（TDDTDD）同频单工同频单工异频单

9、工异频单工132022-5-5第第1 1章章 概述概述 一一. . 单工通信单工通信 用用PTTPTT单工通信是指通信双方电台交替地进行收信和发信。单工通信是指通信双方电台交替地进行收信和发信。 1.1.定义定义送 话 器T发 射 机AR接 收 机受 话 器TBRf1f1(f2)f1(f2)f12.2.原理图原理图图图1-2 单工通信单工通信1.2.4 移动通信的工作方式移动通信的工作方式142022-5-5第第1 1章章 概述概述 3. 3. 分类分类根据收、发频率的异同，又可分为：根据收、发频率的异同，又可分为：同频单工同频单工异频单工异频单工 需要用到转发器需要用到转发器同频是指通信的双

10、方，同频是指通信的双方， 使用相同工作频率（使用相同工作频率（f1）；操作）；操作采用采用“按按讲讲”（push to talkpush to talk，PTTPTT）方式。平时）方式。平时, ,双双方的接收机均处于守听状态。方的接收机均处于守听状态。是指通信的双方使用两个不同频率为是指通信的双方使用两个不同频率为f1和和f2 ，而操作仍，而操作仍采用采用“按按讲讲”方式。由于收发使用不同的频率，同一方式。由于收发使用不同的频率，同一部电台的收发信机可以交替工作，也可以收常开，只控部电台的收发信机可以交替工作，也可以收常开，只控制发，即按下制发，即按下PTTPTT发射。发射。单工通信单工通信1

11、52022-5-5第第1 1章章 概述概述 4.4.特点特点同频单工的优点是：同频单工的优点是：缺点是缺点是: : 设备简单；设备简单； 移动台之间移动台之间可直接通话，不需基站转接可直接通话，不需基站转接； 不按键时发射机不工作，因此不按键时发射机不工作，因此功耗小功耗小。 当附近有邻近频率的电台发射时，容易造成强干扰。当附近有邻近频率的电台发射时，容易造成强干扰。 只适用于组建简单和甚小容量的通信网；只适用于组建简单和甚小容量的通信网； 当有两个以上移动台同时发射时就会出现同频干扰；当有两个以上移动台同时发射时就会出现同频干扰；单工通信单工通信162022-5-5第第1 1章章 概述概述

12、f1终端终端2 2f2终端终端2 2终端终端1 1终端终端1 1是指通信的双方，收发信机均同时工作，即任一方在发是指通信的双方，收发信机均同时工作，即任一方在发话的同时，也能收听到对方的话音。话的同时，也能收听到对方的话音。二二. . 双工通信双工通信频分双工（频分双工（FDDFDD）1.1.定义定义2.2.分类分类t终端终端1 1终端终端3 3终端终端1 1终端终端2 2终端终端2 2终端终端4 4时分双工（时分双工（TDDTDD）1.2.4 移动通信的工作方式移动通信的工作方式172022-5-5第第1 1章章 概述概述 3.3.频分双工原理图频分双工原理图TARTBRf1f2f2f1天线

13、共用器送话器受话器发射机接收机图图1-3 频分双工通信频分双工通信 双工通信双工通信182022-5-5第第1 1章章 概述概述 双工制双工制：通信的双方，收发信机均同时工作，即任一方在发话的同时，也能收听到对方的话音，无需按无需按PTT开关开关，类同于平时打市话，使用自然，操作方便。分为同频双工和异频双工。异频双工制的优点异频双工制的优点：收发频率分开可大大减小干扰；用户使用方便。异频双工制的缺点异频双工制的缺点：移动台在通话过程中总是处于发射状态，因此功耗大； 移动台之间通话需占用两个频道移动台之间通话需占用两个频道；设备较复杂，价格较贵。在无中心台转发的情况下，异频双工电台需配对使用，

14、否则通信双方无法通话。 同频双工采用时分双工(TDD)技术，是近年来发展起来的新技术。第第1 1章章 概述概述 TDD对同步要求严格。对同步要求严格。PHS,TD-SCDMA均采用了均采用了TDD技术。技术。TDD具有以下三个显著特点：具有以下三个显著特点： 省去双工器；省去双工器； 可使用不对称频率，频率利用率提高；可使用不对称频率，频率利用率提高； 上、下行时隙灵活分配；上、下行时隙灵活分配；第第1 1章章 概述概述 移动台采用类似单工的移动台采用类似单工的“按讲按讲”方式，即按下按讲开关，方式，即按下按讲开关，发射机才工作，而接收机总是工作的。基站工作情况与双发射机才工作，而接收机总是工

15、作的。基站工作情况与双工方式完全相同。工方式完全相同。三三. . 半双工通信半双工通信 全双工全双工+PTT+PTT1.1.定义定义TARTBRf1f2f2f1天 线 共 用 器送 话 器受 话 器发 射 机接 收 机2.2.原理图原理图图图1-4 半双工通信半双工通信 212022-5-5第第1 1章章 概述概述 3.3.特点特点优点是：优点是： 移动台设备简单，价格低，移动台设备简单，价格低， 耗电少；耗电少； 收发采用不同频率，提高了频谱利用率；收发采用不同频率，提高了频谱利用率； 移动台受邻近电台干扰小。移动台受邻近电台干扰小。缺点是：缺点是：移动台仍需按键发话，移动台仍需按键发话，

16、松键受话，松键受话， 使用不方便。使用不方便。 由于收发使用不同的频率，同一部电台的收发信机可以交由于收发使用不同的频率，同一部电台的收发信机可以交替工作，也可以收常开，只控制发，即按下替工作，也可以收常开，只控制发，即按下PTTPTT发射。在发射。在中心台转发的系统中，中心台转发的系统中， 移动台必须使用该方式。移动台必须使用该方式。 半双工通信半双工通信222022-5-5第第1 1章章 概述概述 图图 1-3 双工通信方式双工通信方式 第第1 1章章 概述概述 1.3 移动通信系统的组成移动通信系统的组成移动通信系统按其经营方式或用户性质可分为专用移动通信系统（专网）和公共移动通信系统（

17、公网）。专网的最大功能要求是调度。集群集群（Trunking）移动通信是传统的专用无线调度系统的高级发展阶段，是专用移动通信的发展方向。专用移动通信的网络结构与公共移动通信系统越来越相像。数字集群移动通信系统，其本身就是在数字蜂窝移动通信系统上加上了调度功能。 第第1 1章章 概述概述 集群通信系统概念集群通信系统概念 集群通信系统可以定义为系统所具有的可用信道可为集群通信系统可以定义为系统所具有的可用信道可为系统的全体用户共用，具有自动选择信道功能，是一种系统的全体用户共用，具有自动选择信道功能，是一种共享资源、分担费用、共用信道设备及服务的多用途、共享资源、分担费用、共用信道设备及服务的多

18、用途、高效能的无线调度通信系统。高效能的无线调度通信系统。 主要面向各专业部门如公安、铁道、水利、军队等，主要面向各专业部门如公安、铁道、水利、军队等，以各专业部门用户为服务对象。在抢险救灾、处理各种以各专业部门用户为服务对象。在抢险救灾、处理各种突发事件等场景可以及时准确的调度指挥通信。突发事件等场景可以及时准确的调度指挥通信。可以提供单呼、组呼、广播呼叫、短信息等业务。用可以提供单呼、组呼、广播呼叫、短信息等业务。用户之间存在一定的关系和不同的呼叫级别。户之间存在一定的关系和不同的呼叫级别。 252022-5-5第第1 1章章 概述概述 集群系统的组成集群系统的组成 集群系统一般由终端设备

19、、基站、调度台和控制中集群系统一般由终端设备、基站、调度台和控制中心等组成。心等组成。 图图1-7 集群移动通信系统示意图集群移动通信系统示意图 262022-5-5第第1 1章章 概述概述 蜂窝移动通信系统的基本系统结构如图1-4所示。一个交换区由一个移动交换中心MSC（Mobile Service Switching Centre）、一个或若干个归属位置寄存器HLR（Home Location Register）和访问者位置寄存器VLR（Visitor Location Register)（有时几个MSC合用一个VLR）、 设备识别寄存器EIR（Equipment Identity Reg

20、ister）、鉴权中心AuC（Authentication Centre）、操作维护中心OMC（Operation and Maintenance Centre）、基站BS（Base Station）和移动台MS（MobileStation）等功能实体组成。 第第1 1章章 概述概述 图图1 - 4 蜂窝移动通信系统的基本结构蜂窝移动通信系统的基本结构 第第1 1章章 概述概述 MSC对位于其服务区内的MS进行交换和控制，同时提供移动网与固定公众电信网的接口。MSC是移动网的核心。作为交换设备，MSC具有完成呼叫接续与控制的功能，这点与固定网交换中心相同。作为移动交换中心，MSC又具有无线资源

21、管理和移动性管理等功能，例如移动台位置登记与更新、越区切换等。为了建立从固定网至某个移动台的呼叫路由，固定网就近进入关口MSC（GMSC），由该GMSC查询有关的HLR，并建立至移动台当前所属的MSC的呼叫路由。 第第1 1章章 概述概述 HLR是用于移动用户管理的数据库。每个移动用户必须在某个HLR中登记注册。HLR所存储的用户信息分为两类：一类是有关用户参数的信息，例如用户类别，向用户所提供的服务，用户的各种号码、识别码以及用户的保密参数等；另一类是有关用户当前位置的信息，例如移动台漫游号码、VLR地址等，用于建立至移动台的呼叫路由。 第第1 1章章 概述概述 VLR是存储用户位置信息的动

22、态数据库。当漫游用户进入某个MSC区域时，必须向该MSC相关的VLR登记，并被分配一个移动用户漫游号（MSRN），在VLR中建立该用户的有关信息，其中包括移动用户识别码（MSI）、移动用户漫游号（MSRN），所在位置区的标志以及向用户提供的服务等参数，这些信息是从相应的HLR中传递过来的。MSC在处理入网、出网呼叫时需要查询VLR中的有关信息。一个VLR可以负责一个或若干个MSC区域。EIR是存储有关移动台设备参数的数据库。EIR实现对移动设备的识别、监视、闭锁等功能。 第第1 1章章 概述概述 1.4 移动通信系统的频段使用移动通信系统的频段使用 早期的移动通信主要使用VHF和UHF频段，

23、其主要原因有以下三点： (1) VHF/UHF频段较适合移动通信。 (2) 天线较短， 便于携带和移动。 (3) 抗干扰能力强。 目前，大容量移动通信系统均使用800 MHz频段(CDMA)， 900 MHz频段(AMPS、TACS、GSM)，并开始使用1800 MHz频段(GSM1800/DCS1800)， 该频段用于微蜂窝(Microcell)系统。 第第1 1章章 概述概述 原邮电部规定原邮电部规定第第1 1章章 概述概述 第三代移动通信系统主要工作在第三代移动通信系统主要工作在2000 MHz频段上，世界各频段上，世界各国和地区频率分配的方式各不相同国和地区频率分配的方式各不相同。第第

24、1 1章章 概述概述 1.5 多多 址址 方方 式式 1.5.1 移动通信系统中的多址方式移动通信系统中的多址方式 （1）FDMA。北美的AMPS和英国的TACS。在我国AMPS和TACS这两种制式都有应用，但TACS占绝大多数。所谓FDMA，就是在频域中一个相对窄带信道里，信号功率被集中起来传输，不同信号被分配到不同频率的信道里，发往和来自邻近信道的干扰用带通滤波器限制，这样在规定的窄带里只能通过有用信号的能量，而任何其他频率的信号被排斥在外。模拟的FM蜂窝系统都采用了FDMA。 第第1 1章章 概述概述 （2）TDMA。北美的DAMPS和欧洲的GSM，在我国这两种制式也都有应用，但GSM占

25、绝大多数。所谓TDMA，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。实际上，现在使用的TDMA蜂窝系统都是FDMA和TDMA的组合，如美国TIA建议的DAMPS数字蜂窝系统就是先使用了30 kHz的频分信道，再把它分成6个时隙进行TDMA传输。 第第1 1章章 概述概述 （3）CDMA。北美的IS-95 CDMA系统。所谓CDMA，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，信号用相关器相关器加以分离，这种相关器只接收选定的二进制序

26、列并压缩其频谱，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。 第第1 1章章 概述概述 （4）SDMA。一种较新的多址技术，在由中国提出的第三代移动通信（3G）标准TD-SCDMA中就应用了SDMA技术。SDMA实现的核心技术是智能天线智能天线，理想情况下它要求天线给每个用户分配一个点波束，这样根据用户的空间位置就可以区分每个用户的无线信号。换句话说，处于不同位置的用户可以在同一时间使用同一频率和同一码型，而不会相互干扰。实际上，SDMA通常都不是独立使用的，而是与其他多址方式(如FDMA、TDMA和CDMA等)结合使用。对于处于同一波束内的不同

27、用户再用这些多址方式加以区分。 第第1 1章章 概述概述 SDMA的优势是明显的：可以提高天线增益提高天线增益，使得功率控制更加合理有效，显著地提升了系统容量；此外，一方面可以削削弱来自外界的干扰弱来自外界的干扰，另一方面还可以降低对其他电子系统的降低对其他电子系统的干扰干扰。SDMA实现的关键是智能天线技术，这也正是当前应用SDMA的难点。特别是对于移动用户，由于移动无线信道的复杂性，使得智能天线中关于多用户信号的动态捕获、识别与跟踪以及信道的辨识等算法极为复杂，从而对DSP（数字信号处理）提出了极高的要求，对于当前的技术水平是个严峻的挑战。第第1 1章章 概述概述 图1-5多址方式示意图（

28、a）FDMA的频段划分方法；(b)TDMA示意图；(c)FHCDMA和DSCDMA示意图；(d)空分多址示意图 第第1 1章章 概述概述 1.5.2 移动通信系统中不同多址方式的频谱效率移动通信系统中不同多址方式的频谱效率 FDMA蜂窝系统，频谱效率取决于每赫兹带宽信息比特率和频率复用系数。频率复用系数是表示相同频率是如何被复用的数目。例如，美国模拟蜂窝系统AMPS将分配的频谱分成30 kHz带宽的许多信道，并使用窄带FM调制，调制效率为每30 kHz一条话路。而AMPS载干比（C/I）需要18 dB或更高。根据推算和经验表明，需要频率复用系数为1/7。因此，每个小区中必须占用210 kHz的

29、频谱才有一条话路。第第1 1章章 概述概述 TDMA频谱效率的计算基本上和FDMA相同。例如，对于DAMPS， 每个小区必须占用70 kHz的频谱才有一条话路。换句话说，它的容量是模拟AMPS的三倍。同样可以算出，GSM的系统容量约是模拟TACS的两倍。 第第1 1章章 概述概述 决定CDMA系统容量的主要参数有处理增益、所需的Eb/N0值、话音激活系数、 频率复用效率和扇区数目等。还要受具体的地理环境、背景噪声和外部干扰等条件的影响。所以，在CDMA中，每条话路所需占用的频谱宽度是不确定的。通过试验和理论计算，IS-95CDMA的容量可达到AMPS的8至10倍，即每个小区中只占用20kHz的

30、频谱就可有一条话路。目前的CDMA蜂窝系统实际上也都是FDMA和CDMA的组合。频率复用系数约为2/3，CDMA系统的高容量很大一部分因素是由于它的频率复用系数远远超过其他制式的蜂窝系统，另外一个主要因素是它使用了话音激活技术。 第第1 1章章 概述概述 1.6 其他常用技术其他常用技术移动通信系统需要利用信号处理技术来改进恶劣无线电传播环境中的链路性能。均衡、分集和信道编码这三种技术，可以用来改进小尺度时间、空间中接收信号的质量和链路性能。它们既可以单独使用，又可以组合使用。均衡技术均衡技术可以补偿时分信道中由于多径效应产生的符号间干扰（ISI）。如果调制带宽超过了无线信道的相干带宽，将会产

31、生符号间干扰，并且调制脉冲将会产生时域扩展，从而进入相邻符号。而接收机的均衡器可对信道中的幅度和延迟进行补偿。由于无线信道的未知性和时变性，因此均衡器需要是自适应的。 第第1 1章章 概述概述 分集技术分集技术是另外一种用来补偿信道衰落的技术，它通常使用两个或多个接收天线来实现。演进中的3G通用空中接口也利用了发射分集技术，基站通过空间分开的天线或频率发送多份信号的副本。同均衡器一样，分集技术改善了无线通信链路的质量，而且不用改变通用空中接口或者增加发射功率或者带宽。信道编码技术信道编码技术通过在发送的消息中加入冗余数据位的方式来在一定程度上提高链路性能。 第第1 1章章 概述概述 1.6.1

32、1.6.1均衡技术均衡技术 非线性信道非线性信道-线性信道线性信道在带宽受限（频率选择性的）且时间扩散的信道中，由于多径影响而导致的符号间干扰会使被传输的信号产生失真，因而在接收机中产生误码。符号间干扰被认为是在无线信道中传输高速率数据时的主要障碍，而均衡正是克服符号间干扰的一种技术。由于移动衰落信道具有随机性和时变性，要求均衡器必须能够实时地跟踪移动通信信道的时变特性，因此这种均衡器又称为自适应均衡器。 第第1 1章章 概述概述 自适应均衡器一般包括两种工作模式，即训练模式和跟踪模式。工作过程如下：发射机发射一个已知的、定长的训练序列，以便接收机中的均衡器可以调整到恰当的设计，使BER最小。

33、典型的训练序列是一个二进制的伪随机信号或是一串预先指定的数据比特，而紧跟在训练序列之后被传送的是用户数据。接收机中的自适应均衡器将通过递归算法来评估信道特性，并且修正滤波器系数，以对多径造成的失真做出补偿。自适应滤波器将不断改变其滤波特性。当均衡器得到很好的训练后，就说它已经收敛。第第1 1章章 概述概述 均衡器需要周期性地做重复训练。均衡器通常用于数字通信系统中。时分多址（TDMA）无线通信系统特别适合于使用均衡器。TDMA系统在长度固定的时间段中传送数据，并且训练序列通常在一个分组的开始被传送。第第1 1章章 概述概述 1.6.21.6.2分集技术分集技术分集的概念：如果一条无线传播路径中

34、的信号经历了深度衰落，那么另一条相对独立的路径中可能包含着较强的信号。因此，接收机可以在多径信号中选择两个或两个以上的信号进行合并，使得接收机中的瞬时信噪比和平均信噪比都有所提高，并且通常可以提高2030dB。分集技术是通过寻找无线传播环境中的独立（或至少是高度不相关的）多径信号来实现的。 第第1 1章章 概述概述 分集方案分为两种：一种称为“宏观分集方案”；另一种称为“微观分集方案”。宏观分集方案用于合并两个或多个长时限对数正态信号，这些信号是经独立的衰落路径接收来自不同基站不同基站站址上的两个或多个不同天线发射的信号，显然，只要在各方向上的信号传播不是同时受到阴影阴影效应或地形地貌的影响，

35、这种方法能有效保持通信不会中断。微观分集方案用于合并两个或多个短时限瑞利瑞利信号，这些信号都是在同一个接收基站上，经独立的衰落路径接收来自两个或多个不同天线发射的信号。 第第1 1章章 概述概述 常用的分集包括：空间分集、频率分集、时间分集、极化分集。空间分集空间分集，也称为天线分集，也称为天线分集，要想从不同的天线上获得非相关的接收信号，就要求天线间的间隔距离等于或大于半个波长。在基站的设计中，在每个小区的中心，都装备了多个基站接收天线多个基站接收天线。但是由于移动台接近地面，容易产生严重的信号散射现象，因此基站处的分集天线之间必须相隔很远（通常是波长的几十倍波长的几十倍），才能实现信号的非

36、相关。空间分集既可用于基站，也可用于移动台，还可同时用于两者。目前，已有双天线手机面世。第第1 1章章 概述概述 频率分集频率分集在多于一个的载频上传送信号。其工作原理是，在信道相干带宽之外的频率是不相关的，并且不会出现同样的衰落。在理论上，不相关信道产生同样衰落的概率是各自产生衰落概率的乘积。时间分集时间分集是指以超过信道相干时间的时间间隔重复发送信号，以便让再次收到的信号具有独立的衰落环境，从而产生分集效果。目前，时间分集技术已经大量地用于扩频CDMA的RAKE接收机中，由多径信道提供传输冗余信息。第第1 1章章 概述概述 极化分集极化分集利用了空中的水平极化和垂直极化路径不相关的这一特性

37、。由于在传输中进行了多次反射，使得信号在不同的极化方向上是不相关的。将极化天线用于多径环境中，当传输路径中有障碍物时，极化分集可以惊人地减少多径时延扩展，而不会明显地降低功率。在宏观分集中，选用选择分集合并是有效的。这样，可以减少长时限衰落。选择性分集合并是在两个或者多个信号中进行选择，而不是对信号进行合并。对于短时限衰落的微观分集，原则是通过分集方案获得相等平均功率的大量信号，其相应的分集合并方法包括选择性合选择性合并，最大比值合并和等增益合并。并，最大比值合并和等增益合并。这些线性分集合并方法包含了多个接收信号简单的加权线性和。 第第1 1章章 概述概述 1.6.31.6.3信道编码技术信

38、道编码技术信道编码通过在传输数据中引入冗余来避免数字数据在传输过程中出现差错。用于检测差错的信道编码称为检错编码，而既可检错又可纠错的信道编码称为纠错编码。纠错和检错技术的基本目的是通过在无线链路的数据传输中引入冗余来改进信道的质量。信道编码器把源信息变成编码序列，使其可用于信道传输，这就是它处理数字信息源的方法。检错码和纠错码有三种基本类型：分组码、卷积码和Turbo码。第第1 1章章 概述概述 分组码是一种前向纠错（FEC）编码。它是一种不需要重复发送就可以检出并纠正有限个错误的编码。在分组码中，校验位被加到信息位之后，以形成新的码字（或码组）。卷积码与分组码有根本的区别，它不是把信息序列

39、分组后再进行单独编码，而是由连续输入的信息序列得到连续输出的已编码序列。已经证明，在同样的复杂度下，卷积码可以比分组码获得更大的编码增益。卷积码是在信息序列通过有限状态移位寄存器的过程中产生的。第第1 1章章 概述概述 1.7 移动通信系统的发展史移动通信系统的发展史 移动通信的发展大致经历了以下几个发展阶段：20世纪2030年代：警车无线电调度电话（AM调幅），使用频率为2 MHz。20世纪4050年代：人工接续的移动电话（FM调频），单工工作方式，频段为150 MHz及450 MHz。1947年Bell实验室提出了蜂窝的概念。20世纪60年代：自动拨号移动电话，全双工工作方式，使用频段为1

40、50 MHz及450 MHz。1964年美国开始研究更先进的移动电话系统（IMTS）。 第第1 1章章 概述概述 20世纪7080年代：AMPS、TACS分别在美国、英国投入使用。 使用频段为800/900 MHz（早期曾使用450 MHz），全自动拨号，全双工工作，具有越区频道转换，自动漫游通信功能。频谱利用率、系统容量和话音质量都有明显的提高。 20世纪90年代：GSM数字移动通信系统和窄带CDMA（IS-95A）数字移动通信系统及卫星移动通信投入使用。 第第1 1章章 概述概述 21世纪初：基于窄带IS-95 CDMA技术的宽带CDMA技术的cdma2000、基于日本无线工业广播协会（A

41、RIB）支持的纯W-CDMA和欧洲电信标准协会（ETSI）制定的UTRA 两个独立建议的W-CDMA、由我国提出的时分同步CDMA（TD-SCDMA）等第三代（3G）系统（IMT-2000）陆续开始投入使用或建立试验网。其中，第三代（3G）系统使用频段为18852025 MHz， 21102200 MHz，全球统一标准。 在使用的150 MHz、450 MHz、900 MHz三个频段的具体收发频率间隔分别为: 150 MHz的收发频率间隔为5.7 MHz；450 MHz 的收发频率间隔为10 MHz；900 MHz的收发频率间隔为45 MHz。 第第1 1章章 概述概述 20世纪80年代发展起

42、来的模拟蜂窝移动电话系统，人们把它称为第一代移动通信系统第一代移动通信系统。其主要技术是模拟调频、频分多址， 主要业务是电话。代表这一系统的有美国的AMPS，英国的TACS，北欧的NMT-900及日本HCNTS等。模拟系统的主要缺点是：频谱利用率低，不能与ISDN兼容，保密性差，以及移动终端要进一步实现小型化、低功耗、低价格的难度都较大。 第第1 1章章 概述概述 表表1-1 AMPS制式与制式与TACS制式的主要差别制式的主要差别 第第1 1章章 概述概述 码分多址（CDMA）数字蜂窝移动通信系统。与其他蜂窝系统比较，它具有以下优点： （1） 系统容量大：为GSM的5.6倍，TACS的11.

43、2倍； （2） 抗衰落能力及抗干扰性能强； （3） 话音质量高； （4） 保密性及安全性优于GSM系统； （5） 移动台发射功率低（约10 mW）； （6） 具有软切换和软容量特性； （7） 频率复用模式可达到1。 本区和邻区可共用同一频道， 因而不需要频率动态分配； （8） 可实现宽带数据传输。 第第1 1章章 概述概述 表表1 - 2 低功率系统的主要参数低功率系统的主要参数 第第1 1章章 概述概述 表表1 3 数字蜂窝系统的主要参数数字蜂窝系统的主要参数 第第1 1章章 概述概述 1.7.21.7.2从从2G2G向向3G3G发展发展1.1.移动用户数发展的必然趋势移动用户数发展的必然趋

44、势移动通信所赖以生存的无线电频率是一种宝贵的资源，频谱资源是有限的，但随着移动通信的飞速发展，用户数量的急剧增加，有限的资源被“无限”地利用，矛盾越来越尖锐。而由于采用了CDMA技术，相对于来说可以提供更大的系统容量，有效缓解急剧增长的用户数量和有限的频率资源之间的矛盾。从这个角度分析，的无线技术必将被所取代。 第第1 1章章 概述概述 2.2.移动业务发展的必然趋势移动业务发展的必然趋势分组交换、ATM、IP等各种技术的融合已经成为移动通信的发展趋势，而且移动通信和互联网络的结合也越来越紧密。同时，信息技术的发展和用户的多样化、个性化需求要求移动通信系统提供更丰富、更个性化的业务，如图像、话

45、音与数据相结合的多媒体业务和高速数据业务。2G系统主要为用户提供话音业务和低速数据业务，QoS能力有限，无法满足用户多媒体、电子商务、移动上网等多种新兴通信的要求。而3G能够达到高速车载环境下384kb/s、低速或静止状态下2Mb/s及以上的速率，因此可提供多样化、个性化业务，并向多媒体化、智能化、分组化方向发展。 第第1 1章章 概述概述 3.3.运营商发展的必然趋势运营商发展的必然趋势由于话音业务的利润空间日益缩小，要提高，还需要开展丰富的差异化竞争业务。因为直接将业务本身标准化，所以同一种业务就只有一种标准实现方式，不利于第三方的快速引入和业务生成，生成新业务比较困难，无法充分满足用户多

46、样化、个性化的业务需求。在中，某个特定业务可以抽象为多个业务能力特征的集合，每个业务能力特征可以根据承载网络的不同而由不同的业务能力具体实现，这表现了业务生成的多样化和灵活性。运营商只有充分利用平台来开展差异化竞争，才能在未来的激烈竞争中生存发展。 第第1 1章章 概述概述 IMT-2000的系统特性如下：(1)采用1.82.2GHz频带的数字系统。(2)在多种无线环境（蜂窝系统、无绳系统、卫星系统和固定的无线系统环境）下工作。(3)使用多模式终端，提供漫游能力。(4)提供广泛的电信业务。(5)具有与固定网络业务可比的高质量和完整性。(6)具有国际漫游和系统内部越区切换的能力。(7)使用智能网

47、（IN）技术进行移动性管理和业务控制。(8)具有高水平的安全和保密能力。(9)具有灵活开放的网络结构。 第第1 1章章 概述概述 无线传输技术（RTT）是第三代移动通信系统的重要组成部分。无线传输技术主要包括多址技术、调制技术、信道编码与交织、双工技术、物理信道结构和复用、帧结构、RF信道参数等。10个组织向ITU提交了候选RTT方案，如表1-4所示。特别值得一提的是，信息产业部电信科学技术研究院（CATT）代表中国也提交了自己的候选方案(TD-SCDMA)。 第第1 1章章 概述概述 表表1-4正式向正式向ITU提交的候选提交的候选RTT方案方案 序号 提交者 候选 RTT 方案 1 日本

48、ARIB W-CDMA 2 欧洲 ESA SW-CDMA&SW-CTDMA 3 ICO ICO RTT 4 中国 CATT TD-SCDMA 5 韩国 TTA Global CDMA &,&Satellite RTT 6 欧洲 ETSI_DECT EP-DECT 7 欧洲 ETSI_UTRA UTRA 8 美国 TIA TR45.3（UWC-136） TR45.5（cdma2000） & TR46.1（WIMS W-CDMA） 9 美国 T1P1-ATIS W-CDMA N/A 10 INMARSAT Horizons 第第1 1章章 概述概述 1.7.31.7

49、.3我国的移动通信发展历程我国的移动通信发展历程我国移动通信是从军事移动通信(即战术通信)起步的。民用移动通信发展较晚，最初阶段大致可分为早期、74系列、80系列三个阶段，20世纪50年代末到70年代中主要用于公安、邮电、交通、渔业等少数部门作专网用，1974年才开放了四个民用波段，制定了通用技术条件，开始研制频道间隔为50kHz和100kHz的74系列产品。1980年制定了频道间隔为25kHz的性能指标、测试方法和环境要求等部颁标准，开展了80系列设备的研制。 第第1 1章章 概述概述 我国公众移动通信起步于20世纪80年代，1987年在广州、上海率先采用900MHzTACS标准的模拟蜂窝移

50、动通信系统,开通了蜂窝移动通信业务。至1996年已基本建成一个覆盖全国(除台湾省以外)31个省、直辖市、自治区大部分地市县和部分重要县镇的全国移动通信网。该网采用的设备主要由摩托罗拉系统(称A网)和爱立信系统(称B网)组成。随着数字移动通信系统的发展与普及，模拟蜂窝移动通信系统于2000年起开始封网，并逐步退出中国电信发展的历史舞台，将频段让给数字蜂窝移动通信系统。第第1 1章章 概述概述 1994年4月，中国联合通信有限公司（简称“中国联通”）的成立打破了邮电“一统天下”的局面。中国联通决定采用技术先进、设备成熟、具有国际自动漫游功能的GSM数字移动通信技术,组建全国第二个公众移动通信网。1

51、994年9月，中国电信也采用GSM数字移动通信技术,组建了中国电信全国公众数字移动通信网。第第1 1章章 概述概述 CDMA数字蜂窝试验网率先由长城电信在北京、上海、广州、西安四大城市建成并开通，使用效果不错。1999年4月，信息产业部确定由中国联通在全国范围经营CDMA数字蜂窝系统。1999年11月，芬兰赫尔辛基ITU第18次会议上，TD-SCDMA进入ITUTG8/1文件IMT-RSPC的最终稿，成为ITU/3G候选方案。2000年5月5日，土耳其伊斯坦布尔无线电大会上，TD-SCDMA正式被ITU接纳成为IMT2000标准之一，这是百年来中国电信发展史上的重大突破。第第1 1章章 概述概

52、述 1.8第四代移动通信（第四代移动通信（4G）标准及现状）标准及现状 1.8.1 1.8.1 第四代移动通信系统中的关键技术第四代移动通信系统中的关键技术1 1）新的调制技术）新的调制技术第四代移动通信的要求数据速率从2Mb/s提高到100Mb/s，能够提供150Mb/s的高质量的影像服务。在无线信道下，要如此大幅度地提高传输速率,如何突破频率选择性衰落的影响是关键。被4G看好的高速调制技术为多载波正交频分复用（OFDM）调制技术。OFDM技术是一种无线环境下的高速传输技术。 第第1 1章章 概述概述 主要思想就是在频域内将给定的信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个载波进行调制，各

53、子载波并行传输，以获得高速。虽然总的信道是非平坦的，即具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，并且在每个子信道上进行的是窄带传输，即信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。OFDM技术的最大优点是能对抗频率选择性衰落或窄带干扰，并由于子信道的频谱是可以相互交叠的，因而频率利用率高。 第第1 1章章 概述概述 2）软件无线电技术3G中也采用了该技术。通过3G的开发，软件无线电技术将进一步向前发展，也将更为成熟。它可使移动终端和基站从3G到4G的发展速度大大加快，系统升级变得十分便捷。 3）智能天线技术3G也采用了该技术。智能天线具有抑制干扰、信号自动跟踪以及数字波束形

54、成等智能功能，用于移动通信，既可改善信号质量，又能增加传输容量。 第第1 1章章 概述概述 4）网络技术4G系统要满足3G不能达到的高速数据和高分辨率多媒体服务的需要，应能与宽带IP网络、宽带综合业务数据网（B-ISDN）和异步传送模式（ATM）兼容，实现宽带多媒体通信，形成综合宽带通信网。在处理多媒体业务时，智能无线资源管理和路由选择是关键技术，无线资源管理需根据用户的应用类别以及QoS要求，安排与分配可用资源、前/后向链路的传输速率，并完成选路、全程质量管理、无缝切换等。 第第1 1章章 概述概述 1.8.2 1.8.2 第四代移动通信的研发状况第四代移动通信的研发状况3G在全球布局后，4

55、G的路如何走一直是行业关注的热点问题，从2005年开始，国际上3GPP和3GPP2两个3G标准化组织就开始制订新一轮的3G演进标准。传统的WCDMA阵营的运营商和制造商都把HSDPA、HSUPA当作自己的发展方向，在这些技术进一步演进之后，LTE技术着重考虑的方面主要包括降低时延、提高用户的数据速率、增大系统的容量和覆盖范围以及降低运营成本等。为了满足这些要求，需要对无线接口以及无线网络的体系架构进行一些改进。第第1 1章章 概述概述 补充内容补充内容第第1 1章章 概述概述 现代移动通信技术的发展始于现代移动通信技术的发展始于2020世纪世纪2020年代年代, ,大致大致经历了五个发展阶段。

56、经历了五个发展阶段。一一 . .第一阶段从第一阶段从2020世纪世纪2020年代至年代至4040年代初，为移动通信年代初，为移动通信 早期发展阶段。早期发展阶段。特点：特点：1.1.主要应用在专用系统和军事通信领域。主要应用在专用系统和军事通信领域。2.2.使用的波段为短波波段。使用的波段为短波波段。3.3.移动通信的设备采用电子管，又大又笨重，通信效果差。移动通信的设备采用电子管，又大又笨重，通信效果差。4.4.采用人工交换和人工切换频率的控制和接续方式。采用人工交换和人工切换频率的控制和接续方式。其代表系统是其代表系统是19211921年美国底特律和密执安警察厅开始使用的年美国底特律和密执

57、安警察厅开始使用的车载无线电系统，该系统工作频率为车载无线电系统，该系统工作频率为2MHz2MHz。 世界移动通信的发展世界移动通信的发展802022-5-5第第1 1章章 概述概述 特点：特点： 开始运用于民用系统。开始运用于民用系统。 在频段使用上，开始使用在频段使用上，开始使用VHFVHF的的150MHz150MHz，到了后来又发展，到了后来又发展到到400MHz400MHz频段。频段。 由于晶体管的出现，使移动台向小型化方面大大前进了一由于晶体管的出现，使移动台向小型化方面大大前进了一步，通信效果也比以前有了明显的好转。步，通信效果也比以前有了明显的好转。1.1.从人工交换到专用自动交

58、换系统从人工交换到专用自动交换系统二二. .第二阶段从第二阶段从2020世纪世纪4040年代至年代至6060年代末，移动通信取年代末，移动通信取 得了进一步的发展。得了进一步的发展。美国、英国、日本、西德等国开始应用汽车公用无线电话美国、英国、日本、西德等国开始应用汽车公用无线电话（MTSMTS或或IMTSIMTS），如），如19461946年美国的圣路易斯城建立了世界上第年美国的圣路易斯城建立了世界上第一个公共汽车电话系统。一个公共汽车电话系统。 812022-5-5第第1 1章章 概述概述 三三. . 第三阶段从第三阶段从2020世纪世纪7070年代至年代至8080年代末，移动通信开年代末

59、，移动通信开始了空前的快速发展。始了空前的快速发展。 特点：特点： 开始运用于个人领域开始运用于个人领域。 在频段使用上，使用频段为在频段使用上，使用频段为800/900MHz800/900MHz。 移动设备小型化，系统大容量化。移动设备小型化，系统大容量化。1.1.集成交换系统集成交换系统这个时期的系统的主要技术是模拟调频、频分多址，以模拟方这个时期的系统的主要技术是模拟调频、频分多址，以模拟方式工作，加之以蜂窝小区进行组网，故称为模拟蜂窝移动通信式工作，加之以蜂窝小区进行组网，故称为模拟蜂窝移动通信系统。其典型系统包括系统。其典型系统包括AMPS系统、系统、TACS系统和系统和NMT系统等

60、。系统等。 822022-5-5第第1 1章章 概述概述 四四. . 第四阶段从第四阶段从2020世纪世纪9090年代至年代至2020世纪末，这是数字移世纪末，这是数字移动通信系统发展和成熟时期。动通信系统发展和成熟时期。 随着超大规模集成电路和低速率语音编码技术的出现，随着超大规模集成电路和低速率语音编码技术的出现，数字通信技术表现出了比模拟技术更突出的优越性，在移动数字通信技术表现出了比模拟技术更突出的优越性，在移动通信领域也出现了数字技术取代模拟技术的趋势，通信领域也出现了数字技术取代模拟技术的趋势， 数字蜂窝移动通信系统是以数字传输、时分多址或码数字蜂窝移动通信系统是以数字传输、时分多址或码分多址为主体技术，采用蜂