第一章通信系统演进介绍

数字无线传输宽带无线与多媒体中心王德胜20112023/5/241第1章概论1.1引言

☆移动通信已成为当代通信领域内发展潜力最大、市场前景最广的热点技术，☆移动通信用户的增长远远超过了人们的预期，☆未来的无线便携终端数量会超过目前计算机联网的数量，☆其业务也从面向语音通信转变为面向多媒体数据通信

2023/5/242展望☆高频谱效率☆高功率效率☆高性价比☆高质量的服务体系：扁平、透明、按需区分服务2023/5/243☆传输方式变化☆交换方式变化☆服务内容变化☆用户容量增大☆覆盖范围与全球漫游☆效率提高1.2从1G到4G的发展2023/5/244Europeanresearchon3Gstartedin1989withintheRACEIprogramand1991inRACEIIEuropeanresearchonsystemsbeyond3Gstartedin1999withintheISTprogram1980s1990s2000s2010s1G+1G2G+2G3G+3GBeyond3G+Beyond3GAnalogWidebandDigital???DigitalEuropeanresearchon3Gcontinuedin1995withintheACTSprogramFrameworkProgram6onfuturesystemsfullcommercialdeploymenttrialsstandardisationresearchEvolutionofmobilecommunicationsystems2023/5/245WirelessdataalreadybeintroducedinsecondgenerationmobileFirstGenerationAnalogueCircuitswitchedBasicvoicetelephonyLowcapacityLimitedlocalandregionalcoverageSecondGenerationDigitalCircuitswitchedVoiceplusbasicdataapplicationsLowdataspeedEnhancementstowardspacketswitchinghigherdataratesTrans-nationalandglobalroamingDigitalPacketandcircuitswitchedAdvanceddata(multimedia)applicationsFastdataaccessGlobalcoverageGlobalroamingThirdGenerationBeyondThirdGenerationDigitalPacketswitchedAllIPbased(IPv6)MoreadvancedmultimediaapplicationsUserincontrolFlexibleplatformofcomplementaryaccesssystemsHighspeeddataImprovedQoSGlobalcoverageGlobalroaming5.1.3Paradigmshiftfrom1stgenerationtowardsbeyond3G2023/5/2462023/5/247一体化网络架构Wi-Fi(WaveLAN)RadioHubCable,xDSL,V9010/100-BaseTWirelessLANBluetoothWirelessPANMultimedia&MessagingServer

integratedvoiceanddatavideopostcardsin-callimageup/download

codecconverterbandwidthmanagerstore&forwardplaybackContentMicroBSBTSUMTS/GSMCDMA2000WirelessBackboneandGatewaysLocationServicesIPNetwork2023/5/248Driversof3GBeyond3Gevolution…butdifficulttoextendtohigherdataratewithCDMAonlytechnology;toprovidevariousserviceswithdifferentQoStohaveenoughfrequencyresourcetoaccommodatemoresubscribersDrawbackLowsystemcapacityLowspectrumefficiency02519981999200020015075100125150Tbit/dayRealTime(e.g.Voice)NonRealTime(e.g.Internetaccess)MobileInternetUserMobileUser0200400600800100012001400160018001995200020052010Subscriptions(millions)MobileFixedMobileInternetFixedInternet2023/5/249Driversof3GBeyond3G2GRevolutionfromsubscriberserviceexpectationsEvolutionfrom2GsystemsIPRevolutionfromIPinfrastructureandBeyond2023/5/241005101520251999(ForecastbyITU-RTG-8/1forAsia)2015(Extrapolation)UpDownUpDownUpDown63%23?5.4119.810％30%15%28%8%91%Multimedia

(U:128k,D:10Mbps)

(U:128k,D:2Mbps)

(U:64k,D:384kbps)

(U/D:128kbps×n)1G/2GservicesVoice(U/D:16k,VOX0.5)Others(<64kbps)9%

Multimediatrafficincreases40%/year.10Mbpsdownstreamserviceemerges.Saturationof1G/2Gservicestraffic.Subscribers×1.5Voice:Multimediatrafficratio

1:2(in2010)3.91.5Relativetrafficvalueinbits(Ref:1999)Year2010Sources:NTTDoCoMo亚洲地区通信网络发展趋势2023/5/2411（1）4G系统要为用户提供高频谱效率、高可靠性的数据和语音服务，其空中接口应该能支持100Mbps以上的数据传输速率；（2）4G系统应该能有效支持全范围的多速率业务，并能满足用户对于服务质量的不同需求；（3）4G系统应该能够融合目前存在的多种无线接入技术，如无线局域网、Bluetooth、3G蜂窝系统等，使用户的终端设备能够在不同的制式之间透明地切换；（4）4G系统需要支持个性化服务等等。4G网络的主要需求2023/5/2412interconnectionIMT-2000低高1101001000峰值用户速率(Mb/s)EnhancedIMT-2000EnhancementIMT-2000移动性1101001000AreaWirelessAccessEnhancedIMT-2000EnhancementDigitalBroadcastSystemsNomadic/LocalAreaAccessSystemsNewNomadic/Local超3G超3G的新能力NewMobileAccess2023/5/2413移动无线通信的推进2023/5/24141.3影响无线通信的关键因素

☆移动时变无线信道的时间选择性、频率选择性衰落以及功率与带宽受限特性构成了阻碍实现高速无线传输的几个主要因素，☆相应地，对这些不利条件的克服以实现高速、高性能的数字传输则构成了当前移动通信研究的主旋律，☆MIMO-OFDM技术作为下一代移动通信系统的架构受到广泛的关注。目前普遍认为，MIMO与OFDM技术的结合能够有效地对抗上述不利因素。2023/5/2415矛盾兔的解描决思捕路☆有豆效性启、可音靠性繁的矛最盾统雄一☆从烘信息忆论角齐度看虚，解狗决这科种矛爸盾的虫方法赢主要吸是来浓自于倒挖掘雄各种欺各样缺的自碌由度萄，比援如空盈域，营时域偶，频奶域以贡及其旧它一纠些来这自于同系统岗建模拢得到就的数革据结丘构上好的自培由度样。☆这括种自正由度至既可车以被网用来笼增加休系统要容量扮，扩衔展有丹效性育；也吴可以盛被用证来增鞋加冗寻余改致善链脉路质头量，沉提高秃可靠司性。20忙23暴/5抱/1亦816☆在于频域絮，时允域等奏领域潜的自华由度刑开发唱已经暴取得仪巨大辞进展嗽的情自况下春，在纱传统满的蜂桌窝移招动通汗信系魔统中幅，空吗域的蛮优势盏没能另得到董充分零挖掘深。☆上否个世爱纪90年代慕，Fo乓sc怖hi贿ni和Te级la苦ta洁r等人贯得出杀一个乌研究照结论唉：在曲独立升平坦叮衰落贡条件育下，妥多入绕多出(M陪ul禾ti缓pl尸e-窑In胀pu猜t荒Mu钳lt违ip浆le利-O恨ut披pu虏t，MI积MO挂)多天主线系府统的徒信道报容量割将随强发射虑和接确收天纲线数仅而线予性增坡加。☆在器此基境础上现，Be亮ll实验吨室建冈立了佣著名嗓的垂恶直分杂层空才时码夫试验留系统龙，在逝具有俊丰富煤发散那的独榜立同环分布蓝瑞利(R早ay伟le岗ig滩h)平坦换准静拔态(Q慈ua衰落辱信道短下，绘取得绿了高论达20～40华bp营s/估Hz的频王谱利乔用率汪。MI下MO与“比空域车”自淹由度携的发布挥20飘23狗/5雾/1农817空分难复用冻技术19鞭96年，Be隐ll实验营室的Fo绞sc母hi似ni提出D-旺BL罗AS写T系统吐。19瞒97年，Wo湿ln模ia绞ns损ky、Fo并sc清hi欺ni等人穗提出摊简化控系统V-悲BL辅AS蜜T。BL芬AS事T系统购框图MI压MO信号健检测罪算法边研究稀现状20讯23脊/5黎/1真818☆MI跑MO空时并二维煎处理初技术早：发雪掘空偏分复草用和拢空间电分集任自由叨度，☆发无射机纵和接笋收机查采用等多元壮天线注阵列薪结构历，☆在冷发射食端设塑计合劈燕适的趋空时招码－踢－空末分复汽用增拼益，☆在正接收扶阵列贡设计阵接收仿信号再处理残算法西，以浴提高喂数据白传输索率并服（或嗽）改刮善传竹输质凭量。司－－承空间记分集羞增益20高23奖/5音/1睛819☆MI边MO技术迈在一纷定程颤度上识可以陡利用逮传播悦中的洗多径倦分量穿，也象就是催说MI来MO系统袍可以临抗多尤径衰泄落，☆作庙为现第代通挂信中欧对抗棋无线犁衰落纵、提早高频绍谱效厚率的乳重要则手段新之一奏，☆它趴是编矮码、宿调制袋、通位信信女号处酸理、佩阵列妥处理家等技沸术有野机结净合的名产物顺，☆不嫩需要浩额外振的频冷谱资壤源和拦发送府功率贤而显焦著提致高无维线系随统的情信道徒容量驱和传留输可绢靠性随。20英23童/5惯/1弱820☆目延前的MI堵MO空时幻玉系统厨研究迅中，击大多耳是基肥于独亏立同衫分布抓平坦贩瑞利光衰落深信道饱假设且展开乔的，素并已稼取得倡了长携足进嚼步。☆在弃实际穷的无窄线通收信环国境中熔，与魂不同兽天线乎对应轧的信甜道通劝常呈隆现一伪定的盈相关明性，类这种销相关隙性会指造成百系统颤性能伐的下秤降，妹削弱快多天万线结喊构带宋来的祖好处缝，降疏低系爱统性笛能，☆如练何针抽对相丑关衰枣落的姑信道谱特点腹和统奖计特浆性，百克服侧相关势衰落控的影束响，识改进烦系统疤的性陵能具脖有非馋常重膊要的统理论姑和实瘦践意群义。20毛23状/5律/1原821OF粱DM在频完谱效点率方湖面发心挥优城势20好23员/5串/1网822☆OF祸DM技术肚是一芽种并责行的第传输担技术网，它祥利用缎许多脖并行陕频率色正交单的、常低传染输速退率的劳数据悼子载真波来浙实现嚼高数登据速饭率的纱通信决，☆由匠于每鲜个码幻玉元相岭对持迁续时乘间较日长，或以及OF泳DM符号友的循青环前视缀，蔽符号疮间的去干扰凡可以珍有效歼的消由除，☆OF纷DM技术播以其斤频谱扩效率瞧高、柔均衡并简单荣、频短率资疲源分糕配灵红活等宰优点硬而在换过去财的十童几年厨间受屡到了两广泛岩的研沙究与吵应用饿。OF盛DM在频扒谱效尺率方碧面发蜡挥优亭势20蜻23狐/5笨/1嫂823OF百DM技术山主要顶有以秘下优齿点：1）OF嗓DM是抗因多径染的有饿效方侮法。灿多径武通常画表现伪在时税域信酸号中矿，而OF互DM处理少的是渠频域花中的元信号颗，因避而能漫够抵绝抗多钓径干羞扰，狮具有吉较强莲的抗县信道太频率筋选择小性衰届落的惩性能挑；2）OF核DM将信姨道划档分为极若干歌子信暖道，在而每费个子辅信道煮内部技可以塌认为调是平俱坦衰芦落的潜，这茂是OF四DM得以蓬应用诊的根廊本性怎条件值。根荣据每抬个所鞠划分半子信介道信循噪比己的不柜同，精可为斯其划沟分不镜同的彻传输图码率减，有泄效的育提高律系统锅容量晚，为关自适菜应编扮码提穴供有哥效平浩台；3）可乏以选乳用基牌于IF绵FT挨/F嘴FT的OF斧DM快速怪实现泥方法永；系真统的辅频谱博利用驰率趋拖于2B远au消d/朝Hz，频皂带资屯源节绕约50个%。4）OF李DM技术疼延长旅了每扯个信倒号的臣信号老周期马，因絮此突特发干估扰仅水能影州响信西号很具小的筹部分缸，因虫此具率有较佩强的移抗突惧发干怨扰能捎力。20芝23石/5测/1饼824☆MI辟MO与OF考DM技术迫的结弓合：OF选DM带宽股占用涨率降轰低了馅近乎50％，皮而MI照MO技术兆的采替用理亏论上颠能够响使频窝率效气率达雅到42幕bi量ts煤/H哨z/颜s。☆多伐载波平和多撕天线凉的引呢入带络来了互传输舰策略皇选择压的更纯多可懂能，半再加佳上业饼务的览多样扫性以尾及空坐时信斗道的扒时变务性都走使得纸这种炸通信浓体制劈燕传输诉策略蝴显得狡更加拒重要上，其止目的美是使拾系统解的吞姐吐率卵、服压务质泳量以缩慧及服刷务的诊公平黎性等赏指标盗达到丛最优MI凉MO＋OF阁DM形成岩主旋穿律20僚23仪/5饱/1遭825Ac翼ad菠em堂ic联A绪ch底ie瓜ve择me茶nt驻s(1肢)PD乡丰MA揉s钓ys比te恶mFu尺ll橡I环P煎Ar依ch保it陵ec帝tu难rePD么MA（Pa洗ck嫌et鞭D跌iv禾is芳io庭n拐Mu盟lt她ip降le纷A颜cc堪es亦s）Co兄mb寺in展e预wi街th限Q著oS艘C桐on掩tr延olUs罢e衫ou嫂r管pa朽te残nt魂a寒t通th扔e观li晋nk星l溜ay真erPr罚ov粥id己e突vo匀ic粪e,理t球ex大t,配i吩ma沟ge滑,挣vi意de授o桌se驻rv可ic它es仰a袭t轰th尼e滤sa押me音t伏im赔ePr乓ov仪id虽e侄In压te促rn扩et稼s照er熔vi练ce翁a怖nd河o汽th胶er傍s狗er番vi母ce钓s定by赶c暮el泪lu脾la欢r脊wi倦re波le让ss环a能cc饶es谜s20再23毙/5照/1积826全IP交换BW株M试验从网20居23胜/5劣/1璃827Ac香ad铃em失ic然A比ch垫ie抗ve当me守nt蚊s(2拼)Ar粗ch滴it董ec贩tu猪re虚o谣f拒ou庆r梯da贿ta丸l唯in验k跟la津ye视r蹲pr苏ot殖oc拣olOSI层3－7MIPTCPUDP分组数据应用语音应用电路数据应用IP物理层（PacketOFDM）MAC控制实体无线带宽分配信道适配实体数据链路管理实体可靠模式RLC实体非确认RLC实体MPPPMAC子层RLC子层OSI层2OSI层1尽力可靠模式RLC实体信道映射数据分发&QoS映射实体20由23炕/5饰/1质828Ac咱ad渔em唇ic笑A匆ch剖ie聋ve忧me饺nt敏s（3）Th地e稀re扫se脸ar逼ch送o垫f摆wi嫩re穗le红ss屠c饰om宫mu助ni早ca赏ti桂on绸g拣ro粮up沈c老ov自er峰s苗th随e周fo漠ll骑ow扣3伙m夹ai样n赚to给pi童csMI扮MO若-O捐FD盲M碗an移d代Sp雾ac零e-躁Ti睛me极C检od凡in柜gAd仪ap前ti剩ve垫R预es命ou浇rc零e酿Al型lo接ca偶ti奏onCr挨os拣s蝇La田ye摧r点Jo港in夫t拿Op中ti押mi思za乒ti喷onPu缸bl垂is貌he直d寇ab放ou孕t怨12圆0济pa悬pe讽rsAp毅pl悲ie烘d青fo我r耕ab汁ou诵t闪25蹈p迁at势en柿ts20泻23幸/5士/1关829Fu质TU堤RE验证放系统技术岛特征：Ro统F分布鹊式无凶线小横区混合FD垫D/模TD抹D组网GM闷C/栋OF嫂DM传输狱技术环境掘自适泄应传灯输技漆术分布袄式MI顾MO结构迭代竖接收银机技装术L1脱-R全AU切换景技术交织预多址妻复用器技术统一医硬软腿件试四验平贷台40典-1刊00可Mb美ps大范棒围覆后盖2-六10好bp历s/默Hz的频棚谱效塌率低功焰率、短高电浊磁兼津容Fu牧TU滨RE验证途系统20税23叠/5福/1拐83020桐23学/5输/1欲83120饲23箭/5椅/1境8323320氧23泥/5船/1孕833上海Fu柜TU体RE集成洗外场娇试验迁环境20孩23记/5脚/1贡834领导标感言(2侵00慢6.仇11习.1谎)☆激仍动人佛心,耳目南一新,非常戴兴奋,深受京鼓舞!☆科魄学研棋究是赚多数宫人服括从少挠数人乘的过拿程☆这诞三项羊成果扭渗透杠了科竭学家伟的心央血,没有哑创新宇献身,舒舒墓服服禽是得肥不来谷的☆要话从体溉制和绒机制敢上做深总结20邀23绢/5咽/1判835领导倾感言(2轮00伤6.吨11熔.1姨)中国黄的未轿来在迷于这材批国坝家的棍脊梁,2移02睁0年进及入创珍新型宵国家领行列,一定便能做当到!20筛23改/5炉/1钱8361.脆4从蜂林窝网柜络到RO捉F20喂23误/5耗/1猴83720阁23茫/5尿/1持838GS恰M隶Ar舒ch酿it腾ec筹tu度re20汗23舒/5狸/1集839Ro小F的体姥系结症构20崭23渴/5书/1彻840Ho跟w巩Di碰st蚀ri谱bu受te深d漂Ra坦di肌o克fo孔r贝B3畜G?蚂A喜R豪ad隔io清o边ve兽r卵Fi野be乌r丘So蒸lu望ti结on泰:湿Th蹈e少Co脏nc塔ep准tCU1CU2FiberAntVB1GC1MT2MT1GC2MT3ToBaseStationCtrlToBaseStationCtrlMa态ki遥ng蹈t深he尼a菊nt互en钳na岭s堵as替c抬lo坏se丸a妨s境po择ss任ib怀le械t县o胸th母eMT刺s!20锦23激/5铜/1第841Sy竹st忽em邮s衔tr候uc凯tu殃re雕o顶f俭th阿e徒di却st环ri喘bu芹te自d干ra啊di潜oPo糕ss凤ib义le爆h犯an昂do朵ve坊r己me妥ch挖an梢is捉m,点e浸.g恳.,守L劈燕1蜂ha正nd扭ov患er傲;Ra龟di束o检re闹so唉ur喇ce影m死an旱ag故em屠en尤t,梢e漂sp反ec塘ia本ll宝y腰dy繁na楚mi坛ca商lsp秃ac甜ia趟lre皆so凑ur驳ce陶a诊ll租oc理at读io率n;Po奸we锡r俊ef晌fi竭ci宋en役cy谜e总va抹lu铺at繁io致n;In植te励rf惭er逆en泥ce哭a矮na居ly量si最s;Sp痰ec侵tr贵al列e绝ff候ic晋ie外nc彻y啊ev胃al沾ua著ti逗on均.Ke个y圈Re钓se尊ar惨ch克T柄op净ic缝s龟on使D按is熟tr吧ib画ut团ed振R娃ad谈io20叠23吓/5杂/1茎842B3丛G网络跪结构沿图20观23朗/5氧/1薯843“十伙一五田”发虫展重劲点：垒总体亲框架下一跌代网嫩络与采服务宽带府无线准移动灶通信B3漂G/压4GE3肝G宽带贡无线盐接入短距饺离无圆线互罪联网络篇体系胜架构动态岭灵活稠光网朵络新型IP网络网络售服务葛支撑蹈技术家庭所网络小技术下一滑代网样络试岸验床（CN槽GI经+、3T络ne挖t+研)网络尺体系耐结构业务为与应顿用环潜境异构愧系统沙融合炼与互遭通微电命子/光电誉子核心备软件信息虑安全先进狸传感20梨23逼/5臣/1泛844通信朴网研笑究重园点及串目标亏凝练Tb僻it辩/s路由储器Tb热it/光传竞输新一代纸信息善网自动某交换毕光网络(A歇SO叔N)运营倾支撑宽带目流媒也体光通呆信个人葬通信网络漂体系速结构下一槐代互涉联网(I陪Pv恋6)软交椅换城域载以太蚂网宽带刻光接继入通用铜无线偏环境无线寨宽带断分组溜通信超长膛距离枣光传墓输(U摩LH碎)Tb嚷it滥/s光网虽络3T网重大酸专项节点把光交蠢换新一辞代蜂秩窝移峡动通般信（B3挠G)“44学43渠”四大关键榴技术“44纱43静”四大应用NGN重大装备开展各超前程研究形成飘知识忍产权建立珠合作缝机制实现瓣同步斤发展研制础节点奥设备建立搜示范模网络开展涝宽带捡应用攻克盼核心读技术研制脾关键具设备实现森上网才应用20壳23乌/5佩/1督845第一桨期86铁3“十宝五”“十疼一五果”20阴20年网络劝交换光通柿信无线练移动床通信2G（GS刚M/cd蚊ma)3G恋(W溉CD牺MA虫/c蚊dm弃a2蓬00京0/啦TD亏-S盆CD捧MAB3写G/归4GSD陡HWD茫MUL霞HOX统C/名OA阅DMAS誉ONATMINCRSSIPv6/TSR新一扣代宽封带信胀息网得络分组困交换可扩别展性端-端Qo惜S安全岸性开放瓦性移动刮性多业筐务低成扣本……BI趋P-荷IS偶DNBI毒NNG贼BI藏N20壮23悉/5辉/1什846迈向4G的Mo莲bi昼leWi歉MA偏X(运Wi监Br棉o)Mo患bi回li善tyHi白ghSp船ee德dLo送wSp齐ee总d80扛2.犁11托b2.餐4铜GH鹅zWL戒AN80鲁2.话11冠a/芒gCD枯MA异/G事SM盐/T丈DM疾AWP翼ANHi瓦gh烧s痕pe势edWL植ANMe歌di酿umSp段ee忆dWi晃-M食ax5基GH够zWL阴ANBl疮ue倍to恳ot晨hRF群IDZi让gB使eeMA继Ne的t19悦9520位0020肉05<1反00刷M莲bp嘱s~切14娱.4粘k绑bp斗s<5恩0冶Mb垄ps38共4绒kb扔ps14岛4管kb殊psAM崖PSET国AC粪SJT困AC垮SNM根TPA脖NDa币taRa近te椒s2010剖+1G(Analog)2G(Digital)Mo响bi干le恰W蓝iM升AX(W穗iB赚ro括)3G臭L唱TE3G(IMT2000)CD劳MA毫20其00仰EV顷-