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20112023/7/21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

2023/7/22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2023/7/23☆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2023/7/24Europeanresearchon3Gstartedin1989withintheRACEIprogramand1991inRACEIIEuropeanresearchonsystemsbeyond3Gstartedin1999withintheISTprogram1980s1990s2000s2010s1G+1G2G+2G3G+3GBeyond3G+Beyond3GAnalogWidebandDigital???DigitalEuropeanresearchon3Gcontinuedin1995withintheACTSprogramFrameworkProgram6onfuturesystemsfullcommercialdeploymenttrialsstandardisationresearchEvolutionofmobilecommunicationsystems2023/7/25WirelessdataalreadybeintroducedinsecondgenerationmobileFirstGenerationAnalogueCircuitswitchedBasicvoicetelephonyLowcapacityLimitedlocalandregionalcoverageSecondGenerationDigitalCircuitswitchedVoiceplusbasicdataapplicationsLowdataspeedEnhancementstowardspacketswitchinghigherdataratesTrans-nationalandglobalroamingDigitalPacketandcircuitswitchedAdvanceddata(multimedia)applicationsFastdataaccessGlobalcoverageGlobalroamingThirdGenerationBeyondThirdGenerationDigitalPacketswitchedAllIPbased(IPv6)MoreadvancedmultimediaapplicationsUserincontrolFlexibleplatformofcomplementaryaccesssystemsHighspeeddataImprovedQoSGlobalcoverageGlobalroaming5.1.3Paradigmshiftfrom1stgenerationtowardsbeyond3G2023/7/262023/7/27一体化网络架构Wi-Fi(WaveLAN)RadioHubCable,xDSL,V9010/100-BaseTWirelessLANBluetoothWirelessPANMultimedia&MessagingServer

integratedvoiceanddatavideopostcardsin-callimageup/download

codecconverterbandwidthmanagerstore&forwardplaybackContentMicroBSBTSUMTS/GSMCDMA2000WirelessBackboneandGatewaysLocationServicesIPNetwork2023/7/28Driversof3GBeyond3Gevolution…butdifficulttoextendtohigherdataratewithCDMAonlytechnology;toprovidevariousserviceswithdifferentQoStohaveenoughfrequencyresourcetoaccommodatemoresubscribersDrawbackLowsystemcapacityLowspectrumefficiency02519981999200020015075100125150Tbit/dayRealTime(e.g.Voice)NonRealTime(e.g.Internetaccess)MobileInternetUserMobileUser0200400600800100012001400160018001995200020052010Subscriptions(millions)MobileFixedMobileInternetFixedInternet2023/7/29Dr勉iv葬er倾s苍of群3副G谎Be晨yo健nd3G2GRevolutionfromsubscriberserviceexpectationsEvolutionfrom2GsystemsIPRevolutionfromIPinfrastructureandBeyond20动23负/6述/2仙61005101520251999(ForecastbyITU-RTG-8/1forAsia)2015(Extrapolation)UpDownUpDownUpDown63%23?5.4119.810％30%15%28%8%3.40.50.591%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)Year2010So寒ur始ce兰s:乐N赵TT泳D限oC贵oM脊o亚洲恋地区次通信茫网络低发展嘱趋势20外23诸/6饮/2纱611（1）4G系统盲要为泡用户搞提供叶高频挠谱效并率、剖高可绩靠性矿的数乔据和渡语音音服务屯，其丘空中竹接口愚应该术能支答持10槐0M腐bp妈s以上访的数陶据传谅输速迫率；（2）4G系统改应该劝能有多效支量持全愚范围取的多摩速率缓业务霉，并梦能满晃足用年户对趟于服景务质清量的司不同良需求粘；（3）4G系统锻应该赠能够臣融合基目前怀存在斑的多钉种无跪线接搬入技应术，截如无伍线局门域网樱、Bl捡ue昏to齿ot息h、3G蜂窝站系统笼等，础使用撒户的其终端风设备念能够队在不去同的视制式更之间封透明耕地切沙换；（4）4G系统斩需要晨支持属个性凶化服胜务等衔等。4G网络组的主开要需糖求20且23塞/6奇/2寒612interconnectionIMT-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NewMobileAccess20民23累/6巴/2料613移动突无线迅通信译的推书进20上23筹/6食/2形6141.员3影响镜无线天通信提的关智键因驶素☆移前动时删变无骂线信嘴道的宾时间恋选择亲性、税频率奏选择食性衰稻落以卷及功影率与佳带宽艳受限孔特性谜构成异了阻望碍实赵现高殖速无何线传话输的塑几个保主要拣因素叮，☆相鼻应地堵，对扬这些调不利形条件术的克岸服以指实现阁高速幅、高更性能孝的数截字传近输则置构成毫了当肃前移载动通绪信研赵究的爸主旋却律，☆MI功MO低-O气FD么M技术广作为尤下一怨代移漠动通阔信系轻统的煤架构膛受到基广泛订的关犬注。佩目前羊普遍袭认为狂，MI深MO与OF扔DM技术怎的结谈合能深够有改效地委对抗勒上述昨不利顾因素魄。20赚23焦/6摔/2锣615矛盾笛的解捎决思仰路☆有勺效性胸、可忠靠性禾的矛肺盾统染一☆从赢信息密论角坝度看故，解魄决这钓种矛系盾的津方法携主要强是来再自于项挖掘卖各种依各样完的自忠由度峡，比欺如空肌域，肌时域萌，频遇域以卡及其水它一榨些来码自于盏系统遣建模才得到榆的数摄据结租构上阶的自元由度王。☆这信种自么由度垫既可悼以被司用来搏增加扬系统皮容量仆，扩湿展有就效性阵；也膝可以饥被用零来增例加冗道余改丧善链道路质概量，碰提高亦可靠么性。20势23露/6桑/2牛616☆在泥频域踏，时雹域等讨领域遥的自东由度奴开发混已经圈取得捡巨大难进展缺的情颤况下挑，在迁传统雁的蜂的窝移开动通暮信系钟统中鹅，空培域的休优势牺没能蜡得到顽充分甚挖掘畅。☆上步个世去纪90年代斩，Fo边sc派hi命ni和Te斥la挤ta脂r等人渣得出通一个艰研究呈结论植：在倘独立达平坦芒衰落洗条件秩下，晒多入项多出(M备ul置ti杂pl轿e-秋In睁pu损t哗Mu徐lt咬ip乖le响-O邀ut赞pu纵t，MI舰MO繁)多天秧线系末统的趣信道镜容量月将随营发射呜和接杨收天过线数文而线被性增距加。☆在济此基患础上讯，Be券ll实验叼室建杀立了厅著名惰的垂垦直分源层空趣时码绞试验剩系统远，在罚具有影丰富扑发散隔的独车立同埋分布仗瑞利(R违ay愚le床ig秆h)平坦耽准静绳态(Q轮ua衰落脸信道垒下，研取得饲了高汪达20～40所bp验s/前Hz的频剧谱利亲用率包。MI弃MO与“咸空域谨”自栏由度秋的发勺挥20咏23骂/6雪/2权617空分啦复用侧技术19失96年，Be惰ll实验峰室的Fo知sc沿hi裂ni提出D-租BL距AS崇T系统各。19金97年，Wo丘ln扑ia侄ns擦ky、Fo叹sc匀hi耐ni等人熄提出旗简化钢系统V-吃BL肃AS土T。BL厉AS环T系统尿框图MI此MO信号交检测碎算法摔研究汽现状20锯23聚/6训/2谁618☆MI府MO空时氧二维镜处理劳技术剃：发简掘空沟分复厕用和丘空间点分集腥自由武度，☆发舍射机灵和接苹收机赔采用针多元茅天线炭阵列册结构夫，☆在狮发射碎端设爹计合惯适的努空时鸽码－访－空膏分复附用增肌益，☆在夕接收轨阵列械设计西接收执信号嘴处理克算法店，以橡提高爪数据跳传输醉率并居（或善）改里善传萝输质值量。器－－咽空间累分集团增益20亩23霉/6畏/2律619☆MI煎MO技术攻在一纪定程柜度上衫可以蒸利用须传播铅中的膝多径秒分量缘瑞，也经就是锈说MI箭MO系统室可以去抗多继径衰扣落，☆作论为现杜代通袖信中谢对抗公无线岭衰落监、提售高频恢谱效毕率的烂重要唐手段羊之一底，☆它份是编重码、睁调制田、通育信信瞧号处登理、胖阵列镜处理壶等技相术有查机结嫂合的顿产物乓，☆不羡需要圈额外寸的频搭谱资蔬源和渔发送恩功率舅而显馆著提伙高无馋线系州统的带信道隙容量查和传信输可办靠性赠。20沟23钥/6坡/2行620☆目船前的MI美MO空时定系统袖研究耻中，栗大多拜是基岛于独寇立同平分布估平坦横瑞利杀衰落哀信道味假设敞展开拒的，加并已元取得夫了长扇足进梅步。☆在礼实际压的无竭线通万信环栽境中映，与演不同盾天线祸对应独的信减道通稻常呈跳现一巨定的务相关垫性，节这种妇相关嫁性会垄造成凡系统将性能吊的下巡寿降，挎削弱兰多天姻线结拌构带鞠来的舍好处亩，降筐低系鹿统性耕能，☆如敬何针圾对相名关衰贫落的豪信道卵特点别和统口计特陷性，葬克服很相关低衰落轰的影爪响，寒改进逆系统闲的性六能具腿有非充常重殃要的存理论血和实仇践意炉义。20泄23灾/6忽/2铁621OF走DM在频汁谱效恶率方凤面发跨挥优骑势20端23稍/6胳/2息622☆OF离DM技术崇是一责种并它行的鬼传输蹲技术震，它版利用党许多缠并行折频率挎正交睬的、析低传廉输速羊率的董数据宣子载货波来汁实现刊高数伤据速换率的派通信开，☆由叼于每衡个码弊元相具对持蚊续时胃间较皮长，垄以及OF释DM符号测的循目环前走缀，脱符号浙间的察干扰曲可以计有效羞的消炒除，☆OF稀DM技术荣以其向频谱缩慧效率迎高、谨均衡糕简单告、频效率资怎源分绸配灵念活等现优点气而在询过去大的十叶几年剥间受芽到了励广泛锦的研矮究与树应用章。OF警DM在频备谱效桨率方轿面发棚挥优湿势20凉23屡/6饰/2牲623OF衫DM技术晌主要蒜有以惨下优霸点：1）OF稻DM是抗纵多径占的有栋效方杜法。拨多径肝通常杰表现网在时执域信踏号中削，而OF某DM处理泪的是敞频域怕中的喉信号怒，因握而能鄙够抵片抗多川径干序扰，弄具有伤较强朗的抗逝信道性频率晒选择蒜性衰础落的现性能遗；2）OF谦DM将信犯道划吴分为省若干悟子信抱道，毒而每胁个子尾信道斧内部锁可以侨认为召是平狮坦衰蚀落的逮，这枯是OF欣DM得以尽应用芬的根差本性保条件仙。根呀据每西个所呈划分后子信可道信商噪比盐的不介同，豪可为里其划电分不不同的互传输戴码率趣，有繁效的屋提高设系统劈燕容量范，为从自适妨应编虹码提起供有卫效平杏台；3）可像以选卖用基创于IF份FT肯/F救FT的OF申DM快速祸实现萍方法贪；系挖统的被频谱编利用纵率趋喊于2B征au苦d/重Hz，频殊带资苹源节赛约50押%。4）OF项DM技术组延长及了每若个信漆号的骨信号猎周期兄，因庙此突环发干冈扰仅村能影女响信筑号很耕小的外部分痰，因自此具槐有较腿强的诉抗突疏发干烤扰能拾力。20棋23匪/6吐/2尸624☆MI宅MO与OF氧DM技术漆的结厘合：OF巷DM带宽将占用圣率降带低了影近乎50％，介而MI唯MO技术双的采可用理脾论上德能够抱使频凉率效余率达延到42择bi驶ts黎/H穴z/河s。☆多报载波五和多隙天线权的引局入带葡来了走传输穿策略顶选择梨的更痒多可疲能，想再加蓬上业榜务的食多样办性以反及空捆时信尝道的床时变宿性都少使得仍这种洁通信内体制纯传输凉策略赞显得案更加将重要洋，其耐目的笨是使置系统命的吞沟吐率叶、服筛务质且量以自及服缸务的崇公平删性等阴指标怪达到鸦最优MI窜MO＋OF饱DM形成郑主旋捎律20呜23曾/6隶/2辞625Ac腐ad滑em哄ic武A挺ch窃ie丝式ve唤me某nt绕s(1胳)PD鸡MA利s恰ys笋te郑mFu议ll仰I牛P共Ar程ch卷it鱼ec敢tu母rePD滤MA（Pa贡ck丸et效D沈iv别is杜io曲n拴Mu盗lt评ip哈le胞A日cc茎es浸s）Co绩mb商in毛e基wi忆th悦Q茄oS南C亩on暖tr烟olUs棵e门ou锣r寄pa页te社nt茫a泡t脉th翻e罚li哲nk逝l能ay闷erPr息ov病id饭e搭vo话ic督e,尺t峡ex瓦t,遥i绕ma脾ge曾,闻vi柳de贴o塔se鸟rv脑ic息es药a膝t旗th戏e丸sa找me炎t思im苏ePr盲ov社id侄e笛In亭te晕rn别et昼s伯er谁vi玩ce娃a丧nd位o裤th愉er季s铜er浪vi疾ce赤s圆by振c贪el梅lu便la牢r摧wi竿re演le占ss竹a康cc税es除s20壮23旦/6顷/2怀626全IP交换BW储M试验起网20夏23底/6安/2飞627Ac祸ad薪em僵ic极A侧ch逮ie骗ve铺me跃nt碰s(2朴)Ar艰ch欠it滨ec蒸tu气re统o死f寺ou洲r铃da认ta做l柜in旺k骗la够ye鼓r膀pr愤ot脱oc名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泄23即/6尺/2塘628Ac灰ad色em杂ic首A娱ch发ie蔑ve算me书nt鼓s（3）Th患e易re字se叨ar恰ch细o姿f惹wi册re福le推ss洞c上om蜻mu巷ni歌ca芒ti造on后g鄙ro概up谜c梯ov扁er绸s棵th婆e运fo形ll常ow怜3仁m阀ai巩n恒to售pi匪csMI蛙MO雅-O登FD欠M规an漫d桐Sp双ac蜻e-真Ti之me烟C畅od资in猎gAd熊ap喘ti祥ve始R唐es善ou并rc缎e么Al溜lo岛ca屠ti堤onCr映os旁s爹La欠ye愈r器Jo肉in庭t详Op吗ti队mi宋za毫ti厦onPu为bl连is暮he似d腹ab富ou香t风12极0湖pa役pe魄rsAp群pl按ie饮d硬fo赤r竞ab袭ou济t狂25筹p线at概en晚ts20羊23济/6澡/2红629Fu须TU盯RE验证圆系统技术毒特征：Ro靠F分布置式无樱线小担区混合FD上D/品TD向D组网GM盾C/违OF绍DM传输插技术环境霞自适秒应传皮输技脆术分布见式MI争MO结构迭代誓接收珍机技愁术L1彩-R辉AU切换汪技术交织吴多址乘复用找技术统一意硬软浊件试徒验平蚕台40趴-1境00尺Mb肚ps大范燥围覆誓盖2-余10麻bp罚s/起Hz的频矩谱效珠率低功侦率、哨高电炊磁兼源容Fu斧TU吵RE验证上系统20心23伍/6孟/2紧63020姐23偿/6脚/2志63120椅23毅/6网/2曲6323320择23醋/6仇/2职633上海Fu狮TU异RE集成午外场鼻试验摊环境20板23致/6劣/2陵634领导咐感言(2耳00馅6.屠11祥.1占)☆激天动人孕心,耳目块一新,非常原兴奋,深受漂鼓舞!☆科婶学研辛究是虹多数怜人服触从少鲁数人茄的过终程☆这隆三项温成果禾渗透竿了科与学家闻的心下血,没有俩创新乡丰献身,舒舒湿服服任是得抬不来燃的☆要苦从体零制和辈机制蠢上做擦总结20叉23该/6亭/2某635领导匪感言(2掘00较6.要11税.1居)中国月的未侄来在牙于这蛇批国料家的殖脊梁,2舌02声0年进猪入创陆新型龙国家渐行列,一定洋能做睡到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