通信原理与通信技术（第五版）课件 第15章 移动通信技术

1讲授：张卫钢通信原理与通信技术2024.8TEXTBOOK选用教材23微信公众号15移动通信技术4问题：随着经济和技术的发展，人们对交流方式提出了更高的要求，需要任何人、在任何地方、任何时间与任何人进行任何业务的交流。那么，如何实现呢？CONTENT目录5移动通信系统发展历程结语移动通信概述15.115.215.36

电话的应用和普及极大地改变了人们的生活方式，为人际间的沟通与交流架起了方便快捷之桥。随着科学技术的进步和社会的发展，人类进入了信息时代，生活节奏不断加快，生活领域不断扩大，人们热切希望能够实现任何人（whoever）在任何地方（wherever）、任何时间（whenever）与任何人（whomever）进行任何业务（whatever）的通信或交流，即“5W目标”。显然，只有移动通信系统才能满足这样的高标准需求。

移动通信系统几乎集中了有线和无线通信领域中所有的最新科技成果，不仅可以传送话音还能够传送数据、图片甚至影像，在很大程度上满足了人们的5W目标，成为一种全时空通信技术。移动通信是人们追求通信便利性的直接产物，是通信技术发展的主流和方向。引子15.07移动通信概述15.115.1.1移动通信的概念及特点移动通信：通信双方或至少一方是在运动状态下的双工通信过程或方法。由于采用无线方式并且是在运动中进行通信，移动通信系统就具有如下主要特点：（1）传输信道是无线信道。（2）具有复杂的电波传播环境。因为电波受到城市高大建筑物的阻挡而产生折射和反射现象，所以，移动台接收到的是多径信号，这种信号的幅度会发生快速和剧烈衰落现象，若移动台又在高速运动时，更会加快衰落现象；另外，因为移动通信是在运动过程中进行的，移动台之间会出现近处移动台干扰远处移动台的“远近效应”，所以，一般要求移动台的发射功率具有自动调整能力，同时移动台的接收机需要具有自动增益控制能力。8移动通信概述15.115.1.1移动通信的概念及特点（3）在强干扰下工作。移动台的通信环境变化很大，经常处于强干扰区，例如，附近的发射机可能对正在通信的移动台形成强干扰；又如，行驶中的自己开的车和其他车辆的噪声所形成的干扰也相当严重。因此，要求移动通信系统具备很强的抗干扰能力。（4）具有多普勒效应。运动中的移动台所接收的信号频率会随运动速度而变化并产生不同的频移，从而造成接收点信号强度的不断变化，其变化范围可达20～30dB。（5）应用环境条件差，对设备要求高。移动台长期处于运动中，时常遇到尘土、震动、日晒雨淋等情况，这就要求它必须有防震、防尘、防潮、抗冲击等能力。另外，因为移动台由用户直接操作，所以，要求它体积小、重量轻、成本低、操作使用简便安全。（6）用户数量大，频率有限。有限的频率资源决定了有限的信道数目，这与日益增长的用户数量形成一对矛盾。为了解决这个矛盾，除了开辟新频段，缩小频道间隔之外，还需研究各种有效利用频率的技术和新的通信体制。9移动通信概述15.115.1.2移动通信系统的分类

移动通信系统的主要分类有：

（1）按服务对象分类，有公用移动通信和专用移动通信系统两种类型。在公用移动通信领域，我国有中国移动、中国联通和中国电信三家企业经营移动电话业务，形成“三大”公用网。专用移动通信是为保证某些特殊部门的通信所建立的通信系统，例如公安、消防、急救、防汛、交通管理、机场调度等。（2）按传输信号分类，可分为模拟移动通信系统和数字移动通信系统。（3）按系统组成结构分类有：①蜂窝移动通信系统。是移动通信系统的主体和规模最大的移动电话网，具有全球性。②集群移动通信系统。集群（trunking）意指无线信道不为某一用户群专用，而是供若干个用户群共同使用。集群移动通信系统是传统专用无线调度网的高级版，主要用于调度和指挥，具有应急性、群体性、可控性、专用性的特点。10移动通信概述15.115.1.2移动通信系统的分类③无绳电话系统。无绳电话系统是指用无线信道代替电话线，在限定业务区内给用户提供移动或固定公共电话网业务的通信系统。通常，在商场、机场、火车站等公共场所使用，通过无绳电话可以呼入市话网，也可以实现双向呼叫。其特点是不适用乘车，只适用于步行。我国于1998年由中国电信开通无绳电话系统，俗称“小灵通”（2011年1月1日退市）。④移动卫星通信系统。把卫星作为中心转发台，各移动台通过卫星转发进行通信。⑤分组无线网。它是一种利用无线信道进行分组交换的通信网络。典型的分组无线网有无线自适应移动信息系统WAMIS、本地多点分配业务LMDS、蓝牙和无线接入网WAN。11移动通信概述15.115.1.3移动通信系统的组成

移动通信系统一般由移动台MS（MobileSet）、基站BS（BaseStation）、移动业务交换中心MSC（MobileSwitchCenter）等组成，如图15-1所示。12移动通信概述15.115.1.3移动通信系统的组成

移动台：移动台是移动通信系统用户使用的入网设备，主要有车载台、便捷台和手持台，都有收发信机和天线。每个移动台分为终端设备和用户身份卡两部分。终端设备由一个独特的国际移动设备识别码IMEI来区别。当一个移动台被一用户使用时，它还有一个被植入用户识别身份卡SIM中的国际用户识别码IMSI。

基站：基站是无线小区组织管理的核心，由收、发信机和天线等设备组成，能与小区内所有移动台进行通信。每个基站都有一个被称为无线小区的可靠通信服务范围，无线小区的大小主要由基站天线高度和发射功率决定，通常可分为大区制、中区制和小区制三种。13移动通信概述15.115.1.3移动通信系统的组成

大区制是指一个通信服务区（比如一个城市）由一个无线区负责。基站发射功率很大（50W或100W以上，手机一般为5W以下），覆盖半径可达25km以上。主要优点是基站数少，覆盖面积大。主要缺点是容量不大，信道数有限，一般只能容纳数百到数千个用户。

小区制一般是指覆盖半径为2～10km的多个天线区链接合成而形成一个大服务区的制式。基站发射功率很小（8W～20W）。因为通常将小区绘制成六角形（实际小区覆盖地域并非六角形），多个小区结合后看起来很像蜂窝，所以称这种网络结构为蜂窝网。用这种组网方式可以构成大区域大容量的移动通信系统，进而形成全省、全国或更大区域的系统。14移动通信概述15.115.1.3移动通信系统的组成小区制有以下四个特点：（1）基站只提供信道，交换、控制功能都集中在移动电话交换中心（MSC）。而大区制的信道传输、交换、控制等功能都集中在基站完成。（2）具有越区切换功能，即一个移动台从一个小区进入另一个小区时，要从原基站的信道切换到新基站的信道上来，而且不影响正在进行的通话。（3）具有漫游功能。即一个移动台从本管理区进入到另一个管理区时，其电话号码不能变，仍然像在原管理区一样能够被呼叫到。（4）具有频率再用功能。所谓频率再用是指一个频率可以在不同的小区重复使用。因为同频信道可以重复使用，再用的信道越多，用户数也就越多，所以，小区制可以提供比大区制更大的通信容量。几种频率的组网方式见图15-2。15移动通信概述15.115.1.3移动通信系统的组成

中区制是介于大区制和小区制之间的一种过渡制式，很少采用。

移动交换中心：移动交换中心是连接各个基站与市话网的纽带，主要用来处理信息的交换和整个移动通信系统的集中控制和管理。16移动通信概述15.115.1.4移动通信的多址技术

与卫星通信类似，在蜂窝式移动通信系统中，也需要通过一个基站为多用户提供独立信道，实现多用户通信服务或多址服务。无线多址通信：在一个通信网内各个通信台、站共用一个指定的射频信道，进行

相互间的多边通信，即通信网为各用户提供的多元连接服务。

有差别才能鉴别，能鉴别才可选择。多址技术的基础是信号特征上的差异，如信号工作频率、出现时间以及波形的不同等，并要求各信号的特征彼此独立或正交，即任意两个信号波形之间的互相关函数等于零或接近零。17移动通信概述15.115.1.4移动通信的多址技术FDMA可传输模拟信号和数字信号，而TDMA和CDMA只能传送数字信号。如第一代移动通信系统TACS采用FDMA方式，第二代移动通信系统GSM采用TDMA/FDMA混合方式，窄带CDMA系统采用CDMA/FDMA混合方式。第三代移动通信系统采用TDMA及CDMA方式。第四代移动通信系统主要采用正交频分多址OFDMA方式。无线多址技术也主要有频分多址、时分多址和码分多址以及它们的混合形式。18移动通信系统发展历程15.215.2.1第一代移动通信系统

第一代移动通信系统的主要特征为模拟技术，可分为蜂窝、无绳、寻呼和集群等多类系统，每类系统又有互不兼容的技术体制，其发展可分为三个主要阶段：（1）初级阶段：1946年到60年代中期，这一阶段移动通信的主要特点是容量小，用户少，人工切换，设备都采用电子管，体积大、耗电多。（2）中级阶段：60年代中期到70年代中期，模拟移动通信系统在这一阶段有了较大的发展，实现了用户全自动拨号；采用了晶体管使设备体积变小、功耗降低；频段由原来的30MHz、80MHz发展到150MHz和450MHz；公安、消防、列车、新闻等行业出现了大量的专用移动通信系统。19移动通信系统发展历程15.215.2.1第一代移动通信系统（3）大规模发展阶段：70年代中期到80年代末出现了“蜂窝”系统，提高了系统容量和频率利用率。大规模集成电路和微计算机、微处理器的大量应用使系统功能更强，移动台更加小型化，功耗更低，话音质量大幅度提高；频段从450MHz发展到900MHz，频带间隔减小，提高了信道利用率。20世纪70年代末，电子工业协会EIA建立了美国AMPS协议。1985年英国推出了TACS系统，同时还推出了其他几个蜂窝系统，如北欧的NMT、西德的C450和日本的NTT等。因为1G系统存在系统体制混杂，不能实现国际漫游，话音不保密，不安全，号码容易被盗，业务种类单一，不能提供ISDN业务，系统设备价格高，手机体积大，电池工作时间短，系统容量有限，扩容困难等缺点，所以北美、欧洲和日本等国自80年代起相继开发出了数字移动电话系统，即2G系统，主要目的是实现高容量、低功耗、全球漫游和切换功能。简言之，1G是模拟机时代。20移动通信系统发展历程15.215.2.2第二代移动通信系统

第二代数字移动通信系统主要包括数字蜂窝移动系统（由GSM、DAMPS、CDMA三种系统构成）、数字无绳电话系统（由DECT、PHS等系统构成）和高速寻呼系统（由FLEX、APCO、ERMES三种系统构成）。主要特征是采用了数字技术，提供了比第一代移动通信系统更高的频谱效率、更好的数据业务以及更先进的漫游功能。21移动通信系统发展历程15.215.2.2第二代移动通信系统1.GSM移动通信系统20世纪80年代初期，当模拟移动通信系统刚投放市场时，欧洲的电信运营部门就发觉他们的汽车电话远不如高速公路那样畅通。五、六种系统将整个欧洲的蜂窝网分割得四分五裂，根本不能形成规模效益。因此，欧洲电信运营部门于1982年成立了一个移动特别小组GSM，开始制定一种泛欧洲数字移动通信系统的技术规范。经过6年的研究、实验和比较，于1988年确定了包括采用TDMA技术在内的主要技术规范并且制定出实施计划。从1991年开始，该规范在德国、英国和北欧许多国家投入试运行，吸引了全世界的注意，使GSM技术向着全球移动通信系统的宏伟目标迈出了一大步。

注意：“GSM”还有另一种解释，即全球移动通信系统。22移动通信系统发展历程15.215.2.2第二代移动通信系统GSM系统既采用了TDMA技术，也采用了FDMA技术。具体地说，在GSM的25MHz带宽内，总共分为125个频道，一个频道（即一个载波）可同时传送8个话路，而一个频道占用200kHz带宽，即频道间隔为200kHz。这样，总共可容纳1000个用户。

我国参照GSM标准制定了自己的技术要求，主要内容有：使用900MHz频段，即890～9l5MHz（移动台―基站）和935～960MHz（基站、移动台），收发间隔45MHz；载频间隔200KHz，每载波信道数8个，基站最大功率300W，小区半径0.5～35km，调制类型GM－SK，传输速率270Kbps，手机的发射功率约为0.6W。GSM系统由若干个功能实体组成，见图15-3。23移动通信系统发展历程15.215.2.2第二代移动通信系统24移动通信系统发展历程15.215.2.2第二代移动通信系统GSM是一种多业务系统，通常可分为话音业务和数据业务两类。在话音业务中，信息是话音，而数据业务传送包括电文、图像、传真及计算机文件等在内的其他信息。除了这些传统业务外，GSM还提供一些非传统业务，如短消息。GSM网络提供的业务还可划分为基本业务和补充业务两部分。基本业务主要涉及传输媒介和建立呼叫的方式；补充业务则使用户能够更好地接受基本业务或是简化电信的日常使用，为用户提供方便，如呼叫前转、来电显示等。一项补充业务可以适用于几个基本业务，补充业务不能单独向用户提供，必须附加在基本业务之上。25移动通信系统发展历程15.215.2.2第二代移动通信系统2.GPRS

通用无线分组业务GPRS是一种基于GSM系统的无线分组交换技术。GPRS主要是在移动用户和远端的数据网络之间提供一种连接，从而给移动用户提供高速的、端到端的、广域的无线IP和无线X.25业务。GPRS突破了GSM只能提供电路交换的局限，通过增加相应的功能实体和对现有基站系统进行部分改造实现了分组交换。GPRS手机的传输速度一般可达115kbit/s；支持计算机和移动用户的持续连接；给GSM用户提供移动环境下的高速数据业务；提供收发E-mail、Internet浏览等功能；GSM系统是按连接时间计费的，而GPRS按数据流量计费；GPRS对于网络资源的利用率远远高于GSM。26移动通信系统发展历程15.215.2.2第二代移动通信系统GPRS系统有以下主要特点：（1）资源利用率高。在GSM网络中，GPRS引入分组交换传输模式，使得原来用电路交换模式的传输数据方式发生了根本性变化，这在无线资源稀缺的情况下显得尤为重要。在电路交换模式下，整个连接期内用户无论是否传送数据都将独自占有无线信道，会浪费不少空闲时段。而在分组交换模式下，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而提高了资源利用率。GPRS用户的计费以通信的数据量为主要依据，体现了“得到多少、支付多少”的原则。

要实现GPRS网络，需要在传统的GSM网络中引入新的网络接口和通信协议，需要在已有的GSM网络中增加一些节点，如网关GPRS支持节点GGSN和服务GPRS支持节点SGSN。移动台则必须是GPRS移动台或GPRS/GSM双模移动台（双模手机）。27移动通信系统发展历程15.215.2.2第二代移动通信系统（2）传输速率高。GPRS一般可提供115kbit/s的传输速率（最高值为171.2kbit/s）。（3）接入时间短。分组交换接入时间缩短为少于1s，能提供快速即时的连接，可大幅度提高一些工作（如信用卡核对、远程监控等）的效率，并可使已有的Internet应用（如E-mail、网页浏览等）操作更加便捷、流畅。（4）支持IP协议和X.25协议。GPRS支持Internet上应用最广泛的IP协议和X.25协议。GPRS核心网络采用IP技术，可以方便地实现与Internet网的无缝连接，可使已有的X.25终端能够在GSM网络上继续使用。另外，因为GSM网络覆盖面广，所以也使得GPRS能够提供Internet与其他分组网络的全球性无线接入。28移动通信系统发展历程15.215.2.2第二代移动通信系统3.CDMA移动通信系统1995年香港和记电讯公司开通了全球第一个码分多址CDMA数字移动通信网络。在经过1996～1997两年的商用化之后，CDMA技术在全球范围得到广泛应用。

因CDMA与GSM在系统组成、系统接口、接续流程和业务方面与GSM都比较相似，所以，这里主要介绍一下CDMA与GSM的不同之处。

（1）CDMA系统工作原理。CDMA是一种基于扩频技术的调制和多址连接技术。其原理是将欲传输的具有一定带宽的数据信号（信码），用一个带宽远远大于该信号带宽的高速伪随机码（扩频码）进行调制（模二加），使原数据信号的带宽被扩展（扩频），再经载波调制发射出去；在收信端，用相同的伪随机码（解扩码）与接收信号模二加，进行相关运算，将扩频信号解扩，即还原成原始的窄带数据信号，从而完成通信任务。扩频通信具有隐蔽性、保密性、抗干扰等优点。CDMA系统的直接序列扩频码分多址（DS/CDMA）原理如图15-4所示。29移动通信系统发展历程15.215.2.2第二代移动通信系统

扩频通信中的伪随机码常采用m序列，这是因为它容易产生和具有优良的自相关特性，即收发端只有在伪随机序列相位相同时才能恢复发送信号。码分多址技术就是利用了这一特点，采用不同相位的m序列作为多址通信的地址码。显然，扩频技术与调制技术在概念及方法上均类似，也可认为是一种调制技术。30移动通信系统发展历程15.215.2.2第二代移动通信系统

我们知道，频率资源有限，在现代通信用户量激增的情况下，通常希望尽量压缩信号带宽以保证系统能传输更多的信号路数，为更多的用户服务。但扩频技术不是压缩信号带宽，反而要扩大，这是因为根据香农公式，增加信号带宽可以降低对系统信噪比的要求。可见，由于需求和应用场合的不同，对信号带宽的要求也不同，“具体问题具体分析”“一分为二”“矛盾可以转化”等哲学思想闪亮其中。（2）CDMA系统中的关键技术。CDMA系统主要包含以下关键技术：

①PN码技术。扩频通信要求找到足够多的有自相关特性和处处为0互相关特性的地址码，还要求这些码有尽可能大的复杂度，以免被窃取。而同时满足这些要求的码是难以实现的，但用伪噪声PN码序列可较好地兼顾这些要求。IS-95ACDMA系统使用的是m序列。31移动通信系统发展历程15.215.2.2第二代移动通信系统

②功率控制技术。信道地址码的互相关性会产生两方面的影响：一是任何一个信道都会受到其他不同地址码信道的干扰，即多址干扰；二是距离接收机近的信道将严重干扰距离接收机远的信道，即近端强信号掩盖远端弱信号，这就是远近效应。功率控制的目的是使系统既能维持高质量通信，又不对其他码分信道产生干扰。

功率控制分为反向功率控制和正向功率控制两种。反向功率控制又分为反向开环功率控制和反向闭环功率控制。在正向功率控制中，基站根据移动台的正向误帧率报告，决定是增加发射功率还是减少发射功率。反向开环功率控制是移动台根据接收功率的变化，估计由基站到移动台的传输损耗，迅速调节移动台发射功率。

反向闭环功率控制与开环功率控制有所不同，它是根据基站接收信噪比或误码率迅速调整移动台发送功率，以保证基站收到的信号足够强，同时对其他信道干扰最小。32移动通信系统发展历程15.215.2.2第二代移动通信系统

③RAKE接收技术。移动通信系统存在容易引起多径衰落和时延扩展、严重影响接收信号质量的多径传播问题。RAKE技术是一种针对宽带系统的较为完善的多径接收方法。它不是把多径信号看作干扰信号，而是利用多径信号分辨出几路最强的信号，合并接收，从而改善系统性能。RAKE接收机使用多个并行相关器跟踪和接收多径信号。

④软切换技术。因相邻小区的工作频率相同，故用户越区切换时不需要更换频道，只需要改变地址码。因此，移动台可以先与新基站建立起连接，再断开与原基站的连接。

⑤话音编码技术。Q-CDMA系统的话音编码采用的是QCELP（Qualcomm码激励线性预测）话音编码技术。它是一种改进的混合编码方式，因此既具有波形编码的高质量、高保真度和高自然度，又具有参量编码的低速率性。QCELP能实现可变速率话音编码，编码速率有8kb/s和13kb/s两种。其中，13kb/s的话音质量已经达到固定长途电话的话音效果。33移动通信系统发展历程15.215.2.2第二代移动通信系统（3）CDMA系统的主要优点：

①大容量。CDMA系统的信道容量是模拟系统的10～20倍，是TDMA系统的4倍。具有高容量的一个主要原因是系统的频率复用系数远远超过其他制式的蜂窝系统；另外一个主要原因是它使用了话音激活和扇区化等技术。②软容量。在FDMA、TDMA系统中，当小区服务的用户数达到最大信道数时，满载的系统绝对无法再增添一个信号。此时若有新的呼叫，该用户只能听到忙音。而在CDMA系统中，用户数目和服务质量之间可以相互折中，灵活确定。例如系统经营者可在话务量高峰期将误帧率稍微提高，从而增加可用信道数。

体现软容量的另一个亮点是小区呼吸功能，即各小区的覆盖面大小是动态的。当相邻两个小区负荷一轻一重时，负荷重的小区通过减小导频发射功率，使本小区的边缘用户由于导频强度不够而切换到相邻小区分担负荷，相当于增加了容量。这项功能对切换也特别有用，避免信道紧缺而导致呼叫中断。34移动通信系统发展历程15.215.2.2第二代移动通信系统

③软切换。所谓软切换是指当移动台需要切换时，先与新的基站连通，再与原基站切断联系，而不是相反的操作过程。软切换只能在同一频率的信道间进行，因此，模拟系统、TDMA系统不具有这种功能。软切换可以有效地提高切换可靠性，大大减少切换造成的掉话现象。同时，软切换可以提供分集，从而保证通信质量。

④高话音质量和低发射功率。从第1章的香农公式可知，在信道容量一定的情况下，信道带宽和信噪比可以互换。CDMA所采用的扩频通信原理正是基于这一点，将信号带宽扩展（信道带宽当然也要加大）从而降低了对信号功率的要求。GSM手机的功率一般可以控制在600mW以下，而CDMA手机的发射功率最高只有200mW，正常通话功率可控制在零点几毫瓦。另外，因CDMA系统中采用有效的功率控制技术、强纠错能力的信道编码以及多种形式的分集技术，故可使基站和移动台以非常低的功率发射信号，延长手机电池使用时间，同时获得优良的话音质量，也使手机享有“绿色”手机的美誉。35移动通信系统发展历程15.215.2.2第二代移动通信系统

⑤话音激活。统计表明，人们在通话过程中，只有35%的时间在讲话，其余时间处于听对方讲话、停顿或其他等待状态。在CDMA系统中，所有用户共享同一个无线频道，当某个用户不讲话时，该用户发射机就停发或减小发射功率，其他用户所受到的干扰就相应减少。同时，由于采用相应的编码技术，可使用户发射机所发射的功率随着用户话音编码的需求进行调整，这就是话音激活技术。采用该技术可使各用户间的干扰平均减少65%。⑥保密性好。CDMA系统的体制本身就决定了它有良好的保密性能。首先，采用扩频技术使发射信号的频谱被扩展，发射信号完全隐蔽在噪声、干扰之中，不易被发现和接收；其次，由于各移动用户所使用的地址码各不相同，在接收时，只有与之完全相同（包括码型和相位）的用户才能接收到相应数据，而对非相关用户来说就是一种噪声。同时CDMA的数字话音信道还可以将数据加密标准或其他标准的加密技术直接引入使用。简言之，2G是GSM机时代。36移动通信系统发展历程15.215.2.3第三代移动通信系统1.第三代移动通信系统的要求2G系统主要提供话音业务和短消息、传真等数据业务。但随着信息技术的迅猛发展，特别是通信技术与计算机技术的相互融合，人们对移动通信技术提出了更高要求，比如：（1）要求提供综合化的信息业务，如话音、图像、数据等具有多媒体特征的通信业务。（2）要求移动通信系统与互联网结合起来，实现无线宽带化，使用户可随时随地接入Internet网，如手机上网。（3）解决系统容量飞速膨胀与频率资源有限的矛盾。（4）要求移动通信系统必须实现全球无缝覆盖和全球漫游。为满足上述要求，第三代移动通信系统应运而生。3G系统是指国际电信联盟ITU在1985年提出的未来公用陆地移动通信系统FPLMTS，1996年更名为IMT-2000，意为工作在2000MHz频段，在2000年之后投入商用的全球移动通信系统。37移动通信系统发展历程15.215.2.3第三代移动通信系统世界各国提出了多种第三代移动通信标准的方案，当时比较成熟的有三个。（1）TD-SCDMA系统是我国向国际电信联盟提交并被接纳的标准。采用时分双工（TDD）、时分多址／码分多址方式工作，并基于同步CDMA、智能天线、多用户检测（JD）、正交可变扩频系数、Turbo编码技术等新技术。该系统基于GSM系统，并可以由GSM系统平滑过渡到TD-SCDMA系统。（2）W-CDMA系统是日本与欧洲方案融合而成的标准。其技术特点是频分双工（FDD），采用直接序列码分多址（DS-CDMA）方式，码片速率为3.84Mb/s，载波带宽为5MHz。该系统也是基于GSM系统。GSM系统可通过引入GPRS系统平滑过渡到W-CDMA系统。（3）CDMA2000是由美国提出的基于窄带CDMA（IS-95N-CDMA）的第三代移动通信系统。主要可以保护窄带CDMA的投资，最大限度地利用成熟的CDMA技术。相对来说，技术复杂程度较低、风险小，系统平滑过渡升级的成本较小。中国移动通信公司采用的是TD-SCDMA系统；中国联通通信公司采用的是W-CDMA系统；中国电信通信公司则采用的是CDMA2000系统。38移动通信系统发展历程15.215.2.3第三代移动通信系统2.第三代移动通信系统的优点3G系统是结合了多种业务的宽带移动通信系统，与1G和2G系统相比，其主要优点为：（1）具有支持多媒体业务的能力。3G的业务能力将比2G有明显改进，能支持从话音到分组数据再到多媒体的多种业务，并能提供更高的带宽：快速移动环境下，最高速率达144kbit/s；室外到室内或步行环境下，最高速率达384kbit/s；室内环境下，最高速率达2Mbit/s。传输速率能按需分配，并且上下行链路传输速率适合于对称及不对称业务的需求。（2）全球普及和全球无缝漫游。3G系统是一个在全球范围内使用的系统，具有共同的频段（包括1885～2025MHz和2110～2200MHz。在WRC-2000会议上，ITU又扩展为806～960MHz、1710～1885MHz和2500MHz～2690MHz）。其网络灵活性及无缝覆盖能力为具有全球漫游功能的袖珍终端随时接入系统并得到所需的服务提供了质量保证。39移动通信系统发展历程15.215.2.3第三代移动通信系统（3）便于过渡和演进。因3G系统引入时，2G网络已具有相当规模并已实现全球覆盖和漫游，所以3G网络一定要在2G网络基础上逐渐灵活演进而成，并应与固定网络兼容。（4）高频谱效率。3G系统频谱效率是指在30MHz带宽内的话音业务容量及信息容量。对于具有多种业务功能的系统而言，频率资源非常宝贵。因此，要求3G系统必须具有较高的频谱利用率和网络效率，以支持今后用户量的增加和提供各种业务。（5）高服务质量。服务质量是衡量系统性能的重要指标。一般用传输时延、误码率或误帧率进行评价。在传输误码率（BER）方面，移动话音和视频图像业务要求BER<10-3；数据业务要求无线接入系统的BER<10-6。通常，要求移动系统的话音编码器和数据适配器应能适应高误码率要求，以保证必要的服务质量。40移动通信系统发展历程15.215.2.3第三代移动通信系统（6）适应各种无线运营环境。无线运营环境主要包括自然环境和移动环境。自然环境主要包括通信容量极高的室内微微蜂窝小区、城市中心人口密集地带的微蜂窝小区以及农村和边远地区的宏蜂窝小区，以后还能直接与卫星连接，实现全球覆盖的更大范围通信。移动环境是指通信终端处于静止、步行和在汽车、火车、飞机等移动载体上。对一个适应性良好的移动通信系统，要求其在所有可能存在的环境中都保持较高的频谱利用率、网络效率、通信质量和业务容量。413.第三代移动通信系统的业务移动通信系统发展历程15.215.2.3第三代移动通信系统根据ITU建议，IMT-2000提供的业务类型分为5种业务类型：

（1）话音业务。典型的对称业务，上/下行数据速率均为16kbit/s，属电路交换业务。

（2）简单消息。对应于短消息SMS的业务，其速率为14kbit/s，属于分组交换。

（3）交换数据。属于电路交换业务，其上/下行链路的数据速率均为64kbit/s。

（4）非对称多媒体业务。属于分组交换业务，特点是下行链路业务量较大，上行链路业务量较小。具体业务包括文件下载、网页浏览和非交互式电子医疗等。按传输速率又可分为中速多媒体业务（下、上行链路分别为384kbit/s和64kbit/s）和高速多媒体业务（下、上行链路分别为2Mbit/s和128kbit/s）。（5）交互式多媒体业务。属于电路交换业务，是一种对称的多媒体业务，即上、下行链路的业务量相等。应用于高保真音响、可视会议和双向图像传输等场合。42移动通信系统发展历程15.215.2.3第三代移动通信系统另外，手机还可提供PoC（PushtotalkoverCellular）服务，即“移动一键通”或“手机对讲”，是一种类似集群通话的业务。使用PoC时，用户只需像使用对讲机一样按一个键而无需进行拨号就可以快速、直接地与多个用户进行“点对多点”的即时话音通信。4.第三代移动通信系统的关键技术（1）高效信道编译码技术。3G系统中采用了卷积码和Turbo码两种纠错编码，在高速率和对译码时延要求不高的数据链路中，使用Turbo码有利于提高纠错性能，在话音、低速率及对时延要求比较苛刻的数据链路中多使用卷积码。43

（2）软件无线电技术。基本思想是模/数和数/模转换模块尽可能靠近天线，所有基带信号处理都用软件方式替代硬件实施。因3G系统具有多模、多频段、多用户的特点，故软件无线电技术可在移动通信网络上实现多模、多频率和不间断服务等方面发挥重大作用，如基站可以承载不同的软件来适应不同标准，而不用对硬件平台改动；基站间可以由软件算法协调，动态分配信道；移动台可以自动检测接入的信号，以接入不同的网络。（3）智能天线技术。该技术基于自适应天线阵列原理，利用天线阵列的波束合成和指向，产生多个独立的波束，自适应地调整其方向图以跟踪信号的变化。其特点在于以较低的代价换得无线覆盖范围、系统容量、业务质量和掉话率等性能的显著提高。移动通信系统发展历程15.215.2.3第三代移动通信系统44（4）多用户检测技术。把所有用户信号都当作有用信号，而不是干扰。在小区通信中，每个移动用户与一个基站通信且只须接收自己所需信号，而基站必须检测所有用户信号。图15-5给出三个时代的手机代表机型。简言之，3G是WAP网络机时代。移动通信系统发展历程15.215.2.3第三代移动通信系统45移动通信系统发展历程15.215.2.4第四代移动通信系统1.4G的概念

4G技术又称IMT-Advanced技术，其标准依赖于3G标准组织已发展的多项新定标准及其延伸，如IP核心网、开放业务架构及IPv6。2012年1月18日，国际电信联盟在无线电通信大会上，正式审议通过将LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced（802.16m）技术规范确立为IMT-Advanced国际标准（俗称4G）。我国主导制定的TD-LTE-Advanced也同时成为IMT-Advanced国际标准。

4G技术集3G和WLAN技术于一体，能够传输与高清电视不相上下的高质量图像。4G系统具有100Mbps的下载速率，比ADSL快200倍，比普通3G快50倍；上传速率也可达20Mbps，能够满足几乎所有用户对无线数据服务的要求。46移动通信系统发展历程15.215.2.4第四代移动通信系统2.4G的核心技术

（1）正交频分复用/多址（OFDM/OFDMA）技术。其主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，各子载波并行传输。尽管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，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽。OFDM/OFDMA的优点是可以消除或减小信号波形间的干扰，对多径衰落和多普勒频移不敏感，可提高频谱利用率，实现低成本的单波段接收机。

（2）软件无线电。其基本思想是把尽可能多的无线及个人通信功能通过软件编程实现，使其成为一种多工作频段、多工作模式、多信号传输与处理的无线电系统。也可以说，是一种用软件来实现物理层连接的无线通信方式。47

（3）智能天线技术。智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，是未来移动通信的关键技术。智能天线应用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号的目的。该技术既能改善信号质量又能增加传输容量。

（4）多输入多输出（MIMO）技术。是指利用多发射、多接收天线进行空间分集的技术。它采用分立式多天线，能够有效地将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而大大提高通信容量。信息论已经证明，当不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关时，MIMO系统能够有效地提高系统的抗衰落和抗噪声性能，从而获得巨大的容量。在功率带宽受限的无线信道中，MIMO技术可实现高速率、高容量、高质量的通信业务。移动通信系统发展历程15.215.2.4第四代移动通信系统48移动通信系统发展历程15.215.2.4第四代移动通信系统

（5）基于IP的核心网。4G移动通信系统的核心网CN（centernetwork）是一个基于全IP的网络，可以实现不同网络间的无缝互连。核心网独立于各种具体的无线接入方案，能提供端到端的IP业务，能同已有的核心网和PSTN兼容。核心网具有开放结构，能允许各种空中接口接入核心网，同时还能把业务、控制和传输等功能分开。采用IP后，无线接入方式和协议与核心网络协议、链路层是分离的。IP与多种无线接入协议相兼容，因此在设计核心网络时具有很大的灵活性，不需要考虑无线接入究竟采用何种方式和协议。简言之，4G是智能机时代。49移动通信系统发展历程15.215.2.5第五代移动通信系统第五代移动通信技术是具有高速率、低时延和大连接等特点的宽带移动通信技术。1.5G的应用场景国际电信联盟ITU定义了5G的三大类应用场景（见图15-6）：（1）增强移动宽带（eMBB）。主要应对移动互联网流量爆炸式增长，为移动互联网用户提供更加极致的应用体验。（2）超高可靠低时延通信(uRLLC)。主要满足工业控制、远程医疗、自动驾驶等对时延和可靠性具有极高要求的垂直行业应用需求。（3）海量机器类通信(mMTC)。主要满足智慧城市、智能家居、环境监测等以传感和数据采集为目标的应用需求。50移动通信系统发展历程15.215.2.5第五代移动通信系统51移动通信系统发展历程15.215.2.5第五代移动通信系统2.5G的技术指标5G的主要技术指标如下：（1）峰值速率达到10-20Gbit/s，可满足高清视频、虚拟现实等大数据量传输。（2）空中接口时延低至1ms，满足自动驾驶、远程医疗等实时应用。（3）具备百万连接/平方公里的设备连接能力，满足物联网通信。（4）频谱效率要比LTE提升3倍以上。（5）连续广域覆盖和高移动性下，用户体验速率达到100Mbit/s。（6）流量密度达到10Mbps/m2以上。（7）移动性支持500km/h的高速移动。其中高速率、低时延、大连接成为5G最突出的特征，用户体验速率达1Gbps，时延低至1ms，用户连接能力达100万连接/平方公里。52移动通信系统发展历程15.215.2.5第五代移动通信系统3.5G的无线关键技术5G国际技术标准重点满足灵活多样的物联网需要，采用了灵活的全新系统设计。在频段方面，与4G支持中低频不同，考虑到中低频资源有限，5G同时支持中低频和高频频段，其中，中低频满足覆盖和容量需求，高频满足在热点区域提升容量的需求，5G针对中低频和高频设计了统一的技术方案，并支持百兆基础带宽。为了支持高速率传输和更大覆盖，5G采用LDPC、Polar新型信道编码方案和性能更强的大规模天线等技术。为了支持低时延、高可靠，5G采用短帧、快速反馈、多层/多站数据重传等技术。5G的多址技术主要有华为公司的稀疏码分多址接入SCMA（SparseCodeMultipleAccess）、中兴公司的多用户共享接入MUSA（Multi-UserSharedAccess）、大唐公司的图样分隔多址接入PDMA（PatternDivisionMultipleAccess）、美国高通公司的资源扩展多址接入RSMA和日本NTTDOCOMO公司的非正交多址接入NOMA等新型多址技术。534.5G网络关键技术移动通信系统发展历程15.215.2.5第五代移动通信系统5G采用全新服务化架构，支持灵活部署和各种差异化业务场景；采用全服务化设计，模块化网络功能，支持按需调用，实现功能重构；采用服务化描述，易于实现能力开放，有利于引入IT开发实力，发挥网络潜力；基于NFV/SDN，实现硬件和软件解耦，实现控制与转发分离；采用通用数据中心的云化组网，网络功能部署灵活，资源调度高效；支持边缘计算，云计算平台下沉到网络边缘；支持基于应用的网关灵活选择和边缘分流；通过网络切片满足差异化需求，网络切片是指从一个网络中选取特定特性和功能，定制出的一个逻辑上独立的网络，使得运营商可以部署功能、特性服务各不相同的多个逻辑网络，分别为各自的目标用户服务，已定义了增强移动宽带、低时延高可靠、大连接物联网3种网络切片类型。54移动通信系统发展历程15.215.2.5第五代移动通信系统5.5G技术的价值5G在工业领域的应用涵盖研发设计、生产制造、运营管理及产品服务4大工业环节，主要包括如下16类应用场景：AR/VR研发实验协同、AR/VR远程协同设计、远程控制、AR辅助装配、机器视觉、AGV物流、自动驾驶、超高清视频、设备感知、物料信息采集、环境信息采集、AR产品需求导入、远程售后、产品状态监测、设备预测性维护、AR/VR远程培训等。当前，机器视觉