MATLAB仿真在现代通信中的应用：公众移动通信系统

公众移动通信系统4.1公众通信系统概述4.2GSM全球移动通信系统4.3CDPD蜂窝数字分组数据网4.4NADC北美数字蜂窝网4.5PDC个人数字蜂窝电话4.6CDMAIS-95码分多址通信系统4.7CT-2第2代无绳电话系统4.8数字增强型无绳通信标准4.9PHS个人手持式电话系统

4.1.1最早期的移动通信系统

最早期的移动通信系统通常指蜂窝移动电话之前的公众无线电话系统。

移动电话系统(MTS，TheMobileTelephoneSystem)是最早的移动电话标准之一。MTS系统中，实现了固定电话运营商和移动运营商之间的互通。电话转接工作由接线员手工完成。4.1公众通信系统概述MTS系统最早由贝尔实验室提出，为半双工调频调制，首次应用于1946年美国圣路易斯，最初只提供3个信道，后来升级为32个信道，共占用三段频带(40MHz、150MHz和450MHz，即后来的IMTS所用的频率)。MTS系统直到20世纪80年代初才退出市场，被新的一种模拟移动电话体制—改进的移动电话业务(IMTS，ImprovedMobileTelephoneService)所取代。改进型移动电话系统是美国贝尔实验室于1964年在MTS的基础上所发展的移动公用无线电话系统。IMTS仍然属于第0代甚高频/超高频无线电系统，采用模拟调频调制。IMTS初步具有了蜂窝移动通信技术概念，采用大区制，是全双工系统，覆盖半径约40～60英里，并取消了人工接线方式，实现了到公众电话网(PSTN)的自动拨号互联。IMTS系统使用三个频段，甚高频低段(35～44MHz，共9个信道)，甚高频高段(共152～158MHz，共11个信道)和超高频(454～460MHz，共12个信道)。在瑞典，第一个移动电话系统是(MTA，MobileTelephonysystemA)于1956年推出，并应用到1967年。MTA工作于160MHz频段，在斯德哥尔摩和哥德堡可提供125个用户总数。瑞典的第二个移动电话系统MTB于1962年推出，并持续至1983年，营运于76～77.5MHz和81～82.5MHz频段，拥有约600名用户。瑞典的第三个移动电话系统是MTC。瑞典移动电话系统D(MTD，MobileTelephonysystemD)是工作于450MHz频段的人工模拟体制移动电话系统。1971年在瑞典商用，1987年退出市场，被NMT自动业务取代。MTD系统高峰期用户达2万，系统中接线员达七百余人。1976年，MTD系统也在丹麦和挪威商用，并实现了国家间的漫游。在挪威，第一个移动电话系统是挪威公共陆地移动电话OLT(挪威语：OffentligLandmobilTelefoni)，在1966年推出。1981年拥有3万余用户，成为当时世界上最大规模的移动电话系统，1990年由NMT系统取代。OLT工作于160MHz的VHF频段，采用模拟调频(FM)传输。1976年，OLT系统扩展到UHF频段，并与瑞典的MTA系统互联，实现斯堪的纳维亚国家之间的国际漫游。移动台多数为半双工的，少量高端的移动台为全双工的。移动用户电话号码为5位数。芬兰的第一个移动电话系统是ARP(Autoradiopuhelin，汽车无线电电话)，其具有小区概念，但不能实现无缝切换。1971年商用，1978年达到全国覆盖，共140个基站。2000年ARP为NMT-900系统取代。1986年用户数达到3万余。ARP工作于150MHz频段，模拟调频体制，无加密技术，共有80个信道，开始为半双工体制，提供手动转接服务，后来逐渐演化为全双工体制，1990年完全自动交换。其传输功率为1～5W。ARP不支持小区切换，小区覆盖半径约为30km，终端体积庞大。

日本的第0代移动系统是AMTS(高级移动电话系统)，其工作频段为900MHz，采用模拟调频体制，在日本便携式无线电系统中使用。4.1.2第1代移动通信系统

20世纪70年代，贝尔实验室提出了蜂窝移动电话概念。到20世纪80年代，以蜂窝结构为代表的新一代公众移动电话系统开始商用，标志着第1代移动通信系统正式登场。与最早期的移动通信系统相比，第1代公众移动通信系统仍然采用以频率调制为主的模拟调制传输方式，但已经具备了较完善的蜂窝结构和自动切换机制。采用模拟调制方式安全性不好，易受电波干扰，应用约十年后，逐渐被全数字体制的新1代移动通信系统—全球移动通信系统(GSM)所取代。先进移动电话系统(AMPS，AdvancedMobilePhoneSystem)是由贝尔实验室开发的一个模拟移动电话系统标准，又称为北美移动电话系统，是第1代手机系统。1983年在美国投入商用，使用800MHz的频段，是一种模拟调频体制的蜂窝式移动系统。澳大利亚也采用过AMPS标准。在北欧、东欧和俄罗斯使用的第1代移动通信系统是NMT(NordicMobileTelephone，北欧移动电话标准)。而在其他一些欧洲国家(诸如英国、爱尔兰)都是在美国AMPS标准的基础上修改为TACS(TotalAccessCommunicationSystem，全接入的通信系统)标准的。其后，进一步扩展为具有更多信道的ETACS标准（扩展的TACS）。此外，瑞典还曾设计了Mobitex蜂窝系统，作为该国无线分组交换数据网的标准，并于1986年运营。Mobitex蜂窝系统强调较高的安全性和可靠性，为该国公众通信所使用，也被军方、消防、救护等领域使用。德国等国使用C-450标准，而法国也有自己的标准Radiocom2000，意大利也提出并实施了其RTMI标准等。摩托罗拉公司提出的标准是DataTAC，用于点对点无线传输领域。其传输速率可达19.2kb/s，使用800MHz频段和25kHz信道带宽。DataTAC传输网络在澳大利亚、加拿大和美国均有应用。4.1.3第2代移动通信系统

第1代移动通信系统标准多样，互联互通困难，用户的手机无法在其他标准的网络上使用，造成很大的不便。此外，采用模拟调制方式安全性不好，频带利用率不高。鉴于此，西欧国家开始考虑制定一个统一的新一代移动电话标准，以便能够提供更多样的功能和使用户漫游更加容易。1982年，欧洲邮电行政大会授权成立的一系列“移动专家组”负责新标准的起草工作。GSM的名字即是移动专家组(法语：GroupeSpécialMobile)的缩写。后来这一缩写的含义被改变为“全球移动通信系统”，以方便GSM向全世界的推广。

1987年5月GSM成员国达成一致，确定了GSM最重要的几项关键技术。1989年，欧洲电信标准协会接手标准的制定工作，并于1990年完成GSM标准第一版。CSD(Circuit-SwitchedData，电路交换数据)是GSM移动系统最初采用的一种数据传输机制。其传送速率为9.6kb/s。在CSD的情况下，语音通话和其他的数据传送不能同时进行，也就是说不能同时打电话和上网。现在，GSM系统广泛采用GPRS机制来传输数据业务。

1992年1月，芬兰建成第一个商业运营的GSM网络。亚洲最早的GSM运营网络是香港电讯。

GSM的推出推动了移动通信的普及，用户持续快速增长。1995年，全球用户达到1千万，1998年达到一亿，2005年已经超过15亿。

在发展的过程中，GSM系统的功能不断得到丰富，从而能够提供更多样的服务。由GSM系统首先引入的短信息服务(SMS)提供了一种新颖、便捷、廉价的通信方式，成为移动通信运营商提供增值业务的开始。1994年，GSM实现了基于电路交换的数据业务和传真服务。1999年，WAP协议使得用户可以通过手机访问互联网。2000年后开始商用的通用分组无线服务(GPRS)，使得GSM系统能够以效率更高的分组方式提供数据通信。2003年，EDGE技术开始商用，提供了接近3G的数据通信能力。1998年，接替GSM的第3代移动电话(3G)规范的3GPP启动。3GPP也接受了维护和继续开发GSM规范的工作。ETSI是3GPP的成员之一。目前，3GPP组织还在发展GSM标准，以便利用已经大量部署的GSM基础设施，平滑地向3G技术演进。在美国，第2代移动通信系统也被称为个人通信业务(PCS)。相比于第1代移动通信技术，第2代移动通信技术采用了先进的数字调制技术，完善的交换技术，并采用了TDMA和CDMA两大多址技术，使得安全性、系统容量、传输质量等方面性能大为提高。但第2代移动通信系统仍然以传输语音为主，是窄带系统。

IS-95是TIA最主要的基于CDMA技术的第2代移动通信的空中接口标准分配的编号，即InterimStandard(暂时标准)95，它也经常作为整个系列的名称使用。IS-95及其相关标准是最早商用的基于CDMA技术的移动通信标准。cdmaOne是一个2G移动通信标准，根本的信令标准是IS-95，是高通公司与TIA基于CDMA技术发展出来的2G移动通信标准。由2GcdmaOne标准延伸的3G标准为CDMA2000(IS-2000)。IS-95系统采用码分多址体制，在系统容量、抗干扰能力和安全性方面较GSM标准有较大的提升，但仍然以窄带语音传输为主要业务，因此仍属于第2代系统。

D-AMPS(数字AMPS)是由AMPS标准改进而来的，采用TDMA多址方式，其正式标准号是IS-54及IS-136，技术上属于第2代移动通信系统，现已被淘汰。

曾经应用过的其他一些第2代移动通信系统还有：

(1)蜂窝数字分组数据(CDPD，CellularDigitalPacketData)，使用AMPS系统800MHz和900MHz信道上未被使用的带宽来进行数据传送。数据速率为19.2kb/s，但它没有竞争过速率较慢却更廉价的Mobitex和DataTac系统，也未能在更高速的GPRS商用前占领市场。CDPD现已被淘汰。

(2)

IDEN(IntegratedDigitalEnhancedNetwork，集成数字增强网络)是一种由摩托罗拉公司开发的基于TDMA的数字无线通信技术。能够为用户同时提供集群电话的双向对讲功能和蜂窝电话的功能。IDEN主要用于美国和加拿大。在中国，IDEN是信息产业部批准和发布的中国“数字集群移动通信系统体制”电子行业推荐标准之一(另外一个数字集群通信系统标准是TETRA)。

(3)

PDC(PersonalDigitalCellular)是由日本开发及使用的一种基于TDMA的2G移动电话通信标准。该标准在1991年制定。而NTTDoCoMo在1993年3月推出其数字MOVA服务。PDC采用25kHz载波、3个时间格、π/4-DQPSK编码、低速率11.2kb/s及5.6kb/s(半速率)语音编解码器。使用800MHz及1.5GHz频段。PDC能够提供的服务包括语音、数据服务以及其他一些增值业务。与GSM相比，PDC发射功率较小，手机较为轻巧，但语音质量低于GSM，室内覆盖也不如GSM。PDC仅在日本应用，将逐渐被3G技术如CDMA2000或WCDMA所淘汰。

(4)

PHS(PersonalHandy-phoneSystem，个人手持式电话系统，俗称“小灵通”)是日本1989年NTT实验室开发的一种无线本地电话技术，采用微蜂窝通信技术。PHS工作在1880～1930MHz频段。与GSM相比，PHS的基站覆盖范围有限，通信基站与终端间距离较短。因此，所采用的通信功率较小，而覆盖较大面积时需要更多的基站。这使得PHS较适合在都市使用，在野外等地使用效果欠佳。

PHS使用TDMA/TDD作为它的无线电通信接口，以及32K的ADPCM作为它的声音传送编码。现代的PHS电话也可以支持其他一些ISP的增值服务，如互联网窄带通信、短信、电子邮件，甚至图片传输。PHS适用于小范围的无线电通信。

由于资费低廉，PHS系统也在中国、泰国、越南、孟加拉、智利等国应用。不过，由于PHS网络系统使用的频段有可能干扰3G的TD-SCDMA网络系统使用的频段，随着3G网络建设的推进，PHS系统在中国即将退网。4.1.4第2.5代移动通信系统

第2.5代移动通信系统是第2代和第3代移动通信系统之间的一个过渡时期标准，包括GSM/3GPP家族的HSCSD、GPRS、EDGE/EGPRS，3GPP2家族的CDMA20001xRTT(IS-2000)以及iDEN家族的WiDEN等。

(1)

HSCSD(High-SpeedCircuit-SwitchedData，高速电路交换数据)是对CSD(电路交换数据标准)技术的提升。CSD是GSM移动系统最初的一种传输机制。在电路交换数据方式中，信道是以电路交换方式来进行分配的。高速电路交换数据方式与电路交换数据的差别在于利用不同的编码方式或多重时隙来提高数据的传输量。HSCSD是具有更高传输速率的通信技术EDGE和UMTS系统的一种选择。

HSCSD技术的一个创新之处在于能使用不同的数据纠错方式用于数据的传输。最初，在GSM系统中的纠错方式是被设计成能在有限的覆盖范围内工作并且能在GSM系统所能承受的最坏的状况下工作。这意味着很大一部分的GSM传输量被用于纠错码。HSCSD能根据无线连接的不同情况提供不同级别的纠错方式。也就是说，在最优情况下，HSCSD能在一个时隙内以14.4kb/s的速度传输，而在CSD方式里，只能提供9.6kb/s的传输速度，传输能力增加了50%。

HSCSD的另一个创新之处在于能够同时利用多个时隙传输数据。同时利用4个时隙传输，能提供57.6kb/s的传输速度，即使在信道条件不好的情况下，纠错能力更强的码用于数据传输，HSCSD仍然能够比CSD方式提供高4倍的传输速度(38.4kb/s)。同时利用GSM的8个时隙能提供115kb/s的传输速度。由于HSCSD是电路交换模式，用户独占信道资源，计费方式仍然是按照时间计费的。

(2)

GPRS(GeneralPacketRadioService，通用分组无线服务)技术是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。

GPRS基于分组交换，也就是说多个用户可以共享一个相同的传输信道，每个用户只有在传输数据的时候才会占用信道。这就意味着所有的可用带宽可以立即分配给当前发送数据的用户，这样更多的间隙发送或者接收数据的用户可以共享带宽。WEB浏览、收发电子邮件和即时消息都是共享带宽的间歇传输数据的服务。通常GPRS数据业务是按照通信流量计费的。

(3)

EDGE(EnhancedDataratesforGSMEvolution，GSM增强数据率演进标准)有时也被称为2.75G。EDGE(通常又称为EGPRS)是GPRS的扩展，可以工作在任何已经部署GPRS的网络上。

EDGE采用8PSK数字调制技术。相对于GSM使用的高斯最小移位键控(GMSK)(每符号表示1比特信息)，8PSK每一个符号可以表示3比特的信息。这使得理论上EDGE能提供GSM3倍的数据吞吐量。跟GPRS一样，EDGE使用速率匹配算法调整调制编码方案(MCS)，因此能保证无线信道、数据流量和数据传输的稳定。它还引入了增加冗余度技术，以增加传输的可靠性。EDGE的最高数据传输速率是384kb/s，因此符合ITU对3G网络的要求。作为IMT-2000家族的3G标准的一部分被ITU接受。

(4)

CDMA20001xRTT(IS-2000)是国际电信联盟ITU的IMT-2000标准认可的无线电接口，也是2GcdmaOne标准的延伸。其信令标准是IS-2000。标志1x习惯上指使用一对1.25MHz无线电信道的CDMA2000无线技术。RTT是无线电传输技术的简称。CDMA20001xRTT是CDMA2000的一个基础层，支持最高144kb/s的数据速率，尽管获得3G技术的官方资格，但是通常被认为是2.5G或者2.75G技术，因为它的速率只是其他3G技术的几分之一。但与IS-95CDMA相比，它拥有双倍的语音容量。

CDMA20001xEV(Evolution－发展)是CDMA20001x附加了高数据速率(HDR)能力。1xEV一般又分成两个阶段：CDMA20001xEV-DO和CDMA20001xEV-DV。CDMA20001xEV-DO(Evolution-DataOnly)支持下行数据速率最高3.1Mb/s，上行速率最高到1.8Mb/s。CDMA20001xEV-DV(Evolution-DataandVoice)在前者基础上还能支持1x语音用户。

(5)

WiDEN是宽带综合调度增强网络(WiDEN，WidebandIntegratedDispatchEnhancedNetwork)的缩写。它是摩托罗拉公司为其增强型专用移动电话(ESMR)协议集成数字增强网络(iDEN)所提供的软件升级。WiDEN能为用户在4个25kHz的信道里同时传输，提供了100kb/s的带宽。WiDEN被认为是2.5G技术中的一种协议。iDEN最早由摩托罗拉公司于1993年提出，并在1996年商用。4.1.5第3代移动通信系统

第3代移动通信技术(3rd-generation，3G)也就是IMT-2000(InternationalMobileTelecommunications-2000)系列标准。

IMT-2000是国际电信联盟(ITU)定义的第3代无线通信的全球标准。IMT-2000规定移动终端以车速移动时，数据传输速率为144kb/s，室外静止或步行时速率为384kb/s，在室内为2Mb/s。2007年，ITU制定了IMT-A标准，要求低速环境时峰值速率为1Gb/s，高速环境则是100Mb/s。

3G标准下的系统能够同时传送声音(通话)及数据信息(电子邮件、即时通信等)，并以提供数据业务为主。3G是将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统，以能够处理图像、音乐、视频，可提供网页浏览、电话会议、电子商务等为主要业务。

第2代移动通信技术仍然以电话业务为主，第2.5代技术中增加了中等速率(几十至一百多kb/s)的数据业务作为其增值业务。

由于采用了更高的频带和更先进的无线(空中接口)接入技术，3G标准的移动通信网络通信质量较2G、2.5G网络有了很大提高，比如软切换技术使得旅途中高速运动的移动用户在驶出一个无线小区并进入另一个无线小区时不再出现掉话现象。而更高的频带范围和用户分级规则使得单位区域内的网络容量大大提高，同时通话允许量大大增加。

3G最大的优点即是高速的数据下载能力。相对于2.5G(GPRS/CDMA1x)100kb/s左右的速度，3G随使用环境的不同约有300kb～2Mb/s左右的水平。另外有些3G系统服务业者会更新为3.5G系统(如HSDPA)，此时可有下传14Mb/s、上传5.8Mb/s的速度。

1. CDMA2000

CDMA2000是国际电信联盟ITU的IMT-2000标准认可的一个3G移动通信无线电接口，也是2GcdmaOne标准的延伸。CDMA2000是在2GcdmaOne基础上演进的结果，在过渡过程中，CDMA2000有多个不同的类型(阶段)，如下：

●CDMA20001x；

●CDMA20001xRTT；

●CDMA20001xEV：包括CDMA20001xEV-DO和

CDMA20001xEV-DV；

●

CDMA20003x：CDMA20003x利用一对3.75MHz无线信道(如3 × 1.25MHz)来实现高速数据速率。3x版本的CDMA2000有时被叫做多载波(Multi-Carrier或者MC)。

2. WCDMA

WCDMA标准是通用移动通信系统(UniversalMobileTelecommunicationsSystem，UMTS)中的无线接口标准。它由3GPP定型，代表欧洲对ITUIMT-2000关于3G蜂窝无线系统需求的回应。UMTS有时也叫3GSM，强调结合了3G技术而且是GSM标准的后续标准。UMTS分组交换系统由GPRS系统演进而来，故系统的架构颇为相像，因此WCDAM更适合于GSM2G系统的升级和演进。

3. TD-SCDMA

TD-SCDMA是时分-同步码分多址接入(TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess)的缩写，是ITU批准的三个3G标准中的一个，该标准是中国制定的3G标准。

1999年，由中国原邮电部电信科学技术研究院向ITU提出了该标准。该标准将智能天线、同步CDMA和软件无线电(SDR)等技术融于其中。该标准受到各大主要电信设备制造厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以生产支持TD-SCDMA标准的电信设备。

TD-SCDMA由于采用时分双工，上行和下行信道特性基本一致，因此，基站根据接收信号估计上行和下行信道特性比较容易。因此，TD-SCDMA使用智能天线技术有先天的优势，而智能天线技术的使用又引入了SDMA的优点，可以减少用户间干扰，从而提高频谱利用率。TD-SCDMA在频谱利用率、业务灵活性、频率灵活性及成本等方面有独特优势。

TD-SCDMA还具有TDMA的优点，可以灵活设置上行和下行时隙的比例而调整上行和下行的数据速率的比例，特别适合因特网业务中上行数据少而下行数据多的场合。但是这种上行下行转换点的可变性给同频组网增加了一定的复杂性。

TD-SCDMA是时分双工，不需要成对的频带，因此，和另外两种频分双工的3G标准相比，在频率资源的划分上更加灵活。

TD-SCDMA由于采用智能天线和同步CDMA技术，大大简化了系统的复杂性，适用于软件无线电技术，因此设备造价可望更低。但其空口速率低于WCDMA和CDMA2000。

2005年，第一个TD-SCDMA试验网依托重庆邮电大学无线通信研究所，在重庆进行第一次实际入网实验。2007年11月，重庆建成了全国第一个TD-SCDMA试验网。2008年，中国移动在中国北京、上海等10个城市建成了TD-SCDMA试验网并启动TD-SCDMA社会化业务测试和试商用。2009年中国移动获得了TD-SCDMA业务的经营许可。

4. WiMAX

WiMAX(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess，全球互通微波接入)有时也被认为是3G家族的成员之一。WiMAX是一项高速无线数据网络标准，主要用于城域网络中。WiMAX标准由WiMAX论坛提出并于2001年6月成形，可提供“最后一公里”的无线宽带接入，作为电缆和DSL之外的选择。

WiMAX选择了IEEE802.16-2004版的256carrierOFDM作为无线接口规范，具有较宽的频带以及较远的传输距离。WiMAX能提供许多种应用服务，包括“最后一公里”无线宽带接入、热点(hotspot)、小区用户环路以及作为商业用途在企业间的高速连线。现在有两个国际标准化机构负责3G标准的制定和演进工作，分别是3GPP和3GPP2。3GPP全称是第3代合作伙伴计划(3rdGenerationPartnershipProject)，成立于1998年。目前其成员包括欧洲的ETSI、日本的ARIB和TTC、中国的CCSA、韩国的TTA和北美的ATIS。其目标是在ITU的IMT-2000计划范围内制定和实现全球性的(第3代)移动电话系统规范。它致力于GSM到UMTS(WCDMA)的演化，虽然GSM到WCDMA空中接口差别很大，但是其核心网采用了GPRS的框架，因此仍然保持一定的延续性。3GPP2的全称是第3代合作伙伴计划2(3rdGenerationPartnershipProject2)，也建立于1998年，成员包括TIA(北美)、CCSA(中国)、ARIB/TTC(日本)和TTA(韩国)。

3GPP2是从2G的cdmaOne或者IS-95发展而来的CDMA2000标准体系的标准化机构，它受到拥有多项CDMA关键技术专利的高通公司的较多支持。而与之对应的3GPP则致力于从GSM向WCDMA(UMTS)过渡，因此两个机构存在一定竞争。WCDMA和TD-SCDMA标准属于3GPP旗下，而CDMA2000则归于3GPP2旗下，WiMAX则不属于它们中的任何一个。目前，3GPP和3GPP2都正在向3G标准的下一步演进，在基于全IP网络基础设施，利用先进的MIMO无线技术等方面进行扩展工作，为3.5G和4G积极准备。如3GPP提出的高速下行分组接入(HighSpeedDownlinkPacketAccess，HSDPA)移动通信协议，亦称为3.5G。HSDPA协议在WCDMA下行链路中提供分组数据业务，在一个5MHz载波上的传输速率可达8～10Mb/s(如采用MIMO技术，则可达20Mb/s)。HSDPA采用了自适应调制和编码(AMC)、多输入多输出(MIMO)、混合自动重传请求(HARQ)、快速调度、快速小区选择等技术。HSDPA的对应上行协议是HSUPA(高速上行分组接入)标准，是一种因HSDPA上传速度不足(只有384kb/s)而开发的，亦称为3.75G，它在5MHz载波上的传输速率可达10～15Mb/s(如采用MIMO技术，则可达28Mb/s)、上传速度达5.76Mb/s(使用3GPPRel7技术，则可达11.5Mb/s)，令需要大量上传如双向视频直播或VoIP得以顺利实现。另一方面，3GPP2提出的演进标准是EV-DO(Evolution-DataOptimized，优化的数据演进)。EV-DO技术的基本思想是把语音业务和数据业务分别放在两个独立的载波上承载，从而极大简化系统软件的设计难度，避免了复杂的资源调度算法。EV-DO技术还提高了空中接口的速率，它采用速率控制而不是功率控制，可以始终使用最大功率发射前向链路信号，提高了可靠性；运用特有的调度算法合理处理小区内多个终端的业务竞争。

目前，WiMAX标准也由固定式向移动WiMAX演进。802.16-2004(802.16d)WiMAX只支持固定接入，802.16-2005(802.16e)WiMAX标准则同时支持固定及移动接入。4.1.6第4代移动通信系统

4G是英文fourth-generation的缩写，指第4代移动通信系统，也是3G之后的延伸。从技术标准的角度看，按照ITU的定义，静态传输速率达到1Gb/s，用户在高速移动状态下可以达到100Mb/s，就可以作为4G的技术之一。从营运商的角度看，除了与现有网络的可兼容性外，4G要有更高的数据吞吐量、更低时延、更低的建设和运行维护成本、更高的鉴权能力和安全能力、支持多种QoS等级。

3GLTE、LTE-Advanced与WiMAX以及3GPP2的超移动宽带(UltraMobileBroadband，UMB)技术常一起被称为4G。到了4G时代，移动通信网将变成全数据网络，将以OFDM正交频分复用调制技术为主要空中传输方式，且以IP为基础构成核心网络架构。LTE的最高下行速率将达到100Mb/s，上行也将达到50Mb/s以上，比WiMAX更快。

4G时代将是一个信息融合的时代，意味着更多技术、行业、应用的融合，不再局限于电信行业，还可以应用于金融、医疗、教育、交通等行业；通信终端能做更多的事情，例如除语音通信之外的多媒体通信、远端控制等；局域网、互联网、电信网、广播网、卫星网、传感器网络将能够融为一体而组成一个未来的物联网，上层以云计算为服务核心，无论使用什么终端，都可以享受高品质的信息服务。

GSM(GlobalSystemforMobileCommunication)的中文全称是全球移动通信系统，又称“全球通”。该系统由欧洲电信标准化研究所(ETSI)下的移动特别小组(简称“GSM”)开发出来并成功运用。4.2GSM全球移动通信系统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。上行信道频率(移动台发、基站收)为905～915MHz，下行信道频率(基站发、移动台收)为950～960MHz。随着业务的发展，需要向下扩展，或向1.8GHz频段的DCS1800过渡，即使用1800MHz频段，此时，上行信道频率(移动台发、基站收)为1710～1785MHz，下行信道频率(基站发、移动台收)为1805～1880MHz。

GSM的相邻两频道间隔为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)，采用等间隔频道配置方法。在GSM系统中采用了GMSK的调制方法，符号率(symbolrate)为270ksymbol/s，也是270kb/s(精确值为270.833symbol/s)。使用的滤波器是Gauss滤波器，参数BT值为0.3。

GSM的发射标识如下：业务信道发射标识为271KF7W；控制信道发射标识也为271KF7W。其中，标识的具体含义是：271K表示带宽271kHz，F表示主载波调制方式为频率调制，7表示包含量化或数字信息的双信道或多信道，W表示电报传真数据、遥测、遥控、电话和视频的组合。

依据GSM的调制参数，我们可以建立GSM调制方式在加性高斯白噪声信道中的传输性能测试模型。仿真模型如图4-1所示(GSMGauss.mdl)。

图4-1GSM调制方式的传输性能测试模型(SCHX4_1.mdl)

模型中通过方差(Variance)模块和统计平均模块(Mean)来测量调制输出信号的功率，因为信道模块(AWGN)需要依据输入信号的功率和设定的信噪比来确定应加入的高斯白噪声的大小(方差)。值得注意的是，信道模块所加入的高斯白噪声的频率覆盖范围由输入数据的采样率确定，这里即为-2.16～2.16MHz。所以，仿真中大部分噪声并没有落入GMSK调制输出的传输频带中，这部分噪声是可以滤除的。因此，信道模块设置的信噪比与实际工程中的测量信噪比不同：信道模块设置的信噪比是仿真的全部频率范围中信号功率与噪声功率的比值，而实际工程中测量信噪比一般取传输频带内的信号功率与噪声功率的比值。本例中，如果实际传输带宽取200kHz(-100～100kHz)，则进入传输带宽的噪声功率仅占噪声总功率的1/21.6(-13.3dB)，即如果信道模块中设置信噪比为10dB，则对应传输带宽内的信噪比为23.3dB。图4-1中，仿真测量出GMSK输出功率(统计平均)为0.8055W，设置信道模块中输入信号功率为该值，信噪比为0dB，这样，噪声总功率等于信号功率，故信道输出的总功率(信号叠加噪声)为纯信号功率的两倍，仿真实测结果为1.614W。在解调端，GMSKDemodulatorBaseband模块的设置要对应于调制端。其中，用回溯长度(Tracebacklength)参数可以设定维特比解调(ViterbiDecoder)的回溯时间长度，回溯长度越长，解调误码性能越好，但解调延时相应越多。一般取高斯脉冲持续时间长度的几倍即可。这里回溯时间取12个符号时间。相应地，解调输出符号相对于发送符号也将延迟12个符号时间。在误码统计模块的信号延迟参数设置上也应注意，接收延迟也要设为12。频谱仪上可以观察到GMSK信号通过信道后的功率谱。图4-2(a)、(b)分别给出的信道信噪比设置为0dB(对应传输带宽内信噪比为13.3dB)和20dB(对应传输带宽内信噪比为33.3dB)下的功率谱。

图4-2不同信噪比下的GMSK(BT值为0.3)功率谱(a)带内信噪比为13.3dB时的GMSK功率谱

图4-2不同信噪比下的GMSK(BT值为0.3)功率谱(b)带内信噪比为33.3dB时的GMSK功率谱

图4-3GSM信道调制输出信号的功率谱测量结果

蜂窝数字分组数据(CellularDigitalPacketData，CDPD)标准是基于现有蜂窝电话网的以数字分组技术为基础、以蜂窝移动通信为组网方式的移动无线数据通信技术。

CDPD始于美国，是一种使用AMPS信道的数据传送系统。1992年开始研究，1995年推出第一个商用CDPD网络，至今美国已基本实现全国覆盖。我国于1995年开始进行可行性研究，1996年在上海建成试验网，1997年底原邮电部决定建设“中国公用无线数据通信网”。4.3CDPD蜂窝数字分组数据网CDPD使用AMPS系统800MHz和900MHz信道上未被使用的带宽来进行数据传送。但它没有竞争过速率较慢却更廉价的Mobitex和DataTac系统，也未能在更高速的GPRS商用前占领市场。2004年，主要运营商在美国宣布计划关闭CDPD服务。2005年7月，AT&T和Cingular的CDPD网络被关闭。CDPD现已逐渐被淘汰。

CDPD将开放式接口、高速率传输、用户单元确定、空中数据加密和标准IP寻址模式有力地结合在一起，成为公认的、较好的无线数据通信规范。CDPD是建立在AMPS之上，并且完全与AMPS兼容的一种分组交换数字数据业务。基本上，任何一个空闲的30kHz信道，都可以暂时用来进行数据帧传输，其总速率为19.2kb/s，但由于CDPD包含了一部分附加位，因此纯的数据传输速率接近9.6kb/s。此外，CDPD具有数据安全性高等特点，它支持用户越区切换和全网漫游、广播和群呼，支持移动速度达100km/h的数据用户，可与公用有线数据网络互联互通。它的ERP为0.6W，配合放大器可达3W。

CDPD系统空中接口的主要技术性能如下：

(1)频率范围：800～900MHz的射频频率；发射频段为824～849MHz，是AMPS的频段；接收频段为800～894MHz，频道间隔为30kHz。

(2)无线速率：空中全双工19.2kb/s双向数据传输。

(3)工作模式：全双工，具有广播和群呼功能。

(4)无线接口协议：CDPDV1.1。

(5)数据安全性高，自动切换和全网漫游功能。

(6)调制方式：GMSK，归一化3dB带宽BT = 0.5。

(7)信道拥塞控制(通信负荷平衡)和抗干扰跳频切换。

(8)终端发射功率为0.6～4W，基站发射功率为45W。

依据CDPD的空中接口参数，我们可以建立CDPD在加性白高斯噪声信道中的传输性能测试模型。仿真模型如图4-4所示(SCHX4_4.mdl)。

图4-4CDPD传输性能测试模型(SCHX4_4.mdl)

CDPD传输性能测试模型构造类似于图4-1GSM的传输模型。值得注意的是，GMSK模块输出信号的平均功率与BT值有关，为了得出信道加入噪声大小的定量指标，需要依据仿真测量结果来设定加性高斯白噪声信道的参数。

模型中，设置信源输出比特率为19.2kb/s，每10比特组成一个输出帧；GMSK调制器参数BT = 0.5，高斯脉冲持续时间为3个符号间隔，输出调制信号采样点数为16点每符号。GMSK解调器参数也做对应设置，其中维特比解码的回溯长度为16，相应地，误码测试仪的输入信号延迟也设定为16。频谱仪的观测范围可设置为-50～50kHz。图4-5给出了信道信噪比为55dB时的信道输出功率谱仿真估计结果。

图4-5信噪比为55dB时的信道输出功率谱仿真估计结果

图4-6CDPD系统调制输出信号的功率谱实测结果

NADC的英文全称是NorthAmericanDigitalCellular，代表北美数字蜂窝或美国数字蜂窝标准。NADC也即D-AMPS(全称DigitalAMPS，数字AMPS系统)，正式标准号是IS-54及IS-136，技术上属于第2代移动通信系统。

4.4NADC北美数字蜂窝网

NADC于1992年由贝尔公司最初部署，作为对模拟体制的APMS系统的改进，采用时分复用(TDMA)体制。到1995年用户数达到50万。NADC能够支持语音和数据通信，其系统容量能够达到AMPS系统的3～6倍。NADC主要部署于美国和加拿大，是一个与欧洲GSM标准竞争的第2代移动通信技术标准。

NADC的主要空中接口参数是：

(1)调制方式：π/4-DQPSK。

(2)符号速率：24.3ksymbol/s。

(3)发送滤波器：平方根升余弦滤波(滚降系数为0.35)。

(4)移动台接收频率：869～894MHz；移动台发射频率：824～849MHz。

(5)多址方式：TDMA/FDM。

(6)双工模式：FDD(频分双工)。

(7)频道数量：832(每3用户分享一个频道)。

(8)信道间隔/带宽：30kHz。

(9)频道比特率：48.6kb/s。

(10)频谱效率：1.62(bit/s)/Hz。

(11)交织方式：2时隙交织。

图4-7NADC一个频道上信号输出功率谱测试模型(SCHX4_7.mdl)在图4-7中，RandomInteger模块用于产生符号速率：24.3ksymbol/s的4元整数序列，作为调制输入。DQPSK调制器采用基带模型，相位偏移量设置为π/4。调制输出信号经过平方根升余弦滤波器，每符号周期用16样值进行采样，因此，平方根升余弦滤波器输出的仿真数据率为24.3 × 16ksymbol/s。

图4-8NADC系统仿真输出的功率谱估计结果

图4-9NADC系统的现场频谱实测图

PDC是“个人数字蜂窝电话”的缩写，英文全称是PersonalDigitalCellular。该标准是由日本开发及使用的2G移动电话通信标准。PDC标准在1991年制定，与D-AMPS及GSM标准相似，都采用TDMA技术，但PDC标准的发射信号较小，手机功耗相对也较小，手机较为轻巧，但在室内环境中通话质量不如GSM。4.5PDC个人数字蜂窝电话日本NTTDoCoMo公司在1993年推出PDC数据业务。PDC的频道间隔为25kHz，每频道分为3个时隙，采用π/4-DQPSK调制技术。语音编解码器采用输出码速率为11.2kb/s(全速率)及5.6kb/s(半速率)的低速率编码。

PDC使用800MHz(下行频段为810～888MHz，上行频段为893～958MHz)及1.5GHz(下行频段为1477～1501MHz，上行频段为1429～1453MHz)频谱。PDC所能提供的主要业务是语音业务(全速及半速)，其增值服务包括来电等候、留言信箱、三人会议、来电转接。数据业务有数据服务(最高为9.6kb/s)和分组变换无线数据(packet-switchedwirelessdata，最高为28.8kb/s)。随着3G技术的推广，PDC的用户已经逐渐迁移到CDMA2000或WCDMA等新的平台上。

DPC标准的空中接口参数是：

调制符号速率：21ksymbol/s；

调制方式：π/4-DQPSK；

发送滤波器：平方根升余弦滤波器，滚降系数为0.5。

根据其空中接口参数建立传输仿真模型如图4-10所示。其中，调制符号通过RandomInteger模块产生，设置其输出

符号采样时间间隔为 s，对应输出符号速率为

21ksymbol/s。输出符号为4元整数(0，1，2，3)，每10个符号组成一帧后，送入调制器。

图4-10DPC传输仿真模型(SCHX4_10.mdl)调制器采用DQPSK调制模块基带模型，相位旋转参数设置为π/4。调制输出为复数序列，速率为21ksymbol/s。将调制输出信号序列送入平方根升余弦滤波器进行波形成形。平方根升余弦滤波器在收发端各加一个，两者设置相同，共同构成升余弦滤波器特性曲线。平方根升余弦滤波器的参数设置对话框如图4-11所示。设置平方根升余弦滤波器的群延迟为3个符号，滚降系数为0.5，升采样倍数为8，并保持输出数据帧速率，这样，每一个调制符号间隔将被均匀采样8次形成波形，输出每帧中将含有80个复数符号，且相对于输入，输出符号延迟了3个符号的时隙时间。由于平方根升余弦滤波器的插入，将导致滤波器输出信号功率变化。仿真模型中我们采用实测方法得出发送信号的功率估计，以便在信道模型中设置正确的信噪比。执行仿真后实测结果为：平方根升余弦滤波器的输出符号平均功率为0.1145W。因此，在AWGN信道模块中设置输入信号功率为0.1145W。

图4-11平方根升余弦滤波器的参数设置对话框接收端，平方根升余弦滤波器也将导致符号群延迟。调制和解调模块不会导致延迟，因此系统接收解调输出数据相对于发送数据的总延迟为6个符号，相应误码仪中接收延迟要设置为6，以便对齐收发符号序列。

执行仿真后，可从频谱仪观察到接收信号的功率谱。图4-12(a)、(b)分别是信道信噪比为20dB和30dB时的接收功率谱估计结果。从图中可见，3dB带宽约为20kHz，故DPC标准设计信道间隔为25kHz是合理的。图4-12不同信噪比下的DPC系统接收功率谱估计结果(a)

SNR=20dB

图4-12不同信噪比下的DPC系统接收功率谱估计结果(b)

SNR=30dB

IS-95标准是由Qualcomm公司提出的，是一个基于CDMA技术的第2代数字蜂窝系统标准。该标准分为IS-95A和IS-95B两类，IS-95A和IS-95B均有一系列标准，其总称为IS-95。

IS-95A是1995年美国TIA正式颁布的窄带CDMA(N-CDMA)标准。IS-95B是IS-95A的进一步发展，是于1998年制定的标准，主要目的是满足更高的比特速率业务的需求。4.6CDMAIS-95码分多址通信系统

IS-95的前向链路采用FDMA/CDMA混合多址方式，把所使用的频段划分为1.25MHz的频道。每个频道又被划分为64个信道，通过64阶Walsh序列来区分这些不同的信

道，实现码分多址。每个信道的基带数据与一个特定的Walsh序列相乘，得到码率为

1.2288Msymbol/s的数据序列。此数据序列进一步与I路和Q路两个正交的短PN码相乘。最后，对相乘结果序列进行QPSK调制后发送出去。发送端采用的滤波器是FIR基带平方根升余弦滤波器，滚降系数为0.3。

IS-95的反向链路上，每个频道(1.25MHz)也同样被划分为64个信道，数据序列的码率也是1.2288Msymbol/s。但是，反向链路使用的正交调制器与前向链路不同：在Q信道上有半个码片的延时，形成所谓的OQPSK调制。依据IS-95的前向链路调制参数，建立信号功率谱估计模型如图4-13所示(IS-95CDMAqpsk.mdl)。其中，调制输入信号为四元整数序列(0，1，2，3)，模拟了I、Q两路已经扩频的信号，符号速率依据IS-95标准设置为1.2288Msymbol/s。调制器采用QPSK等效基带模型。调制输出经过平方根升余弦滤波器成形，滤波群延时为3，滚降系数设置为0.3，升采样倍数设置为8。这样，滤波器的输出数据速率将是输入数据速率的8倍。

图4-13IS-95的前向链路信号功率谱估计模型(SCHX4_13.mdl)由于滤波器的插入改变了信号功率，故采用功率测量得出滤波器输出信号的功率，以便AWGN信道的设置。执行仿真，测量得到滤波器输出信号的功率估计值为0.1246。相应AWGN信道的信号输入功率也为该值。

频谱仪中，设置观察频谱范围为-2.5～2.5MHz，当AWGN模块中信噪比设置为20dB时仿真估计出的接收信号功率谱如图4-14所示。从仿真结果中可以看出调制输出信号的3dB带宽约为1.25MHz，故IS-95标准设计的信道带宽为1.25MHz。图4-15给出了IS-95前向链路输出功率谱的实测结果。

图4-14SNR为20dB时IS-95前向链路接收信号功率谱仿真结果

图4-15CDMAIS-95系统的前向链路频谱实测结果

CT-2第2代无绳电话系统(CordlessTelephone2ndGeneration)是家用室内无线电话的改良版本，是由第1代无绳电话CT-1(也称为住宅无绳电话)发展起来的“公用无绳电话系统”，也有人称其为“商用无绳电话系统”。

CT-2流行于20世纪90年代初。其特点是传输距离短，只能在指定地方打出(后来发展至可以打入)，通常配合当时流行的无线寻呼机使用。90年代中后期，因移动电话的商用推广，该无绳电话系统被淘汰。4.7CT-2第2代无绳电话系统

CT-2的基地台的发射半径只有150～200m，且不能进行切换和中继。终端通话过