移動(dòng)通信第二章

1、本次課的內(nèi)容v1.1.復(fù)習(xí)移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成及復(fù)用方式復(fù)習(xí)移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成及復(fù)用方式v2.2.移動(dòng)通信的頻段使用，掌握不同階段使用的頻段移動(dòng)通信的頻段使用，掌握不同階段使用的頻段v3.3.移動(dòng)通信系統(tǒng)中不同多址方式的頻譜效率移動(dòng)通信系統(tǒng)中不同多址方式的頻譜效率 了解了解不同系統(tǒng)每個(gè)信道的間隔不同系統(tǒng)每個(gè)信道的間隔v4.4.其他常用技術(shù)：掌握每種技術(shù)的功能及其實(shí)現(xiàn)其他常用技術(shù)：掌握每種技術(shù)的功能及其實(shí)現(xiàn)v5.移動(dòng)通信的發(fā)展，了解發(fā)展過(guò)程移動(dòng)通信的發(fā)展，了解發(fā)展過(guò)程1.3 移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成1.移動(dòng)通信系統(tǒng)按其經(jīng)營(yíng)方式或用戶性質(zhì)可分為專(zhuān)用移動(dòng)通信系統(tǒng)（專(zhuān)網(wǎng)）和公共移動(dòng)通信系統(tǒng)（

2、公網(wǎng)）。2.公共移動(dòng)通信系統(tǒng)， 即蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。一個(gè)交換區(qū)由一個(gè)移動(dòng)交換中心MSC（Mobile Service Switching Centre）、一個(gè)或若干個(gè)歸屬位置寄存器HLR（Home Location Register）和訪問(wèn)者位置寄存器VLR（Visitor Location Register)，有時(shí)幾個(gè)MSC合用一個(gè)VLR、 設(shè)備識(shí)別寄存器EIR（Equipment Identity Register）、 鑒權(quán)中心AuC（Authentication Centre）、操作維護(hù)中心OMC（Operation and Maintenance Centre）

3、、 基站BS（Base Station）和移動(dòng)臺(tái)MS（MobileStation）等功能實(shí)體組成。 圖圖1 蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) MSC對(duì)位于其服務(wù)區(qū)內(nèi)的MS進(jìn)行交換和控制，同時(shí)提供移動(dòng)網(wǎng)與固定公眾電信網(wǎng)的接口。MSC是移動(dòng)網(wǎng)的核心。作為交換設(shè)備，MSC具有完成呼叫接續(xù)與控制的功能，這點(diǎn)與固定網(wǎng)交換中心相同。作為移動(dòng)交換中心，MSC又具有無(wú)線資源管理和移動(dòng)性管理等功能，例如移動(dòng)臺(tái)位置登記與更新、越區(qū)切換等。為了建立從固定網(wǎng)至某個(gè)移動(dòng)臺(tái)的呼叫路由，固定網(wǎng)就近進(jìn)入關(guān)口MSC（GMSC），由該GMSC查詢有關(guān)的HLR，并建立至移動(dòng)臺(tái)當(dāng)前所屬的MSC的呼叫路由。 HLR

4、是用于移動(dòng)用戶管理的數(shù)據(jù)庫(kù)。每個(gè)移動(dòng)用戶必須在某個(gè)HLR中登記注冊(cè)。HLR所存儲(chǔ)的用戶信息分為兩類(lèi)：一類(lèi)是有關(guān)用戶參數(shù)的信息，例如用戶類(lèi)別，向用戶所提供的服務(wù)，用戶的各種號(hào)碼、識(shí)別碼以及用戶的保密參數(shù)等；另一類(lèi)是有關(guān)用戶當(dāng)前位置的信息，例如移動(dòng)臺(tái)漫游號(hào)碼、VLR地址等，用于建立至移動(dòng)臺(tái)的呼叫路由。 VLR是存儲(chǔ)用戶位置信息的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)漫游用戶進(jìn)入某個(gè)MSC區(qū)域時(shí)，必須向該MSC相關(guān)的VLR登記，并被分配一個(gè)移動(dòng)用戶漫游號(hào)（MSRN），在VLR中建立該用戶的有關(guān)信息，其中包括移動(dòng)用戶識(shí)別碼（MSI）、移動(dòng)用戶漫游號(hào)（MSRN），所在位置區(qū)的標(biāo)志以及向用戶提供的服務(wù)等參數(shù)，這些信息是從相應(yīng)的H

5、LR中傳遞過(guò)來(lái)的。MSC在處理入網(wǎng)、出網(wǎng)呼叫時(shí)需要查詢VLR中的有關(guān)信息。一個(gè)VLR可以負(fù)責(zé)一個(gè)或若干個(gè)MSC區(qū)域。EIR是存儲(chǔ)有關(guān)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。EIR實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)設(shè)備的識(shí)別、監(jiān)視、閉鎖等功能。 1.5 多多 址址 方方 式式 1.5.1 移動(dòng)通信系統(tǒng)中的多址方式移動(dòng)通信系統(tǒng)中的多址方式 （1） FDMA。當(dāng)前應(yīng)用這種多址方式的主要蜂窩系統(tǒng)有北美的AMPS和英國(guó)的TACS。在我國(guó)AMPS和TACS這兩種制式都有應(yīng)用，但TACS占絕大多數(shù)。所謂FDMA，就是在頻域中一個(gè)相對(duì)窄帶信道里，信號(hào)功率被集中起來(lái)傳輸，不同信號(hào)被分配到不同頻率的信道里，發(fā)往和來(lái)自鄰近信道的干擾用帶通濾波器限制，這樣

6、在規(guī)定的窄帶里只能通過(guò)有用信號(hào)的能量，而任何其他頻率的信號(hào)被排斥在外。模擬的FM蜂窩系統(tǒng)都采用了FDMA。 （2） TDMA。 當(dāng)前應(yīng)用這種多址方式的主要蜂窩系統(tǒng)有北美的DAMPS和歐洲的GSM，在我國(guó)這兩種制式也都有應(yīng)用，但GSM占絕大多數(shù)。所謂TDMA，就是一個(gè)信道由一連串周期性的時(shí)隙構(gòu)成。不同信號(hào)的能量被分配到不同的時(shí)隙里，利用定時(shí)選通來(lái)限制鄰近信道的干擾，從而只讓在規(guī)定時(shí)隙中有用的信號(hào)能量通過(guò)。實(shí)際上，現(xiàn)在使用的TDMA蜂窩系統(tǒng)都是FDMA和TDMA的組合，如美國(guó)TIA建議的DAMPS數(shù)字蜂窩系統(tǒng)就是先使用了30 kHz的頻分信道，再把它分成6個(gè)時(shí)隙進(jìn)行TDMA傳輸。 （3） CDMA

7、。 當(dāng)前應(yīng)用這種多址方式的主要蜂窩系統(tǒng)有北美的IS-95 CDMA系統(tǒng)。所謂CDMA，就是每一個(gè)信號(hào)被分配一個(gè)偽隨機(jī)二進(jìn)制序列進(jìn)行擴(kuò)頻，不同信號(hào)的能量被分配到不同的偽隨機(jī)序列里。在接收機(jī)里，信號(hào)用相關(guān)器加以分離， 這種相關(guān)器只接收選定的二進(jìn)制序列并壓縮其頻譜，凡不符合該用戶二進(jìn)制序列的信號(hào)，其帶寬就不被壓縮。結(jié)果只有有用信號(hào)的信息才被識(shí)別和提取出來(lái)。 （4）SDMA。它是一種較新的多址技術(shù)，在由中國(guó)提出的第三代移動(dòng)通信（3G）標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA中就應(yīng)用了SDMA技術(shù)?？辗侄嘀返脑砣鐖D1-5（d）所示。SDMA實(shí)現(xiàn)的核心技術(shù)是智能天線的應(yīng)用，理想情況下它要求天線給每個(gè)用戶分配一個(gè)點(diǎn)波束，這樣

8、根據(jù)用戶的空間位置就可以區(qū)分每個(gè)用戶的無(wú)線信號(hào)。換句話說(shuō)，處于不同位置的用戶可以在同一時(shí)間使用同一頻率和同一碼型，而不會(huì)相互干擾。實(shí)際上，SDMA通常都不是獨(dú)立使用的，而是與其他多址方式(如FDMA、TDMA和CDMA等)結(jié)合使用。 也就是說(shuō)，對(duì)于處于同一波束內(nèi)的不同用戶再用這些多址方式加以區(qū)分。SDMA的優(yōu)勢(shì)是明顯的：它可以提高天線增益，使得功率控制更加合理有效，顯著地提升了系統(tǒng)容量；此外，一方面可以削弱來(lái)自外界的干擾，另一方面還可以降低對(duì)其他電子系統(tǒng)的干擾。SDMA實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是智能天線技術(shù)，這也正是當(dāng)前應(yīng)用SDMA的難點(diǎn)。特別是對(duì)于移動(dòng)用戶，由于移動(dòng)無(wú)線信道的復(fù)雜性，使得智能天線中關(guān)于多用

9、戶信號(hào)的動(dòng)態(tài)捕獲、識(shí)別與跟蹤以及信道的辨識(shí)等算法極為復(fù)雜，從而對(duì)DSP（數(shù)字信號(hào)處理）提出了極高的要求，對(duì)于當(dāng)前的技術(shù)水平是個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。所以，雖然人們對(duì)于智能天線的研究已經(jīng)取得了不少鼓舞人心的進(jìn)展，但由于存在上述一些目前難以克服的問(wèn)題而未得到廣泛應(yīng)用。但可以預(yù)見(jiàn)，由于SDMA的諸多優(yōu)點(diǎn)，SDMA的推廣是必然的。 圖1-5多址方式示意圖（a）FDMA的頻段劃分方法；(b)TDMA示意圖；(c)FHCDMA和DSCDMA示意圖；(d)空分多址示意圖 1.4 移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻段使用移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻段使用 早期的移動(dòng)通信主要使用VHF和UHF頻段， 其主要原因有以下三點(diǎn): (1) VHF/UHF頻段

10、較適合移動(dòng)通信。 (2) 天線較短， 便于攜帶和移動(dòng)。 (3) 抗干擾能力強(qiáng)。 目前，大容量移動(dòng)通信系統(tǒng)均使用800 MHz頻段(CDMA)， 900 MHz頻段(AMPS、TACS、GSM)，并開(kāi)始使用1800 MHz頻段(GSM1800)， 該頻段用于微蜂窩(Microcell)系統(tǒng)。 “三頻”就是包含3個(gè)工作頻率，這三個(gè)工作頻率就是GSM900Mhz、DCS1800Mhz以及PCS1900Mhz , PCS1900兆網(wǎng)，是北美地區(qū)（美國(guó)、加拿大）及歐洲國(guó)家通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域普遍使用的網(wǎng)段 allocation table of radio frequencyv第三代移動(dòng)通信使用2000MHz,

11、WLAN網(wǎng)使用2.4G及5.8Gv第三代移動(dòng)通信的三種制式:CDMA2000，WCDMA,TD-SCDMAvCDMA2000，也稱(chēng)為CDMA Multi-Carrier，由美國(guó)高通北美公司為主導(dǎo)提出 ，韓國(guó)現(xiàn)在成為該標(biāo)準(zhǔn)的主導(dǎo)者。vWCDMA，全稱(chēng)為Wideband CDMA ，是歐洲提出的寬帶CDMA技術(shù)，它與日本提出的寬帶CDMA技術(shù)基本相同 vTD-SCDMA，Time Division - Synchronous CDMA(時(shí)分同步CDMA)，該標(biāo)準(zhǔn)是由中國(guó)大陸?yīng)氉灾贫ǖ?G標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 1.5.2 移動(dòng)通信系統(tǒng)中不同多址方式的頻譜效率移動(dòng)通信系統(tǒng)中不同多址方式的頻譜效率 在FDMA蜂窩系

12、統(tǒng)中，1.頻譜效率取決于每赫茲帶寬信息比特率和頻率復(fù)用系數(shù)。2.頻率復(fù)用系數(shù)是表示相同頻率是如何被復(fù)用的數(shù)目。3.載干比（C/I carrier/interference ）美國(guó)模擬蜂窩系統(tǒng)AMPS,調(diào)制效率為每30 kHz一條話路。由于干擾，同一頻率不能在每一小區(qū)中重復(fù)作用。為提供可靠的通話質(zhì)量，載干比需要18 dB或更高。根據(jù)推算和經(jīng)驗(yàn)表明，在大多數(shù)情況下，這個(gè)C/I值需要在頻率復(fù)用系數(shù)為1/7時(shí)才能達(dá)到。因此, 得到的結(jié)論是：每個(gè)小區(qū)中必須占用210 kHz的頻譜才有一條話路。 通過(guò)減小小區(qū)面積增加小區(qū)數(shù)，雖然從理論上能取得任意高的話路容量，但需要增加設(shè)備費(fèi)用。此外，由于小區(qū)覆蓋范圍減小

13、，也增加了基站間的切換次數(shù)。切換次數(shù)的增加將導(dǎo)致兩個(gè)壞處：一是容易掉話；二是加重了交換機(jī)的負(fù)擔(dān)。 TDMA頻譜效率的計(jì)算基本上和FDMA相同。 由于目前被認(rèn)可的頻率復(fù)用準(zhǔn)則和模擬系統(tǒng)相似，我們可以算出對(duì)于DAMPS， 每個(gè)小區(qū)必須占用70 kHz的頻譜才有一條話路。換句話說(shuō)，它的容量是模擬AMPS的三倍。 同樣可以算出，GSM的系統(tǒng)容量約是模擬TACS的兩倍。 CDMA頻譜效率的算法和上面兩種制式不大相同， 因?yàn)樯厦鎯煞N制式每條話路占用的頻譜寬度是一定的，只要頻率復(fù)用系數(shù)一定， 每個(gè)小區(qū)的話路容量就確定下來(lái)。 而CDMA 是通過(guò)不同的地址碼來(lái)區(qū)分用戶的，所有用戶都共用一個(gè)頻率。決定CDMA系統(tǒng)

14、容量的主要參數(shù)有處理增益、所需的Eb/N0值、話音激活系數(shù)、 頻率復(fù)用效率和扇區(qū)數(shù)目等。而且即使上述參數(shù)都確定，容量還要受具體的地理環(huán)境、 背景噪聲和外部干擾等條件的影響。所以，在CDMA中，每條話路所需占用的頻譜寬度是不確定的。通過(guò)試驗(yàn)和理論計(jì)算，IS-95CDMA的容量可達(dá)到AMPS的8至10倍，即每個(gè)小區(qū)中只占用20kHz的頻譜就可有一條話路。 目前的CDMA蜂窩系統(tǒng)實(shí)際上也都是FDMA和CDMA的組合。 因?yàn)樘幵谕惠d頻的CDMA用戶共用同一頻率，所以它的頻率復(fù)用系數(shù)可以被看作是1，但由于受鄰近小區(qū)中用戶的干擾的影響，CDMA實(shí)際的頻率復(fù)用系數(shù)應(yīng)為2/3。 CDMA系統(tǒng)的高容量很大一部

15、分因素是由于它的頻率復(fù)用系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他制式的蜂窩系統(tǒng)， 另外一個(gè)主要因素是它使用了話音激活技術(shù)。 1.6其他常用技術(shù)其他常用技術(shù) 移動(dòng)通信系統(tǒng)需要利用信號(hào)處理技術(shù)來(lái)改進(jìn)惡劣無(wú)線電傳播環(huán)境中的鏈路性能。均衡、分集和信道編碼這三種技術(shù)，可以用來(lái)改進(jìn)小尺度時(shí)間、空間中接收信號(hào)的質(zhì)量和鏈路性能。它們既可以單獨(dú)使用，又可以組合使用。一：均衡技術(shù)1.均衡技術(shù)可以補(bǔ)償時(shí)分信道中由于多徑效應(yīng)產(chǎn)生的符號(hào)間干擾（ISI）。如果調(diào)制帶寬超過(guò)了無(wú)線信道的相干帶寬，將會(huì)產(chǎn)生符號(hào)間干擾，并且調(diào)制脈沖將會(huì)產(chǎn)生時(shí)域擴(kuò)展，從而進(jìn)入相鄰符號(hào)。而接收機(jī)的均衡器可對(duì)信道中的幅度和延遲進(jìn)行補(bǔ)償。由于無(wú)線信道的未知性和時(shí)變性，因此均衡

16、器需要是自適應(yīng)的。 2.均衡技術(shù)中主要是均衡器，均衡器必須能夠?qū)崟r(shí)地跟蹤移動(dòng)通信信道的時(shí)變特性，因此這種均衡器又稱(chēng)為自適應(yīng)均衡器。 3.自適應(yīng)均衡器一般包括兩種工作模式，即訓(xùn)練模式和跟蹤模式。其工作過(guò)程如下：發(fā)射機(jī)發(fā)射一個(gè)已知的、定長(zhǎng)的訓(xùn)練序列，以便接收機(jī)中的均衡器可以調(diào)整到恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，使BER最小。典型的訓(xùn)練序列是一個(gè)二進(jìn)制的偽隨機(jī)信號(hào)或是一串預(yù)先指定的數(shù)據(jù)比特，而緊跟在訓(xùn)練序列之后被傳送的是用戶數(shù)據(jù)。接收機(jī)中的自適應(yīng)均衡器將通過(guò)遞歸算法來(lái)評(píng)估信道特性，并且修正濾波器系數(shù)，以對(duì)多徑造成的失真做出補(bǔ)償。在設(shè)計(jì)訓(xùn)練序列時(shí)，要求做到即使在最差的信道條件下，均衡器也能通過(guò)這個(gè)序列獲得恰當(dāng)?shù)臑V波系數(shù)。

17、這樣就可以在訓(xùn)練序列執(zhí)行完之后，使得均衡器的濾波系數(shù)已經(jīng)接近最佳值。而在接收用戶數(shù)據(jù)時(shí)，均衡器的自適應(yīng)算法就可以跟蹤不斷變化的信道。這樣處理的結(jié)果就是：自適應(yīng)濾波器將不斷改變其濾波特性。當(dāng)均衡器得到很好的訓(xùn)練后，就說(shuō)它已經(jīng)收斂。 二.分集技術(shù) 1.分集技術(shù)是另外一種用來(lái)補(bǔ)償信道衰落的技術(shù)，它通常使用兩個(gè)或多個(gè)接收天線來(lái)實(shí)現(xiàn)。演進(jìn)中的3G通用空中接口也利用了發(fā)射分集技術(shù)，基站通過(guò)空間分開(kāi)的天線或頻率發(fā)送多份信號(hào)的副本。同均衡器一樣，分集技術(shù)改善了無(wú)線通信鏈路的質(zhì)量，而且不用改變通用空中接口或者增加發(fā)射功率或者帶寬。 1.6.21.6.2分集技術(shù)分集技術(shù)2.分集的概念是：如果一條無(wú)線傳播路徑中的信

18、號(hào)經(jīng)歷了深度衰落，那么另一條相對(duì)獨(dú)立的路徑中可能包含著較強(qiáng)的信號(hào)。因此，接收機(jī)可以在多徑信號(hào)中選擇兩個(gè)或兩個(gè)以上的信號(hào)進(jìn)行合并，這樣做的好處是它在接收機(jī)中的瞬時(shí)信噪比和平均信噪比都有所提高，并且通?？梢蕴岣?030dB。分集技術(shù)是通過(guò)尋找無(wú)線傳播環(huán)境中的獨(dú)立（或至少是高度不相關(guān)的）多徑信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 3.分集方案分為兩種：一種稱(chēng)為“宏觀分集方案”；另一種稱(chēng)為“微觀分集方案”。宏觀分集方案用于合并兩個(gè)或多個(gè)長(zhǎng)時(shí)限對(duì)數(shù)正態(tài)信號(hào)，這些信號(hào)是經(jīng)獨(dú)立的衰落路徑接收來(lái)自不同基站站址上的兩個(gè)或多個(gè)不同天線發(fā)射的信號(hào)，顯然，只要在各方向上的信號(hào)傳播不是同時(shí)受到陰影效應(yīng)或地形地貌的影響，這種方法能有效保持通信不

19、會(huì)中斷。微觀分集方案用于合并兩個(gè)或多個(gè)短時(shí)限瑞利信號(hào)，這些信號(hào)都是在同一個(gè)接收基站上經(jīng)獨(dú)立的衰落路徑接收來(lái)自兩個(gè)或多個(gè)不同天線發(fā)射的信號(hào)。 4.常用的分集包括：空間分集、頻率分集、時(shí)間分集、極化分集?？臻g分集，也稱(chēng)為天線分集，是無(wú)線通信中使用最多的分集形式之一。要想從不同的天線上獲得非相關(guān)的接收信號(hào)，就要求天線間的間隔距離等于或大于半個(gè)波長(zhǎng)。在基站的設(shè)計(jì)中，為了進(jìn)行分集接收，在每個(gè)小區(qū)的中心，都裝備了多個(gè)基站接收天線。但是由于移動(dòng)臺(tái)接近地面，容易產(chǎn)生嚴(yán)重的信號(hào)散射現(xiàn)象，因此基站處的分集天線之間必須相隔很遠(yuǎn)（通常是波長(zhǎng)的幾十倍），才能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的非相關(guān)?？臻g分集既可用于基站，也可用于移動(dòng)臺(tái)，還可同

20、時(shí)用于兩者。目前，已有雙天線手機(jī)面世。 頻率分集在多于一個(gè)的載頻上傳送信號(hào)。其工作原理是，在信道相干帶寬之外的頻率是不相關(guān)的，并且不會(huì)出現(xiàn)同樣的衰落。在理論上，不相關(guān)信道產(chǎn)生同樣衰落的概率是各自產(chǎn)生衰落概率的乘積。時(shí)間分集是指以超過(guò)信道相干時(shí)間的時(shí)間間隔重復(fù)發(fā)送信號(hào)，以便讓再次收到的信號(hào)具有獨(dú)立的衰落環(huán)境，從而產(chǎn)生分集效果。目前，時(shí)間分集技術(shù)已經(jīng)大量地用于擴(kuò)頻CDMA的RAKE接收機(jī)中，由多徑信道提供傳輸冗余信息。極化分集利用了空中的水平極化和垂直極化路徑不相關(guān)的這一特性。由于在傳輸中進(jìn)行了多次反射，使得信號(hào)在不同的極化方向上是不相關(guān)的。將極化天線用于多徑環(huán)境中，當(dāng)傳輸路徑中有障礙物時(shí)，極化分

21、集可以驚人地減少多徑時(shí)延擴(kuò)展，而不會(huì)明顯地降低功率。在移動(dòng)無(wú)線通信中，分集合并的方案是在幾個(gè)信道上同時(shí)傳輸或者選擇分集合并傳輸，以降低在接收端上過(guò)量的深衰落概率。在宏觀分集中，選用選擇分集合并是有效的。這樣，可以減少長(zhǎng)時(shí)限衰落。選擇性分集合并是在兩個(gè)或者多個(gè)信號(hào)中進(jìn)行選擇，而不是對(duì)信號(hào)進(jìn)行合并。對(duì)于短時(shí)限衰落的微觀分集，原則是通過(guò)分集方案獲得相等平均功率的大量信號(hào)，其相應(yīng)的分集合并方法包括選擇性合并，最大比值合并和等增益合并。這些線性分集合并方法包含了多個(gè)接收信號(hào)簡(jiǎn)單的加權(quán)線性和。 1.6.31.6.3信道編碼技術(shù)信道編碼技術(shù)信道編碼通過(guò)在傳輸數(shù)據(jù)中引入冗余來(lái)避免數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)差錯(cuò)。

22、用于檢測(cè)差錯(cuò)的信道編碼稱(chēng)為檢錯(cuò)編碼，而既可檢錯(cuò)又可糾錯(cuò)的信道編碼稱(chēng)為糾錯(cuò)編碼。糾錯(cuò)和檢錯(cuò)技術(shù)的基本目的是通過(guò)在無(wú)線鏈路的數(shù)據(jù)傳輸中引入冗余來(lái)改進(jìn)信道的質(zhì)量。冗余比特的引入增加了原始信號(hào)的傳輸速率。因此，在源數(shù)據(jù)速率固定的情況下，這增加了帶寬要求，結(jié)果降低了高SNR情況下的帶寬效率，卻大大降低了低SNR情況下的BER。根據(jù)香農(nóng)定理可知，只要SNR足夠大，就可以用很寬的帶寬來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)通信。這就是3G應(yīng)用寬帶CDMA的部分原因。另一方面，差錯(cuò)控制編碼的寬度是隨編碼長(zhǎng)度的增加而增加的。因此，糾錯(cuò)編碼在帶寬受限的環(huán)境中是有一定優(yōu)勢(shì)的，并且在功率受限的環(huán)境中提供一定的鏈路保護(hù)。 信道編碼器把源信息變成編

23、碼序列，使其可用于信道傳輸，這就是它處理數(shù)字信息源的方法。檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼有三種基本類(lèi)型：分組碼、卷積碼和Turbo碼。分組碼是一種前向糾錯(cuò)（FEC）編碼。它是一種不需要重復(fù)發(fā)送就可以檢出并糾正有限個(gè)錯(cuò)誤的編碼。在分組碼中，校驗(yàn)位被加到信息位之后，以形成新的碼字（或碼組）。在一個(gè)分組編碼器中，k個(gè)信息位被編為n個(gè)比特，而n-k個(gè)校驗(yàn)位的作用就是檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。分組碼以（n，k）表示，其編碼速率定義為Rc=k/n，這也是原始信息速率與信道信息速率的比值。 卷積碼與分組碼有根本的區(qū)別，它不是把信息序列分組后再進(jìn)行單獨(dú)編碼，而是由連續(xù)輸入的信息序列得到連續(xù)輸出的已編碼序列。已經(jīng)證明，在同樣的復(fù)雜度下，卷積

24、碼可以比分組碼獲得更大的編碼增益。卷積碼是在信息序列通過(guò)有限狀態(tài)移位寄存器的過(guò)程中產(chǎn)生的。通常，移位寄存器包含N級(jí)（每級(jí)k比特），并對(duì)應(yīng)有基于生成多項(xiàng)式的m個(gè)線性代數(shù)方程。輸入數(shù)據(jù)每次以k位移入移位寄存器，同時(shí)有n位數(shù)據(jù)作為已編碼序列輸出，編碼速率為Rc=k/n。參數(shù)N稱(chēng)為約束長(zhǎng)度，它指明了當(dāng)前的輸出數(shù)據(jù)與多少的輸入數(shù)據(jù)有關(guān)。N決定了編碼的復(fù)雜度和能力大小。 1.7 移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展史移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展史 移動(dòng)通信的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展階段： 20世紀(jì)2030年代：警車(chē)無(wú)線電調(diào)度電話（AM調(diào)幅），使用頻率為2 MHz。 20世紀(jì)4050年代：人工接續(xù)的移動(dòng)電話（FM調(diào)頻），單工工作方式

25、， 使用頻段為150 MHz及450 MHz。 特別值得一提的是1947年Bell實(shí)驗(yàn)室提出了蜂窩的概念。 20世紀(jì)60年代：自動(dòng)撥號(hào)移動(dòng)電話，全雙工工作方式，使用頻段為150 MHz及450 MHz。1964年美國(guó)開(kāi)始研究更先進(jìn)的移動(dòng)電話系統(tǒng)（IMTS）。 20世紀(jì)7080年代：AMPS、TACS分別在美國(guó)、英國(guó)投入使用。 使用頻段為800/900 MHz（早期曾使用450 MHz），全自動(dòng)撥號(hào)，全雙工工作，具有越區(qū)頻道轉(zhuǎn)換，自動(dòng)漫游通信功能。頻譜利用率、系統(tǒng)容量和話音質(zhì)量都有明顯的提高。 20世紀(jì)90年代：GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)和窄帶CDMA（IS-95A）數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)及衛(wèi)星移動(dòng)通信投

26、入使用。 21世紀(jì)初：基于窄帶IS-95 CDMA技術(shù)的寬帶CDMA技術(shù)的cdma2000、基于日本無(wú)線工業(yè)廣播協(xié)會(huì)（ARIB）支持的純W-CDMA和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）制定的UTRA 兩個(gè)獨(dú)立建議的W-CDMA、由我國(guó)提出的時(shí)分同步CDMA（TD-SCDMA）等第三代（3G）系統(tǒng)（IMT-2000）陸續(xù)開(kāi)始投入使用或建立試驗(yàn)網(wǎng)。其中，第三代（3G）系統(tǒng)使用頻段為18852025 MHz， 21102200 MHz，全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。 在使用的150 MHz、450 MHz、900 MHz三個(gè)頻段的具體收發(fā)頻率間隔分別為: 150 MHz的收發(fā)頻率間隔為5.7 MHz；450 MHz 的收

27、發(fā)頻率間隔為10 MHz；900 MHz的收發(fā)頻率間隔為45 MHz。 20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的模擬蜂窩移動(dòng)電話系統(tǒng)，人們把它稱(chēng)為第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。其主要技術(shù)是模擬調(diào)頻、頻分多址， 主要業(yè)務(wù)是電話。 代表這一系統(tǒng)的有美國(guó)的AMPS，英國(guó)的TACS，北歐的NMT-900及日本HCNTS等。 模擬系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是：頻譜利用率低，不能與ISDN兼容，保密性差，以及移動(dòng)終端要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)小型化、低功耗、低價(jià)格的難度都較大。 美國(guó)的AMPS最早是由美國(guó)于1971年開(kāi)始研制并投入軍用的。 1973年，美國(guó)Motorola公司向美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)提出申請(qǐng)AMPS(Advanced Mobile

28、Phone Service)系統(tǒng)，經(jīng)批準(zhǔn)于1983年投入使用。 表表1-1 AMPS制式與制式與TACS制式的主要差別制式的主要差別 項(xiàng) 目 AMPS （美國(guó)）TACS （英國(guó)）工 作 頻 段 / M H z MSBS BSMS 825845870890 890915935960 頻道間隔/kHz 30 25話音頻道調(diào)制峰值頻偏/kHz 12 9.5 控制信號(hào)傳輸速率/(kb/s) 10 8 控制頻道調(diào)制峰值頻偏/kHz 8 6.4 值得一提的是碼分多址（CDMA）數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。 與其他蜂窩系統(tǒng)比較，它具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1） 系統(tǒng)容量大：為GSM的5.6倍，TACS的11.2倍； （2

29、） 抗衰落能力及抗干擾性能強(qiáng)； （3） 話音質(zhì)量高； （4） 保密性及安全性優(yōu)于GSM系統(tǒng)； （5） 移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率低（約10 mW）； （6） 具有軟切換和軟容量特性； （7） 頻率復(fù)用模式可達(dá)到1。 本區(qū)和鄰區(qū)可共用同一頻道， 因而不需要頻率動(dòng)態(tài)分配； （8） 可實(shí)現(xiàn)寬帶數(shù)據(jù)傳輸。 表表1 - 2 低功率系統(tǒng)的主要參數(shù)低功率系統(tǒng)的主要參數(shù) 表表1 3 數(shù)字蜂窩系統(tǒng)的主要參數(shù)數(shù)字蜂窩系統(tǒng)的主要參數(shù) 1.7.21.7.2從從2G2G向向3G3G發(fā)展發(fā)展 1.1.移動(dòng)用戶數(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)移動(dòng)用戶數(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)隨著移動(dòng)用戶數(shù)量的急劇增加，在世界一些發(fā)達(dá)地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)了頻率資源緊張、系統(tǒng)容量飽和的局

30、面。移動(dòng)通信所賴以生存的無(wú)線電頻率是一種寶貴的資源，頻譜資源是有限的，但隨著移動(dòng)通信的飛速發(fā)展，用戶數(shù)量的急劇增加，有限的資源被“無(wú)限”地利用，矛盾越來(lái)越尖銳。而由于采用了CDMA技術(shù)，相對(duì)于來(lái)說(shuō)可以提供更大的系統(tǒng)容量，有效緩解急劇增長(zhǎng)的用戶數(shù)量和有限的頻率資源之間的矛盾。從這個(gè)角度分析，的無(wú)線技術(shù)必將被所取代。 2.2.移動(dòng)業(yè)務(wù)發(fā)展的必然趨勢(shì)移動(dòng)業(yè)務(wù)發(fā)展的必然趨勢(shì)隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，人類(lèi)已經(jīng)逐漸步入信息化社會(huì)，人們對(duì)于移動(dòng)通信也提出了越來(lái)越高的要求。在這種潮流下，分組交換、ATM、IP等各種技術(shù)的融合已經(jīng)成為移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢(shì)，而且移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合也越來(lái)越緊密。同時(shí)，信息技術(shù)的發(fā)展

31、和用戶的多樣化、個(gè)性化需求要求移動(dòng)通信系統(tǒng)提供更豐富、更個(gè)性化的業(yè)務(wù)，如圖像、話音與數(shù)據(jù)相結(jié)合的多媒體業(yè)務(wù)和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但2G系統(tǒng)主要為用戶提供話音業(yè)務(wù)和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，QoS能力有限，無(wú)法滿足用戶多媒體、電子商務(wù)、移動(dòng)上網(wǎng)等多種新興通信的要求。而3G能夠達(dá)到高速車(chē)載環(huán)境下384kb/s、低速或靜止?fàn)顟B(tài)下2Mb/s及以上的速率，因此可提供多樣化、個(gè)性化業(yè)務(wù)，并向多媒體化、智能化、分組化方向發(fā)展。 3.3.運(yùn)營(yíng)商發(fā)展的必然趨勢(shì)運(yùn)營(yíng)商發(fā)展的必然趨勢(shì)由于話音業(yè)務(wù)的利潤(rùn)空間日益縮小，要提高，還需要開(kāi)展豐富的差異化競(jìng)爭(zhēng)業(yè)務(wù)。因?yàn)橹苯訉I(yè)務(wù)本身標(biāo)準(zhǔn)化，所以同一種業(yè)務(wù)就只有一種標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)方式，不利于第三方的快

32、速引入和業(yè)務(wù)生成，生成新業(yè)務(wù)比較困難，無(wú)法充分滿足用戶多樣化、個(gè)性化的業(yè)務(wù)需求。而在中，某個(gè)特定業(yè)務(wù)可以抽象為多個(gè)業(yè)務(wù)能力特征的集合，每個(gè)業(yè)務(wù)能力特征可以根據(jù)承載網(wǎng)絡(luò)的不同而由不同的業(yè)務(wù)能力具體實(shí)現(xiàn)，這表現(xiàn)了業(yè)務(wù)生成的多樣化和靈活性。運(yùn)營(yíng)商只有充分利用平臺(tái)來(lái)開(kāi)展差異化競(jìng)爭(zhēng)，才能在未來(lái)的激烈競(jìng)爭(zhēng)中生存發(fā)展。 IMT-2000的系統(tǒng)特性如下：(1)采用1.82.2GHz頻帶的數(shù)字系統(tǒng)。(2)在多種無(wú)線環(huán)境（蜂窩系統(tǒng)、無(wú)繩系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)和固定的無(wú)線系統(tǒng)環(huán)境）下工作。(3)使用多模式終端，提供漫游能力。(4)提供廣泛的電信業(yè)務(wù)。(5)具有與固定網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)可比的高質(zhì)量和完整性。 (6)具有國(guó)際漫游和系統(tǒng)內(nèi)

33、部越區(qū)切換的能力。(7)使用智能網(wǎng)（IN）技術(shù)進(jìn)行移動(dòng)性管理和業(yè)務(wù)控制。(8)具有高水平的安全和保密能力。(9)具有靈活開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 無(wú)線傳輸技術(shù)（RTT）是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的重要組成部分。無(wú)線傳輸技術(shù)主要包括多址技術(shù)、調(diào)制技術(shù)、信道編碼與交織、雙工技術(shù)、物理信道結(jié)構(gòu)和復(fù)用、幀結(jié)構(gòu)、RF信道參數(shù)等。1998年6月30日為ITU規(guī)定的提交RTT建議的最后期限，共有10個(gè)組織向ITU提交了候選RTT方案，如表1-4所示。特別值得一提的是，信息產(chǎn)業(yè)部電信科學(xué)技術(shù)研究院（CATT）代表中國(guó)也提交了自己的候選方案(TD-SCDMA)，這說(shuō)明我國(guó)政府主管部門(mén)高度重視第三代移動(dòng)通信的發(fā)展，決心從制定標(biāo)

34、準(zhǔn)起就涉足第三代系統(tǒng)，以改變我國(guó)以往跟著國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)跑的局面。 表表1-4正式向正式向ITU提交的候選提交的候選RTT方案方案 序號(hào) 提交者 候選 RTT 方案 1 日本 ARIB W-CDMA 2 歐洲 ESA SW-CDMA&SW-CTDMA 3 ICO ICO RTT 4 中國(guó) CATT TD-SCDMA 5 韓國(guó) TTA Global CDMA &,&Satellite RTT 6 歐洲 ETSI_DECT EP-DECT 7 歐洲 ETSI_UTRA UTRA 8 美國(guó) TIA TR45.3（UWC-136） TR45.5（cdma2000） & TR46

35、.1（WIMS W-CDMA） 9 美國(guó) T1P1-ATIS W-CDMA N/A 10 INMARSAT Horizons 1.7.31.7.3我國(guó)的移動(dòng)通信發(fā)展歷程我國(guó)的移動(dòng)通信發(fā)展歷程我國(guó)移動(dòng)通信是從軍事移動(dòng)通信(即戰(zhàn)術(shù)通信)起步的。民用移動(dòng)通信發(fā)展較晚，最初階段大致可分為早期、74系列、80系列三個(gè)階段，20世紀(jì)50年代末到70年代中主要用于公安、郵電、交通、漁業(yè)等少數(shù)部門(mén)作專(zhuān)網(wǎng)用，1974年才開(kāi)放了四個(gè)民用波段，制定了通用技術(shù)條件，開(kāi)始研制頻道間隔為50kHz和100kHz的74系列產(chǎn)品。1980年制定了頻道間隔為25kHz的性能指標(biāo)、測(cè)試方法和環(huán)境要求等部頒標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展了80系列設(shè)備

36、的研制。 我國(guó)公眾移動(dòng)通信起步于20世紀(jì)80年代，1987年在廣州、上海率先采用900MHzTACS標(biāo)準(zhǔn)的模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng),開(kāi)通了蜂窩移動(dòng)通信業(yè)務(wù)。它一經(jīng)面世,就受到廣大用戶的歡迎,并迅速發(fā)展到全國(guó)各省。移動(dòng)電話用戶數(shù)每年翻番,發(fā)展速度之快,令世人矚目。至1996年已基本建成一個(gè)覆蓋全國(guó)(除臺(tái)灣省以外)31個(gè)省、直轄市、自治區(qū)大部分地市縣和部分重要縣鎮(zhèn)的全國(guó)移動(dòng)通信網(wǎng)。該網(wǎng)采用的設(shè)備主要由摩托羅拉系統(tǒng)(稱(chēng)A網(wǎng))和愛(ài)立信系統(tǒng)(稱(chēng)B網(wǎng))組成。1995年1月1日實(shí)現(xiàn)了A網(wǎng)和B網(wǎng)兩系統(tǒng)內(nèi)的分別聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)漫游。1996年1月1日實(shí)現(xiàn)了A網(wǎng)、B網(wǎng)兩系統(tǒng)的互聯(lián)自動(dòng)漫游,從而真正實(shí)現(xiàn)了“一機(jī)在手、信步神州”

37、。隨著數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展與普及，模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)于2000年起開(kāi)始封網(wǎng)，并逐步退出中國(guó)電信發(fā)展的歷史舞臺(tái)，將頻段讓給數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。 1994年4月，中國(guó)聯(lián)合通信有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“中國(guó)聯(lián)通”）的成立打破了郵電“一統(tǒng)天下”的局面。中國(guó)聯(lián)通決定采用技術(shù)先進(jìn)、設(shè)備成熟、具有國(guó)際自動(dòng)漫游功能的GSM數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù),組建全國(guó)第二個(gè)公眾移動(dòng)通信網(wǎng)。1994年9月，中國(guó)電信也采用GSM數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù),組建了中國(guó)電信全國(guó)公眾數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)。從1994年9月至1995年年底短短一年多時(shí)間，中國(guó)就有15個(gè)省、直轄市、自治區(qū)開(kāi)通了GSM數(shù)字移動(dòng)電話業(yè)務(wù),并采用中國(guó)七號(hào)信令完成聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)漫游。 在發(fā)展G

38、SM的同時(shí),我國(guó)積極跟蹤C(jī)DMA技術(shù)的發(fā)展。CDMA數(shù)字蜂窩試驗(yàn)網(wǎng)率先由長(zhǎng)城電信在北京、上海、廣州、西安四大城市建成并開(kāi)通，使用效果不錯(cuò)。美國(guó)TIA的IS-95的雙模式CDMA標(biāo)準(zhǔn)以Qualcomm的方案為基礎(chǔ)，系統(tǒng)帶寬為1.25MHz。隨著中國(guó)電信改革的深入，1999年4月，信息產(chǎn)業(yè)部確定由中國(guó)聯(lián)通在全國(guó)范圍經(jīng)營(yíng)CDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng)。2000年4月20日，從中國(guó)電信分離的移動(dòng)業(yè)務(wù)由新成立的中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“中國(guó)移動(dòng)”）運(yùn)行。中國(guó)移動(dòng)擁有全球第一的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和客戶規(guī)模，連續(xù)6年入選財(cái)富雜志世界500強(qiáng)，最新排名第202位。 目前，中國(guó)國(guó)內(nèi)最主要的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商是中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)聯(lián)通，未來(lái)潛在

39、的第三代移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商可能還包括固定電信公司和若干家新增的運(yùn)營(yíng)商。為了改變我國(guó)以往在制訂技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面跟著國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)跑的局面，我國(guó)政府主管部門(mén)高度重視第三代移動(dòng)通信（3G）的發(fā)展，積極制訂具有我國(guó)自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的3G標(biāo)準(zhǔn)。1999年6月，中國(guó)無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)研究組(CWTS)在韓國(guó)正式簽字，同時(shí)加入3GPP和3GPP2,成為這兩個(gè)當(dāng)前主要負(fù)責(zé)第三代合作伙伴計(jì)劃的組織伙伴。在此之前，我國(guó)是以觀察員的身份參與該計(jì)劃的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)的。 1999年11月，芬蘭赫爾辛基ITU第18次會(huì)議上，TD-SCDMA進(jìn)入ITUTG8/1文件IMT-RSPC的最終稿，成為ITU/3G候選方案。2000年5月5日，土耳其伊斯坦布爾無(wú)線電大會(huì)上，TD-SCDMA正式被ITU接納成為IMT2000標(biāo)準(zhǔn)之一，這是百年來(lái)中國(guó)電信發(fā)展史上的重大突破。 1.8第四代移動(dòng)通信（第四代移動(dòng)通信（4G）標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)狀標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)狀 1.8.11.8.1第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)1 1）新的調(diào)制技術(shù)新的調(diào)制技術(shù)第四代移動(dòng)通信的要求數(shù)據(jù)速率從2Mb/s提高到100Mb/s，能夠提供150Mb/s的高質(zhì)量的影像服務(wù)。在無(wú)線信道下，要如此大幅度