教學(xué)課件·移動(dòng)通信(第四版)

1、第10章 移動(dòng)通信的展望10.1 個(gè)人通信概述 10.2 關(guān)于個(gè)人通信的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和研究進(jìn)展 10.3 未來(lái)移動(dòng)通信中的關(guān)鍵技術(shù) 思考題與習(xí)題縱觀移動(dòng)通信的發(fā)展歷程， 當(dāng)代移動(dòng)通信可分為四個(gè)階段： （1） 第一代移動(dòng)通信以模擬調(diào)頻、 頻分多址為主體技術(shù)， 包括以蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)為代表的公用移動(dòng)通信系統(tǒng)、 以集群系統(tǒng)為代表的專(zhuān)用移動(dòng)通信系統(tǒng)以及無(wú)繩電話, 主要向用戶提供模擬話音業(yè)務(wù)。(2) 第二代移動(dòng)通信以數(shù)字傳輸、時(shí)分多址或碼分多址為主體技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)字移動(dòng)通信，包括數(shù)字蜂窩系統(tǒng)、數(shù)字無(wú)繩電話系統(tǒng)和數(shù)字集群系統(tǒng)等，主要向用戶提供數(shù)字話音業(yè)務(wù)和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。10.1 個(gè)人通信概述(3) 第三代(3G)移動(dòng)

2、通信以CDMA為主要技術(shù)，向用戶提供2 Mb/s到10 Mb/s的多媒體業(yè)務(wù)。 (4) 超（后）三代（B3G）或第四代(4G)移動(dòng)通信的研究和開(kāi)發(fā)，采用OFDM和多天線等新技術(shù)，將向用戶提供100 Mb/s甚至1 Gb/s的數(shù)據(jù)速率。10.1.1 個(gè)人通信的概念 長(zhǎng)期以來(lái)， 人們就有一種美好的愿望： 未來(lái)總有一天會(huì)做到無(wú)論任何人(Whoever)在任何時(shí)候(Whenever)和任何地點(diǎn)(Wherever)都能和另一個(gè)人(Whomever)進(jìn)行任何方式(Whatever)的通信。以往，人們?cè)堰@種愿望稱(chēng)之為幻想， 然而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 這種愿望已經(jīng)不是幻想， 而是可以實(shí)現(xiàn)的了。人們把這種向往

3、中的通信稱(chēng)為“個(gè)人通信”， 而把實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信的網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)之為個(gè)人通信網(wǎng)(PCN)。個(gè)人通信的愿望雖然早已存在，但個(gè)人通信網(wǎng)的設(shè)想?yún)s是在1988年才正式提出來(lái)的。其后，PCN在世界范圍內(nèi)立即引起了巨大的反響和共鳴，一些通信發(fā)達(dá)的國(guó)家紛紛開(kāi)展了PCN的體系結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)的研究， 提出了形形色色的設(shè)想和方案， 有關(guān)PCN的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定也受到許多國(guó)際組織的重視。10.1.2 實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信的途徑 個(gè)人通信的設(shè)想激發(fā)了人們的濃厚興趣。從1988年以來(lái)，人們對(duì)如何實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信曾提出過(guò)各種各樣的方案， 也發(fā)生過(guò)一些爭(zhēng)論， 甚至相互非議。 一般來(lái)說(shuō)， 實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信的途徑有以下幾種。 (1) 規(guī)劃、 設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)一種

4、覆蓋世界范圍的全新個(gè)人通信網(wǎng)。 這種方法可以按照個(gè)人通信的理想目標(biāo)， 自由地精選先進(jìn)技術(shù)和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， 而不受現(xiàn)有通信設(shè)施和現(xiàn)用技術(shù)體制的影響和約束。 (2) 選擇現(xiàn)有的某一種移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)充和改造， 實(shí)現(xiàn)一個(gè)遍及全球、 功能齊全和適應(yīng)各種運(yùn)行環(huán)境的個(gè)人通信網(wǎng)。 這種辦法對(duì)現(xiàn)有各種通信設(shè)備的開(kāi)發(fā)者、 制造商和運(yùn)營(yíng)公司特別有吸引力。利用和改造某一種通信網(wǎng)絡(luò)向個(gè)人通信網(wǎng)發(fā)展的方案都帶有一定的局限性， 主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 把蜂窩通信系統(tǒng)的小區(qū)分為宏小區(qū)、 微小區(qū)和微微小區(qū)， 混合配置， 以適應(yīng)城市和鄉(xiāng)村、 戶內(nèi)和戶外的不同需要和擴(kuò)大個(gè)人通信的服務(wù)范圍。 把無(wú)繩電話系統(tǒng)由室內(nèi)應(yīng)用擴(kuò)展到室外

5、應(yīng)用， 通過(guò)Telepoint覆蓋整個(gè)服務(wù)地區(qū)， 并賦予雙向呼叫、 越區(qū)切換和漫游功能， 以提供個(gè)人通信業(yè)務(wù)。 利用中、 低軌道移動(dòng)通信衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信網(wǎng)絡(luò)。 因?yàn)橐苿?dòng)衛(wèi)星通信在海上、 空中和地形復(fù)雜而人口稀疏的環(huán)境中應(yīng)用具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)， 不僅覆蓋范圍大， 而且不受地形的限制， 對(duì)于解決邊遠(yuǎn)地區(qū)的通信和形成陸?？章?lián)合的立體通信系統(tǒng)而言是最有效的辦法。(3) 綜合利用現(xiàn)有各種通信網(wǎng)絡(luò)， 發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)， 取長(zhǎng)補(bǔ)短， 在統(tǒng)一要求和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的條件下， 突破關(guān)鍵技術(shù)， 解決各種網(wǎng)絡(luò)之間的互連互通， 加強(qiáng)通信網(wǎng)絡(luò)的智能化管理功能， 以實(shí)現(xiàn)全球性的個(gè)人通信網(wǎng)。10.2.1 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)制定的過(guò)程

6、第三代移動(dòng)通信的主要發(fā)展目標(biāo)是：能提供高質(zhì)量業(yè)務(wù)，包括話音、低速和高速數(shù)據(jù)(從幾kbs到2 Mbs)， 并具有多媒體接口； 能支持面向電路和面向分組業(yè)務(wù)；能工作在各種通信環(huán)境，包括城市和鄉(xiāng)村、丘陵和山地、空中和海上以及室內(nèi)場(chǎng)所；具有更高的頻譜效率，能提供更大的通信容量； 能與固定網(wǎng)絡(luò)兼容， 和現(xiàn)有移動(dòng)通信網(wǎng)互連互通并實(shí)現(xiàn)全球漫游；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可配置成不同形式， 以適應(yīng)各種服務(wù)需要， 如公用、 專(zhuān)用、 商用和家用； 具有高級(jí)的移動(dòng)性管理， 能保證大量用戶數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、 更新、 交換和實(shí)時(shí)處理等。 10.2 關(guān)于個(gè)人通信的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和研究進(jìn)展關(guān)于第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)， 開(kāi)始主要是由國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU

7、)主導(dǎo)的， 最初提出時(shí)使用的系統(tǒng)名稱(chēng)為“未來(lái)公共陸上移動(dòng)通信系統(tǒng)”(FPLMTS)， 后改名為“國(guó)際移動(dòng)通信2000”(IMT-2000)。 1998年12月， 世界各國(guó)已向ITU提交的無(wú)線傳輸技術(shù)(RTT)建議有： (1) 以TDMA為基礎(chǔ)的兩種： DECT， 來(lái)自ETSI計(jì)劃(EP)DECT。 UWC-136(Universal Wireless Communications)， 來(lái)自美國(guó)TIA TR45.3。 (2) 以CDMA為基礎(chǔ)的八種： WINS W-CDMA(Wireless Multimedia and Messaging Service Wideband CDMA)， 來(lái)自美

8、國(guó)TR46.1。 TD-SCDMA(TimeDivision Synchronous CDMA)， 來(lái)自中國(guó)電信技術(shù)研究院(CATT)。 W-CDMA(Wideband CDMA)， 來(lái)自日本ARIB。 CDMA(Asynchronous DS-CDMA)， 來(lái)自韓國(guó)TTA。 UTRA(UMTS Terrestrial Radio Access)， 來(lái)自ESTI SMG2。 NA：W-CDMA(North American Wideband CDMA)， 來(lái)自美國(guó)TIPI-ATIS。 cdma2000(Wideband CDMA(IS-95)， 來(lái)自美國(guó)TIA TR45.5。 CDMA (Mu

9、ltiband Synchronous DS-CDMA)， 來(lái)自韓國(guó)TTA。 (3) 用于衛(wèi)星系統(tǒng)的五種： SAT-CDMA，軌道高度2000 km，軌道平面7個(gè)，總共49顆低軌道衛(wèi)星，來(lái)自韓國(guó)TTA。 SW-CDMA(Satellite Wideband CDMA)， 來(lái)自ESA。 SW-CTDMA(Satellite Wideband Hybrid CDMATDMA)， 來(lái)自ESA。 ICO-RTT，軌道高度10 390 km， 軌道平面2個(gè)， 總共10顆中軌道衛(wèi)星，來(lái)自ICO Global Communication。 Horizons(Horizons Satellite System

10、)， 來(lái)自Inmarsat。1999年11月赫爾辛基TG81會(huì)議通過(guò)了“IMT-2000無(wú)線接口技術(shù)規(guī)范”建議，該建議中最終確定下來(lái)的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)無(wú)線傳輸技術(shù)分為CDMA和TDMA兩類(lèi)， 具體包括： CDMA DS： UTRA FDD(WCDMA)； CDMA MC： cdma2000 MC； CDMA TDD： UTRA TDD及TD-SCDMA； TDMA SC： UWC-136； TDMA MC： DECT。 10.2.2 超（后）三代（B3G）或第四代(4G)移動(dòng)通信的研究和開(kāi)發(fā) 第三代移動(dòng)通信已經(jīng)開(kāi)始商用， 2003年底全球已發(fā)放120個(gè)IMT-2000的運(yùn)行牌照。 僅以日本為

11、例，第三代移動(dòng)通信2001年10月開(kāi)始商用（WCDMA技術(shù)），2004年3月已有300萬(wàn)用戶， 網(wǎng)絡(luò)已覆蓋99%以上的地區(qū)。 在第三代（3G）移動(dòng)通信開(kāi)始商用后， 大家就開(kāi)始考慮今后該如何發(fā)展， 即開(kāi)始了超（后）三代（B3G）或第四代(4G)移動(dòng)通信的研究和開(kāi)發(fā)。今后的發(fā)展分為兩個(gè)思路： 一是對(duì)現(xiàn)有3G標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)，以滿足未來(lái)用戶的需求； 二是研制全新的標(biāo)準(zhǔn)。 第一種思路可以稱(chēng)為3G的演進(jìn)， 如3GPP提出了高速下行分組接入（HSDPA），其數(shù)據(jù)率可以達(dá)到10.8 Mb/s； 3GPP2提出了1xEV-DV， 其速率可以達(dá)到5.4 Mb/s。 ITU-R對(duì)未來(lái)系統(tǒng)的發(fā)展的看法包括兩部分：一是IM

12、T-2000的未來(lái)發(fā)展，二是超IMT-2000的系統(tǒng)。 IMT-2000將繼續(xù)發(fā)展以支持新的應(yīng)用、產(chǎn)品和服務(wù)。 WWRF（Wireless World Research Forum）認(rèn)為未來(lái)的系統(tǒng)不可能僅用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)滿足用戶的所有要求， 應(yīng)當(dāng)用一組標(biāo)準(zhǔn)來(lái)滿足完全不同的用戶需求； 應(yīng)當(dāng)利用多模終端， 在一組可選的空中接口中選擇一個(gè)最適合給定環(huán)境的空中接口； 此外， 還要滿足100 Mb/s或1 Gb/s的數(shù)據(jù)速率。IEEE 802下的多個(gè)工作組也在進(jìn)行未來(lái)無(wú)線通信的標(biāo)準(zhǔn)化工作。 如IEEE 802.11n希望下一代WLAN的實(shí)際傳輸速率達(dá)到100 Mb/s， 完整的802.11n標(biāo)準(zhǔn)則預(yù)計(jì)在20

13、06年年底至2007年年初之間問(wèn)世； 2004年8月底有兩個(gè)組織提交了提案， TGn Sync組織的提案希望傳輸速率能夠達(dá)到640 Mb/s左右， 而WWiSE組織的提案最高速率為540 Mb/s； 它們都選擇使用了“多重輸入與多重輸出”(MIMO， Multiple Input and Multiple Output)技術(shù)作為規(guī)范的核心。 綜上所述， 我們可用圖10-1來(lái)概括移動(dòng)和無(wú)線通信的發(fā)展進(jìn)程。 它包括廣域覆蓋（Wide Area Coverage）的移動(dòng)通信系統(tǒng)和局域覆蓋(Local Area Coverage)的無(wú)線局域網(wǎng)。 圖10-1 移動(dòng)通信的發(fā)展進(jìn)程10.3 未來(lái)移動(dòng)通信中的

14、關(guān)鍵技術(shù)10.3.1 自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù) 1. 可變速率調(diào)制技術(shù) 未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)不僅要傳輸不同速率和不同質(zhì)量要求的多種業(yè)務(wù)， 而且因?yàn)橐苿?dòng)信道的傳播性能經(jīng)常會(huì)隨時(shí)間和傳播地點(diǎn)而隨機(jī)變化， 所以移動(dòng)通信系統(tǒng)必須具有自適應(yīng)改變其傳輸速率的能力， 以便能靈活地為多種業(yè)務(wù)提供合適的傳輸速率，而且能在保證傳輸質(zhì)量的前提下， 根據(jù)傳播條件實(shí)時(shí)地調(diào)整其傳輸速率(信道條件好， 提高速率； 信道條件差， 降低速率)， 以充分發(fā)揮所用頻譜的效率。 實(shí)現(xiàn)可變速率調(diào)制的方法有以下幾種： (1) 可變速率正交振幅調(diào)制(VR-QAM)。 QAM是一種振幅和相位聯(lián)合鍵控技術(shù)。 電平數(shù)越多， 每碼元攜帶的信息比特?cái)?shù)就越多。

15、 圖10-2 星型QAM的星座圖(2) 可變擴(kuò)頻增益碼分多址(VSG-CDMA)。 這種技術(shù)靠動(dòng)態(tài)改變擴(kuò)頻增益和發(fā)射功率以實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)速率的傳輸。 在傳輸高速業(yè)務(wù)時(shí)降低擴(kuò)頻增益， 為保證傳輸質(zhì)量， 可相應(yīng)提高其發(fā)射功率； 在傳輸?shù)退贅I(yè)務(wù)時(shí)增大擴(kuò)頻增益， 在保證業(yè)務(wù)質(zhì)量的條件下， 可適當(dāng)降低其發(fā)射功率， 以減少多址干擾。(3) 多碼碼分多址(MC-CDMA)。 待傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流經(jīng)串并變換器后， 分成多個(gè)(1， 2， ， M)支路， 支路的數(shù)目隨業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的不同速率而變， 當(dāng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率小于等于1基本速率時(shí)， 串并變換器只輸出1個(gè)支路； 當(dāng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率大于基本速率而小于2倍基本速率時(shí)，串并變換器

16、輸出2個(gè)支路； 依此類(lèi)推， 最多可達(dá)M個(gè)支路， 即最大業(yè)務(wù)速率可達(dá)基本速率的M倍。 （4） 可變擴(kuò)頻因子-正交頻分和碼分復(fù)用（VSF-OFCDM）。 可變擴(kuò)頻因子-正交頻分和碼分復(fù)用（VSF-OFCDM）是 OFDM和CDM（碼分復(fù)用）的結(jié)合， 它根據(jù)小區(qū)的干擾情況動(dòng)態(tài)調(diào)整擴(kuò)頻因子， 通過(guò)選用不同的子載波數(shù)和在時(shí)間或頻域上的擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)不同速率的傳輸。2. 自適應(yīng)編碼調(diào)制 自適應(yīng)編碼調(diào)制（AMC）將不同速率的編碼與不同的調(diào)制方式結(jié)合起來(lái)，系統(tǒng)根據(jù)收發(fā)信道的情況動(dòng)態(tài)選擇最佳的編碼組合。 例如，我們可以采用QPSK、8PSK、16QAM、 64QAM等調(diào)制方式， 可以采用碼率為R=1/4、1/2、或

17、3/4的Turbo碼。 可以有下列七種調(diào)制和碼率的組合：QPSK R=1/4, QPSK R=1/2, QPSK R=3/4, 8PSK R=1/2, 16QAM R=1/2, 16QAM R=3/4和64QAM R=3/4，如表10-1所示。 在碼片速率為3.84 Mc/s， 采用20個(gè)碼字、64QAM、 R=3/4 時(shí)可以達(dá)到10.8 Mb/s的數(shù)據(jù)速率；如改用QPSK R=1/4， 則速率為1.2 Mb/s。表10-1 不同調(diào)制編碼方案（MCS）提供的信息速率圖10-3 自適應(yīng)調(diào)制編碼的通過(guò)率NTT DoCoMo在4.635 GHz頻段、 101.5 MHz帶寬內(nèi)利用自適應(yīng)調(diào)制編碼的方法

18、，配合VSF-OFCDM調(diào)制可以達(dá)到的通過(guò)率如圖10-3所示。系統(tǒng)在時(shí)域的擴(kuò)展因子為16， 頻域的擴(kuò)展因子為1， 采用15個(gè)碼字， 6種調(diào)制編碼的方案（MCS）； 在每個(gè)天線測(cè)量到的接收SNR為6.0、 14.0、 22.0 dB時(shí), 可以達(dá)到的通過(guò)量為100、 200和300 Mb/s。 從圖中可以看到， 通過(guò)采用自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC）， 系統(tǒng)可以達(dá)到每一種調(diào)制的最佳傳輸速率。 10.3.2 多輸入多輸出技術(shù)1. 智能天線 智能天線是一種自適應(yīng)陣列天線。 自適應(yīng)陣列天線已經(jīng)經(jīng)歷了40年的發(fā)展歷史。 智能天線的理想目標(biāo)是能在發(fā)射機(jī)或接收機(jī)快速移動(dòng)時(shí)， 以一個(gè)或多個(gè)高增益的窄波束分別對(duì)準(zhǔn)并跟蹤

19、所需信號(hào)的方向， 同時(shí)以波束零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)并跟蹤干擾信號(hào)的方向， 此時(shí)通信系統(tǒng)中的許多用戶可以占用同一個(gè)信道工作而互不干擾， 這就實(shí)現(xiàn)了所謂的“空分多址(SDMA)”， 如圖10-4 所示。 系統(tǒng)可以為每一個(gè)新用戶增加一個(gè)新的波束。圖10-4 利用智能天線實(shí)現(xiàn)空分多址示意圖 智能天線類(lèi)似一個(gè)空間濾波器， 其突出的優(yōu)點(diǎn)是能夠減少或者濾除同道干擾和多址干擾， 因而能顯著提高通信系統(tǒng)的通信容量。 目前， 移動(dòng)臺(tái)要使用自適應(yīng)天線， 因受體積、 重量和造型等方面的限制， 尚有一定困難， 但基站使用自適應(yīng)天線已被證明是非常有效的。 圖10-5 自適應(yīng)波束形成示意圖 圖10-5是一種基于信號(hào)到達(dá)方向的(DOA)自

20、適應(yīng)波束形成示意圖， 其中天線陣列由N個(gè)空間分布的天線陣元組成， 陣元排列可以是直線型、 環(huán)型或平面型， 陣元之間的距離一般為信號(hào)波長(zhǎng)的一半， 即2； W是復(fù)加權(quán)因子。 這種自適應(yīng)陣列需要判別所有信號(hào)的到達(dá)方向， 然后根據(jù)信號(hào)的到達(dá)方向， 計(jì)算和選擇合適的復(fù)加權(quán)因子， 將方向圖的主瓣指向所需信號(hào)， 而把凹陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)， 從而提高有用信號(hào)的信干比。 這種做法在陣元數(shù)多于用戶數(shù)， 且不存在多徑傳播時(shí)比較有效。 另一種辦法需要提供一種與所需信號(hào)密切相關(guān)而與噪聲和干擾無(wú)關(guān)的基準(zhǔn)信號(hào)，用此基準(zhǔn)信號(hào)和方向圖形成網(wǎng)絡(luò)的輸出信號(hào)相減，產(chǎn)生一誤差信號(hào)， 然后按照選定的算法準(zhǔn)則(如最小均方差(LMS)準(zhǔn)則、 遞

21、歸最小平方(RLS)準(zhǔn)則等)， 對(duì)復(fù)加權(quán)因子W進(jìn)行調(diào)整， 使形成網(wǎng)絡(luò)的輸出信號(hào)盡可能接近基準(zhǔn)信號(hào)， 并從輸出信號(hào)中消除與基準(zhǔn)信號(hào)不相關(guān)的噪聲和干擾信號(hào)。 圖10-6是基于基準(zhǔn)信號(hào)的陣列天線示意圖。圖10-6 基于基準(zhǔn)信號(hào)的陣列天線示意圖無(wú)論采用哪一種自適應(yīng)算法， 都要在保證性能要求的前提下， 盡可能減少運(yùn)算量， 縮短收斂時(shí)間， 以期能跟蹤移動(dòng)通信環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化。 基準(zhǔn)信號(hào)的產(chǎn)生可以采用下列幾種辦法： (1) 利用發(fā)送同步信號(hào)的引導(dǎo)序列來(lái)產(chǎn)生參考信號(hào)。 因?yàn)楦鱾€(gè)用戶的同步引導(dǎo)序列通常不是獨(dú)特的， 所以這種方法不能區(qū)分所需信號(hào)和同道干擾。 (2) 為各個(gè)用戶發(fā)送專(zhuān)門(mén)的訓(xùn)練序列或引導(dǎo)序列， 用來(lái)產(chǎn)生

22、參考信號(hào)。 顯然， 這種方法會(huì)增大信道的額外開(kāi)銷(xiāo)。 (3) 在碼分多址移動(dòng)通信系統(tǒng)中， 因?yàn)榻邮斩酥腊l(fā)送端所用的擴(kuò)頻碼， 所以利用提取環(huán)路很容易獲得所需的參考信號(hào)。 2. 空時(shí)編碼 空時(shí)編碼（Space Time Coding）是指對(duì)發(fā)送符號(hào)進(jìn)行聯(lián)合編碼， 然后在多個(gè)天線上同時(shí)發(fā)送， 從而實(shí)現(xiàn)接收端的有效分集合并， 以提高系統(tǒng)的可靠性。 空時(shí)編碼分為兩類(lèi)： 空時(shí)分組編碼(STBC)和空時(shí)格型編碼（STTC）。 一個(gè)簡(jiǎn)單的空時(shí)分組編碼如圖10-7所示。 輸入的信息經(jīng)過(guò)調(diào)制（星座映射）后生成符號(hào)序列。 假定符號(hào)序列分為兩個(gè)符號(hào)一組， 每一組的符號(hào)為s0和s1，經(jīng)過(guò)編碼生成兩個(gè)新的碼組s0，-s*

23、1和s1，s*0， 前一組在天線0上發(fā)送， 后一組在天線1上發(fā)送， 其接收機(jī)的框圖如10-8所示。圖10-7 一個(gè)簡(jiǎn)單的空時(shí)分組編碼圖10-8 空時(shí)分組編碼的單接收天線接收機(jī)(10-1)在時(shí)間t的信道模型為： 發(fā)送天線0到接收天線的傳輸損耗函數(shù)為h0(t)， 發(fā)送天線1到接收天線的傳輸損耗函數(shù)為h1(t)。 假定衰落在兩個(gè)符號(hào)區(qū)間內(nèi)是恒定的， 即 式中， T表示符號(hào)周期。 接收信號(hào)可以表示為 r0=r(t)=h0s0+h1s1+n0 r1=r(t+T)=-h0s*1+h1s*0+n1 (10-2) (10-3) 圖10-8中的合路器生成以下兩個(gè)合并后的信號(hào)送往最大似然檢測(cè)器: (10-4) 上

24、式的合并與發(fā)端使用一個(gè)天線、收端使用兩個(gè)天線進(jìn)行最大比合并的效果是相同的。合并后的信號(hào)送給最大似然檢測(cè)器進(jìn)行解調(diào)判決。 將式(10-1)和式(10-2)代入式(10-3)， 有令 則 （10-5） （10-6） 上述空時(shí)碼可以拓展到多個(gè)接收天線的情況， 此時(shí)式（10-5）就是每一個(gè)天線上信號(hào)的表達(dá)式， 即 （10-7） M個(gè)接收天線的表達(dá)式為 （10-8） （10-9） 上述例子中的空時(shí)編碼的速率為1， 我們也可以將其推廣到更多的發(fā)送天線，構(gòu)造不同碼率的空時(shí)分組編碼。 例如, 一個(gè)4發(fā)送天線且碼率為1/2的空時(shí)分組編碼矩陣如下， 矩陣中的每一行在一個(gè)天線上發(fā)送：圖10-9 2發(fā)送天線采用8PS

25、K調(diào)制的8狀態(tài)空時(shí)編碼3. 多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng) 前面討論的多發(fā)送天線多接收天線系統(tǒng)(或稱(chēng)為多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng))主要是為了提高系統(tǒng)的可靠性，增加分集增益。MIMO系統(tǒng)的另一個(gè)非常重要的用途是提高系統(tǒng)的傳輸容量。一個(gè)有N個(gè)發(fā)送天線和M個(gè)接收天線的系統(tǒng)，用MIMO（M，N）來(lái)表示。 一個(gè)MIMO（3，3）系統(tǒng)如圖10-10所示， 輸入調(diào)制符號(hào)b1，b2， b3， ，輪流在發(fā)送天線1、 2和3上發(fā)送， 接收端通過(guò)信號(hào)處理算法（如V-BLAST算法）將空間中已混合在一起的信號(hào)分離出來(lái)，以后每一路再單獨(dú)解調(diào)。 通過(guò)這種方法可實(shí)現(xiàn)空間復(fù)接。假定N個(gè)發(fā)送天線的功率相等，且不相關(guān)，每個(gè)接收天

26、線上SNR比為，信道矩陣為H情況下，MIMO系統(tǒng)的信道容量可表示為（10-10） 圖10-10 MIMO(3，3)原理圖10.3.3 軟件無(wú)線電 由于移動(dòng)通信的迅猛發(fā)展， 目前多種多樣的通信體制層出不窮，形形色色的通信標(biāo)準(zhǔn)競(jìng)爭(zhēng)激烈，頻譜資源日益緊張， 提高頻譜利用率的新技術(shù)迅速發(fā)展，通信產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來(lái)越快，產(chǎn)品生存周期越來(lái)越短，而對(duì)多種通信體制之間的互聯(lián)和對(duì)移動(dòng)終端的兼容性要求也日益迫切。圖10-11是軟件無(wú)線電的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 在實(shí)際應(yīng)用中， 要求發(fā)射機(jī)能判明可用的傳輸信道， 探測(cè)可行的傳播路徑，選擇合適的多址方式和調(diào)制制度， 自適應(yīng)控制天線波束使之指向正確方向和使用合適的功率電平等。 接收

27、機(jī)應(yīng)能判明所需信道和鄰近信道的能量分布， 識(shí)別接收信號(hào)的模式， 自適應(yīng)抵消干擾， 能估計(jì)所需信號(hào)的多徑特性， 采用自適應(yīng)均衡， 最佳合并與利用所需信號(hào)的多徑能量， 對(duì)信道調(diào)制進(jìn)行最佳譯碼和判決， 并通過(guò)前向糾錯(cuò)以降低誤碼率等。 此外， 軟件無(wú)線電還可通過(guò)眾多的軟件工具來(lái)支持增值業(yè)務(wù)。 圖10-11 軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1. 說(shuō)明第三代移動(dòng)通信的技術(shù)特征與第一、 第二代移動(dòng)通信有何不同。 2. 個(gè)人通信業(yè)務(wù)(PCS)與個(gè)人通信網(wǎng)(PCN)有沒(méi)有差異? 為什么? 3. 有關(guān)未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)制定工作為什么會(huì)有非常激烈的競(jìng)爭(zhēng)?4. B3G或4G的主要特征是什么？ 5. 多天線技術(shù)的應(yīng)用方式有幾種？

28、 它們的主要特點(diǎn)是什么？6. 什么是AMC？ 請(qǐng)舉例說(shuō)明AMC的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。 思考題與習(xí)題1.1 移動(dòng)通信的主要特點(diǎn) 1.2 移動(dòng)通信系統(tǒng)的分類(lèi) 1.3 常用移動(dòng)通信系統(tǒng) 1.4 移動(dòng)通信的基本技術(shù) 思考題與習(xí)題 第1章 概 論1. 移動(dòng)通信必須利用無(wú)線電波進(jìn)行信息傳輸 這種傳播媒質(zhì)允許通信中的用戶可以在一定范圍內(nèi)自由活動(dòng)，其位置不受束縛，不過(guò)無(wú)線電波的傳播特性一般都很差。 首先，移動(dòng)通信的運(yùn)行環(huán)境十分復(fù)雜，電波不僅會(huì)隨著傳播距離的增加而發(fā)生彌散損耗，并且會(huì)受到地形、地物的遮蔽而發(fā)生“陰影效應(yīng)”，而且信號(hào)經(jīng)過(guò)多點(diǎn)反射，會(huì)從多條路徑到達(dá)接收地點(diǎn)，這種多徑信號(hào)的幅度、相位和到達(dá)時(shí)間都不一樣，它們相互

29、疊加會(huì)產(chǎn)生電平衰落和時(shí)延擴(kuò)展；其次，移動(dòng)通信常常在快速移動(dòng)中進(jìn)行，這不僅會(huì)引起多普勒（Doppler）頻移，產(chǎn)生隨機(jī)調(diào)頻，而且會(huì)使得電波傳播特性發(fā)生快速的隨機(jī)起伏，嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。1.1 移動(dòng)通信的主要特點(diǎn) 2. 移動(dòng)通信是在復(fù)雜的干擾環(huán)境中運(yùn)行的 除去一些常見(jiàn)的外部干擾， 如天電干擾、工業(yè)干擾和信道噪聲外，系統(tǒng)本身和不同系統(tǒng)之間，還會(huì)產(chǎn)生這樣或那樣的干擾。因?yàn)樵谝苿?dòng)通信系統(tǒng)中，常常有多部用戶電臺(tái)在同一地區(qū)工作，基站還會(huì)有多部收發(fā)信機(jī)在同一地點(diǎn)上工作，這些電臺(tái)之間會(huì)產(chǎn)生干擾。 3. 移動(dòng)通信可以利用的頻譜資源非常有限， 而移動(dòng)通信業(yè)務(wù)量的需求卻與日俱增 如何提高通信系統(tǒng)的通信容量，始終是移動(dòng)

30、通信發(fā)展中的焦點(diǎn)。為了解決這一矛盾，一方面要開(kāi)辟和啟用新的頻段；另一方面要研究各種新技術(shù)和新措施， 以壓縮信號(hào)所占的頻帶寬度和提高頻譜利用率。 4. 移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多種多樣， 網(wǎng)絡(luò)管理和控制必須有效根據(jù)通信地區(qū)的不同需要， 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)可以組成帶狀(如鐵路公路沿線)、面狀(如覆蓋一城市或地區(qū))或立體狀(如地面通信設(shè)施與中、低軌道衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的綜合系統(tǒng))等，可以單網(wǎng)運(yùn)行，也可以多網(wǎng)并行并實(shí)現(xiàn)互連互通。為此，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)必須具備很強(qiáng)的管理和控制功能，諸如用戶的登記和定位，通信(呼叫)鏈路的建立和拆除，信道的分配和管理， 通信的計(jì)費(fèi)、鑒權(quán)、安全和保密管理以及用戶過(guò)境切換和漫游的控制等。 5.

31、 移動(dòng)通信設(shè)備(主要是移動(dòng)臺(tái))必須適于在移動(dòng)環(huán)境中使用 對(duì)手機(jī)的主要要求是體積小、重量輕、省電、操作簡(jiǎn)單和攜帶方便。 車(chē)載臺(tái)和機(jī)載臺(tái)除要求操作簡(jiǎn)單和維修方便外， 還應(yīng)保證在震動(dòng)、沖擊、高低溫變化等惡劣環(huán)境中正常工作。 1.2 移動(dòng)通信系統(tǒng)的分類(lèi)移動(dòng)通信有以下多種分類(lèi)方法： 按使用對(duì)象可分為民用設(shè)備和軍用設(shè)備； 按使用環(huán)境可分為陸地通信、 海上通信和空中通信； 按多址方式可分為頻分多址(FDMA)、 時(shí)分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)等； 按覆蓋范圍可分為廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)； 按業(yè)務(wù)類(lèi)型可分為電話網(wǎng)、 數(shù)據(jù)網(wǎng)和多媒體網(wǎng)； 按工作方式可分為同頻單工、異頻單工、異頻雙工和半雙工； 按服務(wù)范圍可分

32、為專(zhuān)用網(wǎng)和公用網(wǎng)； 按信號(hào)形式可分為模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)。 1.2.1 工作方式 1. 單工通信 所謂單工通信，是指通信雙方電臺(tái)交替地進(jìn)行收信和發(fā)信。根據(jù)收、發(fā)頻率的異同， 又可分為同頻單工和異頻單工。單工通信常用于點(diǎn)到點(diǎn)通信， 參見(jiàn)圖1-1。 圖1-1 單工通信 同頻單工是指通信雙方(如圖1-1中的電臺(tái)甲和電臺(tái)乙)使用相同的頻率f1工作，發(fā)送時(shí)不接收，接收時(shí)不發(fā)送。平常各接收機(jī)均處于守候狀態(tài)，即把天線接至接收機(jī)等候被呼。當(dāng)電臺(tái)甲要發(fā)話時(shí)，它就按下其送受話器的按講開(kāi)關(guān)(PTT)， 一方面關(guān)掉接收機(jī)，另一方面將天線接至發(fā)射機(jī)的輸出端，接通發(fā)射機(jī)開(kāi)始工作。當(dāng)確知電臺(tái)乙接收到載頻為f1的信號(hào)時(shí)，即可進(jìn)行信

33、息傳輸。2. 雙工通信所謂雙工通信，是指通信雙方可同時(shí)進(jìn)行傳輸消息的工作方式，有時(shí)亦稱(chēng)全雙工通信，如圖1-2所示。圖中，基站的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別使用一副天線，而移動(dòng)臺(tái)通過(guò)雙工器共用一副天線。雙工通信一般使用一對(duì)頻道，以實(shí)施頻分雙工(FDD)工作方式。這種工作方式使用方便，同普通有線電話相似，接收和發(fā)射可同時(shí)進(jìn)行。但是，在電臺(tái)的運(yùn)行過(guò)程中，不管是否發(fā)話，發(fā)射機(jī)總是工作的，故電源消耗較大， 這一點(diǎn)對(duì)用電池作電源的移動(dòng)臺(tái)而言是不利的。 為緩解這個(gè)問(wèn)題和減少對(duì)系統(tǒng)頻帶的要求，可在通信設(shè)備中采用同步的半雙工通信方式，即時(shí)分雙工(TDD)。此時(shí)， 時(shí)間軸被周期地分割成時(shí)間幀，每一幀分為兩部分，前半部分用于

34、電臺(tái)A（或移動(dòng)臺(tái)A）發(fā)送，后半部分用于電臺(tái)B（或基站）發(fā)送，這樣就可以實(shí)現(xiàn)電臺(tái)A和B（移動(dòng)臺(tái)與基站）的雙向通信。 3. 半雙工通信 半雙工通信的組成與圖1-2相似， 移動(dòng)臺(tái)采用單工的“按講”方式， 即按下按講開(kāi)關(guān)， 發(fā)射機(jī)才工作， 而接收機(jī)總是工作的。 基站工作情況與雙工方式完全相同。 圖1-2 雙工通信 1.2.2 模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng) 數(shù)字通信系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)可歸納如下： (1) 頻譜利用率高， 有利于提高系統(tǒng)容量。采用高效的信源編碼技術(shù)、高頻譜效率的數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)、先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)和多址方式以及高效動(dòng)態(tài)資源分配技術(shù)等，可以在不增加系統(tǒng)帶寬的條件下增多系統(tǒng)同時(shí)通信的用戶數(shù)。 (2) 能提供多種

35、業(yè)務(wù)服務(wù)， 提高通信系統(tǒng)的通用性。 數(shù)字系統(tǒng)傳輸?shù)氖恰?”、 “0”形式的數(shù)字信號(hào)。話音、 圖像、音樂(lè)或數(shù)據(jù)等數(shù)字信息在傳輸和交換設(shè)備中的表現(xiàn)形式都是相同的， 信號(hào)的處理和控制方法也是相似的，因而用同一設(shè)備來(lái)傳送任何類(lèi)型的數(shù)字信息都是可能的。利用單一通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)提供綜合業(yè)務(wù)服務(wù)正是未來(lái)通信系統(tǒng)的發(fā)展方向。 (3) 抗噪聲、 抗干擾和抗多徑衰落的能力強(qiáng)。 這些優(yōu)點(diǎn)有利于提高信息傳輸?shù)目煽啃裕蛘哒f(shuō)保證通信質(zhì)量。 采用糾錯(cuò)編碼、交織編碼、自適應(yīng)均衡、 分集接收以及擴(kuò)跳頻技術(shù)等，可以控制由任何干擾和不良環(huán)境產(chǎn)生的損害，使傳輸差錯(cuò)率低于規(guī)定的閾值。 (4) 能實(shí)現(xiàn)更有效、 靈活的網(wǎng)絡(luò)管理和控制。 數(shù)字系

36、統(tǒng)可以設(shè)置專(zhuān)門(mén)的控制信道用來(lái)傳輸信令信息， 也可以把控制指令插入業(yè)務(wù)信道的比特流中， 進(jìn)行控制信息的傳輸， 因而便于實(shí)現(xiàn)多種可靠的控制功能。 (5) 便于實(shí)現(xiàn)通信的安全保密。 (6) 可降低設(shè)備成本以及減小用戶手機(jī)的體積和重量。 1.2.3 通信業(yè)務(wù) 移動(dòng)通信的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)是電話通信。 最近10多年來(lái)， 隨著計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展和人們信息交往的日益頻繁與多樣化， 對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笠才c日俱增。 據(jù)估計(jì)， 未來(lái)移動(dòng)通信中的多媒體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量將占總業(yè)務(wù)量的70%80%。 在第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，盡管主要業(yè)務(wù)是話音業(yè)務(wù)， 但也可以提供豐富的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)， 如短消息、 低速率的Internet接入等業(yè)務(wù)。 在第三代移

37、動(dòng)通信系統(tǒng)中，由于其傳輸速率的提高， 在中等移動(dòng)速度的情況下，可以達(dá)到384 kb/s的傳輸速率， 因而人們可以享用中等速率的多媒體業(yè)務(wù)， 包括話音、 圖像和數(shù)據(jù)等。 任何工業(yè)的發(fā)展都與產(chǎn)生它的背景相適應(yīng)，移動(dòng)通信的發(fā)展也不例外，它既受技術(shù)發(fā) 展的驅(qū)動(dòng)，也受市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)。若干年來(lái)，移動(dòng)通信基本上圍繞著兩種主干網(wǎng)絡(luò)在發(fā) 展，這就是基于話音業(yè)務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)和基于分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)。 根據(jù)運(yùn)行環(huán)境和市場(chǎng)需求的不同， 前者又分為以蜂窩網(wǎng)為代表的高功率寬（廣）域網(wǎng)和以無(wú)繩電話網(wǎng)為代表的低功率局域網(wǎng)；后者又可分為寬帶LAN之類(lèi)的高速局域網(wǎng)和移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)之類(lèi)的低速寬（廣）域網(wǎng)。 圖1-3是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)

38、的示意圖。 圖1-3 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)1.3 常用移動(dòng)通信系統(tǒng)1.3.1 無(wú)線電尋呼系統(tǒng) 無(wú)線電尋呼系統(tǒng)是一種單向通信系統(tǒng)。無(wú)線電尋呼系統(tǒng)的用戶設(shè)備是袖珍式接收機(jī)，稱(chēng)作袖珍鈴，俗稱(chēng)“BB機(jī)”，這是由于它的振鈴聲近似于“BB”聲音之故。圖1-4示出了無(wú)線電尋呼系統(tǒng)的組成。圖1-4 無(wú)線電尋呼系統(tǒng)示意圖1.3.2 蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)早期的移動(dòng)通信系統(tǒng)在其覆蓋區(qū)域中心設(shè)置大功率的發(fā)射機(jī)，采用高架天線把信號(hào)發(fā)送到整個(gè)覆蓋地區(qū)(半徑可達(dá)幾十千米)。這種系統(tǒng)的主要矛盾是它同時(shí)能提供給用戶使用的信道數(shù)極為有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了移動(dòng)通信業(yè)務(wù)迅速增長(zhǎng)的需要。 例如，在20世紀(jì)70年代于美國(guó)紐約開(kāi)通的IMTS(Imp

39、roved Mobile Telephone Service)系統(tǒng)(如圖 1- 5(a)所示)，僅能提供12對(duì)信道。也就是說(shuō)，網(wǎng)中只允許12對(duì)用戶同時(shí)通話， 倘若同時(shí)出現(xiàn)第13對(duì)用戶要求通話，就會(huì)發(fā)生阻塞。 蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)把整個(gè)服務(wù)區(qū)域劃分成若干個(gè)較小的區(qū)域(Cell, 在蜂窩系統(tǒng)中稱(chēng)為小區(qū))，各小區(qū)均用小功率的發(fā)射機(jī)(即基站發(fā)射機(jī))進(jìn)行覆蓋，許多小區(qū)像蜂窩一樣能布滿(即覆蓋)任意形狀的服務(wù)地區(qū)，如圖 1 - 5(b)所示。 圖 1 - 5 大區(qū)覆蓋與小區(qū)覆蓋(a) 大區(qū)覆蓋； (b) 小區(qū)覆蓋通常，相鄰小區(qū)不允許使用相同的頻道， 否則會(huì)發(fā)生相互干擾(稱(chēng)同道干擾)。但由于各小區(qū)在通信時(shí)所使用的功

40、率較小，因而任意兩個(gè)小區(qū)只要相互之間的空間距離大于某一數(shù)值，即使使用相同的頻道，也不會(huì)產(chǎn)生顯著的同道干擾(保證信干比高于某一門(mén)限)。為此，把若干相鄰的小區(qū)按一定的數(shù)目劃分成區(qū)群 (Cluster), 并把可供使用的無(wú)線頻道分成若干個(gè)(等于區(qū)群中的小區(qū)數(shù))頻率組， 區(qū)群內(nèi)各小區(qū)均使用不同的頻率組，而任一小區(qū)所使用的頻率組， 在其它區(qū)群相應(yīng)的小區(qū)中還可以再用，這就是頻率再用， 如圖 1-6 所示。圖 1 - 6 蜂窩系統(tǒng)的頻率再用圖 1-7 是蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的示意圖。 圖中七個(gè)小區(qū)構(gòu)成一個(gè)區(qū)群。小區(qū)編號(hào)代表不同的頻率組。小區(qū)移動(dòng)交換中心(MSC)相連。MSC在網(wǎng)中起控制和管理作用，對(duì)所在地區(qū)已注

41、冊(cè)登記的用戶實(shí)施頻道分配， 建立呼叫，進(jìn)行頻道切換， 提供系統(tǒng)維護(hù)和性能測(cè)試，并存儲(chǔ)計(jì)費(fèi)信息等。 MTSO是移動(dòng)通信網(wǎng)和公共電話交換網(wǎng)的接口單元， 既保證網(wǎng)中移動(dòng)用戶之間的通信， 又保證移動(dòng)用戶和有線用戶之間的通信。圖 1 - 7 蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的示意圖當(dāng)移動(dòng)用戶在蜂窩服務(wù)區(qū)中快速運(yùn)動(dòng)時(shí)，用戶之間的通話常常不會(huì)在一個(gè)小區(qū)中結(jié)束?？焖傩旭偟钠?chē)在一次通話的時(shí)間內(nèi)可能跨越多個(gè)小區(qū)。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)小區(qū)進(jìn)入另一相鄰的小區(qū)時(shí)，其工作頻率及基站與移動(dòng)交換中心所用的接續(xù)鏈路必須從它離開(kāi)的小區(qū)轉(zhuǎn)換到正在進(jìn)入的小區(qū)，這一過(guò)程稱(chēng)為越區(qū)切換。其控制機(jī)理如下：當(dāng)通信中的移動(dòng)臺(tái)到達(dá)小區(qū)邊界時(shí)，該小區(qū)的基站能檢測(cè)出此移

42、動(dòng)臺(tái)的信號(hào)正在逐漸變?nèi)酰徑^(qū)的基站能檢測(cè)出這個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)正在逐漸變強(qiáng)，系統(tǒng)收集來(lái)自這些有關(guān)基站的檢測(cè)信息，進(jìn)行判決，當(dāng)需要實(shí)施越區(qū)切換時(shí)，就發(fā)出相應(yīng)的指令，使正在越過(guò)邊界的移動(dòng)臺(tái)將其工作頻率和通信鏈路從離開(kāi)的小區(qū)切換到進(jìn)入的小區(qū)。 整個(gè)過(guò)程自動(dòng)進(jìn)行，用戶并不知道，也不會(huì)中斷行進(jìn)中的通話。 越區(qū)切換的示意圖見(jiàn)圖 1 - 8。 圖 1 - 8 越區(qū)切換示意圖 表 1-1給出了幾種模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能參數(shù)。這些系統(tǒng)包括：AMPS、TACS、NMT、C-450、NTT等。我們將在第7章和第8章中對(duì)第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)行討論， 它們包括GSM、IS-54、IS-95、JDC(后改名

43、為PDC)等，其性能參數(shù)可參見(jiàn)表7-3。在第8章和第9章中還將對(duì)第三代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)行討論，它們主要包括WCDMA、cdma2000、 TD-SCDMA等，其性能參數(shù)可參見(jiàn)表94。 表 1 - 1 幾種模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 1.3.3 無(wú)繩電話系統(tǒng)簡(jiǎn)單的無(wú)繩電話機(jī)把普通的電話單機(jī)分成座機(jī)和手機(jī)兩部分，座機(jī)與有線電話網(wǎng)連接，手機(jī)與座機(jī)之間用無(wú)線電連接， 這樣，允許攜帶手機(jī)的用戶可以在一定范圍內(nèi)自由活動(dòng)時(shí)進(jìn)行通話，見(jiàn)圖 1-9。因?yàn)槭謾C(jī)與座機(jī)之間不需要用電線連接， 故稱(chēng)之為“無(wú)繩”電話機(jī)。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)繩電話也朝著網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。 比如，在用戶比較密集的地區(qū)設(shè)置電信點(diǎn)(Telep

44、oint)(類(lèi)似蜂窩系統(tǒng)的基站)，此電信點(diǎn)與有線電話網(wǎng)連接，并有若干個(gè)頻道為用戶所共用。用戶在電信點(diǎn)的無(wú)線覆蓋區(qū)域內(nèi)，可選用空閑頻道，進(jìn)入有線電話網(wǎng)，對(duì)有線網(wǎng)中的固定用戶發(fā)起呼叫并建立通信鏈路。 圖 1 - 9 無(wú)繩電話系統(tǒng)示意圖無(wú)繩電話的手機(jī)、 座機(jī)與電信點(diǎn)所發(fā)射的功率均在10 mW以下， 無(wú)線覆蓋半徑約在100 m左右。 表 1 - 2 給出了幾種模擬無(wú)繩電話系統(tǒng)的主要參數(shù)。 表中給出了日本、美國(guó)和歐洲的標(biāo)準(zhǔn)。 我國(guó)模擬無(wú)繩電話系統(tǒng)采用45 MHz/48 MHz的頻段。 在第7章中我們將對(duì)數(shù)字無(wú)繩電話系統(tǒng)和低功率無(wú)線系統(tǒng)進(jìn)行討論， 它們包括CT-2、 DECT、 PHS、 PACS。表 1

45、 - 2 幾種無(wú)繩電話系統(tǒng)的主要參數(shù) 無(wú)繩電話是一種以有線電話網(wǎng)為依托的通信方式，也可以說(shuō)它是有線電話網(wǎng)的無(wú)線延伸，具有發(fā)射功率小、省電、設(shè)備簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、 使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因而發(fā)展十分迅速。 目前，數(shù)字式無(wú)繩電話系統(tǒng)(低功率無(wú)線系統(tǒng))在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用(我國(guó)使用的標(biāo)準(zhǔn)是PHS)。目前公用無(wú)繩電話系統(tǒng)的功能完全類(lèi)似于蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，不僅具有固定電話的功能，而且可以在低移動(dòng)環(huán)境下具有越區(qū)切換功能。 1.3.4 集群移動(dòng)通信系統(tǒng) 1. 集群的概念 集群移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的基本技術(shù)是頻率共用技術(shù)。 其主要做法是： 把一些由各部門(mén) 分散建立的專(zhuān)用通信網(wǎng)集中起來(lái)，統(tǒng)一建網(wǎng)和管理，并動(dòng)態(tài)地利用分配給

46、它們的有限個(gè)頻道，以容納數(shù)目更多的用戶； 改進(jìn)頻道共用的方式， 即移動(dòng)用戶在通信的過(guò)程中， 不是固定地占用某一個(gè)頻道， 而是在按下其“按講開(kāi)關(guān)”(PTT)時(shí)， 才能占用一個(gè)頻道； 一旦松開(kāi)PTT， 頻道將被釋放， 變成空閑頻道， 并允許其它用戶占用該頻道。2. 集群系統(tǒng)的用途和特點(diǎn) 集群系統(tǒng)主要以無(wú)線用戶為主，即以調(diào)度臺(tái)與移動(dòng)臺(tái)之間的通話為主。集群系統(tǒng)與蜂窩式通信系統(tǒng)在技術(shù)上有很多相似之處，但在主要用途、網(wǎng)絡(luò)組成和工作方式上有很多差異。 集群通信系統(tǒng)屬于專(zhuān)用移動(dòng)通信網(wǎng)， 適用于在各個(gè)行業(yè)(或幾個(gè)行業(yè)合用)中間進(jìn)行調(diào)度和指揮， 對(duì)網(wǎng)中的不同用戶常常賦予不同的優(yōu)先等級(jí)。 蜂窩通信系統(tǒng)屬于公眾移動(dòng)通

47、信網(wǎng)， 適用于各階層和各行業(yè)中個(gè)人之間的通信， 一般不分優(yōu)先等級(jí)。 集群通信系統(tǒng)根據(jù)調(diào)度業(yè)務(wù)的特征，通常具有一定的限時(shí)功能，一次通話的限定時(shí)間大約為1560s(可根據(jù)業(yè)務(wù)情況調(diào)整)。蜂窩通信系統(tǒng)對(duì)通信時(shí)間一般不進(jìn)行限制。集群通信系統(tǒng)的主要服務(wù)業(yè)務(wù)是無(wú)線用戶和無(wú)線用戶之間的通信,蜂窩通信系統(tǒng)卻有大量的無(wú)線用戶與有線用戶之間的通話業(yè)務(wù)。在集群通信系統(tǒng)中也允許有一定的無(wú)線用戶與有線用戶之間的通話業(yè)務(wù)，但一般只允許這種話務(wù)量占總業(yè)務(wù)量的5%10%。 集群通信系統(tǒng)一般采用半雙工(現(xiàn)在已有全雙工產(chǎn)品)工作方式，因而，一對(duì)移動(dòng)用戶之間進(jìn)行通信只需占用一對(duì)頻道。 蜂窩通信系統(tǒng)都采用全雙工工作方式，因而，一對(duì)移

48、動(dòng)用戶之間進(jìn)行通信， 必須占用兩對(duì)頻道。 在蜂窩通信系統(tǒng)中，可以采用頻道再用技術(shù)來(lái)提高系統(tǒng)的頻率利用率；而在集群系統(tǒng)中，主要是以改進(jìn)頻道共用技術(shù)來(lái)提高系統(tǒng)的頻率利用率的。 3. 集群系統(tǒng)的組成 集群系統(tǒng)均以基本系統(tǒng)為模塊， 并用這些模塊擴(kuò)展為區(qū)域網(wǎng)。 根據(jù)覆蓋的范圍及地形條件， 基本系統(tǒng)可由單基站或多基站組成。集群系統(tǒng)的控制方式有兩種， 即專(zhuān)用控制信道的集中控制方式和隨路信令的分布控制方式， 分別如圖 1 - 10(a)和(b)所示。 圖 1 - 10 集群網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)(a) 集中控制方式； (b) 分布控制方式 集群系統(tǒng)的基本設(shè)備如下： 轉(zhuǎn)發(fā)器。 它由收、 發(fā)信機(jī)和電源組成。 每個(gè)頻道均配

49、一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器。 對(duì)于分布式控制的集群系統(tǒng)， 每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器均有一個(gè)邏輯控制單元。 天線共用設(shè)備。 它包括天線、 饋線和共用器(如收發(fā)天線共用器、 基站的發(fā)射合路器和接收耦合器)。 系統(tǒng)控制中心(系統(tǒng)控制器)。 分布式控制系統(tǒng)雖無(wú)集中控制中心， 但在聯(lián)網(wǎng)時(shí)， 可通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制終端。 調(diào)度臺(tái)。 調(diào)度臺(tái)可分為無(wú)線調(diào)度臺(tái)和有線調(diào)度臺(tái)。 無(wú)線調(diào)度臺(tái)由收發(fā)信機(jī)、 控制單元、 操作臺(tái)、 天線和電源等組成。 有線調(diào)度臺(tái)可以是簡(jiǎn)單的電話機(jī)或帶顯示的操作臺(tái)。 移動(dòng)臺(tái)。 移動(dòng)臺(tái)有車(chē)載臺(tái)和手機(jī)。 它們均由收發(fā)信機(jī)、 控制單元、 天線和電源等組成。 4. 集群方式 (1) 消息集群(Message Trunking)。 在

50、消息集群系統(tǒng)中， 每一次呼叫通話期間，一次性地分配一對(duì)無(wú)線頻道， 而且在通話完畢后(即松開(kāi)PTT開(kāi)關(guān)后)，轉(zhuǎn)發(fā)器繼續(xù)在該頻道上工作6 s左右(即脫離時(shí)間約為6 s), 才算完成此次接續(xù)過(guò)程。消息集群的典型呼叫格式如圖 1-11 所示。這里所謂的典型呼叫格式， 是由大量實(shí)測(cè)和統(tǒng)計(jì)而得到的結(jié)果， 指的是在一次通信過(guò)程中，通信雙方占用時(shí)間的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，并非通常所說(shuō)的消息格式。圖 1 - 11 消息集群的典型呼叫格式 (2)傳輸集群(TransmissionTrunking)。傳輸集群通話中，并非始終占用某一個(gè)頻道，當(dāng)發(fā)話一方松開(kāi)PTT時(shí)，對(duì)這一頻道的占用即告結(jié)束，對(duì)方回答或本方再發(fā)話時(shí)，都要重新分配并

51、占用新的空閑頻道。亦即在通話中，每按一次PTT開(kāi)關(guān)就重新占用頻道一次。因此，傳輸集群可以充分利用頻道的空閑時(shí)間，其頻道利用率可以明顯提高。不過(guò)，要實(shí)現(xiàn)這種傳輸集群，用戶所用的PTT必須保證用戶講話時(shí)立即接通，講話停頓時(shí)立即松開(kāi)。這樣做會(huì)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，即用戶的話音略有間隙時(shí)，PTT就可能松開(kāi)，使所用頻道也立即放棄而被其它用戶所占用，其后再講話時(shí)又要重新占用新的空閑頻道，從而會(huì)導(dǎo)致消息傳輸不連續(xù)或形成通話中斷現(xiàn)象。傳輸集群的典型呼叫格式如圖1-12所示。 圖 1 - 12 傳輸集群的典型呼叫格式(3) 準(zhǔn)傳輸集群(Quasi Transmission Trunking)。 準(zhǔn)傳輸集群是為了克服傳輸

52、集群的缺點(diǎn)而提出的一種改進(jìn)型集群方式， 也可以看作是傳輸集群和消息集群的折中方案。 其做法是： 一方面(和消息集群相比)把脫離的時(shí)間縮短為0.52 s; 另一方面(和傳輸集群相比)在每次PTT松開(kāi)之后增加0.5 s的保持時(shí)間， 然后釋放頻道。 其典型呼叫格式見(jiàn)圖 1-13。圖 1 - 13 準(zhǔn)傳輸集群的典型呼叫格式 這種準(zhǔn)傳輸集群的工作方式由美國(guó)摩托羅拉(Motorola)公司首先使用， 經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)后表明這種方法的頻率利用率略低于傳輸集群， 但能防止有害的消息中斷現(xiàn)象。 表 1 - 3 給出了部分集群移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要參數(shù)。 表 1 - 3 部分集群移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要參數(shù)1.3.5移動(dòng)衛(wèi)星通

53、信系統(tǒng)利用衛(wèi)星中繼，在海上、空中和地形復(fù)雜而人口稀疏的地區(qū)中實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信，具有獨(dú)特的優(yōu)越性，很早就引起人們的重視。1976年，國(guó)際海事衛(wèi)星組織(IMARSAT)首先在太平洋、大西洋和印度洋上空發(fā)射了三顆同步衛(wèi)星，組成了IMARSAT-A系統(tǒng)，為在這三個(gè)大洋上航行的船只提供通信服務(wù)。其后，又先后增加了IMARSAT-C、IMARSAT-M、IMARSAT-B和IMARSAT-機(jī)載等系統(tǒng)。與此同時(shí)，在20世紀(jì)80年代初，一些幅員廣大的國(guó)家開(kāi)始探索把同步衛(wèi)星用于陸地移動(dòng)通信的可能性，提出在衛(wèi)星上設(shè)置多波束天線，像蜂窩網(wǎng)中把小區(qū)分成區(qū)群那樣，把波束分成波束群，實(shí)現(xiàn)頻率再用，以提高系統(tǒng)的通信容量。199

54、3年，美國(guó)休斯公司提出的Spaceway計(jì)劃，是一雙星移動(dòng)通信系統(tǒng)，其目標(biāo)是為北美地區(qū)提供話音、數(shù)據(jù)和圖像服務(wù)。 眾所周知，接收信號(hào)電平是與通信傳輸距離的平方成反比的，利用同步衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)海上或陸地移動(dòng)通信時(shí)，為了接收來(lái)自衛(wèi)星的微弱信號(hào)，用戶終端所用的天線必須具有足夠的增益，甚至使用伺服平臺(tái)，保證天線能不隨載體晃動(dòng)而準(zhǔn)確地跟蹤衛(wèi)星。這樣的要求在船載終端或車(chē)載終端上可以實(shí)現(xiàn)，而在便攜式終端和手持式終端上還難以做到。盡管如此，迄今人們并沒(méi)有放棄利用靜止衛(wèi)星為手持式終端提供話音和數(shù)據(jù)服務(wù)的想法，試驗(yàn)和研究工作也不斷在進(jìn)行當(dāng)中。上面提到的國(guó)際海事衛(wèi)星組織已提出在21世紀(jì)實(shí)現(xiàn)使用手機(jī)進(jìn)行衛(wèi)星移動(dòng)通信的規(guī)劃，

55、并把這一系統(tǒng)定名為IMARSAT-P。此外，還有美國(guó)的TRITIUM系統(tǒng)和CELSAT系統(tǒng)，以及日本MPT的COMETS等計(jì)劃。 表 1 - 4 低軌道移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的部分參數(shù) 表中由美國(guó)Motorola公司提出的“銥”(IRIDIUM)系統(tǒng)開(kāi)始計(jì)劃設(shè)置7條圓形軌道均勻分布于地球的極地方向， 每條軌道上有11顆衛(wèi)星， 總共有77顆衛(wèi)星在地球上空運(yùn)行， 這和銥原子中有77個(gè)電子圍繞原子核旋轉(zhuǎn)的情況相似， 故取名為銥系統(tǒng)。 圖 1 - 14 是銥系統(tǒng)的衛(wèi)星軌道示意圖。 現(xiàn)在該系統(tǒng)改用66顆衛(wèi)星， 分6條軌道在地球上空運(yùn)行，但原名未改。 下面對(duì)銥系統(tǒng)的特點(diǎn)作簡(jiǎn)略介紹。 圖 1 - 14 銥系統(tǒng)衛(wèi)星

56、軌道示意圖 1.3.6分組無(wú)線網(wǎng)分組無(wú)線網(wǎng)是一種利用無(wú)線信道進(jìn)行分組交換的通信網(wǎng)絡(luò)，即網(wǎng)絡(luò)中傳送的信息要以“分組”或稱(chēng)“信包”(有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)“包”)為基本單元。分組是由若干比特組成的信息段，通常包含“包頭”和“正文”兩部分。包頭中含有該分組的源地址(起始地址)、宿地址(目的地址)和有關(guān)的路由信息等；正文是真正需要傳送的信息。分組傳輸方式是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式的一種，用戶終端必須先把要傳送的信息存儲(chǔ)、分段、加上包頭以構(gòu)成分組，才能送上無(wú)線信道進(jìn)行傳輸。這一過(guò)程必然要產(chǎn)生額外的時(shí)間延遲。因此，分組無(wú)線網(wǎng)特別適用于實(shí)時(shí)性要求不嚴(yán)和短消息比較多的數(shù)據(jù)通信。如果要用分組無(wú)線網(wǎng)傳輸分組話音，則必須保證時(shí)間延遲不大于規(guī)

57、定值。 圖1-15 ALOHA系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)，世界上各國(guó)都在致力于發(fā)展移動(dòng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其中大都以分組傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)。 例如： (1) ARDIS系統(tǒng)(先進(jìn)的無(wú)線電數(shù)據(jù)信息設(shè)備)， 由美國(guó)IBM和Motorola公司在1983年提出。 (2) Mobitex系統(tǒng)(全國(guó)性互連的集群無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)), 由Ericsson公司和瑞典電信公司開(kāi)發(fā)，1986年在瑞典首次運(yùn)行，1991年為美國(guó)采用。 (3) CDPD系統(tǒng)(蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)), 由IBM公司聯(lián)合9家運(yùn)營(yíng)商開(kāi)發(fā)。(4) TETRA系統(tǒng)(全歐集群無(wú)線電), 是ESTI為集群無(wú)線電和移動(dòng)數(shù)據(jù)系統(tǒng)制定的公共標(biāo)準(zhǔn)。 (5) 第二代北美數(shù)字蜂

58、窩IS-54和IS-95系統(tǒng)，它們均能提供一組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，其中既有電路模式業(yè)務(wù)，又有分組模式業(yè)務(wù)。在GSM系統(tǒng)中，分組模式成為通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(GPRS)， 我們將在第9章對(duì)其作詳細(xì)介紹。 表 1 - 5 列出了幾種移動(dòng)數(shù)據(jù)設(shè)備的特性和參數(shù)。表 1 - 5 幾種移動(dòng)數(shù)據(jù)設(shè)備的特性和參數(shù)1.4 移動(dòng)通信的基本技術(shù)1.4.1調(diào)制技術(shù)第二代移動(dòng)通信是數(shù)字移動(dòng)通信，其中的關(guān)鍵技術(shù)之一是數(shù)字調(diào)制技術(shù)。對(duì)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的主要要求是：已調(diào)信號(hào)的頻譜窄和帶外衰減快(即所占頻帶窄，或者說(shuō)頻譜利用率高)；易于采用相干或非相干解調(diào)；抗噪聲和抗干擾的能力強(qiáng)；以及適宜在衰落信道中傳輸。數(shù)字信號(hào)調(diào)制的基本類(lèi)型分為振幅鍵控(A

59、SK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。此外，還有許多由基本調(diào)制類(lèi)型改進(jìn)或綜合而獲得的新型調(diào)制技術(shù)。 在實(shí)際應(yīng)用中，有兩類(lèi)用得最多的數(shù)字調(diào)制方式：(1)線性調(diào)制技術(shù)，主要包括PSK、QPSK、DQPSK、OK-QPSK、4-DQPSK和多電平PSK等。應(yīng)該注意，此處所謂的“線性”，是指這類(lèi)調(diào)制技術(shù)要求通信設(shè)備從頻率變換到放大和發(fā)射的過(guò)程中保持充分的線性。顯然，這種要求在制造移動(dòng)設(shè)備中會(huì)增大難度和成本，但是這類(lèi)調(diào)制方式可獲得較高的頻譜利用率。(2)恒定包絡(luò)(連續(xù)相位)調(diào)制技術(shù)，主要包括MSK、GMSK、GFSK和TFM等。這類(lèi)調(diào)制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是已調(diào)信號(hào)具有相對(duì)窄的功率譜和對(duì)放大設(shè)備沒(méi)有線性

60、要求，不足之處是其頻譜利用率通常低于線性調(diào)制技術(shù)。 1.4.2 移動(dòng)信道中電波傳播特性的研究 移動(dòng)信道的傳播特性對(duì)移動(dòng)通信技術(shù)的研究、 規(guī)劃和設(shè)計(jì)十分重要， 歷來(lái)是人們非常關(guān)注的研究課題。 在移動(dòng)信道中， 發(fā)送到接收機(jī)的信號(hào)會(huì)受到傳播環(huán)境中地形、 地物的影響而產(chǎn)生繞射、 反射或散射， 因而形成多徑傳播。 多徑傳播將使接收端的合成信號(hào)在幅度、 相位和到達(dá)時(shí)間上發(fā)生隨機(jī)變化， 嚴(yán)重地降低接收信號(hào)的傳輸質(zhì)量， 這就是所謂的多徑衰落。 研究移動(dòng)信道的傳播特性，首先要弄清移動(dòng)信道的傳播規(guī)律和各種物理現(xiàn)象的機(jī)理以及這些現(xiàn)象對(duì)信號(hào)傳輸所產(chǎn)生的不良影響， 進(jìn)而研究消除各種不良影響的對(duì)策。 為了給通信系統(tǒng)的規(guī)劃