移动通信章坚武专题培训课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,1,章 概述,课件,制作：蔡彦,课件制作：蔡彦,物信学院,第,1,章 概述,课件制作：蔡彦,物信学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,1,章 概述,课件制作：蔡彦,物信学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,1,章 概述,课件制作：蔡彦,物信学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,1,章 概述,课件制作：蔡彦,物信学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,1,章 概述,课件制作：蔡彦,物信学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,1,章 概述,课件制作：蔡彦,物信学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,1,章 概述,课件制作：蔡彦,物信学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,课件,制作：蔡彦,*,第,1,章 概述,课件制作：蔡彦,物信学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,1,章 概述,课件制作：蔡彦,物信学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,1,章 概述,课件制作：蔡彦,物信学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,1,章 概述,课件制作：蔡彦,物信学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,移动通信(章坚武),移动网络技术实验课安排,6,个实验,分三组进行，单周第一、二组，双周第三组,请班长安排，用班费复印实验资料,第,1,章 概述,第,2,章 移动通信网,第,3,章 移动通信的电波传播,第,4,章 数字调制技术,第,5,章,GSM,数字蜂窝移动通信系统与,GPRS,第,6,章,CDMA,数字蜂窝移动通信系统,第,7,章 第三代移动通信系统,(3G),第,8,章 第四代移动通信系统,(4G),目 录,第,1,章 概述,1.1,移动通信及其特点,1.2,移动通信的工作方式,1.3,移动通信系统的组成,1.4,移动通信系统的频段使用,1.5,多址方式,1.6,其他常用技术,1.7,移动通信系统的发展,1.8,第五代移动通信,(5G),标准及现状,1.1,移动通信及其特点,移动通信是指移动用户之间或移动用户与固定用户之间进行的通信。,与其他通信方式相比，移动通信具有以下基本特点：,(1),电波传播条件恶劣。,(2),具有多普勒效应。,由于移动台在运动中，所以产生多普勒频移效应，频移值,f,d,与移动台运动速度,v,、工作频率,f,（或波长,）及电波到达角,有关，即,(1-1),多普勒频移导致附加调频噪声。,多普勒频移效应,(3),干扰严重。,(4),接收设备动态范围大。,(5),需要采用位置登记、过境切换等移动性管理技术。,(6),综合了各种技术。,(7),对设备要求苛刻。,1.2,移动通信的工作方式,移动通信按照用户的通话状态和频率使用的方法分，有三种工作方式：单工制、半双工制和双工制。,单工制分单频（同频）单工和双频（异频）单工两种，,见图,1-1,。,图,1-1,单工通信方式,1,）同频单工,同频是指通信双方使用相同的工作频率,(,f,1,),；单工是指通信双方的操作采用“按,讲”,(PTT,，,Push To Talk),方式。平时，双方的接收机均处于守听状态。,如果,A,方需要发话，可按下,PTT,开关，发射机工作，并使,A,方接收机关闭。这时，由于,B,方接收机处于守听状态，因此可实现由,A,至,B,的通话,；同理，也可实现,B,至,A,的通话。在该方式中，电台的收发信机是交替工作的，故收发信机不需要使用天线共用器，而是使用同一副天线。,这种工作方式的,优点,是：设备简单；移动台之间可直接通话，不需基站转接；不按键时发射机不工作，因此功耗小。其,缺点,是,:,只适用于组建简单和甚小容量的通信网；当有两个以上移动台同时发射时就会出现同频干扰；当附近有邻近频率的电台发射时，容易造成强干扰，通常为了避免干扰,要求相邻频率的间隔大于,4 MHz,因而频谱利用率低；按键发话，松键受话，使用者不习惯。,2),异频单工,异频是指通信双方使用两个不同频率,f,1,和,f,2,。这种方式中通信双方的操作仍采用“按,讲”方式。由于收发使用不同的频率，因此同一部电台的收发信机可以交替工作，也可以收常开，只控制发，即按下,PTT,发射。其优缺点与同频单工基本相同。在无中心转信台转发的情况下，电台需配对使用，否则通信双方无法通话，故,异频单工方式主要用于有中心转信台转发,(,单工转发或双工转发,),的情况,。所谓单工转发，即中心转信台使用一组频率,(,如收用,f,1,，发用,f,2,),，一旦接收到载波信号即转去发送。所谓双工转发,即中心转信台使用两组频率,(,一组收用,f,1,，发用,f,2,；另一组收用,f,3,，发用,f,4,),，任一路一旦接收到载波信号即转去发送。,由于收发频率有一定保护间隔，提高了抗干扰能力，中心转信台的加入使通信区域得到了有效扩大，因此，这种方式常用于组建有几个频道同时工作的专用网,(,专网,),。,2.,半双工制,图,1-2,中，,通信一端,(A),采用双工制，而移动台,(B),采用单工制，这种方式称为半双工制,。半双工制的,优点,是：移动台设备简单，价格低，耗电少；收发采用不同频率，提高了频谱利用率；移动台受邻近电台干扰小。其缺点是移动台仍需按键发话，松键受话，使用不方便。,由于收发使用不同的频率，因此移动台,(B),的收发信机可以交替工作，也可以收常开，只控制发，即按下,PTT,发射。半双工制主要用于移动台接入有线网,(,如市话网,),，,A,作为有线网接入点。,图,1-2,半双工通信方式,3.,双工制,双工制有频分双工,(FDD,，也称异频双工,),和时分双工,(TDD,，也称同频双工,),两种方式。,频分双工制如图,1-3,所示，是指通信的双方，即收发信机均同时工作，任一方在发话的同时，也能收听到对方的话音，无需按,PTT,开关，类同于平时打市话，使用自然，操作方便。频分双工制的,优点,是：收发频率分开，可大大减小干扰；用户使用方便。其,缺点,是：移动台在通话过程中总是处于发射状态，因此功耗大；移动台之间通话需占用两个信道；需双工器，体积较大，价格较贵。在无中心转信台转发的情况下，采用频分双工制的电台需配对使用，否则通信双方无法通话。,图,1-3,双工通信方式,1.3,移动通信系统的组成,移动通信系统按其经营方式或用户性质可分为,专用移动通信系统（专网）和公共移动通信系统（公网）,。专网的最大功能要求是调度，专网的发展经历了一对一的单机对讲系统，单信道一呼百应系统和选呼系统，后来又发展到多信道多用户共享的专用调度系统。集群（,Trunking,）移动通信是传统的专用无线调度系统的高级发展阶段，是专用移动通信的发展方向。随着电子技术、集成电路技术、计算机技术和交换技术的飞速发展，专用移动通信的网络结构与公共移动通信系统越来越相像，如,Motorola,的,iDEN:Integnated Digital Enhanced Network,，集群数字高效网络。数字集群移动通信系统，其本身就是在数字蜂窝移动通信系统上加上了调度功能。,所以，我们将重点介绍公共移动通信系统的网络结构。公共移动通信系统，即蜂窝移动通信系统的基本系统结构如图,1-4,所示。一个交换区由一个移动交换中心,MSC,（,Mobile Service Switching Centre,）、一个或若干个归属位置寄存器,HLR,（,Home Location Register,）和访问者位置寄存器,VLR,（,Visitor Location Register),，有时几个,MSC,合用一个,VLR,、设备识别寄存器,EIR,（,Equipment Identity Register,）、鉴权中心,AuC,（,Authentication Centre,）、操作维护中心,OMC,（,Operation and Maintenance Centre,）、基站,BS,（,Base Station,）和移动台,MS,（,Mobile Station,）等功能实体组成。,图,1-4,蜂窝移动通信系统的基本结构,MSC,对位于其服务区内的,MS,进行交换和控制，同时提供移动网与固定公众电信网的接口。,MSC,是移动网的核心。作为交换设备，,MSC,具有完成呼叫接续与控制的功能，这点与固定网交换中心相同。作为移动交换中心，,MSC,又具有无线资源管理和移动性管理等功能，例如移动台位置登记与更新、越区切换等。为了建立从固定网至某个移动台的呼叫路由，固定网就近进入关口,MSC,（,GMSC,），由该,GMSC,查询有关的,HLR,，并建立至移动台当前所属的,MSC,的呼叫路由。,HLR,是用于移动用户管理的数据库。每个移动用户必须在某个,HLR,中登记注册。,HLR,所存储的用户信息分为两类：一类是有关用户参数的信息，例如用户类别，向用户所提供的服务，用户的各种号码、识别码以及用户的保密参数等；另一类是有关用户当前位置的信息，例如移动台漫游号码、,VLR,地址等，用于建立至移动台的呼叫路由。,VLR,是存储用户位置信息的动态数据库。当漫游用户进入某个,MSC,区域时，必须向该,MSC,相关的,VLR,登记，并被分配一个移动用户漫游号（,MSRN,），在,VLR,中建立该用户的有关信息，其中包括移动用户识别码（,MSI,）、移动用户漫游号（,MSRN,），所在位置区的标志以及向用户提供的服务等参数，这些信息是从相应的,HLR,中传递过来的。,MSC,在处理入网、出网呼叫时需要查询,VLR,中的有关信息。一个,VLR,可以负责一个或若干个,MSC,区域。,EIR,是存储有关移动台设备参数的数据库。,EIR,实现对移动设备的识别、监视、闭锁等功能。,1.4,移动通信系统的频段使用,早期的移动通信主要使用,VHF,和,UHF,频段，其主要原因有以下三点,:,(1)VHF/UHF,频段较适合移动通信。,(2),天线较短，便于携带和移动。,(3),抗干扰能力强。,目前，大容量移动通信系统均使用,800 MHz,频段,(CDMA),，,900 MHz,频段,(AMPS,、,TACS,、,GSM),，并开始使用,1800 MHz,频段,(GSM1800/DCS1800),，该频段用于微蜂窝,(Microcell),系统。,作业：,1,、,P,26,奇数题做在作业本上，偶数题做在书上。,2,、设计一个,GSM,网络，并简要说明各部分的作用。,1.5,多 址 方 式,1.5.1,移动通信系统中的多址方式,（,1,）,FDMA,。当前应用这种多址方式的主要蜂窝系统有北美的,AMPS,和英国的,TACS,。在我国,AMPS,和,TACS,这两种制式都有应用，但,TACS,占绝大多数。所谓,FDMA,，就是在频域中一个相对窄带信道里，信号功率被集中起来传输，不同信号被分配到不同频率的信道里，发往和来自邻近信道的干扰用带通滤波器限制，这样在规定的窄带里只能通过有用信号的能量，而任何其他频率的信号被排斥在外。模拟的,FM,蜂窝系统都采用了,（,2,）,TDMA,。当前应用这种多址方式的主要蜂窝系统有北美的,DAMPS,和欧洲的,GSM,，在我国这两种制式也都有应用，但,GSM,占绝大多数。所谓,TDMA,，就是一个信道由一连串周期性的时隙构成。不同信号的能量被分配到不同的时隙里，利用定时选通来限制邻近信道的干扰，从而只让在规定时隙中有用的信号能量通过。实际上，现在使用的,TDMA,蜂窝系统都是,FDMA,和,TDMA,的组合，如美国,TIA,建议的,DAMPS,数字蜂窝系统就是先使用了,30 kHz,的频分信道，再把它分成,6,个时隙进行,TDMA,传输。,（,3,）,CDMA,。当前应用这种多址方式的主要蜂窝系统有北美的,IS-95 CDMA,系统。所谓,CDMA,，就是每一个信号被分配一个伪随机二进制序列进行扩频，不同信号的能量被分配到不同的伪随机序列里。在接收机里，信号用相关器加以分离，这种相关器只接收选定的二进制序列并压缩其频谱，凡不符合该用户二进制序列的信号，其带宽就不被压缩。结果只有有用信号的信息才被识别和提取出来。,（,4,）,SDMA,。它是一种较新的多址技术，在由中国提出的第三代移动通信（,3G,）标准,TD-SCDMA,中就应用了,SDMA,技术。空分多址的原理如图,1-5,（,d,）所示。,SDMA,实现的核心技术是智能天线的应用，理想情况下它要求天线给每个用户分配一个点波束，这样根据用户的空间位置就可以区分每个用户的无线信号。换句话说，处于不同位置的用户可以在同一时间使用同一频率和同一码型，而不会相互干扰。实际上，,SDMA,通常都不是独立使用的，而是与其他多址方式,(,如,FDMA,、,TDMA,和,CDMA,等,),结合使用。,也就是说，对于处于同一波束内的不同用户再用这些多址方式加以区分。,SDMA,的优势是明显的：它可以提高天线增益，使得,功率控制,更加合理有效，显著地提升了,系统容量,；此外，一方面可以削弱来自外界的干扰，另一方面还可以降低对其他电子系统的干扰。,SDMA,实现的关键是智能天线技术，这也正是当前应用,SDMA,的难点。特别是对于移动用户，由于移动无线信道的复杂性，使得智能天线中关于多用户信号的动态捕获、识别与跟踪以及信道的辨识等算法极为复杂，从而对,DSP,（数字信号处理）提出了极高的要求，对于当前的技术水平是个严峻的挑战。所以，虽然人们对于智能天线的研究已经取得了不少鼓舞人心的进展，但由于存在上述一些目前难以克服的问题而未得到广泛应用。但可以预见，由于,SDMA,的诸多优点，,SDMA,的推广是必然的。,图,1-5,多址方式示意图,(a)FDMA,的频段划分方法；,(b)TDMA,示意图；,(c)FH-CDMA,和,DS-CDMA,示意图；,(d)SDMA,示意图,1.5.2,移动通信系统中不同多址方式的频谱效率,在,FDMA,蜂窝系统中，频谱效率取决于,每赫兹带宽信息比特率和频率复用系数,。美国模拟蜂窝系统,AMPS,将分配的频谱分成,30 kHz,带宽的许多信道，并使用窄带,FM,调制，,调制效率为每,30 kHz,一条话路,。由于干扰，同一频率不能在每一小区中重复作用。为提供可靠的通话质量，载干比（,C/I,）需要,18 dB,或更高。根据推算和经验表明，在大多数情况下，这个,C/I,值需要在频率复用系数为,1/7,时才能达到。,频率复用系数是表示相同频率是如何被复用的数目,。,因此,得到的结论是：每个小区中必须占用,210 kHz,的频谱才有一条话路。,通过减小小区面积增加小区数，虽然从理论上能取得任意高的话路容量，但需要增加设备费用。此外，由于小区覆盖范围减小，也增加了基站间的切换次数。切换次数的增加将导致两个坏处：一是容易掉话；二是加重了交换机的负担。,TDMA,频谱效率的计算基本上和,FDMA,相同。由于目前被认可的频率复用准则和模拟系统相似，我们可以算出对于,DAMPS,，每个小区必须占用,70 kHz,的频谱才有一条话路。换句话说，它的容量是模拟,AMPS,的三倍。同样可以算出，,GSM,的系统容量约是模拟,TACS,的两倍。,CDMA,频谱效率的算法和上面两种制式不大相同，因为上面两种制式每条话路占用的频谱宽度是一定的，只要频率复用系数一定，每个小区的话路容量就确定下来。而,CDMA,是通过不同的地址码来区分用户的，所有用户都共用一个频率。决定,CDMA,系统容量的主要参数有处理增益、所需的,E,b,/,N,0,值、话音激活系数、频率复用效率和扇区数目等。而且即使上述参数都确定，容量还要受具体的地理环境、背景噪声和外部干扰等条件的影响。所以，在,CDMA,中，每条话路所需占用的频谱宽度是不确定的。,通过试验和理论计算，,IS-95CDMA,的容量可达到,AMPS,的,8,至,10,倍，即每个小区中只占用,20kHz,的频谱就可有一条话路。,目前的,CDMA,蜂窝系统实际上也都是,FDMA,和,CDMA,的组合。因为处在同一载频的,CDMA,用户共用同一频率，所以它的频率复用系数可以被看作是,1,，但由于受邻近小区中用户的干扰的影响，,CDMA,实际的频率复用系数应为,2/3,。,CDMA,系统的高容量很大一部分因素是由于它的频率复用系数远远超过其他制式的蜂窝系统，另外一个主要因素是它使用了话音激活技术。,1.6,其他常用技术,移动通信系统需要,利用信号处理技术来改进恶劣无线电传播环境中的链路性能,。,均衡、分集和信道编码,这三种技术，可以用来,改进小尺度时间、空间中接收信号的质量和链路性能,。它们既可以单独使用，又可以组合使用。,均衡技术可以补偿时分信道中由于多径效应产生的符号间干扰（,ISI,）,。如果调制带宽超过了无线信道的相干带宽，将会产生符号间干扰，并且调制脉冲将会产生时域扩展，从而进入相邻符号。而接收机的均衡器可对信道中的幅度和延迟进行补偿。由于无线信道的未知性和时变性，因此均衡器需要是自适应的。,分集技术是另外一种用来补偿信道衰落的技术,，它通常使用两个或多个接收天线来实现。演进中的,3G,通用空中接口也利用了发射分集技术，基站通过空间分开的天线或频率发送多份信号的副本。同均衡器一样，分集技术改善了无线通信链路的质量，而且不用改变通用空中接口或者增加发射功率或者带宽。,1.6.1,均衡技术,在带宽受限（频率选择性的）且时间扩散的信道中，由于多径影响而导致的符号间干扰会使被传输的信号产生失真，因而在接收机中产生误码。符号间干扰被认为是在无线信道中传输高速率数据时的主要障碍，而均衡正是克服符号间干扰的一种技术。,从广义上讲，均衡可以指任何用来削弱符号间干扰的信号处理操作。在无线信道中，可以使用各种各样的均衡器来消除干扰，并同时提供分集。由于移动衰落信道具有随机性和时变性，这就要求均衡器必须能够实时地跟踪移动通信信道的时变特性，因此这种均衡器又称为自适应均衡器。,自适应均衡器一般包括两种工作模式，即训练模式和跟踪模式。其工作过程如下：发射机发射一个已知的、定长的训练序列，以便接收机中的均衡器可以调整到恰当的设计，使误码率,BER,最小。典型的训练序列是一个二进制的伪随机信号或是一串预先指定的数据比特，而紧跟在训练序列之后被传送的是用户数据。,接收机中的自适应均衡器将通过递归算法来评估信道特性，并且修正滤波器系数，以对多径造成的失真做出补偿。在设计训练序列时，要求做到即使在最差的信道条件下，均衡器也能通过这个序列获得恰当的滤波系数。这样就可以在训练序列执行完之后，使得均衡器的滤波系数已经接近最佳值。而在接收用户数据时，均衡器的自适应算法就可以跟踪不断变化的信道。这样处理的结果就是：自适应滤波器将不断改变其滤波特性。当均衡器得到很好的训练后，就说它已经收敛。,均衡器从调整系数至形成收敛，整个过程的时间跨度是均衡器算法、结构和多径无线信道变化率的函数。为了保证能有效地消除符号间干扰，均衡器需要周期性地做重复训练。均衡器通常用于数字通信系统中，因为在数字通信系统中用户数据被分为若干段，并被放入小的时间段或时隙中传送。时分多址（,TDMA,）无线通信系统特别适合于使用均衡器。,TDMA,系统在长度固定的时间段中传送数据，并且训练序列通常在一个分组的开始被传送。每次收到一个新的数据分组时，均衡器将用同样的训练序列进行修正。,1.6.2,分集技术,分集技术是通信中的一种用相对低廉的投资就可以大幅度改进无线链路性能的接收技术。与均衡技术不同，分集技术不需要训练序列，因此发射机不需要发送训练序列，从而节省了开销。分集技术的使用范围很广。,分集的概念是：如果一条无线传播路径中的信号经历了深度衰落，那么另一条相对独立的路径中可能包含着较强的信号。,因此，接收机可以在多径信号中选择两个或两个以上的信号进行合并，这样做的好处是它在接收机中的瞬时信噪比和平均信噪比都有所提高，并且通常可以提高,20,30dB,。分集技术是通过寻找无线传播环境中的独立（或至少是高度不相关的）多径信号来实现的。,分集方案分为两种：一种称为,“,宏观分集方案,”,；另一种称为,“,微观分集方案,”,。,宏观分集方案用于合并两个或多个长时限对数正态信号,，这些信号是经独立的衰落路径接收来自不同基站站址上的两个或多个不同天线发射的信号，显然，只要在各方向上的信号传播不是同时受到阴影效应或地形地貌的影响，这种方法能有效保持通信不会中断。,微观分集方案用于合并两个或多个短时限瑞利信号,，这些信号都是在同一个接收基站上经独立的衰落路径接收来自两个或多个不同天线发射的信号。,常用的分集包括：空间分集、频率分集、时间分集、极化分集。,空间分集，也称为天线分集，是无线通信中使用最多的分集形式之一。要想从不同的天线上获得非相关的接收信号，就要求天线间的间隔距离等于或大于半个波长。在基站的设计中，为了进行分集接收，在每个小区的中心，都装备了多个基站接收天线。但是由于移动台接近地面，容易产生严重的信号散射现象，因此基站处的分集天线之间必须相隔很远（通常是波长的几十倍），才能实现信号的非相关。空间分集既可用于基站，也可用于移动台，还可同时用于两者。目前，已有双天线手机面世。,频率分集在多于一个的载频上传送信号。其工作原理是，在信道相干带宽之外的频率是不相关的，并且不会出现同样的衰落。在理论上，不相关信道产生同样衰落的概率是各自产生衰落概率的乘积。,时间分集是指以超过信道相干时间的时间间隔重复发送信号，以便让再次收到的信号具有独立的衰落环境，从而产生分集效果。目前，时间分集技术已经大量地用于扩频,CDMA,的,RAK,E,接收机中，由多径信道提供传输冗余信息。,极化分集利用了空中的水平极化和垂直极化路径不相关的这一特性。由于在传输中进行了多次反射，使得信号在不同的极化方向上是不相关的。将极化天线用于多径环境中，当传输路径中有障碍物时，极化分集可以惊人地减少多径时延扩展，而不会明显地降低功率。,在移动无线通信中，分集合并的方案是在几个信道上同时传输或者选择分集合并传输，以降低在接收端上过量的深衰落概率。在宏观分集中，选用选择分集合并是有效的。这样，可以减少长时限衰落。选择性分集合并是在两个或者多个信号中进行选择，而不是对信号进行合并。对于短时限衰落的微观分集，原则是通过分集方案获得相等平均功率的大量信号，其相应的分集合并方法包括选择性合并，最大比值合并和等增益合并。这些线性分集合并方法包含了多个接收信号简单的加权线性和。,1.6.3,信道编码技术,信道编码通过在传输数据中,引入冗余来避免数字数据在传输过程中出现差错,。用于检测差错的信道编码称为检错编码，而既可检错又可纠错的信道编码称为纠错编码。,纠错和检错技术的基本目的是通过在无线链路的数据传输中引入冗余来改进信道的质量。冗余比特的引入增加了原始信号的传输速率。因此，在源数据速率固定的情况下，这增加了带宽要求，结果降低了高,SNR,情况下的带宽效率，却大大降低了低,SNR,情况下的,BER,。根据香农定理可知，只要,SNR,足够大，就可以用很宽的带宽来实现无差错通信。这就是,3G,应用宽带,CDMA,的部分原因。另一方面，差错控制编码的宽度是随编码长度的增加而增加的。因此，纠错编码在带宽受限的环境中是有一定优势的，并且在功率受限的环境中提供一定的链路保护。,信道编码器把源信息变成编码序列，使其可用于信道传输，这就是它处理数字信息源的方法。检错码和纠错码有三种基本类型：分组码、卷积码和,Turbo,码。,分组码是一种前向纠错（,FEC,）编码。它是一种不需要重复发送就可以检出并纠正有限个错误的编码。在分组码中，校验位被加到信息位之后，以形成新的码字（或码组）。在一个分组编码器中，,k,个信息位被编为,n,个比特，而,n,-,k,个校验位的作用就是检错和纠错。分组码以（,n,，,k,）表示，其编码速率定义为,R,c,=,k,/,n,，这也是原始信息速率与信道信息速率的比值。,卷积码与分组码有根本的区别，它不是把信息序列分组后再进行单独编码，而是由连续输入的信息序列得到连续输出的已编码序列。已经证明，在同样的复杂度下，卷积码可以比分组码获得更大的编码增益。,卷积码是在信息序列通过有限状态移位寄存器的过程中产生的。,1.,7,移动通信系统的发展史,1.7.1,全球移动通信的发展历程,移动通信的发展大致经历了以下几个发展阶段：,20,世纪,20,30,年代：警车无线电调度电话（,AM,调幅），使用频率为,2 MHz,。,20,世纪,40,50,年代：人工接续的移动电话（,FM,调频），单工工作方式，使用频段为,150 MHz,及,450 MHz,。特别值得一提的是,1947,年,Bell,实验室提出了蜂窝的概念。,20,世纪,60,年代：自动拨号移动电话，全双工工作方式，使用频段为,150 MHz,及,450 MHz,。,1964,年美国开始研究更先进的移动电话系统（,IMTS,）。,20,世纪,70,80,年代：,AMPS,、,TACS,分别在美国、英国投入使用。使用频段为,800/900 MHz,（早期曾使用,450 MHz,），全自动拨号，全双工工作，具有越区频道转换，自动漫游通信功能。频谱利用率、系统容量和话音质量都有明显的提高。,20,世纪,90,年代：,GSM,数字移动通信系统和窄带,CDMA,（,IS-95A,）数字移动通信系统及卫星移动通信投入使用。,21,世纪初：基于窄带,IS-95 CDMA,技术的宽带,CDMA,技术的,cdma2000,、基于日本无线工业广播协会（,ARIB,）支持的纯,W-CDMA,和欧洲电信标准协会（,ETSI,）制定的,UTRA,两个独立建议的,W-CDMA,、由我国提出的时分同步,CDMA,（,TD-SCDMA,）等第三代（,3G,）系统（,IMT-2000,）陆续开始投入使用或建立试验网。其中，第三代（,3G,）系统使用频段为,18852025 MHz,，,21102200 MHz,，全球统一标准。,在使用的,150 MHz,、,450 MHz,、,900 MHz,三个频段的具体收发频率间隔分别为,:150 MHz,的收发频率间隔为,5.7 MHz,；,450 MHz,的收发频率间隔为,10 MHz,；,900 MHz,的收发频率间隔为,45 MHz,。,20,世纪,80,年代发展起来的模拟蜂窝移动电话系统，人们把它称为第一代移动通信系统。其主要技术是模拟调频、频分多址，主要业务是电话。代表这一系统的有美国的,AMPS,，英国的,TACS,，北欧的,NMT-900,及日本,HCNTS,等。模拟系统的主要缺点是：频谱利用率低，不能与,ISDN,兼容，保密性差，以及移动终端要进一步实现小型化、低功耗、低价格的难度都较大。,美国的,AMPS,最早是由美国于,1971,年开始研制并投入军用的。,1973,年，美国,Motorola,公司向美国联邦通信委员会,(FCC),提出申请,AMPS(Advanced Mobile Phone Service),系统，经批准于,1983,年投入使用。,表,1-1 AMPS,与,TACS,的主要差别,使用的,150 MHz,、,450 MHz,、,900 MHz,三个频段的具体收发频率间隔分别为,:150 MHz,的收发频率间隔为,5.7 MHz,；,450 MHz,的收发频率间隔为,10 MHz,；,900 MHz,的收发频率间隔为,45 MHz,。,AMPS,系统和,TACS,系统均为采用,FDMA,方式的模拟蜂窝移动通信系统，属第一代,(1G),移动通信系统。其缺点是容量小，不能满足飞速发展的移动通信业务量和业务种类的需要。,第二代,(2G),移动通信系统采用,TDMA,或,CDMA,数字蜂窝系统，如,GSM/DCS-1800,，,D-AMPS(IS-54,、,IS-136),、,CDMA(IS-95),等。其容量和功能都比模拟系统有了很大的提高，但其业务种类主要限于话音和低速数据,(9.6 kb/s),。,表,1-2,列出了全球目前投入运营或曾经投入过运营的低功率系统的主要参数。,表,1-3,列出了全球目前投入运营的第二代,(2G),数字蜂窝系统的主要参数。,值得一提的是，采用码分多址,(CDMA),技术的,IS-95,数字蜂窝移动通信系统与其他蜂窝系统相比具有以下优点：,(1),系统容量大，为,GSM,的,5.6,倍，为,TACS,的,11.2,倍。,(2),抗衰落能力及抗干扰性能强。,(3),话音质量高。,(4),保密性及安全性优于,GSM,系统。,(5),移动台发射功率低,(,约,10 mW),。,(6),具有软切换和软容量特性。,(7),频率复用模式可达到,1,。本区和邻区可共用同一频道，因而不需要频率动态分配。,(8),可实现宽带数据传输。,1.7.2,从,2G,向,3G,发展,1.,移动用户数发展的必然趋势,随着移动用户数量的急剧增加，世界上一些发达地区已经出现了频率资源紧张、系统容量饱和的局面。移动通信所赖以生存的无线电频率是一种宝贵的资源，频谱资源是有限的，但随着移动通信的飞速发展，用户数量的急剧增加，有限的资源被“无限”地利用，矛盾越来越尖锐。由于采用了,CDMA,技术，相对于来说可以提供更大的系统容量，能有效缓解急剧增长的用户数量和有限的频率资源之间的矛盾。从这个角度分析，的无线技术必将被所取代。,2.,移动业务发展的必然趋势,随着社会生产力的发展，人类已经逐渐步入信息化社会，人们对于移动通信也提出了越来越高的要求。在这种潮流下，分组交换、,ATM,、,IP,等技术与移动通信技术的融合已经成为移动通信的发展趋势，而且移动通信和互联网络的结合也越来越紧密。同时，信息技术的发展和用户的多样化、个性化需求要求移动通信系统提供更丰富、更个性化的业务，如图像、话音与数据相结合的多媒体业务和高速数据业务，但,2G,系统主要为用户提供话音业务和低速数据业务，,QoS,能力有限，无法满足用户多媒体、电子商务、移动上网等多种新兴通信的要求。,3G,能够达到高速车载环境下,384 kb/s,、低速或静止状态下,2 Mb/s,及以上的速率，因此可提供多样化、个性化业务，并向多媒体化、智能化、,IP,化方向发展。,3.,运营商发展的必然趋势,从更深层次来说，随着终端价格和话费的下调、预付费业务的开展，手机消费已从奢侈品走向普及，大量低端用户的加入导致运营商的逐渐下降。一直是投资者衡量运营商核心竞争力的一个重要指标，因此如何有效提高就成为亟待解决的问题。,由于话音业务的利润空间日益缩小，因此要提高，还需要开展丰富的差异化竞争业务。因为直接将业务本身标准化，所以同一种业务就只有一种标准实现方式，不利于第三方的快速引入和业务生成，生成新业务比较困难，无法充分满足用户多样化、个性化的业务需求。在中，某个特定业务可以抽象为多个业务能力特征的集合，每个业务能力特征可以根据承载网络的不同而由不同的业务能力具体实现，这表现了业务生成的多样化和灵活性。运营商只有充分利用平台来开展差异化竞争，才能在未来的激烈竞争中生存和发展。,与第一、第二代移动通信系统相比，第三代移动通信系统的主要特征是可以提供移动多媒体业务，具体包括高速移动环境,(FDD,：,500 km/h,；,TDD,：,120 km/h),中支持速率为,144 kb/s,的业务，步行慢速移动环境,(30 km/h),中支持速率为,384 kb/s,的业务，室内环境,(3 km/h),中支持速率为,2 Mb/s,的业务。,IMT-2000,的目标是建立一个具有全球性、综合性的个人通信网，包括寻呼、无绳电话、蜂窝系统和移动卫星通信系统等的功能，为全球用户提供多媒体通信业务。其第一阶段目标是实现,2 Mb/s,的无线多媒体通信，第二阶段目标是实现,10 Mb/s,的无线多媒体通信。,1999,年,6,月，国际电联,TG8/1,第,17,次会议在北京召开。此次会议全面完成了,IMT-2000,无线接口技术规范建议,(RSPC,建议,),框架的制定，并进一步推动了宽带码分多址,(CDMA),技术和,CDMA,时分双工,(TDD),技术的融合。,IMT-2000,的系统特性如下：,(1),采用,(1.8,2.2)GHz,频带的数字系统。,(2),在多种无线环境,(,蜂窝系统、无绳系统、卫星系统和固定的无线系统,),下工作。,(3),使用多模式终端，提供漫游能力。,(4),提供广泛的电信业务。,(5),具有与固定网络业务可比的高质量和完整性。,(6),具有国际漫游和系统内部越区切换的能力。,(7),使用智能网,(IN),技术进行移动性管理和业务控制。,(8),具有高水平的安全和保密能力。,(9),具有灵活开放的网络结构。,无线传输技术,(RTT),是第三代移动通信系统的重要组成部分。无线传输技术主要包括多址技术、调制技术、信道编码与交织、双工技术、物理信道结构和复用、帧结构、,RF,信道参数等。,1998,年,6,月,30,日为,ITU,规定的提交,RTT,建议的最后期限，共有,10,个组织向,ITU,提交了候选,RTT,方案，如表,1-4,所示。,1.7.3 WiMAX(,全球微波互联接入,),WiMAX(,全球微波互联接入,),以,IEEE 802.16,的系列宽频无线标准为基础,故称为,802.16,无线城域网,(MAN),，是又一种为企业和家庭用户提供“最后一英里”的宽带无线连接方案，作为电缆和,DSL,之外的选择,由,WiMAX,论坛,(WiMAX Forum),提出并于,2001,年,6,月成形。在,802.16,物理层的三个变体中，,WiMAX,选择了,802.16-2004,版的,256,个载波的,OFDM,，具有较宽的频带以及较远的传输距离，与主要以短距离区域传输为目的的,IEEE 802.11,通信协议有着相当大的不同,可以覆盖,(40,48)km,的范围。,WiMAX,在北美、欧洲发展迅猛，而且这股热浪已经推进到了亚洲。为了分享,ITU,分配给,3G,的频谱资源，,WiMAX,从一开始就积极试图加入,3G,家族，实现全球漫游的目标，成为真正意义上的移动通信技术，但遭到了分别代表,WCDMA,、,cdma2000,和,TD-SCDMA,阵营的爱立信、高通和,TD,三方的强力反对。然而美国政府给予了强力支持，其他国家和企业也都一边倒地支持,WiMAX,。,2007,年,10,月，,WiMAX,被正式批准为国际电信联盟标准,(ITU),，成为,3G,标准中,IMT-2000,家族的一名正式成员。由于,WiMAX,同,TD-SCDMA,一样均使用了,TDD,技术，因此如果,WiMAX,成为,3G,技术，在频谱资源方面就会对,TD-SCDMA,构成冲击，所以中国方面也持反对意见。目前,WiMAX,未被我国列入,3G,标准。,WiMAX,目前定义了固定、游牧、便携、简单移动及自由移动五种应用场景，其在各场景下的性能指标如表,1-5,所示。,固定接入业务是,802.16,运营网络中最基本的业务模型，包括：用户因特网接入、传输承载业务传输及,Wi-Fi,热点回传等。,游牧场景下，终端可以从不同的接入点接入到一个运营商的网络中，在每次会话连接中，用户终端只能进行站点式的接入，在两次不同的网络接入中，传输的数据将不被保留。,便携场景下，除了进行小区