移動通信的展望

1、第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望10.1 個(gè)人通信概述個(gè)人通信概述 10.2 關(guān)于個(gè)人通信的國際標(biāo)準(zhǔn)和研究進(jìn)展關(guān)于個(gè)人通信的國際標(biāo)準(zhǔn)和研究進(jìn)展 10.3 未來移動通信中的關(guān)鍵技術(shù)未來移動通信中的關(guān)鍵技術(shù) 思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望縱觀移動通信的發(fā)展歷程， 當(dāng)代移動通信可分為四個(gè)階段： （1） 第一代移動通信以模擬調(diào)頻、 頻分多址為主體技術(shù)， 包括以蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)為代表的公用移動通信系統(tǒng)、 以集群系統(tǒng)為代表的專用移動通信系統(tǒng)以及無繩電話, 主要向用戶提供模擬話音業(yè)務(wù)。(2) 第二代移動通信以

2、數(shù)字傳輸、時(shí)分多址或碼分多址為主體技術(shù)，簡稱數(shù)字移動通信，包括數(shù)字蜂窩系統(tǒng)、數(shù)字無繩電話系統(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)人通信概述個(gè)人通信概述第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望(3) 第三代(3G)移動通信以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)移動通信的研究和開發(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。第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望10.1.1 個(gè)人通信的概念個(gè)人通信的概念 長期以來， 人

3、們就有一種美好的愿望： 未來總有一天會做到無論任何人(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，人們曾把這種愿望稱之為幻想， 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。人們把這種向往中的通信稱為“個(gè)人通信”， 而把實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信的網(wǎng)絡(luò)稱之為個(gè)人通信網(wǎng)(PCN)。第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望個(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)的國家紛紛

4、開展了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的國際標(biāo)準(zhǔn)的制定也受到許多國際組織的重視。 移動通信的根本特征是移動性。移動性有兩重含義：一是終端移動性，二是個(gè)人移動性。基于終端移動性的通信屬于通信到終端，基于個(gè)人移動性的通信稱為通信到個(gè)人。所謂通信到終端，是指給每個(gè)終端分派一個(gè)特定的終端號碼，呼叫者只要撥通終端號碼，即可與使用該終端的個(gè)人通信。若被呼者遠(yuǎn)離其終端，則不能和被呼者實(shí)時(shí)通信。若使用者隨身攜帶終端，并在通信網(wǎng)覆蓋區(qū)，可實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信業(yè)務(wù)。第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望所謂通信到個(gè)人，是指給每個(gè)通信者都分配一個(gè)特定的個(gè)人號碼，個(gè)人號碼

5、與終端號碼無必然聯(lián)系，也不限制通信者是否攜帶其終端。通信時(shí)利用當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)赝ㄐ旁O(shè)施，按照被呼者的個(gè)人號碼呼叫，無論被呼者處于什么地方，均可找到被呼者并通信。這種方式取消了必須攜帶終端的約束，但要求系統(tǒng)須具有足夠大的覆蓋范圍和智能化很強(qiáng)的管理功能。第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望10.1.2 實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信的途徑實(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，人們對如何實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信曾提出過各種各樣的方案， 也發(fā)生過一些爭論， 甚至相互非議。 一般來說， 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)和開發(fā)一種覆蓋世界范圍的全新個(gè)人通信網(wǎng)。 這種方法可以按

6、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。 第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望(2) 選擇現(xiàn)有的某一種移動通信網(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)。 這種辦法對現(xiàn)有各種通信設(shè)備的開發(fā)者、 制造商和運(yùn)營公司特別有吸引力。第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望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

7、信的服務(wù)范圍。 但在人煙稀少的邊遠(yuǎn)地區(qū)及特殊環(huán)境中應(yīng)用卻不現(xiàn)實(shí)。 把無繩電話系統(tǒng)由室內(nèi)應(yīng)用擴(kuò)展到室外應(yīng)用， 通過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)。但在人煙稀少的邊遠(yuǎn)地區(qū)或使用者在快速行駛的載體上，其使用都困難。第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望 利用中、 低軌道移動通信衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信網(wǎng)絡(luò)。 因?yàn)橐苿有l(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。但當(dāng)使用者進(jìn)入隱蔽場所時(shí)無法通信，且

8、在人口密集區(qū)，單靠衛(wèi)星通信無法滿足容量要求。上述任何一種系統(tǒng)都不能提供滿意服務(wù)，要多種系統(tǒng)綜合利用。第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望(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)。第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望10.2.1 第三代移動通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)制定的過程第三代移動通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)制定的過程第三代移動通信的主要發(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；

9、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、 專用、 商用和家用； 具有高級的移動性管理， 能保證大量用戶數(shù)據(jù)的存儲、 更新、 交換和實(shí)時(shí)處理等。 10.2 關(guān)于個(gè)人通信的國際標(biāo)準(zhǔn)和研究進(jìn)展關(guān)于個(gè)人通信的國際標(biāo)準(zhǔn)和研究進(jìn)展第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望關(guān)于第三代移動通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)， 開始主要是由國際電信聯(lián)盟(ITU)主導(dǎo)的， 最初提出時(shí)使用的系統(tǒng)名稱為“未來

10、公共陸上移動通信系統(tǒng)”(FPLMTS)， 后改名為“國際移動通信2000”(IMT-2000)。 1998年12月， 世界各國已向ITU提交的無線傳輸技術(shù)(RTT)建議有： (1) 以TDMA為基礎(chǔ)的兩種： DECT， 來自ETSI計(jì)劃(EP)DECT。 UWC-136(Universal Wireless Communications)， 來自美國TIA TR45.3。 第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望(2) 以CDMA為基礎(chǔ)的八種： WINS W-CDMA(Wireless Multimedia and Messaging Service Wideband CDMA)， 來

11、自美國TR46.1。 TD-SCDMA(TimeDivision Synchronous CDMA)， 來自中國電信技術(shù)研究院(CATT)。 W-CDMA(Wideband CDMA)， 來自日本ARIB。 CDMA(Asynchronous DS-CDMA)， 來自韓國TTA。 第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望 UTRA(UMTS Terrestrial Radio Access)， 來自ESTI SMG2。 NA：W-CDMA(North American Wideband CDMA)， 來自美國TIPI-ATIS。 cdma2000(Wideband CDMA(IS-95

12、)， 來自美國TIA TR45.5。 CDMA (Multiband Synchronous DS-CDMA)， 來自韓國TTA。 第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望(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，來自韓國TTA。 SW-CDMA(Satellite Wideband CDMA)， 來自ESA。 SW-CTDMA(Satellite Wideband Hybrid CDMATDMA)， 來自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，來自ICO Globa

13、l Communication。 Horizons(Horizons Satellite System)， 來自Inmarsat。第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望1999年11月赫爾辛基TG81會議通過了“IMT-2000無線接口技術(shù)規(guī)范”建議，該建議中最終確定下來的第三代移動通信系統(tǒng)無線傳輸技術(shù)分為CDMA和TDMA兩類， 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。 第第10 10章章 移動

14、通信的展望移動通信的展望 10.2.2 超（后）三代（超（后）三代（B3G）或第四代）或第四代(4G)移動通信的移動通信的研究和開發(fā)研究和開發(fā) 第三代移動通信已經(jīng)開始商用， 2003年底全球已發(fā)放120個(gè)IMT-2000的運(yùn)行牌照。 僅以日本為例，第三代移動通信2001年10月開始商用（WCDMA技術(shù)），2004年3月已有300萬用戶， 網(wǎng)絡(luò)已覆蓋99%以上的地區(qū)。 第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望在第三代（3G）移動通信開始商用后， 大家就開始考慮今后該如何發(fā)展， 即開始了超（后）三代（B3G）或第四代(4G)移動通信的研究和開發(fā)。今后的發(fā)展分為兩個(gè)思路： 一是對現(xiàn)有3G標(biāo)準(zhǔn)

15、的增強(qiáng)，以滿足未來用戶的需求； 二是研制全新的標(biāo)準(zhǔn)。 第一種思路可以稱為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。 第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望ITU-R對未來系統(tǒng)的發(fā)展的看法包括兩部分：一是IMT-2000的未來發(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)為未來的系統(tǒng)不可能僅用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來滿足用戶的所有要求， 應(yīng)當(dāng)用一組標(biāo)準(zhǔn)來滿足完

16、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 （高移動性環(huán)境）或1 Gb/s（低移動性環(huán)境）的數(shù)據(jù)速率。第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望IEEE 802下的多個(gè)工作組也在進(jìn)行未來無線通信的標(biāo)準(zhǔn)化工作。 如IEEE 802.11n希望下一代WLAN（無線局域網(wǎng)）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2006年年底至2007年年初之間問世； 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

17、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來概括移動和無線通信的發(fā)展進(jìn)程。 它包括廣域覆蓋（Wide Area Coverage）的移動通信系統(tǒng)和局域覆蓋(Local Area Coverage)的無線局域網(wǎng)。 第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望圖10-1 移動通信的發(fā)展進(jìn)程第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望10.3 未來移動通信中的關(guān)鍵技術(shù)未來移動通信中的關(guān)鍵技術(shù)10.3.1 自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)自適

18、應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù) 1. 可變速率調(diào)制技術(shù)可變速率調(diào)制技術(shù) 未來移動通信系統(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)橐苿有诺赖膫鞑バ阅芙?jīng)常會隨時(shí)間和傳播地點(diǎn)而隨機(jī)變化， 所以移動通信系統(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。 第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望實(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)

19、越多， 每碼元攜帶的信息比特?cái)?shù)就越多。 VR-QAM據(jù)信道質(zhì)量的好壞，自適應(yīng)地增加或減少Q(mào)AM的電平數(shù)，在保證一定質(zhì)量情況下可盡量提高傳輸速率。圖10-2星形QAM星座 。第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望圖10-2 星型QAM的星座圖第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望(2) 可變擴(kuò)頻增益碼分多址(VSG-CDMA)。 這種技術(shù)靠動態(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。第第10 10

20、章章 移動通信的展望移動通信的展望(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倍基本速率時(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)，串并變換器輸出2個(gè)支路； 依此類推， 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。 MC-CDMA通信系統(tǒng)中每個(gè)用戶剁用到兩種碼序列，一是區(qū)分不同用戶身份的標(biāo)志碼PNi，二是區(qū)分不同支路的正交碼集pn1,pn2,pnM這樣第i個(gè)用戶的第j個(gè)支路所用擴(kuò)頻碼為Ci=PNipnj。第第10

21、 10章章 移動通信的展望移動通信的展望（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)的干擾情況動態(tài)調(diào)整擴(kuò)頻因子， 通過選用不同的子載波數(shù)和在時(shí)間或頻域上的擴(kuò)展來實(shí)現(xiàn)不同速率的傳輸。第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望2. 自適應(yīng)編碼調(diào)制自適應(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，系統(tǒng)根據(jù)收發(fā)信道的情況動態(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=

22、1/4、1/2、或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=3/4, 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。第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望表表10-1 不同調(diào)制編碼方案（不同調(diào)制編碼方案（MCS）提供的信息速率）提供的信息速率第第10 10章章 移動通信

23、的展望移動通信的展望圖10-3 自適應(yīng)調(diào)制編碼的通過率第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望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，配合VSF-OFCDM調(diào)制可以達(dá)到的通過率如圖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)天線測量到的接收SNR為6.0、 14.0、 22.0 dB時(shí), 可以達(dá)到的通過量為100、 200和300 Mb/s。 從圖中可以看到， 通過采用自適應(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

24、輸入多輸出技術(shù)多輸入多輸出技術(shù)廣義的多輸入多輸出技術(shù)（MIMO）包括智能天線、空時(shí)編碼、用于提高容量的MIMO等技術(shù)。第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望1. 智能天線智能天線 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)快速移動時(shí)， 以一個(gè)或多個(gè)高增益的窄波束分別對準(zhǔn)并跟蹤所需信號的方向， 同時(shí)以波束零點(diǎn)對準(zhǔn)并跟蹤干擾信號的方向， 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。第第10 10章

25、章 移動通信的展望移動通信的展望圖10-4 利用智能天線實(shí)現(xiàn)空分多址示意圖 第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望 智能天線類似一個(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， 移動臺要使用自適應(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。 第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望圖10-5 自適應(yīng)波束形成示意圖第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望 圖10-5是一種基于信號到達(dá)方向的(DOA)自適應(yīng)波束形成示意圖， 其中天線陣列由N個(gè)空間分布

26、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波長的一半， 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的到達(dá)方向， 然后根據(jù)信號的到達(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， 而把凹陷對準(zhǔn)干擾信號， 從而提高有用信號的信干比。 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。 但一個(gè)N元陣列天線只有N-1個(gè)自由度，只能行成N-1個(gè)凹陷來抑制N-1個(gè)干擾信號，而在移動環(huán)境中不僅用戶數(shù)會遠(yuǎn)超過陣元數(shù)，且會有多徑干擾射向天線，使信號入射方向的判定困難。第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望 另一種辦法需要

27、提供一種與所需信號密切相關(guān)而與噪聲和干擾無關(guān)的基準(zhǔn)信號，用此基準(zhǔn)信號和方向圖形成網(wǎng)絡(luò)的輸出信號相減，產(chǎn)生一誤差信號， 然后按照選定的算法準(zhǔn)則(如最小均方差(LMS)準(zhǔn)則、 遞歸最小平方(RLS)準(zhǔn)則等)， 對復(fù)加權(quán)因子W進(jìn)行調(diào)整， 使形成網(wǎng)絡(luò)的輸出信號盡可能接近基準(zhǔn)信號， 并從輸出信號中消除與基準(zhǔn)信號不相關(guān)的噪聲和干擾信號。 圖10-6是基于基準(zhǔn)信號的陣列天線示意圖。第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望圖10-6 基于基準(zhǔn)信號的陣列天線示意圖第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望無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，

28、以期能跟蹤移動通信環(huán)境的動態(tài)變化。 基準(zhǔn)信號的產(chǎn)生可以采用下列幾種辦法： (1) 利用發(fā)送同步信號的引導(dǎo)序列來產(chǎn)生參考信號。 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)分所需信號和同道干擾。第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望 (2) 為各個(gè)用戶發(fā)送專門的訓(xùn)練序列或引導(dǎo)序列， 用來產(chǎn)生參考信號。 顯然， 這種方法會增大信道的額外開銷。 (3) 在碼分多址移動通信系統(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。 第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望2. 空時(shí)編碼空時(shí)編碼 空時(shí)編碼（Space Time Codin

29、g）是指對發(fā)送符號進(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： 空時(shí)分組編碼(STBC)和空時(shí)格型編碼（STTC）。 一個(gè)簡單的空時(shí)分組編碼如圖10-7所示。 輸入的信息經(jīng)過調(diào)制（星座映射）后生成符號序列。 假定符號序列分為兩個(gè)符號一組， 每一組的符號為s0和s1，經(jīng)過編碼生成兩個(gè)新的碼組s0，-s*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。第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望圖10-7 一個(gè)簡單的空時(shí)分組編碼第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展

30、望圖10-8 空時(shí)分組編碼的單接收天線接收機(jī)第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望00e)()(e)()(11110000jjhTththhTthth(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)符號區(qū)間內(nèi)是恒定的， 即 式中， T表示符號周期。 接收信號可以表示為 r0=r(t)=h0s0+h1s1+n0 r1=r(t+T)=-h0s*1+h1s*0+n1 r0、 r1為t、t+T時(shí)刻的接收信號，n0、n1為噪聲和干擾的復(fù)隨機(jī)變量。(10-2) 第第10 10章章 移動通信的展望

31、移動通信的展望1001111000rhrhsrhrhs(10-3) 圖10-8中的合路器生成以下兩個(gè)合并后的信號送往最大似然檢測器: 11101212011100021200)()(nhnhssnhnhss(10-4) 上式的合并與發(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。合并后的信號送給最大似然檢測器進(jìn)行解調(diào)判決。 將式(10-1)和式(10-2)代入式(10-3)， 有第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望令 TTTTThhhhHsssnnnrrrsss011010101010,則 sHrsnsHrSsmmaxarg（10-5） （10-6）S是所有發(fā)送信號

32、的可能的組合 第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望 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)天線上信號的表達(dá)式， 即 mmmnsHr（10-7） M個(gè)接收天線的表達(dá)式為 21maxargsHrsmmMmSs（10-8） 第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望01230123103210322301230132103210sssssssssssssssssssssssssssssssss （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

33、組編碼矩陣如下， 矩陣中的每一行在一個(gè)天線上發(fā)送：第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望圖10-9 2發(fā)送天線采用8PSK調(diào)制的8狀態(tài)空時(shí)編碼第第10 10章章 移動通信的展望移動通信的展望3. 多輸入多輸出（多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)）系統(tǒng) 前面討論的多發(fā)送天線多接收天線系統(tǒng)(或稱為多輸入多輸出（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）來表示。 一個(gè)MIMO（3，3）系統(tǒng)如圖10-10所示， 輸入調(diào)制符號b1，b2， b3， ，輪流在發(fā)送天線1、 2和3上發(fā)送， 接收端通過信號處理算法（如V-BLAST算法）將空間中已混合在一起的信號分離出來