教學(xué)課件·移動通信(第四版)

1、第10章 移動通信的展望10.1 個人通信概述 10.2 關(guān)于個人通信的國際標(biāo)準(zhǔn)和研究進展 10.3 未來移動通信中的關(guān)鍵技術(shù) 思考題與習(xí)題縱觀移動通信的發(fā)展歷程， 當(dāng)代移動通信可分為四個階段： （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) 第二代移動通信以數(shù)字傳輸、時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 個人通信概述(3) 第三代(3G)移動

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。10.1.1 個人通信的概念 長期以來， 人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)在任何時候(Whenever)和任何地點(Wherever)都能和另一個人(Whomever)進行任何方式(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， 而是可以實現(xiàn)的了。人們把這種向往

3、中的通信稱為“個人通信”， 而把實現(xiàn)個人通信的網(wǎng)絡(luò)稱之為個人通信網(wǎng)(PCN)。個人通信的愿望雖然早已存在，但個人通信網(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)的國家紛紛開展了PCN的體系結(jié)構(gòu)和實現(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。10.1.2 實現(xiàn)個人通信的途徑 個人通信的設(shè)想激發(fā)了人們的濃厚興趣。從1988年以來，人們對如何實現(xiàn)個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， 實現(xiàn)個人通信的途徑有以下幾種。 (1) 規(guī)劃、 設(shè)計和開發(fā)一種

4、覆蓋世界范圍的全新個人通信網(wǎng)。 這種方法可以按照個人通信的理想目標(biāo)， 自由地精選先進技術(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)有的某一種移動通信網(wǎng)絡(luò)進行擴充和改造， 實現(xiàn)一個遍及全球、 功能齊全和適應(yīng)各種運行環(huán)境的個人通信網(wǎng)。 這種辦法對現(xiàn)有各種通信設(shè)備的開發(fā)者、 制造商和運營公司特別有吸引力。利用和改造某一種通信網(wǎng)絡(luò)向個人通信網(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大個人通信的服務(wù)范圍。 把無繩電話系統(tǒng)由室內(nèi)應(yīng)用擴展到室外

5、應(yīng)用， 通過Telepoint覆蓋整個服務(wù)地區(qū)， 并賦予雙向呼叫、 越區(qū)切換和漫游功能， 以提供個人通信業(yè)務(wù)。 利用中、 低軌道移動通信衛(wèi)星實現(xiàn)個人通信網(wǎng)絡(luò)。 因為移動衛(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)用具有獨特的優(yōu)點， 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。(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， 取長補短， 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， 加強通信網(wǎng)絡(luò)的智能化管理功能， 以實現(xiàn)全球性的個人通信網(wǎng)。10.2.1 第三代移動通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)制定的過程

6、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； 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、 交換和實時處理等。 10.2 關(guān)于個人通信的國際標(biāo)準(zhǔn)和研究進展關(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

7、)主導(dǎo)的， 最初提出時使用的系統(tǒng)名稱為“未來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計劃(EP)DECT。 UWC-136(Universal Wireless Communications)， 來自美國TIA TR45.3。 (2) 以CDMA為基礎(chǔ)的八種： WINS W-CDMA(Wireless Multimedia and Messaging Service Wideband CDMA)， 來自美

8、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。 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)， 來自美國TIA TR45.5。 CDMA (Mu

9、ltiband Synchronous DS-CDMA)， 來自韓國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，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， 總共10顆中軌道衛(wèi)星，來自ICO Global Communication。 Horizons(Horizons Satellite System

10、)， 來自Inmarsat。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。 10.2.2 超（后）三代（B3G）或第四代(4G)移動通信的研究和開發(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IMT-2000的運行牌照。 僅以日本為

11、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)。 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)展分為兩個思路： 一是對現(xiàn)有3G標(biāo)準(zhǔn)的增強，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， 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對未來系統(tǒng)的發(fā)展的看法包括兩部分：一是IM

12、T-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下的多個工作組也在進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的實際傳輸速率達(dá)到100 Mb/s， 完整的802.11n標(biāo)準(zhǔn)則預(yù)計在20

13、06年年底至2007年年初之間問世； 2004年8月底有兩個組織提交了提案， 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來概括移動和無線通信的發(fā)展進程。 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)。 圖10-1 移動通信的發(fā)展進程10.3 未來移動通信中的

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)， 而且因為移動信道的傳播性能經(jīng)常會隨時間和傳播地點而隨機變化， 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)傳播條件實時地調(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數(shù)就越多。

15、 圖10-2 星型QAM的星座圖(2) 可變擴頻增益碼分多址(VSG-CDMA)。 這種技術(shù)靠動態(tài)改變擴頻增益和發(fā)射功率以實現(xiàn)不同業(yè)務(wù)速率的傳輸。 在傳輸高速業(yè)務(wù)時降低擴頻增益， 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)時增大擴頻增益， 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(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， 串并變換器只輸出1個支路； 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，串并變換器

16、輸出2個支路； 依此類推， 最多可達(dá)M個支路， 即最大業(yè)務(wù)速率可達(dá)基本速率的M倍。 （4） 可變擴頻因子-正交頻分和碼分復(fù)用（VSF-OFCDM）。 可變擴頻因子-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)整擴頻因子， 通過選用不同的子載波數(shù)和在時間或頻域上的擴展來實現(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，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=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個碼字、64QAM、 R=3/4 時可以達(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)到的通過率如圖10-3所示。系統(tǒng)在時域的擴展因子為16， 頻域的擴展因子為1， 采用15個碼字， 6種調(diào)制編碼的方案（MCS）； 在每個天線測量到的接收SNR為6.0、 14.0、 22.0 dB時, 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)射機或接收機快速移動時， 以一個或多個高增益的窄波束分別對準(zhǔn)并跟蹤

19、所需信號的方向， 同時以波束零點對準(zhǔn)并跟蹤干擾信號的方向， 此時通信系統(tǒng)中的許多用戶可以占用同一個信道工作而互不干擾， 這就實現(xiàn)了所謂的“空分多址(SDMA)”， 如圖10-4 所示。 系統(tǒng)可以為每一個新用戶增加一個新的波束。圖10-4 利用智能天線實現(xiàn)空分多址示意圖 智能天線類似一個空間濾波器， 其突出的優(yōu)點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。 圖10-5 自適應(yīng)波束形成示意圖 圖10-5是一種基于信號到達(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比較有效。 另一種辦法需要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

21、歸最小平方(RLS)準(zhǔn)則等)， 對復(fù)加權(quán)因子W進行調(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。圖10-6 基于基準(zhǔn)信號的陣列天線示意圖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， 盡可能減少運算量， 縮短收斂時間， 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。 因為各個用戶的同步引導(dǎo)序列通常不是獨特的， 所以這種方法不能區(qū)分所需信號和同道干擾。 (2) 為各個用戶發(fā)送專門的訓(xùn)練序列或引導(dǎo)序列， 用來產(chǎn)生

22、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， 因為接收端知道發(fā)送端所用的擴頻碼， 所以利用提取環(huán)路很容易獲得所需的參考信號。 2. 空時編碼 空時編碼（Space Time Coding）是指對發(fā)送符號進行聯(lián)合編碼， 然后在多個天線上同時發(fā)送， 從而實現(xiàn)接收端的有效分集合并， 以提高系統(tǒng)的可靠性。 空時編碼分為兩類： 空時分組編碼(STBC)和空時格型編碼（STTC）。 一個簡單的空時分組編碼如圖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符號一組， 每一組的符號為s0和s1，經(jīng)過編碼生成兩個新的碼組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， 其接收機的框圖如10-8所示。圖10-7 一個簡單的空時分組編碼圖10-8 空時分組編碼的單接收天線接收機(10-1)在時間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 (10-2) (10-3) 圖10-8中的合路器生成以下兩個合并后的信號送往最大似然檢測器: (10-4) 上

24、式的合并與發(fā)端使用一個天線、收端使用兩個天線進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） 上述空時碼可以拓展到多個接收天線的情況， 此時式（10-5）就是每一個天線上信號的表達(dá)式， 即 （10-7） M個接收天線的表達(dá)式為 （10-8） （10-9） 上述例子中的空時編碼的速率為1， 我們也可以將其推廣到更多的發(fā)送天線，構(gòu)造不同碼率的空時分組編碼。 例如, 一個4發(fā)送天線且碼率為1/2的空時分組編碼矩陣如下， 矩陣中的每一行在一個天線上發(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)的另一個非常重要的用途是提高系統(tǒng)的傳輸容量。一個有N個發(fā)送天線和M個接收天線的系統(tǒng)，用MIMO（M，N）來表示。 一個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，以后每一路再單獨解調(diào)。 通過這種方法可實現(xiàn)空間復(fù)接。假定N個發(fā)送天線的功率相等，且不相關(guān)，每個接收天

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 軟件無線電 由于移動通信的迅猛發(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)競爭激烈，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代越來越快，產(chǎn)品生存周期越來越短，而對多種通信體制之間的互聯(lián)和對移動終端的兼容性要求也日益迫切。圖10-11是軟件無線電的結(jié)構(gòu)簡圖。 在實際應(yīng)用中， 要求發(fā)射機能判明可用的傳輸信道， 探測可行的傳播路徑，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、機應(yīng)能判明所需信道和鄰近信道的能量分布， 識別接收信號的模式， 自適應(yīng)抵消干擾， 能估計所需信號的多徑特性， 采用自適應(yīng)均衡， 最佳合并與利用所需信號的多徑能量， 對信道調(diào)制進行最佳譯碼和判決， 并通過前向糾錯以降低誤碼率等。 此外， 軟件無線電還可通過眾多的軟件工具來支持增值業(yè)務(wù)。 圖10-11 軟件無線電結(jié)構(gòu)簡圖1. 說明第三代移動通信的技術(shù)特征與第一、 第二代移動通信有何不同。 2. 個人通信業(yè)務(wù)(PCS)與個人通信網(wǎng)(PCN)有沒有差異? 為什么? 3. 有關(guān)未來移動通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)制定工作為什么會有非常激烈的競爭?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、 它們的主要特點是什么？6. 什么是AMC？ 請舉例說明AMC的實現(xiàn)過程。 思考題與習(xí)題1.1 移動通信的主要特點 1.2 移動通信系統(tǒng)的分類 1.3 常用移動通信系統(tǒng) 1.4 移動通信的基本技術(shù) 思考題與習(xí)題 第1章 概 論1. 移動通信必須利用無線電波進行信息傳輸 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，其位置不受束縛，不過無線電波的傳播特性一般都很差。 首先，移動通信的運行環(huán)境十分復(fù)雜，電波不僅會隨著傳播距離的增加而發(fā)生彌散損耗，并且會受到地形、地物的遮蔽而發(fā)生“陰影效應(yīng)”，而且信號經(jīng)過多點反射，會從多條路徑到達(dá)接收地點，這種多徑信號的幅度、相位和到達(dá)時間都不一樣，它們相互

29、疊加會產(chǎn)生電平衰落和時延擴展；其次，移動通信常常在快速移動中進行，這不僅會引起多普勒（Doppler）頻移，產(chǎn)生隨機調(diào)頻，而且會使得電波傳播特性發(fā)生快速的隨機起伏，嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。1.1 移動通信的主要特點 2. 移動通信是在復(fù)雜的干擾環(huán)境中運行的 除去一些常見的外部干擾， 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，還會產(chǎn)生這樣或那樣的干擾。因為在移動通信系統(tǒng)中，常常有多部用戶電臺在同一地區(qū)工作，基站還會有多部收發(fā)信機在同一地點上工作，這些電臺之間會產(chǎn)生干擾。 3. 移動通信可以利用的頻譜資源非常有限， 而移動通信業(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

30、通信發(fā)展中的焦點。為了解決這一矛盾，一方面要開辟和啟用新的頻段；另一方面要研究各種新技術(shù)和新措施， 以壓縮信號所占的頻帶寬度和提高頻譜利用率。 4. 移動通信系統(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)運行，也可以多網(wǎng)并行并實現(xiàn)互連互通。為此，移動通信網(wǎng)絡(luò)必須具備很強的管理和控制功能，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， 通信的計費、鑒權(quán)、安全和保密管理以及用戶過境切換和漫游的控制等。 5.

31、 移動通信設(shè)備(主要是移動臺)必須適于在移動環(huán)境中使用 對手機的主要要求是體積小、重量輕、省電、操作簡單和攜帶方便。 車載臺和機載臺除要求操作簡單和維修方便外， 還應(yīng)保證在震動、沖擊、高低溫變化等惡劣環(huán)境中正常工作。 1.2 移動通信系統(tǒng)的分類移動通信有以下多種分類方法： 按使用對象可分為民用設(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、為專用網(wǎng)和公用網(wǎng)； 按信號形式可分為模擬網(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，是指通信雙方電臺交替地進行收信和發(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。單工通信常用于點到點通信， 參見圖1-1。 圖1-1 單工通信 同頻單工是指通信雙方(如圖1-1中的電臺甲和電臺乙)使用相同的頻率f1工作，發(fā)送時不接收，接收時不發(fā)送。平常各接收機均處于守候狀態(tài)，即把天線接至接收機等候被呼。當(dāng)電臺甲要發(fā)話時，它就按下其送受話器的按講開關(guān)(PTT)， 一方面關(guān)掉接收機，另一方面將天線接至發(fā)射機的輸出端，接通發(fā)射機開始工作。當(dāng)確知電臺乙接收到載頻為f1的信號時，即可進行信

33、息傳輸。2. 雙工通信所謂雙工通信，是指通信雙方可同時進行傳輸消息的工作方式，有時亦稱全雙工通信，如圖1-2所示。圖中，基站的發(fā)射機和接收機分別使用一副天線，而移動臺通過雙工器共用一副天線。雙工通信一般使用一對頻道，以實施頻分雙工(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)射可同時進行。但是，在電臺的運行過程中，不管是否發(fā)話，發(fā)射機總是工作的，故電源消耗較大， 這一點對用電池作電源的移動臺而言是不利的。 為緩解這個問題和減少對系統(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，即時分雙工(TDD)。此時， 時間軸被周期地分割成時間幀，每一幀分為兩部分，前半部分用于

34、電臺A（或移動臺A）發(fā)送，后半部分用于電臺B（或基站）發(fā)送，這樣就可以實現(xiàn)電臺A和B（移動臺與基站）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， 移動臺采用單工的“按講”方式， 即按下按講開關(guān)， 發(fā)射機才工作， 而接收機總是工作的。 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)、先進的信號處理技術(shù)和多址方式以及高效動態(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。話音、 圖像、音樂或數(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， 信號的處理和控制方法也是相似的，因而用同一設(shè)備來傳送任何類型的數(shù)字信息都是可能的。利用單一通信網(wǎng)絡(luò)來提供綜合業(yè)務(wù)服務(wù)正是未來通信系統(tǒng)的發(fā)展方向。 (3) 抗噪聲、 抗干擾和抗多徑衰落的能力強。 這些優(yōu)點有利于提高信息傳輸?shù)目煽啃?，或者說保證通信質(zhì)量。 采用糾錯編碼、交織編碼、自適應(yīng)均衡、 分集接收以及擴跳頻技術(shù)等，可以控制由任何干擾和不良環(huán)境產(chǎn)生的損害，使傳輸差錯率低于規(guī)定的閾值。 (4) 能實現(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)置專門的控制信道用來傳輸信令信息， 也可以把控制指令插入業(yè)務(wù)信道的比特流中， 進行控制信息的傳輸， 因而便于實現(xiàn)多種可靠的控制功能。 (5) 便于實現(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的體積和重量。 1.2.3 通信業(yè)務(wù) 移動通信的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)是電話通信。 最近10多年來， 隨著計算機的迅速發(fā)展和人們信息交往的日益頻繁與多樣化， 對數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笠才c日俱增。 據(jù)估計， 未來移動通信中的多媒體業(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、動通信系統(tǒng)中，由于其傳輸速率的提高， 在中等移動速度的情況下，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)，移動通信的發(fā)展也不例外，它既受技術(shù)發(fā) 展的驅(qū)動，也受市場需求的驅(qū)動。若干年來，移動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)運行環(huán)境和市場需求的不同， 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之類的高速局域網(wǎng)和移動數(shù)據(jù)網(wǎng)之類的低速寬（廣）域網(wǎng)。 圖1-3是移動通信網(wǎng)絡(luò)分類

38、的示意圖。 圖1-3 移動通信網(wǎng)絡(luò)的分類1.3 常用移動通信系統(tǒng)1.3.1 無線電尋呼系統(tǒng) 無線電尋呼系統(tǒng)是一種單向通信系統(tǒng)。無線電尋呼系統(tǒng)的用戶設(shè)備是袖珍式接收機，稱作袖珍鈴，俗稱“BB機”，這是由于它的振鈴聲近似于“BB”聲音之故。圖1-4示出了無線電尋呼系統(tǒng)的組成。圖1-4 無線電尋呼系統(tǒng)示意圖1.3.2 蜂窩移動通信系統(tǒng)早期的移動通信系統(tǒng)在其覆蓋區(qū)域中心設(shè)置大功率的發(fā)射機，采用高架天線把信號發(fā)送到整個覆蓋地區(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)滿足不了移動通信業(yè)務(wù)迅速增長的需要。 例如，在20世紀(jì)70年代于美國紐約開通的IMTS(Imp

39、roved Mobile Telephone Service)系統(tǒng)(如圖 1- 5(a)所示)，僅能提供12對信道。也就是說，網(wǎng)中只允許12對用戶同時通話， 倘若同時出現(xiàn)第13對用戶要求通話，就會發(fā)生阻塞。 蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)把整個服務(wù)區(qū)域劃分成若干個較小的區(qū)域(Cell, 在蜂窩系統(tǒng)中稱為小區(qū))，各小區(qū)均用小功率的發(fā)射機(即基站發(fā)射機)進行覆蓋，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， 否則會發(fā)生相互干擾(稱同道干擾)。但由于各小區(qū)在通信時所使用的功

40、率較小，因而任意兩個小區(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，也不會產(chǎn)生顯著的同道干擾(保證信干比高于某一門限)。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), 并把可供使用的無線頻道分成若干個(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 是蜂窩移動通信系統(tǒng)的示意圖。 圖中七個小區(qū)構(gòu)成一個區(qū)群。小區(qū)編號代表不同的頻率組。小區(qū)移動交換中心(MSC)相連。MSC在網(wǎng)中起控制和管理作用，對所在地區(qū)已注

41、冊登記的用戶實施頻道分配， 建立呼叫，進行頻道切換， 提供系統(tǒng)維護和性能測試，并存儲計費信息等。 MTSO是移動通信網(wǎng)和公共電話交換網(wǎng)的接口單元， 既保證網(wǎng)中移動用戶之間的通信， 又保證移動用戶和有線用戶之間的通信。圖 1 - 7 蜂窩移動通信系統(tǒng)的示意圖當(dāng)移動用戶在蜂窩服務(wù)區(qū)中快速運動時，用戶之間的通話常常不會在一個小區(qū)中結(jié)束。快速行駛的汽車在一次通話的時間內(nèi)可能跨越多個小區(qū)。當(dāng)移動臺從一個小區(qū)進入另一相鄰的小區(qū)時，其工作頻率及基站與移動交換中心所用的接續(xù)鏈路必須從它離開的小區(qū)轉(zhuǎn)換到正在進入的小區(qū)，這一過程稱為越區(qū)切換。其控制機理如下：當(dāng)通信中的移動臺到達(dá)小區(qū)邊界時，該小區(qū)的基站能檢測出此移

42、動臺的信號正在逐漸變?nèi)?，而鄰近小區(qū)的基站能檢測出這個移動臺的信號正在逐漸變強，系統(tǒng)收集來自這些有關(guān)基站的檢測信息，進行判決，當(dāng)需要實施越區(qū)切換時，就發(fā)出相應(yīng)的指令，使正在越過邊界的移動臺將其工作頻率和通信鏈路從離開的小區(qū)切換到進入的小區(qū)。 整個過程自動進行，用戶并不知道，也不會中斷行進中的通話。 越區(qū)切換的示意圖見圖 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章中對第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)進行討論， 它們包括GSM、IS-54、IS-95、JDC(后改名

43、為PDC)等，其性能參數(shù)可參見表7-3。在第8章和第9章中還將對第三代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)進行討論，它們主要包括WCDMA、cdma2000、 TD-SCDMA等，其性能參數(shù)可參見表94。 表 1 - 1 幾種模擬蜂窩移動通信系統(tǒng) 1.3.3 無繩電話系統(tǒng)簡單的無繩電話機把普通的電話單機分成座機和手機兩部分，座機與有線電話網(wǎng)連接，手機與座機之間用無線電連接， 這樣，允許攜帶手機的用戶可以在一定范圍內(nèi)自由活動時進行通話，見圖 1-9。因為手機與座機之間不需要用電線連接， 故稱之為“無繩”電話機。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無繩電話也朝著網(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(Telep

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

45、 - 2 幾種無繩電話系統(tǒng)的主要參數(shù) 無繩電話是一種以有線電話網(wǎng)為依托的通信方式，也可以說它是有線電話網(wǎng)的無線延伸，具有發(fā)射功率小、省電、設(shè)備簡單、價格低廉、 使用方便等優(yōu)點，因而發(fā)展十分迅速。 目前，數(shù)字式無繩電話系統(tǒng)(低功率無線系統(tǒng))在我國得到了廣泛的應(yīng)用(我國使用的標(biāo)準(zhǔn)是PHS)。目前公用無繩電話系統(tǒng)的功能完全類似于蜂窩移動通信系統(tǒng)，不僅具有固定電話的功能，而且可以在低移動環(huán)境下具有越區(qū)切換功能。 1.3.4 集群移動通信系統(tǒng) 1. 集群的概念 集群移動通信系統(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 分散建立的專用通信網(wǎng)集中起來，統(tǒng)一建網(wǎng)和管理，并動態(tài)地利用分配給

46、它們的有限個頻道，以容納數(shù)目更多的用戶； 改進頻道共用的方式， 即移動用戶在通信的過程中， 不是固定地占用某一個頻道， 而是在按下其“按講開關(guān)”(PTT)時， 才能占用一個頻道； 一旦松開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 集群系統(tǒng)主要以無線用戶為主，即以調(diào)度臺與移動臺之間的通話為主。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)屬于專用移動通信網(wǎng)， 適用于在各個行業(yè)(或幾個行業(yè)合用)中間進行調(diào)度和指揮， 對網(wǎng)中的不同用戶常常賦予不同的優(yōu)先等級。 蜂窩通信系統(tǒng)屬于公眾移動通

47、信網(wǎng)， 適用于各階層和各行業(yè)中個人之間的通信， 一般不分優(yōu)先等級。 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功能，一次通話的限定時間大約為1560s(可根據(jù)業(yè)務(wù)情況調(diào)整)。蜂窩通信系統(tǒng)對通信時間一般不進行限制。集群通信系統(tǒng)的主要服務(wù)業(yè)務(wù)是無線用戶和無線用戶之間的通信,蜂窩通信系統(tǒng)卻有大量的無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，一對移動用戶之間進行通信只需占用一對頻道。 蜂窩通信系統(tǒng)都采用全雙工工作方式，因而，一對移

48、動用戶之間進行通信， 必須占用兩對頻道。 在蜂窩通信系統(tǒng)中，可以采用頻道再用技術(shù)來提高系統(tǒng)的頻率利用率；而在集群系統(tǒng)中，主要是以改進頻道共用技術(shù)來提高系統(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)信機和電源組成。 每個頻道均配

49、一個轉(zhuǎn)發(fā)器。 對于分布式控制的集群系統(tǒng)， 每個轉(zhuǎn)發(fā)器均有一個邏輯控制單元。 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)雖無集中控制中心， 但在聯(lián)網(wǎng)時， 可通過無線網(wǎng)絡(luò)控制終端。 調(diào)度臺。 調(diào)度臺可分為無線調(diào)度臺和有線調(diào)度臺。 無線調(diào)度臺由收發(fā)信機、 控制單元、 操作臺、 天線和電源等組成。 有線調(diào)度臺可以是簡單的電話機或帶顯示的操作臺。 移動臺。 移動臺有車載臺和手機。 它們均由收發(fā)信機、 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，一次性地分配一對無線頻道， 而且在通話完畢后(即松開PTT開關(guān)后)，轉(zhuǎn)發(fā)器繼續(xù)在該頻道上工作6 s左右(即脫離時間約為6 s), 才算完成此次接續(xù)過程。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， 是由大量實測和統(tǒng)計而得到的結(jié)果， 指的是在一次通信過程中，通信雙方占用時間的統(tǒng)計規(guī)律，并非通常所說的消息格式。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頻道，當(dāng)發(fā)話一方松開PTT時，對這一頻道的占用即告結(jié)束，對方回答或本方再發(fā)話時，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間，其頻道利用率可以明顯提高。不過，要實現(xiàn)這種傳輸集群，用戶所用的PTT必須保證用戶講話時立即接通，講話停頓時立即松開。這樣做會帶來一個問題，即用戶的話音略有間隙時，PTT就可能松開，使所用頻道也立即放棄而被其它用戶所占用，其后再講話時又要重新占用新的空閑頻道，從而會導(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、集群的缺點而提出的一種改進型集群方式， 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)把脫離的時間縮短為0.52 s; 另一方面(和傳輸集群相比)在每次PTT松開之后增加0.5 s的保持時間， 然后釋放頻道。 其典型呼叫格式見圖 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摩托羅拉(Motorola)公司首先使用， 經(jīng)過大量試驗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通信系統(tǒng)的主要參數(shù)。 表 1 - 3 部分集群移動通信系統(tǒng)的主要參數(shù)1.3.5移動衛(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)中實現(xiàn)移動通信，具有獨特的優(yōu)越性，很早就引起人們的重視。1976年，國際海事衛(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-機載等系統(tǒng)。與此同時，在20世紀(jì)80年代初，一些幅員廣大的國家開始探索把同步衛(wèi)星用于陸地移動通信的可能性，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，實現(xiàn)頻率再用，以提高系統(tǒng)的通信容量。199

54、3年，美國休斯公司提出的Spaceway計劃，是一雙星移動通信系統(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)星實現(xiàn)海上或陸地移動通信時，為了接收來自衛(wèi)星的微弱信號，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，保證天線能不隨載體晃動而準(zhǔn)確地跟蹤衛(wèi)星。這樣的要求在船載終端或車載終端上可以實現(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，試驗和研究工作也不斷在進行當(dāng)中。上面提到的國際海事衛(wèi)星組織已提出在21世紀(jì)實現(xiàn)使用手機進行衛(wèi)星移動通信的規(guī)劃，

55、并把這一系統(tǒng)定名為IMARSAT-P。此外，還有美國的TRITIUM系統(tǒng)和CELSAT系統(tǒng)，以及日本MPT的COMETS等計劃。 表 1 - 4 低軌道移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)的部分參數(shù) 表中由美國Motorola公司提出的“銥”(IRIDIUM)系統(tǒng)開始計劃設(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)星在地球上空運行， 這和銥原子中有77個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行，但原名未改。 下面對銥系統(tǒng)的特點作簡略介紹。 圖 1 - 14 銥系統(tǒng)衛(wèi)星

56、軌道示意圖 1.3.6分組無線網(wǎng)分組無線網(wǎng)是一種利用無線信道進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“信包”(有時簡稱“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、分段、加上包頭以構(gòu)成分組，才能送上無線信道進行傳輸。這一過程必然要產(chǎn)生額外的時間延遲。因此，分組無線網(wǎng)特別適用于實時性要求不嚴(yán)和短消息比較多的數(shù)據(jù)通信。如果要用分組無線網(wǎng)傳輸分組話音，則必須保證時間延遲不大于規(guī)

57、定值。 圖1-15 ALOHA系統(tǒng)簡圖 隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長，世界上各國都在致力于發(fā)展移動數(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)(先進的無線電數(shù)據(jù)信息設(shè)備)， 由美國IBM和Motorola公司在1983年提出。 (2) Mobitex系統(tǒng)(全國性互連的集群無線電網(wǎng)絡(luò)), 由Ericsson公司和瑞典電信公司開發(fā)，1986年在瑞典首次運行，1991年為美國采用。 (3) CDPD系統(tǒng)(蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)), 由IBM公司聯(lián)合9家運營商開發(fā)。(4) TETRA系統(tǒng)(全歐集群無線電), 是ESTI為集群無線電和移動數(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線業(yè)務(wù)(GPRS)， 我們將在第9章對其作詳細(xì)介紹。 表 1 - 5 列出了幾種移動數(shù)據(jù)設(shè)備的特性和參數(shù)。表 1 - 5 幾種移動數(shù)據(jù)設(shè)備的特性和參數(shù)1.4 移動通信的基本技術(shù)1.4.1調(diào)制技術(shù)第二代移動通信是數(shù)字移動通信，其中的關(guān)鍵技術(shù)之一是數(shù)字調(diào)制技術(shù)。對數(shù)字調(diào)制技術(shù)的主要要求是：已調(diào)信號的頻譜窄和帶外衰減快(即所占頻帶窄，或者說頻譜利用率高)；易于采用相干或非相干解調(diào)；抗噪聲和抗干擾的能力強；以及適宜在衰落信道中傳輸。數(shù)字信號調(diào)制的基本類型分為振幅鍵控(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)制類型改進或綜合而獲得的新型調(diào)制技術(shù)。 在實際應(yīng)用中，有兩類用得最多的數(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)射的過程中保持充分的線性。顯然，這種要求在制造移動設(shè)備中會增大難度和成本，但是這類調(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。這類調(diào)制技術(shù)的優(yōu)點是已調(diào)信號具有相對窄的功率譜和對放大設(shè)備沒有線性

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 移動信道中電波傳播特性的研究 移動信道的傳播特性對移動通信技術(shù)的研究、 規(guī)劃和設(shè)計十分重要， 歷來是人們非常關(guān)注的研究課題。 在移動信道中， 發(fā)送到接收機的信號會受到傳播環(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在幅度、 相位和到達(dá)時間上發(fā)生隨機變化， 嚴(yán)重地降低接收信號的傳輸質(zhì)量， 這就是所謂的多徑衰落。 研究移動信道的傳播特性，首先要弄清移動信道的傳播規(guī)律和各種物理現(xiàn)象的機理以及這些現(xiàn)象對信號傳輸所產(chǎn)生的不良影響， 進而研究消除各種不良影響的對策。 為了給通信系統(tǒng)的規(guī)劃