移動(dòng)通信技術(shù) 課件 第1章 移動(dòng)通信概述

1.1移動(dòng)通信發(fā)展歷程

1.2歷代移動(dòng)通信技術(shù)比較

1.3移動(dòng)通信中的損耗和效應(yīng)

1.4移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織1.1移動(dòng)通信發(fā)展歷程目前，移動(dòng)通信技術(shù)主要經(jīng)歷了如圖1.1所示的更迭，第五代移動(dòng)通信5G蓬勃發(fā)展，并已逐步進(jìn)入應(yīng)用階段。據(jù)報(bào)道，第六代移動(dòng)通信6G已開(kāi)始研制，預(yù)計(jì)2027年前后便可投入應(yīng)用。1.1.1第一代移動(dòng)通信技術(shù)(1G)——模擬移動(dòng)通信1986年，第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)(1G)在美國(guó)芝加哥誕生，主要采用的是模擬調(diào)制技術(shù)與頻分多址接入(FrequencyDivisionMultipleAccess，F(xiàn)DMA)技術(shù)，進(jìn)行模擬信號(hào)的傳輸，即將電磁波進(jìn)行頻率調(diào)制后，將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換到載波電磁波上，載有信息的電磁波被發(fā)射到空間后，由接收設(shè)備接收，并從載波電磁波上還原語(yǔ)音信息，完成一次通話。由于各個(gè)國(guó)家的1G通信標(biāo)準(zhǔn)并不一致，導(dǎo)致第一代移動(dòng)通信沒(méi)能實(shí)現(xiàn)“全球漫游”，這大大阻礙了1G的發(fā)展。1G的主要缺點(diǎn)是容量非常有限、頻譜利用率低以及信令干擾話音業(yè)務(wù)，除此之外，還存在語(yǔ)音品質(zhì)低、信號(hào)不穩(wěn)定、安全性差等問(wèn)題。1G主要基于蜂窩結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)措施主要包括模擬語(yǔ)音調(diào)制技術(shù)、FDMA技術(shù)和載波復(fù)用技術(shù)。代表性的商用系統(tǒng)包括美國(guó)的先進(jìn)移動(dòng)電話系統(tǒng)(AMPS)、英國(guó)的全球接入通信系統(tǒng)(TACS)和北歐移動(dòng)電話系統(tǒng)(NMT)。它們的主要缺陷體現(xiàn)在傳輸速率低、通話設(shè)備體積龐大、樣式笨重及價(jià)格高等方面。1.1.2第二代移動(dòng)通信技術(shù)(2G)——數(shù)字移動(dòng)通信2G與1G的顯著不同在于，2G采用數(shù)字調(diào)制技術(shù)，因此，2G的系統(tǒng)容量較1G增加3～5倍。隨著系統(tǒng)容量的增加，2G時(shí)代的手機(jī)可以上網(wǎng)了，雖然數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群苈?，但文字信息的傳輸由此開(kāi)始了，這成為當(dāng)今移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)。2G通信系統(tǒng)分別采用數(shù)字時(shí)分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)技術(shù)。2G時(shí)代也是移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)爭(zhēng)奪的開(kāi)始，當(dāng)時(shí)主要通信標(biāo)準(zhǔn)有以摩托羅拉為代表的CDMA美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和以諾基亞為代表的GSM歐洲標(biāo)準(zhǔn)。隨著GSM標(biāo)準(zhǔn)在全球范圍內(nèi)更加廣泛的使用，我國(guó)主要采用GSM標(biāo)準(zhǔn)，后來(lái)聯(lián)通引入了CDMA技術(shù)，美國(guó)和韓國(guó)主要采用CDMA。2G中引入了包括均衡、交織、RAKE接收和功率控制等新技術(shù)。2G數(shù)字蜂窩系統(tǒng)包括GSM、IS-95CDMA及IS-136TDMA系統(tǒng)。GSM是這些系統(tǒng)中部署最廣泛的系統(tǒng)。IS-136是一種基于TDMA的系統(tǒng)，被設(shè)計(jì)作為AMPS的數(shù)字演進(jìn)，使用30kHz的信道。中國(guó)、日本和其他一些亞洲國(guó)家及地區(qū)部署的個(gè)人手持式電話系統(tǒng)(PHS)通常也被認(rèn)為是一種2G系統(tǒng)。PHS是一種與數(shù)字增強(qiáng)型無(wú)繩電話(DECT)系統(tǒng)類似的無(wú)繩電話系統(tǒng)，它具有從一個(gè)小區(qū)向另一個(gè)小區(qū)切換的功能，在1880～1930?MHz頻段上運(yùn)行。為了適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展需要，在第二代技術(shù)中還誕生了2.5G，代表性的商用系統(tǒng)有GSM系統(tǒng)的GPRS和CDMA系統(tǒng)的IS-95B；有時(shí)也將增強(qiáng)型數(shù)據(jù)速率GSM演進(jìn)技術(shù)(EDGE)、CDMA2000等技術(shù)歸屬于2.5G，這些技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速率與實(shí)際所用的速率之間會(huì)有差異。2G提供數(shù)字化的話音業(yè)務(wù)及低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，它克服了模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)的弱點(diǎn)，話音質(zhì)量和保密性能得到了大幅提高，并可進(jìn)行省內(nèi)、省際自動(dòng)漫游。第二代移動(dòng)通信替代第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)完成模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)變。2G的缺點(diǎn)為：標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，只能在同一制式覆蓋區(qū)域漫游，無(wú)法進(jìn)行全球漫游；帶寬有限，不能提供高速數(shù)據(jù)傳輸；抗干擾、抗衰落能力不強(qiáng)，系統(tǒng)容量不足；頻率利用率低。1989年，高通公司提出了CDMA，將其作為一種更有效、品質(zhì)更高的無(wú)線技術(shù)，并且用一個(gè)系統(tǒng)對(duì)它進(jìn)行驗(yàn)證。1993年，高通公司取得了非凡的成功，電信工業(yè)協(xié)會(huì)TIA采納了其提議，將CDMA作為IS-95標(biāo)準(zhǔn)，以替代早前作為AMPS數(shù)字演進(jìn)的IS-54TDMA標(biāo)準(zhǔn)。與GSM等其他數(shù)字無(wú)線系統(tǒng)不同，在IS-95CDMA系統(tǒng)內(nèi)，多個(gè)用戶在同一時(shí)間共享同一信道。它不再采用在給定的頻道內(nèi)對(duì)多個(gè)用戶的時(shí)間進(jìn)行分片的技術(shù)，而是給每個(gè)用戶分配一個(gè)不同的正交擴(kuò)頻碼，以便接收器用此來(lái)進(jìn)行信號(hào)區(qū)分。速率高很多的碼序列可以擴(kuò)展所占用的帶寬，將其與用戶數(shù)據(jù)符號(hào)相乘來(lái)應(yīng)用正交擴(kuò)頻碼。IS-95CDMA使用1.25?MHz帶寬，傳輸9.2?kb/s或速率更低的語(yǔ)音信號(hào)，將信號(hào)擴(kuò)展到更高的帶寬上，能更好地避免多徑衰落及干擾。CDMA界提出3G演進(jìn)計(jì)劃并進(jìn)行部署，走在了那些正為GSM運(yùn)營(yíng)商所獲得的同類系統(tǒng)的前列。他們能夠獲得3G速率，而不必改變1.25?MHz的信道帶寬或者放棄后向兼容性，這樣對(duì)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)更容易移遷。當(dāng)GSM運(yùn)營(yíng)商還在尋找更多通過(guò)GPRS和EDGE逐步演進(jìn)到3G的技術(shù)時(shí)，CDMA運(yùn)營(yíng)商已快速地部署了其3G網(wǎng)絡(luò)，即CDMA20001xEV-DO(EV-DO)，它是CDMA20001x演進(jìn)到3G的一條路徑的一個(gè)階段。1.1.3第三代移動(dòng)通信技術(shù)(3G)——數(shù)字移動(dòng)通信國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)將3G正式命名為國(guó)際移動(dòng)電話系統(tǒng)(IMT-2000)。歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ETSI)稱3G為通用移動(dòng)通信系統(tǒng)(UMTS)。相比于2G，3G依然采用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸，但通過(guò)開(kāi)辟新的電磁波頻譜、制定新的通信標(biāo)準(zhǔn)，使得3G的傳輸速度達(dá)到384?kb/s，在室內(nèi)穩(wěn)定環(huán)境下甚至達(dá)到2?Mb/s，是2G時(shí)代的140倍。由于采用了更寬的頻帶，傳輸?shù)姆€(wěn)定性也大大提升。速度和穩(wěn)定性的大幅提升，使大數(shù)據(jù)的傳送更為普遍，移動(dòng)通信有了更多樣化的應(yīng)用，因此3G被視為是開(kāi)啟移動(dòng)通信新紀(jì)元的關(guān)鍵技術(shù)。國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)確定了3G標(biāo)準(zhǔn)。1994年，中國(guó)聯(lián)通成立；1998年，郵政、電信分營(yíng)；2000年，電信業(yè)重組，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信正式成立；2001年，中國(guó)電信南北分拆，成立中國(guó)電信和中國(guó)網(wǎng)通；2008年，電信業(yè)第三次重組，形成了中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通三大運(yùn)營(yíng)商“三分天下”的市場(chǎng)格局。2009年我國(guó)3G牌照發(fā)放后，中國(guó)移動(dòng)還承擔(dān)了建設(shè)運(yùn)營(yíng)我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)3G標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA的使命，中國(guó)電信采用CDMA2000，中國(guó)聯(lián)通采用WCDMA。從事WCDMA(WidebandCDMA)標(biāo)準(zhǔn)研究和設(shè)備開(kāi)發(fā)的廠商很多，其中包括諾基亞、摩托羅拉、西門子、NEC、阿爾卡特等。該標(biāo)準(zhǔn)提出了“GSM(2G)—GPRS—EDGE—WCDMA(3G)”的演進(jìn)策略。CDMA2000(窄帶CDMA)由美國(guó)高通公司推出，摩托羅拉、朗訊和三星都有參與，韓國(guó)是CDMA2000的主導(dǎo)者。該標(biāo)準(zhǔn)提出了“CDMA(2G)—CDMA20001x—CDMA20003x(3G)”的演進(jìn)策略。其中CDMA20001x被稱為2.5G移動(dòng)通信技術(shù)，中國(guó)電信就是采用這一技術(shù)向3G過(guò)渡的。CDMA20003x內(nèi)，通過(guò)使用多載波技術(shù)，數(shù)據(jù)速率能達(dá)到2?Mb/s，從理論上來(lái)說(shuō)，通過(guò)在前向鏈路中再增加64個(gè)業(yè)務(wù)信道，CDMA20001x可以將容量增加到IS-95的兩倍，這些新增的業(yè)務(wù)信道與之前已有的64個(gè)信道正交；上行鏈路通過(guò)采用相干調(diào)制進(jìn)行改進(jìn)，下行鏈路通過(guò)采用快速(800?Hz)功率控制和上行鏈路匹配；通過(guò)發(fā)射分集選項(xiàng)和補(bǔ)充波束指向控制選項(xiàng)，高級(jí)天線能力也被集成到新標(biāo)準(zhǔn)中。這些升級(jí)的關(guān)鍵在于它們都是后向兼容的。CDMA2000和IS-95A/B可以在同一載波上進(jìn)行部署，這樣就可以實(shí)現(xiàn)平滑遷移。為獲得更高的數(shù)據(jù)速率(最高至2Mb/s)、提高整個(gè)系統(tǒng)在分組數(shù)據(jù)場(chǎng)景時(shí)的吞吐量，CDMA20001x也演進(jìn)成為CDMA20001xEV-DO。顧名思義，該標(biāo)準(zhǔn)僅適用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，不支持語(yǔ)音業(yè)務(wù)和其他實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。雖然它使用一個(gè)1.25MHz的信道帶寬并具有與IS-95相同的無(wú)線特性，但它不能部署在和CDMA20001xRTT或IS-95相同的載波上。為部署數(shù)據(jù)，需要服務(wù)提供商提供一個(gè)專用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的載波。高通公司最初開(kāi)發(fā)EV-DO作為高數(shù)據(jù)速率的一種解決方案，用在滿足IMT-2000的2?Mb/s低移動(dòng)性要求的固定和移動(dòng)應(yīng)用中。不過(guò)后來(lái)它升級(jí)到滿足全移動(dòng)性要求，名副其實(shí)地成為第一個(gè)真正給移動(dòng)用戶提供和帶寬相似的速度的系統(tǒng)。實(shí)際上第一個(gè)EV-DO的部署是在2002年，整整比另一個(gè)由GSM運(yùn)營(yíng)商部署的類似系統(tǒng)HSDPA早3年。據(jù)CDMA開(kāi)發(fā)小組所言，截止到2009年7月，EV-DO已擁有超過(guò)1.2億用戶。UMTS最初由ETSI開(kāi)發(fā)，是作為IMT-2000的一個(gè)基于GSM演進(jìn)的3G系統(tǒng)。1998年，隨著GSM走向全球，全世界6個(gè)地區(qū)的電信標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)聯(lián)合起來(lái)組成3GPP，繼續(xù)開(kāi)發(fā)UMTS及繼承GSM的一些其他標(biāo)準(zhǔn)。1999年，3GPP完成并發(fā)布了第一個(gè)3GUMTS標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)通常稱為UMTSRelease99。UMTSRelease99被廣泛地部署在世界各地，取得了成功。UMTS包括一個(gè)提供交換、路由和用戶管理的核心網(wǎng)(CN)，通用移動(dòng)通信系統(tǒng)(UTRAN)和用戶設(shè)備(UE)。其基本的體系結(jié)構(gòu)建立在GSM體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，并與它們向后兼容，不過(guò)它的每個(gè)網(wǎng)元都為獲得3G能力進(jìn)行了升級(jí)：基站收發(fā)信臺(tái)(BTS)稱為Node-B，基站控制器(BSC)稱為無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)(RAN)，網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)(NSS)稱為CN，移動(dòng)臺(tái)(MS)則被稱為UE。盡管UMTS仍保留著GSM/GPRS的體系結(jié)構(gòu)，但其中被稱為WCDMA的3G空中接口卻徹底脫離了2G空中接口。WCDMA是一種直接序列擴(kuò)頻CDMA系統(tǒng)，其中的用戶數(shù)據(jù)和偽隨機(jī)碼相乘，該偽隨機(jī)碼提供信道化、同步和加擾。WCDMA指定為FDD和TDD運(yùn)行，不過(guò)目前FDD是部署最廣泛的。系統(tǒng)運(yùn)行在5MHz帶寬上，能夠同時(shí)支持100多個(gè)語(yǔ)音呼叫，所提供的峰值數(shù)據(jù)速率為384～2048?kb/s。比起CDMA2000，除了信道帶寬，WCDMA具有支持單個(gè)用戶使用多碼、擴(kuò)頻因子和數(shù)據(jù)速率的選擇更多等顯著優(yōu)點(diǎn)。高速分組接入(HSPA)由3GPP提出，指UMTS-WCDMA的兩種主要改進(jìn)技術(shù)的結(jié)合：Release5內(nèi)引入的高速下行分組接入(HSDPA)和Release6內(nèi)引入的高速上行分組接入(HSUPA)；2005年年末，HSDPA首先由AT&T公司部署，很快就遍及全球。到2010年2月，HSPA已由303家運(yùn)營(yíng)商在130個(gè)國(guó)家部署，還有許多正在計(jì)劃中。其中大部分HSPA都是現(xiàn)存UMTS系統(tǒng)的一種軟件升級(jí)。20世紀(jì)90年代末，因特網(wǎng)的應(yīng)用模式表明，大多數(shù)應(yīng)用在下行鏈路要求較高的吞吐量，于是3GPPUMTS的演進(jìn)一開(kāi)始將重點(diǎn)放在了改進(jìn)下行鏈路上。HSDPA定義了一種新的下行傳輸信道，理論上能夠提供高達(dá)14.4Mb/s的峰值吞吐量。該下行傳輸信道稱為高速下行共享信道(HS-DSCH)，與之前的WCDMA信道有所不同，它采用時(shí)分多址作為主要的多址接入技術(shù)，有限使用碼分多址。HSDPA有16個(gè)沃爾什碼，其中15個(gè)用于用戶業(yè)務(wù)。一個(gè)用戶可以用5、10或15個(gè)碼來(lái)獲得更高的吞吐量。不過(guò)一般來(lái)說(shuō)，UE會(huì)把碼數(shù)限制在5或10個(gè)。為獲得更高的速率，該信道使用2?ms的幀長(zhǎng)度，以便與WCDMA信道使用的10、20、40或80?ms的幀長(zhǎng)度相區(qū)別。實(shí)際部署的HSDPA提供的常見(jiàn)用戶吞吐量范圍為500?kb/s～2?Mb/s。HSUPA，也稱增強(qiáng)型上行鏈路，它給UMTS-WCDMA引入一條新的上行信道，即增強(qiáng)型專用信道E-DCH。與HSDPA給下行鏈路所帶來(lái)的特性相同，HSUPA也給上行鏈路引入了同樣的先進(jìn)技術(shù)特征，如多碼傳輸、HARQ、短的傳輸時(shí)間間隔以及快速調(diào)度等。HSUPA最多能支持5.8?Mb/s的峰值上行吞吐量，實(shí)際部署提供的常見(jiàn)用戶吞吐量在500?kb/s至1?Mb/s之間。這些較高的上行速率和較低的時(shí)延使一些應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)。TD-SCDMA執(zhí)行技術(shù)采用由中國(guó)大唐電信制定的3G標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)的提出不經(jīng)過(guò)2.5G的中間環(huán)節(jié)，直接向3G過(guò)渡，非常適用于GSM系統(tǒng)向3G升級(jí)。1.1.4LTE移動(dòng)通信技術(shù)——移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)通信LTE(長(zhǎng)期演進(jìn))是3G的演進(jìn)，并非真正意義上的4G技術(shù)，而是3G與4G技術(shù)之間的過(guò)渡，可以稱它為3.9G的全球標(biāo)準(zhǔn)，真正的4G始于2012年。2012年1月20日，國(guó)際電信聯(lián)盟ITU通過(guò)了4G(IMT-Advanced)標(biāo)準(zhǔn)，共有4種，分別是LTE、LTE-Advanced、WiMAX以及WirelessMAN。其中WiMAX(全球微波接入互操作性)基于IEEE802.16的BWAMAN（寬帶無(wú)線接入城域網(wǎng))技術(shù)，它又常被稱為IEEEWirelessMAN，為企業(yè)和家庭用戶提供“最后一英里”的寬帶無(wú)線連接方案。WirelessMAN事實(shí)上可以看做WiMax的升級(jí)版WirelessMAN-Advanced，即為IEEE802.16m標(biāo)準(zhǔn)，能夠提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋，改建鏈路預(yù)算，并且可以節(jié)省功耗。我國(guó)自主研發(fā)的TD-LTE則是LTE-Advanced技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)分支之一，在4G領(lǐng)域的發(fā)展中占有重要席位。4G改進(jìn)了3G的空中接入技術(shù)，其主要特點(diǎn)有：采用正交頻分多址(OFDM)和多輸入多輸出天線(MIMO)作為其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)；通信速度是3G通信速度的數(shù)十倍乃至數(shù)百倍，LTE在20MHz的頻譜帶寬下能夠提供下行326Mb/s與上行86Mb/s的峰值速率；采用軟件無(wú)線電技術(shù)，即可以使用軟件編程取代相應(yīng)的硬件功能，通過(guò)軟件應(yīng)用和更新即可實(shí)現(xiàn)多種終端通信的無(wú)線通信；使用智能天線技術(shù)和MIMO技術(shù)，在發(fā)送端和接收端都可以同時(shí)利用多個(gè)天線工作，傳輸和接收信息。2013年12月，工信部在其官網(wǎng)上宣布向中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通頒發(fā)“LTE/第四代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信業(yè)務(wù)(TD-LTE)”經(jīng)營(yíng)許可，即4G牌照，至此，我國(guó)移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了新時(shí)代。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截止到2018年年底，我國(guó)已有超過(guò)640萬(wàn)座基站，移動(dòng)用戶總數(shù)達(dá)到15.7億，人均擁有1.1部手機(jī)，實(shí)現(xiàn)了歷史性飛躍。4G時(shí)代，中國(guó)移動(dòng)繼續(xù)承擔(dān)了建設(shè)運(yùn)營(yíng)我國(guó)主導(dǎo)的TD-LTE標(biāo)準(zhǔn)的重任，建成了全球最大的TD-LTE4G網(wǎng)絡(luò)，激活了TD-LTE產(chǎn)業(yè)鏈，極大提升了我國(guó)在世界通信業(yè)的話語(yǔ)權(quán)和影響力。中國(guó)移動(dòng)牽頭的第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)(TD-LTE)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用項(xiàng)目獲得了2016年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。截止到2019年6月30日，中國(guó)移動(dòng)基站數(shù)已達(dá)到398萬(wàn)個(gè)，其中，4G基站多達(dá)271萬(wàn)個(gè)，覆蓋全國(guó)超過(guò)99%的人口；用戶總數(shù)達(dá)到9.35億，4G用戶數(shù)突破7.3億?！?G改變生活”是4G時(shí)代中國(guó)社會(huì)的真實(shí)寫照。由于4G的高速網(wǎng)絡(luò)能力，催生了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)浪潮，使得我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)迅速崛起，成長(zhǎng)為與美國(guó)并列的全球前二大國(guó)。高鐵、掃碼支付、共享單車和網(wǎng)購(gòu)成為我國(guó)的“新四大發(fā)明”，其中后三項(xiàng)都依賴于以4G為核心的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)然，4G也為廣大用戶提供了便捷豐富的通信手段，尤其是在中國(guó)移動(dòng)全網(wǎng)升級(jí)高清語(yǔ)音后，用戶可以撥打高清視頻電話、高速上網(wǎng)，方便了工作、家庭及娛樂(lè)生活。很大程度上，4G已經(jīng)改變了中國(guó)人的生活面貌，為人們打開(kāi)了全新“視”界。1.1.5第五代移動(dòng)通信技術(shù)(5G)——萬(wàn)物互聯(lián)隨著移動(dòng)通信系統(tǒng)帶寬和能力的增加，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的速率也飛速提升，從2G時(shí)代的10?kb/s，發(fā)展到4G時(shí)代的1?Gb/s，足足增長(zhǎng)了10萬(wàn)倍。歷代移動(dòng)通信的發(fā)展，都以典型的技術(shù)特征為代表，同時(shí)誕生出新的業(yè)務(wù)和應(yīng)用場(chǎng)景。而5G則不同于傳統(tǒng)的移動(dòng)通信，它將不再由某項(xiàng)業(yè)務(wù)能力或者某個(gè)典型技術(shù)特征定義，取而代之的是更高速率、更大帶寬、更強(qiáng)能力的技術(shù)，而且是一個(gè)多業(yè)務(wù)多技術(shù)融合的網(wǎng)絡(luò)，更是面向業(yè)務(wù)應(yīng)用和用戶體驗(yàn)的智能網(wǎng)絡(luò)，最終打造以用戶為中心的信息生態(tài)系統(tǒng)。盡管相關(guān)的技術(shù)還沒(méi)有完全定型，但是5G的基本特征已經(jīng)明確：高速率(峰值速率大于20?Gb/s，相當(dāng)于4G的20倍)，低時(shí)延(網(wǎng)絡(luò)時(shí)延從4G的50?ms縮減到1?ms)，海量設(shè)備連接(滿足1000億量級(jí)的連接)以及低功耗(基站更節(jié)能，終端更省電)。5G將滲透到未來(lái)社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，它將使信息突破時(shí)空限制，提供極佳的交互體驗(yàn)，為用戶帶來(lái)身臨其境的信息盛宴，如虛擬現(xiàn)實(shí)；5G將拉近萬(wàn)物的距離，通過(guò)無(wú)縫融合的方式，便捷地實(shí)現(xiàn)人與萬(wàn)物的智能互聯(lián)；5G將為用戶提供光纖般的接入速率、“零”時(shí)延的使用體驗(yàn)、千億設(shè)備的連接能力以及超高流量密度、超高連接數(shù)和超高移動(dòng)性等多場(chǎng)景的一致服務(wù)和業(yè)務(wù)，及用戶感知的智能優(yōu)化，同時(shí)將為網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)超百倍的能效提升，比特成本也降低至原來(lái)的百分之一，最終實(shí)現(xiàn)“信息隨心至，萬(wàn)物觸手及”。2013年初，歐盟在第七框架計(jì)劃中啟動(dòng)了面向5G研發(fā)的項(xiàng)目，從此5G技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入研究階段。在數(shù)字化、全球化趨勢(shì)愈發(fā)猛烈的背景下，對(duì)移動(dòng)通信的需求也隨之提高，4G通信需要發(fā)展更高的通信速率和可靠的通信能力，5G時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，隨之而來(lái)的便是要對(duì)5G的實(shí)現(xiàn)做出可行的設(shè)想和具體的研究。在新的信息時(shí)代，5G通信會(huì)具有以下的特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的用戶體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)更高的網(wǎng)絡(luò)平均吞吐速率和超低的傳輸時(shí)延；使用更高頻段的頻譜；其核心技術(shù)主要是高密度無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與大規(guī)模MIMO的無(wú)線傳輸技術(shù)等。2019年6月6日我國(guó)5G牌照發(fā)放后，我國(guó)正式進(jìn)入5G時(shí)代。憑借著大帶寬、高可靠、低時(shí)延、海量連接等新型技術(shù)，5G被廣泛視為經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的助推器，是大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略棋子。在5G時(shí)代，我國(guó)已經(jīng)邁出了堅(jiān)實(shí)一步。工信部表示，2021年計(jì)劃新建5G基站60萬(wàn)個(gè)，在實(shí)現(xiàn)地級(jí)以上城市深度覆蓋的基礎(chǔ)上，加速向有條件的縣、鎮(zhèn)延伸，引導(dǎo)地方政府加大對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的支持力度，進(jìn)一步落實(shí)5G站址、用電等相關(guān)政策，通過(guò)推進(jìn)5G虛擬專網(wǎng)等多種方式，按需做好工業(yè)、能源、交通、醫(yī)療、教育等重點(diǎn)領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)更廣泛圍、更多層次的5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋。1.2歷代移動(dòng)通信技術(shù)比較移動(dòng)通信技術(shù)經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，從原來(lái)只能傳輸模擬聲音信號(hào)到如今成為信息時(shí)代各種信息形式傳播的重要基石，通過(guò)一代代的經(jīng)驗(yàn)吸取與不斷改良，使通信能力飛速提升。歷代移動(dòng)通信技術(shù)的比較如表1.1所示。5G移動(dòng)通信項(xiàng)目面臨的主要難題是高維度信道建模、估計(jì)以及復(fù)雜度控制。在將來(lái)的研究中，隨著對(duì)5G核心技術(shù)難題的不斷破解，技術(shù)研究與標(biāo)準(zhǔn)制定不斷完善，5G移動(dòng)通信技術(shù)會(huì)成為將來(lái)移動(dòng)通信的主流，在數(shù)字信息時(shí)代創(chuàng)造更多的可能性，促進(jìn)社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展。1.3移動(dòng)通信中的損耗和效應(yīng)1.3.1移動(dòng)通信中的信號(hào)損耗1.傳播波的分類在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，影響電波傳播的三種基本傳播機(jī)制是反射波、繞射波和散射波。(1)反射波：當(dāng)電波傳播遇到比波長(zhǎng)大得多的物體時(shí)發(fā)生反射。反射發(fā)生于地球表面、建筑物和墻壁表面等。(2)繞射波：當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的無(wú)線電波傳播路徑被尖利的邊緣阻擋時(shí)發(fā)生繞射。由阻擋表面產(chǎn)生的二次波散布于空間，甚至于阻擋體的背面。繞射使得無(wú)線電波信號(hào)繞地球曲線表面?zhèn)鞑ィ軌騻鞑サ阶钃跷锖竺妗?3)散射波：當(dāng)電波穿行的介質(zhì)中存在小于波長(zhǎng)的物體并且單位體積內(nèi)阻擋體的個(gè)數(shù)非常巨大時(shí)發(fā)生散射。散射波產(chǎn)生于粗糙表面、小物體或其他不規(guī)則物體。在實(shí)際移動(dòng)通信環(huán)境中，接收信號(hào)比單獨(dú)繞射和反射的信號(hào)要強(qiáng)，這是因?yàn)楫?dāng)電波遇到粗糙表面時(shí)，反射能量由于散射而散布于所有方向。像燈柱和樹(shù)木這樣的物體在所有方向上散射能量，這就給接收機(jī)提供了額外的能量。2.電波損耗移動(dòng)通信本身固有的特性和傳播中具有的特點(diǎn)會(huì)在一定程度上對(duì)接收點(diǎn)信號(hào)產(chǎn)生損耗影響，主要分為三類。1)路徑傳播損耗路徑傳播損耗又稱衰耗，是指電波在遠(yuǎn)距離的空間傳播中由于傳輸介質(zhì)的因素而造成的損耗。這些損耗既有自由空間損耗，也有散射、反射、繞射等引起的損耗。它反映電磁波在大范圍的傳播中接收信號(hào)所發(fā)生變化的特點(diǎn)。如圖1.2所示，在高樓林立的市區(qū)，由于終端天線的高度比周圍建筑物低很多，因此通常不存在從終端到基站的視距傳播。即使有這樣一條視距傳播路徑存在，由于地面與周圍建筑物的反射，多徑傳播仍會(huì)發(fā)生，就像圖1.2中所示的情況，移動(dòng)接收機(jī)所收到的信號(hào)由許多平面波組成。2)慢衰落損耗慢衰落損耗是指電波在傳輸過(guò)程中遇到阻礙物的阻礙產(chǎn)生陰影效應(yīng)之后形成的損耗，反映了中等范圍內(nèi)接收電平的均值變化所產(chǎn)生的損耗。之所以稱為慢衰落，是因?yàn)樗淖兓时刃畔魉吐事?。比如，?dāng)上午的太陽(yáng)照向大地時(shí)，在高樓的背面往往產(chǎn)生陰影，陽(yáng)光遇到大樓的阻礙，產(chǎn)生了衰落，這就是慢衰(落)。3)快衰落損耗快衰落損耗是指電波在傳輸過(guò)程中產(chǎn)生多徑傳輸形成信號(hào)疊加并表現(xiàn)出信號(hào)幅度的快速起伏變化而產(chǎn)生的損耗。它的起伏變化速率比慢衰(落)要快，所以稱為快衰(落)。1.3.2移動(dòng)通信中電波傳輸效應(yīng)移動(dòng)信道及傳播的特點(diǎn)會(huì)對(duì)接收地點(diǎn)的信號(hào)產(chǎn)生四種效應(yīng)。1.陰影效應(yīng)陰影效應(yīng)是指在移動(dòng)臺(tái)位置變化時(shí)，電波傳播會(huì)遇到大型建筑物阻擋路徑而形成一定接收區(qū)域上的電磁陰影，從而引起接收點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)變化的現(xiàn)象。陰影效應(yīng)和慢衰落之間有強(qiáng)烈的因果關(guān)系，可以這樣理解，正是因?yàn)橐苿?dòng)通信中高大建筑物的阻擋所引起的陰影效應(yīng)才造成了移動(dòng)信道的慢衰落損耗。2.遠(yuǎn)近效應(yīng)遠(yuǎn)近效應(yīng)是指在發(fā)射功率一定的情況下由于接收用戶與基站之間距離的變化而引起信號(hào)強(qiáng)弱變化的現(xiàn)象。遠(yuǎn)近效應(yīng)極易引起邊緣小區(qū)用戶的掉話從而產(chǎn)生通信中斷現(xiàn)象，在CDMA網(wǎng)絡(luò)中遠(yuǎn)近效應(yīng)顯著。為此CDMA系統(tǒng)引入功率控制技術(shù)來(lái)對(duì)抗該效應(yīng)，達(dá)到平衡小區(qū)邊緣用戶和小區(qū)中心用戶的信號(hào)強(qiáng)度和質(zhì)量的目的。3.多徑效應(yīng)多徑效應(yīng)是指電磁波在傳播中經(jīng)過(guò)各種傳播方式之后會(huì)通過(guò)不同的路徑到達(dá)接收點(diǎn)，并且它們的信號(hào)強(qiáng)弱、到達(dá)的時(shí)間和方向等都會(huì)有所不同。接收端接收到的信號(hào)是通過(guò)這些路徑傳播過(guò)來(lái)的信號(hào)的矢量之和，這種現(xiàn)象就稱為多徑效應(yīng)。多徑效應(yīng)能保證非視距情況下的通信連續(xù)性。4.多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)是指因接收用戶位移的高速變化導(dǎo)致傳播頻率擴(kuò)散而形成的現(xiàn)象，其移動(dòng)速度與擴(kuò)散程度成正比。多普勒效應(yīng)示意圖如圖1.3所示。音調(diào)的變化同聲源與觀察者間的相對(duì)速度和聲速的比值有關(guān)。這一比值越大，改變就越顯著。當(dāng)終端以恒定速率v在長(zhǎng)度為d的路徑上運(yùn)動(dòng)時(shí)，收到來(lái)自遠(yuǎn)端源S發(fā)出的信號(hào)，無(wú)線電波從源S發(fā)出，在X點(diǎn)與Y點(diǎn)分別被終端接收時(shí)所走的路徑差為Δl。設(shè)Δt是終端從X運(yùn)動(dòng)到Y(jié)所需的時(shí)間，θ是X和Y處與入射波的夾角。由于遠(yuǎn)端距離很遠(yuǎn)，可假設(shè)X、Y處的θ是相同的。所以，由路程差造成的接收信號(hào)相位變化值為由此可得頻率變化值，即多普勒頻移fd為由式(1-2)可以看出，多普勒頻移與終端運(yùn)動(dòng)速度、終端運(yùn)動(dòng)方向及無(wú)線電波入射方向之間的夾角有關(guān)。若終端朝向入射波方向運(yùn)動(dòng)，則多普勒頻移為正(即接收頻率上升)；若終端背向入射波方向運(yùn)動(dòng)，則多普勒頻移為負(fù)(即接收頻率下降)。1.3.3無(wú)線電波傳播模型無(wú)線電波傳播模型的選擇是必要的，這是因?yàn)閭鞑ツＰ湍軌蚬罍y(cè)在不同類型環(huán)境下發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的無(wú)線電波傳播路徑的損耗值，這是移動(dòng)通信網(wǎng)小區(qū)規(guī)劃的基礎(chǔ)。傳播模型的價(jià)值在于可以保證精度，同時(shí)節(jié)省人力、費(fèi)用和時(shí)間。1.無(wú)線電波傳播模型的一般分類一般來(lái)講，無(wú)線電波傳播模型可分為經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、確定性模型和半經(jīng)驗(yàn)或半確定模型。(1)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪歉鶕?jù)大量測(cè)量結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析后導(dǎo)出的公式，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂梢匀菀缀涂焖俚仡A(yù)測(cè)路徑損耗，不需要有關(guān)環(huán)境的詳細(xì)信息，但是不能提供非常精確的路徑損耗估算值。(2)確定性模型是對(duì)具體現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境直接應(yīng)用電磁場(chǎng)理論進(jìn)行計(jì)算，如射線追蹤方法，環(huán)境的描述可以從地形地物數(shù)據(jù)庫(kù)中得到。(3)半經(jīng)驗(yàn)或半確定模型是基于把確定性方法應(yīng)用于一般的市區(qū)或室內(nèi)環(huán)境中導(dǎo)出的公式，為了改善半經(jīng)驗(yàn)或半確定模式和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性，有時(shí)需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)公式進(jìn)行修正，得到的公式是天線周圍某個(gè)規(guī)定特性的函數(shù)。有很多無(wú)線電波傳播模型都可以預(yù)測(cè)在不同類型環(huán)境下發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的路徑損耗。2.蜂窩移動(dòng)通信的傳播模型分類蜂窩移動(dòng)通信的最大特點(diǎn)就是小區(qū)制。小區(qū)的大小和范圍直接和傳播條件有關(guān)，可以根據(jù)需要選擇小區(qū)的大小和范圍。移動(dòng)通信系統(tǒng)中主要采用宏小區(qū)、微小區(qū)(微蜂窩)和微微小區(qū)(微微蜂窩)三種形式。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ突虬虢?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)具有均勻特性的宏小區(qū)是合適的，半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦€適用于均勻的微小區(qū)，在那里，模型所考慮的參數(shù)能很好地表征整個(gè)環(huán)境。確定性模型適合于微小區(qū)和微微小區(qū)，不管它們的形狀如何，然而確定性模型對(duì)宏小區(qū)卻是不能勝任的，因?yàn)閷?duì)這種環(huán)境所需的計(jì)算機(jī)CPU時(shí)間使人無(wú)法忍受。在無(wú)線通信系統(tǒng)中，電波通常在非規(guī)則非單一的環(huán)境中傳播。在估計(jì)信道損耗時(shí)，需要考慮傳播路徑上的地形地貌，也要考慮到建筑物、樹(shù)木、電線桿等阻擋物。不同的室外傳播環(huán)境模型適用于不同的環(huán)境，圖1.4顯示了在不同的環(huán)境下接收信號(hào)強(qiáng)度的不同。一般來(lái)說(shuō)，接收功率Pr與距離d的指數(shù)d-n成正比，在空間自由傳播環(huán)境中，n?=?2，在其他情況下有3≤n≤4。圖1.5只是給出了接收信號(hào)強(qiáng)度隨距離變化的趨勢(shì)，然而在實(shí)際無(wú)線傳播中它們并不是線性關(guān)系。在實(shí)際的傳播環(huán)境中，從覆蓋區(qū)域來(lái)分，室外傳播環(huán)境可以分為兩類：宏蜂窩傳播模型和微蜂窩傳播模型。假設(shè)宏蜂窩傳播模型傳輸功率可達(dá)到幾十瓦特，蜂窩半徑為幾十千米。相比之下，微蜂窩傳播模型的覆蓋范圍則小一些(200～1000?m)，在微蜂窩傳播模型中假定基站不高(3～10?m)，發(fā)射功率有限(10?mW～1?W)，所預(yù)測(cè)的區(qū)域也只在基站附近。3.電波傳播模型的主要類型電波傳播模型是指通過(guò)對(duì)電波傳播的環(huán)境進(jìn)行不同方法的分析后所得到的電波傳播的某些規(guī)律、結(jié)論以及具體方法。利用電波傳播模型不僅可以估算服務(wù)區(qū)內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)分布，還可以對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃與設(shè)計(jì)。電波傳播模型主要包括以下四種：(1)統(tǒng)計(jì)模型：通過(guò)對(duì)移動(dòng)通信服務(wù)區(qū)內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，在大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中用統(tǒng)計(jì)的方法總結(jié)出場(chǎng)強(qiáng)中值隨頻率、距離、天線高度等因素的變化規(guī)律并用公式或曲線表示出來(lái)的模型。(2)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停和ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)方法得出某些電波的傳播規(guī)律，但不像統(tǒng)計(jì)模型那樣用公式或曲線表示出來(lái)的模型。(3)確定性模型：通過(guò)將地形、地物等電波傳播的環(huán)境適當(dāng)理想化后，采用電磁場(chǎng)理論或者幾何光學(xué)法的確定性的方法來(lái)求取場(chǎng)強(qiáng)的變化規(guī)律的模型。(4)回歸模型：通過(guò)將計(jì)算或?qū)崪y(cè)得到的路徑損耗隨傳播距離的改變而變化的數(shù)據(jù)按距離乘方法則做線性回歸處理，擬合出路徑損耗的規(guī)律的模型。4.自由空間損耗與幾種模型1)自由空間損耗在研究傳播時(shí)，特定收信機(jī)功率接收的信號(hào)電平是一個(gè)主要特性。由于傳播路徑和地形的干擾，傳播信號(hào)減弱，這種“信號(hào)強(qiáng)度減弱”稱為傳播損耗。在研究電波傳播時(shí)，首先要研究?jī)蓚€(gè)天線在自由空間條件下的特性。以理想全向天線為例，經(jīng)推導(dǎo)，自由空間的傳播損耗為多數(shù)模型是預(yù)期無(wú)線電波傳播路徑上的路徑損耗的，所以傳播環(huán)境對(duì)無(wú)線傳播模型的建立起關(guān)鍵作用，確定某一特定地區(qū)的傳播環(huán)境的主要因素有：自然地形(高山、丘陵、平原、水域等)、人工建筑的數(shù)量、高度、分布和材料特性、該地區(qū)的植被特征、天氣狀況、自然和人為的電磁噪聲狀況。另外，無(wú)線傳播模型還受到系統(tǒng)工作頻率和移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)狀況的影響。在同一地區(qū)，工作頻率不同，接收信號(hào)的衰落狀況各異；靜止的移動(dòng)臺(tái)與高速運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)臺(tái)的傳播環(huán)境也大不相同。一般分為：室外傳播模型和室內(nèi)傳播模型。2)常用的統(tǒng)計(jì)模型——Okumura-Hata模型(奧村模型)1962年，奧村等人于東京近郊，在不同地形和環(huán)境地物條件下用寬范圍的頻率，通過(guò)改變基站和移動(dòng)臺(tái)天線高度，測(cè)量模型的信號(hào)強(qiáng)度，得到一系列統(tǒng)計(jì)圖表，用于對(duì)信號(hào)衰耗的估計(jì)，這就是?Okumura?模型。在測(cè)試時(shí)，Okumura?模型是以準(zhǔn)平坦地形作為分析和描述傳播特性的基準(zhǔn)。對(duì)于不規(guī)則地形必須進(jìn)行環(huán)境修正。Hata模型是在?Okumura?模型大量測(cè)試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上用公式擬合得到的，稱為?Okumura-Hata模型。Okumura-Hata?模型將統(tǒng)計(jì)圖表轉(zhuǎn)換為公式，當(dāng)計(jì)算信號(hào)衰耗時(shí)，不但省去查圖表的麻煩，而且方便計(jì)算機(jī)處理。盡管如此，Okumura-Hata?模型仍然被稱為奧村模型。Okumura-Hata模型的適用頻率范圍是150～1500?MHz，適用于小區(qū)半徑為1～20?km的宏蜂窩系統(tǒng)，基站有效天線高度在30?m到200?m之間，移動(dòng)臺(tái)有效天線高度在1?m到10?m之間。Okumura-Hata模型以市區(qū)傳播損耗為標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上對(duì)其他地形做了修正。實(shí)測(cè)中在基本確定了設(shè)備的功率、天線的高度后，可利用Okumura-Hata模型對(duì)信號(hào)覆蓋范圍做一個(gè)初步的測(cè)算。在市區(qū)，Okumura-Hata模型傳播損耗經(jīng)驗(yàn)公式如下：在GSM系統(tǒng)中，取頻率f?=?870?MHz，式(1-4)可簡(jiǎn)化為對(duì)于中小城市，傳播模型的天線修正因子為對(duì)于大城市，天線修正因子為在郊區(qū)，Okumura-Hata經(jīng)驗(yàn)公式修正為在農(nóng)村，Okumura-Hata經(jīng)驗(yàn)公式修正為圖1.6顯示了不同地區(qū)采用Okumura-Hata模型計(jì)算得到的不同路徑損耗值。當(dāng)計(jì)算隧道中的電波傳播情況時(shí)，需要考慮隧道的傳播損耗，這時(shí)可以把隧道簡(jiǎn)化成一個(gè)有耗波導(dǎo)來(lái)考慮。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在特定距離下，傳播損耗隨頻率增加而下降。當(dāng)工作頻段在2?GHz以下時(shí)，損耗曲線與工作頻率的關(guān)系呈指數(shù)衰減。對(duì)于GSM頻段，可以近似認(rèn)為，損耗與距離呈現(xiàn)4次方的反指數(shù)變化，即兩個(gè)天線之間距離增加1倍，損耗增加12?dB；在UHF頻段還要考慮樹(shù)葉對(duì)傳播的影響。研究表明，一般夏天樹(shù)木枝葉繁茂，因此夏天信號(hào)的損耗會(huì)比冬天時(shí)大10dB左右，垂直極化的信號(hào)損耗大于水平極化的信號(hào)損耗。3)?COST-231-Hata模型在不少城市的高密度區(qū)，經(jīng)過(guò)小區(qū)分裂，站距已縮小到數(shù)百米。而在基站密集的地域使用?Okumura-Hata?模型將出現(xiàn)預(yù)測(cè)值明顯偏高的問(wèn)題，另外?Okumura-Hata?模型只適用于低頻段，為此，EURO-COST(科學(xué)和技術(shù)研究歐洲協(xié)會(huì))組成?COST-231?工作委員會(huì)并對(duì)較高頻段的傳播曲線進(jìn)行了分析，提出了?Okumura-Hata?的擴(kuò)展模型，即?COST-231-Hata?模型。COST-231-Hata?模型路徑損耗計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式為顯然，Okumura-Hata?模型和?COST-231-Hata?模型在計(jì)算路徑損耗時(shí)，從方程形式上來(lái)看，沒(méi)有區(qū)別，考慮因素也一致，其主要區(qū)別在于各種因素的系數(shù)，即包括公式(1-4)、公式(1-8)中的前兩項(xiàng)、a(hre)以及增加?CM?校正因子，在中等城市和郊區(qū)，CM?=?0dB，在市中心，CM?=?3?dB。a(hre)更新為：對(duì)于中小城市，對(duì)于大城市，hre?=?1.5?m時(shí)，a(hre)?=?0。COST-231-Hata?模型的適用頻率范圍是1500～2000?MHz，適用于通信距離d為1～35?km，基站有效天線高度在30～200?m之間，移動(dòng)臺(tái)有效天線高度在1～10?m之間。COST-231-Hata模型和Okumura-Hata模型主要的區(qū)別在于頻率衰減的系數(shù)不同。COST-231-Hata模型的頻率衰減因子為33.9，而Okumura-Hata模型的頻率衰減因子為24.16。另外，COST-231Hata模型還增加了一個(gè)大城市中心衰減因子CM，大城市中心地區(qū)路徑損耗增加3?dB。4)通用模型通用模型是由COST-231-Hata模型發(fā)展而來(lái)的，其不受頻段限制，應(yīng)用范圍更加廣泛，但在使用前需要數(shù)字地圖和傳播校正的采樣數(shù)據(jù)，確定當(dāng)?shù)氐匚镄畔⒌乃p因子，從而更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)在當(dāng)?shù)丨h(huán)境下的傳播特性。通用模型路徑損耗公式具體如下：1.4移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織1.4.1國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)簡(jiǎn)稱國(guó)際電聯(lián)，成立于1865年，是制定國(guó)際電信標(biāo)準(zhǔn)的專門機(jī)構(gòu)，也是聯(lián)合國(guó)機(jī)構(gòu)中歷史最長(zhǎng)的一個(gè)國(guó)際組織。ITU的宗旨是：維持和擴(kuò)大國(guó)際合作，以改進(jìn)并合理地使用電信資源；促進(jìn)技術(shù)設(shè)施的發(fā)展及其有效的運(yùn)用，以提高電信業(yè)務(wù)的效率，擴(kuò)大技術(shù)設(shè)施的用途，并盡量使公眾得以普遍利用；協(xié)調(diào)各國(guó)行動(dòng)，以達(dá)到上述的目的。ITU的原組織有全權(quán)代表會(huì)、行政大會(huì)、行政理事會(huì)和四個(gè)常設(shè)機(jī)構(gòu)：總秘書處、國(guó)際電報(bào)和電話咨詢委員會(huì)(CCITT)、國(guó)際無(wú)線電咨詢委員會(huì)(CCIR)及國(guó)際頻率登記委員會(huì)(IERB)。CCITT和CCIR在ITU常設(shè)機(jī)構(gòu)中占有很重要的地位，然而隨著技術(shù)的進(jìn)步，各種新技術(shù)、新業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，它們相互滲透、相互交叉，已不再有明顯的界限。如果CCITT和CCIR仍按原來(lái)的業(yè)務(wù)范圍分工和劃分研究組，已經(jīng)不能準(zhǔn)確地反映電信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和客觀要求。1993年3月1日，ITU第一次世界電信標(biāo)準(zhǔn)大會(huì)(WTSC-93)在芬蘭首都赫爾辛基隆重召開(kāi)，ITU的改革首先從機(jī)構(gòu)上進(jìn)行，對(duì)原有的三個(gè)機(jī)構(gòu)CCITT、CCIR、IFRB進(jìn)行了改組，取而代之的是電信標(biāo)準(zhǔn)化部門(TSS，即ITU-T)、無(wú)線電通信部門(RS，即ITU-R)和電信發(fā)展部門(TDS，即ITU-D)。電信標(biāo)準(zhǔn)化部門由原來(lái)從事標(biāo)準(zhǔn)化工作的部門CCITT和CCIR合并而成。主要職責(zé)是完成電聯(lián)有關(guān)電信標(biāo)準(zhǔn)方面的目標(biāo)，即研究電信技術(shù)、操作和資費(fèi)等問(wèn)題，出版建議書，目的是在世界范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電信標(biāo)準(zhǔn)化，包括公共電信網(wǎng)上的無(wú)線電系統(tǒng)互聯(lián)和為實(shí)現(xiàn)互聯(lián)所應(yīng)具備的性能。無(wú)線電通信部門的核心工作是管理國(guó)際無(wú)線電頻譜和衛(wèi)星軌道資源。它的主要任務(wù)包括制定無(wú)線電通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，確保有效使用無(wú)線電頻譜，并開(kāi)展有關(guān)無(wú)線電通信系統(tǒng)發(fā)展的研究。此外，ITU-R從事有關(guān)減災(zāi)和救災(zāi)工作所需無(wú)線電通信系統(tǒng)發(fā)展的研究，具體內(nèi)容由無(wú)線電通信研究組的工作計(jì)劃予以涵蓋。電信發(fā)展部門成立的目的在于幫助普及以公平、可持續(xù)和支付得起的方式獲取信息通信技術(shù)(ICT)，并將此作為促進(jìn)和加深社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的手段。ITU-D的主要職責(zé)是鼓勵(lì)發(fā)展中國(guó)家參與電聯(lián)的研究工作，組織召開(kāi)技術(shù)研討會(huì)，使發(fā)展中國(guó)家了解電聯(lián)的工作，盡快應(yīng)用電聯(lián)的研究成果，同時(shí)鼓勵(lì)國(guó)際合作，向發(fā)展中國(guó)家提供技術(shù)援助，在發(fā)展中國(guó)家建設(shè)和完善通信網(wǎng)。1.4.23GPP3GPP于1998年成立，是由歐洲的ETSI、日本的無(wú)線工業(yè)及商貿(mào)聯(lián)合會(huì)(ARIB)和電信技術(shù)委員會(huì)(TTC)、韓國(guó)的電信技術(shù)協(xié)會(huì)(TTA)以及美國(guó)的T1合作成立的通信標(biāo)準(zhǔn)化組織。3GPP主要是制訂以GSM/GPRS核心網(wǎng)為基礎(chǔ)，UTRA(FDD為W-CDMA技術(shù)，TDD為TD-CDMA技術(shù))為無(wú)線接口的第三代技術(shù)規(guī)范。3GPP的主要目標(biāo)為充分挖掘GSM的技術(shù)潛力、研發(fā)多種GSM改進(jìn)型技術(shù)和保持3GPP標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)力。3GPP還不斷地推進(jìn)UTRA技術(shù)的增強(qiáng)和演進(jìn)，研發(fā)了HSDPA、HSUPA、HSPA+?和E-UTRA技術(shù)。2008年，3GPP完成了首個(gè)4G標(biāo)準(zhǔn)版本(Release8)，最早于2009年在北歐投入商用，到2016年，已在170個(gè)國(guó)家商用了357個(gè)4G網(wǎng)絡(luò)。3GPP標(biāo)準(zhǔn)所定義的4G系統(tǒng)稱為EPS，無(wú)線接入網(wǎng)技術(shù)統(tǒng)稱為L(zhǎng)TE。LTE標(biāo)準(zhǔn)不斷升級(jí)并加入新的特性，如2009年推出R9(Release9)，2011年完成了R10版本。R10相對(duì)于R8、R9引入了載波聚合、高階MIMO、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)等重要改進(jìn)，支持更高的傳輸速率，被稱為L(zhǎng)TE-Advance或LTE-A。2012年的R11版本和2014年的R12版本也體現(xiàn)出LTE-A不斷引入新的技術(shù)和特性，滿足新的需求。2015年的R13版本和2017年的R14版本則稱為L(zhǎng)TE-APro，將LTE的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)一步擴(kuò)大到物聯(lián)網(wǎng)和公共安全等領(lǐng)域。3GPP的組織機(jī)構(gòu)分為項(xiàng)目合作和技術(shù)規(guī)范兩大職能部門。項(xiàng)目合作組(PCG)是3GPP的最高管理機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)全面協(xié)調(diào)工作；技術(shù)規(guī)范組(TSG)負(fù)責(zé)技術(shù)規(guī)范制定工作，受PCG的管理。技術(shù)規(guī)范部(TSG)主要分為四個(gè)部門。(1)?TSGGERAN(GSM/EDGERadioAccessNetwork，GSM/EDGE無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò))，負(fù)責(zé)GSM/EDGE無(wú)線接入網(wǎng)技術(shù)規(guī)范的制定。(2)?TSGRAN，