第一篇：新世紀的移動通信與接入網技術(二)

新世紀的移動通信與接入網技術

（二）無線互聯網

目前，互聯網上存貯了大量信息，若移動用戶能夠方便地利用這些信息，將會帶來很大的便利。許多手機用戶將會在裝配WAP和無線Java后實現上網瀏覽功能。當互聯網數據能夠根據移動用戶的定位，進行傳輸時就會更方便。

為了傳輸互聯網數據，需要建立分組交換網絡。這就需要解決以下兩個問題：IP網上的話音傳輸是否可行，當數據業務較多時，全IP無線網是否能夠同時傳輸數據和話音業務。在3G系統中，分組交換數據通道能夠解決數據的有效傳輸問題。但IP協議在傳輸話音時頻譜利用率很低。因此，能實現話音和數據交換的全無線IP網在近期內很難得到推廣。由于無線通信的帶寬有限且昂貴，也可能造成令人無法忍受的時延。

對在基站和網絡之間的無線接口而言，全IP網是可行的。然而，數據在過渡到全IP網之前，必須先過渡到ATM網絡。ATM網絡能夠保證數據和話音業務的質量，一旦帶寬得到保證，全IP網就可以與不同的網絡進行數據交換。

目前語音信號通過MSC實現傳輸，而數據通過路由器傳輸。將來會出現一種能夠代替獨立的MSC和路由器的軟件交換方式，它可降低網絡的費用，并提高OAM（運營、管理和維護）性能。

無線接入網

新技術展望

2001年，3G網絡開始向用戶提供多媒體業務。新技術的標準化和發展是一個長期的過程，相關的工作目前剛剛開始。然而，未來發展的目標何在？

頻譜是有限資源，無線業務的開展要求更高的頻譜利用率、更多的頻譜資源。日益增長而且價格低廉的計算處理能力使更為復雜的運算，如編碼、解碼、測量、軟件無線電等成為可能。具有不同靈活性和帶寬的接入技術不斷出現，在建立靈活的可移植平臺后，這些技術能夠對用戶的單個終端提供更多的服務。用戶期望能夠得到與目前的有線網相媲美的QoS無線服務。

典型的通信模式將會采用現有的或研制中的接入網技術，該模式要求系統向用戶提供令人滿意的服務。從1990年3G標準提出以來，不同無線接入系統，如蜂窩、無繩等的容量應當得到不同無線環境的統一接口支持。在UMTS定義和標準化階段，沒有什么技術能夠滿足所有的應用要求。因此，UTRA結合了FDD和TDD來支持不同的對稱或非對稱業務。

由于上述因素的存在，3G系統將主要采用縱向通信模式，不同的接入方式如蜂窩、無繩、WLAN、短距離連接系統等可以共存于同一平臺，取長補短，以滿足不同用戶的需求。這些接入系統將會與一個靈活、無縫的核心網相連，對這些技術而言，實現全球漫游是必須的。另外，在不同的接入技術之間進行縱向、橫向切換和無縫服務，并保證業務的移動性、安全性、QoS 等已成為必須解決的問題，其徹底解決有待于接入技術和核心網的發展。

其系統的主要特征包括：

* 在2G向3G的演變過程中，系統支持不同速率的數據業務，寬帶接入、短距離連接系統以及有線系統（如xDSL系統）；

* 支持當前和未來的帶寬；

* 在不同的系統和不同的運營商之間分配頻譜，使其能實現最大利用；

* 支持新的網絡類型和網絡管理方式（如自動網絡分配和動態網絡分配），在同一平臺上能夠支持不同接入系統的動態頻譜分配；

* 利用FDD和TDD系統支持對稱和非對稱業務；

* 核心網和接入網能夠支持實時業務的QoS要求，以滿足數據包傳輸的需求；

* 為非對稱傳輸提供更好的鏈路服務；

* 目前，核心網和接入網建立在IP的基礎上，能夠降低重建費用，使新技術的移植更為便利；

* 物理層和不同接入技術分離，Java Virtual和CORBA技術使軟件和硬件實現分離。

接入網技術的發展

多種接入網技術將在近期內得到快速發展。這些技術大致可分為以下幾種：

* 蜂窩移動通信系統（2G，如GSM；3G，如IMT-2000/UMTS）

* 無繩系統（如DECT）

* 短距離連接系統(藍牙，DECT系統）

* WLAN（如ETSI BRAN HIPERLAN2和HIPERACCESS、IEEE802.11a）

* 固定無線接入和無線環網

* 衛星通信

* 廣播系統（如DAB、DVB-T）

* 有線系統（如xDSL、CATV系統）

上述系統的設計都適用于數據傳輸。WLAN系統主要用來進行高速數據接入，可用于公用網絡和一些接入設施，以及會議中心、展覽館、機場、飯店、火車站等。ETSI BRAN系統的物理層HIPERLAN2由IEEE 802.11a和日本的MMAC進行協調，其中后者允許全球漫游。另外，在日本有一種新的接入技術正在研究之中，該技術支持高移動性和高數據速率。自組網絡也能對低功率系統和某些特殊業務起到補充作用。在這些系統中，移動臺的作用相當于在多跳傳輸系統中充當遠端手機和基站之間的中繼站。移動臺有支持基站的能力，直接的手機—手機呼叫是可行的。

固定無線接入和無線環網將取代或補充有線接入網，但這些系統并不支持移動通信。DAB和DAB-T可以在下行鏈路中用于寬帶廣播數據服務。這些系統可以與蜂窩移動系統（如GSM和UMTS）或公用交換網（PSTN、ISDN）結合，以支持下行不對稱數據業務。目前大量采用的是銅雙絞線和同軸電纜網絡，后者支持寬帶數據傳輸，前者則可用于ISDN和xDSL(主要是ADSL)。

上述技術代表了未來業務平臺的多種技術方案。然而，這些技術大部分是獨立設計的，未考慮彼此間的兼容性。它們的設計主要用于支持特定的傳統業務。在未來的用戶需求和經濟需求的基礎上，將會有能夠滿足寬帶、高移動性的新接入網方案出現。

面向3G的接入網技術面臨的挑戰

目前仍存在許多技術上的問題，它們有待于進一步的解決，其中最主要的就是同一平臺上不同接入網間的交互、多模式或者自適應轉換，以及服務范圍的進一步擴大。在無線接口、無線接入、核心網等方面，當前的技術也面臨挑戰。

未來的系統需要盡可能地利用頻譜資源。因此，需要首先解決以下幾個與物理層相關的問題：

* 優化接入網系統，改善調制和編碼方案以進一步提高頻譜利用率和系統性能；

* 提高檢測能力，如多用戶檢測等；

* 選擇在處理精度和算法復雜度之間取得最佳折衷的信號處理算法；

* 源代碼壓縮技術，以降低用戶數據速率。

目前有下列解決方案：

* 鏈路自適應能力，可根據信道狀況、流量、頻率資源和系統性能自動調整；

* 不同系統間的頻譜和共享，不同無線接入系統間的共存性檢測；

* 先進的天線技術以提高鏈路質量和信道容量。

上述方案用于提高無線鏈路的容量。分集天線主要是減少多徑傳輸帶來的衰落現象。多重天線的概念是分集天線的延伸，由基站和終端的不同天線之間的不相關多徑傳輸構成。在平行的傳輸信道中同時復用相同頻段，以增加信道容量。自適應天線提高了鏈路性能，降低了不同方向間信道的相互干擾，并利用SDMA技術實現不同用戶、不同方向的相同頻率復用。控制信道和信號處理等系統方面的技術是天線的核心技術，它們可以實現頻譜的最大利用率。UMTS論壇已考慮到自適應天線的技術要求和前題，但是各種射頻前端和基帶信號的處理成本問題是我們面臨的技術挑戰。

無縫網絡包括多個接入網系統和它們之間的無縫切換。功率低、體積小的多模式和多頻帶終端將在近期與用戶見面。不同的終端類型，如PDA、筆記本、手機等都支持上述的應用。另外，高級信號處理平臺的概念是將不同的接入網參數下載到信號處理單元中。最先進的可編程信號處理機能適應任何實際接入系統。軟件無線電技術則是終端技術中最難實現的。隨著半導體技術和信號處理能力的不斷發展，上述方案和概念最終將成為現實。

從用戶的觀點來看，人機界面必須簡單易用，便于殘疾人和老人使用。當然，這些技術和概念必須能夠與目前的承載能力相吻合。

技術競爭

現存許多無線或是有線技術，包括固定無線網、寬帶無線網（LMDS和MMDS）、衛星通信等均試圖與蜂窩移動技術相媲美。

固定無線網技術曾流行一時，但從技術角度而言，它并不太適合無線環境。但是，高增益的窄波束技術可以大大提高覆蓋范圍，降低功率損耗。由于不需要硬切換，因而系統結構可以大大簡化。人們有理由相信,改進后的固定無線網可能比目前的移動網造價更低、更有效地滿足網絡的需求。

當前，固定無線網的希望并不大。困難之一在于移動通信中的競爭激烈。只要移動通信的主要業務仍是話音，那么固定無線網就很難主宰移動業務。相應的技術設計的改進需要大量的投資，在當前移動系統早已占有巨大市場份額的情況下，這顯然并不容易。另外，如果使用窄波束技術的話，固定無線網將會更加費時費力。以前曾有不少固定無線解決方案，由于價格方面不能與現存的網絡抗衡而無法實施。

無線解決方案中也包括LMDS和MMDS的點對點和點對多點解決方案。由于微波的價格高昂，因此LMDS和MMDS解決方案開始可能只能為SOHO提供服務，其初期用戶將比移動市場的用戶少得多。

隨著銥星計劃的慘敗，衛星和蜂窩移動技術之間在話音業務領域的競爭已告結束。即使技術上可行，利用衛星進行話音通信的費用也比目前的費用高得多。綜上所述，在最近

幾年內，用于傳送話音的移動技術仍然會保持當前的強勢。

隨著數據業務的發展，上述無線解決方案可能會有所不同。以固定無線網技術為例，在使用窄波束技術后，該技術可以提高頻譜利用率。考慮到用戶對語音和數據混合傳輸的要求，在此基礎上，固定無線網技術對室內無線應用而言，是很有吸引力的。另外，LMDS和衛星解決方案可利用它們的帶寬優勢傳送高速數據。因此，在數據傳輸方面，還會有激烈的技術競爭。

移動多媒體的應用隨著2G的發展而不斷擴大。3G系統則為移動多媒體的發展提供了更多的機遇、更靈活的界面和更寬的帶寬。3G后的系統將會建立在更靈活的網絡平臺基礎上。依靠接入系統和承載層的能力，新的系統選擇最佳的接入方式，并根據小區的大小、覆蓋范圍、對全球移動性和無縫傳輸的要求將不同的接入系統應用于不同的小區。從目前的情況來看，接入系統平臺的可移植性和核心網將會建立在IP技術和透明傳輸的基礎上，以保證通信環境的自由性。另外，重組自優化網絡和自適應網需要采用新的算法，并加入新的網絡實體和接入系統。

新技術的關鍵在于同一平臺上不同接入系統的縱向或橫向切換、無縫服務的實現和全球漫游。目前仍有許多技術上的問題需要解決，應在接入系統、無線IP網和移動管理領域開展廣泛的國際合作研究。在解決上述問題的過程中，國際標準的制定將顯得尤為重要。

移動通信只有不到50年的歷史，卻已經改變了人們相互交流的方式。未來將會有更多的新技術使人們的通信方式發生新的變革，最終使隨時隨地與任何對象的通信成為可能。

摘自《通訊世界》

第二篇：新世紀的移動通信與接入網技術(一)

新世紀的移動通信與接入網技術

（一）第一代蜂窩無線通信系統是頻分復用（FDM）模擬系統。由于受當時技術條件的限制，移動電話機的體積粗大笨重。因此有人預言移動技術不會有很大的發展。實際上，1980年代以前，移動通信用戶的數量也確實寥寥無幾。80年代末，半導體技術的進步使移動通信有了快速的發展。利用ASIC技術，移動電話的體積減小了許多。這一技術進步為移動通信業帶來了巨大的變化。

移動通信的第二次飛躍來自第二代數字技術標準的廣泛使用，包括GSM、IS-136 TDMA、IS-95 CDMA以及PDC。2G技術提高了語音的質量，在降低手機和基礎設施的成本方面則更為明顯。因此，在90年代中期，該技術進一步加速了移動通信的發展。

21世紀的移動通信將有更大的發展。3G技術提高了頻譜利用率，在數據和復用能力方面也有了重大的進步。從技術角度來看，該進步是革命性的，它大大提高并拓展了人與人、人與機器甚至機器與機器之間的通信能力，并進一步挖掘了通信潛力。與1G帶來的從車到人的變革相似，3G帶來的將是在終端用戶的巨大變革，使更多的機器可以參與通信。

除了上述變革之外，還有更多的功能正在被應用于手機，如將手機與PDA結合。在3G中，UMTS終端將與GSM結合。由于多重標準的存在，將來可能采用多模式終端或利用軟件無線電實現。

3G技術的進步與接入網技術的發展是密不可分的。目前有多種接入技術處在發展階段。GSM正通過GPRS、EDGE向UMTS發展。無線局域網（WLAN）系統，如HIPERLAN2、IEEE802.11、DAB、DVB-T等都在應用中。藍牙、DECT系統等接入技術可以實現短距離連接。在固定網中，xDSL特別是ADSL技術大大提高了數據在最后一公里的傳輸速度。這些技術都可能成為固定移動網中的一部分。

核心網的傳輸能力在最近10年內的增長極為迅速，傳輸速度相對信號處理能力有了更快的發展，DWDM等技術的發展使得傳輸費用顯著降低。核心網正在向透明傳輸發展，人們不再區分電路交換數據和分組交換數據，以便在同一網絡上實現對實時業務和非實時業務的支持。從目前的發展來看，IP是最好的解決方案。IP傳輸也可用于無線接入網絡，并將路由器設置在基站附近，并可以采用路由器支持的軟件技術、Java Virtual技術等。

經濟趨勢和業務需求

目前，移動通信的發展由經濟和技術趨勢決定，未來則主要由需求決定。隨著2G的發展和3G的出現，用戶可獲得更多的數據服務和多媒體服務。用戶的需求和要求正影響著3G及以后的系統的發展。

在最近10年內，世界上許多國家開放了電信市場。由于存在競爭，通信服務費用特別是移動通信服務費用大幅下降，用戶增長率遠遠高于估計值：1998年全球用戶增長率為60%，2002年預計可達到100%；2000年全球的移動用戶數已超過4億，到了2010年全球將會有超過17億的移動用戶。

新的通信環境使移動通信的業務模式發生了變化。未來創造產值的主力將不再是運營商，而是內容提供商。當然，二者都要借助接入網和核心網。據專家預測，數據增值業務和內容提供服務將會成為新的經濟增長點。

新的發展模式中應當包括以下三部分：

* IT：互聯網的接入網、E-mail、實時圖像傳輸、多媒體傳輸、瀏覽、廣播以及移動電腦。

* 媒體：語音—視頻服務、視頻點播、交互式視頻服務、增值服務以及電視、廣播。

* 通信：移動通信、可視電話、寬帶數據服務、接入網安全和QoS。

通信技術和信息技術的結合是信息社會的必然要求。信息社會的服務將是多方位的：互聯網瀏覽、通信、可視會議、教育、金融服務、電子商務、遙感技術、定位服務、個人通信、個人保健以及娛樂等。UMTS論壇預計，到2010年，歐洲將會有超過9000萬的移動用戶能夠享受多媒體服務，其中有60%的數據是以比特形式傳輸的。這些不同的服務可以繼續細分為多媒體、E-mail、文件傳輸等對稱或非對稱業務、實時或非實時業務。另外，上述服務還可分為：

* 廣域服務：移動電話、GPRS、移動多媒體。

* 局域服務：高速無線安全接入、快速Internet和Intranet、共享數據服務。

3G的無線通信協議

為了提高全球漫游能力，ITU制定了IMT-2000建議，定義了地面和衛星通信系統的協議。

人們起初希望能夠制定世界范圍內的統一無線接口標準。但是很快發現，制定多種規范以滿足不同區域的要求較為符合現實市場的需要。其原因在于3G是從2G演變而來，而2G是建立在許多不同的技術和無線接口標準（如GSM、CDMA、TDMA）的基礎上；此外，還存在著兩個主要的地區性網絡標準：GSM-MAP和ANSI-41。

大部分2G系統建立在GSM或TDMA基礎上，其向3G的演變則通過EDGE標準實現。對于新興的服務提供商而言，實現UMTS的方法很可能采用寬帶CDMA（W-CDMA）。W-CDMA系統會在每一條FDD鏈路上提供5M的帶寬。對于采用IS-95技術的系統，2G向3G的演進將采用cdma-2000標準。第一階段，每條鏈路提供1.25M帶寬以確保能與目前的2G系統兼容，其帶寬最終可擴展到5MHz。

雖然3G將制定一組無線接口標準，但是ITU決定不在核心網內使用這些協議。這是為了讓GSM-MAP和ANSI-41能分別根據市場的需求獨立發展。ITU將制定核心網之間的互連協議，即網間接口（NNI），以便實現漫游。

考慮到3G可采用的無線接口標準有EDGE、UMTS和cdma2000(分別對應于GSM-MAP和ANSI-41)，運營商必須為不同的標準設立不同的基礎設施，并根據不同的運營商和國家而采用不同的頻段。

以3G為核心的其他技術

軟件無線電

人們需要在不同的標準和不同的頻段之間切換的技術。由于半導體技術和數字技術的快速發展，該技術日趨成為現實。其中最有前景的技術是軟件無線電（SDR：Software Defined Radio）技術。

SDR技術的優點是：

* A/D和D/A轉換技術的發展使接近天線的高速信號的直接轉換成為可能，減少了無線轉換部件的數量，大大方便了數字部件的制造。

* 可采用寬帶無線通路來提供內在的機動性，以支持不同的標準和不同的工作頻段。

* DSP和FPGA芯片的快速發展，使制造低價的通用設備成為可能。這些采用軟件或者固件技術的設備速度很快，完全可與硬件速度相媲美。

* 許多數字技術和軟件協議已應用多年，可進一步降低成本、縮短投放市場的時間。

* 通過軟件升級，更加容易開發新的服務，因此在快速發展的無線工業中，該技術更有吸引力。

* 軟件系統容易根據特定用戶的需求進行修改。

* 在新老系統的變更中，提供一定的機動性。

SDR雖然有上述的優點，其廣泛應用還有待時日，它仍然面臨著來自ASIC的挑戰。在基站系統中，不同的服務提供商可能只要滿足采用同一種標準的設備的要求。雖然采用ASIC可能需要更長的時間才能推向市場，但是考慮到按特定標準而設計的設備只需要最低限度的軟件和硬件，因此制造成本較低。

另外應當指出，SDR的發展與半導體技術和數字技術的快速發展相關。目前處理器和DSP芯片的發展速度每1～2年就會有大幅度的提高，并很快就會被新的無線標準所吸收。從理論上說，采用SDR技術只需要軟件升級，實際上系統的硬件設施也必須隨著處理器和DSP芯片的快速發展而不斷更新。因此，與PC機的軟件/硬件關系類似，SDR的一些優點將會因硬件的不穩定性而受到影響。

對手機而言，前景也并不明朗。雖然有很多旅行者希望他們的手機能夠支持不同的標準，但是相當一部分無線用戶對只能夠支持某一國家或服務提供商的特定通信協議的手機已感到相當滿足。對于這部分人來說，ASIC以其低廉的價格成為首選。另外，手機用戶必須考慮到手機電池的壽命。現有ASIC的功率消耗比DSP和FPGA小得多，采用ASIC的手機體積也比后者小。因此，SDR若要成為普遍的選擇，還有很多的困難需要克服。但隨著時間的推移，SDR所占的比例將會逐步上升。

定位技術

當采用陸地電話發送呼叫時，呼叫者的電話號碼和位置可從信令中識別出來，這種定位技術已被應用于用戶號（ID）和緊急呼叫處理。同樣，無線用戶的位置也可用各種方法識別出來。與地面方式不同，無線定位采用了另一種關鍵技術——無線定位技術。該技術具有巨大的潛力，能夠改善相關的應用，使人—機器和機器—機器之間的聯系更為便利。無線定位技術的應用包括移動地圖服務、緊急呼叫位置查詢等。

無線定位技術有兩種，一種建立在網絡基礎上，另一種建立在手機基礎上。在基于網絡的解決方案中，定位信息是通過對時間、到達的角度、信號的強度來判斷的。在基于手機的解決方案中，主要利用GPS的信號來定位。

在實際使用中，上述兩種技術均有其局限性。基于網絡的解決方案其定位的精確度受到接收信號精確度的限制；基于手機的解決方案，必須收到多顆GPS衛星的信號才能準確定位，而在室內或者在高樓聳立的城市中要做到這一點相當困難。因此，有人提出了GPS與網絡技術相結合（即輔助GPS）的方案。

智能天線

移動通信的飛速發展對系統容量和頻段的復用提出了更高的要求。智能天線技術可以大幅度提高系統的容量。目前的窄帶波束包括兩項技術：定向波束和可變向波束。

定向波束利用天線陣或均勻排列的定向天線。定向天線的元件能夠使正向鏈路上的狹窄帶波束指向指定的手機。正向鏈路的天線分集技術是智能天線解決方案的一部分。

可變向波束與定向波束技術至少有兩點不同：首先，可變向波束技術的天線安裝在扇區內，而定向波束技術的天線位置則要根據信道狀況而定。其次，可變向波束可在不同天線波束間切換，定向波束則指向特定手機。

除了上述智能天線技術之外，貝爾實驗室提出了一種更有效的技術，即BLAST（Bellabs Layered Space Time）技術。BLAST技術在同一頻段上建立了復平行信道，并保持總傳輸功率不變。因此，正向和反向信道的容量可以在多種技術結合的基礎上得到大幅度的提高。

超導體，塔頂低噪聲放大器和多用戶檢測

現有的技術，如超導體、塔頂低噪聲放大器（TTLNA：Tower-top Low Noise Amplifier）和多用戶檢測等同樣可以大大提高反向信道的性能。

在很多無線系統中，一個小區的覆蓋范圍受手機最大傳輸功率和基站熱噪聲的限制。考慮到電池壽命問題，提高手機最大傳輸功率是不現實的，降低系統噪聲自然成為擴大小區覆蓋范圍的最佳途徑。目前大部分無線通信系統的噪聲指標為4—5dB。在天線中采用超導技術或TTLNA技術之后，噪聲指數可降低幾個分貝，從而擴大了小區覆蓋范圍。目前TTLNA技術由于其較高的可靠性和較小的尺寸正在得到推廣，而超導技術的應用則沒有那么廣泛，還需要在價格、可靠性、設備體積等方面加以改進。不難看出，由于TTLNA價格低、穩定性高、傳輸損失小，超導技術正面臨著TTLNA技術的強大挑戰。

在城市中，許多移動系統面臨的最主要問題不是小區的覆蓋范圍，而是系統容量。在這種情況下，應當采用多用戶檢測技術。由于一個小區內存在使用相同頻段的不同用戶間的干擾，因此小區內的功率受限。采用多用戶檢測技術后，當某一用戶的強信號被接收和檢測，而此時還未檢測到其他信號時（該信號受到了強信號的干擾），可把該強信號從基站接收的總信號強度中扣除。一旦第二個信號被檢測到，便可將該信號從基站接收的總信號強度中扣除并重新檢測第一個信號的強度。顯然該方法可以反復采用以提高信號的檢測精度。

除了上述方法之外，還有其他一些可以一次檢測一個用戶或同時檢測出多個用戶的方法。目前，多用戶檢測技術還處于實驗研究階段，其廣泛應用尚待檢測速度和正向鏈路容量的提高，因為如果正向鏈路容量不大，反向鏈路的容量也無法提高。

第三篇：移動通信技術

移動通信技術

1、移動通信的概念

2、移動通信的特點（4點）

3、移動通信的工作方式

4、移動通信系統的組成5、移動通信中編號北京

6、移動通信中發射信號的處理

7、數字信號調制

8、移動通信系統的業務

9、移動通信的組網制式

10、小區制的特點

11、小區的形狀選擇

12、信道的分類

13、信道的概念

14、頻譜分配的基本原則

15、影響頻率選擇的因素

16、同頻費用

17、多信道公用

18、話務量

19、

第四篇：移動通信技術

GSM:全球移動通訊系統Global System of Mobile communication

GPRS---General Packet Radio Service，通用無線分組業務

EDGE---Enhanced Data Rate for GSM Evolution 的縮寫，即增強型數據速率GSM演進技術

UMTS---通信系統（Universal Mobile Telecommunications System）HSPA---High-Speed Packet Access高速數據信息包接入/存取技術

LTE---Long Term Evolution的縮寫，全稱應為3GPP Long Term Evolution，中文一般翻譯為3GPP長期演進技術，為第三代合作伙伴計劃（3GPP）標準，使用“正交頻分復用”（OFDM）的射頻接收技術，以及2×2和4×4 MIMO的分集技術規格。同時支援FDD（頻分雙工）和TDD（時分雙工）。

第五篇：移動通信分集技術

移動通信報告

設計題目： 分集技術 班 級： 11通信 姓 名： 學 號： 指導教師：

2014 年 12 月 10 日

分集技術

Diversity Techniques

【摘要】無線移動通信因其信道的特殊性，使得多徑現象及各種衰落極大地影響通信質量，衰落效應是影響無線通信質量的主要因素之一。為了提高系統的抗多徑性能，最有效的方法是對信號采用分集技術。分集技術因為他的良好的抗衰落性能而被視為一種有效的方法應用在移動通信系統中。分集基本思想是在相關性很小的若干個支路上載有同一消息的信號，然后通過合并技術再將各個支路信號合并輸出，那么便可在接收終端上大大降低深衰落的概率。分集技術通常利用無線傳播環境中同一信號的獨立樣本之間不相關的特點，使用一定的信號合并技術改善接收信號，來抵抗衰落引起的不良影響。在第三代和第四代移動通信系統中，分集技術都已得到了廣泛應用。Abstract: Multipath phenomenon and attenuation make great effects on the quality of wireless mobile communication because of its special channel.The attenuation effect is one of the main reasons that affect the quality of wireless communication.In order to improve the anti-multipath performance of the system, the most effective method is the use of diversity techniques to signals.Because of its good resistance to attenuation, diversity has been regarded as an effective method in a mobile communication system.Diversity techniques mean carrying the same messages on different branches which have little correlation between each other, and then it will output the signal from those branches by the combining techniques, so it can reduce the probability of deep attenuation greatly in receiving terminal.Diversity techniques usually make use of the uncorrelated characteristics of same signal’s independent samples in wireless propagating environment, and improve the received signals by signal combining techniques to resist attenuation effects.In the third and forth generation mobile communication system, diversity techniques have been widely used.【關鍵詞】空間分集；合并技術；MIMO技術

Keywords: Space Diversity;Combining Techniques;MIMO Techniques

【正文】

一、分集技術基本原理

“分集”背后的主要思想是提供發射到接收機信號的不同復制信號。如果不同復制信號獨立的衰落，所有發射信號的復制信號同時深衰落的可能性就會降低[1]。因此分集的基本原理就是通過多個信道（時間、頻率或者空間）接收到承載相同信息的多個復制信號，由于多個信道的傳輸特性不同，信號多個復制信號的衰落就不會相同。這樣，接收機就可以可靠地用這些接收信號解碼發射信號。

分集技術實現的必要條件是在接收端必須能夠接收到承載相同信息且在統計上相互獨立(或近似獨立)的若干不同的復制信號。而不同復制信號的獲得可以通過不同的方式，比如空間、頻率、時間等，它主要是指使用不同的方法有效的區分接收到的含同一信息內容但統計上獨立的信號。發射的復制信號可以通過不同的方式發送，例如，它可以在不同的時間間隙，以不同的頻率，不同的極化或不同的天線發射。目的是通過獨立的衰落發送兩個或更多的復制信號。既然所有的獨立路徑同時遭受深衰落的可能性減小，那么只要使用適當的合并方法，就會降低誤差概率。

整體看來，分集技術主要包括兩個方面的內容：一是分散傳輸,即研究如何把要發送的信號分散了開來，使接收機能夠獲得多個互不相關的、攜帶同一信息的信號；二是集中處理,即研究如何把接收機收到的多個互不相關的衰落信號進行恰當的合并以獲得最大信噪比，降低衰落的影響。

二、分集技術主要分類

分集技術包括分散發射技術和合并接收技術，分散發射技術主要包括空間分集技術（Space Diversity Techniques），時間分集技術（Time Diversity Techniques），頻率分集技術(Frequency Diversity Techniques)。合并接收技術主要包括選擇式合并技術(SC: Selection Combining Techniques)，最大比合并技術（MRC: Maximal Ratio Combining Techniques），等增益合并技術(EGC: Equal Gain Combining Techniques)等。

（一）、分散發射技術

（1）空間分集

使用多個天線來獲得分集的方法是空間分集，空間分集正是利用不同信道上衰落統計特性上的差異來實現抗信道選擇性衰落的功能。

空間分集分為空間分集發送和空間分集接收兩個系統。其中空間分集接收是在空間不同的垂直高度上設置幾副天線，它是利用多副接收天線來實現的。接收端天線之間的距離條件要求d≥λ/2（λ為工作波長）[2]，這樣就降低了信道衰落的影響，并在一定程度上改善了傳輸的可靠性。

圖1-1 空間分集結構

空間分集接收的優點是分集增益高，缺點是還需另外單獨的接收天線。為了克服這個缺點，又生產出定向雙極化天線。利用兩個在同一地點、極化方向相互正交的天線發出的信號呈現出互不相關衰落特性的特點，在發射端同一處裝上垂直極化和水平極化兩副發射天線，在接收端同一地點裝上垂直極化和水平極化兩副接收天線，就可以得到兩路衰落特性互不相關的極化分量Ex和Ey。

圖1-2 極化分集結構

這種方法的優點是它只需一根天線，結構緊湊，節省空間，缺點是它的分集接收效果低于空間分集接收天線。（2）時間分集

用不同的時間間隙來形成分集，叫做時間分集。時間分集是將同一信號在相隔一定的時間內多次重發，只要各次發送時間間隔足夠大，則各次發送降格出現的衰落將是相互獨立統計的。時間分集正是利用時間上衰落統計特性上的差異來實現抗時間選擇性衰落的功能。為了保證重復發送的數字信號具有獨立的衰落特性，重復發送的時間間隔應該滿足：

公式中：fm為衰落頻率，v為移動臺運動速度。

時間分集與空間分集相比較，優點是減少了接收天線及相應設備的數目，缺點是占用時隙資源增大了開銷，降低了傳輸效率。（3）頻率分集

頻率分集使用不同的載波頻率獲得分集，復制信號從不同的載波頻率上發射，然后在接收端對接收信號進行合成或選擇，以減輕衰落影響。頻率分集正是利用不同頻段衰落統計特性上的差異，來實現抗頻率選擇性衰落的功能。所謂頻率不相關的載波是指當不同的載波之間的間隔大于頻率相干區間，即載波頻率的間隔應滿足:

公式中：△f為載波頻率間隔，Bc為相關帶寬，△Tm為最大多徑時延差。同空間分集系統一樣，在頻率分集系統中要求頻率相關性較小，這樣才可以獲得較好的頻率分集改善效果。在一定的范圍內兩個微波頻率f1與f2相差，即頻率間隔△ f=f2-f1越大，兩個不同頻率信號之間衰落的相關性越小。頻率分集與空間分集相比較，其優點是在接收端可以減少接受天線及相應設備的數量，缺點是要占用更多的頻帶資源。

無論何種分集方式，都是利用在不同的傳播條件下，幾個微波信號同時發生深衰落的概率小于單一微波信號同一衰落深度的概率來取得分集改善效果的。

（二）、合并接收技術 合并方法都可以歸結為下面的公式 由公式可知：合并技術的關鍵就是確定加權值。合并時采用的準則與方式主要分為四種：選擇式合并(SC: Selection Combining)、最大比值合并（MRC: Maximal Ratio Combining）、等增益合并(EGC: Equal Gain Combining)等。（1）選擇式合并（擇優錄取）[3]

選擇式合并系統采用選擇式合并技術時，N 個接收機的輸出信號先送入選擇邏輯，選擇邏輯再從N 個接收信號中選擇具有最高基帶信噪比的基帶信號作為輸出。選擇式合并的特點是實現簡單。（2）最大比值合并（區別對待）

在接收端由多個分集支路，經過相位調整后，按照適當的增益系數，同相相加，再送入檢測器進行檢測。在接收端各個不相關的分集支路經過相位校正，并按適當的可變增益加權再相加后送入檢測器進行相干檢測。其譯碼過程簡單、易實現。

（3）等增益合并（一視同仁）

等增益合并原理等增益合并也稱為相位均衡，僅僅對信道的相位偏移進行校正而幅度不做校正。等增益合并不是任何意義上的最佳合并方式，只有假設每一路信號的信噪比相同的情況下，在信噪比最大化的意義上，它才是最佳的。

三、MIMO分集

鑒于分集技術的抗衰落特性，它成為MIMO技術的重要組成部分。MIMO多輸入多輸出技術（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）是指在發射端和接收端分別使用多個發射天線和接收天線，使信號通過發射端與接收端的多個天線傳送和接收，從而改善通信質量[4]。它能充分利用空間資源，通過多個天線實現多發多收而不會增加頻譜資源，并減小了以往增加天線發射功率對其他接收電臺造成嚴重干擾的情況。分集技術的使用不僅可以成倍的提高系統信道容量，而且極大的減弱了多徑衰落對無線通信造成的影響，顯示出明顯的優勢、因此它被視為下一代移動通信的核心技術[5]。

四、總結

總體看來，移動通信的傳輸效率主要還是受到多徑衰落的制約，這嚴重影響了無線通信質量。通過對上述多種發射分集技術的介紹和分析可知，在復雜的無線信道下各發射分集技術的目的均對信息傳輸的有效性起到了重大作用。在對分集技術有了大致的了解之后，我覺得抗衰落的解決思想和方法還是比較好理解的，也是容易想到的，但是困難的是我們如何把這些想法運用到科研領域中去，可能一個簡單的想法在科技領域得到實施之后都會是一項重大的技術突破。本次學習中遇到的難點主要是對一些關鍵技術，核心技術上的理解和認識還不夠。

了解了分集技術之后，我想到：由于工作特點和性能不盡相同，因此各發射分集技術在不同的環境條件下所起的作用也有所不同。為了在不同的條件下使用相應較有效的分集技術，我覺得可以在發送有效信息之前，先向接收設備發送一段簡單的測試信息，即判斷移動接收臺所處環境條件，對反饋回來的測試信息進行分析，選擇當前環境下的最優發射分集技術。或許可以通過其他比較先進的技術手段檢測移動接收機的環境位置，大致的思想就是多個分集方式可以靈活多變，自由切換，略有貼近智能選擇的意思，而不必某個站點或者某項技術方案中只含有特定的一種分集技術。

[1] 龔建民，劉崇春.多入多出通信系統原理 [M] 科學出版社 2010：09 [2] 鄧明.無線通信系統中的空間分集技術研究[D] 科技信息 2006：13 [3] 閻毅.無線通信與移動通信技術［M］清華大學出版社2013： [4] 林云.MIMO技術原理及應用［M］.人民郵電出版社.2010:216 [5] 胡健棟.現代無線通信技術［M］.機械工業出版社.2003:13