移动通信原理论文1Word格式.doc
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4.5、多址接入技术 10
参考文献
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一、移动通信概述
移动通信（Mobilecommunication）是移动体之间的通信，或移动体与固定体之间的通信。
移动体可以是人，也可以是汽车、火车、轮船、收音机等在移动状态中的物体。
采用的频段遍及低频、中频、高频、甚高频和特高频。
移动通信系统由移动台、基台、移动交换局组成。
若要同某移动台通信，移动交换局通过各基台向全网发出呼叫，被叫台收到后发出应答信号，移动交换局收到应答后分配一个信道给该移动台并从此话路信道中传送信令使其振铃。
移动通信系统由两部分组成：
（1）空间系统；
（2）地面系统：
①卫星移动无线电台和天线；
②关口站、基站。
移动通信系统从20世纪80年代诞生以来，到2020年将大体经过5代的发展历程，而且到2010年，将从第3代过渡到第4代（4G）。
到4G，除蜂窝电话系统外，宽带无线接入系统、毫米波LAN、智能传输系统（ITS）和同温层平台（HAPS）系统将投入使用。
未来几代移动通信系统最明显的趋势是要求高数据速率、高机动性和无缝隙漫游。
实现这些要求在技术上将面临更大的挑战。
此外，系统性能（如蜂窝规模和传输速率）在很大程度上将取决于频率的高低。
考虑到这些技术问题，有的系统将侧重提供高数据速率，有的系统将侧重增强机动性或扩大覆盖范围。
从用户角度看，可以使用的接入技术包括：
蜂窝移动无线系统，如3G；
无绳系统，如DECT；
近距离通信系统，如蓝牙和DECT数据系统；
无线局域网（WLAN）系统；
固定无线接入或无线本地环系统；
卫星系统；
广播系统，如DAB和DVB-T；
ADSL和CableModem。
二、移动通信的发展历程
第一代（1G）以模拟式蜂窝网为主要特征，是20世纪70年代末80年代初就开始商用化的。
其中最有代表性的是北美的AMPS（AdvancedMobilePhoneSystem）、欧洲的TACS（TotalAccessCommunicationSystem）两大系统，另外还有北欧的NMT及日本的HCMTS系统等。
从技术特色上看，1G以解决两个动态性中最基本的用户这一重动态性为核心并适当考虑到第二重信道动态性。
主要是措施是采用频分多址FDMA方式实现对用户的动态寻址功能，并以蜂窝式网络结构和频率规划实现载频再用方式，达到扩大覆盖服务范围和满足用户数量增长的需求。
在信道动态特性匹配上，适当采用了性能优良的模拟调频方式，并利用基站二重空间分集方式抵抗空间选择性衰落。
第二代（2G）以数字化为主要特征，构成数字式蜂窝移动通信系统，，它于20世纪90年代初正式走向商用。
其中最具有代表性的有欧洲的时分多址（TDMA）GSM（GSM原意为GroupSpecialMobile，1989年以后改为GlobalSystemforMobileCommunication）、北美的码分多址（CDMA）的IS-95两大系统，另外还有日本的PDC系统等。
从技术特色上看，它是以数字化为基础，较全面地考虑了信道与用户的二重动态特性及相应的匹配措施。
主要的实现措施有：
采用TDMA（GSM）、CDMA（IS-95）方式实现对用户的动态寻址功能，并以数字式蜂窝网络结构和频率（相位）规划实现载频（相位）再用方式，从而扩大覆盖服务范围和满足用户数量增长的需求。
在对信道动态特性的匹配上采取了下面一系列措施：
（1）采用抗干扰性能优良的数字式调制：
GMSK（GSM）、QPSK（IS-95），性能优良的抗干扰纠错编码：
卷积码（GSM、IS-95）、级联码（GSM）；
（2）采用功率控制技术抵抗慢衰落和远近效应，这对于CDMA方式的IS-95尤为重要；
（3）采用自适应均衡（GSM）和Rake接收（IS-95）抗频率选择性衰落与多径干扰；
（4）采用信道交织编码，如采用帧间交织方式（GSM）和块交织方式（IS-95）抗时间选择性衰落。
第三代（3G）以多媒体业务为主要特征，它于本世纪初刚刚投入商业化运营。
其中最具有代表性的有北美的CDMA2000、欧洲和日本的WCDMA及我国提出的TD-SCDMA三大系统，另外还有欧洲的DECT及北美的UMC-136。
从技术上看，3G是在2G系统适配信道与用户二重动态特性的基础上又引入了业务的动态性，即在3G系统中，用户业务既可以是单一的语音、数据、图像，也可以是多媒体业务，且用户选择业务是随机的，这个是第三重动态性的引入使系统大大复杂化。
所以第三代是在第二代数字化基础上的、以业务多媒体化为主要目标，全面考虑并完善对信道、用户二重动态特性匹配特性，并适当考虑到业务的动态性能，尽力采用相应措施予以实现的技术。
其主要实现措施有：
（1）继续采用第二代（2G）中所采用的所有行之有效的措施；
（2）对CDMA扩频方式应一分为二，一方面扩频提高了抗干扰性，提高了通信容量；
另一方面由于扩频码互相关性能的不理想，使多址干扰、远近效应影响增大，并且对功率控制提出了更高要求等；
（3）为了克服CDMA中的多址干扰，在3G系统中，上行链路建议采用多用户检测与智能天线技术；
下行链路采用发端分集、空时编码技术；
（4）为了实现与业务动态特性的匹配，3G中采用了可实现对不同速率业务（不同扩频比）间仍具有正交性能的OVSF（可变扩频比正交码）多址码；
（5）针对数据业务要求误码率低且实施性要求不高的特点，3G中对数据业务采用了性能更优良的Turbo码。
三、移动通信的特点
（1）移动通信利用无线电波进行信息传输。
移动通信中基站至用户之间必须靠无线电波来传送消息。
然而无线传播环境十分复杂，导致无线电波传播特性一般很差，另外，移动台的运动还会带来多普勒效应，使接收点的信号场强振幅、相位随时间地点而不断地变化，严重影响了通信的质量。
这就要求在设计移动通信系统时，必须采取抗衰落措施，保证通信质量；
（2）移动通信在强干扰环境下工作，主要干扰包括互调干扰，邻道干扰和同频干扰等；
（3）通信容量有限。
频率作为一种资源必须合理安排和分配，为满足用户需求量的增加，只能在有限的已有频段中采取有效利用频率措施，如窄带化、频道重复利用、缩小频带间隔等方法来解决；
（4）通信系统复杂。
由于移动台在通信区域内随时运动，需要随机选用无线信道，进行频率和功率控制、地址登记、越区切换及漫游存取等跟踪技术。
这就使其信令种类比固定网要复杂的多。
在入网和计费方式上也有特殊的要求，所以移动通信系统是比较复杂的；
（5）对移动台的要求高。
移动台长期处于不固定位置，外界的影响很难预料，这要求移动台具有很强的适应能力。
此外，还要求性能稳定可靠、携带方便、小型、低功耗及能耐高、低温等。
同时，要尽量使用户操作方便，适应新业务、新技术的发展，以满足不同人群的使用。
这给移动台的设计和制造带来很大的困难。
四、移动通信的关键技术
4.1信源编码和调制解调技术
（一）信道编码
n信道编码主要解决数字通信的可靠性问题
n对传输的信息码元按一定的规则加入一些冗余码（监督码），形成新的码字，接收端按照约定好的规律进行检错甚至纠错
n信道编码又称为差错控制编码、抗干扰编码、纠错编码
（二）各种移动通信系统所采取的调制方法
a．实现模拟信号的数字化传输即完成A/D变换
b．提高信号传输的有效性。
即在保证一定传输质量的情况下，用竟可能少的数字脉冲来表示信源产生的信息。
信源编码也称作频带压缩编码或数据压缩编码。
信源编码的两个步骤：
A．抽样定理：
采样率大于或等于信号带宽的2倍－无失真
B．幅度量化：
用有限个幅值表示样值幅度，从而离散化信号幅度的过程
A．按加入冗余码元方式：
线性码和非线性码
B．按用途分：
检错码和纠错码
C．按码结构分：
分组码和卷积码
D．按纠错能力分：
纠随机错和纠突发错
1.编码效率
2.编码增益
3.编码延时
4.编译码器的复杂度
4.2调制技术
A．PSK：
以基带数据信号来调制载波的相位
B．BPSK：
二进制信号{1,-1}去调制载波相位：
当输入为“+1”时，对应的信号附加相位为“0”；
当输入为“-1”时，对应的信号附加相位为“p”。
C．BPSK调制：
若输入信号为经映射的比特流{an}，an=±
1，则BPSK信号可记为：
S（t）=ancosωct
D．QPSK调制
E．OQPSK
OQPSK的调制方法与QPSK类似，仅在一条正交支路上引入了一个比特的延时，以使得两支路的数据不会同时发生变化，降低最大相位跳变，相位变化被限制到了±
90o
4.3、分集技术
v分集概念：
多路不相关的衰落路径传送相同的信号并合并
v分集目标：
对抗移动信道造成的各种衰落和码间串扰
v分集本质：
对同一信号在不同时间、频率、空间方向的过采样
v分集原理：
各独立信号传播路径同时经历深度衰落的概率降低
v分集技术物理本质
空间分集：
用两个以上天线或者同一天线的不同极化方向传输同一个信号
频率分集：
用两个以上载频传输同一个信号
时间分集：
在不同时间传输同一个信号
v空间分集：
多天线分集
发射分集
接收分集
v频率分集
传输信息以不同的频率进行传输
传输之间的频率间距>
>
相干带宽
跳频
直接序列扩频
v时间分集
传输信息在不同的时刻重复传输
信号重发时间间隔>
相干时间
ARQ
Rake接收机
4.4蜂窝组网技术
（一）概述
蜂窝的概念是一个系统级的概念，其思想是将服务区划分成许多小面积覆盖区域，用一个小功率的发射机来服务一个小面积覆盖区。
（二）类别
移动通信网的区域覆盖方式分为两类：
1.小容量的大区制
2.大容量的小区制
（a）小容量大区制
1.一个基站覆盖整个服务区
2.天线架设高
3.发射功率大
4.大区制只能适用于小容量的通信网，例如用户数在1000以下
5.控制方式简单、设备成本低，适用于中小城市、工矿区以及专业部门，是发展专用移动通信网可选用的制式
（b）大容量小区制
1.小区制移动通信系统的频率复用和覆盖有两种
2.一种是带状服务覆盖区
3.另一种是面状服务覆盖区
例如：
1.带状服务覆盖区
2.面状服务覆盖区:
蜂窝网
A.在平面区域内划分小区，通常组成蜂窝式网络。
B．全向天线的覆盖区是圆形。
为不留空隙地覆盖整个服务区，各覆盖区之间一定要交叠。
考虑交叠后，实际上每个覆盖区的有效覆盖区是一个多边形。
C．小区相间120°
，有效覆盖区为正三角形；
D．小区相间90°
，有效覆盖区为正方形；
E．小区相间60°
，有效覆盖区为正六边形
无线移动通信系统广泛使用六边形研究系统覆盖和业务需求，实际上，由于无线系统覆盖区的地形地貌不同，无线电波传播环境不同，产生的电波的长期衰落和短期衰落不同，因而一个小区的实际无线覆盖是一个不规则的形状。
4.5、多址接入技术
多址原理：
多址就是将不同的信号空间维度分配给不同的用户，以支持多用户通信。
多址接入技术将信号维划分为不同的信道后分配给用户。
多址技术的分类
v频分多址（FDMA）：
频道划分，频带独享，时隙、空间、码字共享。
v时分多址（TDMA）：
时隙划分，时隙独享，频率、空间、码字共享。
v码分多址（CDMA）：
码型划分，码字独享，时隙、频率、空间共享
v空分多址（SDMA）：
空间角度划分，频率、时隙、码字共享。
（一）频分多址（FDMA）：
频道划分，频带独享,时间共享。
v沿频率轴将信号维度划分为不同的频道，频带独享，时间共享。
v每个用户占用一个频道，在呼叫的整个过程中，其他用户不能共享这一频段。
v在FDMA/FDD系统中，分配给每个用户一对频谱。
分别用于BS→MS（下行）和MS→BS（上行）
FDMA系统的特点：
v单路单载波传输：
每个频道只传送一路业务信息。
载波间隔必须满足业务信息传输带宽的要求。
v实现简单：
无需自适应均衡
v需要周密的频率规划：
频道受限和干扰受限系统
v基站复杂庞大，重复设置收发信机设备
v越区切换复杂
（二）时分多址（TDMA）：
时隙划分，时隙独享,频率共享。
v沿时间轴划分信号维度，分配给用户的是互不重叠并周期重复的时隙（TimeSlot，TS）。
v每个用户只能按指定TS向基站发射和接收来自基站的信号。
发射数据采用的是“缓存–突发”法，对每个用户而言，发射不连续
v同步和定时是TDMA系统正常工作的前提。
v同步：
n位同步：
针对每个符号，是正确接收符号的基础。
n时隙同步：
针对每个时隙，是接收机正确区分数据的基础。
n帧同步：
针对每个帧，进行复用/解复用所需。
TDMA优点：
n发射速率随时隙数N增加而增加，N越大，码间串扰越大，必须采取自适应均衡
n不需双工器；
n基站复杂性减小，只需要一部收发信机
n频率利用率高
n越区切换简单
缺点：
同步难，且开销较大
（二）码分多址（CDMA）码分多址通过扩频技术实现
工作原理：
CDMA系统为每个用户分配各自特定的地址码（扩频码）
扩频技术分类:
1.直接序列扩频
2.跳变频率扩频
3.跳变时间扩频
优点：
1.共享频率；
2.通信容量大
3.采用扩频和Rake接收，减小多径衰落的影响；
4.容量具有软特性；
5.平滑的软切换和有效的宏分集；
6.低信号功率谱密度，抗干扰能力强。
主要问题：
A．多址干扰：
由不同步用户的扩频序列间不正交性，导致非零互相关系数引起用户间的相互干扰。
B．远近效应：
强用户信号对弱用户信号的明显抑制作用。
解决方法：
功率控制
（四）空分多址（SDMA）：
空间角度划分，频率/时隙/码共享。
SDMA将用户的方向作为另一个可以划分的维度，利用有向天线通过空间分割来区别不同的用户：
A．通常利用自适应天线阵列，在不同用户方向上形成不同波束实现。
B．仅当两个用户角度差大于天线的分辨角时，才能实现正交的空间信道。
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