第9章-移動(dòng)通信的展望解析

1、第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 第第9章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 9.1 個(gè)人通信概述個(gè)人通信概述 9.2 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 9.3 未來移動(dòng)通信中的關(guān)鍵技術(shù)未來移動(dòng)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1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 9.1 個(gè)人通信概述個(gè)人通信概述 移動(dòng)通信從產(chǎn)生到現(xiàn)在的歷史并不長， 然而其發(fā)展速度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人們的預(yù)料。 尤其是最近十幾年來， 隨著微電子技術(shù)、 計(jì)算機(jī)和軟件工程的發(fā)展， 移動(dòng)通信設(shè)備在質(zhì)量、 使用方便和可靠性等方面的發(fā)展日新月異。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望

2、移動(dòng)通信的展望 縱觀移動(dòng)通信的發(fā)展歷程， 當(dāng)代移動(dòng)通信可分為四個(gè)階段： （1） 第一代移動(dòng)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(dòng)通信系統(tǒng)、 以集群系統(tǒng)為代表的專用移動(dòng)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)。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 (2) 第二代移動(dòng)通信以數(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(dòng)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)。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 (3) 第三代(3G)移動(dòng)通信以CDMA為主要技術(shù)， 向用戶提

3、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(dòng)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1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 9.1.1 個(gè)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(huì)做到無論任何人無論任何人(Whoever)在任何時(shí)候在任何時(shí)候(Whenever)和任何地點(diǎn)任何地點(diǎn)(Wherever)都能和另一個(gè)人另一個(gè)人(Whomever)進(jìn)行任何方式任何方式(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)

4、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1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)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。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 9.1.2 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。

5、從1988年以來， 人們對(duì)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1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 (2) 選擇現(xiàn)有的某一種移動(dòng)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(duì)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1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信

6、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)人通信的服務(wù)范圍。 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)。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 利用中、 低軌道移動(dòng)通信衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信網(wǎng)絡(luò)。 因?yàn)橐苿?dòng)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(dú)特的優(yōu)點(diǎn)， 不僅覆蓋范圍大， 而且不受地形的限制， 對(duì)于

7、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。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)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1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 9.2 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 9.2.1 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)制定的過程 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的理論研究、 技術(shù)開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)制定工作早在20世紀(jì)80年代中期就已經(jīng)開始了。 第三代移動(dòng)通信的

8、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)； 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 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(dòng)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(jí)的移動(dòng)性管理， 能保證大量用戶數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、 更新、 交換和實(shí)時(shí)處理等。第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 關(guān)于第三代

9、移動(dòng)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“未來公共陸上移動(dòng)通信系統(tǒng)”(FPLMTS)， 后改名為“國際移動(dòng)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： 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 (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1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 (2) 以CDMA為基礎(chǔ)的八種

10、： WINS W-CDMA(Wireless Multimedia and Messaging Service Wideband CDMA)， 來自美國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1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 UTRA(UMTS Terrestrial Radio Access)， 來自ESTI SMG2。 NA：W-CDMA(No

11、rth American Wideband CDMA)， 來自美國TIPI-ATIS。 cdma2000(Wideband CDMA(IS-95)， 來自美國TIA TR45.5。 CDMA (Multiband Synchronous DS-CDMA)， 來自韓國TTA。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)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 Hy

12、brid CDMATDMA)， 來自ESA。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 ICO-RTT， 軌道高度10390 km， 軌道平面2個(gè)， 總共10顆中軌道衛(wèi)星，來自ICO Global Communication。 Horizons(Horizons Satellite System)， 來自Inmarsat。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 1999年11月赫爾辛基TG81會(huì)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(dòng)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(WC

13、DMA)； CDMA MC： cdma2000 MC； CDMA TDD： UTRA TDD及TD-SCDMA； TDMA SC： UWC-136； TDMA MC： DECT。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 9.2.2 超（后）三代（B3G）或第四代(4G)移動(dòng)通信的研究和開發(fā) 第三代移動(dòng)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(dòng)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1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 在第三代（3G）移動(dòng)通

14、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(dòng)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(duì)現(xiàn)有3G標(biāo)準(zhǔn)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3 G 的 演 進(jìn) ， 如 3 G P P 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1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 ITU-R對(duì)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)

15、。 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或1 Gb/s的數(shù)據(jù)速率。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)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20

16、06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。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 綜上所述， 我們可用圖9-1來概括移動(dòng)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(dòng)通信系統(tǒng)和局域覆蓋(Local Area Coverage)的無線局域網(wǎng)。 第第101

17、0章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 圖9-1 移動(dòng)通信的發(fā)展進(jìn)程 1.25 MHz54 Mb/s54 Mb/s15.2 kb/s30 kHzGSM(MAP)HSCSGPRSEDGETDMA(IS-41)CDPDWCDMAFDDcdma2000與HL2協(xié)調(diào)的IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)HiperLAN2IEEE 802.11aPDC/PDC-PCDMA(IS-41)WLAN802.11b170 kb/s473 kb/s200 kHz43.2 kb/s14.4 kb/s76.8 kb/s本地覆蓋11 Mb/s5 MHz2 Mb/s307.kb/s廣域覆蓋473 kb/s實(shí)時(shí) IPEDGE Ph.

18、2GERAN3 G的演進(jìn)WCDMA TDDWCDMAHSPA2 Mb/s變速下行分組接入10 Mb/sT-SCDMA2.4 Mb/s5.4 Mb/s未來無線20002001200220032010以后1xEV DO階段1xEV -DV階段1X第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 9.3 未來移動(dòng)通信中的關(guān)鍵技術(shù)未來移動(dòng)通信中的關(guān)鍵技術(shù) 9.3.1 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(dòng)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?dòng)信道的傳播性能經(jīng)常會(huì)隨時(shí)間和傳播地點(diǎn)而隨機(jī)變化， 所以移動(dòng)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)

19、務(wù)提供合適的傳輸速率，第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 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1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)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)越多， 每碼元攜帶的信息比特?cái)?shù)就越多。星型8 QAM星型16 QAM星型64 QAM星型32 QAM第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 (2) 可變擴(kuò)頻增益碼分多址(VSG-CDMA)。 這種技

20、術(shù)靠動(dòng)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1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)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)

21、支路， 即最大業(yè)務(wù)速率可達(dá)基本速率的M倍。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)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）?？勺償U(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(dòng)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1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 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(dòng)態(tài)選擇最佳的編碼組合。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 例

22、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(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 Q P S K R = 1 / 4 ， 則 速 率 為 1 . 2 M b / s 。 第第1010章

23、章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 表9-1 不同調(diào)制編碼方案（MCS）提供的信息速率 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 圖9-3 自適應(yīng)調(diào)制編碼的通過率MCS6MCS5MCS4MCS3MCS2MCS125201510505050100150200250300每個(gè)天線平均測量到的接收 SNR /dB通過量/(Mb/s)MCS1(QPSK, R1/3)MCS2(QPSK, R1/2)MCS3(QPSK, R3/4)MCS4(16QAM, R1/2)MCS5(16QAM, R3/4)MCS6(64QAM, R3/4)AMCAMC第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 NTT D

24、oCoMo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。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 9.3.2 多輸入多輸出技術(shù) 廣義的多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)包括： 智能

25、天線技術(shù)、 空時(shí)編碼、 用于提高系統(tǒng)容量的MIMO等技術(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。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 圖9-4 利用智能天線實(shí)現(xiàn)空分多址示意圖 新用戶第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 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(dòng)時(shí)， 以一個(gè)或多個(gè)高增益的窄波束分別對(duì)準(zhǔn)并跟蹤所需信號(hào)的方向， 同時(shí)以波束零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)并跟蹤干擾信號(hào)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9-4 所示。 系統(tǒng)可以為每一個(gè)新用戶增加一

26、個(gè)新的波束。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)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(dòng)臺(tái)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1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 圖9-5 自適應(yīng)波束形成示意圖 aaa可變衰減可變相移Wd信號(hào)源波前第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 圖9-5是一種基于信號(hào)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)空間分布的天線陣元組成， 陣元排列可以是

27、直線型、 環(huán)型或平面型， 陣元之間的距離一般為信號(hào)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(hào)的到達(dá)方向， 然后根據(jù)信號(hào)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(hào)， 而把凹陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)， 從而提高有用信號(hào)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。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 另一種辦法需要提供一種與所需信號(hào)密切相關(guān)而與噪聲和干擾無關(guān)的基準(zhǔn)信號(hào)， 用此基準(zhǔn)信號(hào)和方向圖形成網(wǎng)絡(luò)的輸出信號(hào)相減， 產(chǎn)生一誤差信號(hào)， 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)

28、， 對(duì)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(hào)盡可能接近基準(zhǔn)信號(hào)， 并從輸出信號(hào)中消除與基準(zhǔn)信號(hào)不相關(guān)的噪聲和干擾信號(hào)。 圖9-6是基于基準(zhǔn)信號(hào)的陣列天線示意圖。第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 圖9-6 基于基準(zhǔn)信號(hào)的陣列天線示意圖 x1(t)x2(t)xN(t)反饋控制W1W2WNs(t)r(t)陣輸出基準(zhǔn)信號(hào)誤差信號(hào)(t)第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)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， 以期能跟蹤移動(dòng)通信環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化。 基準(zhǔn)信號(hào)的產(chǎn)生可以采用下列幾種辦法： (1) 利用發(fā)送同步信號(hào)的引導(dǎo)序列來

29、產(chǎn)生參考信號(hào)。 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(hào)和同道干擾。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)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(hào)。 顯然， 這種方法會(huì)增大信道的額外開銷。 (3) 在碼分多址移動(dòng)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(hào)。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 2. 空時(shí)編碼 空時(shí)編碼（Space Time Coding）是指對(duì)發(fā)送符號(hào)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

30、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）。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 一個(gè)簡單的空時(shí)分組編碼如圖9-7所示。 輸入的信息經(jīng)過調(diào)制（星座映射）后生成符號(hào)序列。 假定符號(hào)序列分為兩個(gè)符號(hào)一組， 每一組的符號(hào)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9-8所示。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 圖9-7 一個(gè)簡單的空時(shí)分組編碼 信源星座映射空時(shí)分組編碼信號(hào)1信號(hào)0s0 s1*01*10 ssss第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展

31、望 圖9-8 空時(shí)分組編碼的單接收天線接收機(jī) 信道估計(jì)器合路器最大似然檢測器h0h1h1h0n1n0干擾和噪聲接收天線1s0s0j00eh1j11eh發(fā)送天線1發(fā)送天線00s*1s1s*0s第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 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(hào)區(qū)間內(nèi)是恒定的， 即 0011110000)()()()(jjehTththehTthth(9-1)第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 式中， T表示符號(hào)周期。 接收信號(hào)可以表示為 r0=r(t)=h0s0+

32、h1s1+n0 r1=r(t+T)=-h0s*1+h1s*0+n1 (9-2) 圖9-8中的合路器生成以下兩個(gè)合并后的信號(hào)送往最大似然檢測器: 1001111000rhrhsrhrhs(9-3) 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 將式(9-1)和式(9-2)代入式(9-3)， 有11101212011100021200)()(nhnhssnhnhss(9-4) 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(hào)送給最大似然檢測器進(jìn)行解調(diào)判決。 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 令 TTTTThhhhHsssnnnssrsss

33、011010101010,則 sHrsnsHrSsmmaxarg（9-5） （9-6） 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)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（9-5）就是每一個(gè)天線上信號(hào)的表達(dá)式， 即 mmmnsHr（9-7） M個(gè)接收天線的表達(dá)式為 21maxargsHrsmmMmSs（9-8） 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 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)分組編碼矩陣如下， 矩陣中的每一行在一個(gè)天線上發(fā)送： 0123012310321

34、0322301230132103210sssssssssssssssssssssssssssssssss （9-9） 第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 圖9-9 2發(fā)送天線采用8PSK調(diào)制的8狀態(tài)空時(shí)編碼 012345678PSK星座輸入數(shù)據(jù)00 ， 01 ，02，03，04，05，06，0750 ， 51 ，52，53，54，55 ，56，5720 ， 21 ，22，23，24，25 ，26，2770 ， 71 ，72，73，74，75 ，76，7740 ， 41 ，42，43，44，45 ，46，4760 ， 61 ，62，63， 64， 65 ，66，6730 ， 31 ，32，33， 34， 35 ， 36 ，3701234567當(dāng)前的狀態(tài)輸入：0 1 5 7 6 4TX 1： 0 0 5 1 3 6TX 2： 0 1 5 7 6 410 ， 11 ，12，13，14，15 ，16， 17TX1TX2第第1010章章 移動(dòng)通信的展望移動(dòng)通信的展望 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