現(xiàn)代通信技術(shù)概論 第4版課 件 第7、8章 移動(dòng)通信系統(tǒng)、數(shù)字圖像通信系統(tǒng)VIP

第七章移動(dòng)通信系統(tǒng)第七章移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)4G技術(shù)需求MIMOOFDM5G關(guān)鍵技術(shù)技術(shù)要求與路線大規(guī)模MIMO非正交多址同時(shí)同頻全雙工超密集多小區(qū)技術(shù)5G標(biāo)準(zhǔn)化7.1蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)

——系統(tǒng)組成蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是由移動(dòng)臺(tái)(MS)、基站臺(tái)(BS)、移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(MSC)和與固網(wǎng)相連的接口設(shè)備組成圖7.1.1蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成7.1蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)

——GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)(NSS)、基站子系統(tǒng)(BSS)和移動(dòng)臺(tái)(MS)組成。圖7.1.2GSM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)7.1蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)

——GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)路子系統(tǒng)NSS基站子系統(tǒng)BSS移動(dòng)臺(tái)MS移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(MSC)歸屬位置寄存器(HLR)鑒權(quán)中心(AUC)移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器(EIR)拜訪位置寄存器(VLR)操作維護(hù)中心(OMC)基站控制器(BSC)基站收發(fā)信臺(tái)(BTS)移動(dòng)終端設(shè)備(MT)用戶(hù)識(shí)別模塊(SIM卡)7.1蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)

——演進(jìn)趨勢(shì)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始商用以來(lái)，發(fā)展速度超乎尋常，相繼發(fā)展了第一代、第二代、第三代、第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)并正在融合第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)。圖7.1.3蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展歷程7.1蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)

——第一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)主要制式時(shí)間：20世紀(jì)80年代初技術(shù)：基于模擬技術(shù)，采用(單載波)窄帶調(diào)頻基本框架：包含基本蜂窩小區(qū)架構(gòu)、頻分復(fù)用和漫游等理念特點(diǎn)：小區(qū)制蜂窩網(wǎng)，初步解決了系統(tǒng)容量與頻率資源有限的矛盾缺點(diǎn)：缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，頻率利用率較低，設(shè)備較復(fù)雜，業(yè)務(wù)功能僅限于語(yǔ)音通信，容量無(wú)法滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的需求美國(guó)：高級(jí)移動(dòng)電話(huà)服務(wù)模擬蜂窩移動(dòng)電話(huà)通信系統(tǒng)(AMPS)英國(guó)：全地址通信系統(tǒng)(TACS)7.1蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)

——第二代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)80年代中期，第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)(2G)開(kāi)始發(fā)展，引入數(shù)字調(diào)制技術(shù)，標(biāo)志著移動(dòng)通信技術(shù)從模擬走向數(shù)字時(shí)代。特點(diǎn)：頻譜利用率較高、系統(tǒng)容量較大、能提供語(yǔ)音和數(shù)據(jù)等多種通信業(yè)務(wù)。連接方式：頻分多址(FDMA)與時(shí)分多址(TDMA)的混合多址連接或碼分多址(CDMA)。全球商用

2G標(biāo)準(zhǔn)：1991年美國(guó)，基于TDMA的數(shù)字移動(dòng)電話(huà)系統(tǒng)(D-AMPS)；1992年歐洲，基于TDMA的全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM，從2G到現(xiàn)在廣泛使用；1993年日本，基于TDMA的個(gè)人數(shù)字蜂窩系統(tǒng)(PDC)，采用(單載波)窄帶調(diào)制技術(shù)；1993年美國(guó)，基于CDMA的IS-95(N-CDMA)，采用單載波擴(kuò)頻調(diào)制7.1蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)

——第二代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)

系統(tǒng)性能指標(biāo)D-AMPSGSMPDCIS-95上行頻段(MHz)824~849890~915810~830或1429~1453824~849下行頻段(MHz)869~894935~960940~960或1477~1510869~894調(diào)制方式GMSKOQPSK(上行)QPSK(下行)載波帶寬(kHz)25200301250語(yǔ)音編碼方式VSELPRELP-LTPVSELPQCELP信道編碼方式CRC+卷積碼CRC+卷積碼CRC+卷積碼CRC+卷積碼信道數(shù)據(jù)速率(kbit/s) 48.6270.833421228.8語(yǔ)音數(shù)據(jù)速率(kbit/s)8136.78多址方式TDMA/FDMATDMA/FDMATDMA/FDMACDMA/FDMA表7.1.1第二代移動(dòng)蜂窩通信系統(tǒng)的主要系統(tǒng)參數(shù)7.1蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)

——第三代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)2000年起，移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展逐步加快。主要技術(shù)：寬帶CDMA、微蜂窩結(jié)構(gòu)、QPSK(QuadraturePhaseShiftKeying)自適應(yīng)調(diào)制、分組交換并支持多媒體業(yè)務(wù)。特點(diǎn)：初步具備統(tǒng)一的全球兼容標(biāo)準(zhǔn)和無(wú)縫服務(wù)的功能，支持全球漫游業(yè)務(wù)；支持多種話(huà)音和非話(huà)音業(yè)務(wù),特別是多媒體業(yè)務(wù)；具備足夠的系統(tǒng)容量、強(qiáng)大的多種用戶(hù)管理能力、高保密性能和服務(wù)質(zhì)量；從電路交換到分組交換，高速數(shù)據(jù)化，與Internet結(jié)合，源源不斷地增加新的業(yè)務(wù)服務(wù)。主流標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)：CDMA2000歐洲和日本：W-CDMA中國(guó):TD-SCDMA7.1蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)

——第三代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)

標(biāo)準(zhǔn)性能指標(biāo)CDMA2000W-CDMATD-SCDMA核心網(wǎng)ANSI-41GSMMAPGSMMAP帶寬(MHz)1.2551.6擴(kuò)頻類(lèi)型多載波和單載波直接序列擴(kuò)頻單載波直接序列擴(kuò)頻直接序列擴(kuò)頻多址方式CDMACDMACDMA/TDMA碼片速率(Mchip/s)1.22883.841.28雙工方式FDDFDD/TDDTDD幀長(zhǎng)(ms)201010語(yǔ)音編碼可變速率聲碼器IS-733、IS-127自適應(yīng)多速率語(yǔ)音編碼器AMR自適應(yīng)多速率語(yǔ)音編碼器AMR信道編碼卷積碼和Turbo碼卷積碼和Turbo碼卷積碼和Turbo碼功率控制開(kāi)環(huán)+閉環(huán)開(kāi)環(huán)+閉環(huán)開(kāi)環(huán)+閉環(huán)切換軟切換軟切換接力切換調(diào)制方式上行HPSK下行QPSK上行HPSK下行QPSK上行QPSK下行QPSK或8PSK基站同步GPS同步同步/異步同步表7.1.23G主流標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)特點(diǎn)7.1蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)

——第四代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)TD-SCDMA、WSCDMA采用3GPP技術(shù)演進(jìn)路線，逐漸發(fā)展成為第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)國(guó)際主流標(biāo)準(zhǔn)TD-LTE。2008年3月，國(guó)際電信聯(lián)盟無(wú)線電通信部門(mén)(ITU-R)規(guī)定了一套4G標(biāo)準(zhǔn)，即IMT-Advanced規(guī)范。截至2010年10月，ITU-R5D工作組批準(zhǔn)了兩項(xiàng)業(yè)界開(kāi)發(fā)的技術(shù)LTEAdvanced和WirelessMAN-Advanced，以納入國(guó)際電聯(lián)的IMT-Advanced計(jì)劃。4G的目標(biāo)要求和特點(diǎn)：1)更高的數(shù)據(jù)速率和傳輸質(zhì)量、更好的業(yè)務(wù)質(zhì)量(QoS)、更高的頻譜利用率和更高的安全性智能性和靈活性；2)可容納更多用戶(hù)，支持多種業(yè)務(wù)；3)體現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)不斷融合的發(fā)展趨勢(shì)；4)實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)無(wú)縫漫游；5)多功能集成的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)。7.1蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)

——第五代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)性能指標(biāo)IMT-AdvancedLTE-R8(3.9G)LTE-R10(LTE-Advanced)傳輸帶寬(MHz)至少40最多20最多100峰值頻譜效率(bit/s/Hz)上行15下行6.75上行16下行4上行16(天線配置4*4)下行8.1(天線配置2*2)控制平面延遲(ms)低于1005050用戶(hù)平面延遲(ms)低于104.94.9由于MobileWiMAX和LTE的首發(fā)版本支持遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于1Gbit/s的峰值比特率，因此它們不完全符合IMT-Advanced標(biāo)準(zhǔn)。2010年12月6日，ITU-R認(rèn)識(shí)到，這兩種技術(shù)以及不符合IMT-Advanced要求的其他超3G技術(shù)仍然可以被認(rèn)為是“4G”，因?yàn)樗鼈兇砹朔螴MT-Advanced要求的先驅(qū)版本并且比起第三代系統(tǒng)在性能和功能上有著實(shí)質(zhì)性的顯著提升。7.1蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)

——數(shù)字業(yè)務(wù)蜂窩移動(dòng)數(shù)字業(yè)務(wù)傳輸?shù)氖前ㄎ淖?、圖像、傳真、計(jì)算機(jī)文件等在內(nèi)的綜合數(shù)字業(yè)務(wù)。典型數(shù)字

業(yè)務(wù)包括短消息業(yè)務(wù)(SMS)通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(GPRS)移動(dòng)IP(MIP)高速電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

(HSCSD)。7.1蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)

——數(shù)字業(yè)務(wù)短消息業(yè)務(wù)(SMS) SMS是最廣泛使用的數(shù)據(jù)應(yīng)用，是大多數(shù)電話(huà)，環(huán)球網(wǎng)和移動(dòng)電話(huà)系統(tǒng)的短信服務(wù)組件。SMS起源于無(wú)線電備忘錄尋呼機(jī)中的無(wú)線電通信，它使用標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議來(lái)使手機(jī)設(shè)備能夠交換短信息。雖然SMS仍然是一個(gè)不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)，傳統(tǒng)的短信正在越來(lái)越多地受到基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的消息傳遞服務(wù)的挑戰(zhàn)，基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議

的消息傳遞服務(wù)FacebookMessengerWhatsAppViberWeChatLine…7.1蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)

——數(shù)字業(yè)務(wù)通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(GPRS)GPRS是一種面向分組的移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ETSI)標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)在由3GPP維護(hù)，通常根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量來(lái)收費(fèi)。分組交換技術(shù)：可讓多個(gè)用戶(hù)共享某些固定的信道資源。數(shù)據(jù)速率最高達(dá)164kb/s。信道資源既可用于話(huà)音也可用于GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，信道充足時(shí)，還可把一些信道定義為GPRS專(zhuān)用信道。異步傳輸：將數(shù)據(jù)打散并分組打包，標(biāo)上最終目的地址并分別傳輸，數(shù)據(jù)自動(dòng)選擇最優(yōu)途徑傳送。若網(wǎng)絡(luò)故障，數(shù)據(jù)自動(dòng)繞過(guò)故障區(qū)域，使網(wǎng)絡(luò)不同部分同時(shí)負(fù)載大量不同信息，經(jīng)濟(jì)高效。盡力而為的服務(wù)：吞吐量和延遲取決于同時(shí)共享服務(wù)的用戶(hù)數(shù)。結(jié)合GPRS的2G蜂窩技術(shù)被稱(chēng)為2.5G。可提供的服務(wù)：短信和廣播，“永遠(yuǎn)在”上網(wǎng)，多媒體消息業(yè)務(wù)，一鍵通，即時(shí)通訊和無(wú)線村，通過(guò)無(wú)線應(yīng)用協(xié)議(WAP)實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)服務(wù)，點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)服務(wù)等。7.1蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)

——數(shù)字業(yè)務(wù)高速電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(HSCSD)

對(duì)GSM系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制電路交換數(shù)據(jù)(CSD)的增強(qiáng)，旨在通過(guò)更高效的信道編碼和多時(shí)隙提供更高的數(shù)據(jù)速率。HSCSD屬于一種過(guò)渡模式，對(duì)已有網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)要求不大，只需更換手機(jī)即可完成過(guò)渡。機(jī)制：通過(guò)捆綁4個(gè)信道(時(shí)隙)同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，理論上可把14.4kbit/s的WAP速率提高到57.6kbit/s。不必等待網(wǎng)絡(luò)許可即可發(fā)送數(shù)據(jù)包因而具有比GPRS更低的平均無(wú)線電接口延遲。允許不同糾錯(cuò)方法用于數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)無(wú)線鏈路質(zhì)量提供不同層次的糾錯(cuò)。應(yīng)用：Internet瀏覽，收發(fā)E-mail，LAN接入等，更適合高速傳真等實(shí)時(shí)應(yīng)用。是增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率的GSM演進(jìn)(EDGE)和通用移動(dòng)電信系統(tǒng)(UMTS)系統(tǒng)的選擇。7.1蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)

——數(shù)字業(yè)務(wù)移動(dòng)IP(MIP)MIP是在GSM網(wǎng)上引入IP電話(huà)業(yè)務(wù)，通過(guò)在移動(dòng)本地網(wǎng)和固定本地網(wǎng)接口處引入IP接口網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)。MIP是一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，旨在保持永久IP地址的情況下實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶(hù)跨越不同網(wǎng)絡(luò)的漫游功能。機(jī)制：MIP中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)有兩種地址：歸屬I(mǎi)P地址(固定地址)和移動(dòng)地址(隨移動(dòng)變化)。歸屬I(mǎi)P由歸屬子網(wǎng)分配，設(shè)備移動(dòng)到其它地區(qū)時(shí)需將新地址發(fā)給歸屬代理。使用歸屬I(mǎi)P地址發(fā)送數(shù)據(jù)到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)時(shí)，首先到達(dá)歸屬代理，查找移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的注冊(cè)信息并獲得用戶(hù)當(dāng)前子網(wǎng)的外部代理地址，訪問(wèn)外部代理最終找到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)并通信。應(yīng)用：解決許多應(yīng)用(如VPN，VoIP)網(wǎng)絡(luò)連接和IP地址突然變化問(wèn)題。常見(jiàn)于有線和無(wú)線環(huán)境中，用戶(hù)攜帶移動(dòng)設(shè)備需要跨多個(gè)LAN子網(wǎng)，或在重疊的無(wú)線系統(tǒng)之間漫游，如DVB(DigitalVideoBroadcasting)。7.1蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)

——數(shù)字業(yè)務(wù)其他數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)包括用于數(shù)字傳真、可視圖文、可視電話(huà)、計(jì)算機(jī)文件傳輸?shù)榷喾N業(yè)務(wù)的無(wú)繩數(shù)據(jù)通信；無(wú)線數(shù)據(jù)廣播；用于E-mail，小體積用戶(hù)設(shè)備的個(gè)人通信系統(tǒng)PCS)；無(wú)需建立額外無(wú)線連接的WLAN(WirelessLocalAreaNetwork)等。7.24G技術(shù)需求

——MIMO原理：MIMO的多入多出是針對(duì)多徑無(wú)線信道來(lái)說(shuō)的，MIMO系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均采用多天線(或陣列天線)和多通道。圖7.2.1為MIMO系統(tǒng)的原理圖，傳輸信息流b經(jīng)過(guò)空時(shí)編碼形成Nt個(gè)信息子流，這Nt個(gè)子流由Nt個(gè)發(fā)射天線（TX1到TXNt）發(fā)射，經(jīng)空間信道后由Nr個(gè)接收天線接收。多天線接收機(jī)利用空時(shí)編碼處理能夠分開(kāi)并解碼這些數(shù)據(jù)子流，得到接收數(shù)據(jù)流b’，從而實(shí)現(xiàn)最佳的處理。圖7.2.1MIMO系統(tǒng)原理7.24G技術(shù)需求

——MIMOMIMO系統(tǒng)的信道容量：如果用于描述具有Nt發(fā)射天線與Nr接收天線的無(wú)線鏈路的信道矩陣的元素是完全獨(dú)立衰落的，則該系統(tǒng)的容量隨最小天線數(shù)目線性增長(zhǎng)，即當(dāng)天線數(shù)目較多時(shí)，平均容量為C是香農(nóng)信道容量，ρ是各接收天線的信噪比，H表示復(fù)共軛轉(zhuǎn)置，H是Nt×Nr信道矩陣?？梢钥闯觯诺廊萘侩S著天線數(shù)量的增加而線性增大。也就是說(shuō)可以利用MIMO信道成倍地提高無(wú)線信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高，同時(shí)也可以提高信道的可靠性，降低誤碼率。因此MIMO對(duì)于提高無(wú)線通信系統(tǒng)的容量具有極大的潛力。7.24G技術(shù)需求

——MIMO關(guān)鍵技術(shù)：

空分復(fù)用和空間分集空分復(fù)用：用不同天線發(fā)的數(shù)據(jù)流個(gè)數(shù)大于或等于2，即同時(shí)有多個(gè)數(shù)據(jù)流傳送，主要獲得復(fù)用增益，提高數(shù)據(jù)速率和頻譜效率?？辗謴?fù)用可分為水平分層空時(shí)碼(H-BLAST)，垂直分層空時(shí)碼(V-BLAST)，對(duì)角分層空時(shí)碼(D-BLAST)。空間分集：不同天線發(fā)送同一個(gè)數(shù)據(jù)流，只通過(guò)編碼，不同端口發(fā)送的數(shù)據(jù)的相位等信息不一樣，但本質(zhì)是同一個(gè)數(shù)據(jù)流，主要是為了獲得分集增益，降低誤碼率，提高傳輸可靠性?？臻g分集主要包括空時(shí)分組碼(STBC)和空時(shí)網(wǎng)格碼(STTC)。7.24G技術(shù)需求

——MIMO評(píng)價(jià)MIMO中包含的技術(shù)可同時(shí)存在并相互配合應(yīng)用，如既包含空間復(fù)用又有空間分集技術(shù)。允許多個(gè)天線同時(shí)發(fā)送和接收多個(gè)空間流并能區(qū)分不同空間方位的信號(hào)。充分開(kāi)發(fā)空間資源，增加了無(wú)線系統(tǒng)的覆蓋范圍，提升信道容量并提高信道的可靠性。信道容量：理論上功率和帶寬固定時(shí)，MIMO系統(tǒng)的最大容量隨發(fā)送和接收最小天線數(shù)的增加而線性增加。在不增加帶寬和天線發(fā)送功率情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。同樣的條件下僅在接收端或發(fā)射端實(shí)現(xiàn)多天線或天線陣列，其容量?jī)H正比于天線數(shù)的對(duì)數(shù)。因此，MIMO技術(shù)對(duì)于提高系統(tǒng)容量具有極大潛力?？煽啃耘c有效性：MIMO可同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)送分集和接收分集，同時(shí)獲得分集增益和復(fù)用增益，通過(guò)分集技術(shù)獲取空間分集以提高信息傳輸?shù)目煽啃裕焕貌煌炀€間的空間信道，采用空間復(fù)用技術(shù)同時(shí)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)流來(lái)獲取空間復(fù)用增益以增加信息傳輸?shù)挠行浴?.24G技術(shù)需求

——OFDMOFDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制將寬帶信道分成若干并行窄正交子信道，使每個(gè)子信道的帶寬小于信道的相干帶寬，從而每個(gè)子信道所經(jīng)歷的衰落近似是平坦衰落，有利于消除碼間串?dāng)_。同時(shí)由于子信道帶寬僅是信道帶寬的一小部分，因此信道均衡變得相對(duì)容易。OFDM技術(shù)將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個(gè)子信道上并行傳輸。正交信號(hào)在接收端采用相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分別解調(diào)，減少了子信道之間的相互干擾。包含以下類(lèi)型：V-OFDM,W-OFDM,F-OFDM,MIMO-OFDM,多帶-OFDM。7.24G技術(shù)需求

——OFDM原理

OFDM技術(shù)的基本原理是將高速的數(shù)據(jù)流通過(guò)串并變換，分配到傳輸速率相對(duì)較低的若干子載波上進(jìn)行傳輸，各個(gè)子載波相互正交，接收機(jī)可依靠正交性來(lái)解調(diào)信號(hào)。系統(tǒng)的基本模型如圖7.2.2所示，其中fi表示第i個(gè)子載波的載波頻率。圖7.2.2OFDM基帶調(diào)制解調(diào)原理7.24G技術(shù)需求

——OFDM原理一個(gè)OFDM符號(hào)內(nèi)包括多個(gè)子載波，一個(gè)符號(hào)可以表示為其中，X(i)為調(diào)制前的并行數(shù)據(jù)符號(hào)，NC為子載波個(gè)數(shù)，也就是OFDM符號(hào)長(zhǎng)度。從上式可知，OFDM調(diào)制可以使用IDFT實(shí)現(xiàn)，因此，可以在接收端利用DFT實(shí)現(xiàn)解調(diào)。使用FFT/IFFT則是更快速的方法。7.24G技術(shù)需求

——OFDM原理

首先對(duì)輸入比特流進(jìn)行基帶處理，復(fù)信號(hào)串并轉(zhuǎn)換后進(jìn)行DFT變換將這

個(gè)信號(hào)矢量s轉(zhuǎn)變到時(shí)域。隨后Ng個(gè)采樣點(diǎn)的CP被加到信號(hào)上，得到了的發(fā)送端的基帶矢量u，將信號(hào)轉(zhuǎn)換到模擬域與并且上變頻到fc，最后通過(guò)無(wú)線多徑信道進(jìn)行傳輸。

接收信號(hào)通過(guò)接收端的射頻前端被下變頻到基帶，得到了的矢量y，模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)后進(jìn)入基帶處理部分。該處理過(guò)程移去CP，相當(dāng)于去掉了ISI的影響。這時(shí)DFT處理將信號(hào)分離到不同的子載波上得到的矢量x，接下來(lái)的并串轉(zhuǎn)換過(guò)程即將剩下的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。圖7.2.3OFDM系統(tǒng)框圖7.24G技術(shù)需求

——OFDM原理圖7.2.4展示了三個(gè)OFDM子載波的頻譜示意。很明顯可以看出，載波的分離無(wú)法用帶通濾波器來(lái)完成。因此，需要應(yīng)用基帶處理的方法，即利用子載波的正交屬性。從圖7.2.57.2.3中可以很明顯可以看出這一屬性，也即在某一個(gè)子載波的最大幅值處，其它子載波的幅度都為0。圖7.2.4三個(gè)子載波的OFDM子載波信號(hào)的形成圖7.2.5時(shí)域信號(hào)OFDM添加循環(huán)前綴(CP)7.24G技術(shù)需求

——OFDM評(píng)價(jià)

由于OFDM信號(hào)的表達(dá)式形式如同逆離散傅里葉變換(IDFT)，因此可以利用IDFT和DFT進(jìn)行OFDM調(diào)制和解調(diào)。而由于DFT運(yùn)算的復(fù)雜度為N2，極大限制了OFDM的運(yùn)用。基于2的快速傅里葉算法(FFT)，能夠?qū)⒏道锶~變換的復(fù)雜度降低到(N/2)log2N，極大地降低了運(yùn)算復(fù)雜度。得益于快速傅里葉變換芯片的發(fā)展，OFDM系統(tǒng)才能迅速推廣。調(diào)制技術(shù)：引入了“自適應(yīng)調(diào)制”概念，按各路子載波所處的頻段的信道特性采用不同的調(diào)制方式，且隨著信道特性而改變，具有極大靈活性。如在信道好的情況下可以采用高階調(diào)制如64QAM，在信道情況變差時(shí)采用低階調(diào)制如BPSK，這樣能在頻譜利用率和信噪比之間取得最佳平衡?？拐瓗Ц蓴_能力：OFDM系統(tǒng)與生俱來(lái)的頻率分集特性，能夠規(guī)避窄帶干擾部分的頻段，或使用低階調(diào)制和采用前向糾錯(cuò)碼等手段來(lái)解決?？苟鄰礁蓴_能力：將單路高速串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗦返退俨⑿袛?shù)據(jù)流，使碼元周期變長(zhǎng)，從而削弱了多徑干擾的影響。此外還采用了循環(huán)前綴(CP)作為碼間保護(hù)間隔，進(jìn)一步減少甚至消除了碼間干擾，并保證了各路子載波間的正交性，大大減少了子載波間干擾。但加入的CP增加了系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，降低了數(shù)據(jù)的傳輸效率，CP長(zhǎng)度越長(zhǎng)，傳輸效率越低。7.24G技術(shù)需求

——OFDM評(píng)價(jià)頻譜效率高：允許子載波間頻譜相互重疊，擁有很高的頻譜效率，理論上可以接近奈奎斯特極限。同時(shí)在OFDM符號(hào)積分周期內(nèi)各個(gè)子載波相互正交，有效地避免用戶(hù)間干擾，因此具有很高的系統(tǒng)容量。帶寬擴(kuò)展性強(qiáng)：通過(guò)改變使用的子載波數(shù)目，能靈活的改變系統(tǒng)帶寬。通過(guò)載波聚合技術(shù)，包括連續(xù)和非連續(xù)載波聚合，能夠?qū)⑾到y(tǒng)帶寬增加到100M。資源分配顆粒度?。和ㄟ^(guò)選擇使用合適的子載波靈活分配頻率資源。且每個(gè)子載波可通過(guò)自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)能夠獲得最佳的系統(tǒng)性能。實(shí)現(xiàn)MIMO技術(shù)簡(jiǎn)單：由于OFDM中子載波帶寬內(nèi)信道是平坦的，因此在子載波的MIMO檢測(cè)中不需要考慮多徑的影響，極大地簡(jiǎn)化了MIMO接收機(jī)的復(fù)雜度。7.24G技術(shù)需求

——OFDM評(píng)價(jià)對(duì)載波頻偏十分敏感：由于OFDM要求子載波之間嚴(yán)格正交，任何細(xì)微的頻偏都會(huì)破壞子載波間的正交性，引起子載波間干擾(ICI)。實(shí)際無(wú)線環(huán)境中移動(dòng)物體都會(huì)引起頻偏。此外，由于硬件引入的相位噪聲會(huì)造成信號(hào)星座圖的旋轉(zhuǎn)、擴(kuò)散，進(jìn)而引入ICI。峰均功率比過(guò)高：OFDM信號(hào)由多個(gè)載波疊加而成，各個(gè)載波的幅值、相位獨(dú)立，當(dāng)這些載波的相位相同或相近時(shí)會(huì)產(chǎn)生較高的瞬時(shí)功率。高峰均比要求功率放大器有很大的線性范圍，否則會(huì)造成波形失真，引入非線性干擾。同時(shí)高峰均比也要求D/A和A/D有更高的無(wú)失真動(dòng)態(tài)范圍。7.24G技術(shù)需求

——MIMO-OFDM關(guān)鍵技術(shù)(1)同步技術(shù)載波同步時(shí)間同步采樣同步符號(hào)同步幀同步基于訓(xùn)練序列的同步算法基于循環(huán)前綴的最大似然算法7.24G技術(shù)需求

——MIMO-OFDM關(guān)鍵技術(shù)(2)信道估計(jì)基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)盲信道估計(jì)子空間法蒙特卡洛方法最大似然法基于代價(jià)函數(shù)的梯度算法利用空時(shí)編碼技術(shù)的估計(jì)方法等LS算法MMSE算法SVD-LMMSE算法EM算法等按信道估計(jì)原理不同按導(dǎo)頻形式不同基于訓(xùn)練序列的信道估計(jì)方法基于導(dǎo)頻符號(hào)的信道估計(jì)方法7.35G關(guān)鍵技術(shù)

——技術(shù)要求與路線技術(shù)要求未來(lái)5G將應(yīng)用于生活、工作、娛樂(lè)等各種領(lǐng)域，大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用、機(jī)器到機(jī)器(M2M)通信或以機(jī)器為中心的通信，面臨著更加多樣化的業(yè)務(wù)需求和極致的性能挑戰(zhàn)。ITU-R確定的5G三大應(yīng)用場(chǎng)景：增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶(eMBB)、大規(guī)模機(jī)器類(lèi)通信(mMTC)和超高可靠和低延遲通信(uRLLC)。5G網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)要求：連續(xù)廣域覆蓋、熱點(diǎn)高容量、低時(shí)延高可靠、低功耗大連接以及高速移動(dòng)性。關(guān)鍵技術(shù)：稀疏碼分多址(SCMA)、圖樣分割多址(PDMA)與多用戶(hù)共享接入(MUSA)等新型多址技術(shù)，全雙工(同時(shí)同頻全雙工)、大規(guī)模天線、超密集小區(qū)組網(wǎng)、新型調(diào)制編碼、終端直通(D2D)以及全頻譜接入等。7.35G關(guān)鍵技術(shù)

——技術(shù)要求與路線場(chǎng)景應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)要求解決方案eMBB三維立體視頻、超高清視頻、云工作與娛樂(lè)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等1Gbps用戶(hù)體驗(yàn)速率、數(shù)十Gbps峰值速率、高頻譜效率、低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延等頻譜接入、大規(guī)模/3DMIMO、新空口技術(shù)(先進(jìn)多址接入)、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)、小小區(qū)、D2D、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化、自組織網(wǎng)絡(luò)、全雙工等mMTC物聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、智能樓宇等百萬(wàn)級(jí)連接密度、數(shù)十Tbps/km2的流量密度、高速移動(dòng)性、低時(shí)延等頻譜接入、自組織網(wǎng)絡(luò)、D2D、新空口技術(shù)(先進(jìn)多址接入)、全雙工等

URLLC無(wú)人駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療、工業(yè)自動(dòng)化等低功耗、低成本、低時(shí)延、高可靠性等高效節(jié)能硬件、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)、D2D、新空口技術(shù)(先進(jìn)多址接入)、自組織網(wǎng)絡(luò)等

表7.3.15G網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用場(chǎng)景與技術(shù)要求7.35G關(guān)鍵技術(shù)

——技術(shù)要求與路線技術(shù)路線為滿(mǎn)足5G網(wǎng)絡(luò)的性能與技術(shù)需求，將以LTE/LTE-Advanced技術(shù)框架為基礎(chǔ)，在傳統(tǒng)移動(dòng)通信頻率段引入增強(qiáng)技術(shù)，進(jìn)一步提升4G系統(tǒng)的傳輸速率、系統(tǒng)容量、連接數(shù)、時(shí)延等關(guān)鍵性能指標(biāo)，4G向5G演進(jìn)的技術(shù)路線主要聚焦在無(wú)線接入和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)兩個(gè)層面進(jìn)行增強(qiáng)或革新。1)無(wú)線接入技術(shù)：為滿(mǎn)足不同場(chǎng)景差異化的性能需求，可采取空間域的大規(guī)模擴(kuò)展、地理域的超密集部署、頻率域的高寬帶獲取，先進(jìn)的多址接入技術(shù)等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。2)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：為滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的成本以及提升網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)營(yíng)效率等需求，可采用靈活的多網(wǎng)絡(luò)融合、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。7.35G關(guān)鍵技術(shù)

——技術(shù)要求與路線空間域擴(kuò)展大規(guī)模天線M-MIMO地理域擴(kuò)展超密集組網(wǎng)UDN頻率域擴(kuò)展核心網(wǎng)/無(wú)線側(cè)互操作多網(wǎng)絡(luò)融合功能區(qū)塊分割網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化控制面與數(shù)據(jù)面分離軟件定義網(wǎng)絡(luò)(a)無(wú)線接入技術(shù)(b)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高頻段通信7.35G關(guān)鍵技術(shù)

——大規(guī)模MIMO大規(guī)模MIMO除提供更大的空間自由度、信道容量與分集增益以外，還有如下優(yōu)點(diǎn)：1)極低的單位天線發(fā)射功率理想情況下，如果只保證單根接收天線的信號(hào)接收強(qiáng)度，則使用n天線總發(fā)射功率只需原來(lái)的1/n，大大降低單根天線的發(fā)射功率。2)較低的熱噪聲與非相干干擾的影響

利用相干接收機(jī)可降低不同接收天線間的非相干干擾部分，非相干的干擾信號(hào)明顯降低，熱噪聲等非相干噪聲不再是主要的干擾來(lái)源。3)降低小區(qū)內(nèi)自干擾，提升空間分辨率利用波束賦形技術(shù)讓發(fā)射信號(hào)形成更窄的波束，使信號(hào)能量較小的波束有效地匯集，將信號(hào)強(qiáng)度集中于特定方向和用戶(hù)群，顯著降低小區(qū)自干擾、鄰區(qū)干擾，同時(shí)提高系統(tǒng)空間分辨能力及用戶(hù)信號(hào)載干比。4)信道“硬化”天線數(shù)目足夠大時(shí)，將隨機(jī)矩陣?yán)碚撘氲酱笠?guī)模MIMO理論研究中，信道參數(shù)將趨于確定性，即信道矩陣的奇異值的概率分布情況將會(huì)呈現(xiàn)確定性，信道發(fā)生“硬化”，減小快速衰落的影響。7.35G關(guān)鍵技術(shù)

——大規(guī)模MIMO

隨著天線數(shù)目的進(jìn)一步增加不可避免的會(huì)帶來(lái)新問(wèn)題，除增大誤碼率(SER)外，大規(guī)模MIMO還存在如下缺點(diǎn)：1)互耦效應(yīng)

在給定陣列尺寸的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，天線數(shù)量增加必然減小天線單元之間的距離，導(dǎo)致了天線單元間更強(qiáng)的互耦效應(yīng)，使信道容量下降。2)導(dǎo)頻污染

由于基站天線數(shù)量增加，相鄰小區(qū)用戶(hù)上行信道估計(jì)中使用同一組(或非正交的)訓(xùn)練序列，導(dǎo)致基站端信道估計(jì)的結(jié)果并非本地用戶(hù)和基站間的信道，而是被其他小區(qū)用戶(hù)發(fā)送的訓(xùn)練序列所污染，受污染的信道估計(jì)的下行鏈路波束賦形將對(duì)使用同一個(gè)導(dǎo)頻序列的終端造成持續(xù)的定向干擾，降低系統(tǒng)容量。大規(guī)模天線技術(shù)中天線陣列的增加會(huì)增加運(yùn)營(yíng)成本，此外，信道測(cè)量、建模與估計(jì)、波束賦型/預(yù)編碼與檢測(cè)設(shè)計(jì)、硬件復(fù)雜度等問(wèn)題也將限制大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。7.35G關(guān)鍵技術(shù)

——大規(guī)模MIMO應(yīng)用場(chǎng)景

場(chǎng)景類(lèi)型主要特點(diǎn)解決方案城區(qū)覆蓋宏覆蓋覆蓋面積大、用戶(hù)數(shù)量大波束賦型使多流數(shù)據(jù)并行傳輸，小型化天線微覆蓋覆蓋面積小、用戶(hù)密度大，較高頻段，3D波束賦型高層覆蓋低基站到高層覆蓋垂直方向的提供信號(hào)波束賦型的自由度，提高覆蓋能力郊區(qū)覆蓋

覆蓋面積大，用戶(hù)密度小、容量需求低

7.35G關(guān)鍵技術(shù)

——大規(guī)模MIMO關(guān)鍵技術(shù)(1)信道信息測(cè)量與建模技術(shù)(2)信道信息傳輸、檢

測(cè)與反饋技術(shù)(3)覆蓋增強(qiáng)技術(shù)以及高速移動(dòng)解決方案(4)商業(yè)化部署的運(yùn)營(yíng)成本信道信息測(cè)量信道建模傳輸與檢測(cè)技術(shù)反饋技術(shù)7.35G關(guān)鍵技術(shù)

——非正交多址5G技術(shù)中，為了解決頻譜效率以及海量設(shè)備連接的需求，誕生了一種新型多址接入復(fù)用方式，即非正交多址接入(NOMA)。優(yōu)點(diǎn)：能夠?qū)⒁粋€(gè)資源分配給多個(gè)用戶(hù)，在發(fā)送端采用非正交發(fā)送，主動(dòng)引入干擾信息，在接收端通過(guò)SIC技術(shù)解調(diào)信號(hào)，從而提升系統(tǒng)的頻譜效率。目前共有十多種NOMA候選方案在競(jìng)爭(zhēng)，我國(guó)主要有三種：華為SCMA(SparseCodeMultipleAccess)大唐的PDMA(PatternDivisionMultipleAccess)中興MUSA(Multi-UserSharedAccess)。7.35G關(guān)鍵技術(shù)

——非正交多址(1)SCMA基于碼域疊加的新型多址技術(shù)，將低密度碼和調(diào)制技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)共軛、置換以及相位旋轉(zhuǎn)等方式選擇最優(yōu)的碼本集合，不同用戶(hù)基于分配的碼本進(jìn)行信息傳輸。(2)PDMA以多用戶(hù)信息理論為基礎(chǔ)，在發(fā)送端利用圖樣分割技術(shù)對(duì)用戶(hù)信號(hào)進(jìn)行合理分割，在接收端進(jìn)行相應(yīng)的串行干擾消除(SIC)，可以逼近多址接入信道的容量界。(3)MUSA基于碼域疊加的多址接入，對(duì)于上行鏈路，將不同用戶(hù)的已調(diào)符號(hào)經(jīng)過(guò)特定的擴(kuò)展序列擴(kuò)展后在相同資源上發(fā)送，接收端采用SIC接收機(jī)對(duì)用戶(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼。7.35G關(guān)鍵技術(shù)

——同時(shí)同頻全雙工為解決半雙工技術(shù)頻譜利用率低下的問(wèn)題，學(xué)術(shù)界開(kāi)始研究同時(shí)同頻全雙工技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)全雙工)在無(wú)線通信領(lǐng)域的應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信設(shè)備在單一頻段上的同時(shí)雙向數(shù)據(jù)傳輸，在理論上實(shí)現(xiàn)頻譜利用率的倍增，也能有效降低端到端的傳輸時(shí)延和減小信令開(kāi)銷(xiāo)。核心問(wèn)題：如何有效地抑制和消除強(qiáng)烈的自干擾?，F(xiàn)行的自干擾消除研究中，對(duì)于全雙工自干擾消除的設(shè)計(jì)主要采用三種消除方式：被動(dòng)自干擾消除(天線端)模擬域自干擾消除(射頻端)數(shù)字域自干擾消除7.35G關(guān)鍵技術(shù)

——同時(shí)同頻全雙工為解決半雙工技術(shù)頻譜利用率低下的問(wèn)題，學(xué)術(shù)界開(kāi)始研究同時(shí)同頻全雙工技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)全雙工)在無(wú)線通信領(lǐng)域的應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信設(shè)備在單一頻段上的同時(shí)雙向數(shù)據(jù)傳輸，在理論上實(shí)現(xiàn)頻譜利用率的倍增，也能有效降低端到端的傳輸時(shí)延和減小信令開(kāi)銷(xiāo)。核心問(wèn)題：如何有效地抑制和消除強(qiáng)烈的自干擾。現(xiàn)行的自干擾消除研究中，對(duì)于全雙工自干擾消除的設(shè)計(jì)主要采用三種消除方式：被動(dòng)自干擾消除(天線端)模擬域自干擾消除(射頻端)數(shù)字域自干擾消除7.35G關(guān)鍵技術(shù)

——同時(shí)同頻全雙工被動(dòng)消除技術(shù)天線定向法

天線隔離法物理隔離、天線消除、雙工器隔離天線極化法

主動(dòng)消除技術(shù)模擬域消除巴倫消除、矢量調(diào)制器消除、多TAP消除

數(shù)字域消除信道估計(jì)法(時(shí)域消除、頻域消除)，信道建模法，自適應(yīng)算法表7.3.4全雙工自干擾消除的主要技術(shù)7.35G關(guān)鍵技術(shù)

——超密集多小區(qū)技術(shù)通過(guò)更加“密集化”的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施部署，使終端在部分區(qū)域內(nèi)捕獲更多的頻譜，距離各個(gè)發(fā)射節(jié)點(diǎn)距離也更近，提升業(yè)務(wù)的功率效率和頻譜效率，在局部熱點(diǎn)區(qū)域可以實(shí)現(xiàn)百倍量級(jí)的系統(tǒng)容量提升，并天然地保證了業(yè)務(wù)在各種接入技術(shù)和各覆蓋層次間負(fù)荷分擔(dān)。典型應(yīng)用場(chǎng)景：辦公室、密集住宅、密集街區(qū)、校園、大型集會(huì)、體育場(chǎng)、地鐵等人流密度較大的區(qū)域。技術(shù)挑戰(zhàn)：干擾、移動(dòng)性、站址、傳輸資源以及部署成本等。在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景下，如何有效進(jìn)行節(jié)點(diǎn)協(xié)作、干擾消除、干擾協(xié)調(diào)成為重點(diǎn)解決的問(wèn)題，目前業(yè)內(nèi)已提出了一系列解決方案，包括接入和回傳聯(lián)合設(shè)計(jì)、干擾管理和抑制、小區(qū)虛擬化技術(shù)。7.35G關(guān)鍵技術(shù)

——超密集多小區(qū)技術(shù)接入和回傳聯(lián)合設(shè)計(jì)包括混合分層回傳、多跳多路徑的回傳、自回傳技術(shù)和靈活回傳技術(shù)等。干擾管理和抑制策略當(dāng)前干擾管理和抑制策略主要包括自適應(yīng)小小區(qū)分簇、基于集中控制的多小區(qū)相干協(xié)作傳輸，和基于分簇的多小區(qū)頻率資源協(xié)調(diào)技術(shù)。小區(qū)虛擬化技術(shù)包括以用戶(hù)為中心的虛擬化小區(qū)技術(shù)、虛擬層技術(shù)和軟扇區(qū)技術(shù)。7.35G關(guān)鍵技術(shù)

——超密集多小區(qū)技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)1)切換算法：超密集多小區(qū)場(chǎng)景下，小區(qū)邊界數(shù)量劇增、邊界更不規(guī)則，導(dǎo)致更頻繁、更為多樣的切換，原有的4G分布式切換算法面臨著較重的網(wǎng)絡(luò)控制信令負(fù)荷，新的切換算法顯得尤為重要。2)SON技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜透蓴_類(lèi)型也隨機(jī)動(dòng)態(tài)變化加上多樣化的用戶(hù)業(yè)務(wù)需求使超密集多小區(qū)技術(shù)中必須配合更智能的、能統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)多種無(wú)線接入制式、覆蓋層次的自配置、自?xún)?yōu)化、自愈合的網(wǎng)絡(luò)自組織技術(shù)，降低網(wǎng)絡(luò)部署、運(yùn)營(yíng)維護(hù)復(fù)雜度和成本，提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。此外，在5G網(wǎng)絡(luò)中為了能夠滿(mǎn)足極致的用戶(hù)體驗(yàn)，適應(yīng)新業(yè)務(wù)的需求，新型多載波，先進(jìn)編碼調(diào)制：高頻通信技術(shù)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)等也是主要的研究方向。7.35G關(guān)鍵技術(shù)

——5G標(biāo)準(zhǔn)化2015年10月26日至30日，瑞士日內(nèi)瓦召開(kāi)的2015無(wú)線電通信全會(huì)上國(guó)際電聯(lián)無(wú)線電通信部門(mén)(ITU-R)正式批準(zhǔn)了三項(xiàng)有利于推進(jìn)未來(lái)5G研究進(jìn)程的決議，并正式確定了5G的法定名稱(chēng)是“IMT-2020”。2017年2月，國(guó)際電信聯(lián)盟(國(guó)際電聯(lián))公布了預(yù)期將成為5G最終規(guī)范的草案，該草案中包含電信企業(yè)在“5G”中必須遵守的十三項(xiàng)不同指標(biāo)，預(yù)示著5G在標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程中又向前邁出了一大步2012-2015年(已完成)2016-2017年(部分完成)2018-2019年(計(jì)劃)2019-2020年(計(jì)劃)制定計(jì)劃市場(chǎng)/服務(wù)觀點(diǎn)技術(shù)/研究啟動(dòng)愿景-IMT2020名稱(chēng)低于6GHz頻譜過(guò)程優(yōu)化頻譜/頻段安排(WRC-15之后)技術(shù)性能要求評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)提案邀請(qǐng)分享研究參數(shù)(IMT-WRC-19)分享研究(WRC-19)提案評(píng)估達(dá)成共識(shí)CPM報(bào)告(IMT-WRC-19)分享研究報(bào)告(WRC-19)頻譜/頻段安排決定于無(wú)線電框架詳細(xì)的IMT-2020無(wú)線電規(guī)范未來(lái)增強(qiáng)/更新計(jì)劃與過(guò)程面向未來(lái)做好準(zhǔn)備：愿景、頻譜和技術(shù)概覽確定技術(shù)規(guī)范表7.3.6IMT-2020標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程7.35G關(guān)鍵技術(shù)

——5G標(biāo)準(zhǔn)化5G編碼方案在5G標(biāo)準(zhǔn)移動(dòng)寬帶增強(qiáng)場(chǎng)景編碼方案競(jìng)爭(zhēng)中，有3大編碼候選技術(shù)：①高通提出的LDPC編碼方案；②法國(guó)承襲的Turbo編碼技術(shù)路線；③中國(guó)華為力推的PolarCode(極化碼)編碼方案。在2016年10月14日的3GPPRAN1會(huì)議上，美國(guó)LDPC方案被3GPP確定為5G中長(zhǎng)碼編碼方案。2016年11月17日的3GPPRAN187次會(huì)議上，在短碼編碼方案中，中國(guó)華為主推的Polar方案成為5G控制信道編碼方案；而美國(guó)LDPC則成為數(shù)據(jù)信道的上行和下行短碼方案。7.35G關(guān)鍵技術(shù)

——5G標(biāo)準(zhǔn)化5G新空口技術(shù)“空口”指是移動(dòng)終端到基站之間的連接協(xié)議，是移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)中一個(gè)至關(guān)重要的標(biāo)準(zhǔn)。3G空口編碼技術(shù)為WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000三個(gè)不同的CDMA制式；4G空口編碼技術(shù)為OFDM。目前，圍繞5G標(biāo)準(zhǔn)新空口技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，主要也是在中國(guó)和美國(guó)之間展開(kāi)。中國(guó)華為助推5G新空口技術(shù)F-OFDM和SCMA；而美國(guó)高通稱(chēng)，該公司完成的首個(gè)5G連接，展示了多項(xiàng)先進(jìn)的3GPP5G新空口技術(shù)，包括自適應(yīng)獨(dú)立TDD子幀、基于OFDM的可擴(kuò)展波形以支持更大帶寬、先進(jìn)的LDPC信道編碼和基于低延遲時(shí)隙結(jié)構(gòu)的全新靈活設(shè)計(jì)等。數(shù)字圖像通信系統(tǒng)54第8章數(shù)字圖像通信系統(tǒng)8.1概述8.2數(shù)字圖像通信原理8.3數(shù)字傳真通信8.4活動(dòng)數(shù)字圖像通信系統(tǒng)558.1概述圖像通信是一種視覺(jué)通信，已成為當(dāng)代通信領(lǐng)域主要手段之一。圖像通信傳送和接收的圖像信息可以是靜止的或活動(dòng)的圖像信息可以采用模擬或數(shù)字的形式進(jìn)行傳送，傳送和接收數(shù)字圖像信號(hào)的通信系統(tǒng)就是數(shù)字圖像通信系統(tǒng)568.1.1圖像通信的特點(diǎn)直觀性強(qiáng)

--圖像表示形象直觀，易于理解。數(shù)據(jù)量大

--數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)量比語(yǔ)音要大一個(gè)數(shù)量級(jí)，比文本數(shù)據(jù)大兩個(gè)數(shù)量級(jí)。信息確切性好

--與聽(tīng)覺(jué)獲取相比，視覺(jué)獲取的信息內(nèi)容更容易確認(rèn)，不易發(fā)生歧義。578.1.2圖像通信的分類(lèi)按業(yè)務(wù)性質(zhì)分傳真、可視電話(huà)、會(huì)議電視、圖文電視、有線電視、高清晰度電視和智能用戶(hù)電報(bào)等。按圖像信息內(nèi)容的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分靜止圖像通信活動(dòng)圖像通信按采用的傳輸技術(shù)分模擬圖像通信數(shù)字圖像通信588.1.3數(shù)字圖像通信系統(tǒng)的組成(1/5)圖8-1圖像通信系統(tǒng)基本組成59數(shù)字圖像通信系統(tǒng)的組成（2/5）輸入設(shè)備輸入設(shè)備產(chǎn)生靜止或活動(dòng)的圖像信號(hào)，例如電視攝像機(jī)、錄像機(jī)、掃描儀、傳真掃描頭和電子黑板等都可作為產(chǎn)生圖像的輸入設(shè)備。60數(shù)字圖像通信系統(tǒng)的組成（3/5）編碼器信源編碼器模擬的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)壓縮圖像信號(hào)。信道編碼器將信源編碼器輸出的比特流轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合信道傳輸?shù)男问桨ú铄e(cuò)控制編碼和調(diào)制，以及數(shù)據(jù)打包和傳輸層控制等。61數(shù)字圖像通信系統(tǒng)的組成（4/5）信道提供讓信號(hào)通過(guò)的通道，同時(shí)也會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生限制和損害狹義信道為傳輸媒質(zhì)廣義信道還包括相關(guān)的轉(zhuǎn)換器和設(shè)備，因此，電話(huà)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)和因特網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)是廣義信道。62數(shù)字圖像通信系統(tǒng)的組成（5/5）解碼器

解調(diào)器、解碼器分別是上述編碼器和調(diào)制器的逆過(guò)程顯示終端用來(lái)顯示被復(fù)原的圖像的設(shè)備，可以是電視熒光屏、液晶顯示屏、打印機(jī)、圖像拷貝機(jī)等638.2數(shù)字圖像通信原理模數(shù)變換圖像壓縮編碼數(shù)字傳輸、寬帶接入與交換等關(guān)鍵技術(shù)648.2.1圖像信號(hào)數(shù)字化(1/4)原始圖像的數(shù)字化包括以下三個(gè)過(guò)程空間位置的數(shù)字化幅度值的數(shù)字化編碼65圖像信號(hào)數(shù)字化(2/4)空間位置的數(shù)字化本質(zhì)上就是對(duì)連續(xù)分布的空間位置進(jìn)行抽樣，選取有限個(gè)位置來(lái)表示整幅圖像。在二維空間中，包括垂直和水平兩個(gè)位置或方向的數(shù)字化。在垂直位置上進(jìn)行掃描，即用若干等距離的水平掃描行來(lái)表示圖像；在水平方向上進(jìn)行抽樣，即按照一定的間隔選取信號(hào)

66圖8-2圖像信息的像素點(diǎn)圖像信號(hào)數(shù)字化(3/4)67圖像信號(hào)數(shù)字化(4/4)幅度的數(shù)字化量化：用有限的幅度值來(lái)表示連續(xù)變化的幅度值

“量化”的含義與2.2.1節(jié)所述內(nèi)容相同，這里不再重述。編碼編碼原理與方法與2.2.1節(jié)相同編碼使用的碼字位數(shù)與量化級(jí)數(shù)有關(guān)，量化級(jí)數(shù)多固然可以減小量化誤差，但是編碼時(shí)使用的碼字位數(shù)也多，占用的傳輸帶寬也越大

688.2.2數(shù)字信號(hào)的壓縮與編碼(1/2)為什么要進(jìn)行壓縮壓縮的必要性

數(shù)字圖像包含巨大的信息量，為了有效地存儲(chǔ)和在有限的信道中傳輸圖像信息，有必要對(duì)圖像信息進(jìn)行壓縮壓縮的可能性圖像信息包含有用的信息和無(wú)用的多余信息，消除多余信息可以節(jié)約碼字，達(dá)到數(shù)據(jù)壓縮的目的。圖像通信允許圖像編碼存在一定失真

69數(shù)字信號(hào)的壓縮與編碼(2/2)圖像壓縮的原理和方法壓縮編碼：在保證一定的圖像質(zhì)量和滿(mǎn)足要求的前提下，減少原始圖像數(shù)據(jù)量的處理過(guò)程兩種基本思路利用圖像固有的統(tǒng)計(jì)特性，從原始圖像中提取有效的信息，盡量去除冗余信息，例如減少相鄰像素之間、相鄰幀之間的冗余信息利用人的視覺(jué)特性，力圖發(fā)現(xiàn)人眼是根據(jù)哪些關(guān)鍵特征來(lái)識(shí)別圖像，然后根據(jù)這些特征來(lái)構(gòu)造圖像模型

70無(wú)失真編碼(1/2)壓縮編碼時(shí)不丟失有效信息，編碼后的復(fù)原圖像與編碼前的原始圖像完全相同

兩種典型方法：哈夫曼編碼和算術(shù)編碼

71無(wú)失真編碼(2/2)圖8-3哈夫曼編碼方法72限失真編碼圖8-4運(yùn)動(dòng)圖像的預(yù)測(cè)編碼壓縮編碼后可能造成失真，編碼后的復(fù)原圖像與編碼前的原始圖像有差別

預(yù)測(cè)編碼、離散余弦變換738.2.3數(shù)字圖像信號(hào)的編碼標(biāo)準(zhǔn)三大系列：H.26x、JPEG和MPEG三大組織國(guó)際電信聯(lián)盟遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)化組ITU-T:ITUforTelecommunicationStandardizationSector國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO:InternationalOrganizationforStandardization國(guó)際電工委員會(huì)IEC:InternationalElectro-technicalCommission74H.261標(biāo)準(zhǔn)第一個(gè)視頻壓縮編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，由ITU-T頒布，在ISDN上開(kāi)展可視電話(huà)和會(huì)議電視數(shù)據(jù)速率為每秒64千比特~192千比特(N64kbps)僅支持CIF和QCIF兩種圖像格式圖像數(shù)據(jù)被劃分為四個(gè)層次原始圖像即為圖像層、塊組層、宏塊層、子塊層預(yù)測(cè)編碼與DCT相配合的混合編碼方式75H.263標(biāo)準(zhǔn)（1/2）H.263核心仍然是DPCM/DCT混合編碼，也采用了四層的分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行編碼與H.261標(biāo)準(zhǔn)不同之處是，H.263做了一些修改或擴(kuò)充支持CIF、QCIF和另外三種圖像格式，它們的分辨率分別為QCIF分辨率的一半、4倍和16倍。預(yù)測(cè)編碼估值精度可以達(dá)到半個(gè)像素增加了四種可選項(xiàng)以提高編碼效率采用算術(shù)編碼代替哈夫曼編碼，編碼效率更高。76H.263標(biāo)準(zhǔn)（2/2）

H.263＋進(jìn)一步提高了壓縮編碼性能支持更多的圖像格式類(lèi)型，允許自定義圖像的尺寸采用更好的編碼方法通過(guò)一些技術(shù)增強(qiáng)了圖像信息在易誤碼、易丟包的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的傳輸

。

77JPEG標(biāo)準(zhǔn)主要用于連續(xù)彩色靜止圖像的數(shù)據(jù)壓縮以DCT技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠提供較好的圖像質(zhì)量和較高的壓縮率由ISO和ITU-T于1991年聯(lián)合公布78JPEG2000支持各種類(lèi)型圖像壓縮，包括二值圖像、多分量圖像、遙感圖像、醫(yī)學(xué)圖像和合成圖像等在表示像素位數(shù)即每像素位低于0.25時(shí)，恢復(fù)出來(lái)的圖像具有較好的細(xì)節(jié)質(zhì)量，比原標(biāo)準(zhǔn)具有更好的甚低比特率性能。對(duì)同一碼流能同時(shí)提供有損或無(wú)損壓縮。允許用戶(hù)自定義感興趣區(qū)域，并對(duì)感興趣區(qū)域的圖像提供更好的編碼質(zhì)量。在通過(guò)無(wú)線信道傳輸時(shí)碼流具有良好的抗誤碼性能，并采用數(shù)字水印技術(shù)提高圖像安全保護(hù)性能。采用了壓縮率更高的小波變換方法79MJPEG標(biāo)準(zhǔn)JPEG標(biāo)準(zhǔn)也用來(lái)對(duì)活動(dòng)圖像進(jìn)行編碼，此時(shí)JPEG把視頻序列中的每一幀當(dāng)作一幅靜止圖像來(lái)處理，即所謂MotionJPEG，簡(jiǎn)稱(chēng)為MJPEG目前JPEG被廣泛應(yīng)用在各種應(yīng)用場(chǎng)合，比如一般的圖片、醫(yī)療圖片、衛(wèi)星圖片的保存和傳輸，多媒體應(yīng)用和廣播電視后期制作等

80MPEG標(biāo)準(zhǔn)活動(dòng)圖像及其聲音的數(shù)字編碼標(biāo)準(zhǔn)包括MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21等多個(gè)版本比其他數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)兼容性好，能夠提供更高的壓縮比率，對(duì)數(shù)據(jù)造成的損失小81MPEG-1用于數(shù)據(jù)傳輸率不超過(guò)每秒1.5兆比特的數(shù)字存儲(chǔ)媒體上活動(dòng)圖像及其伴音的編碼編碼方法采用了改進(jìn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、DCT和量化等技術(shù)支持的典型數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒1.5兆比特，此時(shí)提供的圖像質(zhì)量與家用錄像系統(tǒng)的質(zhì)量相當(dāng)最高編碼速率可達(dá)每秒4兆比特~5兆比特，隨著速率的提高，解碼后的圖像質(zhì)量有所降低應(yīng)用于VCD、MP3和數(shù)字電話(huà)網(wǎng)絡(luò)上的視頻傳輸，如視頻點(diǎn)播，它也可被用來(lái)在因特網(wǎng)上傳輸音頻82MPEG-2

適用于每秒1.5兆比特～60兆比特，甚至更高數(shù)據(jù)速率的編碼，編碼碼率從每秒3兆比特～100兆比特特別適用于廣播級(jí)的數(shù)字電視的編碼和傳送，被認(rèn)定為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視和高清晰度電視的編碼標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用范圍更廣，包括了MPEG-1的工作范圍區(qū)分不同類(lèi)型的應(yīng)用，對(duì)不同應(yīng)用下的圖像提供不同級(jí)別的圖像質(zhì)量，即低級(jí)、主級(jí)、高級(jí)和更高級(jí)低級(jí)圖像質(zhì)量與MPEG-1相同主級(jí)圖像質(zhì)量相當(dāng)于演播室圖像質(zhì)量高級(jí)和更高級(jí)圖像質(zhì)量相當(dāng)于高清晰度電視質(zhì)量由于MPEG-2的功能包括了MPEG-3，后來(lái)MPEG-3被取消83MPEG-4(1/3)針對(duì)數(shù)字電視、交互式圖形應(yīng)用、交互式多媒體整合和壓縮技術(shù)的需求而制定不只是具體的壓縮算法，它將眾多的多媒體應(yīng)用集成在一個(gè)完整的框架內(nèi)，目的是為多媒體通信及應(yīng)用環(huán)境提供標(biāo)準(zhǔn)的算法和工具，從而建立起一種能被多媒體傳輸、存儲(chǔ)、檢索等應(yīng)用領(lǐng)域普遍采用的統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式84MPEG-4(2/3)“基于對(duì)象編碼”的概念將一幅圖像分成若干在時(shí)間和空間上相互聯(lián)系的視頻、音頻對(duì)象，分別編碼后，再經(jīng)過(guò)復(fù)用傳輸?shù)浇邮斩?，然后再?duì)不同的對(duì)象分別解碼，再組合成所需要的視頻和音頻好處便于對(duì)不同的對(duì)象采用不同的編碼方法和表示方法，在壓縮效率與解碼質(zhì)量間得到較好的平衡使得數(shù)據(jù)的接收者不再是被動(dòng)的，具有操縱對(duì)象的能力，可以對(duì)不同的對(duì)象進(jìn)行獨(dú)立的刪除、添加、移動(dòng)等操作。85MPEG-4(3/3)其他特點(diǎn)提供了更高的編碼效率，在相同的比特率下，更好的視覺(jué)聽(tīng)覺(jué)質(zhì)量使得在低帶寬的信道上傳送視頻、音頻成為可能。MPEG-4還支持具有不同帶寬、不同存儲(chǔ)容量的傳輸信道和接收端，這使得它適用于許多應(yīng)用場(chǎng)合主要應(yīng)用于因特網(wǎng)視音頻廣播、無(wú)線通信、靜止圖像壓縮、電視電話(huà)、計(jì)算機(jī)圖形、動(dòng)畫(huà)與仿真和電子游戲86MPEG-7

多媒體內(nèi)容描述接口是為了快速、有效地搜索用戶(hù)所需要的不同類(lèi)型的多媒體信息而提出的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了各種類(lèi)型的多媒體信息的標(biāo)準(zhǔn)化描述，將該描述與所描述的內(nèi)容相聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)快速有效地搜索和索引可以獨(dú)立于其他MPEG標(biāo)準(zhǔn)使用，但MPEG-4中所定義的音頻、視頻對(duì)象的描述適用于MPEG-7不僅包含了MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)有內(nèi)容的識(shí)別，還包括了更多的數(shù)據(jù)類(lèi)型，可以是靜止圖像、圖形、音頻、動(dòng)態(tài)視頻以及這些元素的組合。支持非常廣泛的應(yīng)用87MPEG-21

正式名稱(chēng)是“多媒體框架”，又稱(chēng)“數(shù)字視聽(tīng)框架”它是在電子商務(wù)蓬勃發(fā)展的背景下應(yīng)運(yùn)而生的產(chǎn)物，是為了解決新市場(chǎng)所面臨的問(wèn)題如何獲取數(shù)字視頻、音頻以及合成圖形等“數(shù)字商品”如何保護(hù)多媒體內(nèi)容的知識(shí)產(chǎn)權(quán)如何為用戶(hù)提供透明的媒體信息服務(wù)如何檢索內(nèi)容;如何保證服務(wù)質(zhì)量等而制定的標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)是建立一種高效、透明和互操作的真正跨平臺(tái)的多媒體框架，實(shí)現(xiàn)在各種不同的網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)交換，完成內(nèi)容描述、創(chuàng)建、發(fā)布、使用、識(shí)別、收費(fèi)管理、產(chǎn)權(quán)保護(hù)、用戶(hù)隱私權(quán)保護(hù)、終端和網(wǎng)絡(luò)資源抽取、事件報(bào)告等功能。88小視頻13：圖像通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程動(dòng)畫(huà)從信號(hào)分析預(yù)處理、壓縮編碼、圖像傳輸?shù)浇邮者^(guò)程。實(shí)物展示898.2.4數(shù)字圖像的傳輸除了壓縮編碼，數(shù)字圖像通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)還包括用戶(hù)的接入網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸網(wǎng)絡(luò)信息的交換網(wǎng)絡(luò)90數(shù)字圖像的傳輸兩種數(shù)字傳輸方式基帶傳輸直接傳輸數(shù)字化后的圖像信號(hào)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是傳輸距離有限頻帶傳輸長(zhǎng)距離傳輸將基帶信號(hào)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，然后再將調(diào)制后的信號(hào)送上信道傳輸91信道差錯(cuò)編碼常規(guī)的信道差錯(cuò)編碼檢錯(cuò)重發(fā)、前向糾錯(cuò)和混合糾錯(cuò)等多種編碼方式圖像通信系統(tǒng)采用的差錯(cuò)編碼技術(shù)前向糾錯(cuò)編碼增加信源編碼差錯(cuò)控制的能力聯(lián)合設(shè)計(jì)信道編碼與信源編碼以提高圖像信息傳輸?shù)目垢蓴_性能928.3數(shù)字傳真通信8.3.1傳真分類(lèi)8.3.2傳真通信系統(tǒng)組成及工作原理8.3.3三類(lèi)傳真機(jī)

938.3.1傳真的分類(lèi)對(duì)文字、圖表、相片等記錄在紙面上的圖像進(jìn)行掃描、傳輸，并在接收端將圖像重現(xiàn)出來(lái)的一種通信方式，也常被稱(chēng)為“遠(yuǎn)程復(fù)印”多種分類(lèi)方法分類(lèi)方法種類(lèi)按發(fā)送原稿性質(zhì)分相片傳真(黑白、彩色)、真跡傳真按占用電話(huà)路數(shù)分單路文件傳真、多路傳真按用途分傳真、相片傳真、報(bào)紙傳真、氣象傳真、彩色傳真、縮微膠卷傳真94單路文件傳真根據(jù)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的不同，采用單路文件傳真方式的傳真機(jī)又分為四類(lèi)，如表8-4所示主要是利用公用交換電話(huà)網(wǎng)構(gòu)成傳真通信系統(tǒng)新的傳真通信方式已出現(xiàn)利用分組交換方式數(shù)字傳真機(jī)出現(xiàn)，在綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)中，開(kāi)始廣泛使用數(shù)字傳真機(jī)，提出了傳真機(jī)與個(gè)人計(jì)算機(jī)相結(jié)合的未來(lái)發(fā)展方向95表8-4單路文件傳真機(jī)的分類(lèi)

數(shù)據(jù)壓縮傳輸方式傳輸一頁(yè)A4幅面時(shí)間應(yīng)用低速傳真機(jī)（一類(lèi)機(jī)）無(wú)沒(méi)有頻帶調(diào)制

約為6分鐘

已不生產(chǎn)中速傳真機(jī)（二類(lèi)）無(wú)幅度—相位調(diào)制

約為3分鐘

作為三類(lèi)、四類(lèi)機(jī)的一種功能高速傳真機(jī)（三類(lèi)機(jī)）哈夫曼編碼，改進(jìn)的READ碼等調(diào)制解調(diào)，電話(huà)線路20秒～1分鐘目前主流四類(lèi)傳真機(jī)改進(jìn)的READ碼數(shù)據(jù)網(wǎng)3～15秒正在迅速發(fā)展968.3.2傳真通信系統(tǒng)組成及工作原理(1/4)

由發(fā)送機(jī)、傳輸信道和接收機(jī)三部分組成，如圖8-5所示發(fā)送機(jī)部分包括掃描裝置、信號(hào)處理和調(diào)制器接收機(jī)部分由解調(diào)器、信號(hào)處理和記錄裝置組成基本組成與前面所介紹的圖像通信系統(tǒng)的組成是一致的，只是根據(jù)傳真業(yè)務(wù)的特性，采用了特殊的輸入設(shè)備（掃描裝置）和輸出設(shè)備（記錄裝置）

97傳真通信系統(tǒng)組成及工作原理(2/4)圖8-5傳真通信系統(tǒng)的組成98傳真通信系統(tǒng)組成及工作原理(3/4)掃描裝置的主要功能是將傳真的原稿分解成像素，并把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)掃描裝置輸出的電信號(hào)在信號(hào)處理電路中進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，以減少傳真信號(hào)的冗余度，節(jié)約傳輸帶寬。這里的信號(hào)處理相當(dāng)于圖8-1中的編碼器部分。解調(diào)器對(duì)接收到信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，經(jīng)信號(hào)處理，還原成與掃描裝置輸出的原始電信號(hào)幾乎相同的信號(hào)，再進(jìn)行記錄記錄裝備的作用是將還原出來(lái)的文字或圖像信號(hào)記錄在顯示介質(zhì)上，以重現(xiàn)傳真原稿99傳真通信系統(tǒng)組成及工作原理(4/4)傳輸信道的概念與圖8-1圖像通信系統(tǒng)模型是一致的，可以采用8.2.4節(jié)中介紹的各種傳輸技術(shù)或通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)提供傳真通信的傳輸信道。通常地，根據(jù)信道中傳輸?shù)男盘?hào)特性，傳真通信系統(tǒng)可以區(qū)分為數(shù)字傳真通信系統(tǒng)和模擬傳真通信系統(tǒng)

1008.3.3三類(lèi)傳真機(jī)(1/8)基本構(gòu)成主要用在公用交換電話(huà)網(wǎng)上傳送書(shū)信、文件、表格和圖形等圖像，是目前廣泛使用的傳真機(jī)三類(lèi)傳真機(jī)的基本組成如圖8-6所示101小視頻14:三類(lèi)傳真機(jī)的傳真過(guò)程動(dòng)畫(huà)在公用交換電話(huà)網(wǎng)上傳送書(shū)信、文件、表格和圖形等圖像實(shí)物展示102三類(lèi)傳真機(jī)(2/8)圖8-6三類(lèi)傳真機(jī)基本構(gòu)成103三類(lèi)傳真機(jī)(3/8)掃描單元采用圖像傳感器對(duì)原稿進(jìn)行光電掃描，完成光電變換掃描單元輸出的模擬圖像信號(hào)經(jīng)過(guò)視頻處理電路，變換成數(shù)字信號(hào)，然后由編碼器完成圖像數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)控制器是全機(jī)的控制中心，完成國(guó)際相關(guān)建議所規(guī)定的三類(lèi)傳真業(yè)務(wù)的操作程序和傳輸規(guī)程，同時(shí)實(shí)現(xiàn)傳真機(jī)的多種自動(dòng)控制功能，以及管理、協(xié)調(diào)其他各個(gè)部件的工作網(wǎng)絡(luò)接口是傳真機(jī)與通信外線、電話(huà)之間的連接單位104三類(lèi)傳真機(jī)(4/8)記錄單元在記錄紙上重現(xiàn)傳真原稿記錄控制電路產(chǎn)生記錄單元正常工作所需要的各種信號(hào)，比如移位時(shí)鐘、分段記錄信號(hào)等電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路為傳真機(jī)內(nèi)各種工作電路提供驅(qū)動(dòng)脈沖三類(lèi)傳真機(jī)還提供了用戶(hù)操作傳真機(jī)的操作面板，以及傳真機(jī)自身的電源供給系統(tǒng)，圖中沒(méi)有給出這兩部分105三類(lèi)傳真機(jī)(5/8)通信過(guò)程傳真業(yè)務(wù)的整個(gè)通信過(guò)程與話(huà)音通信過(guò)程類(lèi)似，包括通信建立階段、標(biāo)識(shí)和命令發(fā)送階段、報(bào)文傳送階段、報(bào)文發(fā)送結(jié)束階段和通信釋放階段等五個(gè)階段整個(gè)過(guò)程都是在系統(tǒng)控制器的控制下自動(dòng)完成的106壓縮編碼方法兩種編碼方式在一維編碼方案中，采用改進(jìn)的哈夫曼編碼，這種編碼方法對(duì)傳真信息中黑、白兩種像素的持續(xù)長(zhǎng)度逐行進(jìn)行編碼，將每條掃描線上的數(shù)據(jù)變換成一串可變長(zhǎng)度的碼字，每個(gè)碼字表示一個(gè)全白或全黑的持續(xù)長(zhǎng)度，黑白持續(xù)長(zhǎng)度交替出現(xiàn)二維編碼方案中，采用MH和改進(jìn)的READ碼的混合編碼方式。這是一種逐條掃描線編碼的方法，即本掃描線上每個(gè)變化的像素的位置，是根據(jù)參考像素的位置來(lái)編碼。參考像素可以是本掃描線上的其他像素，也可以位于參考掃描線上，每當(dāng)一條掃描線的編碼結(jié)束后，它就成為下一掃描線的參考掃描線三類(lèi)傳真機(jī)(6/8)107傳輸要求在公用交換電話(huà)網(wǎng)用戶(hù)電路或租用專(zhuān)線用戶(hù)電路上使用由于三類(lèi)傳真機(jī)采用的是壓縮編碼和數(shù)字傳輸技術(shù)，所以圖像的傳輸質(zhì)量不可避免地會(huì)受到傳輸電路的誤碼率、傳輸速率、編碼方式和掃描線密度等的影響具有四種傳輸速率（9.6kbps,7.2kbps,4.8kbps和2.4kbps）、兩種掃描線密度（3.85線/毫秒和7.7線/毫秒）和兩種編碼方式如果采用的是模擬通信網(wǎng)進(jìn)行傳真通信，需要采用調(diào)制解調(diào)器將三類(lèi)傳真機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，才能在模擬信道上傳輸三類(lèi)傳真機(jī)(7/8)108傳真通信發(fā)展趨勢(shì)在普及三類(lèi)傳真機(jī)的同時(shí)，ITU-T也在考慮利用公用數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行文件傳真，提出了基于公用數(shù)據(jù)網(wǎng)開(kāi)展傳真業(yè)務(wù)的四類(lèi)傳真機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的完整的新建議。與三類(lèi)傳真機(jī)不同的是，四類(lèi)傳真機(jī)是“徹底的”數(shù)字傳真機(jī)，作為數(shù)字終端，它使用OSI網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，能夠在包括ISDN在內(nèi)的多種通信網(wǎng)，比如數(shù)據(jù)網(wǎng)、電話(huà)網(wǎng)上使用，可以與其他數(shù)字終端設(shè)備互通，具有傳送速度快、分辨力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)

三類(lèi)傳真機(jī)(8/8)1098.4活動(dòng)數(shù)字圖像通信系統(tǒng)8.4.1可視電話(huà)8.4.2數(shù)字高清晰度電視系統(tǒng)1108.4.1可視電話(huà)可視電話(huà)是指通話(huà)的同時(shí)可以看到對(duì)方的形象，顯示的是活動(dòng)圖像。在實(shí)際應(yīng)用中，有些可視電話(huà)顯示的是靜止圖像，聲音和圖像信號(hào)在模擬電話(huà)網(wǎng)中被交替?zhèn)魉?，即傳送圖像時(shí)不能通話(huà)。這種顯示靜止圖像的可視電話(huà)稱(chēng)為靜態(tài)圖像可視電話(huà)，顯示活動(dòng)圖像的可視電話(huà)稱(chēng)為動(dòng)態(tài)圖像可視電話(huà)，又叫電視電話(huà)。在本書(shū)中，如果沒(méi)有特別說(shuō)明，“可視電話(huà)”指的都是動(dòng)態(tài)圖像可視電話(huà)。111可視電話(huà)系統(tǒng)組成(1/5)IP上的可視電話(huà)見(jiàn)第9章ISDN上的可視電話(huà)遵循H.320標(biāo)準(zhǔn)系列規(guī)定了綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN上的可視電話(huà)系統(tǒng)和終端，不僅包括視頻編碼（采用的是H.261標(biāo)準(zhǔn)）、分頻、信號(hào)和建立連接的系列標(biāo)準(zhǔn)，還包括音頻壓縮算法標(biāo)準(zhǔn)，它對(duì)可視電話(huà)的發(fā)展起了重要的推動(dòng)作用

圖8-7是基于H.320可視電話(huà)系統(tǒng)示意圖112圖8-7H.320可視電話(huà)系統(tǒng)示意圖可視電話(huà)系統(tǒng)組成(2/5)113可視電話(huà)系統(tǒng)組成(3/5)三種不同的傳輸方案將圖像和聲音復(fù)用在一個(gè)B通道中傳輸，例如圖像使用該B通道64kb/s帶寬中的48kb/s，聲音使用剩余的16kb/s使用兩個(gè)B信道分別傳輸圖像和聲音信號(hào)將兩個(gè)B信道合并為一條128kb/s的信道同時(shí)傳輸圖像和聲音，比如圖像使用112kb/s，聲音使用16kb/s交換通信網(wǎng)也可以采用混合網(wǎng)絡(luò)的形式，在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，通信網(wǎng)采用ISDN的B通道或?qū)Ｓ玫?4kb/s

114可視電話(huà)系統(tǒng)組成(4/5)PSTN上的可視電話(huà)遵循H.324標(biāo)準(zhǔn)系列H.324標(biāo)準(zhǔn)系列由國(guó)際電信聯(lián)盟在1996年制訂，可以實(shí)時(shí)傳輸視頻、音頻和數(shù)據(jù)等信息形式，其中的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)是H.263

圖8-8是基于H.324可視電話(huà)系統(tǒng)基本組成框圖115可視電話(huà)系統(tǒng)組成(5/5)圖8-8H.324可視電話(huà)系統(tǒng)基本組成框圖116可視電話(huà)終端(1/3)可視電話(huà)系統(tǒng)中的重要部件分類(lèi)獨(dú)立式的可視電話(huà)終端機(jī)頂盒型可視電話(huà)終端基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的可視電話(huà)終端117可視電話(huà)終端(2/3)獨(dú)立式的可視電話(huà)終端，又叫桌面式可視電話(huà)，它將普通電話(huà)機(jī)、數(shù)碼攝像頭、高清晰液晶顯示器和多媒體壓縮處理系統(tǒng)集于一體，可以在PSTN或ISDN上實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音和彩色圖像的高速同步傳輸。機(jī)頂盒型可視電話(huà)終端在普通電話(huà)機(jī)之外，配置了帶有數(shù)字?jǐn)z像頭的外置式電視機(jī)頂盒，機(jī)頂盒內(nèi)置了視頻、音頻等處理芯片和高性能調(diào)制解調(diào)器等。這種終端需要與一臺(tái)電視機(jī)配合使用，可以工作在PSTN和ISDN上118可視電話(huà)終端(3/3)基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的可視電話(huà)終端是指在計(jì)算機(jī)上安裝攝像頭、圖像處理板、語(yǔ)音輸入和輸出設(shè)備（例如麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器），以及可視電話(huà)應(yīng)用軟件后的可視電話(huà)終端。目前上市的此類(lèi)終端主要有符合H.324標(biāo)準(zhǔn)和H.323標(biāo)準(zhǔn)的可視電話(huà)系列。符合H.324標(biāo)準(zhǔn)的可視電話(huà)工作在PSTN上，通過(guò)普通電話(huà)線實(shí)現(xiàn)雙方可視電話(huà)通信；符合H.323標(biāo)準(zhǔn)可視電話(huà)通過(guò)因特網(wǎng)和局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)雙方可視電話(huà)通信1198.4.2數(shù)字高清晰度電視系統(tǒng)數(shù)字高清晰度電視（HDTV），指電視節(jié)目的制作、傳輸和接收等各個(gè)