MATLAB仿真在現(xiàn)代通信中的應(yīng)用：公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)

公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)4.1公眾通信系統(tǒng)概述4.2GSM全球移動(dòng)通信系統(tǒng)4.3CDPD蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)網(wǎng)4.4NADC北美數(shù)字蜂窩網(wǎng)4.5PDC個(gè)人數(shù)字蜂窩電話4.6CDMAIS-95碼分多址通信系統(tǒng)4.7CT-2第2代無(wú)繩電話系統(tǒng)4.8數(shù)字增強(qiáng)型無(wú)繩通信標(biāo)準(zhǔn)4.9PHS個(gè)人手持式電話系統(tǒng)

4.1.1最早期的移動(dòng)通信系統(tǒng)

最早期的移動(dòng)通信系統(tǒng)通常指蜂窩移動(dòng)電話之前的公眾無(wú)線電話系統(tǒng)。

移動(dòng)電話系統(tǒng)(MTS，TheMobileTelephoneSystem)是最早的移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)之一。MTS系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了固定電話運(yùn)營(yíng)商和移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商之間的互通。電話轉(zhuǎn)接工作由接線員手工完成。4.1公眾通信系統(tǒng)概述MTS系統(tǒng)最早由貝爾實(shí)驗(yàn)室提出，為半雙工調(diào)頻調(diào)制，首次應(yīng)用于1946年美國(guó)圣路易斯，最初只提供3個(gè)信道，后來(lái)升級(jí)為32個(gè)信道，共占用三段頻帶(40MHz、150MHz和450MHz，即后來(lái)的IMTS所用的頻率)。MTS系統(tǒng)直到20世紀(jì)80年代初才退出市場(chǎng)，被新的一種模擬移動(dòng)電話體制—改進(jìn)的移動(dòng)電話業(yè)務(wù)(IMTS，ImprovedMobileTelephoneService)所取代。改進(jìn)型移動(dòng)電話系統(tǒng)是美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室于1964年在MTS的基礎(chǔ)上所發(fā)展的移動(dòng)公用無(wú)線電話系統(tǒng)。IMTS仍然屬于第0代甚高頻/超高頻無(wú)線電系統(tǒng)，采用模擬調(diào)頻調(diào)制。IMTS初步具有了蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)概念，采用大區(qū)制，是全雙工系統(tǒng)，覆蓋半徑約40～60英里，并取消了人工接線方式，實(shí)現(xiàn)了到公眾電話網(wǎng)(PSTN)的自動(dòng)撥號(hào)互聯(lián)。IMTS系統(tǒng)使用三個(gè)頻段，甚高頻低段(35～44MHz，共9個(gè)信道)，甚高頻高段(共152～158MHz，共11個(gè)信道)和超高頻(454～460MHz，共12個(gè)信道)。在瑞典，第一個(gè)移動(dòng)電話系統(tǒng)是(MTA，MobileTelephonysystemA)于1956年推出，并應(yīng)用到1967年。MTA工作于160MHz頻段，在斯德哥爾摩和哥德堡可提供125個(gè)用戶(hù)總數(shù)。瑞典的第二個(gè)移動(dòng)電話系統(tǒng)MTB于1962年推出，并持續(xù)至1983年，營(yíng)運(yùn)于76～77.5MHz和81～82.5MHz頻段，擁有約600名用戶(hù)。瑞典的第三個(gè)移動(dòng)電話系統(tǒng)是MTC。瑞典移動(dòng)電話系統(tǒng)D(MTD，MobileTelephonysystemD)是工作于450MHz頻段的人工模擬體制移動(dòng)電話系統(tǒng)。1971年在瑞典商用，1987年退出市場(chǎng)，被NMT自動(dòng)業(yè)務(wù)取代。MTD系統(tǒng)高峰期用戶(hù)達(dá)2萬(wàn)，系統(tǒng)中接線員達(dá)七百余人。1976年，MTD系統(tǒng)也在丹麥和挪威商用，并實(shí)現(xiàn)了國(guó)家間的漫游。在挪威，第一個(gè)移動(dòng)電話系統(tǒng)是挪威公共陸地移動(dòng)電話OLT(挪威語(yǔ)：OffentligLandmobilTelefoni)，在1966年推出。1981年擁有3萬(wàn)余用戶(hù)，成為當(dāng)時(shí)世界上最大規(guī)模的移動(dòng)電話系統(tǒng)，1990年由NMT系統(tǒng)取代。OLT工作于160MHz的VHF頻段，采用模擬調(diào)頻(FM)傳輸。1976年，OLT系統(tǒng)擴(kuò)展到UHF頻段，并與瑞典的MTA系統(tǒng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)斯堪的納維亞國(guó)家之間的國(guó)際漫游。移動(dòng)臺(tái)多數(shù)為半雙工的，少量高端的移動(dòng)臺(tái)為全雙工的。移動(dòng)用戶(hù)電話號(hào)碼為5位數(shù)。芬蘭的第一個(gè)移動(dòng)電話系統(tǒng)是ARP(Autoradiopuhelin，汽車(chē)無(wú)線電電話)，其具有小區(qū)概念，但不能實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換。1971年商用，1978年達(dá)到全國(guó)覆蓋，共140個(gè)基站。2000年ARP為NMT-900系統(tǒng)取代。1986年用戶(hù)數(shù)達(dá)到3萬(wàn)余。ARP工作于150MHz頻段，模擬調(diào)頻體制，無(wú)加密技術(shù)，共有80個(gè)信道，開(kāi)始為半雙工體制，提供手動(dòng)轉(zhuǎn)接服務(wù)，后來(lái)逐漸演化為全雙工體制，1990年完全自動(dòng)交換。其傳輸功率為1～5W。ARP不支持小區(qū)切換，小區(qū)覆蓋半徑約為30km，終端體積龐大。

日本的第0代移動(dòng)系統(tǒng)是AMTS(高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng))，其工作頻段為900MHz，采用模擬調(diào)頻體制，在日本便攜式無(wú)線電系統(tǒng)中使用。4.1.2第1代移動(dòng)通信系統(tǒng)

20世紀(jì)70年代，貝爾實(shí)驗(yàn)室提出了蜂窩移動(dòng)電話概念。到20世紀(jì)80年代，以蜂窩結(jié)構(gòu)為代表的新一代公眾移動(dòng)電話系統(tǒng)開(kāi)始商用，標(biāo)志著第1代移動(dòng)通信系統(tǒng)正式登場(chǎng)。與最早期的移動(dòng)通信系統(tǒng)相比，第1代公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)仍然采用以頻率調(diào)制為主的模擬調(diào)制傳輸方式，但已經(jīng)具備了較完善的蜂窩結(jié)構(gòu)和自動(dòng)切換機(jī)制。采用模擬調(diào)制方式安全性不好，易受電波干擾，應(yīng)用約十年后，逐漸被全數(shù)字體制的新1代移動(dòng)通信系統(tǒng)—全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)所取代。先進(jìn)移動(dòng)電話系統(tǒng)(AMPS，AdvancedMobilePhoneSystem)是由貝爾實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的一個(gè)模擬移動(dòng)電話系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，又稱(chēng)為北美移動(dòng)電話系統(tǒng)，是第1代手機(jī)系統(tǒng)。1983年在美國(guó)投入商用，使用800MHz的頻段，是一種模擬調(diào)頻體制的蜂窩式移動(dòng)系統(tǒng)。澳大利亞也采用過(guò)AMPS標(biāo)準(zhǔn)。在北歐、東歐和俄羅斯使用的第1代移動(dòng)通信系統(tǒng)是NMT(NordicMobileTelephone，北歐移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn))。而在其他一些歐洲國(guó)家(諸如英國(guó)、愛(ài)爾蘭)都是在美國(guó)AMPS標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上修改為T(mén)ACS(TotalAccessCommunicationSystem，全接入的通信系統(tǒng))標(biāo)準(zhǔn)的。其后，進(jìn)一步擴(kuò)展為具有更多信道的ETACS標(biāo)準(zhǔn)（擴(kuò)展的TACS）。此外，瑞典還曾設(shè)計(jì)了Mobitex蜂窩系統(tǒng)，作為該國(guó)無(wú)線分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，并于1986年運(yùn)營(yíng)。Mobitex蜂窩系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)較高的安全性和可靠性，為該國(guó)公眾通信所使用，也被軍方、消防、救護(hù)等領(lǐng)域使用。德國(guó)等國(guó)使用C-450標(biāo)準(zhǔn)，而法國(guó)也有自己的標(biāo)準(zhǔn)Radiocom2000，意大利也提出并實(shí)施了其RTMI標(biāo)準(zhǔn)等。摩托羅拉公司提出的標(biāo)準(zhǔn)是DataTAC，用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線傳輸領(lǐng)域。其傳輸速率可達(dá)19.2kb/s，使用800MHz頻段和25kHz信道帶寬。DataTAC傳輸網(wǎng)絡(luò)在澳大利亞、加拿大和美國(guó)均有應(yīng)用。4.1.3第2代移動(dòng)通信系統(tǒng)

第1代移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)多樣，互聯(lián)互通困難，用戶(hù)的手機(jī)無(wú)法在其他標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)上使用，造成很大的不便。此外，采用模擬調(diào)制方式安全性不好，頻帶利用率不高。鑒于此，西歐國(guó)家開(kāi)始考慮制定一個(gè)統(tǒng)一的新一代移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)，以便能夠提供更多樣的功能和使用戶(hù)漫游更加容易。1982年，歐洲郵電行政大會(huì)授權(quán)成立的一系列“移動(dòng)專(zhuān)家組”負(fù)責(zé)新標(biāo)準(zhǔn)的起草工作。GSM的名字即是移動(dòng)專(zhuān)家組(法語(yǔ)：GroupeSpécialMobile)的縮寫(xiě)。后來(lái)這一縮寫(xiě)的含義被改變?yōu)椤叭蛞苿?dòng)通信系統(tǒng)”，以方便GSM向全世界的推廣。

1987年5月GSM成員國(guó)達(dá)成一致，確定了GSM最重要的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。1989年，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)接手標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，并于1990年完成GSM標(biāo)準(zhǔn)第一版。CSD(Circuit-SwitchedData，電路交換數(shù)據(jù))是GSM移動(dòng)系統(tǒng)最初采用的一種數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。其傳送速率為9.6kb/s。在CSD的情況下，語(yǔ)音通話和其他的數(shù)據(jù)傳送不能同時(shí)進(jìn)行，也就是說(shuō)不能同時(shí)打電話和上網(wǎng)?，F(xiàn)在，GSM系統(tǒng)廣泛采用GPRS機(jī)制來(lái)傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

1992年1月，芬蘭建成第一個(gè)商業(yè)運(yùn)營(yíng)的GSM網(wǎng)絡(luò)。亞洲最早的GSM運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)是香港電訊。

GSM的推出推動(dòng)了移動(dòng)通信的普及，用戶(hù)持續(xù)快速增長(zhǎng)。1995年，全球用戶(hù)達(dá)到1千萬(wàn)，1998年達(dá)到一億，2005年已經(jīng)超過(guò)15億。

在發(fā)展的過(guò)程中，GSM系統(tǒng)的功能不斷得到豐富，從而能夠提供更多樣的服務(wù)。由GSM系統(tǒng)首先引入的短信息服務(wù)(SMS)提供了一種新穎、便捷、廉價(jià)的通信方式，成為移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商提供增值業(yè)務(wù)的開(kāi)始。1994年，GSM實(shí)現(xiàn)了基于電路交換的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和傳真服務(wù)。1999年，WAP協(xié)議使得用戶(hù)可以通過(guò)手機(jī)訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。2000年后開(kāi)始商用的通用分組無(wú)線服務(wù)(GPRS)，使得GSM系統(tǒng)能夠以效率更高的分組方式提供數(shù)據(jù)通信。2003年，EDGE技術(shù)開(kāi)始商用，提供了接近3G的數(shù)據(jù)通信能力。1998年，接替GSM的第3代移動(dòng)電話(3G)規(guī)范的3GPP啟動(dòng)。3GPP也接受了維護(hù)和繼續(xù)開(kāi)發(fā)GSM規(guī)范的工作。ETSI是3GPP的成員之一。目前，3GPP組織還在發(fā)展GSM標(biāo)準(zhǔn)，以便利用已經(jīng)大量部署的GSM基礎(chǔ)設(shè)施，平滑地向3G技術(shù)演進(jìn)。在美國(guó)，第2代移動(dòng)通信系統(tǒng)也被稱(chēng)為個(gè)人通信業(yè)務(wù)(PCS)。相比于第1代移動(dòng)通信技術(shù)，第2代移動(dòng)通信技術(shù)采用了先進(jìn)的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，完善的交換技術(shù)，并采用了TDMA和CDMA兩大多址技術(shù)，使得安全性、系統(tǒng)容量、傳輸質(zhì)量等方面性能大為提高。但第2代移動(dòng)通信系統(tǒng)仍然以傳輸語(yǔ)音為主，是窄帶系統(tǒng)。

IS-95是TIA最主要的基于CDMA技術(shù)的第2代移動(dòng)通信的空中接口標(biāo)準(zhǔn)分配的編號(hào)，即InterimStandard(暫時(shí)標(biāo)準(zhǔn))95，它也經(jīng)常作為整個(gè)系列的名稱(chēng)使用。IS-95及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是最早商用的基于CDMA技術(shù)的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)。cdmaOne是一個(gè)2G移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，根本的信令標(biāo)準(zhǔn)是IS-95，是高通公司與TIA基于CDMA技術(shù)發(fā)展出來(lái)的2G移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)。由2GcdmaOne標(biāo)準(zhǔn)延伸的3G標(biāo)準(zhǔn)為CDMA2000(IS-2000)。IS-95系統(tǒng)采用碼分多址體制，在系統(tǒng)容量、抗干擾能力和安全性方面較GSM標(biāo)準(zhǔn)有較大的提升，但仍然以窄帶語(yǔ)音傳輸為主要業(yè)務(wù)，因此仍屬于第2代系統(tǒng)。

D-AMPS(數(shù)字AMPS)是由AMPS標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)而來(lái)的，采用TDMA多址方式，其正式標(biāo)準(zhǔn)號(hào)是IS-54及IS-136，技術(shù)上屬于第2代移動(dòng)通信系統(tǒng)，現(xiàn)已被淘汰。

曾經(jīng)應(yīng)用過(guò)的其他一些第2代移動(dòng)通信系統(tǒng)還有：

(1)蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)(CDPD，CellularDigitalPacketData)，使用AMPS系統(tǒng)800MHz和900MHz信道上未被使用的帶寬來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。數(shù)據(jù)速率為19.2kb/s，但它沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)過(guò)速率較慢卻更廉價(jià)的Mobitex和DataTac系統(tǒng)，也未能在更高速的GPRS商用前占領(lǐng)市場(chǎng)。CDPD現(xiàn)已被淘汰。

(2)

IDEN(IntegratedDigitalEnhancedNetwork，集成數(shù)字增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò))是一種由摩托羅拉公司開(kāi)發(fā)的基于TDMA的數(shù)字無(wú)線通信技術(shù)。能夠?yàn)橛脩?hù)同時(shí)提供集群電話的雙向?qū)χv功能和蜂窩電話的功能。IDEN主要用于美國(guó)和加拿大。在中國(guó)，IDEN是信息產(chǎn)業(yè)部批準(zhǔn)和發(fā)布的中國(guó)“數(shù)字集群移動(dòng)通信系統(tǒng)體制”電子行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)之一(另外一個(gè)數(shù)字集群通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)是TETRA)。

(3)

PDC(PersonalDigitalCellular)是由日本開(kāi)發(fā)及使用的一種基于TDMA的2G移動(dòng)電話通信標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)在1991年制定。而NTTDoCoMo在1993年3月推出其數(shù)字MOVA服務(wù)。PDC采用25kHz載波、3個(gè)時(shí)間格、π/4-DQPSK編碼、低速率11.2kb/s及5.6kb/s(半速率)語(yǔ)音編解碼器。使用800MHz及1.5GHz頻段。PDC能夠提供的服務(wù)包括語(yǔ)音、數(shù)據(jù)服務(wù)以及其他一些增值業(yè)務(wù)。與GSM相比，PDC發(fā)射功率較小，手機(jī)較為輕巧，但語(yǔ)音質(zhì)量低于GSM，室內(nèi)覆蓋也不如GSM。PDC僅在日本應(yīng)用，將逐漸被3G技術(shù)如CDMA2000或WCDMA所淘汰。

(4)

PHS(PersonalHandy-phoneSystem，個(gè)人手持式電話系統(tǒng)，俗稱(chēng)“小靈通”)是日本1989年NTT實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的一種無(wú)線本地電話技術(shù)，采用微蜂窩通信技術(shù)。PHS工作在1880～1930MHz頻段。與GSM相比，PHS的基站覆蓋范圍有限，通信基站與終端間距離較短。因此，所采用的通信功率較小，而覆蓋較大面積時(shí)需要更多的基站。這使得PHS較適合在都市使用，在野外等地使用效果欠佳。

PHS使用TDMA/TDD作為它的無(wú)線電通信接口，以及32K的ADPCM作為它的聲音傳送編碼?，F(xiàn)代的PHS電話也可以支持其他一些ISP的增值服務(wù)，如互聯(lián)網(wǎng)窄帶通信、短信、電子郵件，甚至圖片傳輸。PHS適用于小范圍的無(wú)線電通信。

由于資費(fèi)低廉，PHS系統(tǒng)也在中國(guó)、泰國(guó)、越南、孟加拉、智利等國(guó)應(yīng)用。不過(guò)，由于PHS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)使用的頻段有可能干擾3G的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)使用的頻段，隨著3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的推進(jìn)，PHS系統(tǒng)在中國(guó)即將退網(wǎng)。4.1.4第2.5代移動(dòng)通信系統(tǒng)

第2.5代移動(dòng)通信系統(tǒng)是第2代和第3代移動(dòng)通信系統(tǒng)之間的一個(gè)過(guò)渡時(shí)期標(biāo)準(zhǔn)，包括GSM/3GPP家族的HSCSD、GPRS、EDGE/EGPRS，3GPP2家族的CDMA20001xRTT(IS-2000)以及iDEN家族的WiDEN等。

(1)

HSCSD(High-SpeedCircuit-SwitchedData，高速電路交換數(shù)據(jù))是對(duì)CSD(電路交換數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn))技術(shù)的提升。CSD是GSM移動(dòng)系統(tǒng)最初的一種傳輸機(jī)制。在電路交換數(shù)據(jù)方式中，信道是以電路交換方式來(lái)進(jìn)行分配的。高速電路交換數(shù)據(jù)方式與電路交換數(shù)據(jù)的差別在于利用不同的編碼方式或多重時(shí)隙來(lái)提高數(shù)據(jù)的傳輸量。HSCSD是具有更高傳輸速率的通信技術(shù)EDGE和UMTS系統(tǒng)的一種選擇。

HSCSD技術(shù)的一個(gè)創(chuàng)新之處在于能使用不同的數(shù)據(jù)糾錯(cuò)方式用于數(shù)據(jù)的傳輸。最初，在GSM系統(tǒng)中的糾錯(cuò)方式是被設(shè)計(jì)成能在有限的覆蓋范圍內(nèi)工作并且能在GSM系統(tǒng)所能承受的最壞的狀況下工作。這意味著很大一部分的GSM傳輸量被用于糾錯(cuò)碼。HSCSD能根據(jù)無(wú)線連接的不同情況提供不同級(jí)別的糾錯(cuò)方式。也就是說(shuō)，在最優(yōu)情況下，HSCSD能在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)以14.4kb/s的速度傳輸，而在CSD方式里，只能提供9.6kb/s的傳輸速度，傳輸能力增加了50%。

HSCSD的另一個(gè)創(chuàng)新之處在于能夠同時(shí)利用多個(gè)時(shí)隙傳輸數(shù)據(jù)。同時(shí)利用4個(gè)時(shí)隙傳輸，能提供57.6kb/s的傳輸速度，即使在信道條件不好的情況下，糾錯(cuò)能力更強(qiáng)的碼用于數(shù)據(jù)傳輸，HSCSD仍然能夠比CSD方式提供高4倍的傳輸速度(38.4kb/s)。同時(shí)利用GSM的8個(gè)時(shí)隙能提供115kb/s的傳輸速度。由于HSCSD是電路交換模式，用戶(hù)獨(dú)占信道資源，計(jì)費(fèi)方式仍然是按照時(shí)間計(jì)費(fèi)的。

(2)

GPRS(GeneralPacketRadioService，通用分組無(wú)線服務(wù))技術(shù)是GSM移動(dòng)電話用戶(hù)可用的一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。它通過(guò)利用GSM網(wǎng)絡(luò)中未使用的TDMA信道，提供中速的數(shù)據(jù)傳遞。

GPRS基于分組交換，也就是說(shuō)多個(gè)用戶(hù)可以共享一個(gè)相同的傳輸信道，每個(gè)用戶(hù)只有在傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候才會(huì)占用信道。這就意味著所有的可用帶寬可以立即分配給當(dāng)前發(fā)送數(shù)據(jù)的用戶(hù)，這樣更多的間隙發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)的用戶(hù)可以共享帶寬。WEB瀏覽、收發(fā)電子郵件和即時(shí)消息都是共享帶寬的間歇傳輸數(shù)據(jù)的服務(wù)。通常GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是按照通信流量計(jì)費(fèi)的。

(3)

EDGE(EnhancedDataratesforGSMEvolution，GSM增強(qiáng)數(shù)據(jù)率演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn))有時(shí)也被稱(chēng)為2.75G。EDGE(通常又稱(chēng)為EGPRS)是GPRS的擴(kuò)展，可以工作在任何已經(jīng)部署GPRS的網(wǎng)絡(luò)上。

EDGE采用8PSK數(shù)字調(diào)制技術(shù)。相對(duì)于GSM使用的高斯最小移位鍵控(GMSK)(每符號(hào)表示1比特信息)，8PSK每一個(gè)符號(hào)可以表示3比特的信息。這使得理論上EDGE能提供GSM3倍的數(shù)據(jù)吞吐量。跟GPRS一樣，EDGE使用速率匹配算法調(diào)整調(diào)制編碼方案(MCS)，因此能保證無(wú)線信道、數(shù)據(jù)流量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定。它還引入了增加冗余度技術(shù)，以增加傳輸?shù)目煽啃?。EDGE的最高數(shù)據(jù)傳輸速率是384kb/s，因此符合ITU對(duì)3G網(wǎng)絡(luò)的要求。作為IMT-2000家族的3G標(biāo)準(zhǔn)的一部分被ITU接受。

(4)

CDMA20001xRTT(IS-2000)是國(guó)際電信聯(lián)盟ITU的IMT-2000標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可的無(wú)線電接口，也是2GcdmaOne標(biāo)準(zhǔn)的延伸。其信令標(biāo)準(zhǔn)是IS-2000。標(biāo)志1x習(xí)慣上指使用一對(duì)1.25MHz無(wú)線電信道的CDMA2000無(wú)線技術(shù)。RTT是無(wú)線電傳輸技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)。CDMA20001xRTT是CDMA2000的一個(gè)基礎(chǔ)層，支持最高144kb/s的數(shù)據(jù)速率，盡管獲得3G技術(shù)的官方資格，但是通常被認(rèn)為是2.5G或者2.75G技術(shù)，因?yàn)樗乃俾手皇瞧渌?G技術(shù)的幾分之一。但與IS-95CDMA相比，它擁有雙倍的語(yǔ)音容量。

CDMA20001xEV(Evolution－發(fā)展)是CDMA20001x附加了高數(shù)據(jù)速率(HDR)能力。1xEV一般又分成兩個(gè)階段：CDMA20001xEV-DO和CDMA20001xEV-DV。CDMA20001xEV-DO(Evolution-DataOnly)支持下行數(shù)據(jù)速率最高3.1Mb/s，上行速率最高到1.8Mb/s。CDMA20001xEV-DV(Evolution-DataandVoice)在前者基礎(chǔ)上還能支持1x語(yǔ)音用戶(hù)。

(5)

WiDEN是寬帶綜合調(diào)度增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)(WiDEN，WidebandIntegratedDispatchEnhancedNetwork)的縮寫(xiě)。它是摩托羅拉公司為其增強(qiáng)型專(zhuān)用移動(dòng)電話(ESMR)協(xié)議集成數(shù)字增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)(iDEN)所提供的軟件升級(jí)。WiDEN能為用戶(hù)在4個(gè)25kHz的信道里同時(shí)傳輸，提供了100kb/s的帶寬。WiDEN被認(rèn)為是2.5G技術(shù)中的一種協(xié)議。iDEN最早由摩托羅拉公司于1993年提出，并在1996年商用。4.1.5第3代移動(dòng)通信系統(tǒng)

第3代移動(dòng)通信技術(shù)(3rd-generation，3G)也就是IMT-2000(InternationalMobileTelecommunications-2000)系列標(biāo)準(zhǔn)。

IMT-2000是國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)定義的第3代無(wú)線通信的全球標(biāo)準(zhǔn)。IMT-2000規(guī)定移動(dòng)終端以車(chē)速移動(dòng)時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸速率為144kb/s，室外靜止或步行時(shí)速率為384kb/s，在室內(nèi)為2Mb/s。2007年，ITU制定了IMT-A標(biāo)準(zhǔn)，要求低速環(huán)境時(shí)峰值速率為1Gb/s，高速環(huán)境則是100Mb/s。

3G標(biāo)準(zhǔn)下的系統(tǒng)能夠同時(shí)傳送聲音(通話)及數(shù)據(jù)信息(電子郵件、即時(shí)通信等)，并以提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主。3G是將無(wú)線通信與國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，以能夠處理圖像、音樂(lè)、視頻，可提供網(wǎng)頁(yè)瀏覽、電話會(huì)議、電子商務(wù)等為主要業(yè)務(wù)。

第2代移動(dòng)通信技術(shù)仍然以電話業(yè)務(wù)為主，第2.5代技術(shù)中增加了中等速率(幾十至一百多kb/s)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)作為其增值業(yè)務(wù)。

由于采用了更高的頻帶和更先進(jìn)的無(wú)線(空中接口)接入技術(shù)，3G標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量較2G、2.5G網(wǎng)絡(luò)有了很大提高，比如軟切換技術(shù)使得旅途中高速運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)用戶(hù)在駛出一個(gè)無(wú)線小區(qū)并進(jìn)入另一個(gè)無(wú)線小區(qū)時(shí)不再出現(xiàn)掉話現(xiàn)象。而更高的頻帶范圍和用戶(hù)分級(jí)規(guī)則使得單位區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)容量大大提高，同時(shí)通話允許量大大增加。

3G最大的優(yōu)點(diǎn)即是高速的數(shù)據(jù)下載能力。相對(duì)于2.5G(GPRS/CDMA1x)100kb/s左右的速度，3G隨使用環(huán)境的不同約有300kb～2Mb/s左右的水平。另外有些3G系統(tǒng)服務(wù)業(yè)者會(huì)更新為3.5G系統(tǒng)(如HSDPA)，此時(shí)可有下傳14Mb/s、上傳5.8Mb/s的速度。

1.?CDMA2000

CDMA2000是國(guó)際電信聯(lián)盟ITU的IMT-2000標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可的一個(gè)3G移動(dòng)通信無(wú)線電接口，也是2GcdmaOne標(biāo)準(zhǔn)的延伸。CDMA2000是在2GcdmaOne基礎(chǔ)上演進(jìn)的結(jié)果，在過(guò)渡過(guò)程中，CDMA2000有多個(gè)不同的類(lèi)型(階段)，如下：

●CDMA20001x；

●CDMA20001xRTT；

●CDMA20001xEV：包括CDMA20001xEV-DO和

CDMA20001xEV-DV；

●

CDMA20003x：CDMA20003x利用一對(duì)3.75MHz無(wú)線信道(如3?×?1.25MHz)來(lái)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)速率。3x版本的CDMA2000有時(shí)被叫做多載波(Multi-Carrier或者M(jìn)C)。

2.?WCDMA

WCDMA標(biāo)準(zhǔn)是通用移動(dòng)通信系統(tǒng)(UniversalMobileTelecommunicationsSystem，UMTS)中的無(wú)線接口標(biāo)準(zhǔn)。它由3GPP定型，代表歐洲對(duì)ITUIMT-2000關(guān)于3G蜂窩無(wú)線系統(tǒng)需求的回應(yīng)。UMTS有時(shí)也叫3GSM，強(qiáng)調(diào)結(jié)合了3G技術(shù)而且是GSM標(biāo)準(zhǔn)的后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)。UMTS分組交換系統(tǒng)由GPRS系統(tǒng)演進(jìn)而來(lái)，故系統(tǒng)的架構(gòu)頗為相像，因此WCDAM更適合于GSM2G系統(tǒng)的升級(jí)和演進(jìn)。

3.?TD-SCDMA

TD-SCDMA是時(shí)分-同步碼分多址接入(TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess)的縮寫(xiě)，是ITU批準(zhǔn)的三個(gè)3G標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)，該標(biāo)準(zhǔn)是中國(guó)制定的3G標(biāo)準(zhǔn)。

1999年，由中國(guó)原郵電部電信科學(xué)技術(shù)研究院向ITU提出了該標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)將智能天線、同步CDMA和軟件無(wú)線電(SDR)等技術(shù)融于其中。該標(biāo)準(zhǔn)受到各大主要電信設(shè)備制造廠商的重視，全球一半以上的設(shè)備廠商都宣布可以生產(chǎn)支持TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)的電信設(shè)備。

TD-SCDMA由于采用時(shí)分雙工，上行和下行信道特性基本一致，因此，基站根據(jù)接收信號(hào)估計(jì)上行和下行信道特性比較容易。因此，TD-SCDMA使用智能天線技術(shù)有先天的優(yōu)勢(shì)，而智能天線技術(shù)的使用又引入了SDMA的優(yōu)點(diǎn)，可以減少用戶(hù)間干擾，從而提高頻譜利用率。TD-SCDMA在頻譜利用率、業(yè)務(wù)靈活性、頻率靈活性及成本等方面有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

TD-SCDMA還具有TDMA的優(yōu)點(diǎn)，可以靈活設(shè)置上行和下行時(shí)隙的比例而調(diào)整上行和下行的數(shù)據(jù)速率的比例，特別適合因特網(wǎng)業(yè)務(wù)中上行數(shù)據(jù)少而下行數(shù)據(jù)多的場(chǎng)合。但是這種上行下行轉(zhuǎn)換點(diǎn)的可變性給同頻組網(wǎng)增加了一定的復(fù)雜性。

TD-SCDMA是時(shí)分雙工，不需要成對(duì)的頻帶，因此，和另外兩種頻分雙工的3G標(biāo)準(zhǔn)相比，在頻率資源的劃分上更加靈活。

TD-SCDMA由于采用智能天線和同步CDMA技術(shù)，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的復(fù)雜性，適用于軟件無(wú)線電技術(shù)，因此設(shè)備造價(jià)可望更低。但其空口速率低于WCDMA和CDMA2000。

2005年，第一個(gè)TD-SCDMA試驗(yàn)網(wǎng)依托重慶郵電大學(xué)無(wú)線通信研究所，在重慶進(jìn)行第一次實(shí)際入網(wǎng)實(shí)驗(yàn)。2007年11月，重慶建成了全國(guó)第一個(gè)TD-SCDMA試驗(yàn)網(wǎng)。2008年，中國(guó)移動(dòng)在中國(guó)北京、上海等10個(gè)城市建成了TD-SCDMA試驗(yàn)網(wǎng)并啟動(dòng)TD-SCDMA社會(huì)化業(yè)務(wù)測(cè)試和試商用。2009年中國(guó)移動(dòng)獲得了TD-SCDMA業(yè)務(wù)的經(jīng)營(yíng)許可。

4.?WiMAX

WiMAX(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess，全球互通微波接入)有時(shí)也被認(rèn)為是3G家族的成員之一。WiMAX是一項(xiàng)高速無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于城域網(wǎng)絡(luò)中。WiMAX標(biāo)準(zhǔn)由WiMAX論壇提出并于2001年6月成形，可提供“最后一公里”的無(wú)線寬帶接入，作為電纜和DSL之外的選擇。

WiMAX選擇了IEEE802.16-2004版的256carrierOFDM作為無(wú)線接口規(guī)范，具有較寬的頻帶以及較遠(yuǎn)的傳輸距離。WiMAX能提供許多種應(yīng)用服務(wù)，包括“最后一公里”無(wú)線寬帶接入、熱點(diǎn)(hotspot)、小區(qū)用戶(hù)環(huán)路以及作為商業(yè)用途在企業(yè)間的高速連線?，F(xiàn)在有兩個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)3G標(biāo)準(zhǔn)的制定和演進(jìn)工作，分別是3GPP和3GPP2。3GPP全稱(chēng)是第3代合作伙伴計(jì)劃(3rdGenerationPartnershipProject)，成立于1998年。目前其成員包括歐洲的ETSI、日本的ARIB和TTC、中國(guó)的CCSA、韓國(guó)的TTA和北美的ATIS。其目標(biāo)是在ITU的IMT-2000計(jì)劃范圍內(nèi)制定和實(shí)現(xiàn)全球性的(第3代)移動(dòng)電話系統(tǒng)規(guī)范。它致力于GSM到UMTS(WCDMA)的演化，雖然GSM到WCDMA空中接口差別很大，但是其核心網(wǎng)采用了GPRS的框架，因此仍然保持一定的延續(xù)性。3GPP2的全稱(chēng)是第3代合作伙伴計(jì)劃2(3rdGenerationPartnershipProject2)，也建立于1998年，成員包括TIA(北美)、CCSA(中國(guó))、ARIB/TTC(日本)和TTA(韓國(guó))。

3GPP2是從2G的cdmaOne或者IS-95發(fā)展而來(lái)的CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)體系的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)，它受到擁有多項(xiàng)CDMA關(guān)鍵技術(shù)專(zhuān)利的高通公司的較多支持。而與之對(duì)應(yīng)的3GPP則致力于從GSM向WCDMA(UMTS)過(guò)渡，因此兩個(gè)機(jī)構(gòu)存在一定競(jìng)爭(zhēng)。WCDMA和TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)屬于3GPP旗下，而CDMA2000則歸于3GPP2旗下，WiMAX則不屬于它們中的任何一個(gè)。目前，3GPP和3GPP2都正在向3G標(biāo)準(zhǔn)的下一步演進(jìn)，在基于全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，利用先進(jìn)的MIMO無(wú)線技術(shù)等方面進(jìn)行擴(kuò)展工作，為3.5G和4G積極準(zhǔn)備。如3GPP提出的高速下行分組接入(HighSpeedDownlinkPacketAccess，HSDPA)移動(dòng)通信協(xié)議，亦稱(chēng)為3.5G。HSDPA協(xié)議在WCDMA下行鏈路中提供分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在一個(gè)5MHz載波上的傳輸速率可達(dá)8～10Mb/s(如采用MIMO技術(shù)，則可達(dá)20Mb/s)。HSDPA采用了自適應(yīng)調(diào)制和編碼(AMC)、多輸入多輸出(MIMO)、混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求(HARQ)、快速調(diào)度、快速小區(qū)選擇等技術(shù)。HSDPA的對(duì)應(yīng)上行協(xié)議是HSUPA(高速上行分組接入)標(biāo)準(zhǔn)，是一種因HSDPA上傳速度不足(只有384kb/s)而開(kāi)發(fā)的，亦稱(chēng)為3.75G，它在5MHz載波上的傳輸速率可達(dá)10～15Mb/s(如采用MIMO技術(shù)，則可達(dá)28Mb/s)、上傳速度達(dá)5.76Mb/s(使用3GPPRel7技術(shù)，則可達(dá)11.5Mb/s)，令需要大量上傳如雙向視頻直播或VoIP得以順利實(shí)現(xiàn)。另一方面，3GPP2提出的演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)是EV-DO(Evolution-DataOptimized，優(yōu)化的數(shù)據(jù)演進(jìn))。EV-DO技術(shù)的基本思想是把語(yǔ)音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分別放在兩個(gè)獨(dú)立的載波上承載，從而極大簡(jiǎn)化系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)難度，避免了復(fù)雜的資源調(diào)度算法。EV-DO技術(shù)還提高了空中接口的速率，它采用速率控制而不是功率控制，可以始終使用最大功率發(fā)射前向鏈路信號(hào)，提高了可靠性；運(yùn)用特有的調(diào)度算法合理處理小區(qū)內(nèi)多個(gè)終端的業(yè)務(wù)競(jìng)爭(zhēng)。

目前，WiMAX標(biāo)準(zhǔn)也由固定式向移動(dòng)WiMAX演進(jìn)。802.16-2004(802.16d)WiMAX只支持固定接入，802.16-2005(802.16e)WiMAX標(biāo)準(zhǔn)則同時(shí)支持固定及移動(dòng)接入。4.1.6第4代移動(dòng)通信系統(tǒng)

4G是英文fourth-generation的縮寫(xiě)，指第4代移動(dòng)通信系統(tǒng)，也是3G之后的延伸。從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的角度看，按照ITU的定義，靜態(tài)傳輸速率達(dá)到1Gb/s，用戶(hù)在高速移動(dòng)狀態(tài)下可以達(dá)到100Mb/s，就可以作為4G的技術(shù)之一。從營(yíng)運(yùn)商的角度看，除了與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的可兼容性外，4G要有更高的數(shù)據(jù)吞吐量、更低時(shí)延、更低的建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)成本、更高的鑒權(quán)能力和安全能力、支持多種QoS等級(jí)。

3GLTE、LTE-Advanced與WiMAX以及3GPP2的超移動(dòng)寬帶(UltraMobileBroadband，UMB)技術(shù)常一起被稱(chēng)為4G。到了4G時(shí)代，移動(dòng)通信網(wǎng)將變成全數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，將以O(shè)FDM正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)為主要空中傳輸方式，且以IP為基礎(chǔ)構(gòu)成核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。LTE的最高下行速率將達(dá)到100Mb/s，上行也將達(dá)到50Mb/s以上，比WiMAX更快。

4G時(shí)代將是一個(gè)信息融合的時(shí)代，意味著更多技術(shù)、行業(yè)、應(yīng)用的融合，不再局限于電信行業(yè)，還可以應(yīng)用于金融、醫(yī)療、教育、交通等行業(yè)；通信終端能做更多的事情，例如除語(yǔ)音通信之外的多媒體通信、遠(yuǎn)端控制等；局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣播網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)將能夠融為一體而組成一個(gè)未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)，上層以云計(jì)算為服務(wù)核心，無(wú)論使用什么終端，都可以享受高品質(zhì)的信息服務(wù)。

GSM(GlobalSystemforMobileCommunication)的中文全稱(chēng)是全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，又稱(chēng)“全球通”。該系統(tǒng)由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化研究所(ETSI)下的移動(dòng)特別小組(簡(jiǎn)稱(chēng)“GSM”)開(kāi)發(fā)出來(lái)并成功運(yùn)用。4.2GSM全球移動(dòng)通信系統(tǒng)我國(guó)陸地公用蜂窩數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)GSM通信系統(tǒng)采用900MHz頻段。上行信道頻率(移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收)為905～915MHz，下行信道頻率(基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收)為950～960MHz。隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，需要向下擴(kuò)展，或向1.8GHz頻段的DCS1800過(guò)渡，即使用1800MHz頻段，此時(shí)，上行信道頻率(移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收)為1710～1785MHz，下行信道頻率(基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收)為1805～1880MHz。

GSM的相鄰兩頻道間隔為200kHz，每個(gè)頻道采用時(shí)分多址接入(TDMA)方式，分為8個(gè)時(shí)隙，即8個(gè)信道(全速率)，采用等間隔頻道配置方法。在GSM系統(tǒng)中采用了GMSK的調(diào)制方法，符號(hào)率(symbolrate)為270ksymbol/s，也是270kb/s(精確值為270.833symbol/s)。使用的濾波器是Gauss濾波器，參數(shù)BT值為0.3。

GSM的發(fā)射標(biāo)識(shí)如下：業(yè)務(wù)信道發(fā)射標(biāo)識(shí)為271KF7W；控制信道發(fā)射標(biāo)識(shí)也為271KF7W。其中，標(biāo)識(shí)的具體含義是：271K表示帶寬271kHz，F(xiàn)表示主載波調(diào)制方式為頻率調(diào)制，7表示包含量化或數(shù)字信息的雙信道或多信道，W表示電報(bào)傳真數(shù)據(jù)、遙測(cè)、遙控、電話和視頻的組合。

依據(jù)GSM的調(diào)制參數(shù)，我們可以建立GSM調(diào)制方式在加性高斯白噪聲信道中的傳輸性能測(cè)試模型。仿真模型如圖4-1所示(GSMGauss.mdl)。

圖4-1GSM調(diào)制方式的傳輸性能測(cè)試模型(SCHX4_1.mdl)

模型中通過(guò)方差(Variance)模塊和統(tǒng)計(jì)平均模塊(Mean)來(lái)測(cè)量調(diào)制輸出信號(hào)的功率，因?yàn)樾诺滥K(AWGN)需要依據(jù)輸入信號(hào)的功率和設(shè)定的信噪比來(lái)確定應(yīng)加入的高斯白噪聲的大小(方差)。值得注意的是，信道模塊所加入的高斯白噪聲的頻率覆蓋范圍由輸入數(shù)據(jù)的采樣率確定，這里即為-2.16～2.16MHz。所以，仿真中大部分噪聲并沒(méi)有落入GMSK調(diào)制輸出的傳輸頻帶中，這部分噪聲是可以濾除的。因此，信道模塊設(shè)置的信噪比與實(shí)際工程中的測(cè)量信噪比不同：信道模塊設(shè)置的信噪比是仿真的全部頻率范圍中信號(hào)功率與噪聲功率的比值，而實(shí)際工程中測(cè)量信噪比一般取傳輸頻帶內(nèi)的信號(hào)功率與噪聲功率的比值。本例中，如果實(shí)際傳輸帶寬取200kHz(-100～100kHz)，則進(jìn)入傳輸帶寬的噪聲功率僅占噪聲總功率的1/21.6(-13.3dB)，即如果信道模塊中設(shè)置信噪比為10dB，則對(duì)應(yīng)傳輸帶寬內(nèi)的信噪比為23.3dB。圖4-1中，仿真測(cè)量出GMSK輸出功率(統(tǒng)計(jì)平均)為0.8055W，設(shè)置信道模塊中輸入信號(hào)功率為該值，信噪比為0dB，這樣，噪聲總功率等于信號(hào)功率，故信道輸出的總功率(信號(hào)疊加噪聲)為純信號(hào)功率的兩倍，仿真實(shí)測(cè)結(jié)果為1.614W。在解調(diào)端，GMSKDemodulatorBaseband模塊的設(shè)置要對(duì)應(yīng)于調(diào)制端。其中，用回溯長(zhǎng)度(Tracebacklength)參數(shù)可以設(shè)定維特比解調(diào)(ViterbiDecoder)的回溯時(shí)間長(zhǎng)度，回溯長(zhǎng)度越長(zhǎng)，解調(diào)誤碼性能越好，但解調(diào)延時(shí)相應(yīng)越多。一般取高斯脈沖持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度的幾倍即可。這里回溯時(shí)間取12個(gè)符號(hào)時(shí)間。相應(yīng)地，解調(diào)輸出符號(hào)相對(duì)于發(fā)送符號(hào)也將延遲12個(gè)符號(hào)時(shí)間。在誤碼統(tǒng)計(jì)模塊的信號(hào)延遲參數(shù)設(shè)置上也應(yīng)注意，接收延遲也要設(shè)為12。頻譜儀上可以觀察到GMSK信號(hào)通過(guò)信道后的功率譜。圖4-2(a)、(b)分別給出的信道信噪比設(shè)置為0dB(對(duì)應(yīng)傳輸帶寬內(nèi)信噪比為13.3dB)和20dB(對(duì)應(yīng)傳輸帶寬內(nèi)信噪比為33.3dB)下的功率譜。

圖4-2不同信噪比下的GMSK(BT值為0.3)功率譜(a)帶內(nèi)信噪比為13.3dB時(shí)的GMSK功率譜

圖4-2不同信噪比下的GMSK(BT值為0.3)功率譜(b)帶內(nèi)信噪比為33.3dB時(shí)的GMSK功率譜

圖4-3GSM信道調(diào)制輸出信號(hào)的功率譜測(cè)量結(jié)果

蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)(CellularDigitalPacketData，CDPD)標(biāo)準(zhǔn)是基于現(xiàn)有蜂窩電話網(wǎng)的以數(shù)字分組技術(shù)為基礎(chǔ)、以蜂窩移動(dòng)通信為組網(wǎng)方式的移動(dòng)無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)。

CDPD始于美國(guó)，是一種使用AMPS信道的數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)。1992年開(kāi)始研究，1995年推出第一個(gè)商用CDPD網(wǎng)絡(luò)，至今美國(guó)已基本實(shí)現(xiàn)全國(guó)覆蓋。我國(guó)于1995年開(kāi)始進(jìn)行可行性研究，1996年在上海建成試驗(yàn)網(wǎng)，1997年底原郵電部決定建設(shè)“中國(guó)公用無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)”。4.3CDPD蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)網(wǎng)CDPD使用AMPS系統(tǒng)800MHz和900MHz信道上未被使用的帶寬來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。但它沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)過(guò)速率較慢卻更廉價(jià)的Mobitex和DataTac系統(tǒng)，也未能在更高速的GPRS商用前占領(lǐng)市場(chǎng)。2004年，主要運(yùn)營(yíng)商在美國(guó)宣布計(jì)劃關(guān)閉CDPD服務(wù)。2005年7月，AT&T和Cingular的CDPD網(wǎng)絡(luò)被關(guān)閉。CDPD現(xiàn)已逐漸被淘汰。

CDPD將開(kāi)放式接口、高速率傳輸、用戶(hù)單元確定、空中數(shù)據(jù)加密和標(biāo)準(zhǔn)IP尋址模式有力地結(jié)合在一起，成為公認(rèn)的、較好的無(wú)線數(shù)據(jù)通信規(guī)范。CDPD是建立在AMPS之上，并且完全與AMPS兼容的一種分組交換數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)。基本上，任何一個(gè)空閑的30kHz信道，都可以暫時(shí)用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)幀傳輸，其總速率為19.2kb/s，但由于CDPD包含了一部分附加位，因此純的數(shù)據(jù)傳輸速率接近9.6kb/s。此外，CDPD具有數(shù)據(jù)安全性高等特點(diǎn)，它支持用戶(hù)越區(qū)切換和全網(wǎng)漫游、廣播和群呼，支持移動(dòng)速度達(dá)100km/h的數(shù)據(jù)用戶(hù)，可與公用有線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。它的ERP為0.6W，配合放大器可達(dá)3W。

CDPD系統(tǒng)空中接口的主要技術(shù)性能如下：

(1)頻率范圍：800～900MHz的射頻頻率；發(fā)射頻段為824～849MHz，是AMPS的頻段；接收頻段為800～894MHz，頻道間隔為30kHz。

(2)無(wú)線速率：空中全雙工19.2kb/s雙向數(shù)據(jù)傳輸。

(3)工作模式：全雙工，具有廣播和群呼功能。

(4)無(wú)線接口協(xié)議：CDPDV1.1。

(5)數(shù)據(jù)安全性高，自動(dòng)切換和全網(wǎng)漫游功能。

(6)調(diào)制方式：GMSK，歸一化3dB帶寬BT?=?0.5。

(7)信道擁塞控制(通信負(fù)荷平衡)和抗干擾跳頻切換。

(8)終端發(fā)射功率為0.6～4W，基站發(fā)射功率為45W。

依據(jù)CDPD的空中接口參數(shù)，我們可以建立CDPD在加性白高斯噪聲信道中的傳輸性能測(cè)試模型。仿真模型如圖4-4所示(SCHX4_4.mdl)。

圖4-4CDPD傳輸性能測(cè)試模型(SCHX4_4.mdl)

CDPD傳輸性能測(cè)試模型構(gòu)造類(lèi)似于圖4-1GSM的傳輸模型。值得注意的是，GMSK模塊輸出信號(hào)的平均功率與BT值有關(guān)，為了得出信道加入噪聲大小的定量指標(biāo)，需要依據(jù)仿真測(cè)量結(jié)果來(lái)設(shè)定加性高斯白噪聲信道的參數(shù)。

模型中，設(shè)置信源輸出比特率為19.2kb/s，每10比特組成一個(gè)輸出幀；GMSK調(diào)制器參數(shù)BT?=?0.5，高斯脈沖持續(xù)時(shí)間為3個(gè)符號(hào)間隔，輸出調(diào)制信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)為16點(diǎn)每符號(hào)。GMSK解調(diào)器參數(shù)也做對(duì)應(yīng)設(shè)置，其中維特比解碼的回溯長(zhǎng)度為16，相應(yīng)地，誤碼測(cè)試儀的輸入信號(hào)延遲也設(shè)定為16。頻譜儀的觀測(cè)范圍可設(shè)置為-50～50kHz。圖4-5給出了信道信噪比為55dB時(shí)的信道輸出功率譜仿真估計(jì)結(jié)果。

圖4-5信噪比為55dB時(shí)的信道輸出功率譜仿真估計(jì)結(jié)果

圖4-6CDPD系統(tǒng)調(diào)制輸出信號(hào)的功率譜實(shí)測(cè)結(jié)果

NADC的英文全稱(chēng)是NorthAmericanDigitalCellular，代表北美數(shù)字蜂窩或美國(guó)數(shù)字蜂窩標(biāo)準(zhǔn)。NADC也即D-AMPS(全稱(chēng)DigitalAMPS，數(shù)字AMPS系統(tǒng))，正式標(biāo)準(zhǔn)號(hào)是IS-54及IS-136，技術(shù)上屬于第2代移動(dòng)通信系統(tǒng)。

4.4NADC北美數(shù)字蜂窩網(wǎng)

NADC于1992年由貝爾公司最初部署，作為對(duì)模擬體制的APMS系統(tǒng)的改進(jìn)，采用時(shí)分復(fù)用(TDMA)體制。到1995年用戶(hù)數(shù)達(dá)到50萬(wàn)。NADC能夠支持語(yǔ)音和數(shù)據(jù)通信，其系統(tǒng)容量能夠達(dá)到AMPS系統(tǒng)的3～6倍。NADC主要部署于美國(guó)和加拿大，是一個(gè)與歐洲GSM標(biāo)準(zhǔn)競(jìng)爭(zhēng)的第2代移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

NADC的主要空中接口參數(shù)是：

(1)調(diào)制方式：π/4-DQPSK。

(2)符號(hào)速率：24.3ksymbol/s。

(3)發(fā)送濾波器：平方根升余弦濾波(滾降系數(shù)為0.35)。

(4)移動(dòng)臺(tái)接收頻率：869～894MHz；移動(dòng)臺(tái)發(fā)射頻率：824～849MHz。

(5)多址方式：TDMA/FDM。

(6)雙工模式：FDD(頻分雙工)。

(7)頻道數(shù)量：832(每3用戶(hù)分享一個(gè)頻道)。

(8)信道間隔/帶寬：30kHz。

(9)頻道比特率：48.6kb/s。

(10)頻譜效率：1.62(bit/s)/Hz。

(11)交織方式：2時(shí)隙交織。

圖4-7NADC一個(gè)頻道上信號(hào)輸出功率譜測(cè)試模型(SCHX4_7.mdl)在圖4-7中，RandomInteger模塊用于產(chǎn)生符號(hào)速率：24.3ksymbol/s的4元整數(shù)序列，作為調(diào)制輸入。DQPSK調(diào)制器采用基帶模型，相位偏移量設(shè)置為π/4。調(diào)制輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)平方根升余弦濾波器，每符號(hào)周期用16樣值進(jìn)行采樣，因此，平方根升余弦濾波器輸出的仿真數(shù)據(jù)率為24.3?×?16ksymbol/s。

圖4-8NADC系統(tǒng)仿真輸出的功率譜估計(jì)結(jié)果

圖4-9NADC系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)頻譜實(shí)測(cè)圖

PDC是“個(gè)人數(shù)字蜂窩電話”的縮寫(xiě)，英文全稱(chēng)是PersonalDigitalCellular。該標(biāo)準(zhǔn)是由日本開(kāi)發(fā)及使用的2G移動(dòng)電話通信標(biāo)準(zhǔn)。PDC標(biāo)準(zhǔn)在1991年制定，與D-AMPS及GSM標(biāo)準(zhǔn)相似，都采用TDMA技術(shù)，但PDC標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)射信號(hào)較小，手機(jī)功耗相對(duì)也較小，手機(jī)較為輕巧，但在室內(nèi)環(huán)境中通話質(zhì)量不如GSM。4.5PDC個(gè)人數(shù)字蜂窩電話日本NTTDoCoMo公司在1993年推出PDC數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。PDC的頻道間隔為25kHz，每頻道分為3個(gè)時(shí)隙，采用π/4-DQPSK調(diào)制技術(shù)。語(yǔ)音編解碼器采用輸出碼速率為11.2kb/s(全速率)及5.6kb/s(半速率)的低速率編碼。

PDC使用800MHz(下行頻段為810～888MHz，上行頻段為893～958MHz)及1.5GHz(下行頻段為1477～1501MHz，上行頻段為1429～1453MHz)頻譜。PDC所能提供的主要業(yè)務(wù)是語(yǔ)音業(yè)務(wù)(全速及半速)，其增值服務(wù)包括來(lái)電等候、留言信箱、三人會(huì)議、來(lái)電轉(zhuǎn)接。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)有數(shù)據(jù)服務(wù)(最高為9.6kb/s)和分組變換無(wú)線數(shù)據(jù)(packet-switchedwirelessdata，最高為28.8kb/s)。隨著3G技術(shù)的推廣，PDC的用戶(hù)已經(jīng)逐漸遷移到CDMA2000或WCDMA等新的平臺(tái)上。

DPC標(biāo)準(zhǔn)的空中接口參數(shù)是：

調(diào)制符號(hào)速率：21ksymbol/s；

調(diào)制方式：π/4-DQPSK；

發(fā)送濾波器：平方根升余弦濾波器，滾降系數(shù)為0.5。

根據(jù)其空中接口參數(shù)建立傳輸仿真模型如圖4-10所示。其中，調(diào)制符號(hào)通過(guò)RandomInteger模塊產(chǎn)生，設(shè)置其輸出

符號(hào)采樣時(shí)間間隔為 s，對(duì)應(yīng)輸出符號(hào)速率為

21ksymbol/s。輸出符號(hào)為4元整數(shù)(0，1，2，3)，每10個(gè)符號(hào)組成一幀后，送入調(diào)制器。

圖4-10DPC傳輸仿真模型(SCHX4_10.mdl)調(diào)制器采用DQPSK調(diào)制模塊基帶模型，相位旋轉(zhuǎn)參數(shù)設(shè)置為π/4。調(diào)制輸出為復(fù)數(shù)序列，速率為21ksymbol/s。將調(diào)制輸出信號(hào)序列送入平方根升余弦濾波器進(jìn)行波形成形。平方根升余弦濾波器在收發(fā)端各加一個(gè)，兩者設(shè)置相同，共同構(gòu)成升余弦濾波器特性曲線。平方根升余弦濾波器的參數(shù)設(shè)置對(duì)話框如圖4-11所示。設(shè)置平方根升余弦濾波器的群延遲為3個(gè)符號(hào)，滾降系數(shù)為0.5，升采樣倍數(shù)為8，并保持輸出數(shù)據(jù)幀速率，這樣，每一個(gè)調(diào)制符號(hào)間隔將被均勻采樣8次形成波形，輸出每幀中將含有80個(gè)復(fù)數(shù)符號(hào)，且相對(duì)于輸入，輸出符號(hào)延遲了3個(gè)符號(hào)的時(shí)隙時(shí)間。由于平方根升余弦濾波器的插入，將導(dǎo)致濾波器輸出信號(hào)功率變化。仿真模型中我們采用實(shí)測(cè)方法得出發(fā)送信號(hào)的功率估計(jì)，以便在信道模型中設(shè)置正確的信噪比。執(zhí)行仿真后實(shí)測(cè)結(jié)果為：平方根升余弦濾波器的輸出符號(hào)平均功率為0.1145W。因此，在AWGN信道模塊中設(shè)置輸入信號(hào)功率為0.1145W。

圖4-11平方根升余弦濾波器的參數(shù)設(shè)置對(duì)話框接收端，平方根升余弦濾波器也將導(dǎo)致符號(hào)群延遲。調(diào)制和解調(diào)模塊不會(huì)導(dǎo)致延遲，因此系統(tǒng)接收解調(diào)輸出數(shù)據(jù)相對(duì)于發(fā)送數(shù)據(jù)的總延遲為6個(gè)符號(hào)，相應(yīng)誤碼儀中接收延遲要設(shè)置為6，以便對(duì)齊收發(fā)符號(hào)序列。

執(zhí)行仿真后，可從頻譜儀觀察到接收信號(hào)的功率譜。圖4-12(a)、(b)分別是信道信噪比為20dB和30dB時(shí)的接收功率譜估計(jì)結(jié)果。從圖中可見(jiàn)，3dB帶寬約為20kHz，故DPC標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)信道間隔為25kHz是合理的。圖4-12不同信噪比下的DPC系統(tǒng)接收功率譜估計(jì)結(jié)果(a)

SNR=20dB

圖4-12不同信噪比下的DPC系統(tǒng)接收功率譜估計(jì)結(jié)果(b)

SNR=30dB

IS-95標(biāo)準(zhǔn)是由Qualcomm公司提出的，是一個(gè)基于CDMA技術(shù)的第2代數(shù)字蜂窩系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)分為IS-95A和IS-95B兩類(lèi)，IS-95A和IS-95B均有一系列標(biāo)準(zhǔn)，其總稱(chēng)為IS-95。

IS-95A是1995年美國(guó)TIA正式頒布的窄帶CDMA(N-CDMA)標(biāo)準(zhǔn)。IS-95B是IS-95A的進(jìn)一步發(fā)展，是于1998年制定的標(biāo)準(zhǔn)，主要目的是滿(mǎn)足更高的比特速率業(yè)務(wù)的需求。4.6CDMAIS-95碼分多址通信系統(tǒng)

IS-95的前向鏈路采用FDMA/CDMA混合多址方式，把所使用的頻段劃分為1.25MHz的頻道。每個(gè)頻道又被劃分為64個(gè)信道，通過(guò)64階Walsh序列來(lái)區(qū)分這些不同的信

道，實(shí)現(xiàn)碼分多址。每個(gè)信道的基帶數(shù)據(jù)與一個(gè)特定的Walsh序列相乘，得到碼率為

1.2288Msymbol/s的數(shù)據(jù)序列。此數(shù)據(jù)序列進(jìn)一步與I路和Q路兩個(gè)正交的短PN碼相乘。最后，對(duì)相乘結(jié)果序列進(jìn)行QPSK調(diào)制后發(fā)送出去。發(fā)送端采用的濾波器是FIR基帶平方根升余弦濾波器，滾降系數(shù)為0.3。

IS-95的反向鏈路上，每個(gè)頻道(1.25MHz)也同樣被劃分為64個(gè)信道，數(shù)據(jù)序列的碼率也是1.2288Msymbol/s。但是，反向鏈路使用的正交調(diào)制器與前向鏈路不同：在Q信道上有半個(gè)碼片的延時(shí)，形成所謂的OQPSK調(diào)制。依據(jù)IS-95的前向鏈路調(diào)制參數(shù)，建立信號(hào)功率譜估計(jì)模型如圖4-13所示(IS-95CDMAqpsk.mdl)。其中，調(diào)制輸入信號(hào)為四元整數(shù)序列(0，1，2，3)，模擬了I、Q兩路已經(jīng)擴(kuò)頻的信號(hào)，符號(hào)速率依據(jù)IS-95標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為1.2288Msymbol/s。調(diào)制器采用QPSK等效基帶模型。調(diào)制輸出經(jīng)過(guò)平方根升余弦濾波器成形，濾波群延時(shí)為3，滾降系數(shù)設(shè)置為0.3，升采樣倍數(shù)設(shè)置為8。這樣，濾波器的輸出數(shù)據(jù)速率將是輸入數(shù)據(jù)速率的8倍。

圖4-13IS-95的前向鏈路信號(hào)功率譜估計(jì)模型(SCHX4_13.mdl)由于濾波器的插入改變了信號(hào)功率，故采用功率測(cè)量得出濾波器輸出信號(hào)的功率，以便AWGN信道的設(shè)置。執(zhí)行仿真，測(cè)量得到濾波器輸出信號(hào)的功率估計(jì)值為0.1246。相應(yīng)AWGN信道的信號(hào)輸入功率也為該值。

頻譜儀中，設(shè)置觀察頻譜范圍為-2.5～2.5MHz，當(dāng)AWGN模塊中信噪比設(shè)置為20dB時(shí)仿真估計(jì)出的接收信號(hào)功率譜如圖4-14所示。從仿真結(jié)果中可以看出調(diào)制輸出信號(hào)的3dB帶寬約為1.25MHz，故IS-95標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的信道帶寬為1.25MHz。圖4-15給出了IS-95前向鏈路輸出功率譜的實(shí)測(cè)結(jié)果。

圖4-14SNR為20dB時(shí)IS-95前向鏈路接收信號(hào)功率譜仿真結(jié)果

圖4-15CDMAIS-95系統(tǒng)的前向鏈路頻譜實(shí)測(cè)結(jié)果

CT-2第2代無(wú)繩電話系統(tǒng)(CordlessTelephone2ndGeneration)是家用室內(nèi)無(wú)線電話的改良版本，是由第1代無(wú)繩電話CT-1(也稱(chēng)為住宅無(wú)繩電話)發(fā)展起來(lái)的“公用無(wú)繩電話系統(tǒng)”，也有人稱(chēng)其為“商用無(wú)繩電話系統(tǒng)”。

CT-2流行于20世紀(jì)90年代初。其特點(diǎn)是傳輸距離短，只能在指定地方打出(后來(lái)發(fā)展至可以打入)，通常配合當(dāng)時(shí)流行的無(wú)線尋呼機(jī)使用。90年代中后期，因移動(dòng)電話的商用推廣，該無(wú)繩電話系統(tǒng)被淘汰。4.7CT-2第2代無(wú)繩電話系統(tǒng)

CT-2的基地臺(tái)的發(fā)射半徑只有150～200m，且不能進(jìn)行切換和中繼。終端通話過(guò)