【正文】 附錄 A 現(xiàn)代移動(dòng)通信 在當(dāng)今高度信息化的社會(huì)，信息和通信已成為現(xiàn)代社會(huì)的 “命脈 ”。信息的交流主要依賴于計(jì)算機(jī)通信，而通信作為傳輸手段，與傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相互融合，已成為 21 世紀(jì)國(guó)際社會(huì)和世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。為了適應(yīng)時(shí)代的要求，新的一代移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)時(shí)而生，新的一代移動(dòng)通信技術(shù)即人們稱之第三代的核心特征是寬帶尋址接入到固定網(wǎng)和眾多不同通信系統(tǒng)間的無(wú)隙縫漫游，獲取多媒體通信業(yè)務(wù)。 隨著時(shí)代的進(jìn)步、科技的創(chuàng)新、人們的生活要求的提高，移動(dòng)通信技術(shù)更新?lián)Q代速度相當(dāng)驚人，差不多每隔十年移動(dòng)通信技術(shù)就發(fā)生一次變 革性換代，從上個(gè)世紀(jì) 80 年代的 “大哥大 ”到現(xiàn)在的 3G 手機(jī)，其間發(fā)生了兩次移動(dòng)通信技術(shù)的變革，從 1G的 AMPS過渡到 2G的 GSM，從 GSM到 IMT2020（即 3G技術(shù)）。 1 現(xiàn)代的移動(dòng)通信技術(shù)有以下幾方面的重要技術(shù) 1) 寬帶調(diào)制和多址技術(shù) 無(wú)線高速數(shù)據(jù)傳輸不能一味僅靠頻譜的擴(kuò)展，應(yīng)在頻譜效率上至少高于目前一個(gè)數(shù)量級(jí)，可在物理層采用三項(xiàng)技術(shù)，即 OFDM、 UWB和空時(shí)調(diào)制編碼。 OFDM與其他編碼方式的結(jié)合，靈活把 OFDM與 TDMA、 FDMA、 CDMA、 SDMA組合成多址技術(shù)。 20世紀(jì) 60年代 OFDM的多 路數(shù)據(jù)傳輸已成功用于 Kineplex和 Kathryn高頻軍事通信系統(tǒng)。 OFDM已用于 Mbit/s 高比特率數(shù)字用戶線（ HDSL）， 6 Mbit/s不對(duì)稱數(shù)字用戶線（ ADSL）， 100 Mbit/s 甚高速數(shù)字用戶線（ VDSL），數(shù)字音頻廣播和數(shù)字視頻廣播等。 OFDM應(yīng)用于 5 GHz上提供 54 Mbit/s 無(wú)線本地網(wǎng) IEEE a和 IEEE ，高性能本地域網(wǎng)絡(luò) Hiper LAN/2 和 ETSIBRAN，還作為城域網(wǎng) IEEE （ ISDBT）標(biāo)準(zhǔn)。與單 載頻調(diào)制制式相比， OFDM調(diào)制制式要解決相對(duì)大的峰均功率比（ PAPR， Peak to Average Power Ratio）和對(duì)頻率位移和相位噪聲敏感的問題。 高速移動(dòng)通信的另一要求是在寬噪聲帶寬下，所需解調(diào)信噪比應(yīng)盡可能降低，從而增加覆蓋面積。可采取抗衰落的快速發(fā)射功率控制和導(dǎo)頻輔助快速跟蹤相干解調(diào)技術(shù)，如頻域抗衰落的 Rake 接收和跟蹤技術(shù)，從時(shí)域和頻域抵抗時(shí)間和頻率選擇性衰落的 OFDMA技術(shù)，鏈路自適應(yīng)技術(shù)，聯(lián)合編碼技術(shù)。 2) 頻譜利用率提升技術(shù) 理論研究指出：在獨(dú)立 Rayleigh 散射信道中，數(shù)據(jù) 速率與天線數(shù)成線性關(guān)系，容量可達(dá) Shannon的 90%。在發(fā)射和接收端以多天線開發(fā)信道空間可取得容量和頻譜效率的增益。 MIMO技術(shù)主要包括空間復(fù)用和空間分集技術(shù)，在獨(dú)立信道上并發(fā)或連發(fā)相同信息來(lái)提高傳輸可靠性。 收發(fā)雙方的空間分集是高容量無(wú)線通信系統(tǒng)采用技術(shù)之一。貝爾實(shí)驗(yàn)室分層次空時(shí)的對(duì)角 BLAST（ DBLAST）容量的增加為收發(fā)雙方最小天線數(shù)的函數(shù)。利用 MIMO 所構(gòu)成的跨時(shí)域和空域的擴(kuò)展信號(hào)還可以抵抗多徑干擾。 VBLAST系統(tǒng)在室內(nèi) 24～ 34 dB時(shí)，頻譜利用率為 20～ 40 bit/s/Hz。而發(fā)射和 接收端均采用 16天線，在 30 dB時(shí)，頻譜利用率增至 60～ 70 bit/s/Hz。 智能天線自動(dòng)跟蹤所需信號(hào)和自適應(yīng)空時(shí)處理算法，利用天線陣產(chǎn)生空間定向波束，通過數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)使主波束對(duì)準(zhǔn)用戶信號(hào)到達(dá)方向，旁瓣或零陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)到達(dá)方向。自適應(yīng)陣列天線（ AAA， Adaptive Array Antennas）中干擾抵消均衡器（ ICE， Interference Canceling Equalizer）可減少干擾和降低發(fā)射功率。 3) 軟件無(wú)線電技術(shù) 軟件無(wú)線電技術(shù)是在硬件平臺(tái)上通過軟件編輯以一個(gè)終端實(shí)施不同 系統(tǒng)中多種通信業(yè)務(wù)。它用數(shù)字信號(hào)處理語(yǔ)言描述電信元件，以軟件程序下載成數(shù)字信號(hào)處理硬件（ DSPH， Digital Signal Pocessing Hardware）。以具有通用開放無(wú)線結(jié)構(gòu)（ OWA， Open Wireless Architecture），兼容多種模式在多種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之間無(wú)縫切換。 UWB 也稱為脈沖無(wú)線電，調(diào)制采用脈沖寬度在納秒級(jí)的快速上升和下降脈沖，脈沖覆蓋的頻譜從直流至吉赫茲，不需常規(guī)窄帶調(diào)制所需的射頻上變換，脈沖成型后可直接送至天線發(fā)射。 4) 軟件無(wú)線電技術(shù) 軟件無(wú)線電技術(shù)是在硬件平臺(tái) 上通過軟件編輯以一個(gè)終端實(shí)施不同系統(tǒng)中多種通信業(yè)務(wù)。它用數(shù)字信號(hào)處理語(yǔ)言描述電信元件，以軟件程序下載成數(shù)字信號(hào)處理硬件（ DSPH， Digital Signal Pocessing Hardware）。以具有通用開放無(wú)線結(jié)構(gòu)（ OWA， Open Wireless Architecture），兼容多種模式在多種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之間無(wú)縫切換。 5) 網(wǎng)絡(luò)安全和 QoS QoS 分為無(wú)線和有線側(cè)兩部分，無(wú)線側(cè)的 QoS 涉及無(wú)線資源管理和調(diào)度，接納控制和移動(dòng)性管理等，移動(dòng)性管理主要包括終端移動(dòng)性，個(gè)人移動(dòng)性和業(yè)務(wù)移動(dòng)性。有線側(cè)的 QoS涉及基于 IP diffSer 的區(qū)分業(yè)務(wù)和 RSVP的端到端資源預(yù)留機(jī)制。把 IP diffSer 的 IP QoS機(jī)制映射到無(wú)線側(cè)。網(wǎng)絡(luò)安全包括網(wǎng)絡(luò)接入安全，核心網(wǎng)安全，應(yīng)用安全，安全機(jī)制可見性與可配置性。 在上述現(xiàn)代移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了陸地蜂窩移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信以及無(wú)線因特網(wǎng)通信技術(shù)，這些通信方式使通信面貌發(fā)生了巨大的變化，采用數(shù)字技術(shù)的現(xiàn)代無(wú)線通信已經(jīng)滲入國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域和人們的日常生活，為此，我們需要關(guān)心它的發(fā)展趨勢(shì)，希望它朝著越來(lái)越方便人們的生活的方向發(fā)展，現(xiàn)在就讓我們來(lái)看看現(xiàn)代移動(dòng)通信的未 來(lái)發(fā)展趨勢(shì)吧。 2 現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的七個(gè)新趨勢(shì) 1）移動(dòng)管理已從終端管理向個(gè)人管理和智能管理發(fā)展； 2）網(wǎng)絡(luò)已從同步的數(shù)字電路向異步的數(shù)字分組和異步傳遞方式 (ATM)發(fā)展； 3）軟件的開發(fā)已從算法驅(qū)動(dòng)到面向過程和面向目標(biāo)的趨勢(shì)發(fā)展； 4）信息處理已從話音發(fā)展到數(shù)據(jù)和圖像； 5）無(wú)線頻譜的處理已從窄帶模擬向窄帶 CDMA發(fā)展； 6）計(jì)算機(jī)已從集中式處理發(fā)展到分布式服務(wù)器和智能化處理； 7）半導(dǎo)體器件已從每芯片 16兆門 /150MHz速率的 VLSI發(fā)展到 /350MHz速率的 VLSI和 2千兆門 /550MHz速率的 VLSI。 在這種趨勢(shì)的引導(dǎo)下，移動(dòng)通信業(yè)務(wù)迅猛發(fā)展，它滿足了人們?cè)谌魏螘r(shí)間、任何地點(diǎn)與任何個(gè)人進(jìn)行通信的愿望。移動(dòng)通信是實(shí)現(xiàn)未來(lái)理想的個(gè)人通信服務(wù)的必由之路。在信息支撐技術(shù)、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和需求的共同作用下，移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展更是突飛猛進(jìn)，呈現(xiàn)出以下幾大趨勢(shì)： 1)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化、分組化； 2)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)寬帶化； 3)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)智能化； 4)更高的頻段； 5)更有效利用頻率； 6)各種網(wǎng)絡(luò)趨于融合。了解、掌握這些趨勢(shì)對(duì)移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備制造商均具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 3 蜂窩無(wú)線通信系統(tǒng) 概述 人們開發(fā)出了許多無(wú)線通信系統(tǒng)，為不同的運(yùn)行環(huán)境中的固定用戶或移動(dòng)用戶提供了接入到通信基礎(chǔ)設(shè)施的手段。當(dāng)今大多數(shù)無(wú)線通信系統(tǒng)都是基于蜂窩無(wú)線電概念之上的。蜂窩通信系統(tǒng)允許大量移動(dòng)用戶無(wú)縫地、同時(shí)地利用有限的射頻（ radio frequency， RF）頻譜與固定基站中的無(wú)線調(diào)制解調(diào)器通信。基站接收每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)發(fā)送來(lái)的射頻信號(hào)，并把他們轉(zhuǎn)換到基帶或者帶寬微波鏈路，然后傳送到移動(dòng)交換中心（ MSC），再由移動(dòng)交換中心連入公用交換電話網(wǎng)（ PSTN）。同樣的，通信信號(hào)也可以從 PSTN傳送到基站，再?gòu)倪@里發(fā)送個(gè)移動(dòng)臺(tái) 。蜂窩系統(tǒng)可以采用頻分多址（ FDMA）、時(shí)分多址（ TDMA）、碼分多址（ CDMA）或者空分多址（ SDMA）中的任何一種技術(shù)。 無(wú)線通信鏈路具有惡劣的物理信道特征，比如由于傳播途徑中有再大的障礙物，會(huì)產(chǎn)生時(shí)變多徑和陰影。此外，無(wú)線蜂窩系統(tǒng)的性能還會(huì)受限于來(lái)自其他用戶的干擾，因此，對(duì)干擾進(jìn)行準(zhǔn)確的建模就很重要。很難用簡(jiǎn)單的解析模型來(lái)描述復(fù)雜的信道條件，雖然有集中模型確實(shí)易于解析求解并與信道實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比較相符，不過，即使建立了完美的信道解析模型，再把差錯(cuò)控制編碼、均衡器、分集及網(wǎng)絡(luò)模型等因素都考慮再鏈路中之后，要得 出鏈路性能的解析在絕大多數(shù)情況下任然是很困難的甚至是不可能的。因此，在分析蜂窩通信鏈路的性能時(shí)，常常需要進(jìn)行仿真。 跟無(wú)線鏈路一樣，對(duì)蜂窩無(wú)線系統(tǒng)的性能分析使用仿真建模時(shí)很有效的，這是由于在時(shí)間和空間上對(duì)大量的隨機(jī)事件進(jìn)行建模非常困難。這些隨機(jī)事件包括用戶的位置、系統(tǒng)中同時(shí)通信的用戶個(gè)數(shù)、傳播條件、每個(gè)用戶的干擾和功率級(jí)的設(shè)置（ power level setting）、每個(gè)用戶的話務(wù)量需求等，這些因素共同作用，對(duì)系統(tǒng)中的一個(gè)典型用戶的總的性能產(chǎn)生影響。前面提到的變量?jī)H僅是任一時(shí)刻決定系統(tǒng)中的某個(gè)用戶瞬態(tài)性能 的許多關(guān)鍵物理參數(shù)中的一小部分。蜂窩無(wú)線系統(tǒng)指的是，在地理上的服務(wù)區(qū)域內(nèi)，移動(dòng)用戶和基站的全體，而不是將一個(gè)用戶連接到一個(gè)基站的單個(gè)鏈路。為了設(shè)計(jì)特定大的系統(tǒng)級(jí)性能，比如某個(gè)用戶在整個(gè)系統(tǒng)中得到滿意服務(wù)的可能性，就得考慮在覆蓋區(qū)域內(nèi)同時(shí)使用系統(tǒng)的多個(gè)用戶所帶來(lái)的復(fù)雜性。因此，需要仿真來(lái)考慮多個(gè)用戶對(duì)基站和移動(dòng)臺(tái)之間任何一條鏈路所產(chǎn)生的影響。 鏈路性能是一個(gè)小尺度現(xiàn)象，它處理的是小的局部區(qū)域內(nèi)或者短的時(shí)間間隔內(nèi)信道的順時(shí)變化，這種情況下可假設(shè)平均接收功率不變。在設(shè)計(jì)差錯(cuò)控制碼、均衡器和其他用來(lái)消除信道所產(chǎn)生的 瞬時(shí)影響的部件時(shí)，這種假設(shè)時(shí)合理的。但是，在大量用戶分布在一個(gè)廣闊的地理范圍內(nèi)時(shí)，為了確定整個(gè)系統(tǒng)的性能，有必要引入大尺度效應(yīng)進(jìn)行分析，比如在大的距離范圍內(nèi)考慮單個(gè)用戶受到的干擾和信號(hào)電平的統(tǒng)計(jì)行為時(shí)，忽略瞬時(shí)信道特征。我們可以將鏈路級(jí)仿真看作通信系統(tǒng)性能的微調(diào)，而將系統(tǒng)級(jí)仿真看作時(shí)整體質(zhì)量水平粗略但很重要的近似，任何用戶在任何時(shí)候都可預(yù)計(jì)達(dá)到這個(gè)水平。 通過讓移動(dòng)臺(tái)在不同的服務(wù)區(qū)內(nèi)共享或者復(fù)用通信信道，蜂窩系統(tǒng)能達(dá)到較高的容量（比如，為大量的用戶服務(wù)）。信道復(fù)用會(huì)導(dǎo)致公用同一信道的用戶之間產(chǎn)生同頻干擾，這 是影響蜂窩系統(tǒng)容量和性能的主要制約因素之一。因此，在設(shè)計(jì)一個(gè)蜂窩系統(tǒng)時(shí)，或者在分析和設(shè)計(jì)消除同頻干擾負(fù)面影響的系統(tǒng)方法時(shí)，需要正確理解同屏干擾對(duì)容量和性能的影響。這些影響主要取決于通信系統(tǒng)的狀況，如共享信道的用戶數(shù)和他們的位置。其他與傳播信道條件關(guān)系更密切的方面，如路徑損耗、陰影衰落（或叫陰影）、天線輻射模式等對(duì)系統(tǒng)性能的影響也很重要，因?yàn)檫@些影響也歲特定用戶的位置而改變。本章我們將討論在同頻干擾情況下，包括一個(gè)典型系統(tǒng)中的天線和傳播的影響。盡管本章考慮的例子比較簡(jiǎn)單，但提出的分析方法可以容易地進(jìn)行擴(kuò)展，以 包括蜂窩系統(tǒng)的其他特征。 蜂窩無(wú)線系統(tǒng) 系統(tǒng)級(jí)描述： 通過把地理區(qū)域分成一個(gè)個(gè)稱為小區(qū)的部分，蜂窩系統(tǒng)可以在這個(gè)區(qū)域內(nèi)提供無(wú)線覆蓋。把可用的頻譜也分成很多信道，每個(gè)小區(qū)分配一組信道，每個(gè)小區(qū)中的基站都配備了可以同移動(dòng)用戶進(jìn)行通信的無(wú)線調(diào)制解調(diào)器。從基站到移動(dòng)臺(tái)這個(gè)發(fā)送方向使用的射頻信道稱為前向信道，而從移動(dòng)臺(tái)到基站這個(gè)發(fā)送方向使用的信道稱為反向信道。前向信道和反向信道共同構(gòu)成了雙工蜂窩信道。當(dāng)使用頻分雙工（ FDD,frequency division duplex）時(shí)，前向信道和反向信道使用不同的頻率；當(dāng)使用時(shí)分雙工時(shí)（ TDD,time division duplex）時(shí)，前向信道和反向信道占用相同的頻率，但使用不同的時(shí)隙進(jìn)行傳送。 高容量的蜂窩系統(tǒng)在小區(qū)間進(jìn)行頻率復(fù)用，同頻小區(qū)（共用相同頻率的小區(qū)）之間要離開足夠的距離以減輕同頻干擾。把服務(wù)區(qū)內(nèi)可用的無(wú)線頻譜都分配給每一個(gè)簇，使同一個(gè)簇內(nèi)的小區(qū)不共用相同的信道。如果服務(wù)區(qū)內(nèi)的可用頻譜由 M個(gè)信道構(gòu)成，用戶均勻分布在服務(wù)區(qū)內(nèi)，則每個(gè)小區(qū)可以分得 M/N 個(gè)信道。因?yàn)榇卦诜?wù)區(qū)內(nèi)復(fù)制，復(fù)用信道將導(dǎo)致同頻小區(qū)的層狀結(jié)構(gòu)（ tier）。同頻基站和移動(dòng)臺(tái)之間的射頻能 量傳播，會(huì)引起同頻干擾。例如，如果一個(gè)移動(dòng)臺(tái)同時(shí)接收來(lái)自本地小區(qū)基站的信號(hào)和鄰近層的同頻小區(qū)基站產(chǎn)生的信號(hào)，就會(huì)產(chǎn)生同頻干擾。本例中，其中一個(gè)同頻前向鏈路信號(hào)（基站到移動(dòng)臺(tái)的傳輸）是我們的有用信號(hào)，移動(dòng)臺(tái)接收到的其他同頻信號(hào)就構(gòu)成了對(duì)接機(jī)的同頻干擾，同頻干擾的功率級(jí)與同頻小區(qū)之間的分隔距離密切相關(guān)。如果小區(qū)建模為如圖 22所示的六邊形。兩個(gè)同頻小區(qū)中心之間的最小距離 ND （叫做復(fù)用距離）等于 RDN N3? （ 31） 在一個(gè)指定小區(qū)中接收到的同頻干擾的電平，還取決于任一時(shí)刻活躍的同頻小區(qū)的數(shù)量。如前所述，在我們感興趣的那個(gè)特定小區(qū)周圍，同頻小區(qū)組成一個(gè)個(gè)的層。在一個(gè)給定層中，同頻小區(qū)的數(shù)量取決于層的階次和用來(lái)表示小區(qū)的幾何形狀（如一個(gè)基站覆蓋的面積）。對(duì)于典型的六邊形，最近的同頻小區(qū)在第一層，有六個(gè)同頻小區(qū)，第二層有 12個(gè)，第三層有 18個(gè)，以此類推。因此，總的同頻干擾時(shí)從 所有層的全部同頻小區(qū)發(fā)送出的同頻干擾信號(hào)的總和。但是第一層的同頻小區(qū)對(duì)總的干擾時(shí)從所有層的全部同頻小區(qū)發(fā)送出的同頻干擾信號(hào)的總和。但是第一層的同頻小區(qū)對(duì)總的干擾有較強(qiáng)的影響，因?yàn)樗鼈兏拷鼫y(cè)量干擾的小區(qū)。 人們認(rèn)識(shí)到同頻干擾時(shí)制約無(wú)線通信系統(tǒng)的容量和鏈路質(zhì)量的主要因素之一。在系統(tǒng)容量（大尺度系統(tǒng)問題）和鏈路質(zhì)量（小尺度系統(tǒng)問題）之間作折中時(shí)，它起到舉足輕重的作用。例如，在不增加分配給系統(tǒng)的無(wú)線頻譜帶寬的前提