【正文】 1 WTI BUPT Wireless Technology Innovation Institute 第四代移動通信 ——技術及前景 北郵 無線新技術研究所 Wireless Technology Innovation Institute WTI 概 要 移動通信的歷史 移動通信到了 4G 4G與以前的移動通信系統(tǒng)可能的不一樣 2 3 WTI Wireless Technology Innovation Institute 移動通信到了 4G 1G、 2G、 3G 從 3G、 E3G演進： LTE和 AIE 4 WTI Wireless Technology Innovation Institute 無線系統(tǒng)基本概念 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 基站 蜂窩通信系統(tǒng)中的固定臺站，用來和移動臺進行無線通信。 基站建在覆蓋區(qū)域的中央或邊緣，包含無線新到和架在塔上的發(fā)射、 接收天線。 控制信道 用于呼叫建立、呼叫請求、呼叫初始化和其他標志及控 制用途。 前向信道 用來從基站向用戶傳送信息的無線信道。 反向信道 用來從移動用戶向基站傳送信息的無線信道。 全雙工系統(tǒng) 同時允許雙向通信的通信系統(tǒng)。發(fā)送和接收一般使用兩 個不同的頻道，如 FDD；發(fā)送和接收使用一個頻道，如 TDD。 半雙工系統(tǒng) 使用一條信道來發(fā)送和接收，只允許單向通信的通信系 統(tǒng)。在任何一個指定的時刻，用戶只能發(fā)送或接收信息。 單工系統(tǒng) 只提供單向通信的通信系統(tǒng)。 切換 將移動臺從一個信道或基站切換到另一個信道或基站的過 程。 收發(fā)信機 能同時發(fā)送和接收無線信號的設備。 Wireless Technology Innovation Institute WTI 第一代模擬蜂窩移動通信系統(tǒng) 歷史回顧 ： 1978年，美國的貝爾實驗室成功開發(fā)了 AMPS（ Advance Mobile Phone Service）系統(tǒng)，實現(xiàn)了真正意義上的可以隨時隨地通信的大容量的蜂窩 移動通信系統(tǒng)。 1987年，中國首個 TACS制式模擬移動電話系統(tǒng)建成商用，之 后 AMPS也曾被引入中國。 主要標準： 美國的 AMPS、歐洲的 TACS、英國的 ETACS、歐洲的 NMT450和 NMT900、日本的 NTT和 JTACS/NTACS 主要特點 ： 用戶的接入方式采用頻分多址（ FDMA），當一個呼叫建立后，該用戶在其 呼叫結束以前一直占用一個頻段 調制方式： FM 業(yè)務的種類單一，主要是話音業(yè)務 系統(tǒng)的保密性較差 頻譜效率較低，有限頻譜資源和無限用戶 容量之間的矛盾十分突出 5 WTI Wireless Technology Innovation Institute 頻分多址（ FDMA）技術 含義：每個用戶占用一個頻率 用戶識別：頻道號 特點： 簡單，容易實現(xiàn)，適用于模擬和數(shù)字信號 以頻率復用為基礎，以頻帶劃分各種小區(qū) 需要嚴格的頻率規(guī)劃，是頻率受限和干擾受限系統(tǒng) 以頻道區(qū)分用戶地址，一個頻道傳輸一路模擬 /數(shù)字話路 對功控的要求不嚴，硬件設備取決于頻率規(guī)劃和頻道設置 基站由多部不同載波頻率的發(fā)射機同時工作 不適宜大容量系統(tǒng)使用 應用： 模擬 /數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng) 6 Power Frequency Time FDMA Wireless Technology Innovation Institute WTI 第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng) GSM 歷史回顧 ： 1992年，第一個數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng) ——歐洲的 GSM （ Global System for Mobile Communication）網絡在歐洲開始鋪設，由 于其優(yōu)越的性能，在全球范圍內以驚人的速度得以擴張，目前已是全 球最大的蜂窩通信系統(tǒng)。 1993年，中國的第一個全數(shù)字移動電話 GSM 系統(tǒng)建成開通，之后中國電信和中國聯(lián)通都采用了 GSM。 主要特點 ： 微蜂窩小區(qū)結構 數(shù)字化技術 語音信號數(shù)字化 新的調制方式 GMSK、 QPSK等 FDMA/TDMA 頻譜利用率高，系統(tǒng)容量大 便于實現(xiàn)通信安全保密 7 WTI Wireless Technology Innovation Institute 時分多址（ TDMA）技術 含義：每個用戶占用一個時隙 用戶識別：時隙 特點： 以頻率復用為基礎，小區(qū)內以時隙區(qū)分用戶 每個時隙傳輸一路數(shù)字信號，軟件對時隙動態(tài)配置 系統(tǒng)要求嚴格的系統(tǒng)定時同步 對功控的要求不嚴 是時隙受限和干擾受限系統(tǒng) TDD模式下，上下型信道信息可以共享 應用： GSM系統(tǒng) 8 Frequency Power Time FDMA/TDMA Wireless Technology Innovation Institute WTI 第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng) CDMA 歷史回顧 ： 1995年，美國的高通公司（ Qualm）提出了一種采用碼分 多址（ CDMA)方式的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)技術解決方案（ IS95 CDMA)，目 前已分別在中國香港、韓國、北美等國家和地區(qū)投入使用，用戶反映 良好。 CDMA系統(tǒng)的主要特點 ： 用戶的接入方式采用碼分多址（ CDMA） 軟容量、軟切換，系統(tǒng)容量大 抗多徑衰落 可運用話音激活、分集接收等先進技術 9 Wireless Technology Innovation Institute WTI Frequency CDMA Power Time 碼分多址（ CDMA）技術 含義：每個用戶使用一個碼型，頻率 /時間共享 用戶識別：碼型 特點： 每個基站只需一個射頻系統(tǒng) 每個碼傳輸一路數(shù)字信號 每個用戶共享時間和頻率 是一個多址干擾受限系統(tǒng) 需要嚴格的功率控制 需要定時同步 軟容量、軟切換，系統(tǒng)容量大 抗衰落、抗多徑能力強 應用： IS95 CDMA系統(tǒng)、 cdma2022系統(tǒng)、 WCDMA系統(tǒng) 10 11 WTI Wireless Technology Innovation Institute 移動通信的信號傳輸處理技術 編碼技術 調制技術 語音編碼（信源編碼） 信道編碼（卷積編碼、 Turbo編碼） 數(shù)字頻率調制技術（ FSK、 MSK、 GMSK、 GFSK) 數(shù)字相位調制（ PSK、 QPSK、 ?/4－ QPSK) 正交振幅調制（ QAM） 自適應調制 擴頻調制 信源編碼 信道編碼 信道解碼 信源解碼 調制 解調 信源 12 WTI Wireless Technology Innovation Institute 語音編碼技術在移動通信中的應用 k 0 0 1 1 WTI Wireless Technology Innovation Institute IS95 CDMA系統(tǒng)卷積編碼技術 Information Bits (Input) g g c Code Symbols (Output) c （前向鏈路卷積編碼：編碼率＝ 1/2，約束長度＝ 9） 13 14 WTI Data In kbps Wireless Technology Innovation Institute WCDMA系統(tǒng)下行鏈路卷積編碼技術 Data Out kbps + D D D D D D D D + + Data Out kbps Data Out kbps WTI Wireless Technology Innovation Institute WCDMA系統(tǒng) Turbo編碼技術 + + + 64 kbps Output 64 kbps Output 64 kbps Input D + 15 Interleaver + + 64 kbps Output Systematic Path Parity Path + D D D Parity Path + D D Uses the Same Coder for Both Parity Generators Second Parity Generator Input is Interleaved Yields dB Improvement Relative to Convolution Encoder for High Speed Data FSK DQPSK（差分 QPSK） 16 Wireless Technology Innovation Institute WTI DPSK（差分二進制相移鍵控） QPSK OQPSK(參差 QPSK） (正交四相相 л/4QPSK 移鍵控） BFSK(二進制頻移鍵控） (頻移鍵控） MFSK（多進制頻移鍵控） BPSK（二進制相移鍵控） PSK （相移鍵控） CPM （連續(xù)相位調制） MSK（最小頻移鍵控） GMSK（高斯成型 MSK） TFM（平滑調頻） 恒定包絡 數(shù)字調制 數(shù)字調制技術分類 目的：使傳輸?shù)臄?shù)字信號與信道特性相匹配，以便有效進行信息傳輸 ASK(幅移鍵控） 非恒定包絡 QAM（正交幅度調制） MQAM（星座調制） Wireless Technology Innovation Institute WTI 分集技術 分集的目的 信號傳輸方式 隱分集 獲得多路信號的方式 宏觀分集（抗長期衰落） 微觀分集（抗短期衰落） 顯分集 交織和編碼技術 調頻技術 直接序列擴頻技術 空間位置分集（多天線陣、宏分集） 空間角度分集（智能天線） 時間分集（ RAKE接收， ARQ重傳） 頻率分集（調頻，直接序列擴頻） 17 極化分集 分集技術分類 概念：接收多路不相關的信號并合并。 目標：對抗多徑信道造成的衰落和延時串擾 技術：如何獲得獨立多路信號、如何合并獨立多路信號 本質：對同一信號在不同時間 /空間 /頻率的過采樣。 WTI 大于信道的相關時間 用信道相關時間設計 交織編碼的深度 18 Wireless Technology Innovation Institute 時間分集技術 信號強度 RAKE接收機 多徑 的每一徑時延不同， 進 行多徑分離合并 ARQ技術 重發(fā)時間 信號強度 19 WTI Wireless Technology Innovation Institute 抗多徑影響 — RAKE接收機 Wireless Technology Innovation Institute WTI CDMA擴頻技術原理 擴頻原理： 以頻帶換取信噪比 香農理論： C=Bw log2 (1+S/N) 擴頻系統(tǒng)的優(yōu)點： 抗干擾能力強，可抗白噪聲、人為干擾、多徑干擾等 保密性好。擴頻信號頻譜近似白噪聲，若不知 PN序列生成方 法就難以獲取原始信息 隱蔽性好。擴頻信號近似白噪聲，難以檢測，寬帶擴頻信號功 率譜密度很低，難以監(jiān)聽 易于實現(xiàn)大容量多址通信 易于精確定時和測距 易于采用各種先進的分集技術，如 RAKE接收、智能天線等 20 Wireless Technology Innovation Institute WTI 三種主流 3G標準的基本知識和特點 21 Wireless Technology Innovation I