【正文】 1 WTI BUPT Wireless Technology Innovation Institute 第四代移動(dòng)通信 ——技術(shù)及前景 北郵 無(wú)線新技術(shù)研究所 Wireless Technology Innovation Institute WTI 概 要 移動(dòng)通信的歷史 移動(dòng)通信到了 4G 4G與以前的移動(dòng)通信系統(tǒng)可能的不一樣 2 3 WTI Wireless Technology Innovation Institute 移動(dòng)通信到了 4G 1G、 2G、 3G 從 3G、 E3G演進(jìn)： LTE和 AIE 4 WTI Wireless Technology Innovation Institute 無(wú)線系統(tǒng)基本概念 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 基站 蜂窩通信系統(tǒng)中的固定臺(tái)站，用來(lái)和移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行無(wú)線通信。 基站建在覆蓋區(qū)域的中央或邊緣，包含無(wú)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(qǐng)求、呼叫初始化和其他標(biāo)志及控 制用途。 前向信道 用來(lái)從基站向用戶傳送信息的無(wú)線信道。 反向信道 用來(lái)從移動(dòng)用戶向基站傳送信息的無(wú)線信道。 全雙工系統(tǒng) 同時(shí)允許雙向通信的通信系統(tǒng)。發(fā)送和接收一般使用兩 個(gè)不同的頻道，如 FDD；發(fā)送和接收使用一個(gè)頻道，如 TDD。 半雙工系統(tǒng) 使用一條信道來(lái)發(fā)送和接收，只允許單向通信的通信系 統(tǒng)。在任何一個(gè)指定的時(shí)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(dòng)臺(tái)從一個(gè)信道或基站切換到另一個(gè)信道或基站的過(guò) 程。 收發(fā)信機(jī) 能同時(shí)發(fā)送和接收無(wú)線信號(hào)的設(shè)備。 Wireless Technology Innovation Institute WTI 第一代模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 歷史回顧 ： 1978年，美國(guó)的貝爾實(shí)驗(yàn)室成功開(kāi)發(fā)了 AMPS（ Advance Mobile Phone Service）系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的可以隨時(shí)隨地通信的大容量的蜂窩 移動(dòng)通信系統(tǒng)。 1987年，中國(guó)首個(gè) TACS制式模擬移動(dòng)電話系統(tǒng)建成商用，之 后 AMPS也曾被引入中國(guó)。 主要標(biāo)準(zhǔn)： 美國(guó)的 AMPS、歐洲的 TACS、英國(guó)的 ETACS、歐洲的 NMT450和 NMT900、日本的 NTT和 JTACS/NTACS 主要特點(diǎn) ： 用戶的接入方式采用頻分多址（ FDMA），當(dāng)一個(gè)呼叫建立后，該用戶在其 呼叫結(jié)束以前一直占用一個(gè)頻段 調(diào)制方式： FM 業(yè)務(wù)的種類(lèi)單一，主要是話音業(yè)務(wù) 系統(tǒng)的保密性較差 頻譜效率較低，有限頻譜資源和無(wú)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(shù) 含義：每個(gè)用戶占用一個(gè)頻率 用戶識(shí)別：頻道號(hào) 特點(diǎn)： 簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，適用于模擬和數(shù)字信號(hào) 以頻率復(fù)用為基礎(chǔ)，以頻帶劃分各種小區(qū) 需要嚴(yán)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(gè)頻道傳輸一路模擬 /數(shù)字話路 對(duì)功控的要求不嚴(yán)，硬件設(shè)備取決于頻率規(guī)劃和頻道設(shè)置 基站由多部不同載波頻率的發(fā)射機(jī)同時(shí)工作 不適宜大容量系統(tǒng)使用 應(yīng)用： 模擬 /數(shù)字蜂窩移動(dòng)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(dòng)通信系統(tǒng) GSM 歷史回顧 ： 1992年，第一個(gè)數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) ——?dú)W洲的 GSM （ Global System for Mobile Communication）網(wǎng)絡(luò)在歐洲開(kāi)始鋪設(shè)，由 于其優(yōu)越的性能，在全球范圍內(nèi)以驚人的速度得以擴(kuò)張，目前已是全 球最大的蜂窩通信系統(tǒng)。 1993年，中國(guó)的第一個(gè)全數(shù)字移動(dòng)電話 GSM 系統(tǒng)建成開(kāi)通，之后中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通都采用了 GSM。 主要特點(diǎn) ： 微蜂窩小區(qū)結(jié)構(gòu) 數(shù)字化技術(shù) 語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化 新的調(diào)制方式 GMSK、 QPSK等 FDMA/TDMA 頻譜利用率高，系統(tǒng)容量大 便于實(shí)現(xiàn)通信安全保密 7 WTI Wireless Technology Innovation Institute 時(shí)分多址（ TDMA）技術(shù) 含義：每個(gè)用戶占用一個(gè)時(shí)隙 用戶識(shí)別：時(shí)隙 特點(diǎn)： 以頻率復(fù)用為基礎(chǔ)，小區(qū)內(nèi)以時(shí)隙區(qū)分用戶 每個(gè)時(shí)隙傳輸一路數(shù)字信號(hào)，軟件對(duì)時(shí)隙動(dòng)態(tài)配置 系統(tǒng)要求嚴(yán)格的系統(tǒng)定時(shí)同步 對(duì)功控的要求不嚴(yán) 是時(shí)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(yīng)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(dòng)通信系統(tǒng) CDMA 歷史回顧 ： 1995年，美國(guó)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(shù)解決方案（ IS95 CDMA)，目 前已分別在中國(guó)香港、韓國(guó)、北美等國(guó)家和地區(qū)投入使用，用戶反映 良好。 CDMA系統(tǒng)的主要特點(diǎn) ： 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(yùn)用話音激活、分集接收等先進(jìn)技術(shù) 9 Wireless Technology Innovation Institute WTI Frequency CDMA Power Time 碼分多址（ CDMA）技術(shù) 含義：每個(gè)用戶使用一個(gè)碼型，頻率 /時(shí)間共享 用戶識(shí)別：碼型 特點(diǎn)： 每個(gè)基站只需一個(gè)射頻系統(tǒng) 每個(gè)碼傳輸一路數(shù)字信號(hào) 每個(gè)用戶共享時(shí)間和頻率 是一個(gè)多址干擾受限系統(tǒng) 需要嚴(yán)格的功率控制 需要定時(shí)同步 軟容量、軟切換，系統(tǒng)容量大 抗衰落、抗多徑能力強(qiáng) 應(yīng)用： IS95 CDMA系統(tǒng)、 cdma2022系統(tǒng)、 WCDMA系統(tǒng) 10 11 WTI Wireless Technology Innovation Institute 移動(dòng)通信的信號(hào)傳輸處理技術(shù) 編碼技術(shù) 調(diào)制技術(shù) 語(yǔ)音編碼（信源編碼） 信道編碼（卷積編碼、 Turbo編碼） 數(shù)字頻率調(diào)制技術(shù)（ FSK、 MSK、 GMSK、 GFSK) 數(shù)字相位調(diào)制（ PSK、 QPSK、 ?/4－ QPSK) 正交振幅調(diào)制（ QAM） 自適應(yīng)調(diào)制 擴(kuò)頻調(diào)制 信源編碼 信道編碼 信道解碼 信源解碼 調(diào)制 解調(diào) 信源 12 WTI Wireless Technology Innovation Institute 語(yǔ)音編碼技術(shù)在移動(dòng)通信中的應(yīng)用 k 0 0 1 1 WTI Wireless Technology Innovation Institute IS95 CDMA系統(tǒng)卷積編碼技術(shù) 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(zhǎng)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(shù) 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(shù) + + + 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(jìn)制相移鍵控） QPSK OQPSK(參差 QPSK） (正交四相相 л/4QPSK 移鍵控） BFSK(二進(jìn)制頻移鍵控） (頻移鍵控） MFSK（多進(jìn)制頻移鍵控） BPSK（二進(jìn)制相移鍵控） PSK （相移鍵控） CPM （連續(xù)相位調(diào)制） MSK（最小頻移鍵控） GMSK（高斯成型 MSK） TFM（平滑調(diào)頻） 恒定包絡(luò) 數(shù)字調(diào)制 數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類(lèi) 目的：使傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)與信道特性相匹配，以便有效進(jìn)行信息傳輸 ASK(幅移鍵控） 非恒定包絡(luò) QAM（正交幅度調(diào)制） MQAM（星座調(diào)制） Wireless Technology Innovation Institute WTI 分集技術(shù) 分集的目的 信號(hào)傳輸方式 隱分集 獲得多路信號(hào)的方式 宏觀分集（抗長(zhǎng)期衰落） 微觀分集（抗短期衰落） 顯分集 交織和編碼技術(shù) 調(diào)頻技術(shù) 直接序列擴(kuò)頻技術(shù) 空間位置分集（多天線陣、宏分集） 空間角度分集（智能天線） 時(shí)間分集（ RAKE接收， ARQ重傳） 頻率分集（調(diào)頻，直接序列擴(kuò)頻） 17 極化分集 分集技術(shù)分類(lèi) 概念：接收多路不相關(guān)的信號(hào)并合并。 目標(biāo)：對(duì)抗多徑信道造成的衰落和延時(shí)串?dāng)_ 技術(shù)：如何獲得獨(dú)立多路信號(hào)、如何合并獨(dú)立多路信號(hào) 本質(zhì)：對(duì)同一信號(hào)在不同時(shí)間 /空間 /頻率的過(guò)采樣。 WTI 大于信道的相關(guān)時(shí)間 用信道相關(guān)時(shí)間設(shè)計(jì) 交織編碼的深度 18 Wireless Technology Innovation Institute 時(shí)間分集技術(shù) 信號(hào)強(qiáng)度 RAKE接收機(jī) 多徑 的每一徑時(shí)延不同， 進(jìn) 行多徑分離合并 ARQ技術(shù) 重發(fā)時(shí)間 信號(hào)強(qiáng)度 19 WTI Wireless Technology Innovation Institute 抗多徑影響 — RAKE接收機(jī) Wireless Technology Innovation Institute WTI CDMA擴(kuò)頻技術(shù)原理 擴(kuò)頻原理： 以頻帶換取信噪比 香農(nóng)理論： C=Bw log2 (1+S/N) 擴(kuò)頻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)： 抗干擾能力強(qiáng)，可抗白噪聲、人為干擾、多徑干擾等 保密性好。擴(kuò)頻信號(hào)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(kuò)頻信號(hào)近似白噪聲，難以檢測(cè)，寬帶擴(kuò)頻信號(hào)功 率譜密度很低，難以監(jiān)聽(tīng) 易于實(shí)現(xiàn)大容量多址通信 易于精確定時(shí)和測(cè)距 易于采用各種先進(jìn)的分集技術(shù)，如 RAKE接收、智能天線等 20 Wireless Technology Innovation Institute WTI 三種主流 3G標(biāo)準(zhǔn)的基本知識(shí)和特點(diǎn) 21 Wireless Technology Innovation I