?第一部分 移動通信的概念及特點

一、移動通信的概念

1.任何時候、任何地點、與任何人都能及時溝通聯系、交流信。。

2.所謂移動通信，就是通信的一方或雙方在移動中實現通信，也就是說，至少有通信的一方處于運動中，或暫時停留在某一個非預定的位置上。

3.其中包括移動臺（汽車、火車、飛機、輪船等移動體上）與另一移動臺之間的通信、移動臺與固定臺（固定無線電臺或有線用戶）之間的通信，以及移動臺通過轉接臺與另一移動臺或固定臺之間的通。

二、移動通信的特點

1、移動通信的傳輸信道必須使用無線電波

2.移動通信的電波傳輸環境惡劣

• 位置移動 導致 無線電波幅度、相位隨時間地點而不斷變化。
• 電波隨傳輸距離增加而發生彌散損耗。
• 受地形、建筑物的遮蔽而發生“陰影效應”(電磁場陰影效應)。
• 信號經多點反射，會從多條路徑到達接收地點，多徑信號的幅度、相位和到達時間都不同，相互疊加會產生電平衰落或時延擴展，這種信號的幅度會發生快速或劇烈的變化（快衰落）。
• 移動臺處于高速運動中時，會加快衰落現象。

多徑效應：在時域上引起信號的擴展，會發生頻率選擇性衰落

多普勒效應：在頻域上引起頻譜擴展，會發生時間選擇性衰落

散射效應：引起角度擴展和空間選擇性

3.多普勒頻移動產生附加調制

• 運動狀態的移動臺接收信號有附加頻率變化（多普勒頻移：當移動臺以恒定的速率沿某一方向移動時，由于傳播路程差的原因，會造成相位和頻率的變化，通常將這種變化稱為多普勒頻移。 ）
• 多普勒頻移與移動臺的移動速度有關，移動速度較高時該頻移不可忽略。
• 工作頻率越高，頻移越大。
• 在高速移動的電話系統中，對話音信號產生的干擾失真，令人有不適的感覺。

　　　

4.移動通信受干擾和噪聲的影響，要求移動通信具備很強的抗干擾能力

• 移動臺工作環境受外部噪聲和干擾問題很嚴重（如工業干擾和汽車發動機干擾等）。
• 移動通信網是多頻道、多電臺同時工作的通信系統，由于電臺多、頻率擁擠，因此鄰道干擾、互調干擾以及共道干擾問題也較為突出。
• 還要受天電干擾等自然噪聲的影響。

5.用戶量大，但頻率有限，有效利用頻譜是移動通信技術研究的重點

• 移動通信可以利用的頻譜資源非常有限，而業務量較大。
• 如何提高通信容量，是移動通信發展中的焦點。
• 開辟和啟用新的頻段；研究各種新技術及新措施來壓縮信號所占的頻帶寬度和提高頻譜利用率。
• 頻率作為一種資源必須合理安排和分配。

6.組網技術復雜

• 移動臺可以在移動服務區域內自由運動，要能夠跟其它通信網絡自由連通，因此網絡結構多種多樣，網絡管理和控制必須有效。
• 須支持單網運行，也可以和其它通信網絡多網并行并實現互聯互通，因此須具備很強的管理和控制功能，諸如用戶的登記和定位、通信鏈路的建立和拆除、信道的分配和管理、通信的計費、鑒權、安全和保密管理以及用戶過境切換和漫游的控制等。

7.對設備要求苛刻

• 裝載于移動體或隨身攜帶，體積小、重量輕、操作簡便、維修方便。
• 要保證在震動、沖擊、高低溫等惡劣環境下能正常工作。
• 省電

第二部分 移動通信網絡的基礎技術

一、蜂窩系統

• 是移動通信的基礎，利用信號功率隨傳播距離衰減的特點，在不同的空間上重復使用頻率。
• 把一個空間區域劃分成若干個互不重疊的小區，每個小區被分配一個信道集。
• 不同小區可以重復使用相同的信道集，實現頻率復用，也成為信道復用。

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二、移動管理

• 切換管理：連接由一個接入點轉接到另一個接入點。
• 位置管理：當移動臺從一個網絡進入另一個網絡時，保持與本地位置寄存器之間的聯系。
• 有效且高效的呼叫接入控制、切換和位置管理，可以支持用戶的漫游。

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三、移動IP

• 可以使移動設備從一個因特網連接點移至另一點時，維持網絡連接，包含發現(discovery)、注冊(registration)和隧道(tunneling)三個基本功能
• 讓計算機在互聯網及局域網中不受任何限制即時漫游，也稱移動計算機技術

　　

四、Wi-Fi:802.11b

　　

五、WiMAX(全球互通微波接入)

• 是以802.16系列標準為基礎的寬帶無線城域網接入技術，該技術在提供高速的數據、語音和視頻等業務的同時，還兼具移動、寬帶和IP化的特點，是寬帶無線接入領域的熱點技術。
• WiMAX是一種城域網(MAN)技術。運營商部署一個信號塔，就能得到超數英里的覆蓋區域。覆蓋區域內任何地方的用戶都。

　　　　

六、自組織網絡

• 無須借助事先建立的基礎設施即可自行構建一個網絡的無線移動節點的集合。
• 通過分布式控制算法處理必要的控制和網絡功能。
• 比有基礎設施的無線網絡更加復雜。
• 路由的動態重新配置和建立是最重要的特征。

七、無線網絡安全

• 開放性、移動性和不穩定性使得無線網絡安全成為網絡設計至關重要的問題。

八、無線個人局域網絡

• 藍牙：無線電收發芯片支持設備進行短距離通信。
• RFID：電子標簽技術，無線自動識別技術，利用射頻信號和空間耦合的傳輸特性，實現對物體的自動識別。

九、傳感網絡：由大量的空間分布的傳感器組成

十、物聯網：一個基于互聯網、傳統電信網等信息承載體，讓所有能夠獨立尋址的普通物理對象實現互聯互通的網絡，具有普通對象設備化、自治終端互聯化和普適服務智能化等特點

十一、軟件定義網絡：將網絡控制與數據轉發分離，網絡控制部分可編程

第三部分 移動通信的發展歷史

一、前幾代通信技術

　　

二、移動系統的演進路線

　　

三、第一代（1G）移動通信

1.1946美國使用150MHZ無線電話開始到20世紀90年代

• 調制前信號是模擬的，也稱為模擬移動通信系統，主要特征為模擬技術
• 分為蜂窩、無繩、尋呼和集群等多類系統，每類系統有互不兼容的技術體制

2.在蜂窩移動通信系統中，信號覆蓋區域分為一個個小區，可以是六邊形、正方形、圓形或其它形狀，通常是六角蜂窩狀。每一個分區被分配了多個頻率（f₁-f₆），具有相應的基站。在其它分區中，可使用重復頻率，但相鄰分區不能使用相同頻率，會引起同信道干擾

3.各個階段

• 初級階段：60年代中期之前，主要特點是容量小、用戶少、人工切換、設備都采用電子管、體積大、耗電多。
• 中級階段：-1970年代中期，實現了用戶全自動撥號，采用了晶體管使得設備體積變小、功耗降低，頻段由30MHZ/80MHZ發展到150MHZ/450MHZ，公安、消防、列車、新聞行業出現了大量的專用移動通信系統。
• 大規模發展階段：-1980年代末，出現了蜂窩系統，提高了系統容量和頻率利用率，系統功能更強，移動臺更加小型化、功耗更低，話音質量大幅度提升，頻段從450MHZ發展到900MHZ，頻帶間隔減小，提高了信道利用率。

4.特點：

• 制式：FDMA（頻分多址）
• 業務單一：模擬話音與傳輸
• 頻譜利用率低、保密性差、技術簡單

5..主要代表：美國AMPS(高級移動電話系統)系統//英國TACS(全接入通信系統)系統

6.我國已在2001年12月31日關閉模擬移動網

四、第二代（2G）移動通信

?1.　2G時代的主要特點是采用了數字技術，數字信號處理技術是其最基本的技術特征，提供了更高的頻譜效率和更先進的漫游技。

　　2G對移動通信發展的重大貢獻是使用SIM卡、輕小手機和大量用戶的網絡支撐能力，使用SIM卡作為移動通信用戶個人身份和通信記錄載體，為移動通信管理、運營和服務帶來了極大的便利。

　　

2.　特點：

• 主要業務：語音、低速率數據（＜9.6kb/s） 、 短消息(SMS)、彩信（MMS）等
• 頻譜利用率較高、數字化
• 制式：TDMA（時分多址）或CDMA（碼分多址）

3.代表系統：

• 歐洲的GSM系統（大多數國家使用）：TDMA制式
• 美國的D-AMPS系統（主要在美國使用）
• 日本的JDC系統（僅在日本使用）：TDMA制式
• 美國QUALCOMM公司開發的IS-95A N-CDMA系統（美、日、韓、中等國）： CDMA制式

4.我國1992年開始使用GSM系統，2001年引進了IS-95A CDMA系統。

5.2.5G

• 為2G向3G發展的過渡性產品
• 90年代中期，第三代移動通信系統進入設計、規劃和實施階段
• 為保護2G的龐大投資，發展了2G向3G平穩過渡的所謂二代半(2.5G)技術
• 2.5G數據速率最高可達171kbit/s

例：以TDMA和電路交換為基礎的GSM網絡不能直接與因特網互通，但可以通過一種通用分組無線業務（GPRS，General Packet? Radio Servive）網的2.5G技術與因特網互連。

• 主要產品有GPRS和CDMA2000?? 1X

五、第三代（3G）移動通信

?1、第三代（3G）以全球通用、系統綜合作為基本出發點，以期望建立一個全球范圍的移動通信綜合業務數字網，提供與固定電話網業務兼容、質量相當的多種話音和非話音業務。

2、3G最基本的特征是智能信號處理技術，實現基于話音業務為主的多媒體數據通信、更高的頻譜效率、更高的服務質量及低成本。實現全球無線覆蓋，真正實現“任何人、任何地點、任何時間與任何人”都能便利的通信。

3、國際電聯公開的3G標準有三個

• 歐洲和日本共同提出的：WCDMA，該標準提出了GSM(2G)-GPRS-EDGE-WCDMA(3G)的演進策略。
• 美國以高通公司為代表提出的：CDMA2000，該標準提出了從 CDMA IS95(2G)-CDMA20001x-CDMA20003x(3G)的演進策略 。
• 中國以大唐集團為代表提出的：TD-SCDMA，全稱為Time Division ——Synchronous CDMA(時分同步CDMA)，該標準提出不經過2.5代的中間環節，直接向3G過渡，非常適用于GSM系統向3G升級 。

4.3G標準在核心網中都采用分組交換方式

• 采用CDMA技術解決無線端口問題。

因此，這三種標準無一例外的都采用了CDMA這一核心技術。

六、第四代（4G）移動通信

?1、4G的定義：

　　4G通常被用來描述相對于3G的下一代通信網絡，但很少有人明確4G的含義，實際上，4G在開始階段也是由眾多自主技術提供商和電信運營商合力推出的，技術和效果也參差不齊。后來，ITU（國際電信聯盟）重新定義了4G的標準——符合100Mbps/s傳輸數據的速度。達到這個標準的通信技術，理論上都可以稱之為4G。

2、4G的關鍵技術

• 1.信道傳輸；
• 2.抗干擾性強的高速接入技術、調制和信息傳輸技術；
• 3.高性能、小型化和低成本的自適應陣列智能天線；
• 4.大容量、低成本的無線接口和光接口；
• 5.系統管理資源；
• 6.軟件無線電、網絡結構協議等

3、第四代（4G）移動通信是第三代（3G）移動通信的延伸

• 從技術標準看
  • 靜態傳輸率達到1Gb/s，高速移動狀態下可達到100Mb/s，可作為4G技術。
• 從運營商的角度看：
  • 與現有網絡兼容。
  • 有更高的數據吞吐量、更低時延、更低的建設和運行維護成本、更高的鑒權能力和安全能力、支持多種QOS等級。
• 從融合的角度看
  • 4G意味著更多參與方式，更多技術、行業、應用的融合，不再局限于電信行業，還可應用于金融、醫療、教育、交通等行業。
  • 通信終端能做更多的事情，如除語音之外的多媒體通信、遠端控制等。
  • 或許局域網、互聯網、電信網、廣播網、衛星網能融為一體組成一個通播網，無論用什么終端，均可享受高品質的信息服務，向寬帶無線化和無線寬帶化演進，使4G滲透到生活的方方面面。
• 從用戶的需求角度看
  • 4G能為用戶提供更快的速度并滿足用戶更多的需求。

?4、向LTE演進-上下行速率演進

5、第四代（4G）移動通信的下行傳輸

　　

6、第四代（4G）移動通信的多輸入輸出

• MIMO是LTE系統的重要技術，理論計算表明，信道容量隨發送端和接收端最小天線數目線性增長，所有MIMO模式下信道容量大于單天線模式下的信道容量。
• MIMO能夠更好的利用空間維度的資源、提高頻譜效率。使信號在空間獲得陣列增益、分集增益、復用增益和干擾抵消增益等，從而獲得更大的系統容量、更廣的覆蓋以及更高的用戶速率。

七、第五代（5G）移動通信

1、5G的意義

　　

2、對5G的要求

3、5G的關鍵技術

　　

4、5G的特點

5、5G應用

　　

6、5G有挑戰的六大場景

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第四部分 數字調制技術

一、調制的概念

將待傳送的基帶信號加到高頻載波上進行傳輸的過程，即按照調制信號（基帶信號）的變化規律去改變載波的某些參數的過程。

二、調制的作用

三、調制的分類

　　調制是基帶信號加到載波上的過程，而基帶信號m(t)可以是模擬信號也可以是數字信號，而載波c(t)可以是連續波（通常稱為正弦波），也可以是脈沖波形。當c(t)為正弦波時，m(t)可以改變其幅度、頻率或相位中的某一個或兩個參數。這樣組合起來就會形成多種調制方式。

　　

現代移動通信均采用數字調制技術，數字通信技術采用數字技術進行加密和差錯控制，便于集成。

四、蜂窩移動通信中的調制技術

　　

五、波特率和比特率

1、波特率：調制速率，即單位時間內載波參數變化的次數。它是對信號傳輸速率的一種度量，通常以“波特每秒”（Bps）為單位。

2、比特率：在數字信道中，比特率是數字信號的傳輸速率，它用單位時間內傳輸的二進制代碼的有效位(bit)數來表示，其單位為每秒比特數bit/s(bps)表示

3、波特率有時候會同比特率混淆，實際上比特率是對信息傳輸速率（傳信率）的度量。而波特率可以被理解為單位時間內傳輸碼元符號的個數（傳符號率），通過不同的調制方法可以在一個碼元上負載多個比特信息

4、波特率與比特率的關系為：比特率=波特率X單個調制狀態對應的二進制位數。

• 兩相調制(單個調制狀態對應1個二進制位)的比特率等于波特率
• 四相調制(單個調制狀態對應2個二進制位)的比特率為波特率的兩倍
• 八相調制(單個調制狀態對應3個二進制位)的比特率為波特率的三倍
• ……

六、二進制數字調制

• ?調制信號為二進制數字信號時的調制方式統稱為二進制數字調制。
• 在這類調制中，載波的某個參數（例如幅度、頻率或相位）只有兩種變化狀態
• 二進制調制分為
  • 幅移鍵控（2ASK）
  • 頻移鍵控（2FSK）
  • 相移鍵控（2PSK和2DPSK）

?1.幅移鍵控（2ASK）

• 高頻載波的幅度受調制信號的控制，利用載波的幅度變化傳遞數字信息，頻率和初始相位保持不變。
• ASK屬于線性調制方法
• 載波在數字信號1或0的控制下通或斷
  • 信號為1的狀態載波接通，傳輸信道上有載波出現
  • 信號為0的狀態載波關斷，傳輸信道上無載波傳送
  • 接收端根據載波的有無還原出數字信號1和0

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• 由連續譜和離散譜兩部分構成
  • 連續譜由傳輸的波形經線性調制后決定
  • 離散譜由載波分量決定
• 已調信號的帶寬是基帶脈沖波形帶寬的2倍

　　　　

2、頻移鍵控（2FSK）

• 利用兩個不同頻率f1 和f2 的振蕩來代表信號1和0，用數字信號1和0控制兩個獨立的振蕩源交替輸出。
• 載波的頻率隨二進制基帶信號在f1 和f2 兩個頻點間變化。
• 對二進制的頻移鍵控調制方式，其有效帶寬為B=2xF+2Fb，xF 是二進制基帶信號的帶寬，也是FSK信號的最大頻偏，由于數字信號的帶寬即Fb值大，所以二進制頻移鍵控的信號帶寬B較大，頻帶利用率小。
• 頻移鍵控（FSK）屬于非線性調制方法。

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• 信號功率譜由連續譜和離散譜兩個部分組成，離散譜出現在f1 和f2 的位置。
• 功率譜密度中的連續譜部分一般出現雙峰，若兩個載頻之差 |f1-f2|<=fs，出現單峰。
• 2FSK的信號帶寬為：|f1-f2|+2fs

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3、相移鍵控（2PSK）

• 載波相位受數字基帶信號的控制，如在二進制基帶信號中為0時，載波相位為0或π，為1時載波相位為π或0，從而達到調制的目的
• 2PSK信號功率密度的特點：
  • 由連續譜和離散譜兩部分組成
  • 帶寬是絕對脈沖序列的2倍
  • 與2ASK功率譜的區別是當P=1/2時，2PSK無離散譜，而2ASK存在離散譜

　　

4、差分相移鍵控（2DPSK）

• ?2PSK信號中相位以未調載波的相位作為參考基準，由于利用載波相位的絕對數值表示數字信息，所以稱為絕對相移。
• 2PSK在進行相位解調時，由于載波恢復中相位有0、π模糊性，導致解調過程中出現“反向工作”現象，恢復出的數字信號1和0倒置，2PSK難以實際應用，為此提出二進制差分數字相移鍵控（2DPSK）方式。

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二進制數字調制-性能比較

• 誤碼率取決于調制器輸入信噪比r，在抗加性高斯白噪聲方面，2PSK性能最好，2FSK次之，2ASK最差。
• ASK是應用最早的基本調制方式，優點是設備簡單、頻帶利用率較高；缺點是抗噪聲性能差，并且對信道特性變化敏感，不易使抽樣判決器工作在最佳判決門限狀態。
• FSK是數字通信中不可或缺的一種調制方式，優點是抗干擾能力較強，不受信道參數變化的影響，因此FSK特別適合應用于衰落信道；缺點是占用頻帶較寬，尤其是MFSK，頻帶利用率較低。目前，調頻體制主要應用于中、低速數據傳輸中。
• PSK和DPSK是一種高傳輸效率的調制方式，其抗噪聲能力比ASK和FSK都強，且不易受信道特性變化的影響，在高、中速數據傳輸中廣泛應用，絕對相移（PSK）在相干解調時存在載波相位模糊度的問題，MDPSK應用更廣。
• MASK、MPSK、MFSK、MDPSK屬于多進制數字鍵控，一個碼元中包括更多的信息量，為了得到相同的誤比特率，需要使用更大的功率或占用更高的頻帶。

七、多進制數字調制

• 實際應用中常用多進制（如4進制、8進制、16進制）基帶信號。
• 多進制數字調制載波參數有M種不同的取值，相比二進制數字調制方式有兩個優點：
  • 由于多進制數字信號含有更多的信息使頻帶利用率更高。
  • 在相同的信息速率下持續時間長，可以提高碼元的能量，從而減小由于信道特性引起的碼間干擾。
• 最常用的調制方式是多進制相移鍵控（MPSK）,MPSK又稱為多相制，由于基帶信號有M種不同的狀態，所以其載波相位有M種不同的取值，這些取值一般為等間隔。
• 多進制相移鍵控也分為絕對移相和相對移相兩種，實際中大多采用四相絕對移相鍵控（4PSK或QPSK），四相制的相位有0、π/2、 π、 3π/2四種，分別對應四種狀態11、01、00、10。

八、最小頻移鍵控MSK

• MSK調制：由2FSK改進而來
  • MSK信號在帶外產生的干擾非常小。
  • 信號包絡是恒定的，系統可以使用廉價高效的非線性器件。
• 從相位路徑的角度看，MSK屬于線性連續相位路徑數字調制，是連續相位頻移鍵控（CPFSK）的一種特殊情況，也叫最小頻移鍵控，能以最小的調制指數（h=0.5）獲得正交的調制信號。

九、四相相移鍵控QPSK

• 也稱為正交相移鍵控，分為絕對相移和相對相移兩種，由于絕對相移存在相位模糊問題，實際中主要采用相對移相方式QDPSK，廣泛應用于無線通信中。
• QPSK調制：正交PSK
  • 相位選擇法調制器，載波發生器產生四種相位的載波，經邏輯選擇電路，根據輸入信息，每次選擇其中一個作為輸出，然后經帶通濾波器濾除高頻分量。該方法適用于載頻較高的場合。
  • 脈沖插入法，頻率為4倍載頻的定時信號，經兩級二分頻輸出。
• 為解決載波相位模糊度問題，與2PSK一樣，可以采用相對調相的方法，首先編為多進制差分碼，然后再用絕對調相的調制器實現調制，解調時也可以采用相干解調和差分譯碼的方法。

十、交錯正交相移鍵控OQPSK

• 是繼QPSK之后發展起來的一種恒包絡數字調制技術，是QPSK的一種改進形式，也稱為偏移四相相移鍵控，與QPSK有同樣的相位關系，也是把輸入碼流分成兩路，然后進行正交調制。
• OQPSK信號也叫做時延QPSK信號，一般情況下QPSK信號兩路正交的信號是碼元同步的，而OQPSK信號與QPSK信號的區別在于其正交的信號錯開了半個碼元。

十一、高斯濾波最小頻移鍵控GMSK

• ?從OQPSK、MSK基礎上發展起來的一種數字調制方式，頻帶更窄，實現起來更簡單，抗干擾能力更強。
• 在數據流送交頻率調制器前后先通過一個Gauss濾波器（預調制濾波器）進行預調制濾波，以減小兩個不同頻率的載波切換時的跳變能量，使得在相同的數據傳輸速率時頻道間距可以變得更緊密，因此比MSK信號有更窄的帶寬；由于數字信號在調制前進行了高斯濾波，調制信號在交越零點不但相位連續，而且平滑過濾，GMSK調制的信號頻譜緊湊、誤碼特性好。

第五部分 多址接入技術

?一、多址接入

1、多址技術的概念：

• 所謂多址技術（或多址接入技術）就是使多個用戶接入并共享同一個無線通信信道, 以提高頻譜利用率的技術。
• 把同一個無線信道按照時間、頻率等進行分割, 使不同的用戶都能夠在不同的分割段中使用這一信道, 而又不會明顯地感覺到他人的存在, 就好像自己在專用這一信道一樣。
• 占用不同的分割段就像是擁有了不同的地址, 使用同一信道的多個用戶就擁有了多個不同的地址。

2、實現多址技術的主要方式：

?????? 多址方式的基本類型有三種，即頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）及它們的混合應用?????

二、頻分多址（FDMA）

• 是使用較早也是使用較多的一種多址接入方式，廣泛應用于衛星通信、移動通信、一點多址微波通信系統中。
• FDMA按照頻率的不同給每個用戶分配單獨的物理信道，信道根據用戶的需求進行分配，在頻分全雙工FDD情形下分配給用戶的物理信道是一對信道（占用兩段頻段），一段頻段用作前向信道，另一頻段用于反向信道。

　　

　　

1、FDMA多址接入方式的特點

• FDMA信道的帶寬相對較窄25~30kHz，但相鄰信道間要留有防護帶。
• FDMA移動通信系統的復雜度較低，容易實現。
• FDMA系統采用單路單載波SCPC（Single Channel Per Carrier）設計，需要使用高性能的RF帶通濾波器來減少鄰道干擾，因而成本較高。

2、FDMA可采用數字調制，也可采用模擬調制，也可以由一組模擬信號用頻分復用方式（FDM/FDMA）或一組數字信號用時分復用方式占用一個較寬的頻帶（TDM/TDMA），調制到相應的子頻帶后傳送到同一地址。

三、時分多址（TDMA）

1、基本概念

• 時分多址技術按照時隙來劃分信道, 即給不同的用戶分配不同的時間段以共享同一信道。 時分多址技術是數字數據通信和第二代移動通信的基本技術
• 在TDMA系統中, 時間被分割成周期性的幀, 每一幀再分割成若干個時隙(地址)。幀或時隙都是互不重疊的。然后, 根據一定的時隙分配原則, 使各個移動臺在每幀內只能按指定的時隙向基站發送信號, 在滿足定時和同步的條件下, 基站可以分別在各時隙中接收到各移動臺的信號而互不混擾。同時, 基站發向多個移動臺的信號都按順序安排, 在預定的時隙中傳輸。各移動臺只要在指定的時隙內接收, 就能在合路的信號中把發給它的信號區分出來。

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2、TDMA工作示意圖

　　

3、TDMA的工作方式：

• 在頻分雙工（FDD）方式中，上行鏈路和下行鏈路的幀分別在不同的頻率上，在時分雙工（TDD）方式中，上下行幀都在相同的頻率上，為保證在不同傳播時延的情況下，各移動臺到達本站處的信號不會重疊，上行時隙內必須有保護間隔，在該間隔內不傳送信號，基站按順序安排在預定的時隙中向各移動臺發送信息。
• 不同通信系統的幀長度和幀結構是不一樣的，典型幀長為幾毫秒到幾十毫秒之間。
• TDMA系統既可以采用FDD方式，也可采用TDD方式，在FDD方式中，上下行鏈路的幀結構既可以相同也可以不同；TDD方式中通常用一幀一半時隙用于移動臺發送，另一半時隙用于移動臺接收，收發工作在相同頻率上。
• TDMA系統不同信號的能量被分配到不同時隙里，利用定時選通來限制鄰近信道的干擾，從而只讓在規定時隙中有用的能量信號通過。
• 目前使用的TDMA蜂窩系統是TDMA和FDMA的組合，比如先用30kHz的頻分信道，再把它分成6個時隙進行TDMA傳輸，這種多址方式案例有北美的D-AMPS和歐洲的GSM，我國使用兩種制式，但GSM居多。

4、TDMA 的特點：

• 幾個用戶共享單一的載頻，其中，每個用戶使用彼此互不重疊的時隙，每幀中的時隙取決于幾個因素，例如調制方式、可用帶寬等。
• 數據發射不是連續的，各移動臺發送的是周期性突發信號，而基站發送的是時分復用信號。
• 由于發射不連續，移動臺可以在空閑的時隙里監聽其它基站，從而使其越區切換過程大為簡化，通過移動臺在空閑時隙監聽，可以給移動臺增加鏈路控制功能，如使之提供移動臺輔助越區切換MAHO（mobile assisted handoff）。
• 與FDMA相比，TDMA傳輸速率一般較高，需要采用自適應均衡用以補償傳輸失真。
• 每幀中可以分配不同的時隙給不同的用戶，基于優先級對時隙進行鏈接或重新分配，可以滿足不同用戶的帶寬要求。

四、碼分多址（CDMA）

1、概念

• 碼分多址（CDMA）技術按照碼型來劃分信道，即給不同的用戶分配一個不同的編碼序列以共享同一信道，即使用不同的信號波形區分不同的用戶。 碼分多址技術是第二代移動通信的演進技術和第三代移動通信的基本技術。
• 在CDMA系統中, 每個用戶被分配給一個唯一的偽隨機碼序列（擴頻序列）, 各個用戶的碼序列相互正交, 因而相關性很小，由此可以區分出不同的用戶。
• CDMA既不劃分頻帶又不劃分時隙, 而是讓每一個用戶使用系統所能提供的全部頻譜, 因而CDMA采用擴頻技術能夠使多用戶在同一時間、同一載頻以不同碼序列來實現多路通信。

　　

2、工作示意圖

　　

3、分類

• CDMA以擴頻信號為基礎，擴頻信號是一種經過偽隨機（PN）序列調制的寬帶信號，常用的擴頻信號有兩類：跳頻信號和直接序列擴頻信號（簡稱直擴信號）。
  • 跳頻碼分多址（FH-CDMA）：每個用戶根據各自的偽隨機序列，動態改變其已調信號的中心頻率，類似于FDMA，但使用的信道是動態變化的，各用戶的頻率之間相互正交（或準正交）。
  • 直擴碼分多址（DS-CDMA），所有用戶工作在相同的中心頻率上，輸入數據序列與PN序列相乘得到寬帶信號，序列相互正交。
• 移動通信中，最典型的碼分多址方式有：2G的窄帶CDMA系統（IS-95體制）；3G的寬帶CDMA系統（CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA體制）。

4、特點

• 多用戶共享同一頻率，即可用TDD方式，也可用FDD方式
• 用戶數目沒有絕對的限制，用戶數目增加會使系統性能逐漸降低
• 信號擴展到較大的頻譜范圍內，多徑衰落的影響會顯著減小
• 信道傳輸速率非常高，時隙的持續時間非常短，通常小于信道的時延擴散
• 可以采用宏觀空間分集的方法提供軟切換，任意時刻MSC或BSC可以選擇最佳信號而不改變頻率
• 存在自阻塞（由于不同用戶的擴展序列不嚴格正交）
• 接收機會產生遠近效應，使用功率控制技術可解決
• 不需要復雜的頻率分配和管理
• 可實現負荷動態控制（小區呼吸功能），重負荷小區通過降低導頻信號功率縮小覆蓋范圍，輕負荷小區可適當擴大覆蓋增大容量

五、空分多址（SDMA）

?1、概念

• 空分多址(Space Division Multiple Access, SDMA)，也稱為多光束頻率復用，通過標記不同方位相同頻率的天線光束來進行頻率的復用，通過空間的分割區別不同的用戶。
• 在不同方向上形成不同的波束，SDMA使用定向波束天線服務于不同用戶。

?2、特點

• 扇形天線是SDMA的一種基本方式，極限情況下，自適應陣列天線具有極小的波束和無限快的跟蹤速度，可以實現最佳的SDMA，每個波束提供一個無其他用戶干擾的信道。
• SDMA實現時，首先需要進行用戶配對，由于不同用戶之間的隔離度不完全相同，為了減少干擾，提升吞吐量，應該優選隔離度大、相互干擾小的用戶對或者用戶集進行空分復用。
• 室外SDMA實現時，主要通過不同用戶之間的DOA估計結果判斷其隔離程度；室內實現時，通過不同用戶所在通道之間的物理隔離判斷其隔離度。

六、移動通信系統所采用的多址方式

　　

第六部分 正交頻分技術

一、正交頻分復用OFDM的基本思想

• 20世紀50年代提出，在通信各個領域，OFDM利用許多并行的、低速率數據傳輸的子載波來實現高速率的數據通信。
• ODFM的主要思想是：在頻域內將給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調制，并且各子載波進行并行傳輸，每個子信道相對平坦，進行窄帶傳輸，可大大消除信號波形間的干擾。
• OFDM最大的優點是能對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。

二、下行多址技術-OFDM

三、OFDM的實現原理

• 數據進行串并，形成低速數據流，然后進行QAM（正交振幅鍵控）/PSK（相移鍵控）調制，并映射到OFDM的子載波上，進行IDFT（反離散傅里葉變換）/IFFT（反快速傅里葉變換）,再進行并串轉換，并插入CP（循環前綴），最后再進行數模轉換后，發送到信道當中。
• 接收端接收之后依次進行相反的操作。

四、引入保護間隔

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五、插入CP（循環前綴）

為什么插入CP（循環前綴）

• 抗多徑衰弱：將信道分成若干正交的子信道，將高速的數據信號轉換成并行 的低速子數據流，調制到每個子信道上傳輸，可以減少子信道的干擾；每個子信道上的信號帶寬小于信道的相干帶寬，因此每個子信道上的信號可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號間的干擾。
• 頻譜利用率高：由于子載波之間具有1/2的重疊，具有很高的頻譜利用率。
• 計算簡單：

????????????? IFFT/FFT的OFDM實現方法，計算方法簡單高效。

• 頻譜資源靈活分配：

????????? 通過選取子信道數目的不同，實現上下行不同的傳輸速率要求；通過動態分配充分利用信噪比高的子信道，提高系統吞吐量。

第七部分 多輸入輸出

一、MIMO技術

• ?MIMO又稱為多入多出系統，指在發射端和接收端同時使用多個天線的通信系統，在不增加帶寬的情況下成倍提高通信系統的容量和頻譜利用率。
• MIMO是LTE系統的重要技術，理論計算表明，信道容量隨發送端和接收端最小天線數目線性增長，所有MIMO模式下信道容量大于單天線模式下的信道容量。
• MIMO能夠更好的利用空間維度的資源、提高頻譜效率。使信號在空間獲得陣列增益、分集增益、復用增益和干擾抵消增益等，從而獲得更大的系統容量、更廣的覆蓋以及更高的用戶速率。

?技術原理

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二、MIMO提升無線傳輸速率的方式

• 傳輸分集原理：多個天線傳輸相同的內容，但內容順序不同，例如一個傳輸是1234另外一個傳輸是2143。只要終端能解其中一個分集的內容就算成功，增加了內容傳輸的可靠性，減少干擾。
• 空間復用技術：利用空間信道的弱相關性的技術，主要工作機理是在多個相互獨立的空間信道上傳遞不同的數據流，從而提高數據傳輸的峰值速率。
• 波束賦形技術，波束賦形是一種基于天線陣列的信號預處理技術，波束賦形通過調整天線陣列中每個陣元的加權系數產生具有指向性的波束，從而能夠獲得明顯的陣列增益。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的第3讲 移动通信技术的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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