（通信与信息系统专业论文）异步发射mimo系统的检测及编码技术.pdf

1 - 、h - d e t e c t i o na n ds p a c e - - t i m ec o d i n gi nt h em i m o s y s t e m w i t h a s y n c h r o n o u s t r a n s m i s s i o nm o d e m a j o r ：c o m m u n i c a t i o n a n d i n f o r m a t i o ns y s t e m s a d v i s o r ： 里! q 堡墨曼q ! 坠盥g 坠：圣i d o c t o r ： l 圣盥塾坠垒：j i q 塾g - 一 h n v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：盔篷丛旦日期：2 p o 年石月上汩 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：壶避这里 导师签名 日期：岛 _ j - 1 r 中文摘要 中文摘要 异步发射的贝尔实验室的垂直分层空时码( v - b l a s t ) 系统最早发表在2 0 0 7 年的i e e et r a n s a c t i o no nv e h i c l et e c h n o l o g y 杂志上，这种空时发射系统具有同步 发射的v - b l a s t 系统所无法获得的一个重要性质：可以采用简单的迫零( z f ) 检测 算法来获得系统最大的分集增益，因此它是一种十分有潜力的空时编码结构。 由于异步多天线发射使得接收信号的采样值之间存在着一定的相关性，不同 的采样方式会带来不同的相关性，进而影响到整个采样信号的有效信噪比。因此 在推导该系统的各种最优检测算法时不应将某种形式的采样方式作为先验信息。 另外如何在异步发射的v - b l a s t 系统中利用非线性检测来进一步提高检测性能 也是需要研究的方向。最后考虑到异步发射的v - b l a s t 系统可以使用计算复杂 度低的检测算法取得系统的最大分集，是否可以在异步发射的多入多出( m i m o ) 系统中寻找到一种简单、高效的编码方式来进一步提高系统性能，并且仍然能够 使用低复杂度的检测和译码算法。 本文针对上面的问题，研究了异步发射的v - b l a s t 系统的最佳线性检测、 非线性检测以及异步发射m i m o 系统中的信道特征和空时编码几个方面。 首先考虑到需要将采样方式作为推导最优检测的一部分，所以提出一种直接 对未采样接收信号的连续信号模型进行分析的方法，该方法利用现代数学中的泛 函分析的理论知识，推导出了最佳迫零( z f ) 检测算法和最小均方误差( m m s e ) 检测 算法。同时通过分集增益分析证明了它们都获得系统最大的分集增益。 接下来基于各个接收天线匹配滤波器输出的采样信号的向量表达，首先给出 了一种直观的串行干扰消除( s i c ) 检测算法。随后通过分析指出该s i c 检测结构存 在两个固有的缺陷：一是不能扩展到排序串行干扰消除( o s i c ) 检测，二是在每一 层做干扰消除时浪费了不必要的能量。因此随后提出了一种改进的s i c 检测算法 以及基于它的o s i c 检测算法。 最后文章详细地分析了异步发射m i m o 系统的信道特征。首先还是从未采样 接收信号直接分析，通过推导异步发射m i m o 系统的最大似然检测，找到系统的 充分统计量以及基于它的系统数学表达模型。然后在此模型的基础上分析了异步 发射m i m o 系统的容量和最佳分集复用折中关系。最后提出了一种具有简单的 中文摘要 编译码算法，并且能够达到系统的分集复用折中限的空时编码结构。 本文的研究内容丰富了异步发射v - b l a s t 系统检测技术的研究，并对异步 发射m i m o 系统的信道特征和空时编码进行了探索性的基础研究，所得到的研究 成果具有一定的理论价值和应用价值。 关键词：m i m o ，v - b l a s t ，异步发射，分集增益，分集复用折中，空时编码 i i 、一 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ev e r t i c a l b e l ll a b o r a t o r i e sa r c h i t e c t u r eo fl a y e r e ds p a c e t i m e ( v - b l a s t ) s y s t e mw i t ha s y n c h r o n o u st r a n s m i s s i o nm o d ei sf i r s tp r o p o s e di ni e e e t r a n s a c t i o no n v e h i c l et e c h n o l o g yo f2 0 0 7 ，a n di th a sav e r yi m p r e s s i v ep r o p e r t y ：i tc a l la c h i e v ef u l l d i v e r s i t yu s i n gas i m p l ez e r of o r c i n g ( z f ) d e t e c t i o n ，b yw h i c ht h e c o n v e n t i o n a l v j b l a s ts y s t e mw i t hs y n c h r o n o u st r a n s m i s s i o nm o d ec a n n o tb ec h a r a c t e r i z e d t h e r e f o r ei ti sav e r yp o t e n t i a ls p a c e t i m ec o d e t h es t r a t e g yo ft h ea s y n c h r o n o u sm u l t i p l ea n t e n n at r a n s m i s s i o nm a k es a m p l e sa t r e c e i v e ti n t e r r e l a t e d ，a n dd i f f e r e n tm e t h o do fs a m p l i n gr e s u l t si nd i f f e r e n tr e l a t i o n s h i p a m o n ga l ls a m p l e s ，t h e r e f o r ea n yk i n do fs a m p l i n gm e t h o dc a n n o tb ep r e - s e l e c t e da sa p r i o r ii n f o r m a t i o nd u r i n gd e r i v i n gt h eo p t i m a l d e t e c t i o na l g o r i t h mu n d e rd i f f e r e n t c r i t e r i a b e s i d e s ，h o wt oa p p l yt h en o n l i n e a rd e t e c t i o na l g o r i t h m si nt h ev 二b l a s t s y s t e mw i t ha s y n c h r o n o u st r a n s m i s s i o nm o d ei sa l s oa l li m p o r t a n tp r o b l e m st os o l v e f i n a l l y , c o n s i d e r i n gt h a t 也ev - b l 久s ts y s t e mw i t ha s y n c h r o n o u st r a n s m i s s i o nm o d e c a na c h i e v ef u l ld i v e r s i t yu s i n gas i m p l ez fd e t e c t i o n ，w h e t h e ri ti sf e a s i b l et of i n da g o o da n ds i m p l ea r c h i t e c t u r eo fs p a c e t i m ec o d ei nt h em u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t ( m i m 0 ) s y s t e mw i t ha s y n c h r o n o u st r a n s m i s s i o n ，m st h e s i sf o c u s e so n 也ep r o b l e mm e n t i o n e da b o v ea n dc o n s i s t so ft h ef o l l o w i n g a s p e c t s ：t h eo p t i m a ll i n e a rd e t e c t i o na n dn o n 1 i n e a rd e t e c t i o ni nm ev - b l a s ts y s t e m w i t ha s y n c h r o n o u st r a n s m i s s i o nm o d ea n dt h ek e yc h a r a c t e r i s t i ca n ds p a c e - t i m ec o d i n g o f t h em i m os y s t e mw i t ha s y n c h r o n o u st r a n s m i s s i o nm o d e f i r s t , c o n s i d e r i n gt h es a m p l i n gm e t h o da s ap a r to ft h e o p t i m a ld e t e c t i o n ，t h e o p t i m a lz fa n dm i n i m u mm e a ns q u a r ee r r o r ( m m s e ) d e t e c t i o na l g o r i t h m s a r e d e r i v e dd i r e c t l yf r o mt h eo r i g i n a lc o n t i n u o u s ，u n s a m p l e ds i g n a l sa tr e c e i v ea n t e n n a sb y t h em e t h o d so ff u n c t i o n a la n a l y s i s t h ed i v e r s i t ya n a l y s e sd e m o n s t r a t eb o t ho ft h e m c a na c h i e v ef u l ld i v e r s i t yi nt h ev 二b l a s ts y s t e m s e c o n d ，as u c c e s s i v ei n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n ( s i c ) a r c h i t e c t u r ei sp r e s e n t e dt h a t i n t u i t i v e l yd e r i v e df o r mm a t h e m a t i c a le x p r e s s i o no ft h es a m p l e do u t p u tv e c t o ro fa b a n ko fm a t c h e df i l t e r sa te a c hr e c e i v ea n t e n n a h o w e v e r , i tc a l ln o te m p l o yt h e o p t i m a ld e t e c t i o n o r d e rt om i n i m i z et h e p r o p a g a t i o no fe r r o r s f r o mo n es t e po f d e t e c t i o nt ot h en e x ta n da c t u a l l yc o n s u m e se x t r ae n e r g yo ft h ep r e v i o u s l yd e t e c t e d s i g n a l st or e c o v e ras i g n a l t h e r e f o r ea ni m p r o v e ds i ca r c h i t e c t u r ei ss u b s e q u e n t l y p r o p o s e dt oo v e r c o m et h et w os h o r t c o m i n g sm e n t i o n e da b o v ea n d a no r d e r e d i i i a b s t r a c t s u c c e s s i v ei n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n ( o s l c ) b a s e do n 也i si m p r o v e ds i ca r c h i t e c t u r ei s a l s op r o p o s e d f i n a l l y , t h i sp a p e rg i v e sa l la n a l y s i so ft h ec h a r a c t e r i s t i co f t h ec h a n n e li nt h em i m o s y s t e mw i t ha s y n c h r o n o u st r a n s m i s s i o nm o d ei nd e t a i l w ef i r s tg e tt h es u f f i c i e n t s t a t i s t i c sa n dt h ec o r r e s p o n d i n gm a t h e m a t i c a le x p r e s s i o no ft h ea s y n c h r o n o u sm i m o s y s t e mb yd e r i v i n gt h em a x i m u ml i k e l i h o o d ( m l ) d e t e c t i o nd i r e c t l yf r o mt h eo r i g i n a l c o n t i n u o u s ，u n s a m p l e ds i g n a l sa tr e c e i v ea n t e n n a s t h e n ，w ea n a l y s et h ec a p a c i t ya n d t h eo p t i m a ld i v e r s i t y - m u l t i p l e x i n gt r a d e o f fi nt h em i m os y s t e mw i t ha s y n c h r o n o u s t r a n s m i s s i o nm o d eb a s e do nt h em a t h e m a t i c a l e x p r e s s i o n f i n a l l y , as i m p l e a r c h i t e c t u r eo f s p a c e t i m e c o d ei s p r o p o s e d w h i c hc a na c h i e v et h e o p t i m a l d i v e r s i t y - m u l t i p l e x i n gt r a d e o f fo ft h i ss y n c h r o n o u sm i m os y s t e m t h er e s e a r c hi nt h i st h e s i se x t e n d st h ee x i s t i n gr e s e a r c h e so nd e t e c t i o ni n t h e v - b l a s ts y s t e mw i t ha s y n c h r o n o u st r a n s m i s s i o nm o d e ，a n de x p l o r e st h ef u n d a m e n t a l o ft h ek e yc h a r a c t e r i s t i co ft h ec h a n n e la n ds p a c e t i m ec o d i n gi nt h em i m os y s t e m w i t ha s y n c h r o n o u st r a n s m i s s i o nm o d e t h er e s u l t sh a v es o m et h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a l v a l u e s k e y w o r d s ：m i m o ，v - b l a s t , a s y n c h r o n o u st r a n s m i s s i o nm o d e ，d i v e r s i t yg a i n ， d i v e r s i t y - m u t i p l e x i n gt r a d e o f f , s p a c e t i m ec o d e - ， 一 目录 目录 第一章绪论1 1 1 无线和移动通信1 1 1 1 无线和移动通信的历史1 1 1 2 无线和移动通信的现状2 1 1 3 无线和移动通信的远景2 1 2m i m o 技术4 1 2 1m i m o 技术的发展历史4 1 2 2m i m o 技术的研究现状5 1 2 3m i m o 技术面临的挑战7 1 3 本文的主要研究内容和贡献8 1 4 论文结构及内容安排9 第二章m i m o 信道特征与v - b l a s t 检测1 1 2 1 引言1 1 2 2m i m o 信道模型及分集一复用折中1 1 2 2 1m 蹦o 信道模型1 1 2 2 2m i m o 信道的容量1 3 2 2 3m i m o 信道的最佳分集一复用折中。15 2 3 同步发射v - b l a s t 系统及其检测算法。1 7 2 3 1 同步发射v - b l a s t 系统发射机模型1 7 2 3 2 同步v - b l a s t 系统接收机检测算法1 8 2 3 3v - b l a s t 系统中各种检测算法的分集增益与复杂度2 4 2 4 异步发射v - b l a s t 系统模型2 5 2 4 1 异步发射v - b l a s t 发射机模型2 5 2 4 2 异步发射v - b l a s t 接收机模型2 7 2 4 3z f 检测的分集增益与复杂度3 1 2 5 本章小结3 2 第三章异步发射v - b l a s t 系统的最优线性检测3 3 3 1 引言3 3 3 2 最优检测的采样问题及解决之道3 3 3 2 1 异步发射模式最优检测的采样问题3 3 3 2 2 未采样连续时间信号的向量表述3 4 3 2 3 推导最优线性检测所需的数学工具3 5 3 3 最佳z f 检测3 6 3 3 1 检测算法与结构。3 6 v 目录 3 3 2 分集增益和复杂度分析。4 0 3 4m m s e 检测4 3 3 4 1 检测算法与结构4 3 3 4 2 分集增益和复杂度分析。4 5 3 5 平坦衰落r a y l e i g h 信道下的数值和仿真结果4 6 3 5 1 异步与同步的公平比较4 6 3 5 2 与同步发射的v - b l a s t 系统的线性检测性能对比4 7 3 5 3 系统关键参数变化对检测性能影响4 9 3 6 本章小结5 0 第四章异步发射v - b l a s t 系统的非线性检测5 1 4 1 引言5 1 4 2s i c 检钡0 51 4 2 1s i ci 检测5 1 4 2 2s i ci i 检测5 4 4 3o s i c 检测5 7 4 4 平坦衰落r a y l e i g h 信道下的数值和仿真结果5 8 4 4 1s i ci 和s i ci i 检测的性能比较5 9 4 4 2 同步发射与异步发射的o s i c 检测性能对比5 9 4 4 3 关键参数变化对检测性能的影响6 1 4 5 本章小结。6 3 第五章异步发射m i m o 系统的信道特征及空时编码研究。“ 5 1 引言6 4 5 2 异步发射m i m o 系统的容量和分集。复用折中6 5 5 2 1 异步发射m i m o 系统的最大似然检测6 5 5 2 2 系统的容量6 6 5 2 3 分集复用折中6 6 5 3 异步发射m i m o 系统的空时编码。7 0 5 3 1 异步发射v - b l a s t 系统的中断概率7 0 5 3 2 发射天线子流间的编码与分集一复用折中7 1 5 3 3 一种简单高效的异步发射m m o 系统的空时编译码结构7 2 5 4 本章小结7 4 第六章全文总结7 5 6 1 本文贡献7 5 6 2 下一步工作的建议和未来研究方向7 5 鬻谢7 7 参考文献7 8 v i 目录 附录a 8 6 附录b 8 8 b 1 式( 5 7 ) 的证明8 8 b 2 式( 5 2 3 ) 的证明8 9 个人简历9 1 作者已发表、录用和投出的文章及申请的专利9 2 作者在攻读博士学位期间所参与的科研项目9 3 v i i 一 论文所用到的图形列表 论文所用到的图形列表 i m t - 2 0 0 0 及i m t - a d v a n c e d 系统的能力说明( 图片引用自文献 1 3 1 4 1 5 ) 3 m i m o 信道模型1 2 肌，m ，r a y l e i g h 平坦慢衰落m i m o 信道的分集一复用折中一1 5 2 2r a y l e i g h 平坦慢衰落m i m o 信道的分集复用折中f 6 5 】。1 6 同步发射v - b l a s t 发射机模型1 7 s i c 检测的第一次干扰抵消过程2 0 干扰抵消全过程2 1 4 4 v - b l a s t 的两种o s i c 检测算法的性能比较( 图片引用自文献 8 9 ) 2 2 异步发射v - b l a s t 发射机模型2 6 异步发射v - b l a s t 空时码块结构示意图2 6 异步发射v - b l a s t 接收机模型2 8 异步发射v - b l a s t 最佳迫零接收机模型3 9 肌，= m ，= 2 时异步发射与同步发射v - b l a s t 的b e r 比较4 7 m = m = 异步发射与同步发射 的 比较4 8 r 4v - b l a s tb e r 异步发射模式的v - b l a s t 系统的b e r 与空时块长s 时的关系曲线4 9 异步发射模式的v - b l a s t 系统的b e r 与设置时延的关系曲线5 0 异步发射v - b l a s ts i ci 接收机模型5 3 异步发射v - b l a s ts i ci i 接收机模型5 7 肌，= 肌= 2 时s i c i 、s i ci i 以及最佳z f 检测的b e r 比较5 9 肌= m ，= 4 时s i c i 、s i ci i 以及最佳z f 检测的b e r 比较6 0 历= m = 时异步发射与同步发射检测的比较61r 2v - b l a s t o s i cb e r m t = 肌= 4 时异步发射与同步发射v - b l a s to s i c 检测的b e r 比较6 1 s i ci 、s i ci i 检测的b e r 与空时块长s 时的关系曲线6 2 s i ci 、s i ci i 检测的b e r 与设置时延的关系曲线6 2 肌，= 4 ，m ，= 1 ，= o 5 z 时，同步与异步m i m o 系统的最佳分集一复用折中比较6 9 = 2 ，l ，= 2 ，乙= 0 5 z 时，同步与异步m i m o 系统的最佳分集一复用折中比较7 0 异步发射m i m o 系统的空时编码结构7 2 异步发射m i m o 系统的检测和译码结构7 3 表2 - 1v - b l a s t 不同检测算法下的分集增益 1 9 】【1 】【1 0 2 4 v i h 地”巧撕”猫柚m”舛粥牝钙”倘锵” ” 图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图卧图雕斟雕 主要数学符号及缩略词表 主要数学符号及缩略词表 论文中所用到的主要数学符号列表如下： 符号类别 示例 变量 口 向量 a 矩阵 a 实数域r 复数域 c ，z 维实数向量空间 酞” 玎维复数向量空间 c ” 数学期望 e 概率 p 卷积 口( f ) 丰6 ( f ) 取实部 r e 取虚部 i m 向量转置，矩阵转置 a r ，a r 单位矩阵i 研 单位向量e ， 复数共轭 共轭转置 向量的n o r m 2 范数 正定矩阵 半正定矩阵 方阵的行列式 矩阵的秩 矩阵的迹 口 心 i l a l | a - o 彳 - 0 d e t ( a ) r a n k ( a ) t r ( a ) i x 字体和说明 小写斜体 小写粗正体 大写粗正体 r ”= x 卜= ( 五，吒) ，黾r ) c “= x l x = ( 五，吒) ，讫ec ) b 】 p 口( t - f ) 术6 ( f ) d f r e ) h ) ( ) r ，z n 阶单位阵 n x1 维向量的第i 个元素为1 ， 其余为0 ( ) ( ) i l a l ：悬瓣 a 是正定矩阵 a 是半正定矩阵 主要数学符号及缩略词表 矩阵的k r o n e c k e r 乘积0 矩阵的h a d m a r d 乘积 。 矩阵的逆 a 1 由向量元素构成对角矩阵d i a g ( a ) 向量的元素 矩阵的元素 矩阵的行 矩阵的列 删除向量的某一元素 删除矩阵的行 删除矩阵的列 删除矩阵的行和列 a b a 。b 将n 1 维向量a 的元素排放到 全零方阵的对角线上构成的新 方阵 矩阵a 的第i 个元素 矩阵a 的第i 行，第_ ，列元素 矩阵a 的第i 行 矩阵a 的第j 列 表示向量b 去掉第f 个元素后剩 余的向量 表示矩阵h 去掉第f 行后剩余的 矩阵 表示矩阵h 去掉第j y l j 后剩余的 矩阵 表示矩阵h 去掉第f 行和第j 列 后剩余的矩阵 p 0 办 一 吐 k k k 0 0 0 0 k h h h 主要数学符号及缩略词表 在论文中用到的主要英文缩写及其全称列表如下： 3 g 3 g p p k 弧g r a o a b e r b f b p s k c d a c d m a c s i d b l a s t g s m i t u l r a l t e m r m o m l m m s e m s e 0 f d m o s i c p d f q h m q p s k q p r f s i c s i s o s n r s t b c s t t c s v d t d m a v i b l a s t 3 r dg e n e r a t i o n t h i r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t a d d i t i v e m i t eg a u s s i a nn o i s e a n g l eo f a r 五v a l b i te r r o rr a t e b e a m f o r m i n g b i n a r yp h a s es h i f tk e y i n g c y c l i cd i v i s i o na l g e b r a c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s c h a n n e ls t a t ei n f o r m a t i o n d i a g o n a lb e l ll a b o r a t o r i e sa r c h i t e c t u r e o fl a y e r e ds p a c e t i m e g l o b a l s y s t e m f o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n s i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n l a t t i c er e d u c t i o na i d e d l o n gt e r me v o l u t i o n m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t m a x i m u ml i k e l i h o o d m i n i m u mm e a r ls q u a r ee r r o r m e a r ls q u a r ee r r o r o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g o r d e r e ds i c p r o b a b i l i t yd i s t r i b u t i o nf u n c t i o n q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n q u a d r a t u r ep h a s es h i f tk e y i n g q u a d r a t i cp r o g r a m m i n g r a d i of r e q u e n c y s u c c e s s i v ei n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n s i n g l e - i n p u ts i n g l e - o u t p u t s i g n a lt on o i s er a t i o s p a c e t i m eb l o c kc o d e s s p a c e t i m et 】r e l l i sc o d e s s i n g u l a rv a l u ed e c o m p o s i t i o n t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s v e r t i c a lb e l ll a b o r a t o r i e sa r c h i t e c t u r e o fl a y e r e ds p a c e t i m e z e r of o r c i n g x i 第三代移动通信系统 第三代移动通信工作组 加性高斯白噪声 波达角 误比特率 波束成形 二进制相移键控 循环可除代数 码分多址 信道状态信息 对角贝尔实验室空时分 层结构 全球移动通信系统 国际电信联合会 半定松驰 长期演进 多输入多输出 最大似然 最小均方误差 均方误差 正交频分复用 排序干扰抵消 概率密度函数 正交幅度调制 四进制相移键控 二次规划法 射频 串行干扰抵消 单输入单输出 信噪比 空时分组码 空时网格码 奇异值分解 时分多址 垂直贝尔实验室空时分 层结构 迫零 j y 一一 第一章绪论 1 1 无线和移动通信 第一章绪论 现今社会是一个信息化的社会，信息的广泛传播与交流使得人类社会不断地 发展与进步。现代通信技术的发展使得大量信息的传播与交流变得更加快速、可 靠，而无线通信作为一种的便捷通信方式，是当今通信领域中最为活跃和发展最 为迅速的领域之一，在当今信息化时代扮演着越来越重要的角色。 1 1 1 无线和移动通信的历史 意大利科学家马可尼在1 8 9 7 年发明了无线通信，当时他成功地通过无线电报 技术实现了横跨布里斯托尔海峡的通信，通信的距离大约为1 4 公里。然而无线通 信技术真正为广大个人所服务却是数十年后才实现的事情。美国a t & t 贝尔实验 室在2 0 世纪5 0 年代和6 0 年代期间提出并发展了蜂窝无线通信的技术，此技术将 移动电话的服务区划分成若干个小区，每个小区分别设立个基站，由此构成了 一个蜂窝移动通信系统。这一突破性的技术实现了频率的复用，使无线通信走进 千家万户为民所用真正成为了可能。 2 0 世纪7 0 年代至8 0 年代，随着集成电路技术、微型计算机、微处理器和交 换技术的快速发展，使得蜂窝移动系统由概念走向实际应用，美国、欧洲和日本 纷纷研制出陆地移动电话系统。这个时期系统的主要技术是模拟调频和频分多址， 以模拟方式进行工作，故称之为蜂窝式模拟移动通信系统，或第一代移动通信系 统( 1 g ) 【1 】 2 】。 2 0 世纪9 0 年代后，随着数字处理技术的蓬勃发展，通信和信息领域中的很 多方面都面临向数字化、综合化以及宽带化方向发展的问题。第二代移动通信系 统( 2 g ) 是以数字传输、时分多址( t d m a ) 或码分多址( c d m a ) 为主体技术，其中的 典型代表是采用时分多址的g s m e 3 】和码分多址的i s 9 5 【4 】。 电子科技大学博士学位论文 1 1 2 无线和移动通信的现状 为实现任何人在任何时间和地点以任何方式与任何人进行通信的这一宏伟目 标，国际电信联盟( i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ，i t u ) 提出了 i m t - 2 0 0 0 ( i n t e m a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n s 2 0 0 0 ) 第三代移动通信系统( 3 g ) 的研究。1 9 9 2 年i t u 提出其频段的范围，规定i m t - 2 0 0 0 工作在2 g h z 频段。1 9 9 8 年后i t u 确定了最终的无线传输技术( r t t ) 标准，主要包括w c d m a ，c d m a 2 0 0 0 ， t d s c d m 等1 5 】 。7 1 。3 g 的主要业务是在2 g 提供的话音数据的基础上，进一步提 供诸如静态图像、移动图像等多种多媒体服务，并要求在高速移动环境q b ( f d d ： 5 0 0 k m h ，t d d ：1 2 0 k m h ) 支持速率为1 4 4 k b i f f s 的业务，在步行慢速移动环境 ( 3 0 k m h ) q b 支持速率为3 8 4 k b i t s 的业务，在室内环境( 3 h h ) 支持速率达2 m b i t s 的业务。目前3 g 已经在开始在全球进行商用。 在我国，目前无线通信也处于快速发展的时期，并进一步带动了整个国家通 信产业向前迈进，产生了一批有国际竞争力的运营商和设备商。据统计，截至2 0 0 8 年7 月，我国移动电话用户数目已达6 0 8 3 7 8 万，远远超出固定电话用户数的 3 5 5 0 5 6 万【8 】。并且政府在2 0 0 9 年正式发放了3 g 牌照，意味着我国开始进入3 g 大规模商用化的阶段。 1 1 3 无线和移动通信的远景 由于i m t - 2 0 0 0 在物理层的核心技术上较