（通信与信息系统专业论文）mimo系统中的信道估计算法研究.pdf

摘要 中文摘要 在过去的2 0 多年里，移动通信技术在全球范围内得到了迅猛的发展和应用， 已经历了从第一代模拟通信到第二代数字通信再到即将在全世界范围大规模商用 的第三代多媒体通信的三个阶段。每一代的发展都带来了技术的突破和人们消费 观念的更新。正如人们所说的移动通信技术正在日益改变和影响着现代人的生活 习惯。 第二代移动通信系统( 2 g ) 主要是为了支持话音和低速率的数据业务而设计 的，随着高传输速率、高质量视频和交互式操作的新一代无线多媒体业务的发展， 将m i m o 和o f d m 技术结合应用于未来宽带无线通信系统中，是一种有广阔应 用前景的无线链路传输解决方案。o f d m 技术固有的抗信道多径和频率选择性衰 落特性以及m i m o 在提高系统频谱利用率，改善无线通信系统性能等方面的巨大 作用，使得这两种技术的融合成为了下一代移动通信系统的必然选择。 无线通信系统的性能主要受到移动无线信道的制约，特别对未来的宽带移动 通信系统更需要采用很多信号处理技术来对抗恶劣的无线传播环境以提高系统性 能，比如常见的分集合并、相关检测和信道编解码技术等，而采用这些技术的前 提就是要知道信道的状态信息( c s i ) 。 本文就是在这样的背景下，开始对多天线移动通信系统中各种信道估计算法 进行研究。研究的内容包括对传统的时频二维导频辅助信道估计( 2 d - p s a m ) 算法 的研究及一些改进工作，对m i m o o f d m 系统提出了一种利用导频训练序列的 相关特性来进行信道估计的简化算法，以及对目前信道估计领域的一个新的研究 方向利用训练序列叠力h ( s u p e f i m p o s e d t r a i n i n g ) 来进行信道估计算法的研究。 本文在第三章，针对m i m o o f d m 无线通信系统提出了一种新的基于时频 二维导频辅助信道估计方法。该估计算法采用在变换域多次迭代滤波的方式，能 够显著降低高斯噪声和载波间干扰( i c i ) 对估计性能的影响，同时快速f f t 算法也 使得变换域滤波变得比较简便。 本文在第四章，提出了在多天线o f d m 系统中利用导频训练序列的相关特性 来进行信道估计。由于相关估计算法的关键是训练序列的自相关特性，本文提出 了一种优化训练序列的构造方式。利用该训练序列良好的自相关特性能够充分获 摘要 得信濑的状态信息，同时对噪声干扰具有良好的抑制作用。 本文在第五章介绍了潦于训练序列叠加估计( s u p e r i m p o s e dt r a i n i n g ) 方法的 基本艨恕，然蜃扶s i s o 系统裂m i m o 系统毒孪论了序列叠加倍诗簿法的性能。慝 辩搬镶黟 究过程孛磁鬟瓣麓题弱磊象提密了一麓基于序裂叠热髂邋绩诗方法垂冬研 究方向。 在全球范围内，移动通信正处在高速发展的阶段，为了使我网在未来的移动 通信领域摆脱通信技术标猴受制于人的情况，国家高技术研究发展计划委员会已 经将疑一代移动通信技术靛磅究瓢入重大辩戮矮曩。国家“8 6 3 ”谤剡已于2 0 0 2 年裁迩劳寤动了泰来移凌舞无线逶绩发震静f u t u r e 诗麓。 猩该计划的第二阶段中，电子科技大学负赍b 3 g 系统时分澈工方式( t d d ) 下 行链路设计。本文作者参与了整个下行链路的系统设计和仿真工作，主要负责 b 3 g 系统信道估计算法模块的编写和仿真测试工作。同时根据f p g a 硬件设计的 结稳特点对售遂售诗算淡避行了谯化，竞戏了定点蕊宾，著梵f p g a 设诗豹验证 提供了大量熬溺试淘量。 关键词：信道估计，二维导频辅助，多输入彩输出，正交频分复用，序列叠加 i r 垒! ! 坠! a b s t r a c t d u r i n gt h ep a s tt w e n t yy e a r s ，i nt h ew h o l ew o r l d ，m o b i l ec o m m u n i c a t i o nh a sb e e n d e v e l o p e dr a p i d l ya n du n d e r g o n et h r e eg e n e r a t i o n s - - t h ef i r s tg e n e r a t i o nb a s e do n a n a l o gc o m m u n i c a t i o n ，t h es e c o n dg e n e r a t i o nb a s e do nd i g i t a lc o m m u n i c a t i o n ，a n dt h e u p c o m i n gt h i r dg e n e r a t i o nb a s e do nm u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o n t h ed e v e l o p m e n to f e a c hg e n e r a t i o ni sd e t e r m i n e db yt h eb r e a k t h r o u g ho f t e c h n o l o g ya n dt h ei n n o v a t i o no f c o n c e p t t h e2 ”g e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m ( 2 g ) w a sm a i n l yd e s i g n e df o r v o i c ea n dl o ws p e e dd a t as e r v i c e w i t ht h ed e m a n do fg o o dq o sa n dh i g hd a t ar a t e s ， p e o p l eh a v ef o c u so n3 ga n db 3 gs y s t e m s b yo 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 f d m ) ，t h ec h a n n e lc a nb ed i v i d e di n t oan u m b e ro fo r t h o g o n a ls u b c h a n n e l so nw h i c hd a t ac a nb et r a n s m i t t e dw i t hl o wr a t e ss i m u l t a n e o u s l y , t h u si tc a n o v e r c o m et h ef r e q u e n c ys e l e c t i v ef a d i n ge f f e c t i v e l y m u l t i p l e i n p u tm u l t i p l e o u t p u t ( m i m o ) i st h eg r e a tb r e a k t h r o u 吐o f s m a r ta n t e n n a s i nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o na r e 乳w h i c hc a l lm a k eu s eo ft h ei n c r e a s e ds p a t i a lc h a n n e l s t oi m p r o v et h es y s t e mc a p a c i t v i nm i m os y s t e m s ，t h es i g n a lc a nb es e n ta n dr e c e i v e d t h r o u g hm u l t i p l ea n t e n n a so ra n t e n n aa l t a y s t h ec o m b i n a t i o no fo f d ma n dm i m 0 c a ne f f e c t i v e l ya l l e v i a t et h ep r o b l e mo fm u l t i - p a t hp r o p a g a t i o n ，i n c r e a s es y s t e m c a p a c i t y , a n do b t a i nm o r er o b u s ts y s t e mc a p 曲i l i 饥s ot h e ya r ec o n s i d e r e da st h em a i n s t r e a mt e c h n i q u e so f t h ef u t u r ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m a sw ea 1 1k n o w , t h ec a p a b i l i t yo fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e mi sc o n s t r a i n e db y r a d i op r o p a g a t i o nc h a n n e l ，e s p e c i a l l yf o rf u t u r ew i d e b a n dc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s oi t n e e d sm o r e s i g n a lp r o c e s s i n gt e c h n i q u e s t ow i t h s t a n db a dr a d i op r o p a g a t i o n e n v i r o n m e n t s u c ha sd i v e r s i t yc o m b i n a t i o n ，c o h e r e n td e t e c t i o na n dc h a n n e le n c o d i n g a n dd e c o d i n ge t c f o rm i m op h y s i c a ll a y e ra p p r o a c h e s ，c h a n n e ls t a t ei n f o r m a t i o ni sa p r e r e q u i s i t e ，t h u sc o m e sm a n yc h a n n e le s t i m a t i o na p p r o a c h e sa n da l g o r i t h m s t h e w o r ki nt h i sp a p e ri n c l u d e sr e s e a r c h0 1 3 t r a d i t i o n a l2 - d i m e n s i o np i l o ts y m b o la s s i s t e d m o d u l a t i o n r 2 d p s a m ) a n di t si m p r o v e da l g o r i t h m s ，as i m p l ec h a n n e le s t i m a t i o n a l g o r i t h mf o rm i m 0 o f d ms y s t e mo nc o r r e l a t i o no fp i l o ts e q u e n c e sa n dm i m o c h a n n e le s t i m a t i o nu s i n gs u p e r i m p o s e dn a i n i n g i nc h a p t e r3 an o v e lc h a n n e le s t i m a t i o na l g o r i t h mf o rm i m 0 一o f d ms y s t e mh a s b e e np r o p o s e d t w 0 一d i m e n s i o np i l o ts y m b o la s s i s t e dm o d u l a t i o n ( 2 d p s a m ) i s e m p l o y e di nm i m o - o f d ms y s t e mf o rc h a n n e le s t i m a t i o n t h a ti sb yi n s e r t i n gk n o w n s y m b o l so rp i l o t s i nt i m ea n df r e q u e n c yd o m a i nt oe s t i m a t et h ec h a n n e lf r e q u e n c y r e s p o n s e t 1 1 cp r o p o s e dm e t h o de m p l o y si t e r a t i v el o w - p a s sf i l t e r i n g i nt r a n s f o r m d o r a a l nw h i c hc a nr e d u c ea d d i t i v ew h i t eg a u s s i a nn o i s ea n di n t e r c a r d e ri n t e r f e r e n c e e f f e c t i v e l y i i i a b s t r a c t 一一。1。_h_。_h_。_。-。_。m_。_“_。_-“”wh。_-。_一i nc h a p t e r4 ，ac h a n n e le s t i m a t i o nm e t h o df o rm i m o o f d ms y s t e mb yu s i n g c o r r e l a t i o no f 窭b ts e q u e n c e sh a sb e e np r o p o s e d 霹l ek e yp o i n to f t h i sa l g o r i t h mi st h e a u t o c o r r e l a t i o no ft h es e q u e n c e s t h j sp a p e rp r e s e n t sam e t h o df o ro p t l m u m t r a i n i n g s e q u e n c e sd e s i g na n dt h ec h a n n e le s t i m a t i o nt h a tf o n o w s b yu s i n gt h e s et r a i n i n g s e q u e n c e s ，w ec a l lo b t a i nt h ec h a n n e ls t a t ei n f o r m a t i o n ( c s i ) s u f f i c i e n t l y , a n di nt h e m e a nt i m e t h eg a u s s i a nn o i s ea n di n t e r - c a r r i e ri n t e r f e r e n e ec a nb er e s t r a i n e d e f f e c t i v e l y i nc h a p t e r5 ，t h eb a s i cc o n c e p to fc h a n n e le s t i m a t i o nb yu s i n gs u p e r i m p o s e dt r a i n i n g h a sb e e ni n 拄o d u c e d 。t h i sp a p e rh a sd i s c u s s e dt h ec a p a b i l i t yo ft h i sm e t h o df r o m s i n g l ei n p u ts i n g l eo u t p u t ( s l s o ) t om u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t ( m r m o ) s y s t e m s a tt h es a m et i m e ，a c c o r d i n gt ot h ep r o b l e m sa n dp h e n o m e n at h a to c c u r r e dd u r i n gt h e e x p e r i m e n t sa n ds i m u l a t i o n s ，s o m ei n t e r e s t i n gr e s e a r c hp o i n t sh a v eb e e ng i v e no u t + w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ni n d u s t r yi nc h i n ai su n d e rab o o h l i n gp e r i o d t h en a t i o n a l “8 6 3 ”f u t u r ep r o j e c th a sa i m e da n de s t a b l i s h e dp r o g r a m sf o rf u t u r em o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m d u r i n gt h i sp r o j e c t u e s t ci sr e s p o n s i b l ef o r 证ed o w n i n k d e s i g no fb 3 gs y s t e m ，a n dt h ea u t h o ro ft i f f sp a p e rp a r t i c i p a t e si nt h es y s t e md e s i g n a n dm a i n l yf o c u so nt h ec r e a t i o n , t e s ta n ds i m u l a t i o no fc h a n n e le s t i m a t i o nm o d u l e u n d e rc o s s a pp l a t f o r m h 1t h em e a n t i m e w eo p t i m i z et l l ec ea l g o r i t h m sa c c o r d i n g t of p g ah a r d w a r ed e s i g n ，a n dc o m p l e t et h ef i x e d p o i n ts i m u l a t i o n k e yw o r d s ：c h a n n e le s t i m a t i o n ，2 - d h n e n s i o np i l o ts y m b o la s s i s t e dm o d u l a t i o n ， m u l t i p l e - - i n p u tm u l t i p l e - - o u t p u t , o r t h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g , s u p e r i m p o s e dt r a i n i n g 1 v 图表目录 图表目录 图2 - 1 小尺度衰落特性1 5 图3 - 1m 1 m o o f d m 系统结构图一2 5 图3 - 2 两发射天线的导引和数据符号的安排2 5 图3 3 信道估计结构2 7 图3 4 频域估计结构2 7 图3 - 5 时域估计结构2 9 图3 - 65 k m h 迭代d f t 算法m s e 性能3 0 图3 71 2 0 k m h 迭代d f t 算法v i s e 性能，3 1 图3 - 85 k m h 迭代d f t 滤波估计算法性能3 2 图3 - 91 2 0 1 a n h 迭代d f t 滤波估计算法性能3 2 图4 - 1m i m o o f d m 系统结构图3 5 图4 2 频域相关估计结构图3 9 图4 - 3 全子载波与留有虚拟子载波估计性能比较4 0 图4 - 4 滤波与不滤波性能比较4 1 图5 - 1 基于叠加训练序列估计系统结构4 2 图5 - 2 序列叠加时不变s i s o 信道估计性能4 7 图5 - 3 序列叠加时变s i s o 信道估计性能4 8 图5 4 序列叠加s i s o 时变系统不同周期长度信道估计性能4 9 图5 - 5 叠加序列时不变m i m o 信道估计性能5 3 表1 - 13 种主要3 g 标准的性能比较 表2 - 1r m s 时延扩展的典型测量值 表3 - 1 仿真信道参数 表4 - 1 仿真参数 i 。5 1 6 3 0 3 9 缩略词 缩略词 3 g 3 “g e n e r a t i o n 第三代移动通信 3 g p p3 r dg e n e r a t i 。np a r t n e r s h i pp r o j e c t 葬翥代移动通信伙伴 a d s l a s y m m e t r i cd i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e 非对称数字用户线路 a m p sa d v a n c e dm o b i l ep h o n es y s t e m s高级移动电话系统 a w g n a d d i t i v ew h i t eg a u s s i a nn o i s e 加性高斯白噪声 b 3 g b e y o n d3 mg e n e r a t i o n 后三代移动通信 b e rb i te r r o rr a t e误比特率 b r a nb r o a d b a n dr a d i oa c c e s sn e t w o r k宽带无线接入网 c d m ac o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s码分多址 c e b e m c o m p l e xe x p o n e n t i a lb a s i se x p a n s i o nm o d e l 复指数扩展模型 c p c y c l i cp r e f i x 循环前缀 c f rc h a n n e lf r e q u e n c yr e s p o n s e信道频域响应 c i r c h a n n e li m p u l s er e s p o n s e信道冲击响应 d f t d i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r m离散傅立叶变换 d s p d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g 数字信号处理 d v b d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g 数字电视广播 e t s i 黧：a 1 1 t e l 。1 砌u n i 。a t i 。n 8 m d a r d 欧洲电信标准协会 f c c f e d e r a lc o m m u n i c a t i o n sc o m m i s s i o n联邦通信委员会 f d d f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x 频分双工 f f tf a s tf o u r i e rt r a n s f o r m 快速傅立叶变换 f i r f i n i t ei m p u l s er e s p o n s e有限冲击响应 f p m sf u t u r ep u b n cl a n dm 。b n ct e l e p h o n es y s t e m 喜黧众陆地移动电 g s m g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s 全球移动通信系统 i c ii n t e r - c a r r i e ri n t e r f e r e n c e 载波间干扰 v 堑堕塑 i m s i pm u l t i m e d i as u b s y s t e m i p 多媒体子系统 i m t s i s d n i s l i t u l d p c l s m 蹦o m m s e o f d m p a r p d p p s a m q o s r f s i s o s i m o s n r s t b c t d d t d m a u m t s v 二b l a s t w c d m a w l a n i m p r o v e dm o b i l et e l e p h o n es e r v i c e i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k i n t e r - s y m b o li n t e r f e r e n c e 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 i l i o n l o wd e n s i t yp a r i t yc h e c k l e a s ts q u a r e m u l t i p l e - i n p u tm u l t i p l e - o u t p u t m i n i m u mm e a ns 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 y d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g p e a k - t o - a v e r a g er a t i o p o w e rd e l a yp r o f i l e p i l o ts y m b o la s s i s t e dm o d u l a t i o n q u a l i t yo fs e r v i c e r a d i of r e q u e n c y s i n g l e i n p u ts i n g l e o u t p u t s i n g l e i n p u tm u l t i p 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 t i m ed i v i s i o nd u p l e x t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m v e r t i c a lb e l ll a b o r a t o r yl a y e r e ds p a c e t i m e w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l 卸l ea c c e s s w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k i x 改进移动电话业务 综合业务数字网 符号间干扰 国际电信联盟 低密度一致校验码 最小二乘 多入多出 最小均方误差 正交频分复用 峰均比 功率延迟分布 导频符号辅助调制 服务质量 射频 单入单出 单入多出 信噪比 空时分块编码 时分双工 时分多址 通用移动通信系统 贝尔实验室垂直分层 空时结构 宽带码分多址 无线局域网 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 作及取褥麓磅究残果。据我所知，除了文中特剃翻美标注释致谢豹蘧 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰翳过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位成证书而使用过的材料。 与我一鬻王终豹霹恚对本爨究所擞麴任砖贾献均已在论文中俸了羁 确的说明并表示谢意。 签名： 塑! 塾盔 ， ， 圈嬲：渺占年月娜曰 关于论文使用授权的说明 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 的援定，有权保留并蠢溪家有关部门或穰搦送交论文酶复帮俘帮磁 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 的全部绒部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 据糖等笺隶l 手羧保存、汇编学位论文。 ( 傈密的学位论文在解密后应遵守此娥定) 签名： 第一章引言 第一章引言 在过去的2 0 多年里，移动通信在全球范围内得到了迅猛的发展，已经经历了 从第一代模拟通信到第二代数字通信再到第三代多媒体通信的三个阶段。每一阶 段的发展都是技术的突破和观念的创新。第一代起源于2 0 世纪8 0 年代，主要采 用的是模拟和频分复用技术，其业务只是提供语音服务。第二代( 2 g ) 起源于9 0 年代初期，主要采用时分多j ：j k ( t d m a ) 技术，现在我们使用的g s m 手机就是基于 这样的技术，其传输速率只有9 6k b p s ，最高可达3 2k b p s 。 第三代移动通信系统主要采用c d m a 技术，现己被i t u 选定的3 个主流的 3 g 标准都是基于c d m a 技术的。第三代系统主要是为多媒体通信设计的，不仅 可以传话音还能传高速数据，最初设计的最高速率是2m b p s ，在最近3 g p p 的规 范中，一些增强技术如h s d p a 可以使传输速率达到1 0m b p s 以上。然而，随着 全球范围内移动用户数的迅猛增长和移动业务的快速发展，使得为高速率业务和 多媒体业务设计的第三代移动通信系统在通信容量和质量等方面将远不能满足要 求。世界各国在推动第三代移动通信系统商用化的同时，目前已经把研究的重点 转入到新一代( b 3 g 4 g ) 移动通信的前瞻研究，以寻求概念和技术上的创新和突 破，期望无线通信系统的容量和速率有十倍甚至上百倍的提升。 移动通信是我国最具发展活力的产业之一。1 9 8 7 年至2 0 0 0 年的1 0 余年间， 我国移动通信用户总数以年均1 0 0 增长速率迅猛发展。截至到2 0 0 5 年7 月2 0 日，信息产业部公布的数据，我国移动电话用户已达3 6 3 亿，成为世界上规模最 大的移动通信市场，平均每百人中就有2 8 部手机。尽管如此，与世界上移动通信 普及率较高的发达国家相比，我国移动通信业的发展潜力还十分巨大，市场前景 十分广耐”。 1 1 移动通信技术的发展概况 自1 8 9 7 年马。g l 一一, 一- - a z , z - - ，驶的船 只保持着连续不断的通信能力以来，运动中的通信能力已经得到了举世瞩目的发 展。从那以后，全世界的人们都在盼望使用新的无线通信方法和途径。 现代移动通信技术的发展始于2 0 世纪2 0 年代，到数字移动通信系统出现为 电子科按大学硬士学证论文 止，大致经历了五个发展阶剐2 】。 第一阶段从2 0 世纪2 0 年代至4 0 年代，为早期发展阶段。在遂期间，首先在 短波几个频段上牙发出专耀移动通信系统，獒代表是美国底特镣枣警察使雳的车 载纛线瞧系绕。该系统工转频率为2m h z ，到4 0 年筏撬褰蘩3 0 4 0m h z 。哥赣- ；a 为这个阶段是现代移动邋信的起步阶段，特点是专用系统开发，工作频率较低， 而且一般只用于军队和政府部门。 第二阶段从4 0 年代中期至6 0 年代初期。在此期间内，公用移动通信业务开 始阕髓。1 9 4 6 年，搬撂荧豳联邦遥信委员会( f c c ) 懿计划，贝尔系绞在圣路易蘩 辘建立了整赛主纂一个公确汽车电话滔，袋为“城市系统”。当辩使惩三个频道， 间隔为1 2 0k h z ，通信方式为单工。随后，西德( 1 9 5 0 年) 、法国( 1 9 5 6 年) 、英1 蚕( 1 9 5 9 年) 等囡相继研制了公用移动电话系统。美国胍尔实验室完成了人工交换系统的接 续问题。这一阶段的特点是从专用移动网向公用移动网过渡，接续方式为人工接 续，嘲的容量较小。 第三阶段鼠6 0 年我中翅至7 0 年饩中期。在诧麓闰，美嚣攘獭了改迸垄移动 电诸系统( i m t s ) ，使用1 5 0m n z 和4 5 0m h z 频段，采用大区制、中小容量，实 现了灏线频道自动选择并熙能够自动接续到公用电话网。德国也推出了具有相同 技术水平的b 网。可以说，这一阶段是移动源信系统改进与完善的阶段，其特点 是袋照大区铡、中小窖豢，使用4 5 0m h z 频羧，实现了宣动选频与鸯动接续。 第滔除段疑7 0 年代中期至8 0 年彳弋中期。这是移动通信蓬勃发震对赣。1 9 7 8 年底，美国贝尔实验室研制成功先进移动电话系统( a m p s ) ，建成了蜂窝状移动通 信网，大大提高了系统容墩。1 9 8 3 年，首次在芝加哥投入商用。同年1 2 月，在 华盛顿也开始启用。之聪，服务区域在美国邂渐扩大，到1 9 8 5 年3 月已扩展到 4 7 个奠煞区，约l o 万移镄用户。其链工业化阑家也相继开发出瓣窝式公蔫移动遂 整瓣。送一酚段豹特点怒撩窝获移动逶信翻簸为实莠l 系统，著在镶莠逮逐速发 展。 第五阶段从8 0 年代中期开始。这是数字移动通信系统发展和成熟时期。以 a m p s 和t a c s 为代表的第一代蜂窝移动通信网是模拟系统。它臌然取得了很大 成绣，餐氇暴露了一些阉鼹，魄魏频谱利建搴低、移动设备复杂、费矮较贵、鼗 务耱炎受限翻班及逶落荔被窃骣等，最主簧鹣润题是萁容量鑫不麓满足日益辔长 的移幼用户需求。解决这魑问题的方法是开发新一代数字蜂窝移动通信系统。数 第一章引言 字无线传输的频谱利用率高，可大大提高系统容量。另外，数字网能提供语音、 数据多种业务服务，并与i s d n 等兼容。 到8 0 年代中期，欧洲首先推出了泛欧数字移动通信网( o s m ) 的体系。随后， 美国和日本也制定了各自的数字移动通信体制。泛欧网g s m 于1 9 9 1 年7 月开始 投入商用，在世界各地特别是在亚洲取得了极大的成功。在十多年内数字蜂窝移 动通信处于一个大发展时期，己成为陆地公用移动通信的主要系统。 移动通信技术在2 0 世纪9 0 年代呈现出加快发展的趋势。当数字蜂窝网刚进 入实用阶段时，关于未来移动通信的讨论已经如火如荼地展开，新的技术与新的 系统不断推出。美国q u a l c o m m 公司于9 0 年代初推出了窄带码分多t l k ( c d m a ) 蜂 窝移动通信系统。这是移动通信中具有重要意义的事件。这个时期，不断推出的 移动通信系统还有移动卫星通信系统、同温层通信系统、无线用户环路和个人通 信系统等。移动通信呈现出多样化的趋势。随着第三代移动通信系统( 3 g ) 的开发 与推出，移动通信将进入一个全新的发展阶段。 1 23 g 与下一代移动通信系统 1 2 13 g 的标准和现状 第三代移动通信系统( i t u r 的正式名称为i m t - 2 0 0 0 ) ，其前身为f p l m t s ( 未 来公共陆地移动通信系统) 。i t u - rt g 8 1 在f p l m t s 领域经过多年的艰苦努力， 到1 9 9 6 年底确定了第三代移动通信系统的基本框架，包括业务需求、工作频带、 网络过渡要求以及无线传输技术的评估方法等诸多方面。 1 9 9 9 年1 1 月赫尔辛基t g 8 1 会议，通过了“i m t - 2 0 0 0 无线接口技术规范” 建议，该建议中最终确定下来的第三代移动通信系统无线传输技术分为c d m a 和t d m a 两类。该规范建议经i t u r 第八研究组通过后，在2 0 0 0 年5 月的世界 无线电通信大会上成为国际电联建议 3 1 。其中以欧洲和日本主导的w c d m a ，北 美的c d m a 2 0 0 0 和中国提出的t d s c d m a 成为了最终的3 g 标准。目前市面上 已有很多介绍3 g 方面的书 4 1 ，本文下面对这三种主要的c d m a 技术作一个简单 的归纳和介绍。 w c i i m a 技术 w c d m a 最初主要由爱立信、诺基亚公司为代表的欧洲通信厂商提出。这些 第一章引言 字无线传输的频谱利用率高，可大大提高系统容量。另外，数字网能提供语音、 数据多种业务服务，并与i s d n 等兼容。 到3 0 年代中期，欧洲茸先推出了泛欧数字移动通信网( g s m ) 的体系。随后， 美国和日本也制定了各自的数字移动通信体制。泛欧嘲g s m 于1 9 9 1 年7 月开始 投入商用，在世界各地特别是在亚洲取得了极大的成功。在十多年内数字蜂窝移 动通信处于一个大发展时期，已成为陆地公用移动通信的丰要系统。 移动通信技术在2 0 世纪9 0 年代呈现出加快发展的趋势。当数字蜂窝阿刚进 入实用阶段时，关于未来移动通信的讨论已经如火如荼地展开，新的技术与新的 系统不断推出。美国q u a l c o m m 公司于9 0 年代初推出了窄带码分多：i k ( c d m a ) 蜂 窝移动通信系统。这是移动通信中具有重要意义的事件。这个时期，不断推出的 移动通信系统还有移动卫星通信系统、同温层通信系统、无线用户环路和个人通 信系统等。移动通信呈现出多样化的趋势。随着第三代移动通信系统( 3 g ) 的开发 与推出，移动通信将进入一个全新的发展阶段。 1 23 g 与下一代移动通信系统 1 2 13 g 的标准和现状 第三代移动通信系统0 t u r 的正式名称为i m t - 2 0 0 0 ) ，其前身为f p l m t s ( 未 来公萸陆地移动通信系统) 。i t u - r t g 8 1 在f p l m t s 领域经过多年的艰苦努力， 到1 9 9 6 年底确定了第三代移动通信系统的基本框架，包括业务需求、工作频带、 网络过渡要求以及无线传输技术的评估方法等诸多方面。 1 9 9 9 年1 1 月赫尔辛基t g s 1 会议，通过了“i m t - 2 0 0 0 无线接口技术规范” 建议，该建议中最终确定下来的第三代移动通信系统无线传输技术分为c d m a 和t d m a 两类。该规范建议经i t u r 第八研究组通过后，在2 0 0 0 年5 月的世界 无线电通信火会上成为国际电联建议嘲。其中以欧洲和日本丰导的w c d m a ，北 美的c i g m a 2 0 0 0 和中国提出的t d s c d m a 成为了最终的3 g 标准。目前市面上 已有很多介绍3 g 方面的书【4 】，本文下面对这三种主要的c d m a 技术作一个简单 的归纳和介绍。 w c i o m a 技术 w c d m a 最初主要由爱立信、诺基亚公司为代表的欧洲通信r 商提出。这螋 w c d m a 最初主要由爱立信、诺基亚公司为代表的欧洲通信厂商提出。这些 电子科技大学硕士学位论文 公司都在第二代移动通信技术和市场上占尽了先机，并期望能够在第三代依然保 持世界领先的地位。日本由于在第二代移动通信时期没有采用全球主流的技术标 准，而是自己独立制订开发，很大程度上制约了日本的设备厂商在世界范围内的 作为，所以希望借第三代的契机，能够进入国际市场。以n t td o c o m o 为主的各 个公司提出的技术与欧洲的w c d m a 比较相似，二者相融合，成为现在的 w c d m a 系统，w c d m a 主要采用了带宽为5m h z 的宽带c d m a 技术，上、下 行快速功率控制，下行发射分集，基站间可以异步操作。 w c d m a - f d d 的技术优势在于，码片速率高，有效地利用了频率选择性分 集和空间的接收和发射分集，可以解决多径问题和衰落问题：采用t u r b o 信道编 解码技术，可以提供较高的数据传输速率；f d d 制式能够提供广域的全覆盖，下 行基站区分采用独有的小区搜索方法，无需基站之间严格同步；采用连续导频技 术，可以支持高速移动终端。 c d m a 2 0 0 0 技术 c d m a 2 0 0 0 也称为c d m