移动通信技术

1、移动通信论文 姓名： 学号： 专业： 学院： 目录摘要：3关键字：30 引言31 移动通信技术的发展历程31.1 第一代移动通信系统31.2 第二代移动通信系统41.3 第三代移动通信系统41.4 第四代移动通信系统72 移动通信系统采用的新技术102.1 新型调制技术112.2智能天线122.3 多用户信号检测122.4 无线atm142.5 多层网络结构152.6 软件无线电技术163 移动通信的发展方向214 结束语21参考文献22摘要： 本文主要介绍了移动通信技术的几代发展历史以及主要应用的技术，移动通信现在与我们的生活息息相关，可以说是必备生活技术了。对于移动通信的应用技术应该用一定

2、的了解。关键字： mc-cdma，td-scdma，ds-cdma（wcdma），智能天线，无线atm，多层网络结构。0 引言随着社会、经济的发展，移动通信得到了越来越广泛的应用。在我国，移动通信技术的起步虽晚，但是发展极其迅速。自从20世纪90年代以来，很多国家对移动通信的需求量经历了指数级的增长，我国也不例外，而且这种需求量还将持续下去。如今经济全球化与信息网络化的快速推进，现有的移动网络已经很难满足移动业务发展的需要，为适应发展，对现有的移动通信技术进行改进就越来越迫切，一方面要求尽可能丰富的移动业务满足移动用户不断增长的业务需求；另一方面要求通过采用新技术，不断提高系统的容量，以支持不

3、断增长的移动用户的数量，移动通信技术正是在这两种需求的驱动下不断发展的。1 移动通信技术的发展历程早在1897年，马可尼在陆地和一只拖船之间用无线电进行了消息传输，成为了移动通信的开端。至今，移动通信已有100多年的历史，在这期间移动通信技术日新月异，从1978年的第一代模拟蜂窝网电网系统的诞生到第二代全数字蜂窝网电话系统的问世，现如今第三代个人通信系统的方案和实验均已开始逐步完善。1.1 第一代移动通信系统20世纪70年代末，美国at&t公司通过使用电话技术和蜂窝无线电技术研制了第一套蜂窝移动电话系统，取名为先进的移动电话系统，即amps（advanced mobile phone serv

4、ice）系统。第一代无线网络技术的一大成就就在于它去掉了将电话连接到网络的用户线，用户第一次能够在移动的状态下拨打电话。这一代主要有3种窄带模拟系统标准，即北美蜂窝系统amps，北欧移动电话系统nmt和全接入通信系统tacs，我国采用的主要是tacs制式，即频段为890915mhz与935960mhz。第一代移动通信的各种蜂窝网系统有很多相似之处，但是也有很大差异，它们只能提供基本的语音会话业务，不能提供非语音业务，并且保密性差，容易并机盗打，它们之间还互不兼容，显然移动用户无法在各种系统之间实现漫游。1.2 第二代移动通信系统为了解决由于采用不同模拟蜂窝系统造成互不兼容无法漫游服务的问题，1

5、982年北欧四国向欧洲邮电行政大会cept（conference europe of post and telecommunications）提交了一份建议书，要求制定900mhz频段的欧洲公共电信业务规范，建立全欧统一的蜂窝网移动通信系统。同年成立了欧洲移动通信特别小组，简称gsm（group special mobile）.第二代移动通信数字无线标准主要有：gsm，d-amps，pdc和is-95cdma等。在我国，现有的移动通信网络主要以第二代移动通信系统的gsm和cdma为主，网络运营商运用的主要是gsm系统，现在中国联通的cdma系统经过两年的发展也初具规模。为了适应数据业务的发展需

6、要，在第二代技术中还诞生了2.5g，也就是gsm系统的gprs和cdma系统的is-95b技术，大大提高了数据传送能力。第二代移动通信系统在引入数字无线电技术以后，数字蜂窝移动通信系统提供了更更好的网络，不仅改善了语音通话质量，提高了保密性，防止了并机盗打，而且也为移动用户提供了无缝的国际漫游。1.3 第三代移动通信系统这种系统早在1991年就进入了实验阶段，1993年interdigital公司向jtc提交了b-cdma的技术方案。1995年9月该方案通过审议，被采纳为北美蜂窝移动通信的公用空中借口，编号为is-665。并把名称b-cdma（broadband cdma）改为 w-cdma（

7、wideband -cdma）。第三代移动通信技术也就是imt-2000，简称3g，它是一种真正意义上的宽带移动多媒体通信系统，它能提供高质量的宽带多媒体综合业务，并且实现 了全球无缝覆盖全球漫游它的 数据传输速率高达2mbit/s，其容量是第二代移动通信技术的2-5倍，目前最具代表性的有美国提出的mc-cdma（cdma2000），欧洲和日本提出的w-cdma和中国提出的td-cdma。 1.3.1 mc-cdma（cdma2000）mc-cdma（cdma2000）由美国提出，是由is-95系统演进而来的，并向下兼容is-95系统。is-95系统是世界上最早的cdma移动系统，已经在世界范

8、围内进行了10多年的实验和运营，现已被证明是十分稳定。mc-cdma（cdma2000）系统继承了is-95系统在组网、系统优化方面的经验，并进一步对业务速率进行了扩展，同时通过引入一些先进的无线技术，进一步提升系统容量。在核心网络方面，它继续使用is-95系统的核心网作为其电路域来处理电路型业务，如语音业务和电路型数据业务，同时在系统中增加分组设备（pdsn和pcf）来处理分组数据业务。因此在建设mc-cdma（cdma2000）系统时，原有的is-95的网络设备可以继续使用，只要新增加分组设备即可。在基站方面，由于is-95与1x的兼容性，可以作到仅更新信道板并将系统升级为cdma2000

9、-1x基站。在我国，联通公司在其cdma网络建设中就采用了这种升级方案。 1.3.2 ds-cdma（wcdma）ds-cdma（wcdma）由日本和欧洲提出，随着标准化工作的展开，在此系统中逐渐引入了连续导引信号，使得终端系统得到简化。现在ds-cdma（wcdma）将连续导引信道和不连续导引信号的方式都保留在标准中，具体使用哪种方式可以由厂家自行决定。从事ds-cdma（wcdma）标准研究和设备开发的厂商很多，其中包括诺基亚、摩托罗拉、西门子、nec、阿尔卡特等等，因此造成的投资比较分散，技术问题没有得到集中解决，这又给未来移动通信系统互联互通造成较多问题。ds-cdma（wcdma）系

10、统每个载波占用5mhz带宽，每个运营商在布置系统时仅能使用2-3个载波，因此cdma在初始设计时，即考虑在同一个载波内支持其中的一个子集，这就进一步增加了互联互通的难度和复杂程度。还有就是ds-cdma（wcdma）的主要运营商将会出自现在的gsm运营商，对于gsm运营商来说，理想的演进方式是gsm-gprs-wcdma，即首先通过gprs建立全新的分组域核心网络，再引入wcdma提高速率，但是由于gprs在近期的实验结果不很好，因此对wcdma的推广会产生一定影响。同时由于wcdma在开发中问题较多，使得wcdma的商用计划一再推迟，所有这些问题使wcdma已不像前两年那样被广泛看好。如果w

11、cdma不能尽快进入运营阶段，也不能排除gsm运营商直接采用hdr无线技术提供分组数据业务，并过渡到全面使用cdma2000技术的可能。1.3.3 td-scdma td-scdma是由我国在scdma技术上提出的一种tdd技术方案，并希望能够用于支持从微微蜂窝到宏蜂窝的各种应用环境。在td-scdma中，使用了大量的先进技术，如智能天线技术和联合检测技术等。同其它技术相比，td-scdma技术有两大优势，其一，它采用智能天线和低码速率，频谱利用率高，能够解决高人口密度地区频率资源紧张的问题，并在互联网浏览等非对成移动数据和视频点播等多媒体业务方面优势突出。td-scdma的基站天线是一个智能

12、化的天线阵，能够自动确定并跟踪手机的方位，发射波束始终对准手机方向，这样可以降低基站的发射功率，从而降低运营成本；其二，td-scdma技术采用软件无线电技术，可使运营商在增加业务时，能在同一硬件平台上利用软件处理基站信号，也就是只要加载不同的软件就可以实现不同的业务。在标准中，智能天线技术和联合检测技术均为可选择使用的技术 但是如果不使用这两项技术，td-scdma系统容量将远远低于cdma2000系统。除了这两项系统本身需要验证外，使用它们还使得基站间的同频覆盖变得较难解决，如不解决此问题，则td-scdma系统的容量也将远远低于cdma2000系统。另外，在使用了智能天线技术和联合检测技

13、术后在网络规划和网络优化方面也与其它系统存在较大差异，几乎没有可借鉴的经验，这也给td-scdma大规模的商用设置了不小的障碍。不难看出，目前所有的3g技术方案，cdma2000技术较为成熟，具有较好的技术性能和较强的适用性，而且过渡也比较平滑，但标准的规范化和完整性比wcdma稍差，预计cdma2000系统要比wcdma和td-scdma会最早在我国投入商业运行，但是也不排斥我国鼓励民族工业而采用td-scdma，它毕竟是符合我国基本国情的一项技术。综观移动通信的发展历程，当代移动通信可分为三个阶段：（1）第一代移动通信以模拟调频，频分多址为主体技术，包括以蜂窝网系统为代表的公共移动通信系统

14、、以集群系统为代表的专用移动通信系统以及无绳电话。（2）第二代移动通信系统是以数字传输、时分多址或码分多址为主体技术，简称数字移动通信。包括数字蜂窝系统、数字无绳电话系统和数字集群系统等。（3）第三代移动通信系统以世界范围内的个人通信为目标，实现任何人在任何时候任何地方进行任何类型信息的交换。移动通信从产生到现在的历史并不长，然而它的发展速度却远远超出了人们的预料，各种通信技术形形色色，为了把各种通信系统有机地综合在一起，改造提高，最后达到全球通信网的要求其中最根本也是最关键的是必须建立统一的技术标准和规范。随着新一代移动通信系统的即将到来，国际电信联盟（itu）和欧、美、日以及其他国家都增强

15、了发展第三代移动通信的力度。各个国家和地区的标准化组织都在制定各自的发展米表和发展策略，都想把自己基于本国现有通信设施而提出的建议纳入国际标准以期他们现有的通信设施能够平滑地过度到新一代移动通信系统，或者与新一代移动通信系统反向兼容。由此可见，21世纪的移动通信市场非常巨大，市场竞争也相当激烈。这种经济利益的驱动使各国的制造商和运营商对制定第三代移动通信的国际标准表现出极大的热情和积极性。可以说，国际标准的制定不仅仅是通信技术的较量，也体现对未来通信市场的竞争。1.4 第四代移动通信系统第四代移动通信技术的主要指标：1、数据速率从2mb/s提高到100mb/s，移动速率从步行到车速以上。2、支

16、持高速数据和高分辨率多媒体服务的需要。宽带局域网应能与b-isdn和atm兼容，实现宽带多媒体通信，形成综合宽带通信网。3、对全速移动用户能够提供150mb/s的高质量影像等多媒体业务。就现在而言，发达国家已经着手研制第四代移动通信的标准和产品。美国at&t公司已经在实验室中研究第四代移动通信技术，其目的是提高蜂窝电话和其他移动设备访问互联网的速率；大约五年后，这项技术即可面世。日本的docomo移动通信公司也在进行第四代移动通信的研究，争取在2008年左右推出4g产品。爱立信公司宣布已开始着手研制第四代移动通信系统，其研究机构负责人表示，第四代移动通信技术不仅可以将上网速度提高到超过3g技术

17、的50倍，而且届时人类将首次实现三维图像的高质量传输。该公司预计第四代移动通信系统大约在2010年正式投入市场。我国对第四代移动通信技还处于探讨起步阶段，因此，对4g移动通信的研制工作显得十分迫切。1.4.1 特点：1.具有很高的传输速率和传输质量。未来的移动通信系统应该能够承载大量的多媒体信息，因此要具备50-100mbit/s的最大传输速率、非对称的上下行链路速率、地区的连续覆盖、qos机制、很低的比特开销等功能；2.灵活多样的业务功能。未来的移动通信网络应能使各类媒体、通信主机及网络之间进行“无缝”连接，使得用户能够自由的在各种网络环境间无缝漫游，并觉察不到业务质量上的变化，因此新的通信

18、系统要具备媒体转换、网间移动管理及鉴权、adhoc网络(自组网)、代理等功能；3.开放的平台。未来的移动通信系统应在移动终端、业务节点及移动网络机制上具有“开放性”，使得用户能够自由的选择协议、应用和网络；4.高度智能化的网络。未来的移动通信网将是一个高度自治、自适应的网络，具有很好的重构性、可变性、自组织性等，以便于满足不同用户在不同环境下的通信需求1。系统特点:4g移动通信接入系统的显著特点是，智能化多模式终端(multi mode terminal)基于公共平台，通过各种接入技术，在各种网络系统(平台)之间实现无缝连接和协作。在4g移动通信中，各种专门的接入系统都基于一个公共平台，相互协

19、作，以最优化的方式工作，来满足不同用户的通信需求。当多模式终端接入系统时，网络会自适应分配频带、给出最优化路由，以达到最佳通信效果。就现在而言，4g移动通信的主要接入技术有：无线蜂窝移动通信系统（例如2g、3g）；无绳系统（如dect）；短距离连接系统（如蓝牙）；wlan系统；固定无线接入系统；卫星系统；平流层通信（sts）；广播电视接入系统（如dab、dvb-t、catv）。随着技术发展和市场需求变化，新的接入技术将不断出现。不同类型的接入技术针对不同业务而设计，因此，我们根据接入技术的适用领域、移动小区半径和工作环境，对接入技术进行分层。* 分配层：主要由平流层通信、卫星通信和广播电视通信

20、组成，服务范围覆盖面积大。* 蜂窝层：主要由2g、3g通信系统组成，服务范围覆盖面积较大。* 热点小区层：主要由wlan网络组成，服务范围集中在校园、社区、会议中心等，移动通信能力很有限。* 个人网络层：主要应用于家庭、办公室等场所，服务范围覆盖面积很小。移动通信能力有限，但可通过网络接入系统连接其他网络层。* 固定网络层：主要指双绞线、同轴电缆、光纤组成的固定通信系统。网络接入系统在整个移动网络中处于十分重要的位置。未来的接入系统将主要在以下三个方面进行技术革新和突破：（1）为最大限度开发利用有限的频率资源，在接入系统的物理层，优化调制、信道编码和信号传输技术，提高信号处理算法、信号检测和数

21、据压缩技术，并在频谱共享和新型天线方面做进一步研究。（2）为提高网络性能，在接入系统的高层协议方面，研究网络自我优化和自动重构技术，动态频谱分配和资源分配技术，网络管理和不同接入系统间协作。（3）提高和扩展ip技术在移动网络中的应用；加强软件无线电技术；优化无线电传输技术，如支持实时和非实时业务、无缝连接和网络安全。4g移动通信的软件系统v 4g移动通信的软件系统趋于标准化、复杂化、智能化。软件系统的首要任务是，创建一个公共的软件平台，使不同通信系统和终端的应用软件，通过此平台“互连互通”；并且，通过此软件平台，实现对不同通信系统和终端的管理和监控。因此，建立一个统一的软件标准和互连协议，是4

22、g移动通信软件系统的关键。软件系统将逐步采用web服务模式，以代替现行的客户/服务器模式。新的计算机语言如xml，将用于未来的这种基于web的分布式服务。另一方面，软件系统还将在网络安全上做进一步研究，以保障通信网络的正常工作、数据完整和其他特殊需要。1.4.2 主要功能在4g移动通信中，下列关键技术需进一步研究和解决。* 定位技术：定位是指移动终端位置的测量方法和计算方法。它主要分为基于移动终端定位、基于移动网络定位或者混合定位三种方式。在4g移动通信系统中，移动终端可能在不同系统(平台)间进行移动通信。因此，对移动终端的定位和跟踪，是实现移动终端在不同系统(平台)间无缝连接和系统中高速率和

23、高质量的移动通信的前提和保障。* 切换技术：切换技术适用于移动终端在不同移动小区之间、不同频率之间通信或者信号降低信道选择等情况。切换技术是未来移动终端在众多通信系统、移动小区之间建立可靠移动通信的基础和重要技术。它主要有软切换和硬切换。在4g通信系统中，切换技术的适用范围更为广泛，并朝着软切换和硬切换相结合的方向发展。* 软件无线电技术：在4g移动通信系统中，软件将会变得非常繁杂。为此，专家们提议引入软件无线电技术，将其作为从第二代移动通信通向第三代和第四代移动通信的桥梁。软件无线电技术能够将模拟信号的数字化过程尽可能地接近天线，即将 a/d和d/a转换器尽可能地靠近rf前端，利用dsp进行

24、信道分离、调制解调和信道编译码等工作。它旨在建立一个无线电通信平台，在平台上运行各种软件系统，以实现多通路、多层次和多模式的无线通信。因此，应用软件无线电技术，一个移动终端，就可以实现在不同系统和平台之间，畅通无阻的使用。现就现在而言比较成熟的软件无线电技术有参数控制软件无线电系统。* 智能天线技术：智能天线具有抑制噪声、自动跟踪信号、智能化时空处理算法形成数字波束等功能。* 无线电在光纤中的传输技术：在未来的通信系统中，光纤网将发挥十分重要的作用。可以利用光纤传送宽带无线电信号，与其他传输媒介相比，损耗很小。还可以用光纤传送包含多种业务的高频(60ghz)无线电信号。因此，利用光纤传输无线电

25、信号，成为研究的一个重点。* 网络协议与安全：未来移动网络包含许多类型的通信网络，采用以软件连接和控制为主的方法进行网络互连。因此，无线接口协议成为4g移动通信网络的关键技术之一。同时，网络的安全问题，随着网络的扩展，也需高度重视。* 传输技术：主要研究在高速率(20mb/s)条件下，高速移动通信微波传输的性能；以及在高频段(如60ghz)室内信号多径传输性能。亚毫米波段传输信号，也是雨天等恶劣条件下，信号传输技术研究的重点之一。* 调制和信号传输技术：在高频段进行高速移动通信，将面临严重的选频衰落(frequency-selective fading)。为提高信号性能，研究和发展智能调制和解

26、调技术，来有效抑制这种衰落。例如正交频分复用技术(ofdm)、自适应均衡器等。另一方面，采用tpc、rake扩频接收、跳频、fec(如aqr和turbo编码)等技术，来获取更好的信号能量噪声比(eb/n0)。随着新技术和人们的新需求不断出现，第四代移动通信技术将会做相应调整和进一步发展。纵观移动通信发展规律，我们相信，第四代移动通信技术的高速率、高质量、大容量的多媒体服务，将使我们的世界更美好！2 移动通信系统采用的新技术 近年来各种通信新技术蓬勃发展，新一代移动通信标准的制定过程虽然受到各国投资商和经营者的左右，但是最终结果还将取决于先进通信技术的较量和优选。这些技术概括起来可分为：新型调制

27、技术、智能天线、多用户信号检测、无线atm、多层网络结构和软件无线电等，特别是软件无线电技术，它是通信领域的新技术革命，并广泛地应用于陆地移动通信、卫星移动通信与全球定位等系统，在商用移动通信市场有很强的竞争力，是多标准统一的最佳方案。 2.1 新型调制技术 调制技术是决定系统频谱利用率的关键技术，一直是人们关注的研究热点。近年来人们正在致力于研究一些更能适应复杂通信环境和多变业务需求的调制方式，多载波调制就是一个典型的例子。多载波调制的原理是把传输的数据流分解成若干个子数据流，每个子数据流具有底、低得多的码元速率，然后用这些子数据流去并行调制若干个载波。由于在多载波调制的子信道中，码元速率低

28、，码元周期长，因而对传输信道中的时延扩展和选择性衰落不敏感，或者在满足一定条件下，多载波调制具有抗多径扩展和选择性衰落的能力。当然，多载波调制手忙脚乱的各个子载波必须满足一定精度和稳定度的要求。多载波调制可用以下的不同方法实现：（1） 多载波正交振幅调制（mc-qam）。把待传输的数据流分解成多路低速率的子数据流，每一路数据流被编码成多进制qam码元，再插入同步/引导码元，分别去调制各个子信道的载波，这些子载波综合在一起就形成了mc-qam信号，mc-16qam曾经用于motorola公司开发的数字集成群系统mirs。（2） 正交频分利用和码分多址结合（ofdm-cdma）。正交频分复用（of

29、dm）是一种比较成熟并获得成功应用的调制技术。它和传统频分复用（fdm）不同的地方，是利用频率正交来区分不同子信道的载波，因而相信子信道貌岸然所占用的频段可以相互交叠（见图1）而不会相互干扰，因而可提高通信系统的频谱利用率。1 2 3 4 n-1 图1 ofdm的正交载波频率2.2智能天线智能天线是一种自适应阵列天线。实现自适应阵列天线的方法是通过调节各阵元信号的幅度和相位的加权因子（统称复加权因子），使天线的方向图可以在任意方向上具有尖峰（波束）或者凹陷。发射机把高增益天线波束对准通信中的接收机，这样既可以增大通信距离（距离不变可节约发射功率），又可以减少对其它方向上接收机的干扰。接收机把高

30、增益天线波束对准通信中的发射机，可增大接收信号的强度，同时把零点对准其它干扰信号的入射方向上，还可滤出同道干扰和多址干扰，从而提高接收信号的信干比。智能天线的理想目标是能在发射机或接收机快速移动时，以一个或多个高增益窄波束分别对准并跟踪干扰信号的方向，此时通信系统中的许多用户可以占用同一个信道工作而互不干扰，这就实现了所谓的“空分多址”。智能天线类似于一个空间滤波器，其突出的优点是能够减少或者滤除同道干扰和多址干扰，因而能显著提高通信 系统的通信容量。目前，移动台要使用自适应天线，因受体积、重量和造型等方面的限制，尚有一定的困难，但基站使用自适应天线已证明是非常有效的。2.3 多用户信号检测在

31、ds-cdma移动通信系统中，多址干扰（mai）是限制通信容量的关键因素。随着移动通信用户的增加，多址干扰增大，通信质量也下降。为了使通信质量不低于预定的最低要求，必须限制用户的最大数目。即使用户的数目不是太多如果个别信号的发射功率远远超过有用信号，有用信号也会受到它的压制。为此ds-cdma通信系统一般要采用精确的功率控制，把通信双方的发射功率限制在允许的电平上。此外，增大扩频增益、设置自适应天线阵列和进行有效的信道编码等都有利于减少多址干扰的影响，但是，多址干扰是不可避免的。为了在信号检测的过程中，进一步设法减少或消除多址干扰，我们采用多用户信号检测器。多用户检测器的最佳检测方式是最大似然

32、序列（mls）检测，其性能虽然很好，但算法过于复杂，所以目前此技术多用于基站。近年来，为了探讨准最佳的检测方式，于是，人们提出了多种多样的设想和方案。这里仅就两种基本的方法简要说明这种技术原理。（1）去相关多用户信号检测器这种检测器在ds-cdma系统中，用一种匹配滤波器分别对多个用户的输入信号进行检测。由于各个扩频序列之间存在相关性，各匹配滤波器的输出除所需信号和信道噪声外，还包括由互相关性引起的其它用户信号的干扰，即多址干扰。以x=（ ）表示输入信号矢量，以y=（ ）表示匹配滤波器的输出矢量（k为用户数），可得y=rab+n （2-1）b=（ ） （2-2）式中，是第k个用户的信息数据，n

33、为噪声，r是表征扩频序列之间相关性的kk阶相关矩阵，a是表示信号强度（幅度与相位系数）的对角线矩阵。可以看出，如果在止式进行去相关线性变换，即对相关矩阵r求逆，可得 =y=ab+ （2-3）=n为变换后的噪声分量。显然，去相关检测器能够把多址干扰完全消除，但变换后的噪声要增大。去相关多用户信号检测器属于线性检测器，线性检测器还有其它类型，如最小均方差检测器等。（2）干扰抵消式多用户检测器这种检测器的基本思路是把输入信号按功率的强弱进行排序，强者在前，弱者在后。首先，最最强的信号进行解调，接着利用其判决结果产生此最强信号的估计值，并从总信号中减去此估计值（对其余信号而言，相当于消除了最强的多址干

34、扰）；其次，在对次强的信号进行解调，并按同样方法处理；依次类推，直至把最强的信号解调出来。因为相对而言，最强的信号对其它用户造成的多址干扰最强，所以从接收信号中首先把最强的多址干扰消除，最后续其它信号的解调最有利。同样的道理，先对最强的信号判决和估计也最可靠。这种按顺序消除多址干扰的方法称为连续干扰对消法，其缺点是每增加一级都要增加一比特时延，而且当每个用户的信号强度差不多时，初始判决和估计的正确性，往往对检测器的性能有较大影响。目前，许多人在研究并行干扰对消法。2.4 无线atm 第一代和第二代移动通信的主要业务是语音通信，第三代移动通信的发展目标是提供多媒体综合业务。众所周知，异步传输模式

35、（atm）是宽带综合业务数字网（b-isdn）的目标模式，它把不同类型的业务数据组成固定长度的信元进行传输和交换使同一通信网络可以极为灵活地处理多种业务，不论其速率高低、实时性要求和质量要求如何，都能提供满意的服务，并能按需分配信道资源，有效地得用网络资源。随着移动通信的迅速发展这种灵活处理多种业务的技术同样会在移动通信网络中获得应用和发展，因而出现无线atm网络。此外，当前多媒体性能日益在便携式终端（如膝上pc机、个人数字助理机（pda）和个人信息助理机（pia）等）上行到扩展，要使这些多功能终端能在各种环境（如室内/室外、移动/静止、城市/郊区等）下高效地接入b-isdn，同时又能满足便携

36、性和移动性的要求，也必须发展无线异步传输模式，最终把有线和无线多媒体融合为一体。 一般atm用于b-isdn的传输媒质是高速率、低误码率和传播性能稳定的光纤信道，而无线信道却大不相同，它通常具有频谱受限（传输速率低）、传播特性时变、传输路由多变、以及传输时延大和误码率高等特点，因而要实现无线atm就必有采用有效的措施来适应无线信道的特征。 首先，现有的atm协议并不支持用户的移动性，而在移动通信系统中，不但用户的位置可能快速移动，而且在以小区为基础的蜂窝系统中，通信中的用户还会不断发生越区切换，这就要求无线atm必须具有移动性管理功能，能实时选择和高速通信路由，保证用户在快速移动和越区切换时，

37、传输不中断，而且误码率和呼损率不超过预定的要求。 其次，在常规的atm网络中，从用户发起呼叫到双方通信结束，所有的atm信元都是按顺序沿同一路径被传送到被呼用户。但在无线atm网络中，由于用户移动，通信路由发生变化，被呼用户收到的偏远顺序可能不是主呼用户发出的信元顺序，这种现象称为乱序，为了接收用户能对atm信元重新排序，可以在atm信元地打上时间标记，或者加上顺序编号。当然，这种增加标志信息的办法，会增大信元长度，而且在接收端对信元重新排序，还会增大信息传输时延。 此外，在现有的atm系统中，信元是沿着误码率很低的信道传输的，因而不需要逐段链路进行差错控制，只对信元头部信息采取差错校验即可。

38、然而，无线信道的误码率却非常高，为了降低信元的丢失率，有必要对整个信元信息采用强有力的前向纠错编码，并在信元尾部附加crc校验，显然，加强纠错措施也会增大信元长度。2.5 多层网络结构 在移动通信的发展初期，网络结构的设计和规划主要由“区域覆盖”驱动，其基本出发点是保证在所需的地区内不出现通信死角。这时候，人们虽然也注意到根据用户密度（业务密度）的不同，来确定小区覆盖面积，比如，在市区采用小型小区，在郊区采用大型小区；也预计到随着网络的成功运营，某些地区的业务需求会急剧增长，因而提出采用小区分裂“的对策。然而，这种大型小区和小型小区相结合的网络结构仍然是单层的、互不交叠的。第三代移动通信系统要

39、在各种各样的通信环境中，满足形形色色的业务需求，它的发展是以提高容量需求和频谱利用率为标志的，网络结构的规划不仅要受区域覆盖的引导，而且必须同时考虑网络结构采用什么样的形式，单层的网络结构不便于通信资源的合理分配和有效利用，现在已很难满足移动用户对预定业务的需求。于是双层网络诞生了。图2是这种网络结构的例子。其中，（a）是重叠小区，由底层和顶层组成，底层指配业务信道和信令信道，顶层只指配业务信道；（b）是由宏小区和微小区组成的，宏小区服务于高移动性用户，微小区服务于低移动性用户。（a） (b)图2 双层小区示意图 多层的网络结构允许网络中设置不同的停产资源层，并根据业务性质进行分类，把同类性质

40、的业务纳入同一资源层之中，以提高网络资源的利用率。资源分层可以用多种方法实现，以双层资源来说，可以按频段来分层，底层用一个频段，顶层用另一个频段；也可以按多址方法来分类，一层用时分多址，另一层用码分多址；另外，两层可以均采用时分多址，而两层使用不同的时隙；或者两层均采用码分多址，而两层使用不同的扩频序列，如顶层用短码，底层用长码等等。采用多层网络结构除合理分配区层之间的信道资源和业务容量外，还必须解决好区层之间的连接与切换，避免重叠层之间出现“乒乓效应”。2.6 软件无线电技术 软件无线电sdr（software defined radio）是20世纪90年代初提出的通信新技术，它的基本思想是

41、在通用硬件平台上，用软件方式实现各种通信功能。自从1992年jeo mitola提出以来，它以其通用性广、可移植性好、适应性强等优点，在军用电台方面得到迅速发展和应用。近年来，随着第三代移动通信（3g）系统的发展，软件无线电在民用领域也开始崭露头脚。2.6.1 软件无线电的总体结构及其各部分的技术现状图3 软件无线电系统的结构框图 软件无线电系统结构如图3所示，其主要组成部分为：多频段宽带天线、rf模块、高速a/d、d/a、高速信号处理单元等。多频段宽带天线是用来保证整个系统可以依次或同时接入多个通信频段，它要求宽带天线能覆盖几乎所有的频段（频率范围约在0.3mhz3ghz），天线增益、物理尺

42、寸、隔离邻带干扰、插入损耗等方面满足技术指标；能根据电波传输条件，通过改变程序参数，对天线功能进行设置，使之只能地改变工作频段和辐射特性。由于理想的宽带天线需要跨越一万倍的射程，在目前的技术水平和制造工艺下无法实现。多频段组合式天线是用若干窄带天线覆盖不同的频带窗口，组成一副宽频带天线。美军“易话通”系统就是采用这种方法（将22000mhz的频带分为三段：230mhz，30500mhz，5002000mhz）。这种天线的缺点就是器件体积较大，只适合固定台，不适合移动台。智能天线技术是数字波束成形dbf（digital beam forming）技术和数字信号处理技术的结合，它基于适应天线阵列技

43、术，利用天线阵列的波束合成来测向定位，提高信号接受的载干比，从而提升系统性能。rf模块能实现宽带低噪声的放大、滤波、混频、自动增益控制及输出功率放大等功能，它要求射频器件工作频率高、带宽宽，它应于a/d或d/a变换器匹配，在滤波器通带较宽的情况下，仍能提供线性功率放大。目前的rf器件还不能在如此高频率和宽频带下直接进行数字化处理。因此在实际工程中，一是采用传统的高频器件的硬件设备实现射频段的主要功能；二是借鉴分段天线的思想来实现组合式宽带射频器件。a/d、d/a转换器使软件无线电台直接在射频上进行a/d、d/a变换，由于射频前端具有频率高、带宽宽的特点，这就要求a/d、d/a转换器有较高的采样

44、速率、足够的带宽和较高的转换位数。a/d转换器还要有较大的线性动态范围、量化信噪比（snr）、无杂散动态范围（sfdr）。对于理想的软件无线电而言，a/d转换器80db的动态范围一般要求不少于12位，最大输入信号频率要在15ghz之间。由于转换位数大切速度快的转换器成本过高，且目前的dsp芯片处理速度有限，所以在rf端对信号进行数字化处理有很困难。数字信号处理模块能完成数字上下变频、中频数字滤波；基带数字滤波、调制/解调、信道均衡、交织/去交织、定时、同步、信源编码/解码、数据加密/减密等；对于跳频和扩频系统，还包括解跳与解扩。另外，它还需具备协议控制、借令控制、网络管理和维护等功能。由于经过

45、带宽a/d后的数据流速率数量为10mb/s或100mb/s，故信号处理模块运算速度数量级应为100mb/s或1gb/s；i/o速度的数量级至少达到10mb/s。目前可供选择的期间主要是dsp、fpga及asic。由于dsp和asic均具备可编程能力，它们比较适合软件无线电的需要。目前，高速dsp芯片是软件无线电的核心部分。fpga的现场编程能力较强，可以实时重构系统。从当前芯片的制造水平来看，单靠一块芯片难以达到高速信号处理的目标。总线的开放性是软件无线电的一个重要特点。它采用开放式标准化总线。只有采用先进的标准化总线，软件无线电才能发挥其兼容性强、升级换代方便等特点。它支持多处理器系统、宽带

46、高速、具有良好的机械特性和电磁特性。目前有许多总线标准可供选择，如vme、pci、multibus和futurebus。其中，vme总线技术最成熟、通用性最好，它可提供多cpu并行处理，支持独立的32位数据总线和地址总线，总线速率达320mb/s。美军的“易通话”软件无线电台采用的是双总线结构（vme总线和高速数据总线）。但是，近些年来由于pc机的发展迅猛，功能强大，故目前软件无线电也开始逐渐倾向于采用pc机的pci总线。软件是无线电的“灵魂”，通过编程或程序下载，可以方便地对软件无线电系统进行版本升级、扩展新业务、植入补丁程序以修正软件错误等。软件开发应采用模块化、结构优化设计，以便硬件模块

47、的更换和软件升级。现阶段的软件主要包括3个部分：实时信道处理部分、准实时环境分析与控制部分、用于新业务增强与软件升级的开发管理部分。软件无线电台是一种用软件定义的无线通信技术，因此必须使用适当的算法来实现不同的通信功能及兼容不同的工作模式。算法要求准确、高效、可移植性好。一些必备的算法是：数字信号处理、基本信号的调制和解调算法，载波恢复算法、位同步算法等。美军“易通话”计划的第一阶段已实现了在短波段兼容各种基本信号波形；第二阶段仿真出15种以上基本信号调制波形。2.6.2 软件无线电技术的主要特点 灵活性：工作模式可由软件编程改变，包括可编程的射频频段宽带信号接入方式和可编程调制方式等。所以可

48、任意更换信道接入方式，改变调制方式或接入不同系统的信号；可通过软件工具来扩展业务、分析无线电通信环境、定义所需增强的业务和实时环境测试，升级便捷。 集中性：多个信道享有共同的射频前端与宽带a/d、d/a变换器以获取每一信道的相对廉价的信号处理性能。 模块化：模块的物理和电气接口技术指标符合开放标准，在硬件技术发展时，允许更换单个模块，从而使软件无线电保持较长的使用寿命。2.6.3 软件无线电技术在3g方面的应用 第三代移动通信发展过程中，存在着多模操作，在处理对称和非对称业务中存在着fdd和tdd两种模式，且其必须与gsm移动通信系统兼容。在这种情况下，如果像以前完全用硬件来构造移动通信系统，

49、就会给用户和运营商带来许多问题。一方面用户和运营商不能灵活地利用各具优点的多种通信标准制式；而另一方面，通信技术迅速的升级换代也给运营商和用户的投资带来很大的损失。针对这种情况，可以在第三代移动通信发展中引入软件无线电，充分利用软件无线电技术带来的系统灵活性和通用性，实现第三代与gsm系统的兼容，并对将来新的通信标准的引入和升级带来非常大的便利，保护了运营商和用户的利益。 在第三代移动通信系统所要实现的目标与系统的特点中，最核心的应该是提供不同环境下的多媒体业务及实现包含水、陆、空的全球覆盖。因而它要求实现多种网络的综合：无线网与有线网的综合。这样可以提供便于无缝覆盖，为用户提供在无线与有线环

50、境下统一的业务使用方式，又适应多种业务环境且与第二代移动通信系统兼容，便于平滑升级。对于通信终端而言，它面对的是多种网络的综合系统，因而需要实现多频多模式终端（手机）。第三代移动通信系统可支持的速率为室内静止2mbit/s,步行移动384kbit/s,车速移动144kbit/s，卫星移动9.6kbit/s,所以手机要适应宽带的要求。软件无线电为通信系统提供一种新型号的结构，那就是利用统一的硬件平台，不同的软件来实现不同的功能。只有软件无线电技术才能解决多频多模式多业务终端问题具体地讲，软件无线电技术在第三代移动通信系统中的应用体现在以下几个方面：（1） 为第三代移移动通信手机与基站提供了一个开

51、放的，模块化的系统结构；（2） 智能天线结构的实现，空间特征矢量包括doa（来波方向估计）的获得、每射频通道权重的计算和天线波束赋形；（3） 各种信号处理软件的实现，包括种类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、调制解调算法软件、信道纠错编码软件、信源编码软件算法等。2.6.4 在移动终端方面的应用 利用不同的软件适应不同的标准、高速软件设置来改变信道拉入方式或调制方式。软件无线电技术可以设计出灵活的通信终端，使一部终端（手机）能用于不同制式的移动网络上，大大方便了用户，降低了运营商的成本，有移动通信技术的发展。 由于2g，2.5g（第二代半），3g移动通信的不断演变，要求手机能是多频/多模

52、（可兼容gsm，dcs1800，wcdma以及现有大多数的模拟系统）的可编程手机，支持gsm/gprs，is-95a/b，pdc，is-136，edge、arib wcdma etsi umts，以及cdma2000 1x等，未来几年还支持tdd接口，如utra tdd和 tds-cdma。显然，软件无线电是实现上述要求的最佳解决方案。 采用软件无线电技术使手机可以自动检测接收信号，接入不同的网络，而且能满足不同接续时间的要求。软件无线电技术用于终端（手机）的最近的一个例子就是2002年6月由韩日两国共同举行世界杯足球赛。韩国移动电话的制式是cdma one和cdm2000,日本移动电话的制式是pdc，cdma one和arib wcdma。由于两国的制式不一样，将不能实现漫游。采用软件无线电技术就可以使同样一部手机，只要自动改变软件，就可以从gsm网络上转移到cdma one或cdma2000上工作，从而实现了同一部手机可在各种网络的环境下工作。它将为众多的观众和球迷带