移动通讯教案

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第1章概论1.1移动通信的主要特点1.移动通信必须利用无线电波进行信息传输2.移动通信是在复杂的干扰环境中运行的3.移动通信可以利用的频谱资源非常有限，动通信业务量的需求却与日俱增4.移动通信系统的网络结构多种多样，网络管和控制必须有效5.移动通信设备(主要是移动台)必须适于在移动环境中使用 1.2移动通信系统的分类①按使用对象可分为民用设备和军用设备；②按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信；③按多址方式可分为频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA等；④按覆盖范围可分为宽域网和局域网；⑤按业务类型可分为电话网、数据网和综合业务网；⑥按工作方式可分为同频单工、异频单工、异频双工和半双工；⑦按服务范围可分为专用网和公用网；⑧按信号形式可分为模拟网和数字网。1.2.1工作方式1.单工通信:所谓单工通信是指通信双方电台交替地进行收信和发信。2.双工通信:所谓双工通信，是指通信双方可同时进行传输消息的工作方式，有时亦称全双工通信3.半双工通信:移动台采用单工的“按讲”方式，即按下按讲开关，发射机才工作，而接收机总是工作的。基站工作情况与双工方式完全相同。1.3常用移动通信系统1.3.1无线电寻呼系统见图1—1图1—1无线电寻呼系统示意图 1.3.2蜂窝移动通信系统图1-2蜂窝系统的频率再用1.4移动通信的基本技术1.4.1调制技术在实际应用中，有两类用得最多的数字调制方式：(1)线性调制技术。(2)恒定包络(连续相位)调制技术。数字调制技术是振幅和相位联合调制(QAM)技术。码分多址(CDMA)是最具有竞争力的多址方式，1.4.4抗干扰措施利用信道编码进行检错和纠错(包括前向纠错FEC和自动请求重传ARQ)是降低通信传输的差错率，保证通信质量和可靠性的有效手段；为克服由多径干扰所引起的多径衰落，广泛采用分集技术(包括空间分集、频率分集、时间分集以及RAKE接收技术等)、自适应均衡技术和选用具有抗码间干扰和时延扩展能力的调制技术(如多电平调制、多载波调制等)；为提高通信系统的综合抗干扰能力而采用扩频和跳频技术；为减少蜂窝网络中的共道干扰而采用扇区天线、多波束天线和自适应天线阵列等；在CDMA通信系统中，为了减少多址干扰而使用干扰抵消和多用户信号检测器技术。第2章调制解调2.1概述调制的目的是把要传输的模拟信号或数字信号变换成适合信道传输的信号。该信号称为已调信号。调制过程用于通信系统的发端。在接收端需将已调信号还原成要传输的原始信号，该过程称为解调。按照调制器输入信号(该信号称为调制信号)的形式，调制可分为模拟调制(或连续调制)和数字调制。模拟调制是利用输入的模拟信号直接调制(或改变)载波(正弦波)的振幅、频率或相位，从而得到调幅(AM)、调频(FM)或调相(PM)信号。数字调制是利用数字信号来控制载波的振幅、频率或相位。常用的数字调制有：频移键控(FSK)和相移键控(PSK)等。移动通信信道的基本特征是：第一，带宽有限，它取决于可使用的频率资源和信道的传播特性；第二，干扰和噪声影响大，这主要是移动通信工作的电磁环境所决定的；第三，存在着多径衰落。针对移动通信信道的特点，已调信号应具有高的频谱利用率和较强的抗干扰、抗衰落的能力。2.2数字频率调制 2.2.1移频键控调制(FSK)设输入到调制器的比特流为｛an｝,an=±1,n=-∞~+∞。FSK的输出信号形式(第n个比特区间)为即当输入为传号“+1”时，输出频率为f1的正弦波；当输入为空号“-1”时，输出频率为f2的正弦波。2.3数字相位调制2.3.1移相键控调制(PSK)设输入比特率为｛an｝,an=±1,n=-∞~+∞,则PSK的信号形式为S(t)还可以表示为设g(t)是宽度为Tb的矩形脉冲。其频谱为G(ω),则PSK信号的功率谱为(假定“+1”和“-1”等概出现)PSK可采用相干解调和差分相干解调如图2-1所示。图2-1PSK的解调框图(a)相干解调；(b)差分相干解调2.4正交振幅调制(QAM) 正交振幅调制的一般表达式为上式由两个相互正交的载波构成，每个载波被一组离散的振幅｛Am｝、｛Bm｝所调制，故称这种调制方式为正交振幅调制。式中，Ts为码元宽度。m=1,2,…,M;M为Am和Bm的电平数。QAM中的振幅Am和Bm可以表示成：式中，A是固定的振幅，(dm,em)由输入数据确定。(dm,em)决定了已调QAM信号在信号空间中的坐标点。QAM的调制和相干解调框图如图2-2所示。图2-2QAM调制解调原理框图(a)QAM调制框图；(b)QAM解调框图第3章移动信道中的电波传播与分集接收3.1VHF、UHF电波传播特性3.1.1电波传播方式发射机天线发出的无线电波，可依不同的路径到达接收机，当频率f＞30MHz时，典型的传播通路如图3-1所示。 图3–1典型的传播通路3.1.2直射波直射波传播可按自由空间传播来考虑。所谓自由空间传播系指天线周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条件。电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。实际情况下，只要地面上空的大气层是各向同性的均匀媒质，其相对介电常数ε和相对导磁率μ都等于1，传播路径上没有障碍物阻挡，到达接收天线的地面反射信号场强也可以忽略不计，在这样情况下，电波可视作在自由空间传播。3.2多径效应与瑞利衰落图3-2移动台接收N条路径信号假设基站发射的信号为式中，ω0为载波角频率，φ0为载波初相。经反射(或散射)到达接收天线的第i个信号为Si(t)，其振幅为αi,相移为φi。假设Si(t)与移动台运动方向之间的夹角为θi,其多普勒频移值为式中，v为车速，λ为波长，fm为θi=0°时的最大多普勒频移，因此Si(t)可写成假设N个信号的幅值和到达接收天线的方位角是随机的且满足统计独立，则接收信号为 则S(t)可写成由于x和y都是独立随机变量之和，根据概率的中心极限定理，大量独立随机变量之和的分布趋向正态分布，即有概率密度函数为：式中，σx、σy分别为随机变量x和y的标准偏差。x、y在区间dx、dy上取值概率分别为p(x)dx、p(y)dy，由于它们相互独立，所以在面积dxdy中的取值概率为式中，p(x,y)为随机变量x和y的联合概率密度函数。假设，且p(x)和p(y)均值为零，则通常，二维分布的概率密度函数使用极坐标系(r,θ)表示比较方便。此时，接收天线处的信号振幅为r,相位为θ，对应于直角坐标系为：在面积drdθ中的取值概率为得联合概率密度函数为对θ积分，可求得包络概率密度函数p(r)为同理，对r积分可求得相位概率密度函数p(θ)为 多径衰落的信号包络服从瑞利分布，故把这种多径衰落称为瑞利衰落。均值均方值图3–3瑞利分布的概率密度当r=σ时，p(r)为最大值，表示r在σ值出现的可能性最大。当时，有上式表明，衰落信号的包络有50%概率大于1.177σ。这里的概率即是指任意一个足够长的观察时间内，有50%时间信号包络大于1.177σ。因此，1.177σ常称为包络r的中值，记作rmid。信号包络低于σ的概率为 同理，信号包络r低于某一指定值kσ的概率为3.2.1多径时散与相关带宽1.多径时散假设基站发射一个极短的脉冲信号Si(t)=a0δ(t)，经过多径信道后，移动台接收信号呈现为一串脉冲，结果使脉冲宽度被展宽了。这种因多径传播造成信号时间扩散的现象，称为多径时散。3.3分集接收1.什么是分集接收所谓分集接收是指接收端对它收到的多个衰落特性互相独立(携带同一信息)的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏的办法2.分集方式在移动通信系统中可能用到两类分集方式：一类称为“宏分集”；另一类称为“微分集”。“宏分集”主要用于蜂窝通信系统中，也称为“多基站”分集。这是一种减小慢衰落影响的分集技术，其作法是把多个基站设置在不同的地理位置上(如蜂窝小区的对角上)和在不同方向上，同时和小区内的一个移动台进行通信(可以选用其中信号最好的一个基站进行通信)。显然，只要在各个方向上的信号传播不是同时受到阴影效应或地形的影响而出现严重的慢衰落(基站天线的架设可以防止这种情况发生)，这种办法就能保持通信不会中断。“微分集”是一种减小快衰落影响的分集技术，在各种无线通信系统中都经常使用。理论和实践都表明，在空间、频率、极化、场分量、角度及时间等方面分离的无线信号，都呈现互相独立的衰落特性。据此，微分集又可分为下列六种：(1)空间分集。空间分集的依据在于快衰落的空间独立性，即在任意两个不同的位置上接收同一个信号，只要两个位置的距离大到一定程度，则两处所收信号的衰落是不相关的。(2)频率分集。由于频率间隔大于相关带宽的两个信号所遭受的衰落可以认为是不相关的，因此可以用两个以上不同的频率传输同一信息，以实现频率分集。(3)极化分集。由于两个不同极化的电磁波具有独立的衰落特性，所以发送端和接收端可以用两个位置很近但为不同极化的天线分别发送和接收信号，以获得分集效果。(4)场分量分集。由电磁场理论可知，电磁波的E场和H场载有相同的消息，而反射机理是不同的(5)角度分集。角度分集的作法是使电波通过几个不同路径，并以不同角度到达接收端，而接收端利用多个方向性尖锐的接收天线能分离出不同方向来的信号分量；由于这些分量具有互相独立的衰落特性，因而可以实现角度分集并获得抗衰落的效果。显然，角度分集在较高频率时容易实现。 (6)时间分集。同一信号在不同的时间区间多次重发，只要各次发送的时间间隔足够大，那么各次发送信号所出现的衰落将是彼此独立的，接收机将重复收到的同一信号进行合并，就能减小衰落的影响。时间分集主要用于在衰落信道中传输数字信号。此外，时间分集也有利于克服移动信道中由多普勒效应引起的信号衰落现象。由于它的衰落速率与移动台的运动速度及工作波长有关，为了使重复传输的数字信号具有独立的特性，必须保证数字信号的重发时间间隔满足以下关系：3.合并方式假设M个输入信号电压为r1(t)，r2(t),…，rM(t)，则合并器输出电压r(t)为式中，ak为第k个信号的加权系数。(1)选择式合并。选择式合并是检测所有分集支路的信号，以选择其中信噪比最高的那一个支路的信号作为合并器的输出。由上式可见，在选择式合并器中，加权系数只有一项为1，其余均为0。图3–4二重分集选择式合并(2)最大比值合并。最大比值合并是一种最佳合并方式，其方框图如图3-5所示。为了书写简便，每一支路信号包络rk(t)用rk表示。每一支路的加权系数ak与信号包络rk成正比而与噪声功率Nk成反比，即由此可得最大比值合并器输出的信号包络为式中，下标R是表征最大比值合并方式。 图3–5最大比值合并方式(3)等增益合并。等增益合并无需对信号加权，各支路的信号是等增益相加的，其方框图如图3-6。等增益合并器输出的信号包络为式中，下标E表征等增益合并。图3–6等增益合并第4章噪声与干扰4.1噪声4.1.1噪声的分类与特性移动信道中加性噪声(简称噪声)的来源是多方面的，一般可分为：①内部噪声；②自然噪声；③人为噪声。内部噪声是系统设备本身产生的各种噪声不能预测的噪声统称为随机噪声。自然噪声及人为噪声为外部噪声，它们也属于随机噪声。依据噪声特征又可分为脉冲噪声和起伏噪声。脉冲噪声是在时间上无规则的突发噪声，例如，汽车发动机所产生的点火噪声，这种噪声的主要特点是其突发的脉冲幅度较大，而持续时间较短；从频谱上看，脉冲噪声通常有较宽频带；热噪声、散弹噪声及宇宙噪声是典型的起伏噪声。4.1.2人为噪声所谓人为噪声，是指各种电气装置中电流或电压发生急剧变化而形成的电磁辐射，诸如电动机、电焊机、高频电气装置、电气开关等所产生的火花放电形成的电磁辐射。4.1.3发射机产生的噪声及寄生辐射1.发射机边带噪声通常，发射机即使未加入调制信号，也存在以载频为中心、分布频率范围相当宽的噪声，这种噪声就称为发射机边带噪声，简称发射机噪声。 4.2邻道干扰与同频道干扰4.2.1邻道干扰所谓邻道干扰是相邻的或邻近频道的信号相互干扰。目前，移动通信系统广泛使用的VHF、UHF电台，频道间隔是25kHz。然而，调频信号的频谱是很宽的，理论上说，调频信号含有无穷多个边频分量，当其中某些边频分量落入邻道接收机的通带内，就会造成邻道干扰。因话音信号调频波的频谱分析和定量计算十分繁杂，通常采用单音频调频波进行分析。假设单音频调频波为（4-1）式中：β——调频指数；Ω——调制信号角频率；ω0——载波角频率将式(4-1)展开并经运算可得(第一对边频)(第二对边频)(第三对边频)(第n对边频)4.2.2同频道再用距离为了提高频率利用率，在满足一定通信质量的条件下，允许使用相同频道的无线区之间的最小距离为同频道再用的最小安全距离，简称同频道再用距离或共道再用距离。所谓“安全”系指接收机输入端的有用信号与同频道干扰的比值已大于射频防护比。假定各基站与各移动台的设备参数相同，地形条件也是理想的。这样，同频道再用距离只与以下诸因素有关：(1)调制制度。(2)电波传播特性。假定传播路径是光滑的地平面，路径损耗L由下式近似确定：式中，d是收、发天线之间的距离；ht、hr分别是发射天线和接收天线的高度。如果d以km计，ht、hr均以m计，则（4-2） (3)基站覆盖范围或小区半径r0。(4)通信工作方式。。(5)要求的可靠通信概率。图4–1同频道再用距离假设基站A和B使用相同的频道，移动台M正在接收基站A发射的信号，由于基站天线高度大于移动台天线高度，因此当移动台M处于小区的边沿时，易于受到基站B发射的同频道干扰。假若输入到移动台接收机的有用信号与同频道干扰之比等于射频防护比，则A、B两基站之间的距离即为同频道再用距离，记作D。由图可见：（4-3）式中，DI为同频道干扰源至被干扰接收机的距离，DS为有用信号的传播距离，即为小区半径r0。通常，定义同频道再用系数为由式(4-3)可得同频道再用系数设干扰信号和有用信号的传播损耗中值分别用LI和LS表示，由式(4-2)可列出：所以传播损耗之差为设A基站和B基站的发射功率均为PT，则移动台M接收机的输入信号功率和共频道干扰功率分别为：第5章组网技术 5.1概述物理层(PHL)确定无线电参数，如：频率、定时、功率、码片、比特或时隙同步、调制解调、收发信机性能等。物理层将无线电频谱分成若干个物理信道，划分的方法可以按频率、时隙或码字或它们的组合进行，如频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)等。物理层在介质接入控制层(MAC)的控制下，负责数据或数据分组的收发。介质接入控制层(MAC)的主要功能有介质访问管理和数据封装等。具体地讲，第一功能是选择物理信道，然后在这些信道上建立和释放连接；第二个功能是将控制信息、高层的信息和差错控制信息复接成适合物理信道传输的数据分组。介质接入控制层通过形成多种逻辑信道为高层提供不同的业务。例如，欧洲数字无绳电话系统(DECT)的MAC层为高层提供三个独立的业务：广播业务、面向连接的业务和无连接业务。数据链路控制层(DLC)的主要功能是为网络层提供非常可靠的数据链路。例如，在DECT中，将DLC层分为两个平面：控制平面和用户平面。控制平面为内部控制信令和有限数量的用户信息提供非常可靠的传输链路，采用标准的链路接入步骤(LAPC)来提供完全的差错控制。在用户平面，提供了一组可供选择的业务，如供语音传输的透明无差错保护的业务，具有不同差错保护的支持电路交换模式和分组交换模式数据传输的其它业务。网络层主要是信令层。它确定了用于链路控制、无线电资源管理、各种业务(呼叫控制、附加业务、面向连接的消息业务、无连接的消息业务)管理和移动性管理的各种功能。5.2多址技术5.2.1频分多址(FDMA)频分多址是将给定的频谱资源划分为若干个等间隔的频道(或称信道)供不同的用户使用。在模拟移动通信系统中，信道带宽通常等于传输一路模拟话音所需的带宽，如25kHz或30kHz。在单纯的FDMA系统，通常采用频分双工(FDD)的方式来实现双工通信，即接收频率f和发送频率F是不同的。为了使得同一部电台的收发之间不产生干扰，收发频率间隔|f-F|必须大于一定的数值。例如，在800MHz频段，收发频率间隔通常为45MHz。5.3越区切换和位置管理5.3.1越区切换越区(过区)切换(Handover或Handoff)是指将当前正在进行的移动台与基站之间的通信链路从当前基站转移到另一个基站的过程。该过程也称为自动链路转移ALT(AutomaticLinkTransfer)。越区切换通常发生在移动台从一个基站覆盖的小区进入到另一个基站覆盖的小区的情况下，为了保持通信的连续性，将移动台与当前基站之间的链路转移到移动台与新基站之间的链路。越区切换包括三个方面的问题：①越区切换的准则，也就是何时需要进行越区切换；②越区切换如何控制；③越区切换时信道分配。研究越区切换算法所关心的主要性能指标包括：越区切换的失败概率、因越区失败而使通信中断的概率、越区切换的速率、越区切换引起的通信中断的时间间隔以及越区切换发生的时延等。越区切换分为两大类：一类是硬切换，另一类是软切换。硬切换是指在新的连接建立以前，先中断旧的连接。而软切换是指既维持旧的连接，又同时建立新的连接，并利用新旧链路的分集合并来改善通信质量，当与新基站建立可靠连接之后再中断旧链路。在越区切换时，可以仅以某个方向(上行或下行) 的链路质量为准，也可以同时考虑双向链路的通信质量。1.越区切换的准则①相对信号强度准则(准则1)：②具有门限规定的相对信号强度准则(准则2)：③具有滞后余量的相对信号强度准则(准则3)：④具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则(准则4)：2.越区切换的控制策略(1)移动台控制的越区切换。(2)网络控制的越区切换。(3)移动台辅助的越区切换。3.越区切换时的信道分配越区切换时的信道分配是解决当呼叫要转换到新小区时，新小区如何分配信道，使得越区失败的概率尽量小。常用的做法是在每个小区预留部分信道专门用于越区切换。这种做法的特点是：因新呼叫使可用信道数的减少，要增加呼损率，但减少了通话被中断的概率，从而符合人们的使用习惯。5.3.2位置管理①主叫MT通过基站向其MSC发出呼叫初始化信号；②MSC通过地址翻译过程确定被呼MT的HLR地址，并向该HLR发送位置请求消息；③HLR确定出为被叫MT服务的VLR，并向该VLR发送路由请求消息；该VLR将该消息中转给为被叫MT服务的MSC；④被叫MSC给被叫的MT分配一个称为临时本地号码TLDN(TemporaryLocalDirectoryNumber)的临时标识，并向HLR发送一个含有TLDN的应答消息；⑤HLR将上述消息中转给为主呼MT服务的MSC；⑥主叫MSC根据上述信息便可通过SS7网络向被叫MSC请求呼叫建立。2.位置更新和寻呼①基于时间的位置更新策略：每个用户每隔ΔT秒周期性地更新其位置。ΔT的确定可由系统根据呼叫到达间隔的概率分布动态确定。②基于运动的位置更新策略：当移动台跨越一定数量的小区边界(运动门限)以后，移动台就进行一次位置更新。③基于距离的位置更新策略：当移动台离开上次位置更新时所在小区的距离超过一定的值(距离门限)时，移动台进行一次位置更新。最佳距离门限的确定取决于各个移动台的运动方式和呼叫到达参数。第6章无线寻呼系统6.1概述6.1.1发展概况无线寻呼的英文为Paging，它是由Page“呼叫找人”这个词意演化来的。由于在过去年代，要寻找公众场合某一个人时，常派仆人传递一张简单的便条，写明“给谁回一个电话”这类简要信息。用Paging这个词来作为无线寻呼的名称，就是表达这种作用。无线寻呼不同于广播找人，因为无线寻呼具有选择呼叫功能，即只有被呼用户的寻呼接收机才能有响应，而其它的寻呼接收机不会受打扰。目前，无线寻呼系统正向着标准化、大容量、联网和自动化方向发展。其中， 无线寻呼接收机将继续朝着缩小体积、减轻重量、多功能、多款式、存储和显示信息量大等方向发展。传输的速率从512b/s#,1200b/s发展到3200b/s和6400b/s。为了满足不同用户需要，出现了手表式、卡片式、笔式和项链式等各种款式的无线寻呼机。6.1.2无线寻呼系统分类无线寻呼系统按用户类别可分为专用和公用两大类。专用无线寻呼系统，其寻呼中心一般与市话网不相连，而是由各单位自建的一种独立寻呼系统，寻呼范围仅限于本单位区域，发射机功率较小，寻呼中心仅与本单位小交换机相连接。这种专用寻呼系统多用于医院、大型企业、车站、港口等部门。得到更为广泛应用的是公用无线寻呼系统无线寻呼系统由寻呼中心(亦称寻呼台)、基站和寻呼接收机等组成。寻呼中心有人工控制和自动控制之分；基站可分为单基站和多基站；寻呼接收机主要可分为数字机和字母机(英文或汉字)两种。无线寻呼信号编码格式广泛使用的是POCSAG(PostOfficeCodeStandardizationAdvisoryGroup)码。它是由英国邮政代码标准化咨询组制定的，后来被推荐为无线寻呼国际1号码，或称作CCIRNo.1无线寻呼码。其传输速率有512b/s和1200b/s两种。近年来，在高速无线寻呼系统中，广泛使用FLEX码，其速率可达6400b/s。其码字组成与POCSAG码相同，采用BCH(31,21)纠错码，另加一位奇偶校验码，因此每个码字为32位，信息占21位，汉明距离为6。6.3系统容量无线寻呼系统容量主要指每频道可以服务的用户数量。寻呼中心的控制终端设备作为自动电话网的一个组成部分，通常选用1000、10000或100000的容量系列。控制终端容量的极限值要受一个频点所能处理用户数的限制。对于人工接续方式，此用户数量还受话务员座席数量等因素的限制。若按每个座席可处理300用户计，一万用户就约需30个话务员座席。每一频道所能服务的用户数量并不取决于地址码数量，而是由数据传输速率、编码效率、忙时寻呼率和允许的发送延迟等因素决定的。除此之外，还应考虑发送前置码所用的时间。前置码的插入频度越高，即插入间隔越小，寻呼接收机的同步效果越好，但每频道所容纳的用户数量亦将随之减少按POCSAG信息码字的规定，信息码字码长32位，但只有20位是信息位。数字寻呼机每个数字需占用4个信息位，故每一信息码字可传送5个十进制数字或字符。信息的传送必须按整个码字传送，当最后的一个码字的信息量不足5个字符时，其不足的部分由编码器自动占用空白字符。假定寻呼一次含10个字符即40位，需用两个码字进行传送，加上寻呼一次需占用一个地址码字，故加起来寻呼一次至少占用3个码字，即需占用3×32=96位。若编码器每次发送14批次，码速率为512b/s，则编码器一次发送的位数为第8章频分多址(FDMA)模拟蜂窝网 8.1主要功能各种蜂窝网移动通信系统均具有下列的主要功能：①具有与公用电话网进行自动交换的能力。②双工通信，话音质量接近市话网标准。③双向自动拨号，包括移动用户与市话用户间的直接拨号以及移动台之间的直接拨号。移动用户可采用预拨号方式，在按“SEND”键前不占用链路，可把被叫号码存入寄存器中并在显示屏上显示。④用户容量大，一个系统一般能为几万个用户提供服务，还能适应业务增加需要，通过小区分裂以扩充容量。⑤采用小区制频率再用技术，当基站采用全向天线时，一个区群由12个小区组成，频率再用率为1/12，其频道分配方法是等频距法，以尺可能减少邻道干扰。⑥具有自动过境切换频道技术，切换时间小于20ms。⑦设备通用性较强，通常基站、移动台等设备在全国范围内可以通用。⑧各地之间可以联网，具有自动漫游功能。8.2典型系统的组成8.2.1移动电话交换局MTSO在蜂窝网移动通信系统中，移动用户与市话用户之间以及移动用户之间建立通话时必须进行自动接续与交换，完成这种接续与交换的设备称作移动交换设备。它除了具有一般的程控电话交换机功能外，还具有移动通信特有的一些功能。例如，对移动台的识别和登记、频道指配、过境切换处理、漫游和呼叫处理等，因此，MTSO常由适合移动通信的专用程控交换机组成，如TACS系统中使用EMX系列程控交换机。MTSO也可以在普通程控电话交换机中增加一些软件和硬件，使它具有控制、接续、交换移动电话的功能。例如，AMPS中MTSO是由ESS-4型程控交换机改装而成，它主要包括交换网络、处理器、数据终端等设备，并具有丰富的软件。通常软件部分可分为系统操作程序(如呼叫处理、接续和控制)，设备状态测试和维护程序(如路由管理、故障检测、诊断和处理)，运行管理程序(如话务量统计、记录和计数等)等。8.2.2基站(BS)基站由射频部分(射频架和收、发天线)、数据架和维护测试架等几部分组成。当基站采用120°扇区辐射方式时，需配3个射频架,数据架、线路监测架与维护测试架各一个。8.2.3移动台(MS)移动台主要包括车载台与手机两类。其主要差别功率大小不同。例如，TACS系统，车载台最大发射功率有10W和4W两种；手持机功率较小，也有0.6W和1.6W两种。车载台与手持机的功能、组成和工作原理是相同的，统称为移动台。它主要包括控制单元、逻辑单元和收发信机等。8.3系统控制及其信令8.3.1系统的控制结构无论是AMPS系统还是TACS系统，其系统控制涉及公用市话网、移动电话局、基站和移动台之间的话音和信令的传输与交换，8.4系统的工作过程8.4.1初始状态 当移动台开机接通电源后，它就根据预先存储的程序对控制信道进行扫描搜索，并锁定在信号最强的信道上。通常这表示与最靠近的基站建立了联系。然后，移动台继续监视所选择的控制信道，等候被呼或发起主呼。由于移动台不断地移动，所以上述的初始化过程往往需要反复进行。亦即每隔一定时间或收到信号由强变弱到某个规定值时，就要重新搜索控制信道，从而保证移动台不断地跟踪信号最强的基站。图8-1移动台被呼的接续过程图8-2移动台主呼的接续过程第9章时分多址(TDMA)数字蜂窝网9.1GSM系统总体9.1.1网络结构图9–1GSM蜂窝系统的网络结构1.移动台(MS)移动台是GSM 移动通信网中用户使用的设备。移动台类型可分为车载台、便携台和手机。其中，手机本身小型、轻巧，而且功能也较强，因此手机的用户将占移动用户的绝大多数2.基站子系统(BSS)基站子系统(BSS)是GSM系统的基本组成部分。它通过无线接口与移动台相接，进行无线发送、接收及无线资源管理。另一方面，基站子系统与网络子系统(NSS)中的移动交换中心(MSC)相连，实现移动用户与固定网络用户之间或移动用户之间的通信连接。基站子系统主要由基站收发信机(BTS)和基站控制器(BSC)构成。3.网络子系统(NSS)(1)移动交换中心(MSC)。移动交换中心(MSC)是网络的核心，它提供交换功能并面向下列功能实体：基站子系统(BSS)、原籍位置寄存器(HLR)、鉴权中心(AUC)、移动设备识别寄存器(EIR)、操作维护中心(OMC)和固定网(公用电话网、综合业务数字网等)。从而把移动用户与固定网用户、移动用户与移动用户之间互相连接起来。移动交换中心可以从三种数据库，即原籍用户位置寄存器、访问用户位置寄存器和鉴权中心获取有关处理用户位置登记和呼叫请求等所需的全部数据。作为网络的核心，MSC还支持位置登记和更新、过区切换和漫游服务等项功能。(2)原籍用户位置寄存器。原籍用户位置寄存器，简称HLR。它可以看作是GSM系统的中央数据库，存储该HLR管辖区的所有移动用户的有关数据。其中，静态数据有移动用户码、访问能力、用户类别和补充业务等。此外，HLR还暂存移动用户漫游时的有关动态信息数据。(3)访问用户位置寄存器。访问用户位置寄存器，简称VLR。它存储进入其控制区域内来访移动用户的有关数据，这些数据是从该移动用户的原籍位置寄存器获取并进行暂存的，一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则临时存储的该移动用户的数据就会被消除。因此，VLR可看作是一个动态用户的数据库。(4)鉴权中心。GSM系统采取了特别的通信安全措施，包括对移动用户鉴权，对无线链路上的话音、数据和信令信息进行保密等。因此，鉴权中心存储着鉴权信息和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证无线通信安全。(5)移动设备识别寄存器。移动设备识别寄存器(EIR)存储着移动设备的国际移动设备识别码(IMEI)，通过核查白色、黑色和灰色三种清单，运营部门就可判断出移动设备是属于准许使用的，还是失窃而不准使用的，还是由于技术故障或误操作而危及网络正常运行的MS设备，以确保网络内所使用的移动设备的惟一性和安全性。(6)操作与维护中心。网络操作与维护中心(OMC)负责对全网进行监控与操作。例如，系统的自检、报警与备用设备的激活，系统的故障诊断与处理，话务量的统计和计费数据的记录与传递，以及与网络参数有关的各种参数的收集、分析与显示等。9.1.2GSM的区域、号码、地址与识别1.区域定义GSM系统属于小区制大容量移动通信网，在它的服务区，设置很多基站，移动台只要在服务区内，移动通信网就必须具有控制、交换功能，以实现位置更新、呼叫接续、过区切换及漫游服务等功能。(2)临时移动用户识别码。考虑到移动用户识别码的安全性，GSM系统能提供安全保密措施，即空中接口无线传输的识别码采用临时移动用户识别码(TMSI)代替IMSI。两者之间可按一定的算法互相转换。访问位置寄存器(VLR)可给来访的移动用户分配一个TMSI(只限于在该访问服务区使用)。总之，IMSI只在起始入网登记时使用，在后续的呼叫中，使用TMSI，以避免通过无线信道发送其IMSI，从而防止窃听者检测用户的通信内容， 或者非法盗用合法用户的IMSI。TMSI总长不超过4个字节，其格式可由各运营部门决定。(3)国际移动设备识别码。国际移动设备识别码(IMEI)是区别移动台设备的标志，可用于监控被窃或无效的的移动设备。9.1.3主要业务1.通信业务分类表9-2GSM电信业务分类2.业务定义(1)电话业务。(2)紧急呼叫业务。(3)短消息业务。(4)可视图文接入。(5)智能用户电报传送。(6)传真。3.调制方式GSM的调制方式是高斯型最小移频键控(GMSK)方式。矩形脉冲在调制器之前先通过一个高斯滤波器。这一调制方案由于改善了频谱特性，从而能满足CCIR提出的邻信道功率电平小于-60dBW的要求。高斯滤波器的归一化带宽BT=0.3。基于200kHz的载频间隔及270.833kb/s的信道传输速率，其频谱利用率为1.35b/s/Hz。4信道分类：(1)业务信道。业务信道TCH主要传输数字话或数据，其次还有少量的随路控制信令。业务信道有全速率业务信道(TCH/F)和半速率业务信道(TCH/H)之分。半速率业务信道所用时隙是全速率业务信道所用时隙的一半。 ①话音业务信道。载有编码话音的业务信道分为全速率话音业务信道(TCH/FS)和半速率话音业务信道(TCH/HS)，两者的总速率分别为22.8kb/s和11.4kb/s。对于全速率话音编码，话音帧长20ms，每帧含260bit话音信息，提供的净速率为13kb/s。②数据业务信道。在全速率或半速率信道上，通过不同的速率适配和信道编码，用户可使用下列各种不同的数据业务：9.6kb/s,全速率数据业务信道(TCH/F9.6)4.8kb/s,全速率数据业务信道(TCH/F4.8)4.8kb/s,半速率数据业务信道(TCH/H4.8)≤2.4kb/s,全速率数据业务信道(TCH/F2.4)≤2.4kb/s,半速率数据业务信道(TCH/H2.4(2)控制信道。控制信道(CCH)用于传送信令和同步信号。①广播信道(BCH)。广播信道是一种“一点对多点”的单方向控制信道，用于基站向移动台广播公用的信息。传输的内容主要是移动台入网和呼叫建立所需要的有关信息。其中又分为：·频率校正信道(FCCH)：传输供移动台校正其工作频率的信息；·同步信道(SCH)：传输供移动台进行同步和对基站进行识别的信息，即基站识别码是在同步信道上传输的；·广播控制信道(BCCH)：传输系统公用控制信息，例如公共控制信道(CCCH)号码以及是否与独立专用控制信道(SDCCH)相组合等信息。9.2话音和信道编码数字化话音信号在无线传输时主要面临三个问题：一是选择低速率的编码方式，以适应有限带宽的要求；二是选择有效的方法减少误码率，即信道编码问题；三是选用有效的调制方法，减小杂波辐射，降低干扰。9.2.1跳频和间断传输技术跳频系统的抗干扰原理与直接序列扩频系统是不同的。直扩是靠频谱的扩展和解扩处理来提高抗干扰能力的，而跳频是靠躲避干扰来达到抗干扰能力的。抗干扰性能用处理增益GP表征，GＰ的表达式为式中：BW是跳频系统的跳变频率范围；BC是跳频系统的最小跳变的频率间隔(GSM的BC=200kHz)。若BW取15MHz，则GP=18dB。9.3GSM系统的控制与管理9.3.1位置登记所谓位置登记(或称注册)是通信网为了跟踪移动台的位置变化，而对其位置信息进行登记、删除和更新的过程。由于数字蜂窝网的用户密度大于模拟蜂窝网，因而位置登记过程必须更快、更精确。位置信息存储在原籍位置寄存器(HLR)和访问位置寄存器(VLR)中。9.3.2鉴权与加密由于空中接口极易受到侵犯，GSM系统为了保证通信安全，采取了特别的鉴权与加密措施。鉴权是为了确认移动台的合法性，而加密是了为防止第三者窃听。鉴权中心(AUC)为鉴权与加密提供了三参数组(RAND#,SRES和Kc)， 在用户入网签约时，用户鉴权键Ki连同IMSI一起分配给用户，这样每一个用户均有惟一的Ki和IMSI，它们存储于AUC数据库和SIM卡中。根据HLR的请求，AUC按下列步骤产生一个三参数组9.3.3过区切换所谓过区切换是在通话期间，当移动台从一个小区进入另一个小区时，网络能进行实时控制，把移动台从原小区所用的信道切换到新小区的某一信道，并保证通话不间断(用户无感觉)。如果小区采用扇区定向天线，当移动台在小区内从一个扇区进入另一扇区时，也要进行类似的切换。9.4蜂窝系统的通信容量1.FDMA蜂窝系统的通信容量蜂窝通信系统由若干个小区构成一个区群，区群之间实现频率再用，使用相同频率的小区称为共道小区，共道小区之间存在相互干扰称为共道干扰。基站若采用定向天线把小区分成多扇区进行工作，可以减小系统中的共道干扰。因为定向天线具有方向性，共道干扰只能在一定位置上和一定范围内才能产生干扰作用，因而共道小区的有效数目要减小，采用120°定向天线的三扇区，其共道干扰源将由原来的6个减少到2个，六扇区的共道干扰源由原来的6个减少到1个。干扰源的减少意味着实际的载干比得以提高，如果保持要求的载干比(C/I)S不变，则可以减小共道再用因子α，即减少每个区群的小区数N，从而增加每小区的可用信道数目，即提高系统的通信容量。2.TDMA蜂窝系统的通信容量在TDMA中，一个频道包含若干信道，为此采用等效信道宽度概念。TDMA系统划分信道的办法是首先把频段W划分成若干频道，然后在每一频道上再划分成若干时隙。用户使用的信道是在某一频道上的某一时隙。若TDMA系统的频道宽度为B0，而每一频道包含m个时隙，则等效信道宽度为B0/m,相应的信道总数为M=mW/B0。要提高数字蜂窝系统的通信容量，必须采用先进的技术措施。其中，最基本的办法是采用先进的话音编码技术。这种编码技术不仅要降低话音编码的数据率，而且要有效地进行差错保护。比如，在一个话音帧中，根据各类比特对差错敏感程度的不同分类进行编码保护，对差错敏感的比特(这些比特发生错误后会明显降低话音质量)要采用纠错能力较强的编码，而对差错不敏感的比特可以不进行编码保护。这样，采用先进话音编码的数字通信系统与模拟通信系统相比，在话音质量要求相同的情况下，所需的载干比(C/I)S值可以降低，比如从18dB降低到10～12dB，因而其共道再用因子可以减小，从而提高了通信系统的通信容量。第10章码分多址(CDMA)移动通信系统10.1概述10.1.1扩频的概念码分多址是以扩频技术为基础的。所谓扩频是把信息的频谱扩展到宽带中进行传输的技术。扩频技术用于通信系统具有抗干扰、抗多径、隐蔽、保密和多址能力。适用于码分多址蜂窝通信系统的扩频技术是直接序列扩频(DS)或简称直扩。扩频信号的产生包括调制和扩频两个步骤。比如，先用要传送的信息比特对载波进行调制，再用伪随机序列(PN序列)扩展信号的频谱；也可以先用伪随机序列与信息比特相乘(把信息的频谱扩展)，再对载波进行调制。二者是等效的。10.1.2码分多址的特征1.CDMA蜂窝通信系统的多址干扰蜂窝通信系统无论是采用何种多址方式都会存在各种各样的外部干扰和系统本身产生的特定干扰。FDMA与TDMA蜂窝系统的共道干扰和CDMA 蜂窝系统的多址干扰都是系统本身存在的内部干扰。对于各种干扰来说，对蜂窝系统的容量起主要制约作用的是系统本身存在的自我干扰。2.CDMA蜂窝通信系统的功率控制(1)反向功率控制。反向功率控制也称上行链路功率控制。其主要要求是使任一移动台无论处于什么位置上，其信号在到达基站的接收机时，都具有相同的电平，而且刚刚达到信干比要求的门限。显然，能做到这一点，既可以有效地防止“远近效应”，又可以最大限度地减小多址干扰。功率控制的原则是：当信道的传播条件突然改善时，功率控制应作出快速反应(例如在几微秒时间内)，以防止信号突然增强而对其它用户产生附加干扰；相反，当传播条件突然变坏时，功率调整的速度可以相对慢一些。也就是说，宁愿单个用户的信号质量短时间恶化，也要防止许多用户都增大背景干扰。2)正向功率控制。正向功率控制也称下行链路功率控制。其要求是调整基站向移动台发射的功率，使任一移动台无论处于小区中的任何位置上，收到基站的信号电平都刚刚达到信干比所要求的门限值。作到这一点，可以避免基站向距离近的移动台辐射过大的信号功率，也可以防止或减少由于移动台进入传播条件恶劣或背景干扰过强的地区而发生误码率增大或通信质量下降的现象。3.码分多址蜂窝通信系统的特点①根据理论分析，CDMA蜂窝系统与模拟蜂窝系统或TDMA数字蜂窝系统相比具有更大的通信容量。②CDMA蜂窝系统的全部用户共享一个无线信道，用户信号的区分只靠所用码型的不同，因此当蜂窝系统的负荷满载时，另外增加少数用户，只会引起话音质量的轻微下降(或者说信干比稍微降低)，而不会出现阻塞现象。在FDMA蜂窝系统或TDMA蜂窝系统中，当全部频道或时隙被占满以后，哪怕只增加一个用户也没有可能。CDMA蜂窝系统的这种特征，使系统容量与用户数之间存在一种“软”的关系。③CDMA蜂窝系统具有“软切换”功能。④CDMA蜂窝系统可以充分利用人类对话的不连续特性来实现话音激活技术，以提高系统的通信容量。⑤CDMA蜂窝系统以扩频技术为基站，因而它具有扩频通信系统所固有的优点，如抗干扰、抗多径衰落和具有保密性等。10.1.3双模式移动台的概念这里所说的双模式移动台既能以模拟调频方式工作，又能以扩频码分方式工作。或者说，这种移动台在模拟调频和码分多址两种制式不同的蜂窝系统中，均能向网中其他用户发起呼叫和接受其呼叫，而两种制式不同的蜂窝系统也均能向网中这种双模式移动台发起呼叫和接受其呼叫，而且这种呼叫无论在定点上或在移动漫游过程中都是自动完成的。10.2CDMA蜂窝通信系统的通信容量首先考虑一般扩频通信系统(即暂不考虑蜂窝网络的特点)的通信容量。载干比可以表示为式中，Eb是消息的一比特能量；Rb是信息的比特率；I0是干扰的功率谱密度(每赫干扰功率)；W是总频段宽度(在这里W也是CDMA信号所占的频谱宽度，即扩频带宽)；(Eb/I0）类似于通常所谓的归一化信噪比(Eb/N0) ，其取值决定于系统对误码率或话音质量的要求，并与系统的调制方式和编码方案有关；(W/Rb)是系统的扩频因子，即系统的处理增益10.3切换基站和移动台支持三种切换方式：(1)软切换。(2)CDMA到CDMA的硬切换。(3)CDMA到模拟系统的切换(1)CDMA通信系统的软切换不改变频率，可减小通信中断的概率，更重要的是在切换的过程中移动台开始和一个新基站通信时，并不中断和原来基站的通信，因而当移动台靠近两个小区的交界处，尽管两个基站发来的信号会起伏变化，但这对移动台的通信没有破坏作用。只有当移动台在新的小区建立起稳定通信之后，原来的小区基站才中断其通信控制。因此，可以说，CDMA系统的软切换是“先切换后中断”，而其它系统(模拟FDMA系统和数字TDMA系统)的切换是“先中断后切换2)软切换为在CDMA通信系统中实现分集接收提供了条件。当移动台处于两个(或三个)小区的交界处进行软切换时，会有两个(或三个)基站同时向它发送相同的信息，移动台搜索并解调这些信号，即可按一定的方式(比如最大比值合并方式)进行分集合并。这样做，可以明显地提高正向业务信道的抗衰落能力。此外，在软切换的过程中，可能有两个(或三个)基站同时收到一个移动台发出的信号，这些基站对所收信号进行解调并进行质量估计，然后送入移动交换中心(MSC)，这些来自不同基站而内容相同的信息由MSC用一选择分集合并器，逐帧挑选质量最高的比特，作为输出信息，从而实现了反向业务信道的分集接收。第11章移动通信的展望——个人通信11.1个人通信概述11.1.1个人通信的概念长期以来，人们就有一种美好的愿望：未来总有一天会做到无论任何人(Whoever)在任何时候(Whenever)和任何地点(Wherever)都能和另一个人(Whomever)进行任何方式(Whatever)的通信。移动能信的根本特征是移动性(Mobility)。移动性有两种含义：一是“终端移动性(TerminalMobility)”；二是“个人移动性(PersonalMobility)”。基于终端移动性的通信属于“通信到终端”，基于个人移动性的通信称为“通信到个人”。所谓通信到终端是给每个终端分配一个特定的“终端号码”(类似于电话单机的号码)，呼叫者只要拨通终端号码，即可与使用该终端的个人进行通信。如果被呼者远离其终端，即使拨通其终端号码，也不能和被呼者进行适时通信。倘若终端的体积很小，重量很轻，使用者可以随身携带，那么，无论使用者在什么地方，只要不超过通信网络的覆盖区，均可向其发起呼叫并与之建立通信，从而实现了个人通信业务(PCS)。所谓通信到个人是给每一个通信者都分配一个特定的“个人号码”，个人号码与终端号码没有必然的联系，也不限制通信者是不是随身携带其终端，通信时，利用当时当地的通信设施(固定的或移动的)，按照被呼者的个人号码进行呼叫，无论被呼者处于什么地方，均可找到被呼者并与之通信。这种通信方式取消了必须携带终端的约束，但要求通信系统(或多种网络的综合系统)必须具有足够大的覆盖范围和智能化很强的管理功能，是个人通信的长远目标和方向。国际电信联盟(ITU)在其ITU-TSSG1建议中所提的“通用个人通信”(UPT,UniversalPersonalTelecommunication)可以说明这种个人通信的含义，其定义是：“UPT允许在个人移动的情况下获得电信业务。它能使一个UPT用户享用一组由用户规定的预订业务，并利用一个对网络透明的UPT个人号码，跨越多个网络，在任何地理位置的任何一个固定的或移动的终端上发起或接受呼叫。 它只受终端和网络能力以及网络经营者的规定所限制。”11.1.2实现个人通信的途径(1)规划、设计和开发一种覆盖世界范围的全新个人通信网。(2)选择现有的某一种移动通信网络进行扩充和改造，实现一个遍及全球、功能齐全和适应各种运行环境的个人通信网。①把蜂窝通信系统的小区分为宏小区、微小区和微微小区，混合配置，以适应城市和乡村、户内和户外的不同需要和扩大个人通信的服务范围。②把无绳电话系统扩展，由室内应用扩展到室外应用，通过Telepoint覆盖整个服务地区，并赋予双向呼叫、过区切换和漫游功能，以提供个人通信业务。③利用中低轨道移动通信卫星实现个人通信网络是近年来人们非常关注并纷纷开展研究和开发的通信技术。(3)综合利用现有各种通信网络，发挥各自的优点，取长补短，在统一要求和统一标准的条件下，突破关键技术，解决各种网络之间的互连互通，加强通信网络的智能化管理功能，以实现全球性的个人通信网。11.2.2几个主要标准化组织的活动情况简介(1)1985年，ITU-R(CCIR)成立了临时工作组IWP8/13，开始研究适用于全球运营的FPLMTS。1991年正式成立工作组TG8/1，专门负责FPLMTS的标准制订。至1997年2月底，TG8/1工作组已起草和制订了24个建议，分为概念与原则、要求与结构、技术评估与选择、技术规范等四类。预期的进度是：1997年3月至1998年6月，征集空中接口的无线传输技术候选方案；1997年10月至1998年9月，对候选方案进行评估；1999年3月，确定无线传输技术方案；1999年1月至1999年12月，完成空中接口和网络接口规范；2000年以后推出产品1992年，世界无线电管理大会(WARC)分配给FPLMTS/IMT-2000使用的频段为：1885～2025MHz和2110～2200MHz，共计230MHz。其中，1980～2010MHz和2170～2200MHz限移动卫星使用。由于频段不对称，所以采用频分双工(FDD)的系统不能利用全部频段，理想的选择是频分双工(FDD)和时分双工(TDD)结合。2)欧洲电信联盟在1987年提出UMTS的概念后，在一些大型科研计划中对UMTS中可能采用的技术进行了广泛而深入的研究。这些研究计划有：欧洲先进通信计划(RACE)、先进技术和业务计划(ACTS)以及科技领域合作研究计划(COST)。UMTS的标准制订由ETSI特别移动组(SMG)的分组SMG5负责。SMG5于1992年开始工作，下设五个工作组(业务、无线电、网络、安全和卫星综合)。欧洲各个UMTS科研项目的研究成果都要送交SMG5，由它进行标准制订。按照计划，UMTS的标准要在1998年完成，1999年完成测试标准，大约在2000年推出产品。1998年1月28日到29日，于巴黎举行的ETSISMG24第二次会议上，与会代表就UMTS的地面无线接口(UTRA)达成了一项重要协议。决议将把W-CDMA和TD-CDMA两种技术，用于第三代移动通信系统UMTS的无线电接口：在对称频段(FDD，频分双工)中，采用W-CDMA技术；在非对称频段(TDD，时分双工)中，采用TD-CDMA技术。前者用于广域移动通信，后者用于低移动性的室内通信①W-CDMA方案(宽带直接序列码分多址，简称α方案)。主要以ATCS中“未来无线宽带多址接入系统(FRAMES)”计划的合作者所提出的方案为基础，获得了日本NTTDoCoMo、欧爱立信等公司的支持。其基本参数和特性为如下：多址方式：DS-CDMA。双工方式：主要为FDD，也考虑TDD模式。扩频子码速率：4.096Mc/s(可扩展到8.192Mc/s或16.384Mc/s ，相应的载波间隔也要加倍或增大到4倍)。载波间隔：4.4～5.2MHz(是200kHz的整数倍，或者说阶距为200kHz)。信息速率：广域应用达384kb/s，局域应用达2Mb/s，为提供可变速率业务，采用可变扩频因子(4～256)和多码扩频技术。帧长度：10ms。时隙长度：0.625ms。信道编码：标准业务仅采用码率为1/2(反向链路与控制信道)或1/3(正向链路)和约束长度K=9的卷积编码，高质量业务在卷积码的基础上再增加码率为4/5的RS码。数据调制：正向QPSK，反向0QPSK。扩展调制：QPSK。检测方式：正向链路为基于导频信道或导频参考码元的相干检测，反向链路为基于导频参考码元的相干检测。抗干扰和抗衰落措施：多用户检测、宏分集，正向链路采用自适应天线阵列等。功率控制：正向链路为快速(1.6kb/s)闭环控制方式(动态范围20dB)，反向链路为开环加快速闭控制方式(动态范围80dB),二者均能自适应改变控制量即台阶尺寸。切换方式：移动台控制的软切换。网络结构：支持分层小区结构以提高组网的灵活性和扩大网络通信容量。②TD-CDMA方案(简称δ方案)。方案的设计目标同样是选择先进的无线传输技术，以获得较高的频谱利用率，提供灵活多样的通信业务和支持通信终端的高速移动性，等等。其基本参数如下：多址方式：TD-CDMA。双工方式：FDD/TDD。载波间隔：1.6MHz(200kHz的整倍数)。扩频方式：在TDMA的基础上，每码元扩展成16个子码的正交特征码。扩频子码速率：2.167Mc/s。(3)美国在发展个人通信和第三代移动通信系统方面采取了与欧洲不同的策略。(4)日本从1993年着手进行第三代移动通信系统的研究，现已决定采用宽带码分多址作为第三代移动通信系统的优选方案，计划于1998年完成标准工作，并力图通过国际电信联盟把自己的建议作为国标标准，即使做不到这一步，也要力争使之成为亚洲标准。目前，日本正在积极寻找亚洲合作者，特别是中国，联合发展第三代移动通信系统。11.3第三代移动通信的新技术11.3.１新型调制技术1.多载波调制多载波调制的原理是把要传输的数据流分解成若干子个比特，每个子数据流具有低得多的码元速率，然后用这些子数据流去并行调制若干子载波。由于在多载波调制的子信道中，码元速率低，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，或者说在满足一定条件下，多载波调制具有抗多径扩展和选择性衰落的能力。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公司开发的数字集群系统MIRS。(2)正交频分复用和码分多址结合(OFDM-CDMA)。 正交频分复用可以用不同的方法和码分多址结合，例如：其一，待传输的数据先进行直接序列扩展(伪码长M位)，然后每个码序列经过串/并变换后，其子码分别进入M个支路并和其中的正交子载波频率进行调制，最后M个支路合并，即可形成OFDM-CDMA信号。其二，待传输的数据先进行串/并变换，分成N条并行的低速数据流，然后每条子数据流分别对同一个码序列和n个不同的正交载波频率进行调制，最后综合成OFDM-CDMA信号。11.3.2智能天线智能天线是一种自适应阵列天线。11.3.3多用户信号检测1.去相关多用户信号检测器在传统的DS-CDMA系统中，用一组匹配滤波器分别对应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含由互相关性引起的其它用户信号的干扰，即多址干扰。以X=(x1x2…xk)T表示输入信号矢量，以Y(y1y2…yk)T表示匹配滤波器的输出矢量(k为用户数)，可得式中，bk是第k个用户的信息数据，N为噪声，R是表征扩频序列之间相关性的k×k阶相关的矩阵，A是表示信号强度(幅度与相位系数)的对角线矩阵。可以年出，如果在上式进行去相关线性变换，即对相关的矩阵R求逆，可得Yv=R-1Y=AB+NvNv=R-1N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，如最小均方误差检测器等。2.干扰抵消式多用户信号检测器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，对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扰)；其次，再对次强的信号进行解调，并按同样方法处理；依此类推，直至把最弱的信号解调出来。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，对后续其它信号的解调最有利11.3.4位置区和寻呼区的管理为了在呼叫启动时便于寻找用户，把整个网络的覆盖区划分成若干个位置区(LA)和寻呼区(PA)。所谓位置区是指移动台(MS)在其中移动而不需要更新数据库中数据信息的区域。一旦移动台横跨一个LA的边界，就需要更新位置信息。一个位置区通常包含几个蜂窝小区，其覆盖范围和形状可以固定，也可以根据实际情况动态地发生变化(用户位置的变化通常是有规律性的，白天在办公室的概率大，晚上在住宅的概率大，因此LA可以24小时为周期而改变)。所谓寻呼区是在通信过程中，对移动台进行呼叫的区域。PA可以等于、小于或大于LA，根据所用寻呼策略的不同，PA可以限于单个小区，直到包括整个系统所有的小区。