移动通信的展望

第10章移动通信的展望第10章移动通信的展望10.1个人通信概述10.2关于个人通信的国际标准和研究进展10.3未来移动通信中的关键技术思考题与习题第10章移动通信的展望纵观移动通信的发展历程，当代移动通信可分为四个阶段：（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用移动通信系统、以集群系统为代表的专用移动通信系统以及无绳电话,主要向用户提供模拟话音业务。(2)第二代移动通信以数字传输、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，主要向用户提供数字话音业务和低速数据业务。10.1个人通信概述第10章移动通信的展望(3)第三代(3G)移动通信以CDMA为主要技术，向用户提供2Mb/s到10Mb/s的多媒体业务。(4)超（后）三代（B3G）或第四代(4G)移动通信的研究和开发，采用OFDM和多天线等新技术，将向用户提供100Mb/s甚至1Gb/s的数据速率。第10章移动通信的展望10.1.1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。以往，人们曾把这种愿望称之为幻想，然而随着科学技术的发展，这种愿望已经不是幻想，而是可以实现的了。人们把这种向往中的通信称为“个人通信”，而把实现个人通信的网络称之为个人通信网(PCN)。第10章移动通信的展望个人通信的愿望虽然早已存在，但个人通信网的设想却是在1988年才正式提出来的。其后，PCN在世界范围内立即引起了巨大的反响和共鸣，一些通信发达的国家纷纷开展了PCN的体系结构和实现技术的研究，提出了形形色色的设想和方案，有关PCN的国际标准的制定也受到许多国际组织的重视。第10章移动通信的展望10.1.2实现个人通信的途径个人通信的设想激发了人们的浓厚兴趣。从1988年以来，人们对如何实现个人通信曾提出过各种各样的方案，也发生过一些争论，甚至相互非议。一般来说，实现个人通信的途径有以下几种。(1)规划、设计和开发一种覆盖世界范围的全新个人通信网。这种方法可以按照个人通信的理想目标，自由地精选先进技术和优化网络结构，而不受现有通信设施和现用技术体制的影响和约束。第10章移动通信的展望(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。这种办法对现有各种通信设备的开发者、制造商和运营公司特别有吸引力。第10章移动通信的展望利用和改造某一种通信网络向个人通信网发展的方案都带有一定的局限性，主要表现在以下几个方面：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、越区切换和漫游功能，以提供个人通信业务。第10章移动通信的展望③利用中、低轨道移动通信卫星实现个人通信网络。因为移动卫星通信在海上、空中和地形复杂而人口稀疏的环境中应用具有独特的优点，不仅覆盖范围大，而且不受地形的限制，对于解决边远地区的通信和形成陆海空联合的立体通信系统而言是最有效的办法。第10章移动通信的展望(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。第10章移动通信的展望10.2.1第三代移动通信系统标准制定的过程第三代移动通信的主要发展目标是：能提供高质量业务，包括话音、低速和高速数据(从几kb／s到2Mb／s)，并具有多媒体接口；能支持面向电路和面向分组业务；能工作在各种通信环境，包括城市和乡村、丘陵和山地、空中和海上以及室内场所；具有更高的频谱效率，能提供更大的通信容量；能与固定网络兼容，和现有移动通信网互连互通并实现全球漫游；网络结构可配置成不同形式，以适应各种服务需要，如公用、专用、商用和家用；具有高级的移动性管理，能保证大量用户数据的存储、更新、交换和实时处理等。10.2关于个人通信的国际标准和研究进展第10章移动通信的展望关于第三代移动通信系统的标准，开始主要是由国际电信联盟(ITU)主导的，最初提出时使用的系统名称为“未来公共陆上移动通信系统”(FPLMTS)，后改名为“国际移动通信2000”(IMT-2000)。1998年12月，世界各国已向ITU提交的无线传输技术(RTT)建议有：(1)以TDMA为基础的两种：·DECT，来自ETSI计划(EP)DECT。·UWC-136(UniversalWirelessCommunications)，来自美国TIATR45.3。第10章移动通信的展望(2)以CDMA为基础的八种：·WINSW-CDMA(WirelessMultimediaandMessagingServiceWidebandCDMA)，来自美国TR46.1。·TD-SCDMA(TimeDivisionSynchronousCDMA)，来自中国电信技术研究院(CATT)。·W-CDMA(WidebandCDMA)，来自日本ARIB。·CDMAⅡ(AsynchronousDS-CDMA)，来自韩国TTA。第10章移动通信的展望·UTRA(UMTSTerrestrialRadioAccess)，来自ESTISMG2。·NA：W-CDMA(NorthAmericanWidebandCDMA)，来自美国TIPI-ATIS。·cdma2000(WidebandCDMA(IS-95))，来自美国TIATR45.5。·CDMAⅠ(MultibandSynchronousDS-CDMA)，来自韩国TTA。第10章移动通信的展望(3)用于卫星系统的五种：·SAT-CDMA，轨道高度2000km，轨道平面7个，总共49颗低轨道卫星，来自韩国TTA。·SW-CDMA(SatelliteWidebandCDMA)，来自ESA。·SW-CTDMA(SatelliteWidebandHybridCDMA／TDMA)，来自ESA。·ICO-RTT，轨道高度10390km，轨道平面2个，总共10颗中轨道卫星，来自ICOGlobalCommunication。·Horizons(HorizonsSatelliteSystem)，来自Inmarsat。第10章移动通信的展望1999年11月赫尔辛基TG8／1会议通过了“IMT-2000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CDMA和TDMA两类，具体包括：·CDMADS：UTRAFDD(WCDMA)；·CDMAMC：cdma2000MC；·CDMATDD：UTRATDD及TD-SCDMA；·TDMASC：UWC-136；·TDMAMC：DECT。第10章移动通信的展望10.2.2超（后）三代（B3G）或第四代(4G)移动通信的研究和开发第三代移动通信已经开始商用，2003年底全球已发放120个IMT-2000的运行牌照。仅以日本为例，第三代移动通信2001年10月开始商用（WCDMA技术），2004年3月已有300万用户，网络已覆盖99%以上的地区。第10章移动通信的展望在第三代（3G）移动通信开始商用后，大家就开始考虑今后该如何发展，即开始了超（后）三代（B3G）或第四代(4G)移动通信的研究和开发。今后的发展分为两个思路：一是对现有3G标准的增强，以满足未来用户的需求；二是研制全新的标准。第一种思路可以称为3G的演进，如3GPP提出了高速下行分组接入（HSDPA），其数据率可以达到10.8Mb/s；3GPP2提出了1xEV-DV，其速率可以达到5.4Mb/s。第10章移动通信的展望ITU-R对未来系统的发展的看法包括两部分：一是IMT-2000的未来发展，二是超IMT-2000的系统。IMT-2000将继续发展以支持新的应用、产品和服务。WWRF（WirelessWorldResearchForum）认为未来的系统不可能仅用一个标准来满足用户的所有要求，应当用一组标准来满足完全不同的用户需求；应当利用多模终端，在一组可选的空中接口中选择一个最适合给定环境的空中接口；此外，还要满足100Mb/s或1Gb/s的数据速率。第10章移动通信的展望IEEE802下的多个工作组也在进行未来无线通信的标准化工作。如IEEE802.11n希望下一代WLAN的实际传输速率达到100Mb/s，完整的802.11n标准则预计在2006年年底至2007年年初之间问世；2004年8月底有两个组织提交了提案，TGnSync组织的提案希望传输速率能够达到640Mb/s左右，而WWiSE组织的提案最高速率为540Mb/s；它们都选择使用了“多重输入与多重输出”(MIMO，MultipleInputandMultipleOutput)技术作为规范的核心。综上所述，我们可用图10-1来概括移动和无线通信的发展进程。它包括广域覆盖（WideAreaCoverage）的移动通信系统和局域覆盖(LocalAreaCoverage)的无线局域网。第10章移动通信的展望图10-1移动通信的发展进程第10章移动通信的展望10.3未来移动通信中的关键技术10.3.1自适应编码调制技术1.可变速率调制技术未来移动通信系统不仅要传输不同速率和不同质量要求的多种业务，而且因为移动信道的传播性能经常会随时间和传播地点而随机变化，所以移动通信系统必须具有自适应改变其传输速率的能力，以便能灵活地为多种业务提供合适的传输速率，而且能在保证传输质量的前提下，根据传播条件实时地调整其传输速率(信道条件好，提高速率；信道条件差，降低速率)，以充分发挥所用频谱的效率。第10章移动通信的展望实现可变速率调制的方法有以下几种：(1)可变速率正交振幅调制(VR-QAM)。QAM是一种振幅和相位联合键控技术。电平数越多，每码元携带的信息比特数就越多。第10章移动通信的展望图10-2星型QAM的星座图第10章移动通信的展望(2)可变扩频增益码分多址(VSG-CDMA)。这种技术靠动态改变扩频增益和发射功率以实现不同业务速率的传输。在传输高速业务时降低扩频增益，为保证传输质量，可相应提高其发射功率；在传输低速业务时增大扩频增益，在保证业务质量的条件下，可适当降低其发射功率，以减少多址干扰。第10章移动通信的展望(3)多码码分多址(MC-CDMA)。待传输的业务数据流经串／并变换器后，分成多个(1，2，…，M)支路，支路的数目随业务数据流的不同速率而变，当业务数据速率小于等于1基本速率时，串／并变换器只输出1个支路；当业务数据速率大于基本速率而小于2倍基本速率时，串／并变换器输出2个支路；依此类推，最多可达M个支路，即最大业务速率可达基本速率的M倍。第10章移动通信的展望（4）可变扩频因子-正交频分和码分复用（VSF-OFCDM）。可变扩频因子-正交频分和码分复用（VSF-OFCDM）是OFDM和CDM（码分复用）的结合，它根据小区的干扰情况动态调整扩频因子，通过选用不同的子载波数和在时间或频域上的扩展来实现不同速率的传输。第10章移动通信的展望2.自适应编码调制自适应编码调制（AMC）将不同速率的编码与不同的调制方式结合起来，系统根据收发信道的情况动态选择最佳的编码组合。例如，我们可以采用QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等调制方式，可以采用码率为R=1/4、1/2、或3/4的Turbo码。可以有下列七种调制和码率的组合：QPSKR=1/4,QPSKR=1/2,QPSKR=3/4,8PSKR=1/2,16QAMR=1/2,16QAMR=3/4和64QAMR=3/4，如表10-1所示。在码片速率为3.84Mc/s，采用20个码字、64QAM、R=3/4时可以达到10.8Mb/s的数据