新世纪的移动通信与接入网技术(一)

第一篇：新世纪的移动通信与接入网技术(一)

新世纪的移动通信与接入网技术

（一）第一代蜂窝无线通信系统是频分复用（FDM）模拟系统。由于受当时技术条件的限制，移动电话机的体积粗大笨重。因此有人预言移动技术不会有很大的发展。实际上，1980年代以前，移动通信用户的数量也确实寥寥无几。80年代末，半导体技术的进步使移动通信有了快速的发展。利用ASIC技术，移动电话的体积减小了许多。这一技术进步为移动通信业带来了巨大的变化。

移动通信的第二次飞跃来自第二代数字技术标准的广泛使用，包括GSM、IS-136 TDMA、IS-95 CDMA以及PDC。2G技术提高了语音的质量，在降低手机和基础设施的成本方面则更为明显。因此，在90年代中期，该技术进一步加速了移动通信的发展。

21世纪的移动通信将有更大的发展。3G技术提高了频谱利用率，在数据和复用能力方面也有了重大的进步。从技术角度来看，该进步是革命性的，它大大提高并拓展了人与人、人与机器甚至机器与机器之间的通信能力，并进一步挖掘了通信潜力。与1G带来的从车到人的变革相似，3G带来的将是在终端用户的巨大变革，使更多的机器可以参与通信。

除了上述变革之外，还有更多的功能正在被应用于手机，如将手机与PDA结合。在3G中，UMTS终端将与GSM结合。由于多重标准的存在，将来可能采用多模式终端或利用软件无线电实现。

3G技术的进步与接入网技术的发展是密不可分的。目前有多种接入技术处在发展阶段。GSM正通过GPRS、EDGE向UMTS发展。无线局域网（WLAN）系统，如HIPERLAN2、IEEE802.11、DAB、DVB-T等都在应用中。蓝牙、DECT系统等接入技术可以实现短距离连接。在固定网中，xDSL特别是ADSL技术大大提高了数据在最后一公里的传输速度。这些技术都可能成为固定移动网中的一部分。

核心网的传输能力在最近10年内的增长极为迅速，传输速度相对信号处理能力有了更快的发展，DWDM等技术的发展使得传输费用显著降低。核心网正在向透明传输发展，人们不再区分电路交换数据和分组交换数据，以便在同一网络上实现对实时业务和非实时业务的支持。从目前的发展来看，IP是最好的解决方案。IP传输也可用于无线接入网络，并将路由器设置在基站附近，并可以采用路由器支持的软件技术、Java Virtual技术等。

经济趋势和业务需求

目前，移动通信的发展由经济和技术趋势决定，未来则主要由需求决定。随着2G的发展和3G的出现，用户可获得更多的数据服务和多媒体服务。用户的需求和要求正影响着3G及以后的系统的发展。

在最近10年内，世界上许多国家开放了电信市场。由于存在竞争，通信服务费用特别是移动通信服务费用大幅下降，用户增长率远远高于估计值：1998年全球用户增长率为60%，2002年预计可达到100%；2000年全球的移动用户数已超过4亿，到了2010年全球将会有超过17亿的移动用户。

新的通信环境使移动通信的业务模式发生了变化。未来创造产值的主力将不再是运营商，而是内容提供商。当然，二者都要借助接入网和核心网。据专家预测，数据增值业务和内容提供服务将会成为新的经济增长点。

新的发展模式中应当包括以下三部分：

* IT：互联网的接入网、E-mail、实时图像传输、多媒体传输、浏览、广播以及移动电脑。

* 媒体：语音—视频服务、视频点播、交互式视频服务、增值服务以及电视、广播。

* 通信：移动通信、可视电话、宽带数据服务、接入网安全和QoS。

通信技术和信息技术的结合是信息社会的必然要求。信息社会的服务将是多方位的：互联网浏览、通信、可视会议、教育、金融服务、电子商务、遥感技术、定位服务、个人通信、个人保健以及娱乐等。UMTS论坛预计，到2010年，欧洲将会有超过9000万的移动用户能够享受多媒体服务，其中有60%的数据是以比特形式传输的。这些不同的服务可以继续细分为多媒体、E-mail、文件传输等对称或非对称业务、实时或非实时业务。另外，上述服务还可分为：

* 广域服务：移动电话、GPRS、移动多媒体。

* 局域服务：高速无线安全接入、快速Internet和Intranet、共享数据服务。

3G的无线通信协议

为了提高全球漫游能力，ITU制定了IMT-2000建议，定义了地面和卫星通信系统的协议。

人们起初希望能够制定世界范围内的统一无线接口标准。但是很快发现，制定多种规范以满足不同区域的要求较为符合现实市场的需要。其原因在于3G是从2G演变而来，而2G是建立在许多不同的技术和无线接口标准（如GSM、CDMA、TDMA）的基础上；此外，还存在着两个主要的地区性网络标准：GSM-MAP和ANSI-41。

大部分2G系统建立在GSM或TDMA基础上，其向3G的演变则通过EDGE标准实现。对于新兴的服务提供商而言，实现UMTS的方法很可能采用宽带CDMA（W-CDMA）。W-CDMA系统会在每一条FDD链路上提供5M的带宽。对于采用IS-95技术的系统，2G向3G的演进将采用cdma-2000标准。第一阶段，每条链路提供1.25M带宽以确保能与目前的2G系统兼容，其带宽最终可扩展到5MHz。

虽然3G将制定一组无线接口标准，但是ITU决定不在核心网内使用这些协议。这是为了让GSM-MAP和ANSI-41能分别根据市场的需求独立发展。ITU将制定核心网之间的互连协议，即网间接口（NNI），以便实现漫游。

考虑到3G可采用的无线接口标准有EDGE、UMTS和cdma2000(分别对应于GSM-MAP和ANSI-41)，运营商必须为不同的标准设立不同的基础设施，并根据不同的运营商和国家而采用不同的频段。

以3G为核心的其他技术

软件无线电

人们需要在不同的标准和不同的频段之间切换的技术。由于半导体技术和数字技术的快速发展，该技术日趋成为现实。其中最有前景的技术是软件无线电（SDR：Software Defined Radio）技术。

SDR技术的优点是：

* A/D和D/A转换技术的发展使接近天线的高速信号的直接转换成为可能，减少了无线转换部件的数量，大大方便了数字部件的制造。

* 可采用宽带无线通路来提供内在的机动性，以支持不同的标准和不同的工作频段。

* DSP和FPGA芯片的快速发展，使制造低价的通用设备成为可能。这些采用软件或者固件技术的设备速度很快，完全可与硬件速度相媲美。

* 许多数字技术和软件协议已应用多年，可进一步降低成本、缩短投放市场的时间。

* 通过软件升级，更加容易开发新的服务，因此在快速发展的无线工业中，该技术更有吸引力。

* 软件系统容易根据特定用户的需求进行修改。

* 在新老系统的变更中，提供一定的机动性。

SDR虽然有上述的优点，其广泛应用还有待时日，它仍然面临着来自ASIC的挑战。在基站系统中，不同的服务提供商可能只要满足采用同一种标准的设备的要求。虽然采用ASIC可能需要更长的时间才能推向市场，但是考虑到按特定标准而设计的设备只需要最低限度的软件和硬件，因此制造成本较低。

另外应当指出，SDR的发展与半导体技术和数字技术的快速发展相关。目前处理器和DSP芯片的发展速度每1～2年就会有大幅度的提高，并很快就会被新的无线标准所吸收。从理论上说，采用SDR技术只需要软件升级，实际上系统的硬件设施也必须随着处理器和DSP芯片的快速发展而不断更新。因此，与PC机的软件/硬件关系类似，SDR的一些优点将会因硬件的不稳定性而受到影响。

对手机而言，前景也并不明朗。虽然有很多旅行者希望他们的手机能够支持不同的标准，但是相当一部分无线用户对只能够支持某一国家或服务提供商的特定通信协议的手机已感到相当满足。对于这部分人来说，ASIC以其低廉的价格成为首选。另外，手机用户必须考虑到手机电池的寿命。现有ASIC的功率消耗比DSP和FPGA小得多，采用ASIC的手机体积也比后者小。因此，SDR若要成为普遍的选择，还有很多的困难需要克服。但随着时间的推移，SDR所占的比例将会逐步上升。

定位技术

当采用陆地电话发送呼叫时，呼叫者的电话号码和位置可从信令中识别出来，这种定位技术已被应用于用户号（ID）和紧急呼叫处理。同样，无线用户的位置也可用各种方法识别出来。与地面方式不同，无线定位采用了另一种关键技术——无线定位技术。该技术具有巨大的潜力，能够改善相关的应用，使人—机器和机器—机器之间的联系更为便利。无线定位技术的应用包括移动地图服务、紧急呼叫位置查询等。

无线定位技术有两种，一种建立在网络基础上，另一种建立在手机基础上。在基于网络的解决方案中，定位信息是通过对时间、到达的角度、信号的强度来判断的。在基于手机的解决方案中，主要利用GPS的信号来定位。

在实际使用中，上述两种技术均有其局限性。基于网络的解决方案其定位的精确度受到接收信号精确度的限制；基于手机的解决方案，必须收到多颗GPS卫星的信号才能准确定位，而在室内或者在高楼耸立的城市中要做到这一点相当困难。因此，有人提出了GPS与网络技术相结合（即辅助GPS）的方案。

智能天线

移动通信的飞速发展对系统容量和频段的复用提出了更高的要求。智能天线技术可以大幅度提高系统的容量。目前的窄带波束包括两项技术：定向波束和可变向波束。

定向波束利用天线阵或均匀排列的定向天线。定向天线的元件能够使正向链路上的狭窄带波束指向指定的手机。正向链路的天线分集技术是智能天线解决方案的一部分。

可变向波束与定向波束技术至少有两点不同：首先，可变向波束技术的天线安装在扇区内，而定向波束技术的天线位置则要根据信道状况而定。其次，可变向波束可在不同天线波束间切换，定向波束则指向特定手机。

除了上述智能天线技术之外，贝尔实验室提出了一种更有效的技术，即BLAST（Bellabs Layered Space Time）技术。BLAST技术在同一频段上建立了复平行信道，并保持总传输功率不变。因此，正向和反向信道的容量可以在多种技术结合的基础上得到大幅度的提高。

超导体，塔顶低噪声放大器和多用户检测

现有的技术，如超导体、塔顶低噪声放大器（TTLNA：Tower-top Low Noise Amplifier）和多用户检测等同样可以大大提高反向信道的性能。

在很多无线系统中，一个小区的覆盖范围受手机最大传输功率和基站热噪声的限制。考虑到电池寿命问题，提高手机最大传输功率是不现实的，降低系统噪声自然成为扩大小区覆盖范围的最佳途径。目前大部分无线通信系统的噪声指标为4—5dB。在天线中采用超导技术或TTLNA技术之后，噪声指数可降低几个分贝，从而扩大了小区覆盖范围。目前TTLNA技术由于其较高的可靠性和较小的尺寸正在得到推广，而超导技术的应用则没有那么广泛，还需要在价格、可靠性、设备体积等方面加以改进。不难看出，由于TTLNA价格低、稳定性高、传输损失小，超导技术正面临着TTLNA技术的强大挑战。

在城市中，许多移动系统面临的最主要问题不是小区的覆盖范围，而是系统容量。在这种情况下，应当采用多用户检测技术。由于一个小区内存在使用相同频段的不同用户间的干扰，因此小区内的功率受限。采用多用户检测技术后，当某一用户的强信号被接收和检测，而此时还未检测到其他信号时（该信号受到了强信号的干扰），可把该强信号从基站接收的总信号强度中扣除。一旦第二个信号被检测到，便可将该信号从基站接收的总信号强度中扣除并重新检测第一个信号的强度。显然该方法可以反复采用以提高信号的检测精度。

除了上述方法之外，还有其他一些可以一次检测一个用户或同时检测出多个用户的方法。目前，多用户检测技术还处于实验研究阶段，其广泛应用尚待检测速度和正向链路容量的提高，因为如果正向链路容量不大，反向链路的容量也无法提高。

第二篇：新世纪的移动通信与接入网技术(二)

新世纪的移动通信与接入网技术

（二）无线互联网

目前，互联网上存贮了大量信息，若移动用户能够方便地利用这些信息，将会带来很大的便利。许多手机用户将会在装配WAP和无线Java后实现上网浏览功能。当互联网数据能够根据移动用户的定位，进行传输时就会更方便。

为了传输互联网数据，需要建立分组交换网络。这就需要解决以下两个问题：IP网上的话音传输是否可行，当数据业务较多时，全IP无线网是否能够同时传输数据和话音业务。在3G系统中，分组交换数据通道能够解决数据的有效传输问题。但IP协议在传输话音时频谱利用率很低。因此，能实现话音和数据交换的全无线IP网在近期内很难得到推广。由于无线通信的带宽有限且昂贵，也可能造成令人无法忍受的时延。

对在基站和网络之间的无线接口而言，全IP网是可行的。然而，数据在过渡到全IP网之前，必须先过渡到ATM网络。ATM网络能够保证数据和话音业务的质量，一旦带宽得到保证，全IP网就可以与不同的网络进行数据交换。

目前语音信号通过MSC实现传输，而数据通过路由器传输。将来会出现一种能够代替独立的MSC和路由器的软件交换方式，它可降低网络的费用，并提高OAM（运营、管理和维护）性能。

无线接入网

新技术展望

2001年，3G网络开始向用户提供多媒体业务。新技术的标准化和发展是一个长期的过程，相关的工作目前刚刚开始。然而，未来发展的目标何在？

频谱是有限资源，无线业务的开展要求更高的频谱利用率、更多的频谱资源。日益增长而且价格低廉的计算处理能力使更为复杂的运算，如编码、解码、测量、软件无线电等成为可能。具有不同灵活性和带宽的接入技术不断出现，在建立灵活的可移植平台后，这些技术能够对用户的单个终端提供更多的服务。用户期望能够得到与目前的有线网相媲美的QoS无线服务。

典型的通信模式将会采用现有的或研制中的接入网技术，该模式要求系统向用户提供令人满意的服务。从1990年3G标准提出以来，不同无线接入系统，如蜂窝、无绳等的容量应当得到不同无线环境的统一接口支持。在UMTS定义和标准化阶段，没有什么技术能够满足所有的应用要求。因此，UTRA结合了FDD和TDD来支持不同的对称或非对称业务。

由于上述因素的存在，3G系统将主要采用纵向通信模式，不同的接入方式如蜂窝、无绳、WLAN、短距离连接系统等可以共存于同一平台，取长补短，以满足不同用户的需求。这些接入系统将会与一个灵活、无缝的核心网相连，对这些技术而言，实现全球漫游是必须的。另外，在不同的接入技术之间进行纵向、横向切换和无缝服务，并保证业务的移动性、安全性、QoS 等已成为必须解决的问题，其彻底解决有待于接入技术和核心网的发展。

其系统的主要特征包括：

* 在2G向3G的演变过程中，系统支持不同速率的数据业务，宽带接入、短距离连接系统以及有线系统（如xDSL系统）；

* 支持当前和未来的带宽；

* 在不同的系统和不同的运营商之间分配频谱，使其能实现最大利用；

* 支持新的网络类型和网络管理方式（如自动网络分配和动态网络分配），在同一平台上能够支持不同接入系统的动态频谱分配；

* 利用FDD和TDD系统支持对称和非对称业务；

* 核心网和接入网能够支持实时业务的QoS要求，以满足数据包传输的需求；

* 为非对称传输提供更好的链路服务；

* 目前，核心网和接入网建立在IP的基础上，能够降低重建费用，使新技术的移植更为便利；

* 物理层和不同接入技术分离，Java Virtual和CORBA技术使软件和硬件实现分离。

接入网技术的发展

多种接入网技术将在近期内得到快速发展。这些技术大致可分为以下几种：

* 蜂窝移动通信系统（2G，如GSM；3G，如IMT-2000/UMTS）

* 无绳系统（如DECT）

* 短距离连接系统(蓝牙，DECT系统）

* WLAN（如ETSI BRAN HIPERLAN2和HIPERACCESS、IEEE802.11a）

* 固定无线接入和无线环网

* 卫星通信

* 广播系统（如DAB、DVB-T）

* 有线系统（如xDSL、CATV系统）

上述系统的设计都适用于数据传输。WLAN系统主要用来进行高速数据接入，可用于公用网络和一些接入设施，以及会议中心、展览馆、机场、饭店、火车站等。ETSI BRAN系统的物理层HIPERLAN2由IEEE 802.11a和日本的MMAC进行协调，其中后者允许全球漫游。另外，在日本有一种新的接入技术正在研究之中，该技术支持高移动性和高数据速率。自组网络也能对低功率系统和某些特殊业务起到补充作用。在这些系统中，移动台的作用相当于在多跳传输系统中充当远端手机和基站之间的中继站。移动台有支持基站的能力，直接的手机—手机呼叫是可行的。

固定无线接入和无线环网将取代或补充有线接入网，但这些系统并不支持移动通信。DAB和DAB-T可以在下行链路中用于宽带广播数据服务。这些系统可以与蜂窝移动系统（如GSM和UMTS）或公用交换网（PSTN、ISDN）结合，以支持下行不对称数据业务。目前大量采用的是铜双绞线和同轴电缆网络，后者支持宽带数据传输，前者则可用于ISDN和xDSL(主要是ADSL)。

上述技术代表了未来业务平台的多种技术方案。然而，这些技术大部分是独立设计的，未考虑彼此间的兼容性。它们的设计主要用于支持特定的传统业务。在未来的用户需求和经济需求的基础上，将会有能够满足宽带、高移动性的新接入网方案出现。

面向3G的接入网技术面临的挑战

目前仍存在许多技术上的问题，它们有待于进一步的解决，其中最主要的就是同一平台上不同接入网间的交互、多模式或者自适应转换，以及服务范围的进一步扩大。在无线接口、无线接入、核心网等方面，当前的技术也面临挑战。

未来的系统需要尽可能地利用频谱资源。因此，需要首先解决以下几个与物理层相关的问题：

* 优化接入网系统，改善调制和编码方案以进一步提高频谱利用率和系统性能；

* 提高检测能力，如多用户检测等；

* 选择在处理精度和算法复杂度之间取得最佳折衷的信号处理算法；

* 源代码压缩技术，以降低用户数据速率。

目前有下列解决方案：

* 链路自适应能力，可根据信道状况、流量、频率资源和系统性能自动调整；

* 不同系统间的频谱和共享，不同无线接入系统间的共存性检测；

* 先进的天线技术以提高链路质量和信道容量。

上述方案用于提高无线链路的容量。分集天线主要是减少多径传输带来的衰落现象。多重天线的概念是分集天线的延伸，由基站和终端的不同天线之间的不相关多径传输构成。在平行的传输信道中同时复用相同频段，以增加信道容量。自适应天线提高了链路性能，降低了不同方向间信道的相互干扰，并利用SDMA技术实现不同用户、不同方向的相同频率复用。控制信道和信号处理等系统方面的技术是天线的核心技术，它们可以实现频谱的最大利用率。UMTS论坛已考虑到自适应天线的技术要求和前题，但是各种射频前端和基带信号的处理成本问题是我们面临的技术挑战。

无缝网络包括多个接入网系统和它们之间的无缝切换。功率低、体积小的多模式和多频带终端将在近期与用户见面。不同的终端类型，如PDA、笔记本、手机等都支持上述的应用。另外，高级信号处理平台的概念是将不同的接入网参数下载到信号处理单元中。最先进的可编程信号处理机能适应任何实际接入系统。软件无线电技术则是终端技术中最难实现的。随着半导体技术和信号处理能力的不断发展，上述方案和概念最终将成为现实。

从用户的观点来看，人机界面必须简单易用，便于残疾人和老人使用。当然，这些技术和概念必须能够与目前的承载能力相吻合。

技术竞争

现存许多无线或是有线技术，包括固定无线网、宽带无线网（LMDS和MMDS）、卫星通信等均试图与蜂窝移动技术相媲美。

固定无线网技术曾流行一时，但从技术角度而言，它并不太适合无线环境。但是，高增益的窄波束技术可以大大提高覆盖范围，降低功率损耗。由于不需要硬切换，因而系统结构可以大大简化。人们有理由相信,改进后的固定无线网可能比目前的移动网造价更低、更有效地满足网络的需求。

当前，固定无线网的希望并不大。困难之一在于移动通信中的竞争激烈。只要移动通信的主要业务仍是话音，那么固定无线网就很难主宰移动业务。相应的技术设计的改进需要大量的投资，在当前移动系统早已占有巨大市场份额的情况下，这显然并不容易。另外，如果使用窄波束技术的话，固定无线网将会更加费时费力。以前曾有不少固定无线解决方案，由于价格方面不能与现存的网络抗衡而无法实施。

无线解决方案中也包括LMDS和MMDS的点对点和点对多点解决方案。由于微波的价格高昂，因此LMDS和MMDS解决方案开始可能只能为SOHO提供服务，其初期用户将比移动市场的用户少得多。

随着铱星计划的惨败，卫星和蜂窝移动技术之间在话音业务领域的竞争已告结束。即使技术上可行，利用卫星进行话音通信的费用也比目前的费用高得多。综上所述，在最近

几年内，用于传送话音的移动技术仍然会保持当前的强势。

随着数据业务的发展，上述无线解决方案可能会有所不同。以固定无线网技术为例，在使用窄波束技术后，该技术可以提高频谱利用率。考虑到用户对语音和数据混合传输的要求，在此基础上，固定无线网技术对室内无线应用而言，是很有吸引力的。另外，LMDS和卫星解决方案可利用它们的带宽优势传送高速数据。因此，在数据传输方面，还会有激烈的技术竞争。

移动多媒体的应用随着2G的发展而不断扩大。3G系统则为移动多媒体的发展提供了更多的机遇、更灵活的界面和更宽的带宽。3G后的系统将会建立在更灵活的网络平台基础上。依靠接入系统和承载层的能力，新的系统选择最佳的接入方式，并根据小区的大小、覆盖范围、对全球移动性和无缝传输的要求将不同的接入系统应用于不同的小区。从目前的情况来看，接入系统平台的可移植性和核心网将会建立在IP技术和透明传输的基础上，以保证通信环境的自由性。另外，重组自优化网络和自适应网需要采用新的算法，并加入新的网络实体和接入系统。

新技术的关键在于同一平台上不同接入系统的纵向或横向切换、无缝服务的实现和全球漫游。目前仍有许多技术上的问题需要解决，应在接入系统、无线IP网和移动管理领域开展广泛的国际合作研究。在解决上述问题的过程中，国际标准的制定将显得尤为重要。

移动通信只有不到50年的历史，却已经改变了人们相互交流的方式。未来将会有更多的新技术使人们的通信方式发生新的变革，最终使随时随地与任何对象的通信成为可能。

摘自《通讯世界》

第三篇：移动通信技术

移动通信技术

1、移动通信的概念

2、移动通信的特点（4点）

3、移动通信的工作方式

4、移动通信系统的组成5、移动通信中编号北京

6、移动通信中发射信号的处理

7、数字信号调制

8、移动通信系统的业务

9、移动通信的组网制式

10、小区制的特点

11、小区的形状选择

12、信道的分类

13、信道的概念

14、频谱分配的基本原则

15、影响频率选择的因素

16、同频费用

17、多信道公用

18、话务量

19、

第四篇：移动通信技术

GSM:全球移动通讯系统Global System of Mobile communication

GPRS---General Packet Radio Service，通用无线分组业务

EDGE---Enhanced Data Rate for GSM Evolution 的缩写，即增强型数据速率GSM演进技术

UMTS---通信系统（Universal Mobile Telecommunications System）HSPA---High-Speed Packet Access高速数据信息包接入/存取技术

LTE---Long Term Evolution的缩写，全称应为3GPP Long Term Evolution，中文一般翻译为3GPP长期演进技术，为第三代合作伙伴计划（3GPP）标准，使用“正交频分复用”（OFDM）的射频接收技术，以及2×2和4×4 MIMO的分集技术规格。同时支援FDD（频分双工）和TDD（时分双工）。

第五篇：移动通信分集技术

移动通信报告

设计题目： 分集技术 班 级： 11通信 姓 名： 学 号： 指导教师：

2014 年 12 月 10 日

分集技术

Diversity Techniques

【摘要】无线移动通信因其信道的特殊性，使得多径现象及各种衰落极大地影响通信质量，衰落效应是影响无线通信质量的主要因素之一。为了提高系统的抗多径性能，最有效的方法是对信号采用分集技术。分集技术因为他的良好的抗衰落性能而被视为一种有效的方法应用在移动通信系统中。分集基本思想是在相关性很小的若干个支路上载有同一消息的信号，然后通过合并技术再将各个支路信号合并输出，那么便可在接收终端上大大降低深衰落的概率。分集技术通常利用无线传播环境中同一信号的独立样本之间不相关的特点，使用一定的信号合并技术改善接收信号，来抵抗衰落引起的不良影响。在第三代和第四代移动通信系统中，分集技术都已得到了广泛应用。Abstract: Multipath phenomenon and attenuation make great effects on the quality of wireless mobile communication because of its special channel.The attenuation effect is one of the main reasons that affect the quality of wireless communication.In order to improve the anti-multipath performance of the system, the most effective method is the use of diversity techniques to signals.Because of its good resistance to attenuation, diversity has been regarded as an effective method in a mobile communication system.Diversity techniques mean carrying the same messages on different branches which have little correlation between each other, and then it will output the signal from those branches by the combining techniques, so it can reduce the probability of deep attenuation greatly in receiving terminal.Diversity techniques usually make use of the uncorrelated characteristics of same signal’s independent samples in wireless propagating environment, and improve the received signals by signal combining techniques to resist attenuation effects.In the third and forth generation mobile communication system, diversity techniques have been widely used.【关键词】空间分集；合并技术；MIMO技术

Keywords: Space Diversity;Combining Techniques;MIMO Techniques

【正文】

一、分集技术基本原理

“分集”背后的主要思想是提供发射到接收机信号的不同复制信号。如果不同复制信号独立的衰落，所有发射信号的复制信号同时深衰落的可能性就会降低[1]。因此分集的基本原理就是通过多个信道（时间、频率或者空间）接收到承载相同信息的多个复制信号，由于多个信道的传输特性不同，信号多个复制信号的衰落就不会相同。这样，接收机就可以可靠地用这些接收信号解码发射信号。

分集技术实现的必要条件是在接收端必须能够接收到承载相同信息且在统计上相互独立(或近似独立)的若干不同的复制信号。而不同复制信号的获得可以通过不同的方式，比如空间、频率、时间等，它主要是指使用不同的方法有效的区分接收到的含同一信息内容但统计上独立的信号。发射的复制信号可以通过不同的方式发送，例如，它可以在不同的时间间隙，以不同的频率，不同的极化或不同的天线发射。目的是通过独立的衰落发送两个或更多的复制信号。既然所有的独立路径同时遭受深衰落的可能性减小，那么只要使用适当的合并方法，就会降低误差概率。

整体看来，分集技术主要包括两个方面的内容：一是分散传输,即研究如何把要发送的信号分散了开来，使接收机能够获得多个互不相关的、携带同一信息的信号；二是集中处理,即研究如何把接收机收到的多个互不相关的衰落信号进行恰当的合并以获得最大信噪比，降低衰落的影响。

二、分集技术主要分类

分集技术包括分散发射技术和合并接收技术，分散发射技术主要包括空间分集技术（Space Diversity Techniques），时间分集技术（Time Diversity Techniques），频率分集技术(Frequency Diversity Techniques)。合并接收技术主要包括选择式合并技术(SC: Selection Combining Techniques)，最大比合并技术（MRC: Maximal Ratio Combining Techniques），等增益合并技术(EGC: Equal Gain Combining Techniques)等。

（一）、分散发射技术

（1）空间分集

使用多个天线来获得分集的方法是空间分集，空间分集正是利用不同信道上衰落统计特性上的差异来实现抗信道选择性衰落的功能。

空间分集分为空间分集发送和空间分集接收两个系统。其中空间分集接收是在空间不同的垂直高度上设置几副天线，它是利用多副接收天线来实现的。接收端天线之间的距离条件要求d≥λ/2（λ为工作波长）[2]，这样就降低了信道衰落的影响，并在一定程度上改善了传输的可靠性。

图1-1 空间分集结构

空间分集接收的优点是分集增益高，缺点是还需另外单独的接收天线。为了克服这个缺点，又生产出定向双极化天线。利用两个在同一地点、极化方向相互正交的天线发出的信号呈现出互不相关衰落特性的特点，在发射端同一处装上垂直极化和水平极化两副发射天线，在接收端同一地点装上垂直极化和水平极化两副接收天线，就可以得到两路衰落特性互不相关的极化分量Ex和Ey。

图1-2 极化分集结构

这种方法的优点是它只需一根天线，结构紧凑，节省空间，缺点是它的分集接收效果低于空间分集接收天线。（2）时间分集

用不同的时间间隙来形成分集，叫做时间分集。时间分集是将同一信号在相隔一定的时间内多次重发，只要各次发送时间间隔足够大，则各次发送降格出现的衰落将是相互独立统计的。时间分集正是利用时间上衰落统计特性上的差异来实现抗时间选择性衰落的功能。为了保证重复发送的数字信号具有独立的衰落特性，重复发送的时间间隔应该满足：

公式中：fm为衰落频率，v为移动台运动速度。

时间分集与空间分集相比较，优点是减少了接收天线及相应设备的数目，缺点是占用时隙资源增大了开销，降低了传输效率。（3）频率分集

频率分集使用不同的载波频率获得分集，复制信号从不同的载波频率上发射，然后在接收端对接收信号进行合成或选择，以减轻衰落影响。频率分集正是利用不同频段衰落统计特性上的差异，来实现抗频率选择性衰落的功能。所谓频率不相关的载波是指当不同的载波之间的间隔大于频率相干区间，即载波频率的间隔应满足:

公式中：△f为载波频率间隔，Bc为相关带宽，△Tm为最大多径时延差。同空间分集系统一样，在频率分集系统中要求频率相关性较小，这样才可以获得较好的频率分集改善效果。在一定的范围内两个微波频率f1与f2相差，即频率间隔△ f=f2-f1越大，两个不同频率信号之间衰落的相关性越小。频率分集与空间分集相比较，其优点是在接收端可以减少接受天线及相应设备的数量，缺点是要占用更多的频带资源。

无论何种分集方式，都是利用在不同的传播条件下，几个微波信号同时发生深衰落的概率小于单一微波信号同一衰落深度的概率来取得分集改善效果的。

（二）、合并接收技术 合并方法都可以归结为下面的公式 由公式可知：合并技术的关键就是确定加权值。合并时采用的准则与方式主要分为四种：选择式合并(SC: Selection Combining)、最大比值合并（MRC: Maximal Ratio Combining）、等增益合并(EGC: Equal Gain Combining)等。（1）选择式合并（择优录取）[3]

选择式合并系统采用选择式合并技术时，N 个接收机的输出信号先送入选择逻辑，选择逻辑再从N 个接收信号中选择具有最高基带信噪比的基带信号作为输出。选择式合并的特点是实现简单。（2）最大比值合并（区别对待）

在接收端由多个分集支路，经过相位调整后，按照适当的增益系数，同相相加，再送入检测器进行检测。在接收端各个不相关的分集支路经过相位校正，并按适当的可变增益加权再相加后送入检测器进行相干检测。其译码过程简单、易实现。

（3）等增益合并（一视同仁）

等增益合并原理等增益合并也称为相位均衡，仅仅对信道的相位偏移进行校正而幅度不做校正。等增益合并不是任何意义上的最佳合并方式，只有假设每一路信号的信噪比相同的情况下，在信噪比最大化的意义上，它才是最佳的。

三、MIMO分集

鉴于分集技术的抗衰落特性，它成为MIMO技术的重要组成部分。MIMO多输入多输出技术（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量[4]。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收而不会增加频谱资源，并减小了以往增加天线发射功率对其他接收电台造成严重干扰的情况。分集技术的使用不仅可以成倍的提高系统信道容量，而且极大的减弱了多径衰落对无线通信造成的影响，显示出明显的优势、因此它被视为下一代移动通信的核心技术[5]。

四、总结

总体看来，移动通信的传输效率主要还是受到多径衰落的制约，这严重影响了无线通信质量。通过对上述多种发射分集技术的介绍和分析可知，在复杂的无线信道下各发射分集技术的目的均对信息传输的有效性起到了重大作用。在对分集技术有了大致的了解之后，我觉得抗衰落的解决思想和方法还是比较好理解的，也是容易想到的，但是困难的是我们如何把这些想法运用到科研领域中去，可能一个简单的想法在科技领域得到实施之后都会是一项重大的技术突破。本次学习中遇到的难点主要是对一些关键技术，核心技术上的理解和认识还不够。

了解了分集技术之后，我想到：由于工作特点和性能不尽相同，因此各发射分集技术在不同的环境条件下所起的作用也有所不同。为了在不同的条件下使用相应较有效的分集技术，我觉得可以在发送有效信息之前，先向接收设备发送一段简单的测试信息，即判断移动接收台所处环境条件，对反馈回来的测试信息进行分析，选择当前环境下的最优发射分集技术。或许可以通过其他比较先进的技术手段检测移动接收机的环境位置，大致的思想就是多个分集方式可以灵活多变，自由切换，略有贴近智能选择的意思，而不必某个站点或者某项技术方案中只含有特定的一种分集技术。

[1] 龚建民，刘崇春.多入多出通信系统原理 [M] 科学出版社 2010：09 [2] 邓明.无线通信系统中的空间分集技术研究[D] 科技信息 2006：13 [3] 阎毅.无线通信与移动通信技术［M］清华大学出版社2013： [4] 林云.MIMO技术原理及应用［M］.人民邮电出版社.2010:216 [5] 胡健栋.现代无线通信技术［M］.机械工业出版社.2003:13