1、0目录摘要 1关键词 1第一章、移动通信发展现状概述 11 用户发展现状 12 网络发展现状 13 移动通信的演进过程13.1 1G .23.2 2G 23.3 2.5G 23.4 2.75G 33.5 3G 33.6 小结.4第二章、移动通信系统现有核心技术论述与分析 41 无线信道模型及信道特性分析 41.1 移动无线衰落信道分析 41.2 移动通信信道模型 .42 移动通信系统中分集技术简介.92.1 分集技术-技术分类92.2 分集技术-接收合并技术103 移动通信系统中均衡技术的算法与实现 113.1 均衡技术113.2 均衡技术原理 113.3 均衡技术-自适应算法 124 CDM
2、A 系统中 RAKE 接收技术的算法与实现 125 新一代移动通信核心技术 MIMO+OFDM 简介 13第三章、移动通信发展趋势展望 15参考文献 171移动通信现有核心技术分析及新技术讨论摘 要： 介绍移动通信发展现状以及各个发展阶段的工作原理、关键技术、性能；移动通信系统现有核心技术论述与分析（包括移动通信无线信道模型及信道特性分析（窄带与宽带） 、移动通信系统中分集技术的算法与实现、移动通信系统中均衡技术的算法与实现、CDMA 系统中 RAKE 接收技术的算法与实现等。 ）、新一代移动通信核心技术 MIMO+OFDM；移动通信发展趋势展望。关 键 词：移动通信；工作原理；分集技术；均衡
3、技术；RAKE 接收技术；MIMO+OFDM 第一章、移动通信发展现状概述1 用户发展现状自 1987 年中国电信开始开办移动电话业务以来，移动电话用户数量以惊人的速度增长，1987-1993 年用户数量平均增长速度超过 200%，到 1993 年，我国移动通信用户数达到 63.8 万，到 1994 年移动用户规模超过百万大关，2000 年移动电话用户数量达到 7250万户，目前中国移动用户数量占全球移动用户数量的六分之一，增长速度列全世界第一。2 网络发展现状移动通信市场的发展不仅依赖于移动电话产品市场的发展，而且依赖于移动通信网络的不断完善和发展，随着用户数量的增长，移动通信网络的规模也在
4、不断扩大，目前，我国 GSM 数字移动电话网已覆盖全国所有地市和 96%的县市，全国主要交通干线已实现无缝覆盖，GSM 数字移动电话网已与 46 个国家和地区的 78 家公司开通了自动漫游业务。3 移动通信的演进过程3.11G第一代通信系统是指最初的模拟、仅限语音的蜂窝电话标准，简称 1G，制定于上世纪 80 年代，属于模拟通信系统，如 AMPS 和 TACS 系统，主要采用模拟技术和频分多址技术 FDMA（Frequency Division Multiple Access）,这种技术是最古老也是最简单的。2在 FDMA 中，不同地址用户占用不同的频率，即采用不同的载波频率，通过滤波器选取信
5、号并抑制无用干扰，各信道在时间上可同时使用。但是，由于模拟系统的系统容量小，还有 FDMA 技术在信道之间必须有警界波段来使站点之间相互分开，这样在警界波段就会成很大的带宽浪费。而且，模拟系统的安全性能很差，任何有全波段无线电接收机的人都可以收听到一个单元里的所有通话。另外，此技术对天线和基站的破坏也很严重。因此模拟系统主要以语音业务为主，基本上很难开展数据业务。尽管模拟移动通信系统投入运行以来,其用户虽迅速增长,取得了巨大的成功，但是在实际的使用过程中也暴露出了许多问题，主要表现在以下几点:(1) 频谱效率较低，有限的频谱资源和快速发展的用户容量的矛盾十分突出；(2) 业务种类单一，只有语音
6、业务；(3) 存在同频干扰和互调干扰；(4) 保密性差(5) 模拟移动通信系统设备价钱高,手机体积大,电池充电后有效工作时间短，给用户带来不便。解决上述问题的最有效办法就是采用一种新技术,即移动通信的数字化,称为数字移动通信系统。3.22G2G（2nd Generation，第二代移动通信技术）与第一代模拟蜂窝移动通信相比，第二代移动通信系统采用了数字化，代表为GSM，CDMA 等，以数字语音传输技术为核心。具有保密性强、频谱利用率高、能提供丰富的业务、标准化程度高等特点，使得移动通信得到了空前的发展，从过去的补充地位跃居通信的主导地位。我国目前应用的第二代蜂窝系统为欧洲的 GSM 系统以及北
7、美的窄带 CDMA 系统。3.3. 2.5G2.5G（2.5 Generation，2.5 代移动通信技术）3指介于 2G 和 3G 之间的（过渡性）移动通信技术。目前已经进行商业应用的2.5G 移动通信技术是从 2G 迈向 3G 的衔接性技术，由于 3G 所牵扯的层面多且复杂，要从目前的 2G 迈向 3G 不可能一蹴而就，因此出现了2.5G。HSCSD、WAP、EDGE、GPRS、EPOC 等技术都是 2.5G 技术。其代表为 GPRS,GPRS 是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的简称，它是 GSM 移动电话用户可用的一种移动数据业务。 它经常被
8、描述成“2.5G” ，也就是说这项技术位于第二代（2G）和第三代（3G）移动通讯技术之间。3.4. 2.75G2.75G(2.75Generation,2.75 代移动通信技术)2.75G 是在 GSM 网络基础上添加了 EDGE 的网络, EDGE 是英文 Enhanced Data Rate for GSM Evolution 的缩写，即增强型数据速率 GSM 演进技术。俗称准 3G，与 2G 的GPRS 网络并存，被认为是 2G 到 3G 的平滑过渡网络，理论上准 3G 可提供 384-473kpbs的移动数据速率，是现有 GPRS 速率的 3-4 倍。准 3G 手机，即是以 EDGE
9、制式研发生产的手机，能够实现许多 3G 手机的功能，如快速上网，手机电视等功能，但不是真正意义上的 3G 手机。 3.5. 3G3G（3rd Generation，第三代移动通信技术）3G 是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信相结合的新一代移动通信系统。它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少 2Mbps（兆字节每秒） 、384kbps（千字节每秒）以及 144kbps 的传输速度。国际电信联盟（ITU）在 2000 年 5 月确
10、定 W-CDMA、CDMA2000 和 TD-SCDMA 三大 3G标准，并写入 3G 技术指导性文件2000 年国际移动电信计划 （简称 IMT-2000） 。其主要特点如下：1 全球普及和全球无缝漫游的系统，它将使用共同的频段，全球统一标准。42 具有支持多媒体业务的能力，应能根据需要，提供适当的带宽和数据传输速率。3 经过二代网络向三代网络的过渡、演进，并应与固网兼容。4 高频谱效率。5 高服务质量。7 低成本8 高保密性3.6 小结从移动通信的发展历程可以看出，各个阶段的出现都是在原来的基础上产生的，都是上以阶段的演进与完善，主要体现在业务功能、带宽和数据传输速率上。如第一代移动通信只
11、能进行语音通话，第二代在第一代的基础上增加了数据接收的功能，如接收电子邮件或网页，第三代与前两代的重要区别是在传输声音和数据的速度上的提升，它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。第二章、移动通信系统现有核心技术论述与分析1. 移动通信无线信道模型及信道特性分析1.1、移动无线衰落信道分类当移动台在一个较小的范围（小于20个工作波长）运动时，引起接收信号的幅度、相位和到达角等的快速变化，这种变化称为小尺度衰落。典型的小尺度衰落有Rayleigh、Rician衰落，因为当信号在传播过程中经过许多反射路径后，接收到的信号幅度可以用Raylei
12、gh或Rician概率密度函数来描述。在接受信号有直达信号LOS(Line of sight)的情况下，幅度的衰落呈现Rician分布，而当在接收端没有直达信号的情况下，幅度的衰落呈现Rayleigh分布。采用小尺度衰落模型的信道，衰落幅度是服从Rician或Rayleigh分布的随机变量，这些变量将会影响到接收信号的幅度和功率。1.2、移动通信信道模型5在通信理论中，描述移动通信信道衰落的模型主要有Clarke信道模型和Suzuki信道模型，前者用于描述小尺度衰落，后者综合考虑大尺度衰落和小尺度衰落的影响。在Clarke信道模型下，可以根据Rayleight或Rician分布来构造幅度衰落的
13、模型。假设在第 i 个单位时间上的衰落幅度 可以表示为：i(1)2()iiixy其中 是直达信号分量的幅度， 、 是满足方差为 ，均值 、 的不相ixiy20iE(x)=0i(y)关高斯随机过程序列。直达信号分量与高斯随机分量的能量比值被称为Rician 因子:20K=/在Rician 衰落中，当 K = 和 K = 0时，对应的信道分别是Gaussian 信道和Rayleigh 信道。所以Rayleigh 衰落信道可以被看作是 K = 0这种特殊情况下的Rician 衰落信道。Rician 的 如式(2)， 是第一类零阶修正贝塞耳函数。在没有直达信号传播路PDF2 0I.径的情况下， K =
14、 0且 =1时，就得到了Rician 概率密度函数. PDF2(2)22020()exp()/rice rfrI(3)2020()/ricefRician 概率分布函数如式(4)：(4)20()1exp()Imrice rCr这里 。由于发射机和接收机间的相对运动导致的多普勒效应，使接收信2/K号产生了多普勒频移，多普勒频移定义为（5）式， v是移动速度，c 是光速3108米/秒。(5)cmvf多普勒功率谱以载频 为中心、分布在 之间， 为最大多普勒频移，移动信道cf()cmfmf的多普勒的功率谱密度函数是(6)式，相干时间 Tcoh 是多径信道中的一个重要参数，相干6(6)21.5()()c
15、msff时间为两个瞬时时间的信道冲激响应保持强相关时的最大时间间隔。在现代移动通信中，常用来计算相关时间 Tcoh 的方法3是（7）式(7)0.423cohmTf通常移动通信信道的仿真模型都是基于多个不相关的有色高斯随机过程。产生有色高斯噪声的方法有两类，第一类是正弦波叠加法，第二类是成形滤波器法。正弦波叠加法是基于无数个加权谐波的叠加：(8),1()cos(2)liiNi niniutCf式中 ， ， 分别是多普勒系数，多普勒频移和相移，定义如下为,inc,if,in，其中 ， 是在 内服从均匀分布, ,2()iis,iniff,(12;,.)iniN0,2的随机变量， 表示频率的分割，当
16、时， ，这样就使频率成为连续分布。if iNif仿真中，一般是用有限个谐波 代替无穷个谐波。基于正弦波叠加法的平坦衰落信道仿i真主要就是通过确定参数 的值，来建立仿真模型。,()inincf基于成型滤波器法的Rayleigh衰落序列产生原理方框图如图1所示。首先是利用不相关的高斯随机变量样本序列来形成正频率分量的基带线性频谱，负频率分量的频谱可以通过取正频率分量的共轭来得到。可以使用 Box Muller 6法来产生高斯随机变量序列：(9.1)2cos(2)ln()iXU(9.2)niY是两个服从（0、1）之间不相关的均匀分布。将得到的线性频谱乘上多普勒频谱2,后通过求其逆快速傅立叶变换（IF
17、FT）得到的序列分别将作为Rayleigh衰落系数()fS的实部和虚部，组成N个Rayleigh衰落系数的幅度将服从Rayleigh分布，相位服从均匀分布。74、衰落信道的MATLAB仿真以下为非相关Rician 分布的衰减序列的产生代码，Rician 分布的均方值为， 20(1)K是（1）式中高斯随机分量的方差。并且在Rician 分布中常常要求有单位的均方值，20如 ，所以信号的能量与信噪比是一致的。为了满足 ，(1)式可以写成()Er 2()1Er(10)式， ， 是满足方差为 =1，均值为零的高斯随机过程样本序列，根据上式，使ixiy20用MATLAB 的随机数产生函数randn 产生
18、随机分布序列来得到Rician 衰落序列。(10)2()1i iiKrfunction r=rician_fading(Kdb,N,Ni)K=10(Kdb/10); const=1/(2*(K+1); x=randn(1,N); y=randn(1,N);r=sqrt(const*(x+sqrt(2*K).2+y.2); rt=zeros(1,Ni*length(r); ki=1;for i=1:length(r) rt(ki:i*Ni)=r(i);ki=ki+Ni; end通过选择合适的插入因子Ni 可以得到非相关的Rician 衰落系数幅度包落。当选择 kdb 为负无穷时，可以得到Rayl
19、eigh 衰落系数幅度包落。图a是典型Rician 衰减序列幅度包络图。8图（a）以下源代码是在移动无线通信中，Clarke 模型下的相关Rayleigh 的衰落系数产生的代码。在现代移动通信系统中，假设再3G 系统的码数率为3.84106码/每秒，移动速度是60km/ h，载波频率是2100MHz，下面代码中要求的衰落系数的个数是140000,得到的Rayleigh 分布的幅度如图b。function A = fade(v,fc,N,)%v : 移动速度 v,单位为 km/h %fc : 载波频率 MHz/1000%N: 要求衰落系数的数量Rb = 3.84e6;c = 3e8;v = v*
20、(1000/3600); N05；fd = v/(c/(fc*1e6); 多普勒频移t = T*(0:N-1); deltaf = 1/N/T; n=N/2f = deltaf*(0:n); S_f = sqrt(1.5./(pi*sqrt(fd2-f.2);S_f = S_f/sqrt(mean(S_f.2);多普勒频谱rand(state,sum(100*clock); U1 = rand(1,n+1);U2 = rand(1,n+1);z0 = (-2*log(U1).0.5) .* cos(2*pi.*U2);9z1 = (-2*log(U1).0.5) .* sin(2*pi.*U2
21、); 产生高斯随机序列g_i = zeros(1,N);g_i(1:n+1) = S_f*sqrt(N0/2).*(z0)/sqrt(2); g_i(N-n+1:N) = conj(g_i(n+1:-1:2);g_q = zeros(1,N);.g_q(1:n+1) = S_f*sqrt(N0/2).*(z1)/sqrt(2); g_q(N-n+1:N) = conj(g_q(n+1:-1:2);A_i = real(ifft(g_i)/sqrt(2*(n+1)*N; A_q = real(ifft(g_q)/sqrt(2*(n+1)*N;R=sqrt(A_i.2+A_q.2); r=20*l
22、og10(R);图（b）2. 移动通信系统中分集技术简介移动通信无线信道中的衰落分为大尺度衰落和小尺度衰落。大尺度衰落通常是由周围环境地形和地物的差别而导致的阴影造成的。服从正态分布，通常的客服方法是采用基于蜂窝系统的宏分集技术；小尺度衰落（多径衰落）通常是由移动台周围物体的发杂反射引起的，服从瑞利分布，其克服方法是微分级技术。分 集 的 基 本 原 理 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 副 本 ， 由 于 多 个 信 道 的 传 输 特 性 不 同 ， 信 号 多 个 副 本 的 衰 落 就 不 会 相 同
23、。 接 收 机使 用 多 个 副 本 包 含 的 信 息 能 比 较 正 确 的 恢 复 出 原 发 送 信 号 。 如 果 不 采 用 分 集 技 术 ， 在10噪 声 受 限 的 条 件 下 ， 发 射 机 必 须 要 发 送 较 高 的 功 率 ， 才 能 保 证 信 道 情 况 较 差 时 链 路 正常 连 接 。 在 移 动 无 线 环 境 中 ， 由 于 手 持 终 端 的 电 池 容 量 非 常 有 限 ， 所 以 反 向 链 路 中 所能 获 得 的 功 率 也 非 常 有 限 ， 而 采 用 分 集 方 法 可 以 降 低 发 射 功 率 ， 这 在 移 动 通 信 中 非
24、常重 要 。分集技术是补偿衰落信道损耗的，他通常通过两个或者多个接收天线来实现。分 集 技 术 包 括 2 个 方 面 ： 一 是 分 散 传 输 ,使 接 收 机 能 够 获 得 多 个 统 计 独 立 的 、 携带 同 一 信 息 的 衰 落 信 号 ;二 是 集 中 处 理 ,即 把 接 收 机 收 到 的 多 个 统 计 独 立 的 衰 落 信 号 进行 合 并 以 降 低 衰 落 的 影 响 。 因 此 ， 要 获 得 分 集 效 果 最 重 要 的 条 件 是 各 个 信 号 之 间 应 该是 “不 相 关 ”的 。2.1 分 集 技 术 -技 术 分 类1.空 间 分 集在 移
25、动 通 信 中 ， 空 间 略 有 变 动 就 可 能 出 现 较 大 的 场 强 变 化 。 当 使 用 两 个 接 收 信 道时 ， 它 们 受 到 的 衰 落 影 响 是 不 相 关 的 ， 且 二 者 在 同 一 时 刻 经 受 深 衰 落 谷 点 影 响 的 可 能性 也 很 小 ， 因 此 这 一 设 想 引 出 了 利 用 两 副 接 收 天 线 的 方 案 ， 独 立 地 接 收 同 一 信 号 ， 再合 并 输 出 ， 衰 落 的 程 度 能 被 大 大 地 减 小 ， 这 就 是 空 间 分 集 。空 间 分 集 是 利 用 场 强 随 空 间 的 随 机 变 化 实 现
26、的 ， 空 间 距 离 越 大 ， 多 径 传 播 的 差 异就 越 大 ， 所 接 收 场 强 的 相 关 性 就 越 小 。 这 里 所 提 相 关 性 是 个 统 计 术 语 ， 表 明 信 号 间 相似 的 程 度 ， 因 此 必 须 确 定 必 要 的 空 间 距 离 。 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 。2.频 率 分 集频 率 分 集 是 采 用 两 个 或 两 个 以 上 具 有 一 定 频 率 间 隔 的 微 波 频 率 同 时 发 送 和 接 收 同一 信 息 ， 然 后 进 行 合 成
27、或 选 择 ， 利 用 位 于 不 同 频 段 的 信 号 经 衰 落 信 道 后 在 统 计 上 的 不相 关 特 性 ， 即 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 。 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 。3.时 间 分 集时 间 分 集 是 将 同 一 信 号 在 不 同 时 间 区 间 多 次 重 发 ， 只 要 各 次 发 送 时 间 间 隔
28、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 这 些 衰 落 在 统计 上 互 不 相 关 的 特 点 ， 即 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 。11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
29、 传 输 效 率 。4.极 化 分 集在 移 动 环 境 下 ,两 副 在 同 一 地 点 ,极 化 方 向 相 互 正 交 的 天 线 发 出 的 信 号 呈 现 出 不 相关 的 衰 落 特 性 。 利 用 这 一 特 点 ,在 收 发 端 分 别 装 上 垂 直 极 化 天 线 和 水 平 极 化 天 线 ,就可 以 得 到 2 路 衰 落 特 性 不 相 关 的 信 号 。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 ， 并 且 由 于 发 射 功
30、 率 要 分 配 到 两 副 天 线 上 ， 将 会 造 成 3dB的 信 号 功 率 损 失 。5.角 度 分 集利 用 不 同 方 向 到 达 的 信 号 的 不 相 关 性 产 生 多 路 分 集 信 号 的 技 术 。2.2 分 集 技 术 -接 收 合 并 技 术1.最 大 比 合 并 （ MRC）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 受 端 各 个 不 相 关 的 分 集 支 路 经 过 相 位 校 正 ， 并 按 适 当 的可 变
31、 增 益 加 权 再 相 加 后 送 入 检 测 器 进 行 相 干 检 测 。最 大 比 合 并 方 案 在 收 端 只 需 对 接 收 信 号 做 线 性 处 理 ， 然 后 利 用 最 大 似 然 检 测 即 可还 原 出 发 端 的 原 始 信 息 。 其 译 码 过 程 简 单 、 易 实 现 。 合 并 增 益 与 分 集 支 路 数 N 成 正比 。2.等 增 益 合 并 （ EGC） 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
32、 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 。 它 输 出 的 结 果 是 各 路 信 号 幅 值 的 叠 加 。对 CDMA 系 统 ， 它 维 持 了 接 收 信 号 中 各 用 户 信 号 间 的 正 交 性 状 态 ， 即 认 可 衰 落 在 各 个 通道 间 造 成 的 差 异 ， 也 不 影 响 系 统 的 信 噪 比 。3.选 择 式 合 并 （ SC） 采 用 选 择 式 合 并 技 术 时 ， N 个 接 收 机 的 输 出 信 号 先 送 入 选
33、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 。 每 增 加 一 条 分 集 支路 ， 对 选 择 式 分 集 输 出 信 噪 比 的 贡 献 仅 为 总 分 集 支 路 数 的 倒 数 倍 。124.切 换 合 并 接 收 机 扫 描 所 有 的 分 集 支 路 ， 并 选 择 SNR 在 特 定 的 预 设 门 限 之 上 的 特 定 分 支 。 在该 信 号 的 SNR 降 低 到 所 设 的 门 限 值 之 下 之 前 ， 选 择 该 信 号 作 为 输 出 信 号 。 当 SNR 低于
34、 设 定 的 门 限 时 ， 接 收 机 开 始 重 新 扫 描 并 切 换 到 另 一 个 分 支 ， 该 方 案 也 称 为 扫 描 合 并。 由 于 切 换 合 并 并 非 连 续 选 择 最 好 的 瞬 间 信 号 ， 因 此 他 比 选 择 合 并 可 能 要 差 一 些 。 但是 ， 由 于 切 换 合 并 并 不 需 要 同 时 连 续 不 停 的 监 视 所 有 的 分 集 支 路 ， 因 此 这 种 方 法 要 简单 得 多 。对 选 择 合 并 和 切 换 合 并 而 言 ， 两 者 的 输 出 信 号 都 是 只 等 于 所 有 分 集 支 路 中 的 一 个信 号 。
35、另 外 ， 它 们 也 不 需 要 知 道 信 道 状 态 信 息 。 因 此 ， 这 两 种 方 案 既 可 用 于 相 干 调 制也 可 用 于 非 相 干 调 制 。3. 移动通信系统中均衡技术的算法与实现1 均衡器概念在 数 字 通 信 系 统 中 插 入 一 种 可 调 滤 波 器 可 以 校 正 和 补 偿 系 统 特 性 ， 减 少 码 间 干 扰的 影 响 。 这 种 起 补 偿 作 用 的 滤 波 器 称 为 均 衡 器2 均 衡 器 基 本 原 理均 衡 器 通 常 是 用 滤 波 器 来 实 现 的 ， 使 用 滤 波 器 来 补 偿 失 真 的 脉 冲 ， 判 决 器
36、得 到 的解 调 输 出 样 本 ， 是 经 过 均 衡 器 修 正 过 的 或 者 清 除 了 码 间 干 扰 之 后 的 样 本 。 自 适 应 均 衡器 直 接 从 传 输 的 实 际 数 字 信 号 中 根 据 某 种 算 法 不 断 调 整 增 益 ， 因 而 能 适 应 信 道 的 随 机变 化 ， 使 均 衡 器 总 是 保 持 最 佳 的 状 态 ， 从 而 有 更 好 的 失 真 补 偿 性 能 。3 均 衡 技 术 -自 适 应 算 法自 适 应 均 衡 器 的 原 理 就 是 按 照 某 种 准 则 和 算 法 对 其 系 数 进 行 调 整 最 终 使 自 适 应 均衡
37、 器 的 代 价 (目 标 )函 数 最 小 化 ， 达 到 最 佳 均 衡 的 目 的 。 而 各 种 调 整 系 数 的 算 法 就 称 为自 适 应 算 法 ， 自 适 应 算 法 是 根 据 某 个 最 优 准 则 来 设 计 的 。 最 常 用 的 自 适 应 算 法 有 迫 零算 法 ， 最 陡 下 降 算 法 ， LMS 算 法 ， RLS 算 法 以 及 各 种 盲 均 衡 算 法 等 。 自 适 应 算 法 所 采 用 的 最 优 准 则 有 最 小 均 方 误 差 (LMS)准 则 ， 最 小 二 乘 (LS)准 则 、最 大 信 嗓 比 准 则 和 统 计 检 测 准 则
38、 等 ， 其 中 最 小 均 方 误 差 (LMS)准 则 和 最 小 二 乘 (LS)准 则 是 目 前 最 为 流 行 的 自 适 应 算 法 准 则 。 由 此 可 见 LMS 算 法 和 RLS 算 法 由 于 采 用 的最 优 准 则 不 同 ， 因 此 这 两 种 算 法 在 性 能 ， 复 杂 度 等 方 面 均 有 许 多 差 别 。 13一 种 算 法 性 能 的 好 坏 可 以 通 过 几 个 常 用 的 指 标 来 衡 量 ， 例 如 收 敛 速 度 一 一 通 常 用算 法 达 到 稳 定 状 态 (即 与 最 优 值 的 接 近 程 度 达 到 一 定 值 )的 迭
39、代 次 数 表 示 ； 误 调 比 实 际 均 方 误 差 相 对 于 算 法 的 最 小 均 方 误 差 的 平 均 偏 差 ； 运 算 复 杂 度 完 成 一 次完 整 迭 代 所 需 的 运 算 次 数 ； 跟 踪 性 能 一 一 一 对 信 道 时 变 统 计 特 性 的 自 适 应 能 力 。4. CDMA 系统中 RAKE 接收技术的算法与 实现Rake 接收是由 Price 和 Green 首先提出的多径分集接收技术。基于传统 Rake 接收的时域处理是抗多径衰落的有效途径。扩频分集特性是扩频技术的一个主要优势，因为在扩频通信条件下，信道带宽远大于相干带宽，从而可分辨出相互独立的
40、各多径分量，有利于 Rake 接收，扩频系统中通常采用 Rake 接收机抗多径衰落。4.1 传统的 Rake 接收机模型和算法由于在多径信号中含有可以利用的信息，所以，CDMA 接收机可以通过合并多径信号来改善接收信号的信噪比。Rake 接收机就是通过多个相关接收器接收多径信号中各路信号，并把他们合并在一起Rake 接收机结构图S（t）为输入信号，通过扩频调制后为 y（t） ，经过传输路径到达接收机，接收信号r（t）可表示为 y（t）与 c（t）的卷积，c（t）为此传输路径的冲激响应函数。信号经过多个路径到达接收机时，由于不同路径的时延不同，对信号幅度、相位的影响不同，所以接收机可以表示为11
41、00()()()()LLlllrttctsnt其中， 表示第 l 条路径传输过来的信号，是复函数，表示第 l 条路径对信号信号幅()lrt度和相位的影响，s（t）是发送端发射的信号， 是第 l 条路径的传输时延，n（t）表l14示各路的加性噪声之和。4.2 WCDMA 系统的 Rake 接收机在第三代 CDMA 系统的初级阶段，接收机是以常规 Rake 接收机为基础，但同时，由于信道的多径传播特性而导致了同一用户的不同路径之间存在多径干扰，特别是在扩频比较小的时候，由于扩频码的自相关特性变差，不足以抑制这种干扰时，传统的 Rake 接收机性能将会劣化。从实现的角度而言，Rake 接收机的处理包
42、括码片级和符号级，码片级处理有相关器、本地码产生器和匹配滤波器，符号级处理包括信道估计、相位旋转和合并相加，码片级的处理一般用 ASIC 器件完成，符号级的处理由 DSP 实现。5 新一代移动通信核心技术 MIMO+OFDM 简介新一代移动通信与第三代移动通信系统（3G）相比将会提供更高的数据传输速率，更低的成本。达到高速率低成本的一个技术前提就是高频谱效率的技术，从而可以在有限的频谱上提供更高的传输速率和系统容量，MIMO 和 OFDM 就是这样的技术。51 MIMO（Multiple-Input Multiple-Out-put）系统该技术最早是由 Marconi 于 1908 年提出的，
43、它利用多天线来抑制信道衰落。根据收发两端天线数量，相对于普通的 SISO（Single-Input Single-Output）系统，MIMO 还可以包括 SIMO（Single-Input Multi-ple-Output）系统和 MISO（Multiple-Input Single-Output）系统。此时的信道容量随着天线数量的增大而线性增大。也就是说可以利用 MIMO 信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。利用 MIMO 技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。前者是利用 MIMO 信道提供的空间复用增益，后者
44、是利用 MIMO 信道提供的空间分集增益。实现空间复用增益的算法主要有贝尔实验室的 BLAST 算法、ZF 算法、MMSE 算法、ML 算法。ML 算法具有很好的译码性能，但是复杂度比较大，对于实时性要求较高的无线通信不能满足要求。ZF 算法简单容易实现，但是对信道的信噪比要求较高。性能和复杂度最优的就是 BLAST 算法。该算法实际上是使用 ZF 算法加上干扰删除技术得出的。目前 MIMO 技术领域另一个研究热点就是空时编码。常见的空时码有空时块码、空时格码。空时码的主要思想是利用空间和时间上的编码实现一定的空间分集和时15间分集，从而降低信道误码率。52 OFDM 技术OFDM（正交频分复
45、用）技术实际上是多载波调制的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰（ICI） 。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。结合简要介绍 OFDM 的工作原理，输入数据信元的速率为 R，经过串并转换后，分成M 个并行的子数据流，每个子数据流的速率为 R/M，在每个子数据流中的若干个比特分成一组，每组的数目取决于
46、对应子载波上的调制方式，如 PSK、QAM 等。M 个并行的子数据信元编码交织后进行 IFFT 变换，将频域信号转换到时域，IFFT 块的输出是 N 个时域的样点，再将长为 LP 的 CP（循环前缀）加到 N 个样点前，形成循环扩展的 OFDM 信元，因此，实际发送的 OFDM 信元的长度为 LP+N，经过并/串转换后发射。接收端接收到的信号是时域信号，此信号经过串并转换后移去 CP，如果 CP 长度大于信道的记忆长度时，ISI仅仅影响 CP，而不影响有用数据，去掉 CP 也就去掉了 ISI 的影响。5.3 MIMO 与 OFDM 的结合MIMO 系统在一定程度上可以利用传播中多径分量，也就是
47、说 MIMO 可以抗多径衰落，但是对于频率选择性深衰落，MIMO 系统依然是无能为力。目前解决 MIMO 系统中的频率选择性衰落的方案一般是利用均衡技术，还有一种是利用 OFDM。大多数研究人员认为OFDM 技术是 4G 的核心技术，4G 需要极高频谱利用率的技术，而 OFDM 提高频谱利用率的作用毕竟是有限的，在 OFDM 的基础上合理开发空间资源，也就是 MIMO+OFDM，可以提供更高的数据传输速率。另外 ODFM 由于码率低和加入了时间保护间隔而具有极强的抗多径干扰能力。由于多径时延小于保护间隔，所以系统不受码间干扰的困扰，这就允许单频网络（SFN）可以用于宽带 OFDM 系统，依靠多
48、天线来实现，即采用由大量低功率发射机组成的发射机阵列消除阴影效应，来实现完全覆盖。下面给出 MIMO+OFDM 的结合方案。这样在接收端接收到的第个子载波频率上的个符号可以通过 V-BLAST 算法进行解译码，重复进行次以后，NL 个 M-QAM 符号可以被恢复出来。16三、移动通信发展趋势展望回顾移动通信发展历程知，3G 网络中所能提供的很多种业务，在 2.5G、2.75G 的GPRS、EDGE 网络中就可以提供了，所不同的是网络对业务的承载能力和其所决定的业务体验，从这个意义上讲，网络是分 G 的，而业务是不分 G 的。以下从五个方面阐述未来移动通信发展的趋势1 内容多媒体化随着2.5G、3G等下一代高速移动通信技术以及无线局域网的飞速发展和逐渐成熟，以及手机、PDA等移动终端设备的不断完善，移动通信网不但能提供传统的语音业务，还能提供高速率的宽带视频业务，支持
