1、毕业设计(论文)英文翻译译文院 （系）：桂林航天工业高等专科学校专 业： 计算机通信工程 学生姓名： 胡文凯 学 号： 030111301497 指导教师： 嵇建波 职 称： 副教授 2012 年 4 月 15 日第一章 现代移动通信在当今高度信息化的社会，信息和通信已成为现代社会的“命脉” 。信息的交流主要依赖于计算机通信，而通信作为传输手段，与传感技术、计算机技术相互融合，已成为 21 世纪国际社会和世界经济发展的强大动力。为了适应时代的要求，新的一代移动通信技术应时而生，新的一代移动通信技术即人们称之第三代的核心特征是宽带寻址接入到固定网和众多不同通信系统间的无隙缝漫游，获取多媒体通信业
2、务。随着时代的进步、科技的创新、人们的生活要求的提高，移动通信技术更新换代速度相当惊人，差不多每隔十年移动通信技术就发生一次变革性换代，从上个世纪 80年代的“大哥大”到现在的 3G 手机，其间发生了两次移动通信技术的变革，从 1G 的AMPS 过渡到 2G 的 GSM，从 GSM 到 IMT-2000（即 3G 技术） 。就我所知现代的移动通信技术有以下几方面的重要技术：1 宽带调制和多址技术无线高速数据传输不能一味仅靠频谱的扩展，应在频谱效率上至少高于目前一个数量级，可在物理层采用三项技术，即 OFDM、UWB 和空时调制编码。OFDM 与其他编码方式的结合，灵活把 OFDM 与 TDMA
3、、FDMA、CDMA、SDMA 组合成多址技术。20 世纪 60 年代 OFDM 的多路数据传输已成功用于 Kineplex 和 Kathryn 高频军事通信系统。OFDM 已用于 1.6 Mbit/s 高比特率数字用户线（HDSL） ，6 Mbit/s 不对称数字用户线（ADSL） ，100 Mbit/s 甚高速数字用户线（VDSL） ，数字音频广播和数字视频广播等。OFDM 应用于 5 GHz 上提供 54 Mbit/s 无线本地网 IEEE 802.11 a 和 IEEE 802.11g，高性能本地域网络 Hiper LAN/2 和 ETSI-BRAN，还作为城域网 IEEE 802.1
4、6和集成业务数字广播（ISDB-T）标准。与单载频调制制式相比，OFDM 调制制式要解决相对大的峰均功率比（PAPR，Peak to Average Power Ratio）和对频率位移和相位噪声敏感的问题。高速移动通信的另一要求是在宽噪声带宽下，所需解调信噪比应尽可能降低，从而增加覆盖面积。可采取抗衰落的快速发射功率控制和导频辅助快速跟踪相干解调技术，如频域抗衰落的 Rake 接收和跟踪技术，从时域和频域抵抗时间和频率选择性衰落的 OFDMA 技术，链路自适应技术，联合编码技术。2 频谱利用率提升技术理论研究指出：在独立 Rayleigh 散射信道中，数据速率与天线数成线性关系，容量可达 S
5、hannon 的 90%。在发射和接收端以多天线开发信道空间可取得容量和频谱效率的增益。MIMO 技术主要包括空间复用和空间分集技术，在独立信道上并发或连发相同信息来提高传输可靠性。收发双方的空间分集是高容量无线通信系统采用技术之一。贝尔实验室分层次空时的对角 BLAST（D-BLAST）容量的增加为收发双方最小天线数的函数。利用 MIMO 所构成的跨时域和空域的扩展信号还可以抵抗多径干扰。V-BLAST 系统在室内 2434 dB 时，频谱利用率为 2040 bit/s/Hz。而发射和接收端均采用 16 天线，在 30 dB 时，频谱利用率增至 6070 bit/s/Hz。智能天线自动跟踪所
6、需信号和自适应空时处理算法，利用天线阵产生空间定向波束，通过数字信号处理技术使主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向。自适应阵列天线（AAA，Adaptive Array Antennas）中干扰抵消均衡器（ICE，Interference Canceling Equalizer）可减少干扰和降低发射功率。3 软件无线电技术软件无线电技术是在硬件平台上通过软件编辑以一个终端实施不同系统中多种通信业务。它用数字信号处理语言描述电信元件，以软件程序下载成数字信号处理硬件（DSPH，Digital Signal Pocessing Hardware） 。以具有通用开放无线结构（O
7、WA，Open Wireless Architecture） ，兼容多种模式在多种技术标准之间无缝切换。UWB 也称为脉冲无线电，调制采用脉冲宽度在纳秒级的快速上升和下降脉冲，脉冲覆盖的频谱从直流至吉赫兹，不需常规窄带调制所需的射频上变换，脉冲成型后可直接送至天线发射。4 网络安全和 QoSQoS 分为无线和有线侧两部分，无线侧的 QoS 涉及无线资源管理和调度，接纳控制和移动性管理等，移动性管理主要包括终端移动性，个人移动性和业务移动性。有线侧的 QoS 涉及基于 IP diffSer 的区分业务和 RSVP 的端到端资源预留机制。把 IP diffSer 的 IP QoS 机制映射到无线侧
8、。网络安全包括网络接入安全，核心网安全，应用安全，安全机制可见性与可配置性。在上述现代移动通信关键技术的基础上，产生了陆地蜂窝移动通信、卫星通信以及无线因特网通信技术，这些通信方式使通信面貌发生了巨大的变化，采用数字技术的现代无线通信已经渗入国民经济的各个领域和人们的日常生活，为此，我们需要关心它的发展趋势，希望它朝着越来越方便人们的生活的方向发展，现在就让我们来看看现代移动通信的未来发展趋势吧。现代移动通信技术发展的七个新趋势:一、移动管理已从终端管理向个人管理和智能管理发展二、网络已从同步的数字电路向异步的数字分组和异步传递方式(ATM)发展;三、软件的开发已从算法驱动到面向过程和面向目标
9、的趋势发展;四、信息处理已从话音发展到数据和图像;五、无线频谱的处理已从窄带模拟向窄带 CDMA 发展;六、计算机已从集中式处理发展到分布式服务器和智能化处理;七、半导体器件已从每芯片 16 兆门/150MHz 速率的 VLSI 发展到 0.5 千兆门/350MHz 速率的 VLSI 和 2 千兆门 /550MHz 速率的 VLSI。在这种趋势的引导下，移动通信业务迅猛发展，它满足了人们在任何时间、任何地点与任何个人进行通信的愿望。移动通信是实现未来理想的个人通信服务的必由之路。在信息支撑技术、市场竞争和需求的共同作用下，移动通信技术的发展更是突飞猛进，呈现出以下几大趋势：1)网络业务数据化、
10、分组化；2)网络技术宽带化；3)网络技术智能化；4)更高的频段；5)更有效利用频率；6)各种网络趋于融合。了解、掌握这些趋势对移动通信运营商和设备制造商均具有重要的现实意义。第二章 蜂窝无线通信系统蜂窝通信系统允许大量移动用户无缝地、同时地利用有限的射频（radio frequency，RF）频谱与固定基站中的无线调制解调器通信。基站接收每一个移动台发送来的射频信号，并把他们转换到基带或者带宽微波链路，然后传送到移动交换中心（MSC） ，再由移动交换中心连入公用交换电话网（PSTN） 。同样的，通信信号也可以从PSTN 传送到基站，再从这里发送个移动台。蜂窝系统可以采用频分多址（FDMA） 、
11、时分多址（TDMA） 、码分多址（CDMA）或者空分多址（SDMA）中的任何一种技术。1 概述人们开发出了许多无线通信系统，为不同的运行环境中的固定用户或移动用户提供了接入到通信基础设施的手段。当今大多数无线通信系统都是基于蜂窝无线电概念之上的。蜂窝通信系统允许大量移动用户无缝地、同时地利用有限的射频（radio frequency，RF）频谱与固定基站中的无线调制解调器通信。基站接收每一个移动台发送来的射频信号，并把他们转换到基带或者带宽微波链路，然后传送到移动交换中心（MSC） ，再由移动交换中心连入公用交换电话网（PSTN） 。同样的，通信信号也可以从PSTN 传送到基站，再从这里发送个
12、移动台。蜂窝系统可以采用频分多址（FDMA） 、时分多址（TDMA） 、码分多址（CDMA）或者空分多址（SDMA）中的任何一种技术。无线通信链路具有恶劣的物理信道特征，比如由于传播途径中有再大的障碍物，会产生时变多径和阴影。此外，无线蜂窝系统的性能还会受限于来自其他用户的干扰，因此，对干扰进行准确的建模就很重要。很难用简单的解析模型来描述复杂的信道条件，虽然有集中模型确实易于解析求解并与信道实测数据比较相符，不过，即使建立了完美的信道解析模型，再把差错控制编码、均衡器、分集及网络模型等因素都考虑再链路中之后，要得出链路性能的解析在绝大多数情况下任然是很困难的甚至是不可能的。因此，在分析蜂窝通
13、信链路的性能时，常常需要进行仿真。跟无线链路一样，对蜂窝无线系统的性能分析使用仿真建模时很有效的，这是由于在时间和空间上对大量的随机事件进行建模非常困难。这些随机事件包括用户的位置、系统中同时通信的用户个数、传播条件、每个用户的干扰和功率级的设置（power level setting） 、每个用户的话务量需求等，这些因素共同作用，对系统中的一个典型用户的总的性能产生影响。前面提到的变量仅仅是任一时刻决定系统中的某个用户瞬态性能的许多关键物理参数中的一小部分。蜂窝无线系统指的是，在地理上的服务区域内，移动用户和基站的全体，而不是将一个用户连接到一个基站的单个链路。为了设计特定大的系统级性能，比
14、如某个用户在整个系统中得到满意服务的可能性，就得考虑在覆盖区域内同时使用系统的多个用户所带来的复杂性。因此，需要仿真来考虑多个用户对基站和移动台之间任何一条链路所产生的影响。链路性能是一个小尺度现象，它处理的是小的局部区域内或者短的时间间隔内信道的顺时变化，这种情况下可假设平均接收功率不变。在设计差错控制码、均衡器和其他用来消除信道所产生的瞬时影响的部件时，这种假设时合理的。但是，在大量用户分布在一个广阔的地理范围内时，为了确定整个系统的性能，有必要引入大尺度效应进行分析，比如在大的距离范围内考虑单个用户受到的干扰和信号电平的统计行为时，忽略瞬时信道特征。我们可以将链路级仿真看作通信系统性能的
15、微调，而将系统级仿真看作时整体质量水平粗略但很重要的近似，任何用户在任何时候都可预计达到这个水平。通过让移动台在不同的服务区内共享或者复用通信信道，蜂窝系统能达到较高的容量（比如，为大量的用户服务） 。信道复用会导致公用同一信道的用户之间产生同频干扰，这是影响蜂窝系统容量和性能的主要制约因素之一。因此，在设计一个蜂窝系统时，或者在分析和设计消除同频干扰负面影响的系统方法时，需要正确理解同屏干扰对容量和性能的影响。这些影响主要取决于通信系统的状况，如共享信道的用户数和他们的位置。其他与传播信道条件关系更密切的方面，如路径损耗、阴影衰落（或叫阴影） 、天线辐射模式等对系统性能的影响也很重要，因为这
16、些影响也岁特定用户的位置而改变。本章我们将讨论在同频干扰情况下，包括一个典型系统中的天线和传播的影响。尽管本章考虑的例子比较简单，但提出的分析方法可以容易地进行扩展，以包括蜂窝系统的其他特征。2 蜂窝无线系统系统级描述：如图 2-1 所示，通过把地理区域分成一个个称为小区的部分，蜂窝系统可以在这个区域内提供无线覆盖。把可用的频谱也分成很多信道，每个小区分配一组信道，每个小区中的基站都配备了可以同移动用户进行通信的无线调制解调器。从基站到移动台这个发送方向使用的射频信道称为前向信道，而从移动台到基站这个发送方向使用的信道称为反向信道。前向信道和反向信道共同构成了双工蜂窝信道。当使用频分双工（FD
17、D,frequency division duplex）时，前向信道和反向信道使用不同的频率；当使用时分双工时（TDD,time division duplex）时，前向信道和反向信道占用相同的频率，但使用不同的时隙进行传送。图 2-1 蜂窝通信系统的基本结构高容量的蜂窝系统在小区间进行频率复用，同频小区（共用相同频率的小区）之间要离开足够的距离以减轻同频干扰。如图 2-2 所示，N 个小区构成一个簇（cluster，又叫“区群” ） ，覆盖地理上的服务区，以实现信道复用，N 是簇的大小。把服务区内可用的无线频谱都分配给每一个簇，使同一个簇内的小区不共用相同的信道。如果服务区内的可用频谱由 M
18、 个信道构成，用户均匀分布在服务区内，则每个小区可以分得 M/N 个信道。因为簇在服务区内复制，复用信道将导致同频小区的层状结构（tier） 。同频基站和移动台之间的射频能量传播，会引起同频干扰。例如，如果一个移动台同时接收来自本地小区基站的信号和邻近层的同频小区基站产生的信号，就会产生同频干扰。本例中，其中一个同频前向链路信号（基站到移动台的传输）是我们的有用信号，移动台接收到的其他同频信号就构成了对接机的同频干扰，同频干扰的功率级与同频小区之间的分隔距离密切相关。如果小区建模为如图 2-2 所示的六边形。两个同频小区中心之间的最小距离 （叫做复用距离）等于ND（2-1）RDN3式中 R 式
19、小区的最大半径（这个六边形内接在半径为 R 的圆中） 。因此，我们马上可以从图 2-2 看出，小簇（小复用距离 ）会引起同频小区间的大干扰。N图 2-2 小区簇：三小区复用模式的描述在一个指定小区中接收到的同频干扰的电平，还取决于任一时刻活跃的同频小区的数量。如前所述，在我们感兴趣的那个特定小区周围，同频小区组成一个个的层。在一个给定层中，同频小区的数量取决于层的阶次和用来表示小区的几何形状（如一个基站覆盖的面积） 。对于典型的六边形，最近的同频小区在第一层，有六个同频小区，第二层有 12 个，第三层有 18 个，以此类推。因此，总的同频干扰时从所有层的全部同频小区发送出的同频干扰信号的总和。
20、但是第一层的同频小区对总的干扰时从所有层的全部同频小区发送出的同频干扰信号的总和。但是第一层的同频小区对总的干扰有较强的影响，因为它们更靠近测量干扰的小区。人们认识到同频干扰时制约无线通信系统的容量和链路质量的主要因素之一。在系统容量（大尺度系统问题）和链路质量（小尺度系统问题）之间作折中时，它起到举足轻重的作用。例如，在不增加分配给系统的无线频谱带宽的前提下，得到高容量（大量的用户）的一种措施是，通过减小蜂窝系统簇的大小 N，来缩短信道复用距离。然而，减少簇大小又增加了同频干扰，这会降低链路质量。蜂窝系统中的干扰电平在任何时候都是随机的，必须通过对蜂窝之间的射频传播环境和移动用户的位置进行建
21、模才能仿真。另外，每个用户话务量的统计特性以及基站中信道分配方案的类型决定了瞬时干扰电平和系统的容量。同频干扰的影响可以用通信链路的信干比（SIR）来估计，这里信干比定义为有用信号的功率 S 与总干扰信号的功率 I 之比。由于无线传播影响，用户移动性以及话务量的变化，功率级 S 和 I 都是随机变量，SIR 也是一个随机变量。因此，同频干扰对系统性能产生影响的严重程度，通常用系统的中断概率来进行分析。在这个特定场合下，中断概率定义为 SIR 低于给定阈值 的概率，即0SIR（2-2）dxpIPr)0SIRoutpage （其中 是 SIR 的概率密度函数。要注意链路中断概率和系统中断概率之间的
22、SIR(x)p区别，前者是根据可接受的声音性能所需的特定误比特率（BER）或者 Eb/N0 阈值，确定是否为中断，而后者考虑的是一个典型用户可接受的移动性能所需的 SIR 阈值。如前所述，用来估计蜂窝系统中断概率的解析方法，需要已知射频传播影响、用户移动性和话务量变化等随机量的易于处理的模型，以求得 的解析表达式。然SIR(x)p而，由于这些影响和接受信号电平间的复杂关系，很难对这些影响采用解析模型。因此，主要靠仿真来估计蜂窝系统的中断概率，仿真还为分析提供了灵活性。本章我们给出了蜂窝通信系统的简单仿真示例，着重考虑通信系统的一些系统方面的问题，包括多用户性能、话务量工程和信道复用。为了进行系统级仿真，要考虑单个通信链路的许多方面，包括信道模型、天线辐射模式，以及 Eb/N0（如 SIR）和可接受性能之间的关系。
