第 2 章 3G 关键技术

1. 2.1 2.2 2.3 2.4 移动通信信道 扩频通信系统 数字调制技术 信源编码技术 第2章 3G关键技术

2. 2.6 2.5 2.7 2.8 功率控制技术 信道编码技术 发送接收技术 蜂窝组网技术

3. 随着社会的不断进步、经济的飞速发展，对信息传输的需求越来越大，信息传输在工作、生活中的作用也越来越重要，“社会需求就是科学与技术发展的动力”，现代移动通信在经历了第一代模拟通信系统和第二代数字通信系统（以GSM和窄带CDMA为代表）之后，为适应市场发展的要求，由国际电信联盟（ITU）主导协调，自1996年开始了第三代（3G）宽带数字通信系统的标准化进程。随着社会的不断进步、经济的飞速发展，对信息传输的需求越来越大，信息传输在工作、生活中的作用也越来越重要，“社会需求就是科学与技术发展的动力”，现代移动通信在经历了第一代模拟通信系统和第二代数字通信系统（以GSM和窄带CDMA为代表）之后，为适应市场发展的要求，由国际电信联盟（ITU）主导协调，自1996年开始了第三代（3G）宽带数字通信系统的标准化进程。

4. 3G系统采用了无线宽带传输技术、复杂的编译码技术、调制解调技术、快速功率控制技术、多用户检测技术、智能天线技术、蜂窝组网技术等。 • 本章重点介绍3G的关键技术，主要包括以下几方面的内容：

5. 移动通信信道 • 扩频通信系统 • 数字调制技术 • 信源编码技术

6. 信道编码技术 • 功率控制技术 • 发送接收技术 • 蜂窝组网技术

7. 2.1 移动通信信道 • 信道是信号的传输介质，可分为有线信道和无线信道两类。 • 移动通信中的各种新技术，都是针对无线信道的特点，优化解决移动通信中的有效性、可靠性和安全性。

8. 2.1.1 无线电波的传播 表2-1 无线电波分类

9. 从移动通信信道中的电波传播来看，可分为以下几种形式：从移动通信信道中的电波传播来看，可分为以下几种形式： • （1）直射波 • （2）反射波 • （3）绕射波 • （4）散射波

10. 2.1.2 接收信号的4种效应 • 移动通信信道有3个主要特点：信号传播的开放性，接收点地理环境的复杂性和多样性，以及通信用户的随机移动性。

11. 无线电波有3种主要传播形式：直射、反射、绕射，在它们的共同作用下，接收信号具有4种主要效应：阴影效应、远近效应、多径效应和多普勒效应。无线电波有3种主要传播形式：直射、反射、绕射，在它们的共同作用下，接收信号具有4种主要效应：阴影效应、远近效应、多径效应和多普勒效应。

12. （1）阴影效应 • （2）远近效应 • （3）多径效应 • （4）多普勒效应

13. 图2-1 多径效应

14. 图2-2 多普勒效应

15. 2.1.3 接收信号的3类损耗 • 在移动通信信道的3个主要特点和无线电波传播的3种主要形式的共同作用下，接收信号又具有3类不同层次的损耗：路径传播损耗、大尺度衰落损耗和小尺度衰落损耗。

16. （1）路径传播损耗 • （2）大尺度衰落损耗 • （3）小尺度衰落损耗

17. 图2-3 大尺度衰落和小尺度衰落

18. 2.1.4 移动通信中的噪声和干扰 • 在移动通信中，严重影响移动通信系统性能的主要噪声和干扰可分为四类：加性白高斯噪声（Additional White Gauss Noise，AWGN）、符号间干扰（Intersymbol Interference，ISI）、多址干扰（Multiple Access Interference，MAI）和相邻小区（扇区）干扰（Adjacent Cell (Sector) Interference，AC(S)I），下面分别予以简要介绍。

19. （1）加性白高斯噪声 • （2-1）

20. （2）符号间干扰（ISI） 图2-4 AWGN信道

21. （3）多址干扰（MAI ） • （4）相邻小区（扇区）干扰（AC(S)I）

22. 2.1.5 移动通信信道的物理模型 • 在实际研究工作中，移动通信信道可以分为4种常用的信道模型。 • （1）AWGN信道 • （2）阴影衰落信道 • （3）平坦瑞利衰落信道 • （4）选择性衰落信道

23. 2.2 扩频通信系统 • CDMA是在扩频通信技术基础上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。

24. 2.2.1 多址接入技术 图2-5 3种接入方式示意图

25. 1．频分多址 • 频分多址（FDMA）是最成熟的多址复用方式之一，它是基于频率划分信道，把可以使用的总频段平均划分为N个频道，这些频道在频域上互不重叠，每个频道就是一个通信信道。

26. 2．时分多址 • 时分多址（TDMA）也是非常成熟的通信技术。 • TDMA是在同一载波上，将时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干的时隙（每一帧和每个时隙都互不重叠），每个时隙是一个通信信道，分配给用户使用。

27. 3．码分多址 • 码分多址（CDMA）采用扩频通信技术，每个用户分配特定的地址码，利用地址码相互之间的正交性（或准正交性）完成信道分离的任务。 • CDMA在频率、时间、空间上可以相互重叠。

28. 由于CDMA系统采用扩频技术，与FDMA和TDMA相比，CDMA具有如下独特的优点：由于CDMA系统采用扩频技术，与FDMA和TDMA相比，CDMA具有如下独特的优点： • （1）系统容量大且有软容量的特性 • （2）可采用语音激活技术 • （3）抗干扰能力强

29. （4）软切换 • （5）可采用多种分集技术 • （6）低信号功率谱 • （7）频率规划简单，可同频组网 • （8）保密性好

30. 2.2.2 扩频通信系统 • 1．扩频通信和扩频通信系统 • 扩频通信，即扩展频谱通信，顾名思义是在发送端用某个特定的扩频函数（如伪随机编码序列）将待传输的信号频谱扩展至很宽的频带，变为宽带信号。

31. 送入信道中传输，在接收端再利用相应的技术或手段将扩展了的频谱进行压缩，恢复到基带信号的频谱，从而达到传输信息、抑制传输过程中噪声和干扰的目的。送入信道中传输，在接收端再利用相应的技术或手段将扩展了的频谱进行压缩，恢复到基带信号的频谱，从而达到传输信息、抑制传输过程中噪声和干扰的目的。 • 扩频通信系统是采用扩频通信技术的系统。

32. 扩频通信系统有以下两个特点： • （1）传输信号的带宽远大于被传输的原始信号的带宽； • （2）传输信号的带宽主要由扩频函数决定，此扩频函数通常为伪随机（伪噪声）编码信号。

33. 2．扩频通信的发展简史和应用 • 扩频通信技术起源于第二次世界大战，是基于军事领域的实际需要而产生的，目的是在敌方控制区内提供一种保密通信的方法。

34. 随着时间的推移和技术的发展，特别是信号处理技术、大规模集成电路和计算机技术的发展，推动了扩频通信理论、方法、技术等方面的研究发展和普及应用，使最初只用于军事领域的扩频通信系统越来越广泛应用于卫星通信、个人移动通信、雷达、导航、测距等领域。

35. 3．典型扩频通信系统框图 图2-6 典型的扩频通信系统框图

36. （1）信源和信宿 • （2）编码和译码 • （3）扩频和解扩 • （4）调制和解调 • （5）无线信道

37. 4．扩频通信系统分类 • （1）直接序列扩频通信系统 • （2）跳频扩频系统 • （3）跳时扩频系统 • （4）线性脉冲调频系统 • （5）混合扩频通信系统

38. 5．扩频通信系统主要优缺点 • 扩频通信系统的主要优点如下。 • （1）抗干扰能力强 • （2）多址能力强 • （3）保密性强，抗截获、抗检测能力强

39. （4）抗衰落能力强 • （5）抗多径能力强 • （6）高分辨率测距

40. 2.2.3 信道化码和扰码 • 1．基本概念 • （1）基本函数运算 • 如果二进制数字信号用0或1表示，是单极性码；如果用−1表示0，1表示1，是双极性码。

41. 单极性码的逻辑运算由模2加实现，运算规则是：单极性码的逻辑运算由模2加实现，运算规则是：

42. 双极性码的逻辑运算由逻辑乘实现，运算规则是：双极性码的逻辑运算由逻辑乘实现，运算规则是：

43. （2）相关函数 • 相关函数是任意两个信号之间的相似性的测度，分为周期相关函数和非周期相关函数两种，下面分别给出它们的定义。

44. 设两个长度为N的序列a和b，非周期相关函数 定义为：

45. （2-2）

46. 周期相关函数 定义为： （2-3） ,

47. 其中·表示逻辑运算，当a和b是单极性码时，·表示模2加；当a和b是双极性码时，·表示逻辑乘。其中·表示逻辑运算，当a和b是单极性码时，·表示模2加；当a和b是双极性码时，·表示逻辑乘。

48. 当a ≠ b， 和 分别被称为非周期互相关函数和周期互相关函数；当a = b， 和 分别被称为非周期自相关函数和周期自相关函数。简写为 和 • 。

49. 本书中的相关函数，如非特别声明，均指周期相关函数。本书中的相关函数，如非特别声明，均指周期相关函数。

50. （3）正交函数 • 正交函数是具有零相关特性的函数，则互相关函数为0的两个序列是正交序列。