移动通信系统现有核心技术论述与分析--------------以第一代移动通信为例摘要本文主要是简单介绍动通信发展现状以及1G的工作原理、关键技术、性能分析等。

例如，数字蜂窝技术GSM，关键技术等的。

同时本文针对一些热门的技术做了性能比较的仿真。

它们分别是QDPSK通信系统仿真与CDMA 系统中一种改进的Rake 接收机算法仿真。

关键字：移动通信关键技术GSM CDMA QDPSKAbstractThis article is a brief introduction and development of Mobile Communications. It includes 1G’s working principle, key technologies and performance analysis. At the same time, in this paper a number of popular technologies have done a performance comparison of the simulation. They are QDPSKcommunication system and an arithmetic simulation of Rake.Keywords: Mobile Communication Key Technologies Performance Comparison我国是世界上移动通信发展最快的国家之一，到1997年底用户已达1323万，预计到今年移动用户数将达到3000万以上。

在第一代(1G)和第二代(2G)移动通信系统发展中，由于多方面的因素，我们未能真正形成自己的移动通信产业，现在，第三代移动通信国际上正处于起步阶段，相关的体制、标准制定工作才开始进行。

第一代移动通信主要采用的是模拟技术和频分多址(FDMA)技术。

由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只能是一种区域性的移动通信系统。

第一代移动通信有多种制式，我国主要采用的是TACS。

第一代移动通信有很多不足之处，如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务和不能提供自动漫游等。

一．第一代移动通信系统（1G）介绍第一代移动通信系统（1G）是20世纪80年代发展起来的模拟蜂窝移动电话系统。

代表这一系统的有北美的AMPS (Advanced Mobile Phone Service)、英国的TACS (Total Access Communications System)、北欧的NMT-900及日本HCNTS 等。

模拟系统的主要缺点是：频谱利用率低，不能与ISDN兼容，保密性差以及移动终端要进一步实现小型化、低功耗、低价格的难度都很大。

20世纪70～80年代：AMPS、TACS分别在美国、英国投入使用。

使用频段为800/900MHz（早期曾使用450MHz），全自动拨号，全双工工作，具有越区频道转换，自动漫游通信功能。

频谱利用率、系统容量和话音质量都有明显的提高。

AMPS系统和TACS系统均为模拟蜂窝系统通信系统，属第一代移动通信系统。

第一代移动通信系统采用FDMA防水的模拟蜂窝系统。

其缺点是容量小，不能满足飞速发展的移动通信业务量和业务种类的需求。

表1-1 AMPS制式与TACS制式的主要差别1．第一代移动通信系统（1G）工作原理第一代移动通信系统是模拟制式的系统，采用的是模拟网。

模拟网的信号以模拟方式进行调制，其模拟级数采用的是频分多址。

(移动通信规定的频段为905—915MHZ，每25KHZ为个信道，支持一对用户通话)。

中国的模拟网有A网(Motorola设备)及B网(Ericsson设备)之分，现在两网己实现互通。

模拟网信号失真度小，因而音质可与有限电话比美。

且由于建设较早，覆盖完善，全国大部分县级城市均有覆盖。

模拟网的缺点是其信道数量相对较少，保密性差。

多址方式：FDMA双工方式：FDD话音传输方式：模拟窄带调频，无数字化（信源编码）信令传输方式：数字信令，FSK工作频段：800MHz-900MHz发射功率：BS:25~100W; MS:3~15W信道带宽：12.5kHz-30kHz频率再用程度：每区群小区数：7-12小区最小半径：2-20km通信（电话）容量：信道总数；每小区可用信道数；单位面积可用信道数2．第一代移动通信系统（1G）关键技术第一代移动通信系统（1G）的主要技术是模拟调频、频分多址（FDMA），其主要业务是话音。

其核心技术为：频率再利用技术（蜂窝技术）、越区切换技术、移动台载波频率灵活可控的窄带模拟调频技术等。

（1）模拟调频模拟调频是指用连续基带信号使载波的频率连续变化的调制。

（2）频分多址FDMA (Frequency Division Multiple Access)应用这种多址方式的主要蜂窝系统有北美的AMPS (Advanced Mobile Phone Service)和英国的TACS (Total Access Communications System)。

所谓FDMA，就是在频域中一个相对窄带信道里，信号功率被集中起来传输，不同信号被分配到不同频率的信道里，发往和来自邻近信道的干扰用带通滤波器限制，这样在规定的窄带里只能通过有用信号的能量，而任何其他频率的信号被排斥在外。

模拟的FM蜂窝系统都采用了FDMA。

（3）移动通信系统中FDMA寻址方式的频谱效率在FDMA蜂窝系统中，频谱效率取决于每赫兹带宽信息比特率和频率复用系数。

美国模拟蜂窝系统AMPS将分配的频谱分成30kHz带宽的许多信道，并使用窄带FM调制，调制效率为每30kHz一条话路。

由于干扰，同一频率不能在每一小区中重复作用。

为提供可靠的通话质量，载干比（C/I）需要18dB或更高。

在大多数情况下，这个C/I值需要在频率复用系数为1/7时才能达到。

频率复用系数是表示相同频率是如何被复用的数目。

因此, 得到的结论是：每个小区中必须占用210kHz的频谱才有一条话路。

通过减小小区面积增加小区数，虽然从理论上能取得任意高的话路容量，但需要增加设备费用。

此外，由于小区覆盖范围减小，也增加了基站间的切换次数。

切换次数的增加将导致两个坏处：一是容易掉话；二是加重了交换机的负担。

通过减小小区面积增加小区数，虽然从理论上能取得任意高的话路容量，但需要增加设备费用。

此外，由于小区覆盖范围减小，也增加了基站间的切换次数。

切换次数的增加将导致两个坏处：一是容易掉话；二是加重了交换机的负担。

3. 第一代移动通信系统（1G）性能第一代（1G）模拟蜂窝移动电话系统的能力与不足:•可实现小区内、小区间、移动电话交换局间移动电话接续、双向通话；•可实现移动电话与固定电话间接续、双向通话；•系统间兼容性差，不便于国际漫游；•系统保密性差，易被监听、非法并机；•不便于推广其它增值数据业务；•频率再利用率较低，系统容量偏低；•限制系统容量的主要因素：同道干扰，互调干扰；•模拟技术，不便于大规模集成，信道化收发，载波数量众多；•移动台发射功率较大。

二．移动通信系统现有核心技术论述与分析1 .QDPSK 技术简介(1) 调制原理多进制数字相位调制又称多相制，它利用载波的多种不同相位或相位差来表征数字信息的调制方式。

QDPSK（四相相对移相调制）信号是利用前后码元之间的相对相位变化来表示数字信息。

若以前一双比特码元相位作为参考，Δφn 为当前双比特码元与前一双比特码元初相差，四相相对码变换的逻辑关系如表一所示。

表一QDPSK 编码与载波相位变化关系QDPSK 信号的调制通常采用码变换加调相法。

先将输入的双比特码进行码形变换，再用码形变换器输出的双比特码进行四相绝对移相，所得到的输出信号便是四相相对移相信号（QDPSK 信号），其调制原理如图一所示。

图中，串/ 并变换器将输入的二进制序列分为速率减半的两个并行序列ab，码变换器的作用是将输入的双比特码ab转换成双比特码cd，并且信号cd 与信号ab 的关系能够满足表一的要求，此时码形变换器输出的为四相绝对移相信号（QPSK 信号），最后再进行绝对调相即可得到QDPSK 信号。

(2) 解调原理QDPSK 信号的解调通常采用码反变换加相干解调法。

QDPSK 信号可以看作两个载波正交2DPSK 信号的合成，因此对QDPSK 信号的解调可以采用与2DPSK 信号类似的解调方法进行解调。

解调原理如图二所示，它可以看成是由QPSK信号解调器和码反变换器组成，同相支路和正交支路采用相干解调方式解调，经抽样判决和并/ 串变换器，将上、下支路得到的并行数据恢复成串行数据，如此即可完成QDPSK 信号的解调。

2. 系统仿真模型的建立因为传输信道中的噪声干扰会使发射端的功率降低，所以引入增益（系统增益参数设置为2.8184），以使发射端信号在进入信道传输前增大功率，防止功率衰减。

(1) QDPSK 调制器的构成(1) 信源模块本仿真系统信源为自定义模块，此模块为反馈连接方式构建的反馈移位寄存器。

它产生二进制m序列,即带线性反馈的移位寄存器产生的周期最长的一种序列，共有4 级移位寄存器，16 种不同状态。

除全“0”状态外，剩下15 种状态可用，即由4 级反馈移位寄存器产生序列的周期最长为15。

(2)串并变换模块此模块为自定义模块，串并转换器将输入的二进制序列依次分为两个并行的双极性序列，每一对序列称为一个双比特码元，一路为同相支路信号，另一路为正交支路信号。

(3)差分相位编码模块此模块为自定义模块，差分相位编码器的作用是将串并模块输出的两个并行序列绝对码变换为相对码（四进制差分码），然后再进行绝对调相，这样就避免了相位模糊问题。

(4)乘法器及加法器对载波进行正交调制，最后加法器的输出即为QDPSK 信号。

(2) QDPSK 解调器的构成(1)乘法器Produce2 和Produce3 模块接收端的两个乘法器完成载波同步解调，同时将接收的绝对码变换为相对码。

(2)低通滤波器LPF 和LPF1 模块用低通滤波器滤除带外噪声。

(3)解码电路模块此模块为自定义模块，解码电路完成绝对码到相对码的转变。

(4)符号取值模块Sign 和Sign1此模块是参数固定的模块，实现的功能为: 若输入为正，则输出“+1”; 若输入为负，则输出“-1”; 若输入为0，则输出“0”。

(5)并串变换模块此模块为自定义模块，脉冲发生器为采样保持器提供门控信号。

采样保持器对输入信号采样，并保持采样信号波形输出。

(3) 仿真结果及分析为了全面客观地观测整个调制解调过程，在该QDPSK 通信系统仿真模型的关键点处都设置了示波器，由信源模块产生一组m序列（100011110101100）作为输入信号。