移动通信原理

       多址技术使众多的用户共用公共的通信线路。为使信号多路化而实现多址的方法基本上有三种，它们分别釆用频率、时间或代码分隔的多址连接方式，即通常所称的频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）三种接入方式。图4.1用模型表示了这三种方法一个简单的概念。FDMA是以不同的频率信道实现通信的，TDMA是以不同的时隙实现通信的，而CDMA是以不同的代码序列实现通信的。

1）频分多址

       频分，有时也称为信道化，就是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道（发射和接收载频对），每个信道可以传输一路话音或控制信息。在系统的控制下，任何一个用户都可以接入这些信道中的任何一个。

       模拟蜂窝系统是FDMA结构的一个典型例子，数字蜂窝系统中也同样可以釆用FDMA,只是不会釆用纯粹频分的方式，如GSM系统就采用了FDMAo

图4.1  三种多址方式概念示意图

2）时分多址

       时分多址是在一个宽带的无线载波上，按时间（或称为时隙）划分为若干时分信道，每个用户占用一个时隙，只在这一指定的时隙内收（或发）信号，故称为时分多址。此多址方式在数字蜂窝系统中釆用，GSM系统也采用了此种方式。

       TDMA是一种较复杂的结构，最简单的情况是单路载频被划分成许多不同的时隙，每个时隙传输一路猝发式信息。TDMA中关键部分为用户部分，每一个用户分配一个时隙（在呼叫开始时分配），用户与基站之间进行同步通信，并对时隙进行计数。当自己的时隙到来时，手机就启动接收和解调电路，对基站发来的猝发式信息进行解码。同样，当用户要发送信息时，首先将信息进行缓存，等到自己时隙的到来。在时隙开始后，再将信息以加倍的速率发射出去，然后又开始积累下一次猝发式传输［⑵。

       TDMA的一个变形是在一个单频信道上进行发射和接收，称为时分双工（TDD）。其最简单的结构就是利用两个时隙，一个发一个收。当手机发射时基站接收，基站发射时手机接收，交替进行。TDD具有TDMA结构的许多优点：猝发式传输、不需要天线的收发共用装置等。它的主要优点是可以在单一载频上实现发射和接收，而不需要上行和下行两个载频，不需要频率切换，因而可以降低成本。TDD的主要缺点是满足不了大规模系统的容量要求。

3）码分多址

       码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式。它不像FDMA、TDMA那样把用户的信息从频率和时间上进行分离，它可在一个信道上同时传输多个用户的信息，也就是说，允许用户之间的相互干扰。其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码，编码后的信息混合后不会丢失原来的信息。有多少个互为正交的码序列，就可以有多少个用户同时在一个载波上通信。每个发射机都有自己唯一的代码（伪随机码），同时接收机也知道要接收的代码，用这个代码作为信号的滤波器，接收机就能从所有其他信号的背景中恢复出原来的信息码（这个过程称为解扩）。

       当手机在小区内移动时，它的发射功率需要变化。当它离基站较近时，需要降低发射功率，减少对其他用户的干扰，当它离基站较远时，就应该增加功率，克服增加了的路径衰耗。

       所有的GSM手机都可以以2dB为一等级来调整它们的发送功率，GSM900移动台的最大输出功率是8W（规范中最大允许功率是20W,但现在还没有20W的移动台存在）oDCS1800移动台的最大输出功率是1W。相应地，它的小区也要小一些。

       移动通信飞速发展的一大原因是发明了蜂窝技术。移动通信的一大限制是使用频带比较有限，这就限制了系统的容量，为了满足越来越多的用户需求，必须要在有限的频率范围内尽可能地扩大它的利用率，除了采用前面介绍过的多址技术等，还发明了蜂窝技术。

       那么什么是蜂窝技术呢？移动通信系统是釆用一个叫基站的设备来提供无线服务范围的。基站的覆盖范围有大有小，我们把基站的覆盖范围称为“蜂窝”（Cell）,蜂窝技术因此而得名。将一个大的地理区域分割成多个“蜂窝”的目的，是充分利用有限的无线传输频率。每一组连接（对于无线电话而言就是每一组会话）都需要专门的频率，而可以使用的频率一共只有大约1000个。为了使更多的会话能同时进行，蜂窝系统给每一个“蜂窝”（即每一个小的区域）分配了一定数额的频率。不同的蜂窝可以使用相同的频率，这样，有限的无线资源就可以充分利用了。釆用大功率的基站主要是为了提供比较大的服务范围，但它的频率利用率较低，也就是说基站提供给用户的通信通道比较少，系统的容量也就大不起来，对于话务量不大的地方可以釆用这种方式，我们也称其为大区制。釆用小功率的基站主要是为了提供大容量的服务范围，同时它釆用频率复用技术来提高频率利用率，在相同的服务区域内增加了基站的数目，有限的频率得到多次使用，所以系统的容量比较大，这种方式称为小区制或微小区制。

1）话务量

       话务量是度量通信系统业务量或繁忙程度的指标，是指单位时间内（1小时）进行的平均电话交换量。

话务量分为流入话务量和完成话务量。

若话务量用刀表示，则

A=Sxλ（4.1）

       其中，S为每次呼叫平均占用信道的时间，单位为“小时/次”；义为每小时的平均呼叫次数（流入话务量），单位为“次/小时”。

      话务量A是无量纲的量，命名为“爱尔兰”，简称Erl。如果一小时内不断地占用一个信道，则其呼叫话务量为1爱尔兰，是一个信道具有的最大话务量。

      设在100个信道上，平均每小时有2100次呼叫，平均每次呼叫时间为2min,则这些信道上的呼叫话务量为

2)呼损率

设完成话务量用為表示，单位时间内呼叫成功的次数为为，则

A0=Sxλ0(4.3)

呼损率B定义为

       呼损率也称通信网的服务等级。呼损率越小，成功呼叫的概率越大，服务等级越高。但是，呼损率和流入话务量是相互矛盾的，即服务等级和信道利用率是矛盾的，要使呼损率变小，只有让流入的话务量变小，要折中处理。

  如果呼叫有以下性质：

       (1)每次呼叫相互独立，互不相关(呼叫具有随机性)；

       (2)每次呼叫在时间上都有相同的概率，并假定移动通信系统的信道数为〃。

则呼损率可用爱尔兰呼损公式计算：

式(4.4)就是电话工程中的爱尔兰公式。

      在移动通信的无线网络设计中，解决无线覆盖区和无线电干扰是两大难题。无线电干扰一般分为同频道干扰、邻频道干扰、互调干扰等。

1)同频道干扰

      所有落在收信机通带内的与有用信号频率相同或相近的干扰信号。基本措施：通过基站站址布局(保持同频复用距离)、合理的覆盖区设计及频道配置，以满足将同频干扰抑制到允许的指标以内。

2)邻频道干扰

       工作在K频道的接收机受到工作于K±\频道的信号的干扰，即邻道(K±l频道)信号功率落入K频道的接收机通带内造成的干扰称为邻频道干扰。解决措施如下：

(1)降低发射机落入相邻频道的干扰功率，即减小发射机带外辐射。

(2)提高接收机的邻频道选择性。

(3)在网络设计中，避免相邻频道在同一小区或相邻小区内使用。

        对无线电频率而言，其频谱包括无线电波、可见光、X光、丫射线等。而无线电波又包含低频区、中频区(如AM)、高频区等，其中高频区又含高频(HF,3〜30MHz如短波)、甚高频(VHF,30〜300MHz如FM、TV)、特高频(UHF,300MHz〜3GHz如TV、手机)、超高频(SHF,3〜30GHz如卫星L频道、S频道(2.6/2.5GHz)、C频道(6/4GHz)、X频道(8/7.5GHz),Ku频道(14/llGHz、14/12GHz或18/12GHz)、Ka频道(30/20GHz))、极高频(EHF,30〜300GHz)等子区。这些频道的商业用途大约可分为手机、行动计算、无线区域网络及卫星四大类。为了有效掌握无线频谱资源，频道的使用重点在于频道的特性及互动方式。

3)互调干扰

       在专用网和小容量网中，互调干扰可能成为组网较关心的问题。下面介绍四类互调干扰：发射机互调干扰、接收机互调干扰、阻塞干扰和近端对远端干扰。

       (1)发射机互调干扰。一部发射机发射的信号进入了另一部发射机，并在其末级功放的非线性作用下与输出信号相互调制，产生不需要的组合干扰频率，对接收信号频率与这些组合频率相同的接收机造成的干扰，称为发射机互调干扰。

       (2)接收机互调干扰。当多个强干扰信号进入接收机前端电路时，在器件的非线性作用下，干扰信号互相混频后产生可落入接收机中频频带内的互调产物而造成的干扰称为接收机互调干扰。

       (3)阻塞干扰。当外界存在一个离接收机工作频率较远，但能进入接收机并作用于其前端电路的强干扰信号时，由于接收机前端电路的非线性而造成对有用信号增益降低或噪声增高，使接收机灵敏度下降的现象称为阻塞干扰。这种干扰与干扰信号的幅度有关，幅度越大，干扰越严重。当干扰电压幅度非常强时，会导致接收机收不到有用信号而使通信中断。

       (4)近端对远端的干扰。当基站同时接收从两个距离不同的移动台发来的信号时，距离基站近的移动台B(距离％)到达基站的功率明显要大于距离基站远的移动台A(距离d\,d2«d})的到达功率，若两者频率相近，则距基站近的移动台B就会造成对距基站远的移动台A的有用信号的干扰或抑制，甚至将移动台A的有用信号淹没。这种现象称为近端对远端的干扰(远近效应)。

       移动通信网是承接移动通信业务的网络，主要完成移动用户之间、移动用户与固定用户之间的信息交换。信息交换包括话音、数据、传真和图像等。

       移动通信网的服务区域覆盖可分为两类:小容量的大区制和大容量的小区制(蜂窝系统)。

1)大区制

(1)大区：在一个服务区域内只有一个或几个基站(BS)o

(2)基站作用：负责移动通信的联络和控制。特点：天线架设得高；发射机输出功率大(200W)；服务区内所有频道都不能重复；覆盖半径为30〜50km。

(3)优点：组成简单，投资少，见效快。

(4)缺点：服务区内的所有频道(一个频道包含收、发一对频率)的频率都不能重复,频率利用率和通信容量都受到了限制。

(5)适用范围：主要用于专网或用户较少的地域。

2)小区制

(1)小区：把整个服务区域划分为若干个无线小区(Cell),每个小区分别设置一个基站。半径2~20km,小的1〜3km甚至500mo

(2)功率：5〜20W。

(3)基站作用：负责本区移动通信的联络和控制，又可在移动业务交换中心(MSC)的统一控制下，实现小区之间移动用户通信的转接，以及移动用户与市话用户的联系。

(4)区群：由采用不同信道的若干小区组成的覆盖区域。

(5)频率复用：将相同的频率在相隔一定距离的小区中重复使用。

(6)要求：使用相同频率的小区(同频小区)之间干扰足够小，只有不同区群中的小区才能进行频率复用(或信道复用)。

(7)n频制：称釆用不同信道的〃个小区组成的区群为«频制。

在无线通信系统中，与外界传播媒介的接口是天线系统，天线的选取和设计直接关系到整个网络的质量。

       在无线通信系统中，天线辐射和接收无线电波。发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时把电磁波转换为高频电流。天线的型号、增益、方向图、驱动天线功率、简单或复杂的天线配置和天线极化等都影响系统的性能。

1)天线增益

       增益是天线的最重要参数之一，天线增益的定义与全向天线或半波振子天线有关。全向辐射器是假设在所有方向上都辐射等功率的辐射器。在某一方向的天线增益是该方向上的场强与定向辐射器在该方向产生的辐射强度之比，见图4.2。dBi表示天线增益是方向天线相对于全向辐射器的参考值，dBd是相对于半波振子天线的参考值，两者之间的关系是

dBi=dBd+2.15(4.6)

图4.2   全向天线与半波振子天线增益比较

 

2)方向图

       天线的辐射电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形，称为方向图。用辐射场强表示的称为场强方向图，用功率密度表示的称为功率方向图，用相位表示的称为相位方向图。

       天线方向图是空间立体图形，但是通常应用的是两个互相垂直的主平面内的方向图，称为平面方向图。在线性天线中，由于地面影响较大，都釆用垂直面和水平面作为主平面。在面型天线中，则釆用E平面和H平面作为两个主平面。归一化方向图取最大值为一。

       在方向图中，包含所需最大辐射方向的辐射波瓣叫天线主波瓣，也称天线波束。主瓣之外的波瓣叫副瓣或旁瓣或边瓣，与主瓣相反方向上的旁瓣叫后瓣。图4.3(a)为全向

图4.3   全向天线波瓣示意图

 

图4.4   定向天线波瓣示意图 

通常会用到天线方向图以下一些参数。

(1)零功率波瓣宽度，指主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角。

(2)半功率点波瓣宽度，指最大值下降到0.707(即下降3dB)点的夹角。

(3)副瓣电平，指副瓣最大值和主瓣最大值之比。

(4)前后比。

3)极化

       极化是描述电磁波场强矢量空间指向的一个辐射特性，当没有特别说明时，通常以电场矢量的空间指向作为电磁波的极化方向，而且通常是针对在该天线的最大辐射方向上的电场矢量来说的。

       电场矢量在空间的取向在任何时间都保持不变的电磁波称为直线极化波，有时以地面作为参考，将电场矢量方向与地面平行的波称为水平极化波，与地面垂直的波称为垂直极化波。由于水平极化波和入射面垂直，故又称为正交极化波；垂直极化波的电场矢量与入射平面平行，称为平行极化波。电场矢量和传播方向构成的平面称为极化平面。

1)电压驻波比

      电压驻波比(\feltageStandingWaveRatio,VSWR)在移动通信蜂窝系统的基站天线中，其最大值应小于或等于1.5：1。

       在不匹配的情况下，馈线上同时存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅Vmax，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方，电压振幅相减为最小电压振幅Vmin，形成波节。其他各点的振幅值则介于波腹与波节之间。这种合成波称为行驻波。

       定义反射波电压和入射波电压幅度之比为反射系数，记为R(其中ZL是天线输入阻抗，Z。是特性阻抗)：

波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比，记为VSWR：

       天线输入阻抗与特性阻抗不一致时，产生的反射波和入射波在馈线上叠加形成驻波，其相邻电压最大值和最小值之比就是电压驻波比。天线输入阻抗ZL和特性阻抗Z。越接近，反射系数R越小，驻波比VSWR越接近于1,匹配也就越好。

       电压驻波比过大，将缩短通信距离，而且反射功率将返回发射机功放部分，容易烧坏功放管，影响通信系统正常工作。

2)前后比(F/B)

       前后比(F/B)指天线的后向180°±30°以内的副瓣电平与最大波束之差，用正值表示。一般天线的前后比为18〜45dB。对于密集市区要积极采用前后比大的天线，如40dB。

3）端口隔离度

       对于多端口天线，如双极化天线、双频段双极化天线，收发共用时端口之间的隔离度应大于30dBo

4）回波损耗

      回波损耗指在天线的接头处的反射功率与入射功率的比值。回波损耗反映了天线的匹配特性。

5）功率容量

       功率容量指平均功率容量，天线包括匹配、平衡、移相等其他耦合装置，其所承受的功率是有限的，考虑到基站天线的实际最大输入功率（单载波功率为20W）,若天线的一个端口最多输入六个载波，则天线的输入功率为120W,因此天线的单端口功率容量应大于200W（环境温度为65°C时）o

6）零点填充

       基站天线垂直面内釆用赋形波束设计时，为了使业务区内的辐射电平更均匀，下副瓣第一零点需要填充，不能有明显的零深。通常零深相对于主波束大于-20dB即表示天线有零点填充，对于大区制基站天线无这一要求。高增益天线尤其需要釆取零点填充技术来有效改善近处覆盖。

7）上副瓣抑制

      对于小区制蜂窝系统，为了提高频率复用能力，减少对邻区的同频干扰，基站天线波束赋形时应尽可能降低那些瞄准干扰区的副瓣，第一副瓣电平应小于-18dB,对于大区制基站天线无这一要求。

8）天线输入接口

       为了改善无源交调及射频连接的可靠性，在天线使用前，端口上应有保护盖，以免生成氧化物或进入杂质。

9）无源互调

      无源互调（P1M）特性是指接头、馈线、天线、滤波器等无源部件工作在多个载频的大功率信号条件下由于部件本身存在非线性而引起的互调效应。通常都认为无源部件是线性的，但是在大功率条件下无源部件都不同程度地存在一定的非线性，这种非线性主要是由以下因素引起的：不同材料的金属的接触；相同材料的接触表面不光滑；连接处不紧密；存在磁性物质等［⑶。

       互调产物的存在会对通信系统产生干扰，特别是落在接收带内的互调产物将对系统的接收性能产生严重影响，因此在GSM系统中对接头、电缆、天线等无源部件的互调特性都有严格的要求。接头的无源互调指标应达到-150dBc,电缆的无源互调指标应达到-170dBc,天线的无源互调指标应达到-150dBc。

10）天线尺寸和重量

       为了保证天线储存、运输和安装过程中的安全，在满足各项电气指标的情况下，天线的外形尺寸应尽可能小，重量尽可能轻。

11）风载荷

       基站天线通常安装在高楼及铁塔上，尤其在沿海地区，常年风速较大，要求天线在 36m/s时正常工作，在55m/s时不被破坏。

12)工作温度和湿度

基站天线应在环境温度-40〜+65C、相对湿度0%〜100%范围内正常工作。

13)雷电防护

基站天线所有射频输入端口均要求直流直接接地。

14)三防能力

基站天线必须具备三防能力，即防潮、防盐雾、防霉菌。对于基站全向天线必须允许天线倒置安装，同时满足三防要求。

1)天线分集技术

       (1)分集概念。在移动无线电环境中信号衰落会产生严重问题。随着移动台的移动，瑞利衰落随信号瞬时值快速变动，而对数正态衰落随信号平均值(中值)变动。这两者是构成移动通信接收信号不稳定的主要因素，它使接收信号大大地恶化了。虽然通过增加发信功率、天线尺寸和高度等方法能取得改善，但釆用这些方法在移动通信中比较昂贵，有时也显得不切实际；而釆用分集方法即在若干个支路上接收相互间相关性很小的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。通常在接收站址使用分集技术，因为接收设备是无源设备，所以不会产生任何干扰。分集的形式可分为两类，一是显分集，二是隐分集。下面仅讨论显分集，它又可以分为基站显分集与一般显分集两类。

       基站显分集是由空间分离的几个基站全覆盖或部分覆盖同一区域。由于有多重信号可以利用，大大减小了衰落的影响。由于电波传播路径不同，地形地物的阴影效应不同，所以经过独立衰落路径传播的多个慢衰落信号是互不相关的。各信号同时发生深衰落的概率很小，若釆用选择分集合并，从各支路信号中选取信噪比最佳的支路，即选出最佳的基站和移动台建立通信，以消除阴影效应和其他地理影响。所以基站显分集又称为多基站分集。

       一般显分集用于抑制瑞利衰落，其方法有传统的空间分集、频率分集、极化分集、角度分集、时间分集和场分量分集等多种方法。

       (2)分集与合成。分集特性决定于分集分支的数量和接收分集之间的相关系数。如果各分支的相关系数相同，那么各种分集方案都可实现相同的相关性能。我们还必须考虑如何合成分集接收的多个信号，合适的合成技术会产生较好的性能。例如，采用。重分集，合并前的q个信号为S1(t),S2(t),…，Sq(t)考虑到合成可在各分集天线和接收机之间、在接收机中频输出端和检波之后的基频输出端进行，因此这里的品⑵应理解成高频信号、中频信号或基频信号的一般形式。所谓合成问题也就是Si(t)如何组合相加的问题。合成后的信号可表示为

       其中，kl，k2…，kq为加权系数。选择不同的加权系数，就产生了不同的合并方法。有四种常用的合成技术：最大比合成技术(MRC)、等增益合成技术(EGC)、选择合成技术(SEC)、转换合成技术(SWC)o这些合成技术是天线技术中重要的组成部分。在移动通信中，通常釆用空间分集和极化分集，分集增益可在5dB左右。

       (3)空间分集。空间分集是利用场强随空间的随机变化实现的。在移动通信中，空间略有变动就可能岀现较大的场强变动。空间的间距越大，多径传播的差异就越大，所受场强的相关性就越小，在这种情况下，由于深衰落难得同时发生，分集便能把衰落效应降到最小。为此必须确定必要的空间间隔。通常根据参数η设计分集天线。η与实际天线高度h和天线间距D的关系为η=h/D。对于水平间隔放置的天线,η的取值一般为10o例如，天线高度为30m,则当天线间隔约3m时，可得到较好的分集增益。另外，垂直天线间隔大于水平天线间隔。目前工程中常见的空间分集天线由两副(收/发，收)或者三副(收，发，收)组成。

       (4)极化分集。目前越来越多的工程广泛使用了极化天线。当电场方向针对大地而言是垂直时，就叫垂直极化；当电场方向针对大地而言是水平时，就叫水平极化。垂直极化天线发射时，用垂直极化天线接收是最好的；水平极化天线发射时，用水平极化天线接收是最好的。天线通过两种极化一一水平极化和垂直极化并同时工作在收发双工模式下，突出的优点是提高频率的利用率，一个频点通过极化可以使用两次，即用一个频率携带两种信号。理论上，由于媒质不引入耦合影响，也就不会产生相互干扰。但是在移动通信环境中，会发生互耦效应。这就意味着，信号通过移动无线电媒质传播后，垂直极化波的能量会泄漏到水平极化波，反之亦然。幸运的是，和主能量相比，泄漏能量很小，通过极化分集依旧可以得到良好的分集增益。极化分集天线的最大优点在于只需安装一副天线即可，节约了安装成本。

      (5)空间分集和极化分集的比较。极化分集最大的好处是可以节省天线安装空间，空间分集需要间隔一定距离的两根接收天线，而极化分集只需一根，在这一根天线中含有两种不同的极化阵子。一般空间分集可以获得3.5dB的链路增益。由于水平极化天线的路径损耗大于垂直极化天线(水平极化波的去极化机会大于垂直极化波),因此对于一个双极化天线，其增益的改善度比空间分集要少1.5dB左右。但双极化分集相对空间分集在室内或车内能提供较低的相关性，因此又能获得比空间分集多1.5dB的改善。比较起来，双极化接收天线的好处就是节省天线安装空间。作为发射天线，如果基站收发天线共用，且采用双极化方式，则釆用垂直和水平正交极化阵子的双极化天线与釆用正负45。正交极化阵子双极化天线相比较(假设其他条件相同)，在理想的自由空间中(假定手机接收天线是垂直极化)，手机接收天线接收的信号前者好于后者3dB左右。但在实际应用环境中，考虑到多径传播的存在，在接收点，各种多径信号经统计平均，上述差别基本消失，各种实验也证明了此结论的正确性。但在空旷平坦的平原上，上述差异或许还存在，但具体是多少，还有待实验证明，可能会有1〜2dB的差异。综上所述，在实际应用中，两种双极化方式的差别不大，目前市场上正负45º正交极化天线比较常见。

2)赋形波束技术

       在蜂窝移动系统中，降低同信道干扰始终是一个复杂的问题。赋形波束技术有助于空间频谱重用。有两种类型的赋形波束：一种是赋形水平面的辐射方向图，即扇形波束;  另外一种是赋形垂直面的辐射方向图。在蜂窝系统中，通过使用扇形波束来代替全向波束时，蜂窝间干扰距离增加，从而使基地站天线对使用相同频率的另一蜂窝辐射尽可能低，而基地站天线对其业务区辐射尽可能高。

       当固定在一定高度的天线照射在一个有限的水平面区域内时，天线的垂直方向图表明由于有旁瓣零点的存在，在需要覆盖的区域就有可能产生盲区问题。通过使用垂直平面的余割平方赋形波束功率方向图，可以消除主瓣下方的零点，从而使所需覆盖区域有相等的接收信号电平。该技术也称为零点填充技术。

       全球蜂窝系统基本上都使用一项波束处理技术，即波束倾斜技术。该技术的主要目的是倾斜主波束以压缩朝复用频率的蜂窝方向的辐射电平而增加载干比的值。在这种情况下，虽然在区域边缘载波电平降低了，但是干扰电平比载波电平降低得更多，所以总的载干比是增加了。从严格意义上来说，波束倾斜并不是真正的赋形波束技术，但是用途却是相同的。目前，使波束下倾的方法有两种：一种是电调下倾，通过改变天线阵的激励系数来调整波束的倾斜情况；另一种是机械调整，改变天线的下倾角。

       对应不同的波束下倾方法，天线分为电调天线和机械天线。电调天线釆用机械加电子方法下倾15º后，天线方向图形状改变不大，主瓣方向覆盖距离明显缩短，整个天线方向图都在本基站扇区内，增加下倾角度，可以使扇区覆盖面积缩小，但不会产生干扰，这样的方向图是我们需要的。电调天线有两种，一种是预设固定电气下倾角天线；另外一种是可以在现场根据需要进行电气下倾角调整的天线，下面描述的是后一种电调天线。而机械天线下倾15º后，天线方向图形状改变很大，从没有下倾时的鸭梨形变为纺锤形，虽然主瓣方向覆盖距离明显缩短，但是整个天线方向图不是都在本基站扇区内，在相邻基站扇区内也会收到该基站的信号，造成干扰。造成这种情况的原因是：电调天线与地面垂直安装（可以选择0º〜5º机械下倾），天线安装好以后，在调整天线下倾角度的过程中，天线本身不动，是通过电信号调整天线振子的相位，改变水平分量和垂直分量的幅值大小，改变合成分量场强强度，使天线的覆盖距离改变，天线每个方向的场强强度同时增大或减小，从而保证在改变倾角后，天线方向图形状变化不大。而机械天线与地面垂直安装好以后，在调整天线下倾角度时，天线本身要动，需要通过调整天线背面支架的位置，改变天线的倾角，虽然天线主瓣方向的覆盖距离明显变化，但天线垂直分量和水平分量的幅值不变，所以天线方向图严重变形。

       因此电调天线的优点是：在下倾角度很大时，天线主瓣方向覆盖距离明显缩短，天线方向图形状变化不大，能够降低呼损，减小干扰。另外在进行网络优化、管理和维护时，若需要调整天线下倾角度，使用电调天线时整个系统不需要关机，这样就可利用移动通信专用测试设备，监测天线倾角调整，保证天线下倾角度为最佳值。电调天线调整倾角的步进度数为0.1º，而机械天线调整倾角的步进度数为1º，因此电调天线的精度高,效果好。电调天线安装好后，在调整天线倾角时，维护人员不必爬到天线安放处，可以在地面调整天线下倾角度，还可以对高山上、边远地区的基站天线实行远程监控调整。而调整机械天线的下倾角度时，整个系统要关机，不能在调整天线倾角的同时进行监测,机械天线的下倾角度是通过计算机模拟分析软件计算的理论值，与实际最佳下倾角度有一定的偏差。另外机械天线调整天线下倾角度非常麻烦，一般需要维护人员在夜间爬到天线安放处调整，而且有些天线安装后，再进行调整非常困难，如山顶、特殊楼房处。另外，一般电调天线的三阶互调指标为-150dBc,机械天线的三阶互调指标为-120dBc,相差30dBc,而三阶互调指标对消除邻频干扰和杂散干扰非常重要，特别在基站站距小、载频多的高话务密度区，需要三阶互调指标达到-150dBc左右，否则就会产生较大的干扰。

3)智能天线技术

       随着全球通信业务的迅速发展，作为未来个人通信主要手段的无线移动通信技术引起人们的极大关注。如何消除同信道干扰(CCD、多址干扰(MAI)与多径衰落的影响成为人们在提高无线移动通信系统性能时考虑的主要因素。智能天线利用数字信号处理技术，釆用了先进的波束转换技术(SwitchedBeamTechnology)和自适应空间数字处理技术(AdaptiveSpatialDigitalProcessingTechnology),产生空间定向波束，使天线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，达到充分高效地利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。与其他日渐深入和成熟的干扰削除技术相比，智能天线技术在移动通信中的应用研究更显得方兴未艾并显示出巨大潜力。

       传统无线基站的最大弱点是浪费无线电信号能量，在一般情况下，只有很小一部分信号能量到达收信方。此外，当基站收听信号时，它接收的不仅是有用信号，而且收到其他信号的干扰噪声。智能天线则不然，它能够更有效地收听特定用户的信号和更有效地将信号能量传递给该用户。不同于传统的时分多址、频分多址或码分多址方式，智能天线引入了第四维多址方式：空分多址(SDMA)方式。在相同时隙、相同频率或相同地址码情况下，用户仍可以根据信号不同的空间传播路径进行区分。智能天线相当于空时滤波器，在多个指向不同用户的并行天线波束控制下，可以显著降低用户信号彼此间的干扰。具体而言，智能天线将在以下方面提高未来移动通信系统的性能：①扩大系统的覆盖区域；②提高系统容量；③提高频谱利用效率；④降低基站发射功率，节省系统成本，减少信号间干扰与电磁环境污染。

       智能天线分为两大类：多波束智能天线与自适应阵智能天线，简称多波束天线和自适应阵天线。

       多波束天线利用多个并行波束覆盖整个用户区，每个波束的指向是固定的，波束宽度也随阵元数目的确定而确定。随着用户在小区中的移动，基站选择不同的相应波束，使接收信号最强。因为用户信号并不一定在固定波束的中心处，当用户位于波束边缘，干扰信号位于波束中央时，接收效果最差，所以多波束天线不能实现信号最佳接收，一般只用作接收天线。但是与自适应阵天线相比，多波束天线具有结构简单、无须判定用户信号到达方向的优点。

       自适应阵天线一般釆用4〜16天线阵元结构，阵元间距1/2波长，若阵元间距过大，则接收信号彼此相关程度降低，太小则会在方向图形成不必要的栅瓣，故一般取半波长。阵元分布方式有直线型、圆环型和平面型。自适应天线是智能天线的主要类型，可以实现全向天线，完成用户信号的接收和发送。自适应阵天线系统釆用数字信号处理技术识别用户信号到达方向，并在此方向形成天线主波束。自适应阵天线根据用户信号的不同空间传播方向提供不同的空间信道，等同于信号有线传输的线缆，有效克服了干扰对系统的影响。

       目前，国际上已经将智能天线技术作为三代以后移动通信技术发展的主要方向之一，一个具有良好应用前景且尚未得到充分开发的新技术，是第三代移动通信系统中不可缺的关键技术之一。

4)天线的种类

       移动通信天线的技术发展很快，最初中国主要使用普通的定向和全向型移动天线，后来普遍使用机械天线，现在一些省市的移动网已经开始使用电调天线和双极化移动天线。由于目前移动通信系统中各种天线的使用频率、增益和前后比等指标差别不大，都符合网络指标要求，我们将重点从移动天线下倾角度改变对天线方向图及无线网络的影响方面，对上述几种天线进行分析比较。

       (1)全向天线。全向天线即在水平方向图上表现为360。都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在移动通信系统中一般应用于郊县大区制的站型，覆盖范围大。

       (2)定向天线。定向天线在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，与全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。定向天线在移动通信系统中一般应用于城区小区制的站型，覆盖范围小，用户密度大，频率利用率高。

       根据组网的要求建立不同类型的基站，而不同类型的基站可根据需要选择不同类型的天线。选择的依据就是上述技术参数。例如，全向站就是釆用了各个水平方向增益基本相同的全向型天线，而定向站就是釆用了水平方向增益有明显变化的定向型天线。一般在市区选择水平波束宽度B为65°的天线，在郊区可选择水平波束宽度B为65°、90°或120°的天线(按照站型配置和当地地理环境而定)，而在乡村选择能够实现大范围覆盖的全向天线则是最为经济的。

       (3)机械天线。机械天线即指使用机械调整下倾角度的移动天线。机械天线与地面垂直安装好以后，如果因网络优化的要求，需要调整天线背面支架的位置改变天线的倾角来实现。在调整过程中，虽然天线主瓣方向的覆盖距离明显变化，但天线垂直分量和水平分量的幅值不变，所以天线方向图容易变形。

实践证明：机械天线的最佳下倾角度为1°〜5。；当下倾角度在5。〜10°变化时，其天线方向图稍有变形但变化不大；当下倾角度在10°〜15°变化时，其天线方向图变化较大；当机械天线下倾15°后，天线方向图形状改变很大，从没有下倾时的鸭梨形变为纺锤形，这时虽然主瓣方向覆盖距离明显缩短，但是整个天线方向图不是都在本基站扇区内，在相邻基站扇区内也会收到该基站的信号，从而造成严重的系统内干扰。

另外，在日常维护中，如果要调整机械天线下倾角度，整个系统要关机，不能在调整天线倾角的同时进行监测；机械天线调整天线下倾角度非常麻烦，一般需要维护人员爬到天线安放处进行调整；机械天线的下倾角度是通过计算机模拟分析软件计算的理论值，与实际最佳下倾角度有一定的偏差；机械天线调整倾角的步进度数为1。。

      (4)电调天线。电调天线即指使用电子调整下倾角度的移动天线。电子下倾的原理是通过改变共线阵天线振子的相位，改变垂直分量和水平分量的幅值大小，改变合成分量场强强度，从而使天线的垂直方向图下倾。由于天线各方向的场强强度同时增大和减小，保证在改变倾角后天线方向图变化不大，使主瓣方向覆盖距离缩短，同时又使整个方向图在服务小区扇区内减小覆盖面积但又不产生干扰。实践证明，电调天线下倾角度在1°〜5°变化时，其天线方向图与机械天线的大致相同；当下倾角度在5°〜10°变化时，其天线方向图较机械天线的稍有改善；当下倾角度在10°〜15°变化时，其天线方向图较机械天线的变化较大；当机械天线下倾15°后，其天线方向图较机械天线的明显不同，这时天线方向图形状改变不大，主瓣方向覆盖距离明显缩短，整个天线方向图都在本基站扇区内，增加下倾角度，可以使扇区覆盖面积缩小，但不产生干扰，这样的方向图是我们需要的，因此釆用电调天线能够降低呼损，减小干扰。

       另外，电调天线允许系统在不停机的情况下对垂直方向图下倾角进行调整，实时监测调整的效果，调整倾角的步进精度也较高（为0.1°）,因此可以对网络实现精细调整。

       天线垂直方向图下倾是一种比较有效的天线技术。

     （5）双极化天线。双极化天线是一种新型天线技术，组合了+45°和15°两副极化方向相互正交的天线并同时工作在收发双工模式下，因此其最突出的优点是节省单个定向基站的天线数量；一般GSM数字移动通信网的定向基站（三扇区）要使用9根天线，每个扇形使用3根天线（空间分集，一发两收），如果使用双极化天线，每个扇形只需要1根天线；同时由于在双极化天线中，±45°的极化正交性可以保证+45°和15°两副天线之间的隔离度满足互调对天线间隔离度的要求（N30dB）,因此双极化天线之间的空间间隔仅需20〜30cm；另外，双极化天线具有电调天线的优点，在移动通信网中使用双极化天线与电调天线一样，可以降低呼损，减小干扰，提高全网的服务质量。如果使用双极化天线，由于双极化天线对架设安装要求不高，不需要征地建塔，只需要架一根直径20cm的铁柱，将双极化天线按相应覆盖方向固定在铁柱上即可，从而节省基建投资，同时使基站布局更加合理，基站站址的选定更加容易。对于天线的选择，我们应根据自己移动网的覆盖、话务量、干扰和网络服务质量等实际情况，选择适合本地区移动网络需要的移动天线：在基站密集的高话务地区，应该尽量釆用双极化天线和电调天线；在边、郊等话务量不高，基站不密集地区和只要求覆盖的地区，可以使用传统的机械天线。

       我国目前的移动通信网在高话务密度区的呼损较高，干扰较大，其中一个重要原因是机械天线下倾角度过大，天线方向图严重变形。要解决高话务区的容量不足，必须缩短站距，加大天线下倾角度，但是使用机械天线，下倾角度大于5。时，天线方向图就开始变形，超过10°时，天线方向图严重变形，因此釆用机械天线，很难解决用户高密度区呼损高、干扰大的问题。因此建议在高话务密度区采用电调天线或双极化天线替换机械天线，替换下来的机械天线可以安装在农村、郊区等话务密度低的地区。

       由于移动通信迅猛发展，目前全国许多地区存在多网并存的局面，即A、B、G三网并存，其中有些地区的G网还包括GSM9000和GSM1800。为充分利用资源，实现资源共享，我们一般釆用天线共塔的形式。这就涉及天线的正确安装问题，即如何安装才能尽可能地减少天线之间的相互影响。在工程中一般用隔离度指标来衡量，通常要求隔离度应至少大于30dB,为满足该要求，常釆用使天线在垂直方向隔开或在水平方向隔开的方法，实践证明，在天线间距相同时，垂直安装比水平安装能获得更大的隔离度。 

      基站天线选型建议见表4.1。

表4.1基站天线选型一览表

地形	站型	天线选择建议	备注
城区	定向站型	选用原则：半功率波束宽度65。/中等增益/带固定电下 倾角或可调电下倾+机械下倾的天线，根据基站的覆盖半径选择以上增益参数	注意机械下倾角不应该超过垂直面半功率波束宽度；网络规划或优化时，如果天线的主波束下倾很大，应评估第一副瓣对网络产生的影响
郊区	定向站型	选择原则：半功率波束宽度90º/中、高增益的天线， 可以用电调下倾角，也可以是机械下倾角	注意机械下倾角不应该超过垂直面半功 率波束宽度，超过时应采用电下倾+机械下倾
平原农村	定向站型	选择原则：半功率波束宽度90º、105º/中、高增益/ 单极化空间分集或90º双极化天线，主要釆用机械下倾角/零点填充大于15%	通常是广覆盖
	全向站型	首选有零点填充的高增益天线，若覆盖距离不要求很远，可以釆用电下倾（3º或5º）	天线相对主要覆盖区挂高不大于50m 时，可以使用普通天线（替代）全向站型
高速公路 （铁路）	定向站型	纯公路覆盖时根据公路方向选择合适站址釆用高增益（14dBi）8字型天线,不考虑0.5/0.5的配置，最好 具有零点填充，若需要更远距离的覆盖，采用S1/1 或S2/2定向高增益（21dBi）站型；对于高速公路一侧有小村镇，用户不多时，可以釆用210º〜220º变形全向天线	釆用S1/1或S2/2可以减少近一半基站， 因此建设成本更低
	全向站型	若高速公路两侧有分散用户则应釆用全向天线，全向 站型的使用方法同上
山区	全向站型	当近距离居住用户对天线的仰角不大于18º时应釆用赋形（零点填充）全向高增益天线（固定电下倾角不超过3°）；当近距离居住用户对天线的仰角超过18º时应釆用赋形（零点填充）全向中增益天线（固定电下倾角不超过3°）	通常为广覆盖，在基站很广的半径内分布零散用户，话务量较小
	定向站+ 全向站型	当近距离居住用户数量较多且在某定向域，而远距离 为公路或分散用户，定向区域对天线的仰角大于18º 时应釆用赋形（零点填充）全向高增益天线（固定电下 倾角不超过3º） +定向站型；定向天线的波束宽度取决于特定区域的大小，常规建议90º/9º电下倾+15° 机械下倾/15〜16dBi增益/单、双极化均可	釆用高增益全向天线时，应严格要求天 线安装的垂直度
隧道	定向站型	10〜12dB的八木/对数周期/平板天线	不超过2km、只有一处弯道的隧道安装在隧道口内侧为佳

      从技术发展历程来看，移动通信从1G开始，经历了2G、2.5G、3G和4G等几个阶段，正在向5G迈进。

       第一代移动通信系统(1st Generation,1G)是以美国的AMPS(IS-54)、英国的TACS和北欧的NMT450/900为代表的模拟移动通信技术。它自20世纪70年代末、80年代初发展起来后很快投入商用阶段。其特点是以模拟电话为主，应用了频率复用和多信道共用技术。1G以模拟电路单元为基本模块实现语音通信，并釆用了蜂窝结构，频带可重复利用，实现了大区域覆盖和移动环境下的不间断通信。虽然1G是移动通信发展的新突破，但在技术上仍具有不少不可逾越的发展瓶颈，如频谱利用率低、通信容量有限；通话质量一般；保密性差；制式太多、标准不统一，互不兼容；不能提供自动漫游；不能提供非语音数据业务等，因此已经基本被各国淘汰。我国也已在2001年底全面关闭了1G移动通信系统。

       第二代移动通信系统(2ndGeneration,2G),它主要釆用时分多址技术及码分多址技术。与第一代模拟蜂窝移动通信相比，第二代移动通信系统釆用了数字化技术，具有保密性强、频谱利用率高、提供服务种类丰富和标准化程度高等优点，使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。国际上釆用TDMA制式的主要有三种，即欧洲的GSM、美国的D-AMPS和日本的PDC；釆用CDMA技术制式的主要为美国的CDMA(IS95)OGSM运营的频段为900〜1800MHz(美国为900〜1900MHz),这一标准的开发是从1985年开始的，由欧洲邮电委员会(CEPT)的移动通信特别小组于1988年完成技术标准的制定，1990年开始投入商用。GSM制式是全球主要的第二代移动通信标准，在欧洲和大部分亚太区域广为流行。在中国，GSM制式也占主导地位。CDMA制式是由美国高通(Qualcomm)公司在扩频技术的基础上发展起来的一种移动通信技术，最初用于军事，后来引入公用无线通信CDMA制式，在美国、日本、韩国等应用很广，我国应用的移动通信系统为欧洲的GSM系统及北美的窄带CDMA系统，在多年的发展中取得了很大的进展。

      2.5G是指2G向3G过渡的技术，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，要从相对成熟的2G直接迈向3G不可能一蹴而就，因此出现了2.5G,其主要目的是增加新的服务功能、网络容量，以及增强其无线数据传输的能力，既能满足当前市场需求，又能适应向未来发展平稳过渡的需要。2.5G技术在向移动终端提供数据服务和互联网接入方面比2G有了很大的进步，基于2G中GSM的分组无线交换业务(GeneralPacketRadioService,GPRS)技术是2.5G中的主流应用。GSM网的数据传输速率为9.6Kbit/s,GPRS则可以使多个用户共享某些固定的信道资源，并将每个时隙的传输速率从9.6Kbit/s提高到14.4Kbit/s,使用8个时隙传送数据，在全速移动和大范围覆盖时的数据传输速率可以达到115.2Kbit/s,并能支持Internet的IP。因此，GPRS系统于1999年在新加坡投入使用后，很快在世界上的很多国家得到了应用。GPRS系统的一个显著优势是它可以让移动用户实现移动终端和网络的不间断连接，但用户只要为传输的数据付费，这一点对用户有很大的吸引力。

       GPRS系统早已在欧洲和包括中国在内的东南亚国家得到了较大范围的推广和应用，并早已进入了GSM环境下演进的数据(EvolvedDataGSMEnvironment,EDGE)发展阶段。在这一阶段，在不改变GSM带宽载波、框架结构及通道等的情况下，使数据传输速率最高达到384Kbit/s,从而有效实现了无线多媒体服务，使GSM运营商能以最经济的方式提供第三代移动通信业务。除GPRS以外，基于其他2G技术(如CDMA)的2.5G应用也在快速发展中。但总的来说，2.5G是一种过渡性的技术，是2G向3G转变的一个中间性阶段。

        第三代移动通信技术(3rdGeneration,3G)釆用智能信号处理技术，实现了以语音业务为主的多媒体数据通信，并将具有更强的多媒体业务服务能力和极大的通信容量，使移动通信的发展进入一个全新的阶段。3G是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合起来的新一代移动通信系统，它能够处理图像、音乐和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、电子政务、应急指挥在内的多种信息服务。

       3G的主要优势表现在两个方面：一是可以让移动用户使用同一部手机实现全球漫游，真正做到任意时间(Anytime)＞任意地点(Anywhere)＞任何人(Anyone)之间的交流；二是具有高速传输速率，在静止或低速移动的情况下，数据传输速率能达到2Mbit/s,在正常行车速度下，数据传输速率也可达到384Kbit/s,无线网络能够支持不同的数据传输速度。目前，国际上公认的3G主流标准有3个，分别是欧洲阵营的WCDMA、美国高通的CDMA2000和中国的TD-SCDMA,各种标准都有自己的特色和长处，具体选用什么样的标准，还需考虑多方面的因素。从世界范围来看，3G商用早已在世界范围内普及，日本、德国等国家已经走过了多年的发展历程，我国于2009年开启了3G发展元年，中国移动已获得了国产3G技术TD-SCDMA的运营牌照，中国电信获得了CDMA2000的运营牌照，中国联通获得了WCDMA的运营牌照。

       (1)时分同步码分多址(Time-Division Synchronous Code DivisionMultiple Access,TD-SCDMA)的主要技术特点为：同步码分多址技术、智能天线技术和软件无线技术。它釆用TDD模式，载波带宽为1.6MHz。它的优点包括以下三个方面：一是占用较少的频率资源，而且设备成本相对比较低；二是独特的智能天线技术能大大提高系统的容量，特别是CDMA系统的容量能增加50%,而且能降低基站的发射功率，减少干扰；三是能利用软件修改硬件，在设计、测试方面较为方便，不同系统间的兼容性也易于实现。当然，TD.SCDMA在技术的成熟性方面比另外两种技术欠缺不少，另外它在抗衰落和终端用户的移动速度方面也有一定缺陷。

        (2)宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access,W-CDMA)釆用的是直扩(MC)模式，载波带宽为5MHz,数据传输速率可达到2Mbit/s(室内)及384Kbit/s(移动空间)。它釆用MCFDD双工模式，与GSM网络有良好的兼容性和互操作性。作为一项新技术，它在技术成熟性方面逊色于CDMA2000，但其优势在于GSM的广泛釆用能为其升级带来方便。WCDMA的显著优点是能够允许在一条线路上传送更多的语音呼叫，呼叫数最大可达300个，即使在人口密集的地区，线路也不容易堵塞。

       (3)CDMA2000(CodeDivisionMultipleAccess2000)釆用多载波(DS)方式，载波带宽为1.25MHz。它和WCDMA在原理上没有本质的区别，都起源于CDMA(IS-95)系统技术。但CDMA2000做到了对CDMA(IS-95)系统的完全兼容，因此成熟性和可靠性有了充分的保障。但是CDMA2000的多载波传输方式与WCDMA的直扩模式相比，对频率资源有极大的浪费，而且它所处的频段与IMT2000规定的频段也产生了一定的冲突。

从以上3G的三种不同制式可以看出，不同的制式有不同的优缺点，至少在今后若干年内仍存在“和平共处”的条件和可能。

       第四代移动通信技术(4thGeneration,4G)的发展如下。在2005年10月的ITU.RWP8F第17次会议上，国际电信联盟给了4G技术一个正式的名称“IMT Advanced”。按照ITU的定义，当前的WCDMA、HSDPA等技术统称为IMT2000技术；未来的新空中接口技术，叫作IMT-Advanced技术。国际电信联盟从2009年初开始在全世界范围内征集4G候选技术。2009年10月，ITU共征集到了6种候选技术，这6项技术基本上可以分为两大类：一是基于3GPPLTE的技术，我国提交的TD-LTE-Advanced是其中的TDD部分：另一类是基于IEEE802.16m的技术。TD-LTE-Advanced是由我国具有自主知识产权的3G标准的TD-SCDMA技术发展演进而来的，我国己于2013年12月颁发了TD-LTE牌照，三大运营商各得其一，大规模的商用己箭在弦上。与此同时，随着国内规模应用的开始，国际电信运营企业和制造企业纷纷开始了TD-LTE的部署。

       总之，4G是3G技术的一次重要演化，其在传输速率和传输成本方面将会有一个根本性的突破，在无线通信的效率和功能等方面将有质的提升。同时，它包含的不仅是一项技术，而是多种技术的融合，不仅包括传统移动通信领域的技术，还包括宽带无线接入领域的新技术及广播电视领域的技术等。更高的数据率、更好的QoS、更高的频谱利用率、更高的安全性、更高的智能性、更高的传输质量和更高的灵活性是4G的主要优势，而且它能充分体现岀移动、无线接入网及网络不断融合的发展趋势。

       一般来说，4G系统的容量至少为3G系统的10倍；4G系统对于大范围高速移动用户(250km/h)的数据传输速率为2Mbit/s,对于中速移动用户(60km/h)的数据传输速率为20Mbit/s,对于低速移动用户(室内或步行者)的数据传输速率为100Mbit/s,可把高清晰度的视频图像实时地传送给移动终端用户，从而使用户产生身临其境的感觉。4G系统应能实现全球范围内多个移动网络和无线网络间的无缝漫游，具有系统、业务和覆盖三方面的“无缝性”：系统的无缝性指的是用户既能在无线局域网中使用，也能在蜂窝系统中使用；业务的无缝性指的是对语音、数据和图像的无缝性；而覆盖的无缝性则指4G系统应能在全球提供业务。

       在服务方面，4G与3G相比带来根本性的提高。例如，下载一个数百兆的音乐或图片文件，在4G系统下瞬间即能完成。4G移动终端在保证高速度的同时，还能显示3G所不能显示的虚拟三维高质量图像，这一点将会在教育、医疗、娱乐和应急管理等很多方面有着广泛的应用。4G时代的到来，意味着人类社会的通信方式将进入一个革命性的阶段，而且将会给应急通信带来几乎革命性的技术变革。

       第五代移动通信技术(5th Generation,5G)在无线传输技术和网络技术方面将有新的突破。在无线传输技术方面，将引入能进一步挖掘频谱效率提升潜力的技术，如先进的多址接入技术、多天线技术、编码调制技术、新的波形设计技术等；在无线网络方面，将采用更灵活、更智能的网络架构和组网技术，如釆用控制与转发分离的软件定义无线网络的架构、统一的自组织网络(SON)、异构超密集部署等。5G移动通信标志性的关键技术主要体现为超高效能的无线传输技术和高密度无线网络(High Density Wireless Network)技术。其中基于大规模MIMO的无线传输技术将有可能使频谱效率和功率效率在4G的基础上再提升一个量级，该项技术走向实用化的主要瓶颈问题是高维度信道建模与估计以及复杂度控制。全双工(FullDuplex)技术将可能开辟新一代移动通信频谱利用的新格局。超密集网络(Ultra Dense Network,UDN)fi引起业界的广泛关注，网络协同与干扰管理将是提升高密度无线网络容量的核心关键问题。

       5G是面向2020年以后移动通信需求而发展的新一代移动通信系统。根据移动通信的发展规律，5G将具有超高的频谱利用率和能效，在传输速率和资源利用率等方面较4G移动通信提高一个量级或更高，其无线覆盖性能、传输时延、系统安全和用户体验也将得到显著的提高。5G移动通信将与其他无线移动通信技术密切结合，构成新一代无所不在的移动信息网络，满足未来10年移动互联网流量增加1000倍的发展需求。5G移动通信系统的应用领域也将进一步扩展，对海量传感设备及机器与机器(M2M)通信的支撑能力将成为系统设计的重要指标之一。未来5G系统还需具备充分的灵活性，具有网络自感知、自调整等智能化能力，以应对未来移动信息社会难以预计的快速变化。

       移动互联网的蓬勃发展是5G移动通信的主要驱动力。移动互联网将是未来各种新兴业务的基础性业务平台，现有固定互联网的各种业务将越来越多地通过无线方式提供给用户，云计算及后台服务的广泛应用将对5G移动通信系统提出更高的传输质量与系统容量要求。5G移动通信系统的主要发展目标将是与其他无线移动通信技术密切衔接，为移动互联网的快速发展提供无所不在的基础性业务能力。按照目前业界的初步估计，包括5G在内的未来无线移动网络业务能力的提升将在3个维度上同时进行：通过引入新的无线传输技术将资源利用率在4G的基础上提高10倍以上；通过引入新的体系结构(如超密集小区结构等)和更加深度的智能化能力将整个系统的吞吐率提高25倍左右;进一步挖掘新的频率资源(如高频段、毫米波与可见光等)，使未来无线移动通信的频率资源扩展4倍左右。

       当前信息技术发展正处于新的变革时期，5G技术发展呈现出如下新的特点。

      (1)5G研究在推进技术变革的同时将更加注重用户体验，网络平均吞吐速率、传输时延以及对虚拟现实、3D、交互式游戏等新兴移动业务的支撑能力等将成为衡量5G系统性能的关键指标。

      (2)与传统的移动通信系统理念不同，5G系统研究将不仅仅把点到点的物理层传输与信道编译码等经典技术作为核心目标，而是将更为广泛的多点、多用户、多天线、多小区协作组网作为突破的重点，力求在体系构架上寻求系统性能的大幅度提高。

      (3)室内移动通信业务己占据应用的主导地位，5G室内无线覆盖性能及业务支撑能力将作为系统优先设计目标，从而改变传统移动通信系统“以大范围覆盖为主、兼顾室内”的设计理念。

      (4)高频段频谱资源将更多地应用于5G移动通信系统，但由于受到高频段无线电波穿透能力的限制，无线与有线的融合、光载无线组网等技术将被更为普遍地应用。

       (5)可“软”配置的5G无线网络将成为未来的重要研究方向，运营商可根据业务流量的动态变化实时调整网络资源，有效地降低网络运营的成本和能源的消耗。