行動通訊網路簡介

　　現在是2017年，4G已經使用很多年了，那麼回顧一下行動通訊的歷史發展。

• 1G：以AMPS，ATCS為代表的模擬通訊系統，主要技術是FDMA，主要業務是語音業務
• 2G：以GSM為代表的數字通訊，主要技術TDMA是(IS-95採用的是CDMA)，主要業務是語音業務，還可以發簡訊等
• 　2.5Ｇ：以GPRS為代表
• 　2.75G：以Edge為代表
• 3G：WCDMA(聯通)、CDMA2000(電信)與TD-SCDMA(移動)，主要技術是CDMA，主要業務是窄帶多媒體業務
• 4G：主要技術OFDMA，主要業務是寬頻多媒體業務
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行動通訊的發展

1G

• 主要技術：FDMA(分頻多重進接)，就是頻分複用的體現，不同頻率的載波對應不同的邏輯通道，還是進行模擬調製，模擬通訊。
• 代表：以AMPS，ATCS為代表的模擬通訊系統；AMPS系統採用7小區複用模式，並可在需要時採用扇區化 和小區分裂來提高容量 AMPS在無線傳輸中採用了頻率調製。以大哥大為主。

2G

• 主要技術：TDMA(分時多重進接)，就是時分複用的體現，不同時隙對應不同的邏輯通道，是數字通訊。
• 代表：GSM系統
• GSM系統結構圖如下：
  
  GSM幀結構如下：
  
  後來為了改善2G傳輸速率，有了GPRS和EDGE，也就是我們通常說的2.5G和2.75G
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3G

• 以WCDMA、CDMA2000與TD-SCDMA和它們的演進系統為代表的IMT-2000系統

4G

• 4G的標準是LTE，LTE是LTE是基於OFDMA技術、由3GPP組織制定的全球通用標準，包括FDD和TDD兩種模式用於成對頻譜和非成對頻譜。
• LTE-TDD，國內亦稱TD-LTE，即 Time Division Long Term
  Evolution（分時長期演進），由3GPP組織涵蓋的全球各大企業及運營商共同制定，LTE標準中的FDD和TDD兩個模式實質上是相同的，兩個模式間只存在較小的差異，相似度達90%
  TDD即時分雙工(Time Division Duplexing)，是移動通訊技術使用的雙工技術之一，與FDD頻分雙工相對應。TD-LTE是TDD版本的LTE的技術，FDD-LTE的技術是FDD版本的LTE技術。TD-LTE的下行速率和上行速率分別為100Mbps和50Mbps，而FDD-LTE的下行速率和上行速率分別為150Mbps和40Mbps。TD-SCDMA是CDMA（分碼多重進接）技術，TD-LTE是OFDM（正交頻分複用）技術。兩者從編解碼、幀格式、空口、信令，到網路架構，都不一樣。

複用技術和多址技術

　　複用技術和多址技術其實是一碼事，就是兩個說法，都是在一條通道上傳輸多路訊號，提高通道利用率的一種手段。
　　如果沒有複用該技術的話，那麼一個通道同時只能有一路訊號傳輸，就像同時只能A和B打電話，其它人都得等到A和B通話結束之後才能打電話。

頻分複用和分頻多重進接

時分複用和分時多重進接

碼分複用和分碼多重進接

　　首先談CDMA和FDMA以及TDMA的關係，請看下圖：

　　可以看出：模擬訊號（1G）是通過頻率的不同來區分不同的使用者的；GSM是通過及其微小的時隙來區別不同的使用者的；而CDMA是通過編碼來區別不同的使用者的。
　　下圖是CDMA處理流程原理圖簡圖：
　　
　　這些正交序列是擴頻碼，擴頻技術是第三代行動通訊的關鍵技術，啥叫擴頻？就是傳輸資訊所有頻寬遠大於資訊本身的頻寬。
　　
　　舉個例子，當擴頻因子為1時，資料1就用“1”來表示，擴頻因子為4時，可能用“1011”來表示1，這樣傳輸的時候可以降低誤位元速率也就是信噪比，但是卻減少了可以傳輸的實際資料，所以，擴頻因子越大，傳輸的資料數率就越小。
　　
　　在說一個專有名詞，叫做正交？這是線性代數裡面的名詞，兩個向量對應座標相乘再相加如果等於0，那麼稱這兩個向量正交。那麼正交向量有啥用？高中的時候學過力的分解吧，其中就有一個叫正交分解，也就是把一個力分解為兩個方向互相垂直的力，也就是說水平方向的力對豎直方向沒有作用，豎直方向對水平方向沒有作用，所以所有的力都可以用這兩個方向的力來表示，引用數學上的專業名詞，這兩個力就可以做為基底，因為所有的力都可以用這幾個向量表示。同理，在三維空間中，描述一個點，都需要三個座標，那麼x、y、z就是一個基底，所有的點都是用基底表示的。同理在更高維度上（希爾伯特空間），可以用四個座標、五個座標、n個座標來表示，只要這幾個向量兩兩正交，或者叫線性無關，那麼這些量就可以作為基底。

　　說了半天，正交有啥用處。就像上面那個圖所示，如果給每個原始訊號加一個相互正交的擴頻碼，隨後合成的二進位制碼在通道上傳輸，在接收端再按照正交分解那樣進行解擴頻，就可以得到原始訊號，這就是CDMA的工作原理。
　　先貼一張擴頻和解擴頻的圖：

　　
　　　　　　　　　　　　　傳送端的過程
　　　　　　　　　　　　　
　　
　　 　　　　　　　　　　　接收端的過程
　　 　　　　　　　　　　　
再粘兩張擴頻和解擴頻的過程圖：

　　到這裡，碼分複用就說完了，分碼多重進接就是根據不同的擴頻碼區分不同的使用者，或者說，靠訊號的不同波形來區分。如果從頻域或時域來觀察，多個CDMA訊號是互相重疊的。接收機用相關器可以在多個CDMA訊號中選出其中使用預定碼型的訊號。
　　

正交頻分複用和正交分頻多重進接

OFDM是正交頻分複用，通俗點就是正交+FDM，再從另外一個角度說明正交，正交在希爾伯特空間中是上述的定義。對於函式，怎麼定義正交呢？
　　兩個函式在[a,b]的積分如果為0，那麼稱這兩個函式在[a,b]正交。兩個變數在首先說說最簡單的情況，sin(t)和sin(2t)是正交的【證明：sin(t)·sin(2t)在區間[0,2π]上的積分為0】，而正弦函式又是波的最直觀描述，因此我們就以此作為介入點。既然本文說的是圖示，那麼我們就用圖形的方式來先理解一下正交性。
　　
　　OK，函式正交就說到這裡，就是兩個相互正交的訊號不會相互干擾本身的資訊，就類似於正交分解一樣。現在說一下FDM和OFDM的區別。
　　
　　FDM和OFDM的原理圖如下，根據不同的載波頻率來判斷哪個使用者。OFDM是將載波換成了兩兩正交的載波。
　　
　　再貼一個OFDM的原理圖（其中這些載波是相互正交的）：