1.1 移动通信简述

移动通信是指相互通信的双方至少有一方处于移动状态的通信，从其产生到现在已有100多年的历史了。采用无线电波作为信息传播的媒介，使得通信终端可以自由活动，位置相对不受束缚，从而实现移动状态下通信，但由于无线传播环境恶劣，噪声、阴影效应、多径效应以及多普勒效应等多种因素都会影响传输质量。为了降低干扰对通信所带来的影响，需采用复杂的无线传输技术（Radio Transfer Technology，RTT），以保证处于移动状态的用户可进行无中断、高质量的通信。

1.1.1 3G前通信发展历程

移动通信最早应用于军事和某些特殊领域，由于战场机动性强、通信基础设备容易遭到破坏，军用移动通信系统多为自组织的无线网络。第二次世界大战期间，具一定规模的作战单位之间均通过无线电台的方式进行联络，此时的移动通信技术简单、发射功率大且容易被窃听。军用移动通信系统因其不需要标准化、受建设成本制约少、保密和健壮性要求高等特点，一直是先进技术的“试验田”。随着技术的发展，各方面通信性能得到了很大的提高，并逐渐向民用普及，成为移动通信迅猛发展的开端。

20世纪70年代中期，随着民用移动通信用户数量的增加、业务量的增大，美国贝尔实验室提出了在移动通信发展史上具有里程碑意义的小区制、蜂窝组网理论，成功研制了AMPS （Advance Mobile Phone Service），建成了蜂窝状移动通信网，大大提高了系统的容量。随后，欧洲各国和日本都开发了自己的蜂窝移动通信网络，具有代表性的有欧洲的TACS（Total Access Communication System）系统、北欧的NMT系统（Nordic Mobile Telephone System）和日本的NTT（Nippon Telegraph and Telephone）系统等。

以AMPS和TACS为代表的第一代蜂窝移动通信网络属于模拟系统，虽然取得了很大的技术突破，但仍存在频谱利用率低、移动设备复杂、费用较高、业务种类受限及通话安全性低等缺陷。随着微电子技术的发展，利用微处理器技术和改进的快速算法相结合的新一代数字蜂窝移动通信系统诞生了。欧洲首先推出了泛欧数字移动通信网（Global System for Mobile Communications，GSM）体系。随后，美国和日本也制定了各自的数字移动通信体制，这些通信体制主要采用数字的时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）技术和码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）技术，提供数字化语音业务及低速率数据业务等。由于数字通信技术克服了模拟移动通信技术的壁垒，其语音质量、保密性能得到大幅度的提高，并可实现省际、国际间的自动漫游。

与第一代模拟蜂窝移动通信系统相比，第二代移动通信系统增强了安全性，具有抗干扰能力强、频谱利用率高、通信系统容量大、能提供更丰富的业务、标准化程度高等优点，移动通信系统得到了空前的发展，毋容质疑地占据了通信的主导地位。

在全球范围内成功商用的第二代数字蜂窝移动通信系统包括GSM、PDC（Personal Digital Cellular）、DAMPS（Digital AMPS）、IS-95（窄带CDMA）等。我国商用移动通信网络主要以GSM和IS-95为主。GSM包括900 MHz、1800 MHz及1900 MHz 3个频段，是使用最为广泛的2G系统。GSM在原有FDMA基础上采用TDMA方式，将每个载频分为8个时隙。在理论上，FDMA和TDMA具有相同的容量，但考虑到多普勒效应及非理想滤波，FDMA每个载频间须留出保护频段，使得系统容量小于理想值。IS-95系统基于码分多址（CDMA）技术，为每个用户分配特定的相互正交的地址码加以区分，使得信号传送在时间、空间和频率上都可以重叠。采用扩频技术对需传送的数据信号进行调制，使原有的数据信号带宽被扩展，在接收端须进行相应的解扩，增强了信号的抗干扰能力。

在第二代向第三代演进的过程中，出现了GPRS（General Packet Radio Service）、EDGE （Enhanced Data Rate for GSM Evolution）等过渡技术。在GPRS系统中首次引入分组交换技术，开始支持较低速率数据业务。

由于第二代移动通信标准不同制式网络间互通性较差，用户只能在同一制式覆盖的范围内漫游，无法进行真正的全球漫游。同时，第二代数字移动通信系统仍无法满足人们对高速率数据业务的需求。在这种情况下，人们开始着手于第三代移动通信系统的研究。

1.1.2 3G移动通信系统

第三代移动通信系统是一种能提供多种类型、高质量的多媒体业务，可实现全球无缝覆盖，具有全球漫游的能力，与固定网络相兼容，用小型便携式的终端可以在任何时候、任何地点进行任何种类通信的移动通信系统，主要基于CDMA多址方式。其区别于第一代和第二代移动通信系统的主要特点可概括为：

[1] 采用全新RTT。移动通信系统演进的显著特征之一就是RTT技术的提高，第三代移动通信中全新的RTT技术包括智能天线、软件无线电、联合检测等，随着系统版本的演进还会有更多可提高系统性能的RTT技术出现。

[2] 更高的数据速率。ITU规定的第三代移动通信无线传输技术须满足三个环境下的速率要求，即快速移动环境，最高速率达144 kb/s；室外到室内或步行环境，最高速率达384 kb/s；室内环境，最高速率达2 Mb/s。

[3] 支持更多样化的业务。除了第二代移动通信系统可提供的语音、低速率数据业务外，第三代移动通信系统还可以提供视频通话、手机电视、视频点播等流媒体业务和高速Internet接入、在线游戏等数据业务。

[4] 前后向兼容性更强。由于在第三代移动通信引入时，第二代网络已具有相当规模，所以第三代网络一定要在兼容第二代网络的基础上逐渐演进而成，并与固定网兼容。

此外还具有高频谱利用率、高服务质量、低成本、高保密性等特点。

1．IMT-2000标准化组织

IMT-2000是国际电信联盟（ITU）提出的第三代移动通信系统，最早称为未来公众陆地移动通信系统。目的在全球已形成统一的标准，实现全球漫游和提供多种业务。

IMT-2000标准化的研究工作由ITU负责和领导。ITU-R的SG8-TG8/1工作组负责制定RTT部分的标准，ITU-T的SG11 WP3工作组负责制定网络部分的标准。此外，ITU还专门成立了中间协调组（ICG），协调ITU-R与ITU-T之间的研究工作。ITU内部与IMT-2000标准化研究有关的组织结构如图1.1所示。

由于ITU要求第三代移动通信的实现应易于从第二代系统逐步演进，而第二代系统又存在两大互不兼容的通信体制，即GSM和IS-95，所以IMT-2000的标准化研究实际上出现了两种不同的主流演进趋势：一种是以由欧洲ETSI、日本ARIB/TTC、美国T1、韩国TTA和中国CWTS为核心发起成立的3GPP组织，专门研究如何从GSM系统向IMT-2000演进；另一种是以美国TIA、日本ARIB/TTC、韩国TTA和中国CWTS为首成立的3GPP2组织，专门研究如何从CDMA系统向IMT-2000演进。这两个组织的内部组成结构分别如图1.2和图1.3所示。

自3GPP和3GPP2成立起，IMT-2000的标准化研究工作就主要由这两个组织承担，而ITU则负责标准的正式制定和发布方面的管理工作。鉴于3GPP与3GPP2的研究成果实际上已经成为ITU IMT-2000空中无线接口标准的主要组成部分，并且RTT的标准化工作已经完成，ITU-R结束了TG8/1组的工作，将重点放在IMT-2000网络标准的研究上。TG8/1组的位置由新成立的WP8A/B/D/F工作组取代。

2．IMT-2000三大主流标准体系

IMT-2000第三代移动通信系统无线接入技术包括1个TDMA（时分多址）和3个CDMA（码分多址）标准。CDMA是第三代无线接入技术的主流，3个CDMA标准是TDD-CDMA、DS-CDMA和MC-CDMA，分别对应TD-SCDMA、WCDMA和cdma2000三大标准体系。

（1）TD-SCDMA（IMT-2000 CDMA TDD）

TD-SCDMA是由CWTS（中国无线通信标准化组织）提出并通过ITU的3G无线通信标准，在3GPP内部，相较于3.84 MHz的UTRA TDD，被称为低码片速率TDD工作方式，系统的无线接口参数如表1.1所示。

TD-SCDMA系统的主要技术有智能天线+联合检测、多时隙CDMA+DS-CDMA、同步CDMA、信道编译码和交织（与3GPP相同）、软件无线电、接力切换等。详细描述如下：

[1] 时分双工（Time Division Duplex，TDD）。TD-SCDMA系统工作在TDD模式下。系统可变时隙比例配置的灵活性可满足非对称数据业务的需求。在传输对称业务（如语音、交互式实时数据业务等）时，可选用对称的转换点；在传输非对称业务（如互联网相关业务）时，可选择在位置范围内的非对称转换点，以优化频谱利用率和业务容量。

[2] 智能天线。智能天线（Smart Antenna）技术是在微波技术、自动控制理论、自适应天线技术、数字信号处理（DSP）技术和软件无线电技术等多学科基础上综合发展而成的一门新技术。TD-SCDMA系统上下行信道使用同一载频，信道完全对称的特性有利于智能天线的使用。

优点：智能天线系统由一组天线阵及相连的收发信机和先进的数字信号处理算法构成。在发送端，智能天线根据接收到的终端到达信号在天线阵产生的相位差，利用先进的数字信号处理算法提取出终端的位置信息，根据终端的位置信息，有效地产生多波束赋形，每个波束指向一个特定终端并自动地跟随终端移动，有效地减少了同信道干扰，提高了下行容量。在接收端，智能天线通过空间分集技术，大大降低了SIR，减少了不同位置同信道用户干扰，有效合并多径分量，抵消多径衰落，提高了上行容量。同时，智能天线还增加了接收灵敏度和发射EIRP（Effective Isotropic Radiated Power）。

缺点：智能天线并不能解决时延超过码片宽度的多径干扰和高速移动时多普勒效应造成的信道恶化问题。在多径干扰严重的高速移动环境下，智能天线必须和其他抗干扰的数字信号处理技术结合使用，才可能达到最佳效果，如联合检测、干扰抵消等。

[3] 联合检测。TD-SCDMA系统是干扰受限系统，系统的干扰包括多径干扰、小区内多用户干扰和小区间干扰。这些干扰破坏各个信道的正交性，降低CDMA系统的频谱利用率。传统的Rake接收机技术把小区内的多用户干扰当做噪声处理，而没有利用该干扰不同于噪声干扰的独有特性。联合检测技术，即“多用户干扰”抑制技术，把所有用户的信号都当做有用信号处理，充分利用用户信号的扩频码、幅度、延迟、定时等信息，大幅度降低多径干扰。

优点：降低干扰，扩大容量，降低功控要求，削弱远近效应。

缺点：联合检测多码道处理过于复杂，大大增加系统复杂度；无法完全解决多址干扰；增加系统处理时延；需要消耗一定的资源。

将联合检测技术与智能天线技术相结合，可获得较为理想的效果。

[4] 同步CDMA。同步CDMA指上行链路各终端信号在基站解调器完全同步，它通过软件及物理层设计来实现，这样可使正交扩频码的各个码道在解扩时完全正交，相互间不会产生多址干扰，克服异步CDMA多址技术由于每个移动终端发射的码道信号到达基站的时间不同造成码道非正交所带来的干扰，可以提高TD-SCDMA系统的容量和频谱利用率，能有效简化硬件电路，降低成本。

[5] 接力切换。接力切换适用于同步CDMA移动通信系统，是TD-SCDMA移动通信系统的核心技术之一。当用户终端从一个小区或扇区移动到另一个小区或扇区时，利用智能天线和上行同步等技术对UE的距离和方位进行定位，把UE方位和距离信息作为切换的辅助信息，如果UE进入切换区，则RNC通知另一基站做好切换的准备，从而达到快速、可靠和高效切换的目的。这个过程就像田径比赛中的接力赛跑传递接力棒一样，因而形象地称为接力切换。

优点：将软切换的高成功率和硬切换的高信道利用率综合到接力切换中，使用该方法可以在使用不同载频的TD-CDMA基站之间，甚至在TD-CDMA系统与其他移动通信系统，如GSM、IS-95的基站之间实现不中断通信、不丢失信息的越区切换。

[6] 动态信道分配。动态信道分配的引入基于TD-SCDMA采用的多址方式（如CDMA、TDMA、FDMA及SDMA），其原理是当同小区或相邻小区间用户发生干扰时可以将其中一方移至干扰小的其他无线单元（不同的载波或不同的时隙）上，以达到减少相互间干扰的目的。动态信道分配（DCA）包括慢速DCA和快速DCA两部分。

慢速DCA对小区中的载频、时隙进行排序，排序结果供接纳控制算法参考。设备支持静态和动态两种排序方法，其中静态排序方法可以起到负荷集中的效果，动态排序方法可以起到负荷均衡的效果。可由运营商定制具体排序方法的选择。

快速DCA对用户链路进行调整。在N频点小区中，当载波拥塞时，通过快速DCA可以实现载波间负荷均衡。当用户链路质量发生恶化时，也会触发用户进行时隙或者载波调整，从而改善用户的链路质量。

[7] N频点技术。单个TD-SCDMA载频所能提供的用户数量有限，要提高热点地区的系统容量覆盖，必须增加系统的载频数量。在TD-SCDMA系统中，多载频系统是指一个小区可以配置多于一个载波频段的系统，并称这样的小区为多载频小区。通常多载频系统将相同地理覆盖区域的多个小区（假设每个载频为一个小区）合并到一起，共享同一套公共信道资源，从而构成一个多载频小区，称这种技术为N频点技术。

[8] 软件无线电。软件无线电是利用数字信号处理软件实现传统上由硬件电路来完成的无线功能的技术，通过加载不同的软件，可实现不同的硬件功能。在TD-SCDMA系统中，软件无线电可用来实现智能天线、同步检测、载波恢复和各种基带信号处理等功能模块。

优点：能通过软件方式，灵活地完成硬件功能；具有良好的灵活性及可编程性；可代替昂贵的硬件电路，实现复杂的功能；对环境的适应性好，不会老化；便于系统升级，降低用户设备费用。

除以上所述外，TD-SCDMA还有许多其他的特点，比如能实现在市区等人口密集区提供高密度大容量语音、数据和多媒体业务，不但可以单独运营以满足ETSI/UMTS和ITU/IMT-2000要求，也可与其他无线接入技术配合，这里就不再一一叙述。

（2）WCDMA（IMT-2000 CDMA DS）

WCDMA由欧洲ETSI和日本ARIB提出，其核心网基于GSM，可通过网络扩展方式提供基于ANSI-41的运行能力。WCDMA系统能同时支持电路交换业务（如PSTN、ISDN网业务）和分组交换业务（如IP网业务）。灵活的无线协议可在一个载波内同时支持语音、数据和多媒体业务，通过透明或非透明的传输来支持实时、非实时业务。WCDMA无线空中接口参数如表1.2所示。

WCDMA系统关键技术有智能天线、多用户检测、联合检测、空时码和HDR（High Data Rate）等。智能天线、联合检测技术在前面讲过，此处不再赘述。

[1] 多用户检测。多用户检测思想是由Verdu于1986年提出的，利用多址干扰中具有一定结构的有效信息的特点，采用最大似然序列检测（MLSD）技术逼近单用户接收性能，克服远近效应，从而提高系统容量。CDMA为自干扰系统，用户数增多会造成噪声功率的上升。多用户检测基本思想在于将其与用户信号看做有用信号而不是干扰噪声，这样就可以充分利用各用户信号的地址码、幅度、时钟和延迟等信息，从而大幅度的降低多址干扰。

[2] 空时码。空时码由空间分集演化，将多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output）系统理论模型运用于实际的系统。空时码按功能来分可分为分集和复用，分集的作用是通过消除多径干扰降低误码率，复用的作用是利用空间不相关性增加信道容量。实现分集作用的空时码的代表是Alamouti于1998年提出的空时分组码（Space-Time Block Coding，STBC），实现复用的空时码包括贝尔实验室Foschini的垂直分层空时码（Vertical Bell Library Layered Space Time，V-BLAST）、对角分层空时码（Diagonal Bell Library Layered Space Time，D-BLAST）、Turbo分层空时码（Turbo Bell Library Layered Space Time，T-BLAST）。空时码发展尚不完善，足够优化的编码方案尚未出现。

[3] HDR。高速速率传输（High Data Rate，HDR）包括自适应调制编码（Adaptive Modulation Coding）和自动重传请求（ARQ）。自适应调制编码技术根据时变无线信道瞬时状态采用自适应的基带信号和中频信号处理，尽可能达到无线信道可传输的最大速率；ARQ通过接收方请求发送方重传出错的数据报文来恢复出错的报文，是通信中用于处理信道所带来差错的方法之一。

（3）cdma2000（IMT-2000 CDMA MC）

cdma2000是从CDMA one演进而来的，为现有的IS-95运营商提供到3G的平滑升级。cdma2000与现有的TIA/EIA-95-B标准向后兼容，并可与IS-95B系统的频段共享或重叠，这样使运营商可以在IS-95B系统基础上平滑过渡，提高资源利用率，节约成本。cdma2000核心网基于ANSI-41，通过网络扩展方式可提供基于GSM-MAP核心网运行的能力。cdma2000空中接口参数如表1.3所示。

cdma2000关键技术有：

[1] 可变长度扩频技术。在cdma2000系统中采用可变Walsh码作为信道化码，即Walsh码长度随同一小区内用户数增多而加长。其优点在于能够灵活地划分正交码资源，便于充分利用无线信道容量。但在新用户进入小区后需要加长Walsh码时如何使其与正在通信的用户在不间断通信的情况下更新地址码方面提出了挑战。在前向链路上Walsh码和长度为241-1的M序列配合区分同一小区内不同用户，同小区内最少地址码为41个。扰码方面采用长度为215的Gold序列，小区重用间隔达到15个。

[2] 功率控制技术。cdma2000系统采用反向功率控制中开环和闭环相结合的方式。在信道环境变化不大时采用闭环功率控制，反之采用开环功率控制。控制步长提供了3个选项，网络建设规划时根据实际环境配置，自适应调整。

[3] Rake接收技术。利用无线信道相隔足够长时间后信号衰减独立的特性，将不同的时延信号分离出来，从而实现接收方时间分集，降低误码率。

1.1.3 移动通信发展趋势

1．更丰富的业务、更高的数据速率

伴随着数字通信的出现，通信业迅速发展，数据速率得到不断提升，移动通信在不同时间段的特征如表1.4所示。在1994年到1996年期间，第二代数字蜂窝移动通信处于建网初期，由于技术和网络布局的制约，该时期移动通信系统仅提供数据率恒定、资源利用不灵活的电路交换业务，移动通信系统容量相对较小，语音呼叫成功率低、掉话率高、SMS时延、丢失较为严重。从2000年起，移动通信网在原有网络基础上进行了优化和升级，提升了原有业务质量和传输速率的同时引入分组交换，为开发更丰富的新业务奠定了基础。2008年第三代移动通信系统的试用，其更高的速率使得在移动网中推广高带宽要求、时延敏感的实时流媒体等业务成为现实。在未来无线通信网络中，新的业务需求将推动数据速率的不断提升，最终达到人们比较满意的程度。

2．覆盖面积更小的蜂窝组网方式

早期的移动通信系统采用大区制，覆盖区域中心设置大功率发射机，采用高架天线把信号发送到整个覆盖地区（半径可达几十米），会产生较大电磁污染，容量小，无法满足移动通信业务迅速增长的需要。

20世纪70年代中期，贝尔实验室提出小区制的蜂窝组网理论，该组网方案把整个服务区域划分为若干个较小的区域（在蜂窝系统中成为小区），如图1.4所示，各小区均用小功率发射机进行覆盖。多个小区组合在一起，形如蜂窝，可实现对服务地区的无缝覆盖。对于某些人口密集的地区，用户数量较多，超出原有小区所能承载的最大限度，可采用将原有小区分割成更小的蜂窝状区域的办法来提高系统容量。发射机产生的功率也会随之变小，电磁辐射更弱。

第三代移动通信中引入了智能天线技术，在基站处使用阵列天线进行波束赋形，将原有的一个小区划分为多个扇区，覆盖面积得到进一步缩小，如图1.5所示。第三代移动通信系统中扩频技术可正常工作在信干比（Signal Interference Ratio，SIR）小于0 dB（即有用信号功率低于噪声功率）的情况下，发射机与终端所需功率显著降低，有利于降低功耗、延长设备寿命、降低终端电池消耗，更为环保。

现有的移动通信在室内环境下受阴影效应影响严重，在融合各项技术的未来无线通信网络中，当用户移动到室内时，便会自动切换到室内WLAN网络，不仅提高了接入速率，覆盖范围也被缩小到一层楼，甚至一个房间，在一定程度上减弱了室内环境下的阴影效应影响。

3．网络协议全IP化

全IP化指从核心网到无线接入网、无线链路、终端的所有实体网络层均采用IP协议。IP分组传输首次出现在GPRS移动通信系统中，引入了IP协议。在第三代移动通信系统UMTS中将核心网划分PS域与CS域，PS域采用IP方式传输。在3GPP R5版本前，UTRAN接入网Iub和Iu-CS接口采用基于SSCOP的ATM的承载方式，提供ATM Over SDH和ATM Over IMA Over E1两种选项。在R5版本后，引入了基于IP承载的Iub和Iu-CS接口，核心网引入IMS（IP多媒体子系统），逐步实现核心网的全IP化。

从图1.6中可看出3GPP的长时间演进计划（Long Term Evolution，LTE），协议栈中UE通过IP协议实现与分组数据网关（Packet Data Network GateWay，PDNGW）之间进行端到端通信。连接eNB与服务网关（Serving Gate Way，SGW）的S1接口、SGW与PDNGW之间的X2接口在第三层都采用IP协议。伴随着移动通信系统核心网吞吐量的增加、无线接口速率的提高及更高的QoS需求，促使电路域业务逐步转为IP承载方式，实现业务的全IP化。

4．多样化的信道划分方式

信道划分技术分为复用和多址，复用主要用于划分物理子信道，多址则主要用于区分同一信道的多个共享用户。随着移动通信技术的发展，更多新信道划分方式出现并且融入到实际的系统中，推动性能提升。

（1）频分多址

最早的模拟移动通信系统仅采用频分多址（Frequency Division Multiple Access，FDMA）技术划分信道，每个用户使用一个频段。该种信道划分方式缺点是为了抗多普勒频移、非理想滤波造成的邻道干扰和互调干扰，各频段间需要预留一段保护频带，会降低频谱效率。

（2）时分多址

时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）随脉冲编码调制（Pulse Code Modulation， PCM）技术出现。GSM为常见的基于TDMA的移动通信系统，其工作原理是把时间分割成周期性的帧，每一帧再分成若干个时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的），每个用户占用固定时隙，另外划分出时隙传送控制和信令信息。其局限性是抗噪声能力不强。

（3）码分多址

码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）是以扩频信号为基础的，利用不同码形实现不同用户的信息传输。最广泛应用的CDMA移动通信系统是IS-95，码分多址被第三代移动通信系统中TD-SCDMA、WCDMA和cdma2000采用。其局限性在于CDMA为自干扰系统，噪声随用户数的增加而增长。

（4）正交频分复用

正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplex，OFDM）技术最早于1999年被IEEE 802.11a收录于5 GHz的无线局域网物理层标准中，被LTE、数字音频广播（Digital Audio Broadcast，DAB）、高清晰度数字电视（High-Definition Television，HDTV）、短距离无线通信等广泛采用，其主要思想是将信号原来的高速信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子载波上进行传输。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道可看成平坦衰落信道，从而消除符号间干扰（Inter Symbol Interference，ISI）。

OFDM与FDMA类似，不同点在于：

[1] 多个子载波相互正交，如图1.7所示，频谱可相互重叠，减少子载波干扰，提高频谱利用率。

[2] 引入快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT），简化了调制/解调过程。

OFDM技术在频谱效率、带宽扩展性、抗频率选择性衰落上具有独特的优势，其不足点在于峰均功率比（Peak-Average Power Ratio，PAPR）较大，不利于便携式终端低功率发送，因此在LTE中只在下行链路上采用OFDM，上行链路选择单载波频分复用（Single Carrier Frequency Division Multiple Access，SC-FDMA）。

（5）空分复用

空分复用为最古老的信道划分方式，在固定电话网络中不同的用户占用不同的物理线路接入网网络。在移动通信中，信号在自由空间中传递，以空间划分信道较为困难。随着矩阵理论、数字信号处理等学科的发展，移动通信出现了新型空分复用。

目前实现空分复用的方式有两种：运用智能天线进行波速赋形和空时编码（Space-Time Coding，STC）中的分层空时码（Layered Space-Time Coding，LSTC）。智能天线原理如图1.5所示。LSTC是实现如图1.8所示的多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）系统现有的方式，其主要思想是利用富散射的无线信道中空间不相关性，增加空间维度提高频谱效率。现有的研究证明，信道容量随天线数的增加线性增长。

智能天线与LSTC结合的空分复用优点是可以有效地利用空间维度，在现有信道划分方式中频谱利用率最高，潜力最大。其局限性是两者结合具有潜在的相互制约。智能天线的波束赋形会减少无线信道散射程度，而LSTC必须在信道富散射的情况下才能正常工作，且目前对于LSTC的研究尚不完善，性能足够好的LSTC还未出现。

（6）随机多址

随机多址最早应用于计算机网络中，以太网所使用的具有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect，CSMA/CD）就是随机多址。

无线通信中的随机多址由认知无线电（Cognitive Radio，CR）技术引入。CR可以实时侦听较宽的频谱，以发现“频谱空洞”（即该频段内用户未占用的频谱）。同时，为了不对主用户造成有害干扰，感知用户在通信过程中，能够快速检测到主用户的再次出现，以便及时腾出带宽给主用户使用。

该技术优点在于可较好地利用暂时空闲的频谱，减少对频谱这一不可再生资源的浪费，有效地提高频谱利用率。其局限性在于该技术在快速频率切换、干扰温度感知等关键算法尚不成熟，目前仍处于理论研究阶段，无商用产品，且对频谱管理来讲是一个挑战。