3.移动通信关键技术

无线资源利用技术

复用技术

复用技术是一种将物理传输介质划分为多条逻辑信道使之能传输多个信号的技术。复用技术包括频分复用、时分复用、码分复用和空分复用。

频分复用和时分复用

频率分复用是一种通过将信号调制到不同频率上，使得同一个传输介质可以同时传输不同频率的信号。频分复用的优点是原始的频分复用不需要资源动态调整，不需要同步；其次不仅适用于数字信号，也适用于模拟信号。缺点是缺乏灵活性；由于多路信道的话务量通常是不均衡的，然而频分复用为每个信道分配的带宽是相等的，这会导致带宽资源的浪费。同时保护带的应用降低了频带利用率。 时分复用则将信道划分为若干个时隙，多路信号可以在不同时隙中进行传输。时分复用的优点是只需要一个频率的载波就可以实现时分复用，在接入信号路数较多时，时分复用可以达到较高的吞吐量。缺点是需要非常精准的同步。此外，由于多径效应问题，时分复用也需要添加保护带（称为转换时间，transition time）以减少多径效应的影响，这也降低了信道利用率。

GSM系统中混合地使用时分复用和频分复用以进一步增大信道利用率。GSM将信道划分为了8个时隙，并且每个信道将按照200kHz带宽进行分配。时分复用和频分复用的混合使用可以减小频率选择性衰落，但是需要对每个信道进行精准的同步，同时需要为每个信道在时间和频率上添加保护带。

空分复用

在空分复用中使用多个有向天线在不同方向发送和接收不同路的信号。空分复用比较容易实现，因此几乎所有的移动通信系统都使用了空分复用。

码分复用

在码分复用中，不同的信道同时同频传输，当使用不同的比特序列对原始信号进行区分。
码分复用也称为扩频技术，会在后文中扩频技术一节详细阐述。

多址技术

多址技术本质上是一种多用户场景连接同一传输媒体下的资源协调方式。
多址技术可以简单分为竞争的多址技术(contention)和基于非竞争的多址技术(conflict free)。竞争的多址技术比如载波侦听多址和ALOHA协议，在课程通信和计算机网络中有详细讲述，竞争的多址技术不会预先为网络中的每个用户进行特定资源的分配。非竞争的多址技术会预先为网络中的每个用户进行特定资源的分配，这样的分配是动态的（比如轮询）或者非动态的。移动通信中使用的多址技术大多以基于非竞争的、非动态的多址技术为主：比如时分多址、频分多址、码分多址和空分多址。这样的多址技术的实质是对频带信号(即调制后的信号)的复用技术，而上文中所述的“复用技术”的对象是基带信号(即未经过调制的信号)。

复用技术指多路信号合为一路信号，共享传输媒体，复用技术的对象是基带信号。
多址技术指多个终端共同连接同一个传输媒体，多址技术的对象是频带信号。
双工指上行链路和下行链路共享同一个传输媒体，进行的复用。

频分多址/FDMA

频分多址是对频带信号的频分复用。
频分复用的优点是复杂度低，易于同步。使用频分复用的物理层比特开销不大。
缺点是频分多址的频带固定分配给固定链路，链路空闲会造成分配的频带被浪费。同时对射频干扰滤波器要求较高以减少邻道干扰。

时分多址/TDMA

时分多址将一帧分为多个时隙并分配给各用户。每一时隙会预留一些保护时间以避免多径效应带来的时移对帧同步的影响。
原始的时分多址需要一个中央结点控制其他所有节点进行帧同步。

时分多址的优点是，运用时分复用时，发送机会不时地开关机，因此能耗较低。并且使用时分多址时发送机和接收机拥有了多个时隙，因此运用时分多址不需要双工器。
时分多址的缺点是对于同步的要求更高，并且相比于频分多址其保护时间的开销更大。

时分多址被广泛应用于2G通信系统，应用时分多址时通常需要自适应均衡器。

空分多址/SDMA

空分多址是对频带信号的空分复用，空分多址技术可以由如下几种方法实现：
- 将全向天线服务的移动通信服务区小区化，相隔一定距离的不同的区群可以使用同一频率。
- 基站使用多个有向天线划分为多个扇形接收区，称为扇区。不同的天线接收来自不同扇区的信号。
- 天线发送信号时进行波束赋形(beam forming)，使发送的电磁波的能量集中在某个方向上。

码分多址/CDMA

时分多址和频分多址所使用的时间和频率带宽都是容量有限的资源，这些容量被称为硬容量。而码分复用利用不同的码片序列，称为伪随机码序列(presudo random code/presudo noise code,PN code)区分不同的用户。理论上码分复用可以支持无限个码片序列对应的用户，因此码分复用所使用的码片序列是一种无限容量的资源。
同码分复用，码分多址中的特定码片序列只能够被指定的接收机接收。
码分多址中要求用于区分不同用户的码片序列必须彼此不相关，即要求码片序列的自相关特性高，互相关特性低，以在接收机可以清晰地分辨各用户的信号。当不同码片序列并非完全不相关时，不同码片序列彼此出现相互干扰，称为多址干扰(multi access interference). 多址干扰是码分多址特有的一种干扰现象。

常用伪随机序列

• M序列
  M序列(maximum-length sequences)是由带线性反馈的移存器产生的周期最长的序列。M序列的自相关特性高，互相关特性低。
  
• Gold序列
  Gold序列(gold sequences)是M序列的复合码，它是由两个码长相等、码时钟速率相同的M序列优选对模二加构成的。相比于M序列，Gold序列的互相关特性更好。
  
• 正交序列
  正交序列(pure orthogonal sequences)指所有的序列之间都彼此正交，正交序列的互相关特性非常低。

使用直接序列的CMDA通常使用Gold正交序列和正交序列。

宽带码分多址/WCDMA

宽带码分多址是一种宽带直接序列扩频/直接序列码分多址。相比于直接序列码分多址，其带宽拓展到了5MHz，其码片速率恒定为3.84Mchip/s。具体的实现方式有两步： - 信道化(channelization)
对频带信号使用正交的信道化码以扩频增加信号带宽。信道化码是一种短码，其长度与扩频因子有关。常见的编码方式为正交可变扩频因子编码(OVSF,orthogonal variable spreading factor coding)。
具体的编码规则为：
扩频因子始终为\(2^n\)。对于一组由1和-1组成的序列，在下一次扩增中会扩增为两种形式：
- 在该序列后添加与该序列符号完全相反的序列。
- 在该序列后添加与该序列符号完全相同的序列。

由这个规则生成的码片树如下图所示：

根据扩频因子，系统所使用的信道化码从这个码片树中被选择出来。

信道化码在上行链路和下行链路中有不同的作用：
在上行链路中，信道化码用于区分控制信道和专用信道(dedicated channel)。
在下行链路中，信道化码用于区分连接同一个扇区/小区的不同用户。

• 加扰(scrambling)
  对信道化后的基带信号添加伪随机码以区分不同的小区/用户，同时也避免了小区之间由于使用同一个信道化码而产生的干扰。扰码的长度非常长，有38400个码片，因此又被称为长码。
  在上行链路中，扰码用于区分不同的移动台。
  在下行链路中，扰码用于区分不同的扇区/小区。

最终所使用的代码是信道化码和扰码的乘积。

远近效应和功率控制技术

码分多址系统中，远近效应(near-far effect)尤为明显。简单来讲，远近效应用一句话可以概括为：“近水楼台先得月”：用户接收到的基站功率与其距离基站的远近有关。
- 对于距离基站近的用户，其收到的基站功率较高。
- 对于距离基站远的用户，其收到的基站功率较低。

为了减少远近效应，采用码分多址的通信系统会使用更加精准和复杂的功率控制(power control)技术来调整发送给不同距离用户的信号功率。

这些功率控制技术包括：
- 开环
不需要基站和移动台交互信息的功率控制。基站从信道中测量干扰条件，并调整发射功率。
- 闭环-内环
通过基站和移动台交互信息对开环功控进行反馈校正：移动台测量信噪比与目标信噪比比较，并向基站发送指令调整发射功率。
- 闭环-外环
通过基站和基站控制台交互信息对开环功控进行反馈校正：基站测量误块率，并向基站控制台发送指令调整目标信噪比。

码分多址的特性

码分多址的优点是：
- 所有的用户都可以用同一个频率，且不需要用户同步。
- 理论上用户容量无穷。
- 载波生成简单，对于直接序列码分多址，只需要将伪随机码与用户信息相乘（异或）即可得到载波。

码分多址的缺点是：
- 需要精准的功率控制来解决远近效应。
- 码片同步对接收机的要求更高。
- 带宽小。
- 会出现多址干扰，影响解扩。

抗衰落技术

由于随机的衰落和各种干扰，移动信道的参数会随着时间随机的变化，因此移动信道又被称为变参信道。移动通信中通过各种各样的技术来应对无线信道的各种衰落和干扰。

误差补偿技术

误差补偿(error compensation mechanisms)是一种在接收端对于各种信号中误差和失真的补偿。误差补偿技术主要包括三类技术：
- 自适应信道均衡(adaptive channel equalization)
- 差错控制编码(error-control coding)
- 分集技术(diversity techniques)

其中分集技术是最重要的抗衰落技术，通常这三种技术往往混合使用。

信道均衡技术

通常对于频率选择性信道，信道中的信号由于多径效应和带宽有限而发生时域的展宽，这是导致码间串扰的主要原因。信道均衡技术(channel equalization)可以有效的减少码间串扰。
简单来说，信道均衡的想法是在接收端的滤波器后和判决器之间增加一个新的器件——均衡器，均衡器是一种FIR滤波器，它能够根据信道的脉冲响赋予调整接收信号在各频点权重\(C_i\)。具体赋予权重的方式多样，常见的是使用最小均方误差算法来赋予权重。
自适应信道均衡技术可以根据信道状态信息(channel state information, CSI)自动调整权重，使得码间串扰的程度减少到最小。

差错控制编码

误差控制编码是在信源编码阶段使用一些可以规避或者减少特定误差的编码方式的抗衰落技术。现在广泛应用的误差控制编码技术是前向纠错(forward error-correction，FEC)和自动请求重发(auto-repeat request)。

前向纠错

前向纠错技术指在发送端，发送方根据发送数据的内容，按照某个以内容为自变量的函数生成一组代码，称为校验码，附加在数据前或后方。
在接收方，接收者收到数据后按照相同的方式计算出一个校验码，并与发送方附带的校验码进行比对，如果两者不一致，则说明数据在传输的过程中发生了改变。某些校验方式还可以找到具体出错的比特位置，并且自动对齐进行校正。
根据编码器中是否需要内存，前向纠错码又分为卷积码(convolutional code)和分组码(block code)。
经典的分组码是线性分组码，通常以\((n,k)\)线性分组码表示，其意义是：对于\(k\)比特的信息，使其添加上\(n-k\)比特的校验信息。在线性分组码中，通常以\(\frac{n}{k}\)表示编码效率。
卷积码是编码器冲激响应与一段比特数据进行离散时间卷积，从而生成校验码，卷积序列的长度和编码的有效性与编码器的冲激响应序列长度和卷积的序列长度——即内存的大小有关。

自动请求重发

自动请求重发是一种后向校错(backward error correction)，它依赖于接收者。简单来说，如果接收者收到数据后发现数据有错，会通过反馈机制告知发送者重新发送该数据。

分集技术

相互独立的信道中的衰落也是相互独立的，因此可以对不同的逻辑信道中的不同误差进行分别的补偿，然后将这些信号进行合并，以得到一个较为完整的信号。需要注意的是，分集技术的应用不能完全消除误差，但是可以降低误码率。分集技术通常和其他抗衰落技术混合使用。
分集也是一种对于通信资源的划分使用方式，分集技术包括了宏分集和微分集两大类。

• 宏分集
  宏分集是一种多基站技术，其使用多个不同位置的基站(NodeB)对UE发送相同的信号。只要在各个方向上的信号传播受到的阴影效应不是同时的，这种办法就可以保证通信不会中断。
  3G中采用的软切换是一种宏分集技术。

• 微分集
  微分集是针对于单个基站所使用的通信资源而言的。
  本节重点介绍微分集，微分集又可以分为空间分集、时间分集、频率分集和极化分集等等。

空间分集

空间分集技术是使用多个有向天线将接收和发送空间划分为多个扇形区域的方法。常见的空间分集技术包括了4G中的MIMO 多天线技术(multi-input multi-output)以及5G的massive-MIMO技术等。

时间分集

• 交织
  交织是一种按照一定规律、将多份字符在同一位置切断、重组的技术。
  
  如上图所述，原来可能的突发差错（一长串比特出错）通过交织被拆散为随机差错（单个比特出错）。交织可以减少突发差错对数据的影响。

• Rake 接收机技术
  Rake接收机技术本质上是一种时间分集技术，被广泛用于码分多址系统中以补偿扩频所带来的频率选择性衰落，在后文“码分多址”一节进行介绍。

频率分集技术

频率分集技术主要包括了扩频技术和正交频分复用技术，两者在后文中会有详细介绍。

接收合并技术

在通过分集技术接收到若干个相同信号后，可以使用接收合并技术(combining methods)将若干相同信号按照一定规律合并出一个最佳的信号。
接收合并技术包括：
- 最大比值合并(MRC,maximum ratio combining)
最大比值合并以最大信噪比为目标，在若干个接收到的相同信号都以根据不同信道分支的相位系数和幅值系数得到的修正增益合并为一个信号。
- 等增益合并(EGC,equal gain combining)
最大比值合并的特殊情况，在若干个接收到的相同信号都以相同的增益合并为一个信号。因为等增益合并不需要校正每个信道中信号的幅值，这种情况下只需要每一个信道的相位系数，不需要其幅值系数。
- 选择合并(selection combining)
在若干个接收到的相同信号信道分支中选择信号最强的那个分支，其余的分支被忽略。选择合并极大地节约了计算量，在某些场景下甚至比最大比值合并有更好的表现。

扩频技术-码分复用技术

应用扩频技术的原因是因为在传输过程中符号的频谱常常会受到窄带信号的干扰，导致在接收方不能正确识别符号。因此使用扩频技术通过为来自不同数据的字符信号加上不同的伪随机序列进而扩展每个符号的频谱带宽，使符号带宽大于信道的相关带宽\(BW>>B_{coh}\)。
扩频技术/码分复用技术的要点有二： - 码片序列的作用是原来的单个字符通过与频带扩展序列进行运算变为符号持续时间更短的多个字符（称为码片，chip）。也就是说，相比于原来每个符号的符号持续时间，单个码片的符号持续时间更短，在频域上表现为更宽的频谱。
- 不同的用户信号使用不同且唯一的码片序列。

具体而言，信道中的符号信号会受到宽带和窄带干扰的影响。在接收一侧，接收方使用解扩技术(despread)将符号频谱收窄的同时，也将窄带干扰信号的带宽拓宽，宽带干扰信号的带宽不受影响。这个混合的信号通过带通滤波器之后便可以复原。

此外，码片序列只有收发方拥有，因此码分复用技术有很好的保密性。
扩频技术的性能可以通过处理增益(processing gain)/扩频因子(spreading factor)反映，处理增益是字符经过扩频处理后的带宽与处理前的带宽之比：
\[G_p=\frac{B_{wide}}{B_{narror}}\] 按照使用频带扩展序列的方式，扩频技术又分为直接序列扩频、跳频扩频和跳时扩频。

直接序列扩频

直接序列扩频(direct sequence spread spectrum)是使用一段直接生成的伪随机码与用户数据进行异或运算，得到受调后的数字信号。

在接收一侧，这个码片序列又与相同的伪随机码片序列进行异或运算，还原为原来的数字信号。

整个直接序列扩频系统和解扩系统如下图所示：

直接扩频序列减少了频率选择性衰落，但是需要对每个符号非常精准的功率控制以使的每个字符的功率相等。

跳频扩频和跳时扩频

跳频扩频(frequency hopping spread spectrum)是指用伪随机码序列进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱的一种方法。

应用跳频的调制解调系统如下图所示：

根据跳频时间与符号持续时间的大小关系可以分为快跳频（跳频时间小于符号持续时间）和慢跳频(跳频时间于大符号持续时间)。
跳频扩频主要用于军用通信中，它可以有效的避开干扰，发挥通信效能。

同理，跳时扩频(time hopping spread spectrum)根据伪随机码序列选择不同时隙中的载波信号的方法，由于难以同步，因此现在比较少地使用这一系统。

Rake 接收机技术

码分多址是扩频技术，带宽的扩大会带来频率选择性衰落。在码分多址中，如果多径信号的时延超过了一个码片持续时间，那么接收到的噪声是非相关的，Rake接收机技术可以处理这种非相关的噪声。
Rake接收机技术指的是使用一种形状如“耙（rake）”的多分支天线技术，被广泛用于码分多址的接收机。Rake接收机上每个天线的分支可以接收一路信号。Rake接收机对收到的各个路径信号进行调整：利用多个相关检测器检测多径信号，并调整成时延相同的信号，从而补偿频率选择性衰落。各路调整后的信号叠加，输出最终的信号。

Rake接收机的结构如下图所示：

Rake接收机可以有效克服多径干扰，提高接收性能。

正交频分复用/OFDM和多址技术/OFDMA

多载波调制

多载波调制是一种频分复用方式：高数据率的串行数据流通过串并变换(SP,serial-to-parallel)分解为若干个并行数据流，每条数据流最终分别调制到不同的载波频率上传输。

多载波调制的作用是使得每个载波上调制的符号持续时间能够尽可能长以盖过信道的时延，以此来避免码间串扰。

正交频分复用是一种多载波调制技术，也是一种扩频技术。相比于传统的多载波调制技术，正交频分复用最大的不同是每个信道所使用的子载波在频谱上有所交叠。OFDM的技术的核心思想是将宽频率载波划分成多个带宽较小的正交子载波，并使用这些正交子载波发送及接收信号。
由于每个子载波的带宽小于相干带宽， OFDM可以有效克服频率选择性衰落。

正交频分复用系统

整个正交频分复用系统的结构如图所示：

子载波调制

正交频分复用中，\(N\)个子载波可以同时并行传输\(N\)个符号，通过使用BPSK,QPSK,QAM等等调制技术，每一个符号可以携带多个比特的信息。因此，每个OFDM符号可以携带多个比特符号，这个过程也称为符号映射。

正交频分复用调制和解调

正交频分复用的调制和解调是通过离散傅里叶变换和反离散傅里叶变换得到的。
子载波调制后，每一个OFDM符号可以表示为：
\[g(t)=ℜ(∑_{n=0}^{N-1}b_ne^{j2π(f_c+\frac{n}{T}t)})=\sum_{n=0}^{N-1}b_ne^{j2πn\frac{t}{T}},0≤t≤T\] 其中\(b_n\)表示比特符号，\(N\)是采用的子载波个数，\(T\)是每一个每个OFDM符号的符号持续时间。
对其以\(\frac{T}{N}\)的速率进行采样，得到：
\[g[k]=\sum_{n=0}^{N-1}b_ne^{j2πn\frac{k}{N}}\] 可以发现，\(g[k]\)正好是\(b_n\)的反离散傅里叶变换。
因此，可以发现离散傅里叶变换和反离散傅里叶变换可以用于正交频分复用信号的调制中：
发射机通过离散傅里叶反变换（inverse DFT, IDFT）把频域序列转换到时域，形成相互正交的载波信号。接收机通过离散傅里叶变换（discrete Fourier transform, DFT）把时域序列转换到频域对符号进行解正交频分复用。

添加循环前缀

由于多径效应造成的传输信号的相移可能会使得原来的载波之间不再具有正交性，并且导致码间串扰，因此有必要在每个载波前面添加一定的保护间隔，并且这个保护间隔中的信号是原信号的多个复制，称为循环前缀(CP,cyclic prefix)。

循环前缀的长度必须要超过信道的最大时延，以消除多径时延造成的码间干扰。

正交频分复用系统中的信道均衡

如果循环前缀的持续时间大于信道时延扩展的时间，则平稳多径信道的影响可以通过其对每个子载波的系数振幅和相位的影响精确地为信道建模。
在IEEE802.11和802.16中都在承载信息的子载波信号前额外添加了一段子载波信号，称为导频信号(pilot)。导频信号的作用就是使得接收端能够根据信道中导频信号幅度和相位的变化对信道进行建模，从而在接收端实现信道均衡。

正交频分复用的特点

• 高频谱利用率
  正交频分复用在载波之间不需要保护频带，大大提高了频谱利用率。

• 自适应荷载/信噪比高
  由于正交频分复用中使用了比特映射，更多的比特可以被调制到一条子载波上，因此正交频分复用的信噪比很高。

• 抵御窄带干扰
  OFDM中窄带干扰也只影响其频段的一小部分，而且系统可以不使用受到干扰的部分频段，可以抵御窄带干扰。
  

• 高峰均比
  由于正交频分复用信号是一组不同频率的正弦信号的和，其幅度变化非常大，因此正交频分复用有非常高的峰值-均值比(peak-to-average power rato, PAPR).高均峰比对信号的接收实现造成了困难。

新兴调制技术

调制技术的应用优势有三：
第一是通过调制将基带信号的频率提高了无线通信的工作频段内。
其二是通过调制可以将信息内容以一种具有较好抗噪性、抗干扰性和抗失真性的格式传输。
第三是调制使得频分复用技术称为可能。
对数字信号而言，最基本的调制方式为幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)，在课程通信原理中已经有详细介绍，此处不在赘述。后来随着通信技术的发展，出现了很多适应无线通信场景的调制技术。

正交振幅调制/QAM

正交振幅调制(QAM，quadrature amplitude modulation)是一种结合ASK和PSK的线性调制方式，即利用多种相位和幅度不同的载波承载基带信号的内容。
在QAM中，每一幅度和相位的组合(幅度，相位)可表示基带信号的一个符号，每一个符号由表示不同相位和幅度的比特编码组成的比特串表示。
使用的不同相位数和不同载波数的乘积称为QAM的阶，QAM的阶应当满足\(2^n\)关系，\(n\)为使用的符号数。

例如16QAM中采用了4中相位不同、彼此正交的载波:\(cos(2πf_ct-\frac{π}{4}),cos(2πf_ct+\frac{π}{4}),cos(2πf_ct-\frac{3π}{4}),cos(2πf_ct+\frac{3π}{4})\)和三种不同的幅度值来区分16路不同的基带信号字符。

在QAM中，阶数越大，带宽利用率越高，支持所传输的数据率就越高。然而QAM对噪声的敏感度随着阶数呈指数型上升。

最小频移键控/MSK和高斯最小频移键控/GMSK

MSK称为最小频移键控(minimum shift keying)，是2FSK的特殊情况，是一种非线性调制方法。
在2FSK中使用了两个不同频率的载波\(f_1\)和\(f_2\)，为了尽可能地减少码间串扰，两路不同频率的受调信号应当满足正交性，即\(\int_0^{T_b}s_1(t)s_2(t)dt=0\)(\(T_b\)为符号持续时间)，两个中心频点的频率应当满足：
\[|f_1-f_2|=\frac{k}{2T_b},k∈Z^*\] \(k=1\)时的情况就是最小频移键控所使用的两个载波的中心频点满足的关系。MSK中每个字符都是方波脉冲，高斯最小频移键控(Gaussian minimum shift keying)，GMSK进一步将每个字符脉冲的形状改造为一个高斯分布函数的形状，以缩小每个字符的带宽。

自适应调制

自适应调制是根据信道的信噪比或者信号与干扰加噪声比/SINR对信号进行调制的方法。一般使用一些信道状态指示器(CSI,channel state indicator)获取信道的SNR或者SINR。

调制性能指标

对于调制而言，性能指标主要为频谱利用率和抗噪性。
频谱利用率在课程通信原理中已经介绍过。对于抗噪性而言，通信原理中已经学习过信噪比(SNR)，以下介绍两个信噪比概念衍生出的指标。
- 比特信噪比
比特信噪比表示每个比特的能量与噪声功率谱密度的比值：
\[SNR_{bit}=\frac{E_b}{n_0}\] 本质上比特信噪比是信噪比的归一化指标，其能更好地反应不同调制方法的根本的性能对比，例如QPSK的信噪比虽然大于BPSK的信噪比，但是两者的比特信噪比相等。

• 信号与干扰加噪声比/SINR
  信噪比只考虑了调制的抗噪声性能而未考虑干扰带来的影响，信号与干扰加噪声比/SINR弥补了这一缺点，其是信号功率与信道噪声功率+干扰功率之比：
  \[SINR=\frac{P_S}{P_N+P_I}\]

蜂窝移动通信组网技术

工作方式

目前的移动通信大多采用全双工技术，可以分为频分双工(FDD)和时分双工(TDD)两种。
- 频分双工
利用两个不同的频率进行区分上行和下行通信， 并且收发频带之间有一定保护间隔以提高抗干扰能力。
- 时分双工
上行和下行通信工作在同一频率，但是不同时隙区分上行和下行通信。

频率重用技术

由于移动通信所使用的频段是有限的，因此将覆盖的地理区域分割为多个更小的区域，称为小区(cell)，一个基站覆盖一个小区。相邻的小区之间必须使用不同的频率，由于无线电的衰减，在一定距离后又可以重新使用这个频率。
共同使用全部可用频率的若干个小区组成一个小区簇/区群(clustering)。
频率重用技术所指就是不同的区群之间使用对应的相同频率，使用各相同频率的两个小区的间隔应当相等，称为再用距离。

划分小区的优点是由于频率重用实现了高利用率和大容量；并且干扰被限制在了小区内部；同时小区之间的重叠可以保证即使一个小区掉话另一个小区也可以保持通话，具有鲁棒性。其缺点是带来了更多的建设成本和更复杂的移动性管理功能。

移动性管理

越区切换

越区切换（HO，hand-over/hand-off）指在作出越区切换决定后，将一个连接的所有无线电资源切换给另一个基站的情况。

切换过程分为：
- 硬切换
移动台越过两个基站服务区的重叠部分后，先断开原来基站的连接，再建立和新基站的连接。
- 软切换
移动台在两个BTS服务区的重叠部分处，在保持和原来基站连接的前提下，建立和新基站的连接。当移动台越过重叠部分后，再断开原来基站的连接。
更软切换(softer handover)则是发生在同一个基站的扇区和扇区之间软切换。

越区切换需要考虑何时切换的问题，发生越区切换的判定依据一般是功率或者是通话质量。
越区切换的控制分为测量过程和判定过程： - 移动控制(Mobile Controlled)：两者全部由移动台完成的策略。
- 网络控制(Network Controlled)：两者全部由网络控制器完成的策略。
- 移动台辅助控制(Network Controlled and Mobile assisted Handovers,MAHO)：
移动台测量到每个小区的信号强度，并报告给网络控制器，网络控制器决定是否进行切换以及切换的小区。
GSM中采用的是移动台辅助控制切换。

位置管理

用户设备在特定的情况下（比如开机、关机、间隔一定时间、参数变化等）需要向网络报告其位置，这个过程称为位置登记(Location Registration)。
位置管理的区域称为位置区(LA,Location Area)，位置区中含有若干个小区。位置区越大，包含的小区数目越多，需要进行跨区登记的负荷就越轻。但是位置区越大，寻呼被叫移动台时浪费的呼叫资源就更多。