移动通信中的信号问题和波形分析.ppt

11.1移动无线电系统的功能设计 11.2比特流波形分析,上海师范大学-肖龙-2012-4-24,内容,1. 信号问题,2. 时延扩展相关因子,3. 比特流波形分析,4. 随机数据序列的功率谱密度,5. 波形整形,6. 双二进制波形信号,1. 信号问题,在本章中，讨论通过移动无线电环境中，接收和发送时用模拟传输话音和用数字数据传输控制信号遇到的问题。这些问题通常是与距离和车速、发送脉冲的波形和可归因于移动传输媒体的时延扩展等这些变量有关。,下面主要介绍两种因子：,距离相关因子,速度相关因子,距离相关因子,距离相关因子,载波噪声比受发射站址和接收站址之间距离的影响，如果发射功率保持不变，比特差错率随距离增大而增加。比特差错率也是信号速率的函数。仙农信道容量公式可用来检验当距离增大而差错率将增加：,为了说明当信号速率随距离降低而比特差错率增加，必须建立上式中Sc与距离的函数关系式。基于式（4.50），作为距离函数的接受功率可表达为：,式中，R是1mi距离，PR是在1mi截取点上的接受功率。是在郊区的路径损耗，为38.4dB/dec，而Pd是信号载波或式（11.1）的Sc的接收功率。因此信号速率的信道容量是：,过程如下：,式（11.3）表明路径距离上信号速率的相关性。因此能用于确定信号速率。,速度相关因子,如8.2节中所讨论的那样，车辆速度不直接影响比特差错率，但字节差错率受移动台速度的影响。如图11.1所示。,从图中可以看出来，衰落长度越长，差错率越大。,可以看出，衰落平均持续时间与速度V是成反比的。,由于移动无线电环境中引发的衰落突发，差错与由高斯噪声引起的差错不同，在发送报文数据或编码数据时，衰落持续时间确定了必须的重复速率。,2. 时延扩展相关因子,在第1.5节中解释过市区和郊区移动无线电环境中时延扩展的参数和范围。基于在移动无线电媒体范围内的时延扩展，能计算出最大比特率，也能从信号的相干带宽中粗略求出最大比特率Rmax的近似估计值，基于最大比特率Rmax的关系表达式如下：,3. 比特流波形分析,图11.2中示出了各种类型的二进制PCM波形，注意，每种波形有不同的功率谱密度。 非归零（NRZ）码和双向曼切斯特（Manchester）码波形通常都在脉冲信号中应用。这两种波形的功率谱密度为选用一个合适的移动无线电信号方案和设计一个能通过全部信号能量的带通滤波器提供了基础。,4. 随机数据序列的功率谱密度,在转移概率和功率谱之间关系可表达如下：,NRZ（非归零）基带信号,归一化,图11.3中示出了式11.14的函数曲线。,曼切斯特码波形信号,处理过程同上。最终也是产生一个归一化的式子。,分析,结合波形,5. 波形整形,波形整形主要是用来压缩发送的数据流带宽。同时波形整形技术也能用来减少码间干扰。,假定脉冲s(t)能用傅立叶级数表示：,式中，,通过上式，可以求出每个不同波形脉冲s(t)的谱密度函数S(w)= ,而且结果如图11.4中所示。在多数应用中，S(w)的频谱形状都用于由s(t)表示的波形脉冲。其次，他们的谱密度函数都是对应于用S(w)表示的s(t)的波形。,大家应该注意到，升余弦脉冲和方形脉冲s(t)在1/2倍间隔上都有他们的零分量。由于升余弦脉冲s(t)的波动量比方形脉冲要小，其码间干扰抖动比方形脉冲也要小，为此，升余弦脉冲形状s(t)是最经常使用的，而且其频率响应与其S(w)非常相似。,6. 双二进制波形信号,双二进制调制采用的方案是使用低于R/2 Hz的带宽传送R bit/s速率的信号。由奈奎斯特抽样准则可知，为了无码间干扰（ISI）地传送R bit/s的信号，传输脉冲所需的最小的带宽是R/2 Hz。这意味着双二进制调制存在码间干扰，实际上这个干扰是在可控制之下引入的，在接收端可以去掉这个干扰，恢复原始信号。 双二进制编码允许一定的ISI，因此其频域的频谱变窄，信道的畸变效应减小。这也是为什么双二进制调制具有抗色散能力的原因。,背景知识,方法实现,1,首先，把升余弦脉冲的标准全长脉冲宽度变成半长脉冲宽度。如图11.5(a)所示。,频谱密度可表示为：,2,假定滤波器是单纯的余弦形，就可近似为双二进制滤波器的平均功率输出。利用其转移函数的余弦滤波器的响应可表达为：,而且,在通信链路一端上发射预编码的双二进制信号和另一端上所接收到信号之间的关系可表