《概论,相关技术》PPT课件.ppt

移动通信技术,工程技术系 魏毅,1、移动通信技术课程是通信技术专业的一门职业核心能力课程。重点是培养对移动通信系统的认知，安装、配置、调试、维护移动通信系统的能力。 2、理论课加实训课； 3、平时成绩40%；期末成绩60%。,教学内容,第一章 概述 第二章 数字移动通信系统的相关技术 第三章 电波传播与干扰 第四章 移动通信的组网技术 第五章 GSM数字蜂窝移动通信系统及设备 第六章 通用分组无线业务（GPRS） 第七章 CDMA数字蜂窝移动通信系统及设备 第八章 CDMA2000 1X数字蜂窝移动通信系统 第九章 第三代移动通信系统,小组作业,主题：根据兴趣选取相关方向 要求：生动，有趣 时间：下周两节课 分组：5人一组，分为8组，自愿组合，每组选出一个组长，班干部协调和登记，下周上课提交名单。 方式：各小组查找资料，制作PPT，上课时，组长上台讲10分钟，5分钟其它同学提问，本小组所有成员都可回答。,第1章 概论,第 1 章 概论,11 移动通信的发展概况 12 移动通信系统的特点和分类 13 移动通信系统的构成 14 移动通信的类型 15 移动通信的标准化 16 小结,11 移动通信的发展概况,概念 所谓通信，最简单的理解，也是最基本的理解，就是人与人沟通的方法。无论是现在的电话，还是网络，解决的最基本的问题，实际还是人与人的沟通。现代通信技 术，就是随着科技的不断发展，如何采用最新的技术来不断优化通信的各种方式，让人与人的沟通变得更为便捷，有效。这是一门系统的学科，目前炙手可热的移动通信就是其中的重要课题。,第1章 概论,概述 通信技术和通信产业20世纪80年代以来发展最快的领域之一。不论是在国际还是在国内都是如此。这是人类进入信息社会的重要标志之一。 通信就是互通信息。从这个意义上来说，通信在远古的时代就已存在。人之间的对话是通信，用手势表达情绪也可算是通信。以后用烽火传递战事情况是通信，快马与驿站传送文件当然也可是通信。现代的通信一般是指电信，国际上称为远程通信。,第1章 概论,里程碑,新一代手机（GPRS、CDMA）（2.5G、3G）,蜂窝式 移动电话 （1G）,通信的历史,1835年，莫尔斯发明电报机，并设计莫尔斯电报码。 1876年，贝尔发明电话机。这样，利用电磁波不仅可以传输文字，还可以传输语音，由此大大加快了通信的发展进程。 1901年，马可尼发明无线电设备，从而开创了无线电通信发展的道路。,1980年代，第一代移动电话技术(1G)开始应用。 1990年第一版GSM (2G)标准完成。 1992年，芬兰成为第一个商业运营的GSM网络。 1999年，WAP协议使得可以通过手机访问互联网。 2000年后开始商用的通用分组无线服务（GPRS）使得GSM系统能够以效率更高的分组方式提供数据通讯。 2003年, EDGE技术开始商用，提供了接近3G的数据通讯能力。,2000年5月，国际电信联盟正式公布第三代移动通信标准，中国TD-SCDMA、欧洲WCDMA、美国CDMA2000成为3G时代主流的三大技术。2007年10月19日，WiMAX正式被批准成为继WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA之后的第四个全球3G标准。 2004年，3GPP多伦多会议发布LTE(Long Term Evolution,长期演进)项目。LTE是3G的演进,并非人们普遍误解的4G技术，而是3G与4G技术之间的一个过渡 。,移动通信设备的历史,思考：移动通信系统的组成？ 电话如何打通的呢？ 短信如何发出的呢？,GSM蜂窝系统的网络结构,典型的通信系统（图1.2）,典型的通信系统 一、发送端功能模块： （1）格式化：将模拟信号抽样量化变成数字信号； （2）信源编码：去除信源消息序列的冗余性，提高传输效率； （3）加密：防止信息被未经授权者截获； （4）信道编码：对信息加入检错和纠错的功能，提高抗干扰 能力； （5）多路复用：将多个低速的数据流复接成高速的数据流； （6）脉冲调制（波形编码）：将信息序列变换成适合在基带 或通带信道中传输的码型；,（7）带通调制：将基带信号搬移到适合特定介质传输的频段； （8）频率扩展：提高信号的隐蔽性和抗干扰能力； （9）多址接入：实现信道的共享分配； 二、接收端功能模块： （1）多址接入、（2）频率解扩、（3）解调、（4）信号检测、（5）多路分离、（6）信道译码、（7）解密、（8）信源译码、（9）格式化。 分别完成与发送端对应模块相反的功能。,1.2.1 移动通信系统的特点,1移动通信必须利用无线电波进行信息传输。 用户可以在一定范围内自由活动，不过无线电波的传播特性一般都很差。 影响通信质量。 2通信是在复杂的干扰环境中运行的 多部收发信机的干扰；工业干扰；人为干扰。 3移动通信业务量的需求与日俱增 移动通信可以利用的频谱资源非常有限。 4移动通信系统的网络结构多种多样，网络管理和控制必须有效 移动通信网络必须具备很强的管理和控制功能 5移动通信设备(主要是移动台)必须适于在移动环境中使用 对手机的主要要求是体积小、重量轻、省电、操作简单和携带方便。 还应保证在震动、冲击、高低温变化等恶劣环境中正常工作。,第1章 概论,第1章 概论,122移动通信系统的分类,（1）按使用对象可分为民用设备和军用设备； （2）按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信； （3）按多址方式可分为频分多址(FDMA) 、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)等； （4）按接入方式可分为频分双工（FDD）和时分双工（TDD）； （5）按覆盖范围可分为广域网和局域网； （6）按业务类型可分为电话网、数据网和综合业务网； （7）按工作方式可分为同频单工、异频单工、异频双工和半双工； （8）按服务范围可分为专用网和公用网； （9）按信号形式可分为模拟网和数字网。,第1章 概论,13 移动通信系统的构成,图1.3移动通信系统组成,第1章 概论,14 移动通信的类型,141 工作方式 按照通话的状态和频率使用的方法可分为三种工作方式，单工制、双工制、半双工制。 1单工通信 单工通信是指通信双方电台交替地进行收信和发信。即在一个时间里要么说，要么听，只可选择一样。根据收、发频率的异同，又可分为同频单工和异频单工。单工通信常用于点到点通信。,第1章 概论,单工通信 （PTT： push to talk）例如：对讲机,第1章 概论,2双工通信 双工通信，是指通信双方可同时进行传输消息的工作方式，有时亦称全双工通信。通信的双方都可以在同一时间又说又听，互不干扰。,双工通信 （收-发双工器用于防止发射大信号直接进入接收机前端引起接收信道饱和甚至烧毁，同时避免发射机噪声对接收灵敏度的影响 ）,第1章 概论,3半双工通信 基站双工，移动台单工。（汽车调度）,半双工通信,第1章 概论,142 模拟网和数字网 模拟通信系统：比如在电话通信中，用户线上传送的电信号是随着用户声音大小的变化而变化的。这个变化的电信号无论在时间上或是在幅度上都是连续的，这种信号称为模拟信号。在用户线上传输模拟信号的通信方式称为“模拟通信”。 (包括模拟蜂窝网、模拟无绳电话与模拟集群调度系统等)称作第一代通信产品。,第1章 概论,数字通信系统：利用数字信号传递消息的通信系统 ，数字信号与模拟信号不同，它是一种离散的、脉冲有无的组合形式，是负载数字信息的信号。现在最常见的数字信号是幅度取值只有两种(用0和1代表)的波形，称为“二进制信号”。“数字通信”是指用数字信号作为载体来传输信息，或者用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。 (包括数字蜂窝网、数字无绳电话、移动数据系统以及不移动卫星通信系统等)称作第二代通信产品。,第1章 概论,数字通信系统的主要优点可归纳如下： （1）频谱利用率高，有利于提高系统容量； （2）能提供多种业务服务，提高通信系统的通用性； （3）抗噪声、抗干扰和抗多径衰落的能力强； （4）能实现更有效、灵活的网络管理和控制； （5）便于实现通信的安全保密； （6）可降低设备成本和减小用户手机的体积和重量。,第1章 概论,143 话音通信和数据通信,移动通信网络的分类,1.5 移动通信的标准化,国际上有关移动通信系统的标准和建议，通常是全球或地区范围内许多研究部门、生产部门、运营部门和使用部门中许多专家集体创作制定，它标志着移动通信的发展方向，也体现着移动通信市场需求和综合技术水平，具有巨大的技术和商业价值，为世界各国制定移动通信发展规划和标准提供了重要的依据。,第1章 概论,151国际无线电标准化组织 国际电信联盟(ITU) 是设于日内瓦的联合国组织，下设四个永久性机构： 综合秘书处 国际频率登记局(IFRB) 国际无线电咨询委员会(CCIR) 国际电话电报咨询委员会(CCITT) 国际频率登记局(IFRB)的职责： 管理带国际性的频率分配； 组织世界管理无线电会议(WARCs)。 WARCs是为了修正无线电规程和审查频率注册工作而举行的。,第1章 概论,国际电话电报咨询委员会(CCITT)开发设备建议，如在有线电信网络中工作的数据调制解调器（Modem）, 还通过其不同的研究小组开发了许多与移动通信有关的建议，如编号规划、位置登记程序和信令协议等 国际无线电咨询委员会 (CCIR) 为ITU提供无线电标准的建议，研究的内容着重于无线电频谱利用技术和网间兼容的性能标准和系统特性。 1993年3月1日，国际电信联盟（ITU）进行了一次组织调整。调整后的ITU分为三个组： （1）无线通信组(以前的CCIR和IFRB)； （2）电信标准化组(以前的CCITT)； （3）电信开发组(BDT)。,第1章 概论,152欧洲共同体(EC)的通信标准化组织 欧洲邮电管理协会(CEPT)曾经是欧洲通信设施的主要标准化组织。其任务是协调欧洲的电信管理和支持CCITT和CCIR的标准化活动。目前，CEPT在这方面的工作已越来越多地被欧洲共同体（EC）管理下的其他标准化组织所取代。 隶属于欧洲共同体的标准化组织主要是欧洲电信标准协会(ETSI)。它成立于1988年，已经取得许多以往由CEPT领导的标准化职责。下设的服务与设备、无线电接口、网络形式和数据等分会。像GSM、无绳电话（Cordless Phone）和欧洲无线局域网（HIPERLAN）等许多标准都是由ESTI所制定。,第1章 概论,153北美地区的通信标准化组织 在美国负责移动通信标准化的组织是电子工业协会(EIA)和电信工业协会(TIA)(后者是前者的一个分支)。此外，还有一个蜂窝电信工业协会(CTIA)。1988年末，TIA应CTIA的请求组建了数字蜂窝标准的委员会TR45，来自美国、加拿大、欧洲和日本的制造商参加了这个组织。TR45下属的各个分会主要是对用户需求、通信技术等方面的建议进行评估。1992年1月EIA和TIA发布了数字蜂窝通信系统的标准IS-54（TDMA）暂时标准，它定义了用于蜂窝移动终端和基站之间的空中接口标准（EIA92）。,第1章 概论,154太平洋地区的通信标准化 太平洋数字蜂窝移动通信系统（PDC）标准发布于1993年，也称为日本数字蜂窝移动通信系统（JDC）。PDC有些类似于IS-54标准。,第1章 概论,16 小结 介绍了移动通信系统发展的历程 对移动通信系统特点和分类、基本组成、基本概念以及工作方式进行了概述 对移动通信系统所涉及的标准化组织进行了介绍 目的：让学生对移动通信有所认识和了解。掌握移动通信的概念、组成结构及特点，了解移动通信系统发展趋势和其标准化组织所制定的标准。,第 2 章 数字移动通信系统的相关技术,21 调制解调技术 22 多址技术 23 语音编码及信道编码技术 24 扩频技术 25 小结,第2章 数字移动通信系统的相关技术,211概述 物质在1秒内完成周期性变化的次数，即振动的次数叫做频率，常用f表示。频率f是周期T的倒数，即f =1T，波速=波长*频率。而像中国使用的电是一种正弦交流电，其频率是50Hz,也就是它一秒钟内做了50次周期性变化。 物理中频率的单位是赫兹（Hz），简称赫，也常用千赫（kHz）或兆赫（MHz）或GHz做单位。1kHz=1000Hz，1MHz=1000kHz 1GHz=1000MHz。 我们听到的声音也是一种有一定频率的波。人耳听觉的频率范围约为20HZ20KHZ,超出这个范围的就不为我们人耳所察觉。 GSM系统工作在900MHZ和1800MHZ，怎样传送话音信息？,第2章 数字移动通信系统的相关技术,21 调制解调技术,调制的目的是把要传输的信号变换成适合信道传输的信号，这就意味着把基带信号（信源）转变为一个相对基带频率而言频率非常高的带通信号。该信号称为已调信号，而基带信号称为调制信号。调制过程用于通信系统的发端。 在接收端需将已调信号还原成要传输的原始信号，也就是将基带信号从载波中提取出来的过程。该过程称为解调。,第2章 数字移动通信系统的相关技术,在无线电通信中，调制是必不可少的，因为要使信号能以电磁波的方式发送出去，信号所占用的频带位置必须足够高，并且信号所占用的频带宽度不能超过天线的的通频带，所以基带信号的频谱必须用一个频率很高的载波调制，使基带信号搬移到足够高的频率上，才能够通过天线发送出去。,第2章 数字移动通信系统的相关技术,调制可以通过使高频载波随信号幅度的变化而改变幅度、相位或者频率来实现。按照调制器输入信号(该信号称为调制信号)的形式 模拟调制：利用输入的模拟信号直接调制(或改变)载波(正弦波)的振幅、频率或相位（相位phase是对于一个波，特定的时刻在它循环中的位置） ，从而得到调幅(AM)、调频(FM)或调相(PM)信号 数字调制：利用数字信号来控制载波的振幅、频率或相位。常用的数字调制有：幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)等。 现代移动通信系统都使用数字调制解调技术,数字信息传输方框图,第2章 数字移动通信系统的相关技术,212数字调制技术 相移键控（PSK）调制 设输入比特率为an, an=1, n=+, 则PSK的信号形式为： 即当输入为“+1”时，对应的信号S（t）附加相位为“0”；当输入为“-1”时，对应的信号S（t）附加相位为“”。其信号波形如图2.1所示。,第2章 数字移动通信系统的相关技术,图2.1 PSK波形,图2.2 PSK调制框图 低通滤波器：低频信号通过，阻止高频信号通过。一般用于去掉输入信号中不必要的高频成分,基本的数字调制：幅频移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK) 在这三种调制的基础上为了得到更高的效果也出现了很多其它的调制方式，如：DPSK，MASK，MFSK，MPSK，APK。它们其中有的一些是将基本的调制方式用在多进制上或者引入了一些新的方式来解决基本调制的一些问题如相位模糊和无法提取位定时信号，另外一些是组合多种基本的调制方式来达到更好的效果。,第2章 数字移动通信系统的相关技术,基带信号的调制主要分为线性调制和非线性调制，线性调制是指已调信号的频谱结构与原基带信号的频谱结构基本相同。而非线性调制则是指在接收方会出现很多新的频谱分量。 数字蜂窝系统中主要采用的调制方式： 线性调制主要有相移键控(PSK)、正交相移键控(QPSK)、 /4-DQPSK调制等。 恒包络调制包括频移键控(FSK)、最小频移键控（MSK）-频率正交，相位连续、高斯最小频移键控（GMSK）和高斯滤波的频移键控(GFSK)。,第2章 数字移动通信系统的相关技术,22 多址技术 多址技术允许许多移动用户同时共享有限的无线频谱资源。需要分配有效的信道给多个用户来获得高的系统容量。对于高质量的通信，必须要保证不导致系统性能的降低。 在无线通信中，许多用户同时通话，以不同的无线信道分隔，防止相互干扰的技术方式称为多址方式。 无线通信具有大面积覆盖和广播信道的特点，一个用户发射的信号其它用户均可接受，所以如何建立无线信道的连接，是多址接入所要解决的问题。,第2章 数字移动通信系统的相关技术,221概述 1、双工方式：频域和时域 频分双工（FDD）为每一个用户提供两个确定的频率波段。一个波段（前向波段）提供从基站到移动台的传输，而另一个波段（后向波段）提供从移动台到基站的传输。需要双工器。 时分双工（TDD）是用时间而不是用频率来提供前向链路和反向链路。TDD模式的移动通信系统中接收和传送是在同一频率信道即载波的不同时隙，用保证时间来分离接收与传送信道。如果前向链路和反向链路之间的时间间隔很小（平均长度为几百us ），那么对于话音、数据的发送和接收，用户看起来是同时的，这就需要在发送和接收之间存在一段时间间隔。不需要双工器。（TD-SCDMA),第2章 数字移动通信系统的相关技术,2 多址方式 频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)是在无线通信系统中共享有效带宽的三种主要接入方式 我国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz频段： 上行链路（移动台发、基站收）905915 MHz 下行链路（基站发、移动台收）950960 MHz （DCS1800）1800MHz频段： 上行链路（移动台发、基站收）17101785 MHz 下行链路（基站发、移动台收）18051880 MHz,频分多址(FDMA) ：当以传输信号的载波频率的不同划分来建立多址接人时 时分多址(TDMA)：当以传输信号存在的时间不同划分来建立多址接入时 码分多址(CDMA)：当以传输信号的码型不同划分来建立多址接人时,复用是对资源来说的，复用分时分、频分、码分等，复用是把资源分割供用户使用的方式 多址的对象是用户，是区分用户和用户的方式，每个用户使用不同的址来区分 简单来说，多址肯定要复用，不同用户必须占用不同的资源才能区分开来；但复用不一定多址，单个用户可以同时占用多个资源进行接收，比如在GSM或3G中一个用户占用多个频道、多个码道或多个时隙来提高传输速率就还是复用的概念,第2章 数字移动通信系统的相关技术,222频分多址(FDMA) 在频分多址系统中，把可以使用的总频段划分为若干占用较小带宽的频道，这些频道在频域上互不重叠，每个频道就是一个通信信道，分配给一个用户。一个典型的FDMA频道划分如图2.18所示。,第2章 数字移动通信系统的相关技术,图2.18 FDMA频道划分方法,第2章 数字移动通信系统的相关技术,图2.19 FDMA通信系统工作示意图,第2章 数字移动通信系统的相关技术,FDMA是最经典的多址技术之一，在第一代蜂窝移动通信网中使用了频分多址。这种方式的特点是技术成熟，对信号功率的要求不严格。 但是在系统设计中需要周密的频率规划，基站需要多部不同载波频率的发射机同时工作，设备多且容易产生信道间的互调干扰，同时，由于没有进行信道复用，信道效率很低。 因此现在国际上蜂窝移动通信网已不再单独使用FDMA，而是和其他多址技术结合使用。,第2章 数字移动通信系统的相关技术,223时分多址（TDMA） 在时分多址系统中，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙(无论帧或时隙都是互不重叠的)，每一个时隙就是一个通信信道,分配给一个用户。一个典型的TDMA频道划分如图2.20所示。 TDMA通信系统是根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发射信号,满足定时和同步的条件下，基站可以在各时隙中接收到各移动台的信号而互不干扰。同时，基站发向各个移动台的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分出来。其系统工作示意图，如图2.21所示。,第2章 数字移动通信系统的相关技术,图2.20 TDMA频道划分方法,第2章 数字移动通信系统的相关技术,图2.21 TDMA通信系统工作示意图,第2章 数字移动通信系统的相关技术,在TDMA通信系统中，小区内的多个用户可以共享一个载波频率，分享不同时隙，这样基站只需要一部发射机，可以避免像FDMA系统那样因多部不同频率的发射机同时工作而产生的互调干扰；但系统设备必须有精确的定时和同步来保证各移动台发送的信号不会在基站发生重叠，并且能准确地在指定的时隙中接收基站发给它的信号。 TDMA技术广泛应用于第二代移动通信系统中。在实际应用中，综合采用FDMA和TDMA技术的，即首先将总频带划分为多个频道，再将一个频道划分为多个时隙，形成信道。例如GSM数字蜂窝标准采用200 kHz的FDMA频道，并将其再分割成8个时隙，用于TDMA传输，如图6.5所示。,第2章 数字移动通信系统的相关技术,224码分多址(CDMA) 在码分多址（CDMA）通信系统中，是用各自不同的编码序列来区分，或者说，靠信号的不同波形来区分。如果从频域或时域来观察，多个CDMA信号是互相重叠的。 接收机的相关器可以在多个CDMA信号选出使用的预定码型的信号。其他使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。它们的存在类似于在信道中引入了噪声或干扰，通常称之为多址干扰。,第2章 数字移动通信系统的相关技术,一个典型的CDMA频道划分如图2.22所示。,图2.22 CDMA频道划分方法,第2章 数字移动通信系统的相关技术,实际应用中，也是综合采用FDMA和CDMA技术的，即首先将总频带划分为多个频道，再将一个频道按码字分割，形成信道。例如窄带CDMA蜂窝移动通信系统中，采用1.25 MHz的FDMA频道，将其再进行码字的分割，形成CDMA信道。 CDMA蜂窝移动通信系统与FDMA系统或TDMA系统相比具有更大的系统容量，更高的话音质量以及抗干扰、保密等优点，因而近年来得到各个国家的普遍重视和关注。在第三代数字蜂窝移动通信系统中，无线传输技术将采用CDMA技术。,第2章 数字移动通信系统的相关技术,23 语音编码及信道编码技术 语音编码和信道编码是通信数字化的两个重要技术领域。在移动通信数字化中，模拟语音信号的数字化，可提高频带利用率和信道容量。信道编码技术可提高系统的抗干扰能力，从而保证良好的通话质量。 231语音编码技术 语音编码为信源编码，是将模拟语音信号转变为数字信号以便在信道中传输。语音编码技术又可分为 波形编码 参量编码 混合编码,第2章 数字移动通信系统的相关技术,波形编码：是对模拟语音波形信号经过取样、量化、编码而形成的数字语音信号。为了保证数字语音信号解码后的高保真度，波形编码需要较高的编码速率，一般在1664kbit/s。可对各种各样的模拟语音波形信号进行编码均可达到很好的效果。 优点：适用于很宽范围的语音特性，以及在噪音环境下都能保持稳定。 波形编码：包括脉冲编码调制（PCM）、差分脉冲编码调制（DPCM）、自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）、增量调制（DM）、连续可变斜率增量调制（CVSDM）、自适应变换编码（ATC）、子带编码（SBC）和自适应预测编码（APC）等。,第2章 数字移动通信系统的相关技术,参量编码：基于人类语言的发声机理，找出表征语音的特征参量，对特征参量进行编码的一种方法。在接收端，根据所接收的语音特征参量信息，恢复出原来的语音。由于参量编码只需传送语音特征参数，可实现低速率的语音编码，一般在1.24.8kbit/s。 线性预测编码（LPC）及其变形均属于参量编码。 缺点：在于语音质量只能达到中等水平，不能满足商用语音通信的要求。 对此，综合参量编码和波形编码各自的长点，即保持参量编码的低速率和波形编码的高质量的优点，又提出了混合编码方法。,第2章 数字移动通信系统的相关技术,混合编码：基于参量编码和波形编码发展的一类新的编码技术。在混合编码的信号中，既含有若干语音特征参量又含有部分波形编码信息。其编码速率一般在416kbit/s。当编码速率在816kbit/s范围时，其语音质量可达到商用语音通信标准的要求。 混合编码技术在数字移动通信中得到了广泛应用。 混合编码包括规则脉冲激励长期预测编解码器（RPE-LTP）、矢量和激励线性预测编码（VSELP）和码激励线性预测编码（CELP）等。,第2章 数字移动通信系统的相关技术,表2.1常用数字移动通信系统语音编解码,第2章 数字移动通信系统的相关技术,232信道编码技术 比特差错率(BER)：表明总比特中有多少比特被检测出错误，差错比特数目或所占的比例要尽可能小。 信道编码：能够检出和校正接收比特流中的差错。这是因为加入一些冗余比特，把几个比特上携带的信息扩散到更多的比特上。为此付出的代价是必须传送比该信息所需要的更多的比特，但有效地减少差错。,第2章 数字移动通信系统的相关技术,图2.23 数字信息传输方框图,在数字通信中，要利用信道编码对整个通信系统进行差错控制。差错控制编码可以分为分组编码和卷积编码两类。,图2.23 数字信息传输方框图,第2章 数字移动通信系统的相关技术,图2.24 分组编码,分组编码的原理框图见图2.24。分组编码是把信息序列以k个码元分组，通过编码器将每组的k元信息按一定规律产生r个多余码元(称为检验元或监督元)，输出长nk十r的一个码组。 分组码的码组长度n通常都比较大。编译码时必须把整个信息码组存储起来，由此产生的延时随着n的增加而线性增加。 为了减少这个延迟，人们提出了各种解决方案，其中卷积码就是一种较好的信道编码方式。这种编码方式同样是把k个信息比特编成n个比特，但k和n通常很小，特别适宜于以串行形式传输信息，减小了编码延时。,第2章 数字移动通信系统的相关技术,图2.25 卷积编码的原理框图,卷积编码就是将信息序列以ko个码元分段，通过编码器输出长为no的一段码段。但是该码的noko个检验码不仅与本段的信息元有关，而且也与其前m段的信息元有关，故卷积码用(no，ko，m)表示，称No(m十1)no为卷积编码的编码约束长度。,第2章 数字移动通信系统的相关技术,在GSM系统中，上述两种编码方法均在使用。首先对一些信息比特进行分组编码，构成一个“信息分组十奇偶(检验)比特”的形式，然后对全部比特做卷积编码，从而形成编码比特。这两次编码适用于话音和数据二者，但它们的编码方案略有差异。采用“两次”编码的好处是：在有差错时，能校正的校正(利用卷积编码特性)，能检测的检测(利用分组编码特性)。,思考：用生活中的例子比喻信源编码和信道编码？,第2章 数字移动通信系统的相关技术,24 扩频技术 241概念 扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽。频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。,第2章 数字移动通信系统的相关技术,这一定义包含了以下三方面的意思： 一、信号的频谱被展宽了。 我们知道，传输任何信息都需要一定的带宽，称为信息带宽。 例如人类的语音的信息带宽为300Hz - 3400Hz，电视图像信息带宽为数MHz。为了充分利用频率资源，通常都是尽量采用大体相当的带宽的信号来传输信息。在无线电通信中射频信号的带宽与所传信息的带宽是相比拟的。如用调幅信号来传送语音信息，其带宽为语音信息带宽的两倍；电视广播射频信号带宽也只是其视频信号带宽的一倍多。这些都属于窄带通信。 一般的调频信号，或脉冲编码调制信号，它们的带宽与信息带宽之比也只有几到十几。扩展频谱通信信号带宽与信息带宽之比则高达100 - 1000，属于宽带通信。,第2章 数字移动通信系统的相关技术,二、采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱。 我们知道，在时间上有限的信号，其频谱是无限的。例如很窄的脉冲信号，其频谱则很宽。信号的频带宽度与其持续时间近似成反比。1微秒的脉冲的带宽约为1MHz。因此，如果用限窄的脉冲序列被所传信息调制，则可产生很宽频带的信号。 如下面介绍的直接序列扩频系统就是采用这种方法获得扩频信号。这种很窄的脉冲码序列，其码速率是很高的，称为扩频码序列。这里需要说明的一点是所采用的扩频码序列与所传信息数据是无关的，也就是说它与一般的正弦载波信号一样，丝毫不影响信息传输的透明性。扩频码序列仅仅起扩展信号频谱的作用。,第2章 数字移动通信系统的相关技术,三、在接收端用相关解调来解扩 正如在一般的窄带通信中，已调信号在接收端都要进行解调来恢复所传的信息。在扩频通信中接收端则用与发送端相同的扩频码序列与收到的扩频信号进行相关解调，恢复所传的信息。换句话说，这种相关解调起到解扩的作用。即把扩展以后的信号又恢复成原来所传的信息。这种在发端把窄带信息扩展成宽带信号，而在收端又将其解扩成窄带信息的处理过程，会带来一系列好处。弄清楚扩频和解扩处理过程的机制，是理解扩频通信本质的关键所在。,第2章 数字移动通信系统的相关技术,图2.26 典型扩展频谱系统框图,第2章 数字移动通信系统的相关技术,长期以来，人们总是想法使信号所占领谱尽量的窄，以充分利用十分宝贵的频谱资源。为什么要用这样宽频带的信号来传送信息呢? 简单的回答就是主要为了通信的安全可靠。 扩频通信的可行性，是从信息论和抗干扰理论的基本公式中引伸而来的。即可通过增加频带宽度的方法，在较低的信噪比PN(SN)情况下