移动通信整理.doc

第一章1、移动通信：移动通信是指通信的双方,至少有一方是在移动中进行信息交换的。固定体与移动体之间的通信、移动体之间的通信2、移动通信的特点：（1）必须利用无线电波进行信息传输；（2）在复杂的干扰环境中运行的，（3）可利用的频谱资源非常有限，而业务量却与日俱增；（4）网络结构多种多样，网络管理与控制必须有效；（5）移动通信设备必须适于在移动环境中使用3、移动通信系统类型很多,可按不同方法进行划分:;按通信网的制式分：大区制、小区制;按工作方式分：同频单工、异频单工、异频双工和半双工按信号性质分：模拟、数字;按调制方式分：调频、调相、调幅;按多址接入方式分：频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)、OFDMA无线电频道工作方式：可分为单向通信和双向通信，双向通信又分为单工制、半双工制和双工制三种 无线通信中频段划分: 甚高频(VHF) 30300MHz特高频(UHF) 3003 000MHz第二章移动信道中的电波传播1、VHF、UHF电波传播特性三种主要的电波传播机制： 反射（比传输波长大得多的物体）、绕射（尖利边缘）、散射（粗糙表面、不规则物体）2、直射波自由空间传播损耗Lfs ：Lfs(dB) = 32.44+20lg d(km)+20lg f(MHz)几个公式： 相对功率的分贝标示法x1dBm-x2dBm=xdB x1dBw-x2dBw=xdB3、障碍物的影响与绕射损耗 （a）有阻挡时余隙为负 负余隙； （b）无阻挡是余隙为正 正余隙例：设菲涅尔余隙x = -82m（有阻挡时为负）, d1=5km, d2=10km, 工作频率为150MHz。 试求出电波传播损耗。 解 ：求出自由空间传播的损耗Lfs为： Lfs = 32.44+20lg(5+10)+20lg 150 = 99.5dB第一菲涅尔区半径x1为上式中，=c/f, c为光速，f为频率。查得附加损耗(x/x1-1)为16.5dB, 因此电波传播的损耗L为L = Lfs+16.5 = 116.0dB 3、移动信道的特征多径效应-(多径衰落，时延扩展)： 在实际移动信道中，散射体很多，接收信号是由多个电波合成的。直射波、地面反射波、各种障碍物引起的散射波在接收地点形成干涉场，使信号产生深度且快速的衰落（多径效应多径衰落）。阴影效应（电磁场的阴影）-慢衰落：由于移动台的不断运动，电波传播路径上的地形、地物是不断变化的，因而局部中值也是不断变化的。这种变化所造成的衰落比多径效应所引起的快衰落要慢很多，所以称为慢衰落。（阴影衰落是由于传播环境中的地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波遮蔽所引起的衰落）阴影衰落又称慢衰落。多普勒频移-频谱漂移4、 多径时散与相关带宽上式中，表示多径时延散布的程度。越大，时延扩展越严重；越小，时延扩展越轻。在数字传输中，由于时延扩展，接受信号中的一个码元波形会扩展到其它码元周期中，引起码间串扰。为了避免码间串扰，应使码元周期大于多径引起的时延展宽。5、电波传播的基本特性 电波传播的基本特性即移动信道的基本特性衰落特性无线电波的主要几种传播方式：直射、反射、绕射和散射以及它们的合成衰落的表现：传播损耗和弥散、阴影衰落、多径衰落频率漂移：多普勒频移6、 相关带宽 若信号带宽过大， 就会引起严重的失真。通常称Bc为多径时散的相关带宽。若所传输的信号带宽较宽，以至与Bc可比拟时，则所传输的信号将产生明显的畸变。 BsBc 频率选择性衰落 有能量损失也失真 BsBc 非频率选择性衰落 有能量损失但不失真是否发生频率选择性衰落或非频率选择性衰落要由信道和信号两方面来决定。信号的带宽小于相关带宽时，发生非频率选择性衰落，不失真信道 信号的带宽大于相关带宽时，发生频率选择性衰落，失真当码元信号带宽小于信道相关带宽时，非频率选择性衰落，不失真 信号 码元信号带宽大于信道相关带宽时，为频率选择性衰落，失真，码间干扰2.3 陆地移动信道的场强估算1、任意地形地区的传播损耗的中值（1）中等起伏地市区接收信号的功率中值PP可由下式确定：PP =P0- Am(f,d) + Hb(hb,d) + Hm(hm, f)阴影衰落是由于传播环境中的地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波遮蔽所引起的衰落;阴影衰落又称慢衰落。P0为自由空间传播条件下的接收信号的功率，PT发射机送至天线的发射功率；工作波长；d收发天线间的距离；Gb基站天线增益；Gm移动台天线增益。Am(f, d)是中等起伏地市区的基本损耗中值（即假定自由空间损耗为0dB， 基站天线高度为200m, 移动台天线高度为3m的情况下得到的损耗中值）。 Hb(hb, d)是基站天线高度增益因子， 它是以基站天线高度200m为基准得到的相对增益。 Hm(hm, f)是移动台天线高度增益因子， 它是以移动台天线高度3m为基准得到的相对增益。任意地形地区的传播损耗中值：LA = LT-KT，LT为中等起伏地市区传播损耗中值， 即LT = Lfs + Am(f, d) - Hb(hb, d) - Hm(hm, f)地形地物修正因子KT：KT=Kmr+Q0+Qr+Kh+Khf+Kjs+Ksp+Ks郊区修正因子Kmr开阔地或准开阔地修正因子QO、Qr丘陵地的修正因子Kh孤立山岳修正因子Kjs斜波地形修正因子Ksp水陆混合路径修正因子Ks例：某一移动信道， 工作频段为450MHz， 基站天线高度为50m，天线增益为6dB，移动台天线高度为3m， 天线增益为 0dB；在市区工作，传播路径为中等起伏地， 通信距离为 10km。 试求：(1) 传播路径损耗中值；(2) 若基站发射机送至天线的信号功率为 10W， 求移动台天线得到的信号功率中值。解(1) 根据已知条件， KT=0, LA=LT查得市区基本损耗中值Am(f,d) = 27dB基站天线高度增益因子Hb(hb, d) = -12dB移动台天线高度增益因子Hm(hm, f) = 0dB 自由空间传播损耗Lfs= 32.44+20lgf+20lgd= 32.44+20lg450+20lg10= 105.5dB可得传播路径损耗中值为LA = LT = 105.5+27+12 = 144.5dB解 (2)PP =P0-Am(f,d)+Hb(hb,d)+Hm(hm, f)=PT-Lfs+Gb+Gm -Am(f, d)+Hb(hb, d)+Hm(hm, f)=PT+Gb+Gm-LT=10lg10+6+0-144.5=-128.5dBW=-98.5dBm第3章 调制解调1、 移动通信模型中信号的处理流程发送端：信源采样和编码，信道编码、交织，扩频、加扰，调制和信道速率适配，信号放大和发射。接收端：信号接收，解调，解扩、解扰，信道解码和去交织，信源解码2、 调制衡量因素1）频带利用率（b Rb/B,其中Rb为比特速率，B为无线信号的带宽，bit/sHz）2)功率效率3)已调信号恒包络4)易于解调5）带外辐射3.FSKMSKGMSK1)在相同的调制指数h情况下，CPFSK(连续信号的2FSK)的带宽要比一般的2FSK带宽要窄。这意味着前者的频带效率要高于后者。2）随着调制指数h的增加，信号的带宽也在增加。从频带效率考虑，调制指数h不宜太大。但过小又因两个信号频率过于接近而不利于信号的检测。3）其频差为h=0.5的CPFSK就称作最小移频键控MSK。它是在两个信号（频）率正交的条件下，对给定的Tb有最小的频差。4）MSK信号比一般2FSK信号有更高的带宽效率。但旁瓣的辐射功率仍然很大。90%的功率带宽为20.75Rb，99%的功率带宽为21.2Rb ，移动通信不可能提供这样宽的带宽，且还有1%的边带功率辐射到邻近信道，造成邻道干扰。故MSK的频谱仍然不能满足要求。旁瓣大是因为数字基带信号含有丰富的高频分量，可先用低通滤波器滤去高频分量，再进行MSK调制，即可减少已调信号的带外辐射。5）GMSK就是基带信号经过高斯低通滤波器的MSK，GMSK 最吸引人的地方是具有恒包络特性，功率效率高，可用非线性功率放大器和非相干检测。GMSK 的缺点是频谱效率还不够高。在北美，频率资源紧缺，系统采用具有更高频谱效率的调制方式，这就是/4-QPSK。（GMSK调制技术应用举例：GSM900系统及DCS1800系统）。4、BPSKQPSKOQPSK/4-QPSK1)BPSK功率谱：90%的功率带宽B=2Rs=2Rb， 频带效率只有0.5，且信号的频带带宽过宽。为减小信号带宽，可考虑用M进制代替二进制。2）QPSK信号（即M=4的PSK，也称正交相移键控）。正交调制产生QPSK信号实际上是把两个BPSK信号相加，QPSK是一种相位不连续的信号,在码元转换的时刻，信号的相位发生跳变。若基带信号波形为方波QPSK信号具有恒包络特性。3）OQPSK：把QPSK两个正交支路的码元时间上错开Ts/2=Tb,这样每经过Tb时间，只有一个支路的符号发生变化，因此相位的跳变就被限制在900，减小了信号包络的波动幅度。OQPSK包络起伏幅度比QPSK要小，且不经过零点。4）/4-QPSK兼顾频带效率、包络波动幅度小和能采用差分检测。它的相位跳变最大幅度大于OQPSK而小QPSK，只有450和1350，因此信号包络波动幅度大于OQPSK而小于QPSK，因而此种调制方式兼顾了相位跳变和包络波动幅度。5）高阶调制优势：带宽利用率高；劣势：误码性能差4、QAM既调幅又调相调制性能从高到低：PSKFSKASK5、 OFDM系统把整个可用信道频带B划分为N个带宽为f 的子信道。把N个串行码元变换为N个并行的码元（符号长度Ts是单载波系统的N倍），分别调制这N个子信道载波进行同步传输，这就是频分复用。保护间隔：为了消除码间串扰，通常要引入保护间隔TG,通常TG的选取应大于无线信道中最大多径的时延的长度，这样可以保证前后码元之间不会产生干扰。子载波干扰：在保护间隔内，可以不传任何信息，但此时可能会产生载波间的干扰（ICI），即子载波之间的正交性会被破坏。为了解决ICI，可将子载波延拓一个保护间隔。6.P教材88第四章 抗衰落技术1、分集技术是用来补偿衰落信道损耗的，它通常要通过两个或更多的接收天线来实现。分散传输：接收端能获得统计独立的、携带同一信息的衰落信号（如何获得独立的多路信号）。集中处理：接收端把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并以降低衰落的影响（如何合并独立的多路信号）。基站和移动台的接收机都可以应用分集技术。2、 合并方式 1）选择式合并2）最大比值合并3）等增益合并最大比值合并改善最多，其次是等增益合并，最差是选择合并。3、 交织编码目的：交织编码的目的是把一个较长的突发差错（比特差错成串出现）离散成随机差错（因为目前的信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错时才有效），再用纠正随机差错的编码（前向纠错：FEC）技术消除随机差错。内容：以线性分组码为例，先将k位信息编成具有t位纠错能力的n位码字的分组码(n，k，t)，再将其编码码字序列构成交织编码矩阵。原理：按行输入，按列输出。把码字顺序相关的比特流非相关化。第5章 组网技术1、 话务量在语音通信中，业务量的大小用话务量来度量。话务量又分为流入话务量和完成话务量。流入话务量的大小取决于单位时间（1小时）内平均发生的呼叫次数和每次呼叫的平均占用信道时间（含通话时间）S。 的单位是（次/小时）； S的单位（小时/次） A的单位：爱尔兰成功呼叫的次数，:完成的话务量 B：呼损率(损失话务量占流入话务量的比率) i个信道同时被占用的概率为Pi 2、 呼损率呼损率B、共用信道数n和流入话务量A的定量关系可用爱尔兰呼损公式表示。信道利用率可用每小时每信道的完成话务量来计算，即用户忙时的话务量与用户数3、 区域覆盖方式小容量的大区制（30km50km）一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大（25200W），利用分集接收等技术来保证上行链路的通信质量，只能适用于小容量的通信网。大容量的小区制1） 覆盖区域划分为若干小区 ，每个小区设立一个基站服务于本小区，但各小区可重复使用频率2） 会带来同频干扰问题4、频率复用：间隔一定距离后使用相同的频点；小区制大容量；可解决频率资源有限的问题。区群：共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇，簇也可称区群。（同一个簇内的各小区，要使用不同的频率不同的簇中的小区使用对应的相同频率）5、频率复用距离（即同频距离）D是指最近的两个同频小区中心之间的距离N越大，频率利用率越低，D越大，同频干扰越小N越小，频率利用率越高，D越小，同频干扰越大在CDMA系统中，所有用户均使用相同的工作频率，无需进行频率配置，频率配置主要针对FDMA和TDMA系统。第六章 1、 GSM的两个系统：GSM900和DCS1800。2、 GSM无线接口每个载频有8个时隙，因此GSM系统总共有124*8=992个物理信道，有的书籍简称GSM系统有1000个物理信道。3、 突发脉冲普通突发脉冲、频率校正突发脉冲、同步突发脉冲、接入突发脉冲、空闲突发脉冲第七章CDMA的技术：1）扩频技术；2）地址码技术（PN码）；3）功率控制；4）软切换；5）RAKE接受1、所谓CDMA，即在发送端使用各不相同 即在发送端使用各不相同的相互（准）正交的伪随机地址码调制 正交的伪随机地址码调制其所发送的信号；在收端则采用同样的伪 在收端则采用同样的伪随机地址码从混合信号中解调检测出相应的信号。2、CDMA系统的特点 多用户共享同一频率通信容量大容量的软特性-由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以减小多径衰落信道数据速率很高平滑的软切换和有效的宏分集，不会引起通信中断低信号功率谱密度-抗窄带干扰能力强；对窄带系统的干扰很小可以与其它系统共用频段2、CDMA系统存在问题：1） 多址干扰不同用户的扩频序列不完全正交，扩频码集的非零互相关系数会引起用户间的相互干扰2） “远近”效应移动用户所在的位置的变化以及深衰落的存在，会使基站接收到的各用户信号功率相差很 会使基站接收到的各用户信号功率相差很大，强信号对弱信号有着明显的抑制作用。解决方法：使用功率控制。3、关键技术：码分多址技术码分多址的关键： 扩频技术在发送端用扩频码进行调制，在接收端则用与发送端相同的扩频码进行相关解调，实现解扩和恢复所传的信息数据扩频通信技术的理论基础是仙农定理。仙农公式表明了一个信道无误差地传输信息的能力与信道中的信噪比以及用于传输信息的信道带宽之间的关系。用频带换取信噪比，就是现代扩频通信的基本原理，其目的是为了提高通信系统的可靠性。4、m序列最常用的PN码是：m序列。m序列是最长线性移位寄存器序列的简称。（看书上m序列的例子）5、功率控制技术对于上行链路，功率平衡的目标是使各个移动台到达基站的信号功率相等。对于下行链路，则是使各个移动台接收到基站的有用信号功率相等。反向功率控制：指上行链路的功率控制，调整移动台的发送功率，使信号到达基站接收机时，信号电平刚刚达到保证信号质量的最小信噪比门限，从而克服远近效应。反向功控使各用户之间相互干扰最小，并能达到克服“远近效应”的目的。前向功率控制：前向功控是指下行链路的功率控制，调整基站的发送功率，使信号到达移动台接收机时，信号电平刚刚到达保证通信质量的最小信噪比门限，前向功控可使基站平均发射功率最小，不仅能减少邻小区干扰，还可以克服“角效应”。开环功率控制：指移动台（基站）根据接收到的前向（或反向）链路信号功率大小来调整自己的发射功率，只能起到粗控的作用。闭环功率控制：移动台和基站之间需要交互信息而采用的功率控制方法。如基站根据反向链路上移动台的信号强弱，产生功率控制命令，并下发给移动台，移动台根据此指令在开环的基础上校正自己的发射功率，起精控作用。6、切换三种切换方式：硬切换（先断后通，不同频率的小区之间）、软切换（先通都断，只能用在同频中，因为要求小区要有相同的频点，仅用在CDMA系统）、接力切换（边通边断，下行还在原小