移动通信PPT总结

第一代：电信c：800M，移动900m;FDMA;模拟系统；代表：美国(AMPS；上825-845；下870-890)；欧洲(TACS；890-915；935-960)；缺点：频谱利用率低；业务种类有限；无数据业务；保密性差；设备成本体积重量；双工间隔45M运营商目标：信道利用率和信道资源通常使用的双工通信的频率越高了，对应的接收滤波器的设计越难，双工间隔要求越高相同（相邻）基站不能使用相邻的频段：如果同一空间中多个用户同时打电话，则申请信号混地在一起；相邻频段混叠原因：由于滤波器非矩形是带坡度滚降的，无法做到坡度很陡的滤波大区与蜂窝系统区别：大区：基站覆盖很大的区域，其功率很大。一个基站的频段为20MHz，若无复用，每个用户20khz，最多容纳1千用户；蜂窝：理想状态无缝无重叠六边形；覆盖面积减少，减少基站功率信号覆盖面基减少，近似认为b出没有了信号覆盖，在b处可以使用a信号频段。（接收灵敏度，信干噪比两指标对接收机越小越好）40W=4*104mW=10*log(4*104)=46dbm手机频率低：f高衰减快若手机频率高，提高发射功率来保持好的接收，增大手机功耗和人体辐射；基站提高发射功率易实现第二代移动通信系统(数字系统，时分多址或窄带码分多址，代表系统：US的IS-95，cdma；EU的GSM，tdma)改善：1.频谱利用率提高，GSM2倍，cdma10倍；2业务种类增加，较丰富的电信业务；3.窄带数据业务，低俗数据业务最大64Kbit/s;4.保密性好；5。设备成本降低，体积重量减少（基带（8个数据用户）射频功放天线；8个用户公用一个射频设备）（GSM,91年,900MHz,TDMA，890/915(移动发)935/960(基站)，双工频率25m，载波间隔200k,每个载波8时隙，GMSK调制，占用带宽200k，它分为若干小区，每个小区根据需要分配若干载波，每个载波分为8个时分信道给用户使用）92年，国际电联无线电行政会议WARC，3G频率在2G周围，96年更名为IMT-2000；00年，2GHz频段实现2mb/s的数据通信；3G特点：1全球无缝漫游系统；2支持多媒体业务；3快速macro cell1-10km，144kb/s,步行microcell 300m 384kb/s 室内picocell十几米 2Mb/s；4便于过渡演进；5高频率效率；6高服务质量；7低成本；8高保密性；五个标准：A.CDMA：IMT-DS（WCDMA，FDD),IMT-MC(CDMA2000),IMT-TC(WCDMA TDD&TD-SCDMA);B.TDMA:imt-sc(UWC-136TDMA),IMT-FT(DECT,仅支持步行，不支持车速80年代，模拟（AMPS,TACS,NMT, 其他）90年代，数字(GSM,CDMA IS95,TDMA IS-136,PDC)IMT-2000(UMTS WCDMA,CDMA2000,TD-SCDMA)。GPRS+GSM是2.5G，GPRS理论上速率171k/s，实际仅几k3GPPLTE系统功能需求LTE-A需求发展趋势：1.平滑演进与强兼容。2.针对室内和热点游牧场景进行优化。（Q：宽带移动通信的主要应用场景？A：用户的使用习惯似乎表明：对宽带多媒体业务的需求主要来自于室内，统计表明，未来80%-90%的系统吞吐量将发生在室内和热点游牧场景，室内、低速、热点可能将成为移动因特网时代更重要的应用场景。传统蜂窝技术：重室外、轻室内；重蜂窝组网、轻孤立热点；重移动切换、轻固定游牧。LTE-A重点关注：对室内场景进行优化。）3.有效支持新频段和宽带应用。4.峰值速率大幅提升和频谱效率有效改进。LTE-A技术和网络演进趋势：1.多频段系统与频谱整合。2.中继技术。3.家庭基站带来的挑战。4.物理层传输技术5.自组织网络。6.频谱灵活使用与频谱共享。多址技术：多址技术使众多的用户共用公共的通信线路而相互不干扰。（常用方法：FDMA、TDMA、CDMA、OFDMA）FDMA:以不同的频率信道来实现通信。特点：1.单路单载波传输，某个载波只传输一路业务信息，载波间隔必须满足业务信息传输业务的需求。2.信道连续传输，在时间和空间重叠，频率分割。3.频率分配工作复杂，重复设置收发信道设备。4.互调干扰，同频干扰严重。5.需用到射频窄带滤波器，终端成本高。TDMA:特点：1.各终端发送的是周期性突发信号（TDMA），而基站发送的是时分复用信号（TDM）。2.放射信号速率随着时隙数N的增大而提高，字符间的干扰不能忽略，必须采用自适应均衡。3.同步要求高。4.设备成本低，对基站N个时分信道共用一个载频，只需一部收发信机，无窄带滤波器，终端成本也低。CDMA：以不同的代码序列来实现通信。特点：具有很强的抗干扰能力，无线容量大。2.具有软容量.3.具有软切换功能。4.具有多种形式的分集：时间、频率、空间。5.具有可变速率语音编码器。6.有效的功率控制，手机发射功率平均在10mw左右，电池待机时间长。7.无需均衡器，CDMA接收机用相关器代替了均衡器，两者相比，相关器的机构较为简单。8.一个小区的多个信在一个载频上，可共用一套收发信机，降低设备成本和设备空间，易于安装。9.无时间保护。10.无需频率规划。OFDM最大优点是对抗频率选择性衰落1.可以有效的对抗ISI，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输，当信道中因为多径传输而出现频率选择性衰落时，只有落在频带凹陷处的子载波及其携带的信息受影响，其他的子载波未受损坏，系统体现出很强的抗干扰性；2.通过各个子载波的联合编码，具有很强的抗摔落能力；3.把高速数据流通过串并变换，使每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，从而可以有效的减少由于无线信道的时间弥散所带来的ISI，这样就减少了接收机均衡的复杂度，有时甚至可以不用均衡器，仅通过采用插入CP的方法就可以消除ISI的不利影响；4.基于IDFT/DFT的OFDM有快速算法，即可以使用IFFT/FFT来实现OFDM调制和解调；5.频谱利用率很高，这一点在频谱资源有限的无线环境中尤为重要；缺点：对同步错误 特别是频率偏移和相位噪声很敏感；存在较高的峰值平均功率比（PAPR）；语音编码技术：波形编码，参数编码，混合编码，QCELP EVRC单工通信：通信双方设备交替地进行收/发信。根据通信双方是否使用相同的频率，单工制又分为同频单工和双频单工；半双工制：通信双方有一方使用双工方式，即收发信机同时工作，且使用两个不同的频率f1和f2，而另外一方则使用双频单工方式，即收发信机交替工作；FDD优：1移动速度、覆盖；2基站同步；3干扰；4发射功率；5容量。TDD优：1有利于频率有效利用；2更适合不对称业务；3上下行链路的相关性有利于使用开环功率控制和时间空间发射分集；4设备复杂度低；5作为FDD的扩展我国GSM900频点分配情况：移动20个，联通29； 总带宽25MHz，频道间隔200kHz，频点25M/200k=125,可用的频道序号1-124CDMA2000:1.23MHz为一个载频，加保护带1.23MHz+2*0.27MHz保护带=1.77MHz，即41个AMPS频点为（30K*41）+2*9个频点=59个频点;双工方式：FDD，双工间隔45MHz；上行频段：825-845MHz；下行频段：870-890MHz；在我国，目前电信占用10M的带宽，共7个载频；41个AMPS频点为1个cdma的载频（30K*41）;频率计算计算公式F=870+N*0.03 N:CDMA信道号（频点）移动信道传播统计模型：基本传播机制：反射，绕射，散射；反射：电磁波遇到比波长大的多的物体时发生反射，例如地球表面，建筑物和墙壁表面；绕射：当收发之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射；散射：当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时发生反射。例如树叶，街道标识等。波长计算=c/f；电波传播模型：大尺度传播模型，小尺度衰落模型；大尺度传播模型：预测平均场强并用于估计无线覆盖范围的传播模型，描述的是收发之间长距离的场强变化，两个原因：1空间的传播损耗；2阴影效应；小尺度衰落模型：描述短距离（几个波长）或短时间（几秒）内的接收场强的快速波动的传播模型。此时信号的均值服从瑞利分布或者莱斯分布；自由空间路径损耗公式，经验路径损耗公式：；例题：目标距离基站距离500m，附近有干扰基站以同样的功率发送，1km处有3个，2km处有3个，4km处有10个干扰基站，求用户SIR：,。影响小尺度衰落的因素：1.多径传播；2.移动台运动速度；3.环境物体的运动速度；4.信号的传输带宽时延扩展和相干带宽：1.宽带多径信道的时延特性通常用平均附加时延和rms时延扩展来定量描述：平均附加时延是功率时延分布的一阶矩；rms时延扩展是功率时延分布的二阶矩其中，时延扩展是频率变化率的一种度量；相干带宽是指一特定频率范围内两个频率分量有很强的相关性，一般定义为：多普勒频移，是时间变化的一种度量；相干时间：一段时间间隔内两个到达信号有很强的相关性，定义为：；移动信道衰落类型：信号参数(带宽,符号间隔)信道参数(rms时延,多普勒频移)决定了不同的发送信号将经历不同类型衰落；a.基于多径时延扩展：(1)平坦衰落:信号带宽Bs时延扩展;(2频率选择性衰落: BsBc;符号周期Ts信道相关时间Tc;信号带宽Bs多普勒扩展Bd;(4)慢变化TsBd码长2n-1互相关函数出现概率N为奇数-1/(2n-1)0.5-(2(n+1)/2)+1)/(2n-1)0.5(2(n+1)/2)-1)/(2n-1)N为偶数-1/(2n-1)0.75-(2(n+1)/2)+1)/(2n-1)0.25(2(n+1)/2)-1)/(2n-1)扩频类型:直接序列(DS)扩频:直接用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱；而在收端，用相同的扩频码序列去解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息；跳频扩频:用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波的频率不断地跳变；跳时扩频：用一定码序列进行选择的多时片的时移键控，使发射信号在时间轴上跳变。我们先把时间轴分成许多时片，在一帧内哪个时片发射信号由扩频码序列控制。伪随机序列(PN):在CDMA系统中作用重大；在信息传输中各种信号之间的差别越大越好，不易混淆，理想的传输信息的信号形式应是类似白噪声。因为取任何时间上不同的两段噪声来比较都不会完全相似。真正的设计信号不能再现和产生，我们只能产生一种周期的序列来逼近随机信号的性能，故成为伪随机序列；m序列是最长线性移位寄存器序列的简称，是由多级移位寄存器通过线性反馈产生的最长码序列；Gold序列是m序列的复合序列，是由R.Gold在1967年提出，它是由2个码长与码率相等的m序列优选对模2加组成；Gold序列的特性：每改变两个m序列的相对位移就可得到一个新的Gold序列，所以n级移位寄存器可产生2n+1个Gold序列，数量多；具有三值互相关特性，可作地址码Walsh码可由哈达马矩阵产生；具有理想的同步正交性；在非同步状态下，其互相关性能不理想；Walsh码功率谱分布不均匀，各序列不相等，不能独立进行扩频；CDMA系统容量：码分多址的特征-多址干扰：蜂窝通信系统无论是采用何种多址方式都会存在各种各样的外部干扰和系统本身产生的特定干扰。FDMA与TDMA蜂窝系统的共道干扰和CDMA系统的多址干扰都是系统本身的内部干扰。对于各种干扰来说，对蜂窝系统的容量起主要制约作用的是系统本身存在的自我干扰。CDMA关键技术-rake接收机：rake接收技术在多径衰落条件下有效提高接收性能。OFDM是为多径衰落信道而设计的（时域影响：符号间干扰;频域影响：频率选择性衰落）如何应对频率选择性衰落：窄带并行传输（解释：单载波系统需要纠正复杂的频率选择性信道失真，多载波系统只需要纠正简单的平坦信道失真）OFDM的由来：单载波传统多载波OFDM正交频分复用OFDM:每个OFDM符号在其周期内包含多个非零的子载波，因此其频谱可以看作是周期为T的矩形脉冲的频谱与一组位于各个子载波频率上的函数的卷积。矩形脉冲的频谱幅值为Sa函数，这种函数的零点出现在频率为整数倍的位置上。在每一个子载波频率的最大值出，所有其他子信道的频谱值恰好为零，从而避免了子信道间（ICI）干扰的出现。各个子载波组合在一起，其总的频谱形状非常近似与矩形频谱。ODFM的实现方法（见图）：S/PIFFTP/S正交性体现：在一个OFDM符号内包含多个子载波。所有的子载波都具有相同的相位，从图中可以看出，每个子载波在一个OFDM符号周期内都包含整数倍个周期，而且各个相邻的子载波之间相差一个周期。OFDM发送与接收（图）加CP：为了最大限度地消除ISI，可以在每个ODFM符号之间插入保护间隔，而且该保护间隔的长度一般要大于无线信道的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量就不会对下一个符号造成干扰。CP长度的确定：需考虑的因素有频谱效率、符号间干扰和子载波间干扰。如果时间偏移大于CP，就会导致载波间干扰（ICI）和符号间干扰（ISI）（越短越好-越长，CP开销越大，系统频谱效率越低;越长越好-可以避免符号间干扰和子载波间干扰）LTE CP长度的确定：用于常规小区单播系统：常规CP+常规符号：4.6875+66.67用于大小区单播或MBMS系统：扩展CP+常规符号16.67+66.67用于独立载波MBMS系统：超长扩展CP+独立载波MBMS符号：33.33+133.33子载波间隔确定：考虑因素：频谱效率和抗频偏能力（子载波间隔越小，频谱资源调度精度越高，系统频谱效率越高；子载波间隔越小，对多普勒频移和相位噪声过于敏感）当子载波间隔在10khz以上，相位噪声的影响相对较低多普勒频移影响大于相位噪声。多普勒频移的计算子载波间隔确定 多普勒频移影响：2Ghz频段，350km/h带来648HZ的多普勒频移低速场景，多普勒频移不显著，子载波间隔可以较小高速场景,多普勒频移是主要问题，子载波间隔要较大仿真显示，子载波间隔大于11khz，多普勒频移不会造成严重性能下降当15khz时，EUTRA系统和UTRA系统具有相同的码片速率，因此确定单播系统中采用15khz的子载波间隔独立载波MBMS应用场景为低速移动，应用更小的子载波间隔，以降低CP开销哦，提高频谱效率，采用7.5khz子载波。OFDM技术的优势：抗多径衰落(1.多径干扰在系统带宽增加到5MHz以上变得相当严重；2.OFDM将带宽转化为窄带传输，每个子载波上可以看作平坦衰落信道；3.插入CP可以用单抽头频域均衡（FDE）纠正信道失真，大大降低了接收机均衡器的复杂度；4.单载波信号的多径均衡复杂度随着带宽的增大而急剧增加，很难支持较大的带宽。对于更大带宽20M以上，OFDM优势更加明显。) 频谱效率高（1.各子载波可以部分重叠；2.实现小区内各用户之间的正交性，避免用户干扰，取得很高的小区容量。3、相对单载波系统（WCDMA），多载波系统技术是更直接实现正交传输的方法）带宽扩展性强（1.当子载波间隔确定后，OFDM系统的信号带宽取决于使用的子载波数量，几百 kHz几百MHz都较容易实现，FFT尺寸增大带来的系统复杂度增加相对并不明显；2.非常有利于实现未来宽带移动通信所需的更大带宽，也更便于使用2G系统推出市场后留下的小片频谱；3.单载波CDMA只能依赖提高码片速率或多载波CDMA的方式支持更大带宽，都可能造成接收机复杂度大幅上升；4.OFDM系统对大带宽的有效支持成为其相对单载波技术的决定性优势）频域调度和自适应（集中式子载波分配和分布式子载波分配）实现MIMO技术较为简单(1.在平坦衰落信道可以实现简单的MIMO接收；2.频率选择性衰落信道中，IAI和符号间干扰（ISI）混合在一起，很难将MIMO接收和信道均衡分开处理。)OFDM技术存在的问题：PAPR（峰均比）问题(该系统中由于载波数比较多，因此多载波叠加后的PAPR较大：1.高PAPR会增加模数转换和数模转换的而复杂度，降低RF功率放大器的效率，增加发射机功放的成本和耗电量，不利于在上行链路实现终端成本和耗电量受到限制；2.降低PAPR技术：信号预失真技术、编码技术、加扰技术；3.LTE下行使用高性能功放，上行采用SC-FDMA以改善峰均比)时间和频率同步（1.载波频率偏移带来两个破坏性的影响：降低信号幅度；造成ICI；2.研究表明，在低阶调制下，频率误差控制在2%以内才能避免SNR性能急剧下降；使用更高阶调制时，频率精确度要求就更高。360km/h速度 3GHz频率 多普勒频移1kHz ）多小区多址和干扰抑制（1.OFDM系统虽然保证了小区内用户的正交性，但无法实现自然的小区间多址，CDMA则很容易实现;2.如果不采取额外设计，将面临严重的小区间干扰，某些宽带无线接入系统就因缺乏这方面的考虑而可能为小区组网带来困难;3.可能的而解决方案包括加扰、小区间频域协调、干扰消除、调频等）下行OFDMA发送与接收:图1027上行OFDMA发送与接收：图1027上行SC-FDMA发送：图1027-DFT-S-OFDM方式下的上行用户复用：图1027-IS-95系统中码字的使用：短PN码Walsh码长PN码短码：利用PN码优良的自相关特性，可以使用同一序列的不同移位作为不同的码字长度为215=32768，码率1.2288Mcps，周期为26.67ms，每2s重复75次理论上可得32768个码字，但由于多径和时延，两个码字之间至少间隔64个chip，所以最多有512个短码用于区分不同的基站或扇区Walsh码：共有64个相互正交的Walsh码用于区分前向信道中同一物理信道中的不同的逻辑信道长码：利用PN码优良的自相关特性，可以使用同一序列的不同移位作为不同的码字长度为242=4.4*1012，码率为1.2288Mcps，周期为41天多理论上可得4.4*1012码字，但由于多径和时延，两个码字之间至少间隔64个chip，所以最多有69*109个长码用于区分不同的反向信道信道组成：导频信道和同步信道、寻呼信道、正向业务信道、接入信道、反向业务信道导频信道：传输由基站连续发送的导频信号I路和Q路的PN码长度、码率和相位一样，但移位寄存器的抽头不一样导频信道为用户提供了基站的信号强度和定时信息导频信号是一种直接序列扩频信号，令移动台可迅速地捕获信道的定时信息，并提取相干载波进行信号解调移动台通过对周围不同基站的导频信号强度进行检测和比较，可决定何时进行切换。同步信道:系统识别（SID）:系统的标识符号码；网络识别（NID）：系统的次标识符导频短PN序列偏移（PILOT-PN）指数：偏移指数对基站或小区来说，以64个码片为单位长代码状态（LC-STATE）:系统时间参数中规定的时间的长代码系统时间跳秒（LP-SEC）:自系统启动以来已产生的跳秒数当地时间偏移：相对于系统时间的偏移下令时间指示符寻呼信道数据速率（PRAT）:4.8或9.6k