第6章 无线接入技术PPT课件

.,第六章无线接入技术,6.1无线接入信道的电波传播6.2无线接入的基本技术6.33.5GHz固定无线接入,.,通过空间电磁波来传输信息的无线接入系统采用无线传输技术，这种无线传输所占用的信道即为无线信道。现实通信中，时常由于发射机、接收机传播路径遭遇障碍物阻挠，无线电波信号在无线信道中传播时将发生反射、衍射、散射。,6.1无线接入信道的电波传播,.,6.1.1反射、衍射和散射反射：电磁波在无线信道中传播时，视线方向上的障碍物的尺寸大于波长，电磁波发生反射。衍射：如果障碍物断面尖锐，即便收发天线之间没有视觉路径存在，电磁波信号依然能越过障碍物到达接收天线。散射：电磁波的介质中，如果充满了远小于波长的障碍物，电磁波将发生散射。,.,6.1.2衰落与多径传播1、衰落：对于移动台（可简单视为每一位手机用户），它可以在极短时间内跨越很短的距离，因此造成所接收的能量不均衡，呈随机波动现象，这种现象称为衰落。其中，能量波动变化快的称为快衰落；能量波动变化快的称为慢衰落。原因：（1）多径传播（2）移动台的移动速度（3）信道中障碍物的移动速度（4）信号的带宽,.,2、多径传播多径传播必然存在多径衰落。为模拟多径衰落信道，需要用以下参数进行描述：（1）时延扩展由于多径反射、多径长度的不同，信号到达接收机的时间也不同，因此信号轮廓不清或被扩展，即：时延扩展（2）多普勒（Doppler）扩展和相干时间多普勒扩展和相干时间是用以描述多普勒频移的两个参数,.,（3）相干带宽相干带宽是频率范围内的统计测量值。在该频率范围内接收机接收到的各个信号受到的影响近乎相同。频率范围之外接收到的各个信号受到的影响大不一样。它与时延扩展成反比。即：当无线信道的带宽小于信号的带宽，那么接信号中各频率分量的增益不同，信号波形失真，致使：频率选择性衰落。实际中，无线信道的带宽通常大于信号的带宽。此时，信号的频谱保持不变，但信道的增益会随时间而变化，即：平坦衰落。,.,6.1.2路径损耗模型路径损耗模型是建立于无线环境基础上来逐个分析。无线接入系统的工作环境包括市区、市郊、农村、山区、沙漠等。通常归结为三类：（1）车载无线环境。特征：宏小区和大的发射功率。车辆运动速度较快，接收信号的平均功率随距离的增加成指数减小。（2）室外到室内和步行者的无线环境特征：微小区和低的发射功率。基站位于屋顶下面，室内覆盖也可以由室外基站提供。,.,（3）室内办公无线环境特征：在室内办公无线环境中，发射功率较小，基站和用户均在室内。,.,6.2无线接入的基本技术,6.2.1信源编码、信道编码1、信源编码将来自模拟信源或离散信源的信号变换为适合于在数字通信系统中传输的数字信号。主要有：波形编码、参量编码、混合编码三大类。（1）波形编码主要对模拟语音信号取样，量化后直接编码形成数字信号，在接收端通过解码恢复语音信号的原始波形。,.,（2）参量编码将模拟语音信号经过取样、量化后提取出语音的特征参量，然后对这些特征参量进行编码而形成数字信号。参量编码智能确保语音的可懂度，无法确保语音的原始波形，抗干扰能力能量差。（3）混合编码结合波形编码和参量编码两种特点，不但对语音信号的特征参量进行编码，并对原始信号的部分波形进行编码。,.,数字语音编码应满足以下条件：较低的编码速率。给定编码速率下，语音质量尽可能的高。在强噪声环境下，编码算法应具有较高的抗无码性能。编码、译码时延较小。编码、译码算法易于大规模实现。,.,2、信道编码在数据发送之前，在信息码元中再增加冗余码元（即监督码元），用来供接收端纠正或检出信息在信道传输中产生的误码。该信道编码中常用的码型有：分组码、交织编码、卷积码、Turbo码等。,.,无线接入信道是随机和突发干扰并存的变参信道。故，信道编码中对整个通信系统进行以下差错控制方式降低数字信号传输的比特误码率BER：（1）前向纠错FEC在发送端发送具有纠错性能的码，收端译码器能检测并纠正误码。FEC是移动通信中最常使用的差错控制方法。（2）自动反复重传ARQ发送端发出能检错的码，收端译码器如发现接收有误，则给出重发指令，通知发端重传错误的消息。,.,（3）混合纠错HEC上述两种方式的结合。发端发送的码不仅能检错，而且具有一定的纠错能力，如果传输中发生的错误属于该纠错码能够纠错的类型，则收端译码器自动纠错，否则通过反馈重传的方法加以纠正。,.,6.2.2多址接入技术目前无线接入系统中常用的多址方式有：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）等。1、频分多址FDMA把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道（或称信道），分配给不同的用户使用。这些频道互不重叠，相邻频道之间无明显干扰，发送时每个用户占用一个信道，在接收端通过滤波器从混合信号中提取出属于每个用户自己的信号。,.,2、时分多址（TDMA）把无线频谱按时隙划分，若干个时隙组成一帧。各移动台只能在每个帧规定的时隙中向基站发送信号，而基站接收时利用定时选通门来选出相应的信号；同时基站发向多个移动台的信号按顺序在预定时隙中传输，各移动台在指定的时隙中接受，从合路信号中提取相应的信号。,.,3、码分多址CDMACDMA是使用扩展频谱技术的一种多址技术。利用扩展频谱的多址性在发送端各用户的扩频编码，即用互不相同的、相互正交或准正交的地址码来调制所发送的信号；在接收端利用地址码的正交性或准正交性通过相关检测从混合信号中选出相应的信号。,.,4、空分多址（SDMA）通过控制用户的空间辐射能量来提供多址接入能力的，通过分割空间信道分离同一时隙和同一频道上的多个用户信号。,.,6.2.3数字调制与扩频技术1、数字调制无线接入系统在无线传输中一般多使用频谱效率高且抗干扰能力强的数字调制技术。数字调制方案可分为：线性调制技术和恒包络调制技术。2、扩频技术按照频谱扩展方式，扩频通信系统可分为：直接序列扩频、跳频扩频、跳时扩频,.,6.2.4抗衰落技术克服无线信道多径衰落的技术主要有：分集技术、自适应均衡技术分集技术（1）空间分集发端使用一副发射天线，接收端使用多副接收天线，并且接收端天线的间隔足够大（d/2），从而保证各接收天线输入信号的衰落特性相互独立。,.,（2）时间分集将给定的信号在时间上相隔一定的间隔重复传输多次，只要时间间隔大于相干时间，就可以得到多条独立的分集支路。（3）频率分集将要传输的信息分别以不同的载频发射出去，只要载频的间隔大于相干带宽，那么在接收端就可以得到衰落特性不相关的信号。,.,自适应均衡技术定义：码间干扰是在移动无线信道中传输高速率数据的主要障碍，是由无线信道的时变多径传播引起的，采用自适应均衡技术可以克服码间干扰。目的：根据信道特性，按照某种最佳算法来设计均衡器的特性，使得经过信道传输后的收端信号与发端信号之间达到匹配。工作模式：训练模式、跟踪模式。,.,6.2.5网络安全信息加密：是指基站和移动台之间交换的用户信息和用户参数不被截获或监听，用户信息是否需要加密可在呼叫建立时由信令指明。,.,6.2.6无线空中接口无线空中接口是移动终端与网络之间的接口，是确保不同厂家的移动台和系统设备之间建立通信的接口。自上而下可以分为：物理层、数据链路层、管理层。物理层：完成编码、调制及各物理信道的扩频。在CDMA方式中，物理信道用不同的地址码区分。,.,数据链路层：在移动台和基站之间建立可靠的数据传输通道，完成建立、维持及释放一个逻辑链路连接所必须的功能，包括流量控制、争先判决、序列控制，选择确认或不确认操作之类的通信方式，将通信数据插入发信数据帧或从收信帧中取出等。管理层：可进一步分为三个子层：无线资源管理子层、移动管理子层、和连接管理子层。,.,6.33.5GHz固定无线接入,固定无线接入是指业务节点到固定用户终端部分或全部采用了无线方式。固定无线接入系统的终端含有或不含有有限的移动性。以下所示为一个3.5GHz固定无线接入参考模型，系统包括中心站（CS）、终端站（TS）、接力站（RS）、网管系统四大部分。（教材P191，图6-16）,.,中心站CS：从逻辑上可分为中心射频站和中心控制站。中心射频站是射频收发设备，一般使用扇区天线，每个射频天线对应一个扇区，为扇区内的终端提供服务；中心控制站是业务汇聚部分，并提供网络侧的接口。将来自各个扇区不同用户的上行业务量进行汇聚复用；终端站TS：置于用户驻地，为一个或多个用户设备提供电话、传真、数据调制解调器等终端的标准接口，并向用户终端透明地传送交换机所能提供的业务和功能。终端站的上行方向上将来自用户端或者用户驻地网的业务通过无线链路传送到基站；下行方向上提取本站业务分配给终端用户。,.,接力站RS：作为系统实现的可选项，用以转发中心站和终端站之间的信号，以延长中心站和终端站之间的距离。网管系统：用以完成设备基本的配置、故障管理、性能管理、安全管理以及计费信息的采集，实现集中维护管理。,.,3.5GHz固定无线接入的功能一、业务支持能力（1）面向连接业务该业务主要针对传统电路方式的业务。主要有普通电话业务、ISDN2BD或30BD业务、低于2048kbit/s的电路承载业务以及对应于目前DDN业务所提供的速率等级的数字电路承载业务。,.,（2）无连接业务无连接业务针对基于IP方式来提供的应用，主要有基于IP方式的实时业务、Internet接入（WWW浏览、E-mail、高速文件传送等）、局域网互联、虚拟专用网（VPN）等。对于3.5GHz的固定无线接入系统，它可以是基于电路方式、IP方式、ATM方式或者几种组合方式来提供上述业务。,.,二、系统功能（