数字移动通信的相关技术

1、主要内容一、多址技术二、调制技术三、抗噪声和干扰技术四、分集接收技术一、 多址技术多址技术的含义所谓多址技术就是使多个用户接入并共享同一个无线通信信道 , 以提 高频谱利用率的技术。思路：把同一个无线信道按照时间、 或频率等因素进行分割 , 使不同的 用户都能够在不同的分割段中使用这一信道 , 而又不会明显地感觉到他人 的存在 , 就好似自己在专用这一信道一样。占用不同的分割段就像是拥有了不同的地址 , 使用同一信道的多个用 户就拥有了多个不同的地址。这就是多址技术，亦称多址接入技术。如在蜂窝移动通信系统中 , 多个移动用户要同时通过一个基站和其他 移动用户进行通信 , 就必须对基站和不同的移

2、动用户发出的信号赋予不同 的特征 , 使基站能从众多移动用户的信号中区分出是哪一个移动用户发来 的信号 , 同时各个移动用户又能够识别出基站发出的信号中哪个是发给自 己的。三种多址方式 TDMA FDMA CDMA一频分多址 FDMA频分多址技术按照频率来分割信道 , 即给不同的用户分配不同的载波 频率以共享同一信道。频分多址技术是模拟载波通信、 微波通信、卫星通信的根本技术 , 也 是第一代模拟移动通信的根本技术。在FDMA系统中，信道总频带被分割成假设干个间隔相等且互不相交的子 频带 地址, 每个子频带分配给一个用户 , 每个子频带在同一时间只能供 给一个用户使用 , 相邻子频带之间无明显

3、的干扰。特点：每个载波构成一个单独的环路， 每一频道为一个话路的模拟或数字传输； 连续发射；较小的带宽；移动台复杂度较低相比 TDMA而言，TDMA系统需要均衡、帧结构同步 等复杂的技术；基站是多部不同载波频率的发射机同时工作； 对发射信号功率控制的要求不严格。二时分多址 TDMA时分多址技术按照时隙来划分信道 , 即给不同的用户分配不同的时间 段以共享同一信道。时分多址技术是数字数据通信和第二代移动通信的根本技术。在TDMA系统中，时间被分割成周期性的帧，每一帧再分割成假设干个时隙(地址)。无论帧或时隙都是互不重叠的。根据一定的时隙分配原那么 , 使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向 基站

4、发送信号 , 在满足定时和同步的条件下 , 基站可以分别在各时隙中接 收到各移动台的信号而互不混扰。基站发向多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。特点：(1) 每载频多个环路。TDMA系统能够在每一载频上产生多个时隙，而 每个时隙都是一个信道 , 因而能够进一步提高频谱利用率 , 增加系统容量。(2) 传输速率高。 每一载频含有时隙多 , 那么频率间隔宽 , 传输速率就 高。(3) 对新技术开放。例如当因语音编码算法的改良而降低比特速率时 , TDMA系统的信道很容易重新配置以接纳新技术。( 4)

5、基站发送设备在单一载波上工作，时隙(信道)的动态分配只取决 于系统软件。(5) 共享设备本钱低。 由于每一载频为许多客户提供业务 , 因此 TDMA 系统共享设备的每客户平均本钱与 FDMA系统相比是大大降低了。(6) 不存在频率分配问题。对时隙的管理和分配通常要比对频率的管理与分配简单而经济，所以，TDMA系统更容易进行时隙的动态分配。(7) 基站可以只用一台发射机。可以防止像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。同时,TDMA也具有一定的缺陷：(1) 必须有精确的定时和同步。(2) 移动台较复杂。(3) 传输开销大。(三)码分多址(CDMA)码分多址技术按照码序列

6、来划分信道，即给不同的用户分配一个不同的 编码序列以共享同一信道。码分多址技术是第二代移动通信的演进技术和第三代移动通信的根本技 术。在CDMA系统中，每个用户被分配给一个惟一的伪随机码序列 (扩频序 列),各个用户的码序列相互正交，因而相关性很小，由此可以区分出不同 的用户。与FDMA划分频带和TDMA划分时隙不同，CDM既不划分频带又不划分时 隙，而是让每一个频道使用所能提供的全部频谱，因而CDMA采用的是扩频 技术，它能够使多个用户在同一时间、同一载频以不同码序列来实现多路通 信。CDMA示意图如下图。特点：樂 频率和时间资源均为共享；每个载波有多个信道；带宽相对更宽；符号带宽窄，提高了

7、定时精度，有利于定时测量和多径信 号恢复；樂移动台复杂度高；四三种多址技术的比拟廳CDMA技术的频谱利用率最高，所能提供的系统容量最大，它代表了 多址技术的开展方向；廉其次是TDMA技术，目前技术比拟成熟，应用比拟广泛；議FDMA技术由于频谱利用率低，将逐渐被TDMA和CDM所取代,或者与后两种方式结合使用，组成TDMA/FDMA CDMA/FDM方式。二、调制技术主要内容调制的根本概念模拟调制技术简介数字调制技术简介数字调制技术分类一调制的有关概念调制：把要传输的信号变换成适合信道传输的信号的过程。调制信号：调制器的输入信号调制前。已调信号调幅、调频和调相信号：调制器的输出信号调制后。随调制

8、信号变化的调制方式:调幅AM：载波振幅调频FM:载波频率调相PM:载波相位按调制信号形式划分:模拟调制数字调制二模拟调制简要介绍，引出数字调制 先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，然后利用交流放大器进 行放大， 最后再从放大器的输出信号中取出放大了的缓变信号。三数字调制简介移动通信信道的根本特征:1. 带宽有限。2. 干扰和噪声影响大。3. 存在多径衰落。对调制的要求:1已调信号所占的带宽要窄。2经调制解调后的输出信噪比 S/N 较大或误码率较低。 数字调制技术 数字调制一般指调制信号是离散的，而载波是连续波的调制方式。 一般而言，数字调制技术可分为两种类型:一种是利用模拟方法去实现数字

9、调制，也就是把数字基带信号当作模拟 信号的特殊情况来处理； 很少使用了另一种是利用数字信号的离散取值特点键控载波，从而实现数字调制 这种技术称为键控法。 移动通信常用的方法数字调制就是用基带数字信号改变高频载波信号的某一参数来传递数字 信号的过程。目前在数字蜂窝系统中，多采用线性调制和恒定包络调制。基带信号 在数字传输系统中，其传输对象通常是二进制数字信息，它可能来自计 算机、网络或其它数字设备的各种数字代码。 也可能来自数字 终端的脉 冲编码信号。设计数字传输系统的根本考虑是选择一组有限的离散的波形来表示数字 信息。这些离散波形可以是未经调制的不同电平信号， 也可以是调制后的信 号形式。由于

10、未经调制的脉冲电信号所占据的频带通常从直流和低频开始。因而 称为数字基带信号。在某些有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下，数字基带信号可 以直接传送，我们称之为数字信号的基带传输 。整个传输过程不需要调制和解调设备。大多数局域网LAN使用的都是基带传输。和基带相对的是 频带传输 ，又叫模拟传输，是指信号在 线等这样的 普通线路上，以正弦波形式传播的方式。 我们现有的 、 模拟电视信号等， 都是属于频带传输。虽然基带数字信号可以在传输距离相对较近的情况下直接传送， 但如果 要远距离传输时， 特别是在无线或光纤信道上传输时， 那么必须经过调制将信 号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。为了使数字

11、信号在有限带宽的高频信道中传输， 必须对数字信号进行载 波调制。这种调制方式称为数字调制。(四) 数字调制技术的分类 二进制调制与多进制调制 线性调制与非线性调制 三种根本调制方式 1二进制调制与多进制调制 在数字调制中，所选择参量可能变化状态数应该与信息元数相对应。 数字信息有二进制和多进制之分， 因此，数字调制可分为二进制调制和 多进制调制两种。在二进制调制中，信息参量只有两种可能取值。在多进制调制中，信息参量可能有 M(M>2种取值。 2线性调制与非线性调制线性调制包括各种形式的调幅(ASK)和相移键控(PSK),它比非线性调制 使用更少的带宽。非线性调制包括不同形式的频移键控 (

12、FSK)和最小相移键 控(MSK)。线性调制易受因多路平直衰减引起的振幅和相位起伏的影响， 线性调制 所使用的放大器也必须是线性的， 线性放大器比非线性放大器要贵， 而且低 效。因此，线性调制的带宽效率是以昂贵的硬件花费、 功耗和衰减为代价的。线性调制用于大多数的无线局域网产品中， 非线性调制用于大多数的蜂 窝系统和广域无线数据系统。3三种根本调制方式 为了使数字信号在有限带宽的高频信道中传输， 必须对数字信号进行载 波调制。如同传输模拟信号时一样，传输数字信号时也有三种根本的调制方式： 幅移键控ASK、频移键控FSK和相移键控PSK。它们分别对应于用载波 正弦波 的幅度、 频率和相位来传递数

13、字基带 信号。二进制幅移键控 2ASK 调制信号为二进制、对应载波变化只有两种状态 根本原理 用数字基带信号对载波进行线性调制二进制移频键控 2FSK根本原理 用载波的频率来传递数字信号， 也就是用所要传送的数字基带信号来 控制载波的频率。在频移键控调制中， 幅度恒定不变， 其载波信号的频率随着两种可能的 状态而切换。高频率 数字基带信号的 1低频率 数字基带信号的 02FSK可以看成2个不同频的幅度键控已调信号的和；2FSK=2ASK1+2ASK2二进制移相键控 2PSK( BPSK)根本原理载波相位随调制信号 1 或 0 改变，一般使用相位 0 和 180 度表示 1 和 0即 2PSK多

14、进制数字调制 多进制幅度键控 (MASK) 多进制频移键控 (MFSK) 多进制相移键控 (MPSK)恒包络调制技术( const envelope modulation ) 就是不管调制信号如何改变，都保持载波的幅度恒定。属于恒包络调制的有频移键控(FSK、最小频移键控(MS)高斯最小 频移键控( GMS)K。它是一种非线性调制方式。总结： 在第一代蜂窝移动通信系统中采用的是模拟调制传输语音信息，但其 信令系统却是数字的，采用2FSK数字调制技术。第二代数字蜂窝移动通信系统，传输的语音都是经过数字语音编码和 信道编码后的数字信号；GSM系统采用的是GMSI调制；CDMA系统的下行信道采用 Q

15、PSI调制，上行信道采用OQPS调制；第三代数字蜂窝移动系统将采用 MQA调制、平衡四相BQM扩频调 制、复四相扩频调制CQ双四相扩频调制DQM技术。三、抗噪声和干扰技术干扰的分类 同频道干扰互调干扰邻道干扰 一 同频道干扰同信道干扰、同道干扰、同频干扰是指相同载频电台之间的干扰， 在电台密集的地方， 假设频率管理或系 统设计不当，就会造成同频干扰。在蜂窝移动通信系统中 , 为了提高频率利用率 , 相隔一定距离要重复 使用相同的频道 , 这种方法称作同频道再用。在同频环境中， 当有两条或多条同频波道在同时进行通信时， 就会带来 同频干扰。再用距离越近 , 同频道干扰越大 ; 再用距离越远 ,

16、同频道干扰越小 , 但频率利用率也会降低。实际情况下 , 随着系统规模不断扩大 , 频率复用度必然增加 , 从而同 频道干扰的产生机率也会大大增加。在进行无线区群的频率分配时，两者要兼顾考虑。此外 , 在移动信道中 , 还存在着其他各种各样的干扰信号。但凡与有用信号具有相同频率的无用信号(如多径传输形成的多径信号) 或者与有用信号具有不同频率，但频差不大，能进入同一接收机通带的无 用信号，都能产生同频道干扰。构成同频道干扰的频率范围为f0 士 Bi/2, f0为载波频率,Bi为接收机 的中频带宽。同频道再用距离示意图。假设 A站和B站使用相同的频道，移动台 M 正在接收基站A发射的信号，由于基

17、站天线咼度大于移动台天线咼度， 因此 当移动台M处于小区的边缘时，最易受到基站 B发射的同频干扰。假设输入到移动台接收机的有用信号与同频道干扰之比等于射频防护比，Di-被干扰接收机至干扰发射机的距离Ds-发射台有用信号的传播距离，即小区半径r0。以上的估算是在仅考虑一个同频干扰源的情况下进行的。改善同频道干扰的措施改善同频道干扰主要采用以下几种措施：(1) 调整基站发射机功率或天线高度，使重叠区落在人烟稀少的地区 但实际操作很难把握(2) 斜置天线波束(3) 使用定向天线。(4) 使用黑噪声技术。(5) 采用时延均衡技术。(二) 互调干扰 互调干扰是由发射机中的非线性电路产生的。例如 , 当多

18、部不同频率的发射机设置在同一地点时 , 它们的信号都可 能通过电磁耦合或其他途径窜入其他发射机中。在发射机非线性器件的作用下 , 会产生许多谐波和组合频率分量 , 其中与接收机所需信号频率30相邻近的组合频率分量会顺利地进入接收机而形成干扰。近年来 , 移动通信开展迅猛 , 竞争日趋剧烈 , 为提高竞争力 , 扩大覆 盖范围 , 必然要增加发射机数量 , 天线架设越来越密集 , 互调干扰不可避 免。三类： 发射机互调、接收机互调、外部效应引起的互调(1) 发射机互调干扰2f2-f1=f3Lp接收机f3发射机1的频率通过空间耦合，将进入发射机2,由于发射机2的末级工作于非线性状态，因此将产生三阶

19、互调产物f3。同样，发射机2对发射机1产生三阶互调f4=2f1-f2减小发射机互调干扰的措施有：(1)尽量增大基站发射机之间的耦合损耗Le(2) 改善发射机非线性器件的性能，提高其线性动态范围。(3)在共用天线系统中，各发射机与天线之间参加单向隔离器(如定向耦合器)天线负载3dB定向耦合器1、3端隔离2、4端分别输出一半的功率10log1/2=3dB发射机1发射机2(2) 接收机互调干扰一般接收机的前端射频通带较宽。如果有两个或多个干扰信号同时进入 高放或混频级，通过它们自身的非线性作用，各干扰信号就会彼此作用产生 互调产物。如果互调产物落入接收机的频带内，就会形成接收机的互调干扰。当Es(d

20、B)-EI(dB) 三S/l(dB)时，那么不会造成干扰。Es接收机有用信号电平EI-总互调产物干扰电平S/I-移动台的射频防护比1接收机f3(3) 外部效应引起的互调干扰由于发信机高频滤波器及天线馈线等接插件的接触不良，或发信机拉杆天线螺栓等金属构件的锈蚀产生的非线性作用，而出现的互调现象。这种现象只要保证接插部位接触良好，并用良好的涂料防止金属构件锈 蚀，便可以防止。(三)邻道干扰指相邻的或邻近频道之间的相互干扰。 因此，移动通信系统的信道必须 有一定宽度的频率间隔。目前，移动通信系统的频道间隔是25kHz。但是，调频信号的频谱是很宽的，理论上说，含有无穷多个边频分量， 当其中某些边频分量

21、落入邻道接收机的通带内，就会造成邻道干扰。当邻频道的载波干扰比C/1小于某个特定值时，就会直接影响到 的通话质量，严重的就会产生掉话或使 用户无法建立正常的呼叫。克服邻道干扰的措施(1) 提高接收机的频率稳定度和准确度(2) 移动台发射机的瞬时频偏不超过最大允许值(如5kHz),即限制调制信号的幅度(3) 在无线接近区设置强信号吸收装置四、分集接收技术分集技术DT(Diversity Techniques)是提高系统抗多径衰落的最有效的方法。理论根底是认为不同支路的信号所受的干扰具有分散性,即各支路信号所受的干扰情况不同，因而，有可能从这些支路信号中挑选出受干扰最轻的信号或综合出高信噪比的信号来根本思想是利用移动通信的多径传播特性,在接收端通过某种合并技术将多条符合要求的支路信号合并且输出，从而大大降低多径衰落的影响, 改善传输的可靠性。对这些支路信号的根本要求是: