第5章移动通信原理

1、第第5 5章章 移动通信原理移动通信原理v5.1 5.1 移动通信概论移动通信概论v5.2 5.2 蜂窝网的基本概念蜂窝网的基本概念v5.3 5.3 无线电波传播无线电波传播v5.4 5.4 抗衰落技术抗衰落技术v5.5 5.5 多址技术多址技术v5.6 5.6 时分多址数字蜂窝网时分多址数字蜂窝网GSMGSMv5.7 5.7 码分多址蜂窝移动通信系统码分多址蜂窝移动通信系统5.1 移动通信概论v5.1.1 移动通信发展简述移动通信发展简述 移动通信是指通信双方或一方处于运动移动通信是指通信双方或一方处于运动中进行信息交换的通信方式。中进行信息交换的通信方式。移动通信系统移动通信系统主要有无绳

2、电话系统、无线寻呼系统、无线主要有无绳电话系统、无线寻呼系统、无线集群通信系统、地面蜂窝移动通信系统和卫集群通信系统、地面蜂窝移动通信系统和卫星移动通信系统等。而地面蜂窝移动通信系星移动通信系统等。而地面蜂窝移动通信系统是当今移动通信的主流和热点。统是当今移动通信的主流和热点。5.6蜂窝移动通信的发展与展望第一代蜂窝移动通信第一代蜂窝移动通信(1G)v特点：特点：制式：制式：FDMA业务单一业务单一：模拟话音与传输：模拟话音与传输频谱利用率低、保密性差、技术简单频谱利用率低、保密性差、技术简单v主要代表：美国主要代表：美国AMPS(高级移动电话系统高级移动电话系统)系统系统 英国英国TACS(

3、全接入通信系统全接入通信系统)系统系统我国已在我国已在20012001年年1212月月3131日关闭模拟移动网日关闭模拟移动网5.6移动通信的发展与展望第二代蜂窝移动通信第二代蜂窝移动通信(2G)v特点：特点：主要业务：主要业务：语音、低速率数据（语音、低速率数据（9.6kb/s9.6kb/s） 短消息短消息(SMS)(SMS)、彩信（、彩信（MMSMMS）等）等 频谱利用率较高、数字化频谱利用率较高、数字化制式：制式：TDMA或或CDMAv代表系统：代表系统：欧洲的欧洲的GSMGSM系统系统（大多数国家使用）：（大多数国家使用）：TDMA制式制式美国的美国的D-AMPSD-AMPS系统（主要

4、在美国使用）系统（主要在美国使用）日本的日本的JDCJDC系统（仅在日本使用）：系统（仅在日本使用）：TDMA制式制式美国美国QUALCOMMQUALCOMM公司公司开发的开发的IS-95A IS-95A N-N-CDMACDMA系统系统（美、日、（美、日、韩、中等国）：韩、中等国）： CDMACDMA制式制式v我国我国19921992年开始使用年开始使用GSMGSM系统系统，20012001年引进了年引进了IS-95A CDMAIS-95A CDMA系统。系统。2.5G移动通信技术与应用移动通信技术与应用v正在发展中正在发展中,为为2G向向3G发展的过渡性产品。发展的过渡性产品。9090年代

5、中期，第三代移动通信系统进入到具体的设计、年代中期，第三代移动通信系统进入到具体的设计、规划和实施阶段规划和实施阶段 为保护为保护2G的庞大投资，有必要发展的庞大投资，有必要发展2G向向3G平稳过渡的平稳过渡的所谓二代半（所谓二代半（2.5G）技术）技术v数据速率最高可达数据速率最高可达171kbit/s v主要产品有主要产品有GPRS和和CDMA2000 1X例：例：以以TDMA和电路交换为基础的和电路交换为基础的GSM网络网络不能直接与因特网互通，但可以通过一种通不能直接与因特网互通，但可以通过一种通用分组无线业务（用分组无线业务（GPRS，General Packet Radio Ser

6、vive）网的）网的2.5G技术与因特网互技术与因特网互连。连。第三代移动通信（第三代移动通信（3G)v第三代移动通信称为：第三代移动通信称为：IMT-2000；简称；简称3G它最早是国际电联（它最早是国际电联（ITUITUR R）于）于 19851985年提出的，年提出的，当时的命名为未来公众陆地移动通信系统当时的命名为未来公众陆地移动通信系统（FPLMTSFPLMTS）。）。由于该系统预期在由于该系统预期在20002000年使用，并工作在年使用，并工作在2000MHz2000MHz频段，故于频段，故于19961996年正式改名为年正式改名为IMT-2000IMT-2000系统系统IMT-2

7、000IMT-2000的名称为第三代移动通信系统制定的名称为第三代移动通信系统制定了总目标：了总目标： 工作在工作在2000MHz2000MHz频段频段 在在20002000年左右商用年左右商用第三代移动通信的总目标v3G3G设计目标设计目标是为了提供比第二代系统更大的是为了提供比第二代系统更大的系统容量、更好的通信质量，而且系统容量、更好的通信质量，而且要能在全要能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括话音、数据及多媒体等在内的多种业务包括话音、数据及多媒体等在内的多种业务，同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容同时也要考虑与已有第二代系统的良好

8、兼容性（即全球化、综合化、个人化）。性（即全球化、综合化、个人化）。 v3 3G G传输速度传输速度2 2MbpsMbps（静止（静止）384384kbpskbps（步行、慢速（步行、慢速）114114kbpskbps（高速移动环境（高速移动环境）v可提供丰富多彩的移动多媒体业务可提供丰富多彩的移动多媒体业务具有语音、文字、静态影像、动态具有语音、文字、静态影像、动态等多媒体等多媒体传输的特点与能力传输的特点与能力v取实际资料传输量为收费标准取实际资料传输量为收费标准v于于20032003年至年至20052005年间发展成熟年间发展成熟3G的标准的标准v目前国际电联公开的目前国际电联公开的3G

9、标准有三个标准有三个v欧洲和日本共同提出的：欧洲和日本共同提出的：WCDMA该标准提出了该标准提出了GSM(2G)-GPRS-EDGE-WCDMA(3G)GSM(2G)-GPRS-EDGE-WCDMA(3G)的演进策略的演进策略v美国以高通公司为代表提出的美国以高通公司为代表提出的：CDMA2000该标准提出了从该标准提出了从 CDMA IS95(2G)-CDMA20001x-CDMA IS95(2G)-CDMA20001x-CDMA20003x(3G)CDMA20003x(3G)的演进策略的演进策略 v中国以大唐集团为代表提出的中国以大唐集团为代表提出的：TD-SCDMA全称为全称为Time

10、 Division Synchronous CDMA(Time Division Synchronous CDMA(时分同步时分同步CDMACDMA) )，是由我国大唐电信公司提出的，是由我国大唐电信公司提出的3G3G标准，该标准提标准，该标准提出不经过出不经过2.52.5代的中间环节，直接向代的中间环节，直接向3G3G过渡，非常适用于过渡，非常适用于GSMGSM系统向系统向3G3G升级升级 v3G标准在核心网中都采用标准在核心网中都采用分组交换方式分组交换方式，v采用采用CDMA技术解决无线端口问题。技术解决无线端口问题。v因此，这三种标准无一例外的都采用了因此，这三种标准无一例外的都采用了

11、CDMA这一核心技术这一核心技术未来未来移动通信的发展趋向移动通信的发展趋向VoiceWide bandBroad bandAnalogDigitalIntegratedDataNarrow band4G3G2GMulti-function1GMultimediaSmartPoint frequency5.1.2 移动通信的特点移动通信的特点(识记）识记）v移动通信与其他通信方式相比具有如下特点移动通信与其他通信方式相比具有如下特点1.移动通信利用无线电波进行信息传输移动通信利用无线电波进行信息传输（弥散损耗，阴影效应，多普勒频移）（弥散损耗，阴影效应，多普勒频移）2.通信在复杂的电磁环境下工

12、作通信在复杂的电磁环境下工作（系统内部干扰更复杂：邻道干扰、互调干扰、多址干扰以及（系统内部干扰更复杂：邻道干扰、互调干扰、多址干扰以及远近效应）远近效应）3.移动通信业务量有限移动通信业务量有限（1、开辟启用新频段；、开辟启用新频段；2、信道窄带化；、信道窄带化；3、对有限频谱合理、对有限频谱合理分配和严格管理）分配和严格管理）4.移动通信系统建网技术复杂移动通信系统建网技术复杂5.移动台必须适用于移动环境移动台必须适用于移动环境5.1.3 移动通信的工作方式移动通信的工作方式1、单工方式、单工方式2、半双工方式、半双工方式3、全双工方式、全双工方式5.1.4 移动通信的分类及常用系统移动通

13、信的分类及常用系统1、移动通信的分类方法、移动通信的分类方法2、常用、常用移动通信系统移动通信系统（领会）（领会）（1）无线寻呼系统）无线寻呼系统（2）无绳电话系统）无绳电话系统（3）集群移动通信系统）集群移动通信系统（4）蜂窝移动通信系统）蜂窝移动通信系统5.2 蜂窝网的基本概念蜂窝网的基本概念5.2.1 5.2.1 概述概述 蜂窝蜂窝概念是解决频率不足和用户容量问题概念是解决频率不足和用户容量问题的一个重大突破。其基本思想是用许多小功率的一个重大突破。其基本思想是用许多小功率的发射机（小覆盖区）来代替单个的大功率发的发射机（小覆盖区）来代替单个的大功率发射机（大覆盖区）。每个基站（小覆盖区

14、）分射机（大覆盖区）。每个基站（小覆盖区）分配整个系统可用信道的一部分，相邻基站则分配整个系统可用信道的一部分，相邻基站则分配不同的信道。配不同的信道。v无线小区的模型（蜂窝的概念）：无线小区的模型（蜂窝的概念）：w由许多由许多正六边形小区正六边形小区作为基本几何图形覆盖作为基本几何图形覆盖整个服务区，从而构成整个服务区，从而构成形状类似蜂窝的移动通形状类似蜂窝的移动通信网，称为信网，称为小区制蜂窝小区制蜂窝移动通信网。移动通信网。 如果给相邻的基站分配不同的信道组，如果给相邻的基站分配不同的信道组，那么基站之间（以及在它们控制下的移动用那么基站之间（以及在它们控制下的移动用户之间）的干扰就可

15、做到最少。户之间）的干扰就可做到最少。相隔一定距相隔一定距离的基站可用相同的频率，只要基站间同频离的基站可用相同的频率，只要基站间同频干扰低于可接收的电平即可。干扰低于可接收的电平即可。小覆盖区的范小覆盖区的范围减少，基站数目增加，容量增加，但不增围减少，基站数目增加，容量增加，但不增加额外频率，这一基本原理是现代无线通信加额外频率，这一基本原理是现代无线通信系统的基础。系统的基础。 5.2.2 5.2.2 频率再用（识记）频率再用（识记）v 蜂窝移动通信系统中每个蜂窝基站都蜂窝移动通信系统中每个蜂窝基站都分配一组无线信道，这组信道用于称为分配一组无线信道，这组信道用于称为蜂窝小区的一个小地理

16、范围内。该组无蜂窝小区的一个小地理范围内。该组无线信道所包含的信道不能在其相邻小区线信道所包含的信道不能在其相邻小区中适用。设计基站天线时要做到能覆盖中适用。设计基站天线时要做到能覆盖某一特定小区，并将覆盖范围限制在小某一特定小区，并将覆盖范围限制在小区边界以内，这样相同信道组就可用于区边界以内，这样相同信道组就可用于覆盖不同的小区。覆盖不同的小区。v 要求使用相同信道组的小区两两之间要求使用相同信道组的小区两两之间的距离足够远，从而使其相互间的干扰在的距离足够远，从而使其相互间的干扰在可接受的范围内。可接受的范围内。这种为蜂窝系统中的所这种为蜂窝系统中的所有基站选择和分配信道组的设计过程称为

17、有基站选择和分配信道组的设计过程称为频率再用。频率再用。5.2.3 信道分配策略（识记）信道分配策略（识记）v 信道分配策略是指一种能实现既增加用信道分配策略是指一种能实现既增加用户容量又以减少干扰为目标的频率再用方案。户容量又以减少干扰为目标的频率再用方案。信道分配策略可以分为两类：信道分配策略可以分为两类：固定的和动态固定的和动态的。的。选择哪一种信道分配策略将会影响系统选择哪一种信道分配策略将会影响系统的性能，特别是在移动用户从一个小区切换的性能，特别是在移动用户从一个小区切换到另一个小区时的呼叫处理方面。到另一个小区时的呼叫处理方面。v 固定的信道分配策略固定的信道分配策略是指给每一个

18、小区分配一是指给每一个小区分配一组事先确定好的语音信道。小区中的任何呼叫都只组事先确定好的语音信道。小区中的任何呼叫都只能使用该小区中的空闲信道。如果该小区中的所有能使用该小区中的空闲信道。如果该小区中的所有信道都已被占用，则呼叫阻塞，用户得不到服务。信道都已被占用，则呼叫阻塞，用户得不到服务。v 固定分配策略也有许多变种。其中一种方案固定分配策略也有许多变种。其中一种方案称为称为借用策略借用策略，如果它自己的所有信道都已被占，如果它自己的所有信道都已被占用，那么允许该小区从相邻小区中借用信道。由用，那么允许该小区从相邻小区中借用信道。由移动交换中心（移动交换中心（MSC)来管理这样的借用过程

19、，来管理这样的借用过程，并保证一个信道的借用不会中断或干扰被借用小并保证一个信道的借用不会中断或干扰被借用小区的任何一个正在进行的呼叫。区的任何一个正在进行的呼叫。v 动态的信道分配策略动态的信道分配策略是指语音信道不是是指语音信道不是固定的分配给每个小区，而是在固定的分配给每个小区，而是在每次呼叫请每次呼叫请求到来时，为它服务的基站就向求到来时，为它服务的基站就向MSC请求一请求一个信道。个信道。交换机则根据一种算法分配给请求交换机则根据一种算法分配给请求的小区一个信道。这种算法考虑了该小区以的小区一个信道。这种算法考虑了该小区以后呼叫阻塞的可能性、候选信道使用的频率、后呼叫阻塞的可能性、候

20、选信道使用的频率、信道的再用距离以及其他的开销。信道的再用距离以及其他的开销。v 因此，因此，MSC分配某一频率时必须满足分配某一频率时必须满足两个条件两个条件:一是这个小区没有使用该频率一是这个小区没有使用该频率；二是任何为了避免同频干扰而限定的最小二是任何为了避免同频干扰而限定的最小频率再用距离内的小区也都没有使用该频频率再用距离内的小区也都没有使用该频率。率。动态的信道分配策略要求动态的信道分配策略要求MSC连续实连续实时地收集关于信道占用情况、话务量分布时地收集关于信道占用情况、话务量分布情况、所有信道的无线信号强度指示等数情况、所有信道的无线信号强度指示等数据。这增加了系统的存储和计

21、算量，但有据。这增加了系统的存储和计算量，但有利于提高信道的利用效率和减少呼叫阻塞利于提高信道的利用效率和减少呼叫阻塞的概率。的概率。5.2.4 切换策略和位置管理（识记）切换策略和位置管理（识记）v 当一个移动用户（当一个移动用户（MS)在通话过程中从一在通话过程中从一个小区移动到另一个小区时，个小区移动到另一个小区时，MSC将该将该MS的连接控制也从一个小区转移到另一个小区。的连接控制也从一个小区转移到另一个小区。这种将正在通话状态的这种将正在通话状态的MS转移到新的业务信转移到新的业务信道上（新的小区）的过程称为道上（新的小区）的过程称为“切换切换”。因因此，此，切换的目的是实现蜂窝移动

22、通信的切换的目的是实现蜂窝移动通信的“无无缝隙缝隙”覆盖，覆盖，即当即当MS从一个小区移动到另一从一个小区移动到另一个小区时，保证通信的连续性。个小区时，保证通信的连续性。v 在移动通信系统中，用户可以在系统覆盖在移动通信系统中，用户可以在系统覆盖范围内任意移动，为了能把一个呼叫传送到范围内任意移动，为了能把一个呼叫传送到随机移动的用户，必须有一个高效的位置管随机移动的用户，必须有一个高效的位置管理系统来跟踪用户位置变化。理系统来跟踪用户位置变化。v 位置管理包括位置登记和位置传递。位置管理包括位置登记和位置传递。所谓所谓位置登记位置登记，是通信网为了跟踪移动台的位置，是通信网为了跟踪移动台的

23、位置变化，而对其位置进行登记、删除和更新的变化，而对其位置进行登记、删除和更新的过程。位置传递指在有呼叫给移动台时，根过程。位置传递指在有呼叫给移动台时，根据原籍位置寄存器（据原籍位置寄存器（HLR)和访问位置寄存器和访问位置寄存器（VLR)中的位置信息来确定移动台。中的位置信息来确定移动台。5.2.5 干扰与系统容量（识记）干扰与系统容量（识记）v 干扰是影响蜂窝无线系统性能的主要因素。干扰是影响蜂窝无线系统性能的主要因素。（干扰来源包括同小区中的另一个移动台、（干扰来源包括同小区中的另一个移动台、相邻小区中正在进行的通话、使用相同频率相邻小区中正在进行的通话、使用相同频率的其他基站或者无意

24、中渗入蜂窝系统频带范的其他基站或者无意中渗入蜂窝系统频带范围内的任何非蜂窝系统。）围内的任何非蜂窝系统。） 蜂窝系统的两种主要干扰是蜂窝系统的两种主要干扰是同频干扰和同频干扰和邻频干扰。邻频干扰。1、同频干扰和系统容量、同频干扰和系统容量v 频率再用意味着在一个给定的覆盖区域内，频率再用意味着在一个给定的覆盖区域内，存在着许多存在着许多使用同一组频率的小区使用同一组频率的小区。这些小区。这些小区称为称为同频小区同频小区，这些小区之间的干扰称为同频这些小区之间的干扰称为同频干扰。干扰。不像热噪声那样可以通过增大信噪比来不像热噪声那样可以通过增大信噪比来克服，同频干扰不能简单通过增大发射机的发克服

25、，同频干扰不能简单通过增大发射机的发射功率来克服。这是因为增大发射功率会增大射功率来克服。这是因为增大发射功率会增大对相邻同频小区的干扰。对相邻同频小区的干扰。为了减少同频干扰，为了减少同频干扰，同频小区必须在物理上隔开一个最小的距离，同频小区必须在物理上隔开一个最小的距离，为传播提供充分的空间。为传播提供充分的空间。v 如果每个小区的大小相同，基站的发射功如果每个小区的大小相同，基站的发射功率相同，那么同频干扰与发射功率无关，而率相同，那么同频干扰与发射功率无关，而变为变为小区半径小区半径R与相距最近的同频小区的中与相距最近的同频小区的中心之间的距离心之间的距离D的函数。增加的函数。增加D/

26、R值，同频小值，同频小区间的空间距离和小区的覆盖距离之比就会区间的空间距离和小区的覆盖距离之比就会增加，增加，因此来自同频小区的射频能量就会减因此来自同频小区的射频能量就会减小而使干扰降低。参数小而使干扰降低。参数Q（称为同频再用比（称为同频再用比例）与区群的大小有关。对于六边形系统来例）与区群的大小有关。对于六边形系统来说：说：Q=D/R2.邻频干扰邻频干扰v 所谓邻频干扰是指来自使用信号频率的相邻频率所谓邻频干扰是指来自使用信号频率的相邻频率的信号干扰。邻频干扰是由于接收滤波器不理想，的信号干扰。邻频干扰是由于接收滤波器不理想，使得相邻频率的信号泄露到传输带宽内而引起的使得相邻频率的信号泄

27、露到传输带宽内而引起的。v 邻频干扰可以通过精确的滤波和信道分配而减邻频干扰可以通过精确的滤波和信道分配而减到最小。到最小。因为每个小区只分配给可用信道中的一部因为每个小区只分配给可用信道中的一部分，给小区分配的信道就没有必要在频率上相邻。分，给小区分配的信道就没有必要在频率上相邻。通过使小区中的信道间隔尽可能大，就可以大大减通过使小区中的信道间隔尽可能大，就可以大大减少邻频干扰。少邻频干扰。v 因此，因此，不是给每个特定的小区分配在频不是给每个特定的小区分配在频谱上连续的信道，而是使在给定小区内分配谱上连续的信道，而是使在给定小区内分配的信道有最大的频率间隔。的信道有最大的频率间隔。通过顺序

28、的将连通过顺序的将连续的信道分配给不同小区，许多分配方案可续的信道分配给不同小区，许多分配方案可以使一个小区内的邻频信道间隔为以使一个小区内的邻频信道间隔为N个信道个信道带宽，其中带宽，其中N是区群的大小。其中一些信道是区群的大小。其中一些信道分配方案还通过避免在相邻小区中使用邻频分配方案还通过避免在相邻小区中使用邻频信道来阻止一些次要的邻频干扰。信道来阻止一些次要的邻频干扰。5.2.6 功率控制减小干扰v保证每个用户所发射的动率都是所需的最小保证每个用户所发射的动率都是所需的最小功率功率v可以保持反向信道链路的良好质量，显著减可以保持反向信道链路的良好质量，显著减少系统中反向信道的信干比。少

29、系统中反向信道的信干比。5.3 无线电波传播无线电波传播v移动通信信道：基站天线、移动用户天线和移动通信信道：基站天线、移动用户天线和两幅天线之间的传播路径，具有极度随机性。两幅天线之间的传播路径，具有极度随机性。v5.3.1 无线电波传播特性（领会）无线电波传播特性（领会） 无线电波在空间中传播的方式也有多种：直无线电波在空间中传播的方式也有多种：直射波、多径反射波、绕射波和散射波射波、多径反射波、绕射波和散射波。它们。它们分别具有如下特点：分别具有如下特点：v 1) 直射波：直射波：指在视距覆盖内无遮挡的传播，其信指在视距覆盖内无遮挡的传播，其信号最强。号最强。v 2）多径反射波：多径反射

30、波：指从不同建筑物或其他物体反射指从不同建筑物或其他物体反射后到达接收点的传播信号，其信号强度次之。后到达接收点的传播信号，其信号强度次之。v 3）绕射波：绕射波：从较大的山区或建筑物绕射后到达接从较大的山区或建筑物绕射后到达接收点的传播信号，其强度与反射波相当。收点的传播信号，其强度与反射波相当。v 4）散射波：散射波：是空气中离子受激后电波产生二次发是空气中离子受激后电波产生二次发射，经过由二次发射所引起的慢反射后到达接收点射，经过由二次发射所引起的慢反射后到达接收点的传播信号，其信号强度最弱。的传播信号，其信号强度最弱。5.3.2 自由空间传输特性v自由空间是指在理想的、均匀的、各向同性

31、自由空间是指在理想的、均匀的、各向同性介质中传播，电波传播不发生反射、折射、介质中传播，电波传播不发生反射、折射、绕射、散射和吸收现象，仅存在电磁波能量绕射、散射和吸收现象，仅存在电磁波能量扩散引起的传播损耗。扩散引起的传播损耗。5.3.3 3种基本的无线电波传播机制种基本的无线电波传播机制（领会）（领会）v （1）反射：）反射：当电磁波遇到比波长大得多的当电磁波遇到比波长大得多的物体时发生反射，反射发生在地球表面、建物体时发生反射，反射发生在地球表面、建筑物和墙壁表面。筑物和墙壁表面。当无线电波入射到两个具当无线电波入射到两个具有不同介电常数介质的交界处时，一部分电有不同介电常数介质的交界处

32、时，一部分电波被反射，另一部分则通过。如果平面波入波被反射，另一部分则通过。如果平面波入射到理想电介质的表面，则一部分能量进入射到理想电介质的表面，则一部分能量进入第二个介质，一部分能量反射回第一个介质，第二个介质，一部分能量反射回第一个介质，没有能量损耗。如果第二个介质是理想导体，没有能量损耗。如果第二个介质是理想导体，则所有入射能量都被反射回第一个介质，同则所有入射能量都被反射回第一个介质，同样也没有能量损失。样也没有能量损失。v （2）绕射）绕射 当接收机和发射机之间的无线路径被尖锐当接收机和发射机之间的无线路径被尖锐的边缘阻挡时将发生绕射。由阻挡表面产生的边缘阻挡时将发生绕射。由阻挡表

33、面产生的二次波散布于空间，甚至到达阻挡体的背的二次波散布于空间，甚至到达阻挡体的背面，导致波围绕阻挡体产生弯曲。甚至当发面，导致波围绕阻挡体产生弯曲。甚至当发射机和接收机之间不存在视距路径时，这种射机和接收机之间不存在视距路径时，这种情况也会发生。情况也会发生。v （3）散射）散射 当波穿行的介质中存在小于波长的物体并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，将且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，将发生散射。发生散射。散射波产生于粗糙表面、小物体散射波产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体。在实际通信系统中，树或其他不规则物体。在实际通信系统中，树叶、街道标志和灯

34、柱等会引发散射。叶、街道标志和灯柱等会引发散射。5.3.4 移动通信信道的主要特点移动通信信道的主要特点（领会）（领会）v 信道是信号的传输媒质，概括来说，移动通信道是信号的传输媒质，概括来说，移动通信信道具有如下主要特点信信道具有如下主要特点 1）传输信道的开放性。）传输信道的开放性。 2）接收点地理环境的复杂性和多样性。）接收点地理环境的复杂性和多样性。 3）移动台的随机移动性。）移动台的随机移动性。5.3.5 移动通信信号传播的损耗移动通信信号传播的损耗或衰落（领会）或衰落（领会）v 由于移动通信信道及电磁波在空间传播的特由于移动通信信道及电磁波在空间传播的特点，导致了信号在传播过程中会

35、产生点，导致了信号在传播过程中会产生3种主要种主要的损耗，而在接收点则产生的损耗，而在接收点则产生3种效应。种效应。v（1）自由空间的路径损失）自由空间的路径损失v 是指电波在自由空间传播所产生的损耗，是移是指电波在自由空间传播所产生的损耗，是移动台与基站之间距离的函数，它描述的是大尺度区动台与基站之间距离的函数，它描述的是大尺度区间内接收信号强度随发射机到接收机的距离而变化间内接收信号强度随发射机到接收机的距离而变化的特性。的特性。v（2）阴影衰落）阴影衰落v是由传输环境中的地形起伏、建筑物和其他障碍物是由传输环境中的地形起伏、建筑物和其他障碍物对电波的阻塞或遮蔽而引起的衰落。它描述的是中对

36、电波的阻塞或遮蔽而引起的衰落。它描述的是中等尺度区间内信号电平中值的慢变化特性。等尺度区间内信号电平中值的慢变化特性。v（3）多径衰落）多径衰落（在微波信号的传输过程中，由于受地（在微波信号的传输过程中，由于受地面或水面反射和大气折射的影响，会产生多个经过不同的路面或水面反射和大气折射的影响，会产生多个经过不同的路径到达接收机的信号，通过矢量叠加后合成时变信号）径到达接收机的信号，通过矢量叠加后合成时变信号）v 是由移动传播环境中的多径传输而引起的衰落，是由移动传播环境中的多径传输而引起的衰落，它描述的是小尺度区间内接收信号场强的瞬时值的它描述的是小尺度区间内接收信号场强的瞬时值的快速变化特性

37、。快速变化特性。v 多径衰落可分为以下多径衰落可分为以下3类：空间选择性衰落（角类：空间选择性衰落（角度扩展）、频率选择性衰落（时延扩展）和时间选度扩展）、频率选择性衰落（时延扩展）和时间选择性衰落（多普勒扩展）。择性衰落（多普勒扩展）。v 所谓选择性是指在不同的空间，不同的频率与所谓选择性是指在不同的空间，不同的频率与不同的时间上，信号的衰落特性不同。不同的时间上，信号的衰落特性不同。5.3.6 3类主要选择性衰落（领会）类主要选择性衰落（领会） 1、时间选择性衰落、时间选择性衰落 在不同的时间，衰落特性不同。在不同的时间，衰落特性不同。 多普勒频移多普勒频移-由运动引起的接收信号频率的偏移

38、称为多由运动引起的接收信号频率的偏移称为多普勒频移，它与移动用户的移动速度成正比。普勒频移，它与移动用户的移动速度成正比。多普勒频移多普勒频移扩展引起的衰落与扩展引起的衰落与相干时间相干时间有关。有关。 2、频率选择性衰落、频率选择性衰落 在不同的频率上，衰落特性不同。在不同的频率上，衰落特性不同。 3、空间选择性衰落、空间选择性衰落 在不同的地点（空间）上，衰落特性不同。在不同的地点（空间）上，衰落特性不同。5.4 抗衰落技术抗衰落技术分集接收、分集接收、RAKE接收、交织技术、均衡技术接收、交织技术、均衡技术v5.4.1 分集接收分集接收v是指接收端对它收到的多个衰落特性相互独立（携是指接

39、收端对它收到的多个衰落特性相互独立（携带同一信息）的信号进行特定的处理，以降低信号带同一信息）的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏的办法。电平起伏的办法。v分集接收有两重含义：分集接收有两重含义：一是分散传输一是分散传输，使接收端能，使接收端能获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号；获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号；二是集中处理二是集中处理，把多个统计独立的衰落信号进行合，把多个统计独立的衰落信号进行合并以降低衰落的影响。并以降低衰落的影响。v分集方式：宏分集和微分集分集方式：宏分集和微分集 微分集的微分集的3种分集方式：空间分集、频率分集和时种分集方式：空间分集、频率分集和

40、时间分集间分集 2、合并方式（识记优缺点）、合并方式（识记优缺点）v1）选择式合并）选择式合并 选择式合并是指检测所有分集支路的信号，以选选择式合并是指检测所有分集支路的信号，以选择其中信噪比最高的那一个支路的信号作为合并器择其中信噪比最高的那一个支路的信号作为合并器的输出，在选择式合并器中，加权系数只有一项为的输出，在选择式合并器中，加权系数只有一项为1，其余均为，其余均为0。v2）最大比值合并）最大比值合并 最大比值合并是一种最佳合并方式。最大比值合并是一种最佳合并方式。v3）等增益合并）等增益合并 等增益合并无需对信号加权，各支路的信号是等等增益合并无需对信号加权，各支路的信号是等增益相

41、加的，等增益合并方式实现比较简单，其性增益相加的，等增益合并方式实现比较简单，其性能接近于最大比值合并。能接近于最大比值合并。5.4.2 RAKE接收（领会）接收（领会）v RAKE RAKE接收机就是利用多个并行相关器检测多接收机就是利用多个并行相关器检测多径信号，按照一定的准则合成一路信号提供给解径信号，按照一定的准则合成一路信号提供给解调接收机。调接收机。 v 一般的分集技术把多径信号作为干扰来处理，一般的分集技术把多径信号作为干扰来处理，而而RAKERAKE接收机采取变害为利的方法，即利用多径接收机采取变害为利的方法，即利用多径现象来增强信号。现象来增强信号。v 其接收机的特点是：接收

42、的基带信号为各路其接收机的特点是：接收的基带信号为各路径信号分量的叠加。如果该路信号输出功率或径信号分量的叠加。如果该路信号输出功率或SNRSNR比较小，那么相应的权重就小。比较小，那么相应的权重就小。5.4.3 交织技术（领会）交织技术（领会）v 交织技术也叫交织编码，可以使突发差错分散成交织技术也叫交织编码，可以使突发差错分散成为随机差错而避免成块的数据丢失。为随机差错而避免成块的数据丢失。通常，交织编通常，交织编码与各种纠正随机差错的编码（如卷积码或其他分码与各种纠正随机差错的编码（如卷积码或其他分组码）综合使用，从而具有较强的既能纠正随机差组码）综合使用，从而具有较强的既能纠正随机差错

43、又能纠正突发差错的能力。错又能纠正突发差错的能力。v 交织编码不增加监督码元，亦即交织编码前后，交织编码不增加监督码元，亦即交织编码前后，码速率不变。码速率不变。v 交织、解交织的方法如下：交织、解交织的方法如下：v 在交织之前，先进行信道编码，然后交在交织之前，先进行信道编码，然后交织编码后的比特数据。具体过程为把数据织编码后的比特数据。具体过程为把数据按列填入交织器，然后按行读出。按列填入交织器，然后按行读出。v 在接收端的解交织是交织的逆过程，在接收端的解交织是交织的逆过程，把接收到的比特数据按行填入交织器然后把接收到的比特数据按行填入交织器然后按列读出，再将读出的比特数据送译码器按列读

44、出，再将读出的比特数据送译码器译码。译码。5.4.4 均衡技术均衡技术v 均衡技术是指各种用来处理码间干扰（均衡技术是指各种用来处理码间干扰（ISI）的算法和实现方法。在移动环境中，由于信道的的算法和实现方法。在移动环境中，由于信道的时变、多径传播特性，引起了严重的码间干扰，时变、多径传播特性，引起了严重的码间干扰，这就需要采用均衡技术来克服该干扰。这就需要采用均衡技术来克服该干扰。 5.5 多址技术多址技术（领会各种多址技术的原理及特点，并能（领会各种多址技术的原理及特点，并能举例说明）举例说明）v 5.5.1 频分多址（频分多址（FDMA) FDMA是指将给定的频谱资源划分为若干个等是指将

45、给定的频谱资源划分为若干个等间隔的频道（或称信道），供不同用户使用。间隔的频道（或称信道），供不同用户使用。 多址技术要解决的问题是通信网中的登记用户数常多址技术要解决的问题是通信网中的登记用户数常常远大于同一时刻实际请求服务的用户数。常远大于同一时刻实际请求服务的用户数。 多址技术就是研究如何将有限的通信资源在多个用户多址技术就是研究如何将有限的通信资源在多个用户之间进行有效的切割和分配，在保证多用户之间通信质之间进行有效的切割和分配，在保证多用户之间通信质量的同时尽可能地降低系统的复杂度并获得较高的系统量的同时尽可能地降低系统的复杂度并获得较高的系统容量的一门技术。容量的一门技术。 主要的

46、多址技术：频分多址、时分多址、码分多址和主要的多址技术：频分多址、时分多址、码分多址和空分多址。空分多址。移动通信中的多址技术移动通信中的多址技术vFDMA频分多址以频率来区分信道。频分多址以频率来区分信道。特点：使用简单，信号连续传输，满足模拟话音通信，特点：使用简单，信号连续传输，满足模拟话音通信，技术成熟。技术成熟。缺点：多频道信号互调干扰严重，频率利用率低，容量缺点：多频道信号互调干扰严重，频率利用率低，容量小。小。 信道1信道2信道3信道N代码频率时间v FDMA具有如下特点：具有如下特点：1）FDMA的信道载波每次只能传送一路电话。的信道载波每次只能传送一路电话。2）如果一个已经分

47、配的）如果一个已经分配的FDMA的信道没有使用，的信道没有使用，那么它就处于空闲状态，但是不能由其他用那么它就处于空闲状态，但是不能由其他用户使用，本质上是一种资源的浪费。户使用，本质上是一种资源的浪费。3）在分配好语音信道后，基站和移动台就会）在分配好语音信道后，基站和移动台就会同时连续不断地发射。同时连续不断地发射。4）FDMA的信道带宽相对较窄，通常每一个信的信道带宽相对较窄，通常每一个信道仅支持每个载波一条线路。道仅支持每个载波一条线路。v（5）窄带信号的符号连续时间与平均时延扩展相比）窄带信号的符号连续时间与平均时延扩展相比是很大的，这意味着符号间干扰较低，因此在是很大的，这意味着符

48、号间干扰较低，因此在FDMA窄带系统中几乎不需要均衡或根本不需要均衡。窄带系统中几乎不需要均衡或根本不需要均衡。 （6）与）与TDMA相比，相比，FDMA移动系统要简单得多。移动系统要简单得多。 （7）FDMA系统是一种不间断发送模式，因此相对系统是一种不间断发送模式，因此相对于于TDMA而言，它需要较少的比特来满足系统开销，而言，它需要较少的比特来满足系统开销，如对同步要求不高。如对同步要求不高。 （8）由于发射机和接收机同时工作，所以）由于发射机和接收机同时工作，所以FDMA系系统需要双工器，这就增加了统需要双工器，这就增加了FDMA用户单元和基站的用户单元和基站的费用。费用。 TDMA的

49、原理和特点及应用的原理和特点及应用(领会领会)v TDMATDMA是把时间分割成周期性的帧，每一帧再是把时间分割成周期性的帧，每一帧再分成若干个时隙，在每一个时隙中仅允许一个分成若干个时隙，在每一个时隙中仅允许一个用户要么接受要么发射。用户要么接受要么发射。v TDMATDMA经常和经常和FDMAFDMA一起使用，在一个小区中有一起使用，在一个小区中有几个频率信道，每个频率信道上用户通过不同几个频率信道，每个频率信道上用户通过不同的时隙来区分，主要就增加了整个系统的容量。的时隙来区分，主要就增加了整个系统的容量。移动通信中的多址技术移动通信中的多址技术vTDMA在一个无线频道上，按时间分割为若

50、干个时隙，每个信在一个无线频道上，按时间分割为若干个时隙，每个信道占用一个时隙，在规定的时隙内收发信号。道占用一个时隙，在规定的时隙内收发信号。时分多址只传数字信息，信息需经压缩和缓冲存储的过时分多址只传数字信息，信息需经压缩和缓冲存储的过程，在实际使用时常程，在实际使用时常 FDMA/TDMA复分使用。复分使用。 信道1信道2信道3代码频率时间时隙信道Nf2f1.C1C2C3C4C5B1B2B3B4B5A1A2A3A4A5H1H2H3H4H5G1G2G3G4G5F1F2F3F4F5E1E2E3E4E5D1D2D3D4D5C1C2C3C4C5B1B2B3B4B5A1A2A3A4A5f3f4f5

51、v 特点：特点：v1.TDMA使几个用户共享一个载波频率，并且每一个用使几个用户共享一个载波频率，并且每一个用户利用不相重叠的时隙。户利用不相重叠的时隙。v2.对于用户而言，对于用户而言，TDMA系统的数据传送不是连续的，系统的数据传送不是连续的，而是分组发送的。而是分组发送的。v3.由于由于TDMA中的不连续发送，切换处理对于一个用户中的不连续发送，切换处理对于一个用户单元来说比较简单，因为它可以利用空闲时隙监听其他单元来说比较简单，因为它可以利用空闲时隙监听其他基站。基站。v4. TDMA用不同的时隙进行发射和接收，因此不需要双用不同的时隙进行发射和接收，因此不需要双工器。工器。v5.在在

52、TDMA中，采用自适应均衡器是必要的。因为相对中，采用自适应均衡器是必要的。因为相对于于FDMA信道，信道，TDMA信道的发射速率通常要高得多。信道的发射速率通常要高得多。v6.由于分组发射，因此在由于分组发射，因此在TDMA系统中需要较高的同步系统中需要较高的同步开销开销5.5.3 SSMA(扩频多址或码分多址扩频多址或码分多址)的的原理和特点及应用原理和特点及应用v SSMA系统有两个共同的特点，一是扩频，系统有两个共同的特点，一是扩频，用于传输信息的信号带宽远大于信息带宽；用于传输信息的信号带宽远大于信息带宽；二是在扩频的实现上，不论通过什么途径扩二是在扩频的实现上，不论通过什么途径扩频

53、，基本都是用一组优选的扩频码进行控制。频，基本都是用一组优选的扩频码进行控制。v 扩频多址又称码分多址扩频多址又称码分多址。就是给每个用。就是给每个用户分配一个唯一的扩频码，通过该扩频码的户分配一个唯一的扩频码，通过该扩频码的不同来识别用户。不同来识别用户。移动通信中的多址技术移动通信中的多址技术vCDMA （P188）采用扩频通信技术，每个用户具有特定的地址码（相当采用扩频通信技术，每个用户具有特定的地址码（相当于扩频中的于扩频中的PN码），利用地址码相互之间的正交性（或码），利用地址码相互之间的正交性（或准正交性）完成信道分离的任务。准正交性）完成信道分离的任务。vCDMA在频率、时间、在

54、频率、时间、 空间上重叠。空间上重叠。v优点：优点：系统容量大，实际使用中系统容量大，实际使用中 比比TDMA数字系统大数字系统大46倍倍 比模拟比模拟FDMA系统的系统的10倍倍抗干扰、抗多径能力高抗干扰、抗多径能力高。 信道1信道2信道3信道N代码频率时间v码分多址分为几下几种：码分多址分为几下几种：v1.直接序列码分多址直接序列码分多址v2.跳频码分多址跳频码分多址v3.跳时码分多址跳时码分多址v4.混合码分多址混合码分多址v CDMA CDMA 的特点：的特点：v1.CDMA1.CDMA系统的许多用户共享同一频率，不管使用的是时分系统的许多用户共享同一频率，不管使用的是时分双工还是频分

55、双工技术。双工还是频分双工技术。v2.2.具有软容量的特点。理论上如果具有软容量的特点。理论上如果PNPN码的个数无限，则用码的个数无限，则用户数可以使无限的。户数可以使无限的。v3.3.由于信号被扩展在一较宽的频谱上，因而可以减小多径由于信号被扩展在一较宽的频谱上，因而可以减小多径衰落。衰落。v4.4.信道数据速率高。信道数据速率高。v5.5.因为因为CDMACDMA使用同信道小区，所以它可以用宏分集来进行使用同信道小区，所以它可以用宏分集来进行软切换。软切换。v6.6.多址干扰，多址干扰是由不同用户的扩频序列不是完全多址干扰，多址干扰是由不同用户的扩频序列不是完全正交性造成的。正交性造成的

56、。v7.7.如果在如果在CDMACDMA接收机上存在比目标用户功率更高的其他用接收机上存在比目标用户功率更高的其他用户功率，那么就会完全出现远近效应问题。户功率，那么就会完全出现远近效应问题。5.5.4空分多址空分多址v 空分多址（空分多址（SDMA）是使用定向波束天线来服务不同的）是使用定向波束天线来服务不同的用户。用户。v SDMA实现的核心技术是智能天线的应用，实现的核心技术是智能天线的应用，理想情况下理想情况下它要求天线给每个用户分配一个点波束。这样根据用户的空它要求天线给每个用户分配一个点波束。这样根据用户的空间位置就可以区分每个用户的无线信号。间位置就可以区分每个用户的无线信号。即

57、处于不同位置的即处于不同位置的用户可以在同一时间使用同一频率和同一码型而不会相互干用户可以在同一时间使用同一频率和同一码型而不会相互干扰。扰。vSDMA的优势：的优势：1.它可以提高天线增益，使得功率控制更加合理有效，显著它可以提高天线增益，使得功率控制更加合理有效，显著地提升系统容量。地提升系统容量。v2.可以削弱来自外界的干扰，同时还可以降低对其他电子系可以削弱来自外界的干扰，同时还可以降低对其他电子系统的干扰。统的干扰。5.5.5 多址技术与调制技术在未来移动通多址技术与调制技术在未来移动通信中的融合信中的融合v4G移动通信技术的核心：移动通信技术的核心：OFDM技术技术vOFDM的优点

58、：的优点： (1)频谱利用率很高。频谱利用率很高。 (2)抗衰落能力强。抗衰落能力强。 (3)特别适合高速数据的传送。特别适合高速数据的传送。 (4)抗码间干扰能力强。抗码间干扰能力强。5.6 时分多址数字蜂窝网时分多址数字蜂窝网-GSMv GSM译为译为全球移动通信系统全球移动通信系统。v GSM系统有以下重要特点：防盗拷能力系统有以下重要特点：防盗拷能力强，网络容量大，手机号码资源丰富，通强，网络容量大，手机号码资源丰富，通话清晰，稳定性强，不易受干扰，通话死话清晰，稳定性强，不易受干扰，通话死角少，手机耗电量低。角少，手机耗电量低。v5.6.3 GSM5.6.3 GSM组织结构组织结构v

59、 GSMGSM系统从结构上来看主要包含系统从结构上来看主要包含4 4个主体：个主体：移动台（移动台（MSMS）、基站子系统（）、基站子系统（BSSBSS）、网络）、网络子系统（子系统（NSSNSS）和操作支持子系统（）和操作支持子系统（OSSOSS）。）。v GSMGSM系统体系结构主要包括系统体系结构主要包括3 3个相关的子个相关的子系统，分别是系统，分别是移动台、基站子系统、网络子移动台、基站子系统、网络子系统。系统。v 基站子系统由基站子系统由基站收发台（基站收发台（BTS）和）和基站控制台（基站控制台（BSC）组成；组成；v 网络子系统包括网络子系统包括移动交换中心移动交换中心（MSC

60、）、操作维护中心（）、操作维护中心（OMC）、原）、原籍位置寄存器（籍位置寄存器（HLR）、访问位置寄存器）、访问位置寄存器（VLR）、鉴权中心（）、鉴权中心（AUC）和设备标志）和设备标志寄存器（寄存器（EIR）等组成。等组成。v1.移动台移动台v 移动台是移动台是GSM系统的用户设备，包括系统的用户设备，包括车载台、便携台和手持机。移动终端可以车载台、便携台和手持机。移动终端可以通过用户识别卡（通过用户识别卡（SIM卡）来识别用户，卡）来识别用户，个人识别码（个人识别码（PIN）可以防止用户识别卡未）可以防止用户识别卡未经授权使用。经授权使用。 v2.基站子系统基站子系统v 基站子系统在基