移动通信系统第6章.ppt

1、第六章 数字移动通信主要技术,核心技术：多址联接技术、语音编码、调制技术、信道 编码、交织技术、分集接收技术、功率控制 技术等。 一. 多址联接技术 1. 什么叫多址通信、多址联接技术？ 许多移动用户共用一个宽带信道。即其中任意两用户 通过在射频信道上的复用即共用一个载频，从而建立各自 的信道，实现相互通信，不影响其他用户的通信方式。 为了实现多址通信所采用的技术措施叫多址联接技术。 2. 多址联接技术实现的条件 多址技术是建立在信号可以分割的理论上的，它包括 在发射端信号的复合，接收端信号的有效分离。,保证接收端信号的有效分离的条件是：确保已混合的 信号内的各个已调信号必须相互线性无关，且相

2、互正交。 线性无关：指各个已调信号在信道中互相叠加时不会发生 相互抵消而使得接收端所需信号为零。 相互正交：表示信号仅与本信号点积时有输出，而与其他 信号点积时输出为零。 3. 实现多址技术的主要方式 常见的有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、 码分多址（CDMA）及它们的混合应用。,4.频分多址（FDMA） 1）定义：将移动通信频段宽度等间隔地划分为N个互不 重叠的信道。移动台发出的信号调制到频带内 不同的信道载频上，基站根据载频频率的不同 来识别发射地址，从而完成多址联接。 满足条件： FDMA是以不同的频率信道来实现通信,2） FDMA的主要特点 5. 时分多址（TDMA） 1

3、）定义：在一个无线频道上，按时间分割为若干个时隙， 每个业务信道占用一个时隙，在规定的时隙内 收、发信号的多址方式。 满足条件：,TDMA是以不同的时隙实现通信,2）基站与移动台之间的信号传输 基站 移动台：连续的TDM信号 移动台 基站 ：突发信号（不连续） 3）TDMA方式特点 6. 码分多址（CDMA） 1）定义：每个用户收、发信机具有特定的地址码，利用 公共频道传输各自所需的信息的方式。 满足条件：,CDMA是以不同的代码序列来实现通信,2）实现CDMA的必要条件（P181） 3）扩频多址方式原理 见图 6-4,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0

4、,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,Rs,Rc,R0,A点： Rs 1 0 1 1 PN： Rc 101110 010111 0110011 011101 B点: R0 010001 010111 1001100 100010 R0是Rs的6倍,4）CDMA特点 7. 三种系统容量比较 1)系统容量的定义：多指能容纳的用户总数、系统最大 容纳的信道数或系统输入话务量（爱尔兰）。 2）无线容量的m计算 B = 1.25MHz m = B / Nf a）模拟TACS系统（FDMA） 信道间隔 25KHz

5、信道总数 1.25MHz / 25KHz = 50 簇内小区数 N = 7 系统容量 mFDMA = 50 / 7 = 7.1 （信道/小区）,b）数字GSM系统，采用TDMA方式 信道间隔 200kHz 每载频时隙数 8 信道总数 （1.25MHz / 200 KHz ）8 = 50 簇内小区数 N = 4 系统容量 mTDMA = 50 / 4= 12.5 （信道/小区） c）数字CDMA系统，采用CDMA方式 Bs 扩频解调输出LPF的带宽 Bw 系统扩频信号的发信带宽,当系统满足要求的C/I 时， 将 C/I 代入式（6-1）可得： 当：BW = 1.25MHz , RS = 8kb/

6、s , Eb/N0 = 7dB m = 32.25 (信道/小区）,考虑实际影响因素后，容量计算要做相应修正： I）采用话音激活技术提高了系统容量 式中 d 为话音占空比，通常为0.35 II）利用扇形划分提高系统容量 式中G是扇形分区系数，通常为2.55 III）邻近蜂窝小区的干扰对系统容量的影响 式中F为信道复用效率，通常为0.6,蜂窝系统容量比较说明： 1）m涉及因素较多，主要与信道间隔f和频率复用系数N 密切相关。信道间隔与发送带宽、抗干扰能力有关，而 复用系数与抗同频干扰能力有关，而抗干扰能力最终可 归结为与话音编码、信道编码、交织和调制相关。 2）移动通信中，C/I是最主要的矛盾，

7、为了提高C/I可以不 惜一切手段，如扩频通信是以频带换取C/I。 FDMA、TDMA、CDMA中C/I要求越来越小，说明 抗干扰性能越来越强,二. 话音编码（信源编码） 1. 定义 数字通信系统中，必须将模拟话音信号转换为适于 数字系统中传输的数字信号的过程。 2 . 衡量话音编码器的主要指标 1）比特率（bit/s) 比特率 压缩率 有效性 话音质量 2）质量 MOS评分 3）复杂度 DSP 4）处理时延 复杂度越大，运算时间越长，处理时延越大。,3. 类型 1）波形编码器 根据话音信号的波形，采取抽样、量化、编码。其逼 真程度好、速率高、但占用带宽大，不适于直接用于移动 通信。 如：PCM

8、64kb/s, ADPCM32kb/s 2）声源编码器 在发端提取产生话音信号的特征参数，在收端由编码 参数重新获得话音。 比特速率可以压缩的很低，但语音质量较差。 3）混合编码 综合波形编码和声源编码方式形成的编码器。 适于编码速率中等的场合（适于移动通信） RPE-LTP GSM CELP/VCELP CDMA,三. 数字调制解调技术 调制是为了使信号特性与信道特性匹配。 1. 调制、解调的主要功能 1）频谱搬移 2）抗干扰，即功率效率（系统可靠性） 3）提高系统有效性，即频谱带宽效率 2. 窄带数字调制 3. 主要调制方式 1）线性调制技术 QPSK、MPSK、MQAM等 2）非线性（恒

9、包络）调制技术 FSK、MSK、GMSK等 自学：QPSK和OQPSK的比较、GMSK,四. 信道编码 1. 数字在传输中发生的主要错误 随机错误：每个码元错误概率与前后码元无关，是独立 错误。 突发错误：一个码元错误往往影响前后码元的错误概率。 2. 信道编码定义 对一个具有确定长度的数字信号序列m，人为地按一 定规则加进非信息数字序列，以构成一个码字，然后经 调制器变换为适合信道传输的信号的过程。 3. 功能 显著改善数字信息在数字移动变参信道传输过程中 由于各种噪声和干扰而造成的误码，提高系统的可靠性。,4. 差错控制的三种方式 a）前向纠错（FEC）自动纠错 发端发送具有纠错性能的码，

10、如果在传输过程中产生 的错误属于该纠错码能纠的类型，则收端译码器不仅能检 错，而且能自动纠错。 在移动通信系统中，几乎都采用FEC方法。实现方法: I）线性分组码 BCH、FIRE、RS II）非线性码 卷积码（纠随机错误） b）反馈重传（ARQ） 经收端译码后，如发现传输有错，则通知发端重发接 收端认为错误的信息，直到收端认可为止。 c）混合纠错 综合应用前两种,五. 交织技术 1. 功能 针对移动信道的干扰、衰落等往往产生较长的突发 错误情况，采用交织技术以使误码离散化，致使突发差 错信道变为离散差错信道，利用接收端纠正随机离散差 错功能，就可以改善整个数据序列传输质量。 2. 实现方法（

11、交织原理） P255,例：11010，10110，10111，01011，11101，11111 发信 按行读入 11010 交织 10110 10111 01011 11101 11111 按列读出：111011，100111，0110110，111101，001111 受突发干扰： 111011，100111，0110110 ，000010，001111 按列读入 11000 10100 收信 10101 去交织 01001 11111 11101 按行读出：11000，10100，10101，01001，11111，11101,六. 分集接收技术 1. 功能 分集接收是利用系统接收两个或

12、两个以上输入信号， 由于这些信号具有互不相关的随机衰落特性，通过接收处 理后，达到克服瑞利衰落的目的。 2. 显分集接收 1）空间分集 a）定义 利用不同接收点收到的信号衰落的独立性，实现抗衰 落的功能。 空间略有变动，就可以出现较大的场强变动。空间的 间距越大，多径传播的差异就越大，所以场强的相关性就 越小。由于深衰落难得同时发生，在这种情况下，分集便 能把衰落效应降到最小。 b）结构 发端一付天线，收端N付天线，间距D（D / ）,c ）性能 分集增益正比于分集的数量N，但改善的程度随N 的增加逐步减小。工程上要在性能与复杂性之间折衷， 所以，一般取N=24。GSM系统采用此种分集技术 2

13、）频率分集 a）定义 基于在信道相干带宽之外的频率上不会出现同样的 衰落。发端以两个不同频率同时发送同一个信息，而收 端分别予以接收合并，使其输出较强的有用信号。 b）性能 要求两信号频率应大于相干带宽BC，这时两信号分别 衰落，互不相关。 市区BC 50kHz，郊区BC 300kHz 由于其频谱利用率低，一般适用于特殊业务。,3）时间分集 a）定义 发端在不同的时隙发射相同的信息，以便在收端产生 产生两个以上不相关的衰落信号，然后接收合并取得较强 的有用信号。 b）性能 在窄带系统中，时间分集无助于减小衰落，因为移动 台受深衰落时，每个时隙均一样。（所以窄带用空间分集） 宽带系统中采用RAK

14、E接收，即将多径信号视为时间不 同的信号回波，可经过同相处理后进行分集合成，以增加有 用信号达到抗多径衰落的目的。 3. 隐分集接收 利用信号设计技术将分集作用隐含在被传输的信号之中称为隐分集。最典型就是多径分集的RAKE接收。 CDMA系统采用RAKE接收，也用到空间、频率分集。,七. 合并技术 分集接收，从不同的N个独立支路所获得的信号，通 过不同形式的合并来获得分集增益。达到抗衰落目的。 四种方法：（图6-52） 1）选择合并 2）开关合并 3）最大比值合并 4）等增益合并,八. 功率控制技术 1. 功率控制准则 1）功率平衡准则：在接收端收到的有用信号功率相等。 2）信号干扰比SIR平

15、衡准则：接收到的SIR相等。 在上行链路，干扰来自同一小区，接收功率相等，两 准则等效。而下行链路，干扰不仅仅局限于单个小区，由 于干扰不同，即使接收功率相等，SIR 也会不同，此时不 等效。 功率平衡准则的功控易于实现，但性能上不如基于 SIR平衡准则。但SIR平衡准则易导致正反馈，使系统失去 稳定性。,2. 功控方法 1）反向功控与前向功控 反向功控：上行链路的功控。用来控制移动台的发射功率， 使BS收到的所有MS的信号功率或SIR相等；使各用户间相 互干扰最小，以达到克服“远近效应”的目的。同时节省能量 延长电池寿命。 前向功控：下行链路的功控。用来控制BS的发射功率，使 所有MS在小区

16、的任何位置收的功率或SIR基本相等。 2）开环功控与闭环功控（反向） 开环功控：MS根据接收功率的变化对信道的衰落特性进行 估计，调整移动台的发射功率，补偿路径损耗中大的突发 衰落。缺点：不精确，是粗糙的估计。 闭环功控：BS据收到的信号（上行）强弱（与标准相比）， 产生功控命令。MS据此命令来提升或降低发射功率的一个 固定量，以保证BS收到的SIR基本相等。优点：控制精确， 用于满足传输质量。,外环功控：确定闭环精控中的门限值。将MS发射功率的 调整与通话质量联系起来，据实际SIR或误帧率来动态决 定接收SIR门限。外环功控使闭环控制更完善。 3）开环功控与闭环功控（前向） 开环功控：BS根据接收到的MS的功率对信道的衰落特性 进行估计，调整各业务台的发射功率， 闭环功控：基站和移动台相结合，动态改变功率。MS监 测到前向信道的帧质量向BS报告，BS将此与阈