现代移动通信课件.pdf

《现代移动通信课件.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代移动通信课件.pdf（94页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、四川大学电子信息学院 课程名称：现代移动通信技术课程名称：现代移动通信技术 英文名称：英文名称：Contemporary Mobile Communication Technology 学分数：学时数：任课教师：职称：教学要求及目的：教学要求及目的：本课程是通信与信息系统专业通信理论与技术研究方向的硕士研究生方向学位课。它紧紧围绕第二代数字移动通信（2G）和第三代移动通信（3G）以及后 3G/4G 讲述现代通信的基本原理与技术，是一门理论性与实用性很强的课程。学生学习本课程最好已具备信号与系统，模拟与数字电子技术，通信原理，移动通信等基础课的知识。通过本课程的学习，学生即可以深入的学习和掌握第

2、二代数字移动通信和第三代移动通信的基本原理与技术，又可以对后 3G/4G 未来通信的基本原理与技术的发展方向有所了解。主要参考文献：主要参考文献：1 T.S.Rappaport9（著），蔡涛等译，“无线通信原理与应用”，电子工业出版社，1999 年；2 吴伟陵，移动通信中的关键技术，北京邮电大学出版社，2000；3 杨小牛等，“软件无线电原理与应用”，电子工业出版社，2001 年；4 王文博等，“宽带无线通信 OFDM 技术”，人民邮电出版社，2003 年。4 张贤达，保铮，“通信信号处理”，国防工业出版社，2001。5 查光明等，“扩频通信”，西安电子科技大学出版社，1999；6 龚耀寰，“

3、自适应滤波时域自适应滤波和智能天线”，电子工业出版社，2003年 7 月；现代移动通信技术 四川大学电子信息学院 1四川大学电子信息学院 现代移动通信技术现代移动通信技术 一本课程主要讲述内容 本课程主要内容包括移动通信的发展现状与发展方向、扩频通信基础、移动中的关键技术、软件无线电、智能天线技术、正交频分复用等内容。其中软件无线电、智能天线技术、正交频分复用等内容均是在第三代以及未来移动通信技术中所涉及到的学科前沿知识。二移动通信概述 2.1 移动通信系统的分类 用途和区域：陆上，海上，空间 经营方式：公共网，专用网 信号性质：模拟，数字 多址方式：FDMA，TDMA，CDMA，SDMA 其

4、中陆上移动通信发展最迅猛，海上，空间通信方式成本较高，用户少 2.2 移动通信系统的基本组成 典型系统方案如图所示 市话局长途局BSCBTSBSCBTSMSCMSC其它接口3接口4接口1接口2MS1MS2MSn 图 1.典型系统方案 覆盖区：每个基站均有一个由发送功率和天线高度所确定的地理覆盖范围。全系统服务区：多个基站覆盖区的集合。2.3 移动通信中的多址方式 2.3.1 对多址的理解 多址问题可以被认为是一个滤波的问题。许多用户可以同时使用同一个频谱，能现代移动通信技术 四川大学电子信息学院 2四川大学电子信息学院 后采用不同的滤波器和信号处理技术，使不同用户信号互不干扰地被分别接收和解调

5、。2.3.2 主要的多址方式 FDMA TDMA CDMA SDMA 2.3.3 FDMA（频分多址）Frequency Division Multiple Address 主要蜂窝系统有北美 AMPS 和英国 TACS 不同信号被分配到不同频率的信道，发往和来自邻近信道的干扰用带通滤波器去除。早期的模拟 FM 蜂窝移动系统均采用 FDMA。2.3.4 TDMA 一个信道由一连串周期性的时隙构成。不同信号的能量被分配到不同的时隙时，利用定时选通来限制邻近信道的干扰，从而让规定时隙中有用的信号能量通过。主要系统：北美 DAMPS，欧洲 GSM 需要说明：现在使用的 TDMA 系统实际上是 FDM

6、A 与 TDMA 的组合。DAMPS 先用了 30KHz 频分信道，再把它分成六个时隙进行 TDMA 的传输。2.3.5 CDMA 每个信号被分配一个位随机二进制序列进行扩频，不同信号的能量被分配到不同的位随机序列里。在接收方，用相关器对信号加以分离，这种相关器只接收选定的二进制序列并压缩其频谱，凡不符和该用户二进制序列的信号就不能压缩带宽。结果是：只有有用信号的信息才被识别和提取出来。用户1用户1用户2用户2用户3用户3拥护1拥护2拥护3用户1用户1用户1（a）FDMA (b)TDMA (C)CDMA 图 1.2 M SM SM S2.3.6 SDMA SDMA 控制了用户向空间辐射的能量，

7、可以使用定向波束天线来服务于不同的用户。同 样的频率在一个小区内重复使用（波束不同），提高频谱利用，降低干扰。扇型天线可看作SDMA 的一种基本方式，SDMA 是适合 TDMA，图 1.3 CDMA。2.4 无线移动通信的演变：模拟到数字 2.4.1 模拟蜂窝通信的问题（1）频谱利用率低（2）不能提供高速数据服务，业务种类受限（3）保密性差 现代移动通信技术 四川大学电子信息学院 3四川大学电子信息学院（4）网络管理控制不易 2.4.2 数字移动通信网的主要优点 2.4.2.1 可提高频谱利用率从而可进一步提高系统的容量 模拟调频技术以经很难进一步压缩信号频谱，限制了谱利用率的提高，数字方式即

8、可采用多种技术，途径：（1）低速语音编码（2）高速数字调制解调技术 2.4.2.2 多种应用业务 数字话音，数据图象 GSM 9.6k bit/s GPRS 112 k bit/s FDMA 1.2k bit/s 或 2.4k bit/s 2.4.2.3 可进行高频，高强度的加密 2.4.2.4 提高抗衰减能力 模拟抗衰减的主要手段：分集 数字抗衰减：扩频，跳频，交织，自适应均衡，纠错编码 2.4.2.5 网络管理与控制灵活 模拟网的信令以数字信号方式传输，而用户信息是模拟信号 数字网中，信令与用户信息均是数字，因此，在用户话音中插入控制比特容易实现 三 第三代移动通信 3.1 3G 的目标（

9、5）建立一个覆盖全球的使用的通信系统，标准统一；（6）支持多媒体业务，特别是 Internet 业务；（7）高速移动环境，114k bit/s，步行 364k bit/s 室内 2Mbit/s；（8）从第二代平稳过渡；3.2 3G 标准化情况 至 1998 年 6 月 30 号，向 ITU 提交的 3G 标准有 10 种（地面），分别代表各自的利益集团。包括同一家公司提出两种截能不同的内容，作为竞争备份。主要有三种：（1）WCDMA 日本，若基亚，爱立信 双工方式，FDD，TDD。（2）CDMA2000 美国，与 IS95 后向兼容 FDD，TDD。（3）TDSCDMA 中国 TDD 3.3

10、三种主要 3G 方案的简单比较 3.3.1 WCDMA 建立在窄带 CDMA 基础上,主要技术特点有:(1)可适应多种速率的传输,灵活提供多种业务;(2)是一个异步传输系统,BTS 之间无需同步;(3)优化的分组数据传输方式;(4)支持不同载频之间的切换;(5)上下行链路采用快速功率控制(6)反向采用异频辅助的相干控制;(提高反向解调增益,提高功率控制准确性)(7)充分考虑信号设计对 EMC 的影响.3.3.2 CDMA2000 基于 IS95 CDMA,提出人:Lucent、Motorlola、Nortel、Qualcorm、韩国 Samsuny，出于商业利益,沿用了 IS95 的主要技术和

11、基本技术思路.如 帧长 20ms,采用 IS95 的软切换和功率控制技术,需要 GPS 同步.但也有一些实质性的改变,主要有:现代移动通信技术 四川大学电子信息学院 4四川大学电子信息学院(1)反向信道相干接收(2)前向发送分集(3)全部速率采用了 CRC（Cyclic Redundary Check）方式(4)充分考虑了信号设计对 EMC 的影响 3.3.3 TDSCDMA TDD 双工方式 传输带宽 1.6M bit,码片速率 1.2M Chip/s TDD 不需成对的频率 TDD 上下行工作于同一频率对称的电波传输特性,使之能够采用智能天线技术,达到提高性能,降低成本的目的 TDD 系统

12、成本较小,可能比 FDD 系统低 2050%;TDD 方式的缺陷：(1)终端移动速度:抗快衰减能力较 FDD 差 (2)覆盖距离:小区半径 关键技术：(1)软件无线电 soft ware radio(2)智能天线 smart antenna 3.3.4 3G 的频谱资源 各国情况不同,有一部分其他系统占有,目前,清理工作正在进行.3.4 中国数字移动通信和 3G 情况(1)1993 年,我国第一个全数字移动电话 GSM 建成开通.CDMA 系统:长城网,最初覆盖北京,上海,西安,广州.联通的 CDMA 2000 年 12 月底,我国移动电话用户数已超过 6 千万,网络居世界第二位;2001 年

13、 GPRS 开通 预计 2004 年,我国移动电话用户达到 2 亿(2)3G 方面:97 年开始研究;98 年 6 月向 ITU 提交 TDSCDMA 建议,9 个月完成对其他提议的评估报告 98 年 11 月,国家重大项目,第 3 代移动通信系统研究开发启动 现代移动通信技术 四川大学电子信息学院 5四川大学电子信息学院 四四.扩频通信基础扩频通信基础 4.1 概述概述 4.1.1 历史:实用的扩频通信系统到 50 年代中期才发展起来.最早应用:军事通信、制导系统等;4.1.2 定义 扩频技术是利用与传输数据(信息)无关的码元,对被传输信号扩展频谱,使之占有远超过被传输信息所必须的最小带宽，

14、而接收机用同一码元对接收信号进行同步相关处理以解扩和恢复数据.4.1.3 扩频信号特性:(1)扩频信号是不可预测的伪随机的宽带信号;(2)扩频信号带宽远大于欲传输数据的信息带宽;(3)接收机必须有与宽带载波同步的副本;4.1.4 扩频系统的特点(1)由于扩频信号的不可预测性,扩频信号具有很高的抗干扰能力；(2)扩频信号的功率被均匀分布在很宽的频率范围内,所以被传输信号功率谱密度很低,侦察接收机很难以检测,因此扩频系统具有 LPI 特性；(3)扩频系统具有码分多址的通信能力；(4)不同的用户使用不同的码，具有很高的保密性；4.1.5 扩频技术当前主要研究内容;(1)扩频技术的性能度量；(2)扩频

15、码的设计及性能；(3)扩频信号的截获、跟踪、同步；(4)扩频系统的干扰抑制方法和性能；4.2 扩频基本原理扩频基本原理 4.2.1 香容定理(扩频基本理论依据)公式:)1(log2Nswc+=（41）式中：c 是信道容量（bit/s）,是信道带宽，wN是噪声功率，s是信号功率 香农定理描述了信道无误差地传输信息的能力同存在于信道中的信噪比以及用于传输信息的信道带宽之间的关系.对（41）式换底有:)/1(log44.1Nswce+=（42）在典型的干扰环境中 s/N=二Gold 码的定义：1967 年由 R.Gold 提出 如果有 2 个 m 序列，他们的互相关函数的绝对值有界，且满足下列条件。

16、当 r 为奇数时：12|)(|21+=+rR 当 r 为偶数 0 时（且 r 不为四的整数倍）：12|)(|21+=+rR 则称这一对 m 序列为优先对。如果把两个 m 序列发生器产生的优选对序列模 2 相加，则产生一个新的码序列，即：Gold 码序列。Gold 码的自相关特性不如 m 序列，具有三值自相关特性。但其互相关特性比 m 序列要好。45 扩频信号的调制解调扩频信号的调制解调 一基本过程；调制：扩频 调制器 解调：解扩 解调器 二调制解调框图。现代移动通信技术 四川大学电子信息学院 12四川大学电子信息学院 基 带 B P FP N 码 产 生器码 片 时 钟振 荡 器 f c数 据

17、 序 列S s s(t)图 4.8（a）调制 其中：m（t）为数据序列，P（t）是对扩频码，为载波，cf是 t0 时的载波初始相位。数据波形是时间上的无交迭矩形脉冲，每一脉冲的幅度为1。m（t）序列中，每一个符号代表一个数据符号，周期为 Ts，Es 是每个符号的能量。P（t）序列中的每一个脉冲代表一个码片，周期为 Tc，数据符号和码片的边缘变换相一致。因此有 Ts 和 Tc 的比率为整数。如果 Wss 是 Sss（t）的带宽，B 是)2cos()(tftmc的带宽，由于 P(t)扩频有。BWssIF宽带滤波器 PN码产生器同步系统相干相移键控或差分相移键控IF接收DSSS信号数据S1(t)Pr

18、(t)图 4.8（b）解调 由于 1)()(=tptpr)2cos()(2)(1+=tftmTEtScsS 干 扰干 扰信 号信 号频 谱密 度频 谱密 度ff处 理 增 益 图 4.9 宽带滤波器输出 解扩后相关器输出 现代移动通信技术 四川大学电子信息学院 13四川大学电子信息学院 46 扩频码的同步扩频码的同步 4.6.1 实现扩频码的同步包括两个步骤：截获和跟踪 截获：使本地参考码和接收码的相位差小于一个码元宽度，这一步在有的文献中称为同步或粗同步。跟踪：一旦扩频接收机实现同步，本地参考信号（包括码相位和载波频率）必须尽可能精确地跟踪接收信号的变化。4.6.2 几种截获方法 一，滑动相

19、关法。所谓滑动相关法是使本地码产生器同发端码产生器的时钟频率有一定的差频，滑动直至两个码序列相符对停止。流程图如下：图 4.10 滑动相关法流程图 滑动相关法的优点是十分简单，但当接收码同本地码之间失配量很大时，搜索过程可能很长。适用场合：两个码序列较为接近的场合。停止搜索调整时钟转入跟踪继续跟踪是否截获失去同步是否二，全系统统一定时 这种方法已在卫星移动通信中得到应用。扩频系统采用准确度极高的时钟，如铯原子钟。卫星的轨道参数可以精确知道，传输延迟可以精确被推算出来。接收机的搜索过程较短即可实现同步。三，突发同步 这种方法是发射一个短促的高功率低占空比的脉冲序列，给接收机提供快速接近随后而来的

20、直接序列或频率跳变信号的信息。优点：这种信号突然发射突然消失，容易被干扰者忽略，即使要进行干扰也要发射连续的大功率干扰才能奏效。4.6.3CDMA 中 PN 码的捕获：在 CDMA 中，PN 码的捕获采用了两种搜索算法，以实现快速捕获，具体过程如下：（1）在相关解调过程中，先设置一较低门限，然后相关解调 PN 码的一小段，如果没有超过门限，则表明在该相位没有有用信号，将相位向后移一段 PN 码的相关解调。（2）如果超过门限，在该相位再作更大一段 PN 码的相关解调，以判定该相位是否是有用信号。（3）每次移 PN 码半个比特的长度。利用上述方法，则可实现相位差在一个比特内。对一个比特内的同步，则

21、采用前后抽样延迟锁相环方法。现代移动通信技术 四川大学电子信息学院 14四川大学电子信息学院 47 自适应抑制干扰技术在扩频通信中的应用。自适应抑制干扰技术在扩频通信中的应用。4,7,1 DS 扩频通信的弱点：（1）远近效应，近端强信号压制远端弱信号（功率控制）（2）抗瞄准式窄带干扰性能差。4.7.2 自适应天线抑制干扰技术。主要类型：（1）波束形成自适应天线阵，准则为在感兴趣方向上形成主瓣（2）抑制干扰的自适应调零天线，在干扰方向上形成零点。4.7.3 自适应滤波器的抑制窄带干扰。在某些应用场合（如机动性和体积受限），当自适应天线受限或抑制干扰的性能指标（如 SNR 改善）达不到要求时，可使

22、用自适应滤波器抑制窄带干扰。也就是说：窄带瞄准式干扰和其他单频干扰所引起的 DSSS 系统的性能下降，可以由自适应滤波器性能来改善。这是因为扩频信号具有很宽的带宽，而强的窄带干扰是容易识别和估计的。通常，估计和抑制窄带干扰的算法可分为两类：第一类是以 FFT 为基础，用以完成对接收信号的谱估计，在谱估计的基础上用一个横向滤波器来抑制干扰。这类算法称为非参数法；第二类是线性预测，称为参数法，这种算法是把干扰模拟为白噪声，通过一个全极点滤波器，用线性预测器来估计所有极点模型的相关参数。需要注意的是：窄带干扰的估计和抑制是在扩频信号解扩前进行的。4.8 扩频技术应用领域：扩频技术应用领域：（1）抗有

23、意和无意干扰，抑制干扰的能力和扩频增益成正比；（2）定位和速度估计；（3）降低所传输的信号被截获的可能性，扩频增益增大，扩频后的信号的隐蔽性越好，既被截获的可能性就越低；通信的保密性越好。（4）多址通信（码分多址）：大量互不相关的用户在同一或相邻的地区共享相同的频带，同时可容纳的用户数与扩频增益成正比。4.8.2 码间干扰抑制。影响通信质量的干扰主要有：（1）窄带干扰（2）多径效应产生的干扰（码间干扰）（3）在多址系统中由其它发射引起的多址干扰（或称同信道干扰、多用户干扰）注意：并非扩频才能缓解多径效应引起的码间干扰，均衡也可以作到。4.8.3 多址干扰抑制。先考虑有 K 个用户的多址通信情况

24、。记第 k 个用户的信息道数据的扩频序列为 ，并且 K 个用户同时共享同一信道。若 k 个用户信号均同步，则接收信号为：knCnknkkkmnwCbr+=1假定只对第一个用户的信号感兴趣，于是信号 k1 的相关接收输出：现代移动通信技术 四川大学电子信息学院 15四川大学电子信息学院 11001102210111)(nNnnNnknkkkmNnnmmCwCCbcbY=+=利用特征序列 的相互正交性，有：knC110110nNnnmmCwNbY=+=推广到针对任一用户的信号检测，有：knNnnkmkmCwNbY=+=100 这表明只要设计 k 个相关接收机，他们分别用特征序列：（k=0,1,2,

25、3,.）与接收信号作相关运算，即可分别检测出 k 个用户的发射信号。knC正是特征序列的相互正交性使得同时在同一信道发射的多用户信号可以被成功检测，这是 CDMA 的基础。现代移动通信技术 四川大学电子信息学院 16四川大学电子信息学院 五移动通信关键技术研究五移动通信关键技术研究 5.1移动信道特性研究移动信道特性研究 5.1.1 引言 一个通过无线信道传播的信号往往会沿一些不同的路径到达接收端，这一现象称为信号的多径传输。虽然电磁波多径传播的形式很复杂，但一般归结为反射，绕射和散射三种基本传播方式。移动通信中的信道是一个时变的信道，信道经过移动信道，接收信号功率为)()(|)(dRdSdd

26、Pn=式中 d 表示距离向量，其绝对值d表示移动用户与基站的距离，n 为路径损失指数S(d)为阴影衰落，R(d)为多径衰落,为自由空间损耗.nd|信道对无线信号的影响可归结为三类:(1)自由空间的路径损耗(也称为传输损耗)|d|.(2)阴影衰落 S(d)，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；(3)多径衰落 R(d)：由移动传播环境中的多径传输而引起的衰落，事实上，上述三种效应描述的是在三种不同的区间范围内信道对信号的作用：（1）自由空间的路径损耗描述的是大尺度的区间（数百或数千米）内接收信号强度随发射接收距离而变化的特性；（2）阴影衰落描述的是中等尺度区间

27、（数百波长）内信道电平中值的慢变化特性；（3）多径衰落描述的是小尺度区间（数个或数十个波长）内接收信号场强的瞬时值的快速变化特性。慢衰落快衰落信号功率db距离（对数）图 5.1 衰落信号的路径损失慢衰落和快衰落 现代移动通信技术 四川大学电子信息学院 17四川大学电子信息学院 5.1.2 反射、绕射与散射产生的原因 反射、绕射与散射是移动通信系统中三种最基本的传播方式，产生的原因分别是：（1）当传播的电磁波入射到一个其尺寸比波长大的多的物体时，电磁波会发生反射，反射主要来自地表面，建筑物和墙壁；（2）若发射端和接收端之间的无线电波被一个具有明显不规则性（边缘）的表面阻塞，则会发生绕射；（3）当

28、电磁波在传播过程中遇到一些尺寸小于波长的目标物或每单位体积的障碍物数目很多时，则会产生散射。例如：粗糙的表面，小目标物或信道中其它无规则物，在实际中，树叶、街道路标和路灯杆等均会引起散射。5.1.3 影响多径衰落的因素 衰落是由阴影和多径效应造成的信号电平的扰动。三种多径衰落效应：（1）信号强度在一段很小的传播距离或时间间隔内快速变化；（2）不同路径的多普勒频移的变化引起的随机频率调制；（3）多径传播时延引起的扩展；影响衰落的主要因素；（1）多径传播；（2）移动台的速度，（引起多普勒频移）；（3）周围物体的速度；（4）信号的发射带宽；5.1.4 信号的传播损耗，慢衰落和快衰落 传播损耗:rtt

29、rGGdPP2)4(=为接收功率，为发射功率，rptpd4为距离，为发射增益 tG当移动环境中存在地表反射时 rtrttrGGdhhPP22)(=其中：ht 发射机高度，hr 为接收机高度 慢衰落表示接收信号的长期变化又称长期衰落，是由建筑物或自然界特征的阻塞效应引起的。其分布近似服从对数正态分布：=0,00,22)(lgexp12xxuxxPr 其中：x 为一随机变量，表示信号电平的慢扰动；,分别为 x 的均值与标准偏差，快衰落对应与接收信号随距离快速变化，产生的原因是移动台附近的障碍物（一般几十米附近）引起，其分布满足 Rayleigh 分布：现代移动通信技术 四川大学电子信息学院 18四

30、川大学电子信息学院=0,00,)(2222xxexxpx 5.1.5 选择性衰落 一，多普勒扩展（时间选择性衰落）。由移动台与基站之间的相对运动引起，可使单频信号在接收端表现为有限带宽的频谱。多普勒频移：cos=df df的大小和正负与移动台的速度 v 和相对运动的方向决定。例：若原为单频信号，)(41)(2sin)(ccfffptftf=而在移动中，接收信号的功率谱为：)cos(41)(=csfffp 设在0，2内均匀分布，则 22)(41)()(cmsffffpEfp=mcmcfffff+其中:最大多普勒频移=mf。对时间选择性衰落的理解)(2)()()(200dtfjtjffxetxxe

31、txd 以 GSM 900M 为例，移动台相对基站 100km/h 运动,0=时 正向：Hzf83d=反向：Hzfd83=、多普勒扩展可用信道相干时间来表示：cohTmcohfT1=mmff423.01692=相干时间与多普勒扩展成反比，它是信道随时间变化快慢的一个测度，相干时间越长，信道变化越慢，反之越小，信道变化越快。cohT如果基带信号带宽比多普勒扩展大得多，则在接收端，多普勒扩展的作用较小，这mf现代移动通信技术 四川大学电子信息学院 19四川大学电子信息学院 意味着无线信道是一种慢衰落信道。三时延扩展（频率选择性衰落）一般情况上，接收信号为 M 个不同路径的散射信号之和，即：=Mii

32、birttsts1)()(式中：i是第 i 条路径的衰落系数，)(ti为第 i 条路径的时延。发送的是一串离散的脉冲串,接收到的则为具有一定宽度的连续脉冲。频率选择性理解：相干带宽（与时延扩展成反比）：=21cohB 相干带宽与信号带宽之比越小，信号频率选择性越强；相干带宽与信号带宽之比越大，信号频率选择性越弱；四角度扩展（空间选择性衰落）反射源不能再看成为一个点源，从而引起角度扩展；接收端的角度扩展（angle spread）指的是多径信号到达天线的到达角的展宽；发射端的角度扩展是由多径的反射和散射引起的角度扩展 空间选择性衰落同相干距离（coherend distance）描述：相干距离定

33、义为两根天线上的信道响应保持强相关的最大空间距离。cohR相干距离于角度成反比：Rcoh 增加，DOA 扩展减少 Rcoh 减少，DOA 扩展增加。表：蜂窝通信中典型的时延扩展，角度扩展和多普勒扩展：环境 时延扩展/us 角度扩展（度）多普勒扩展 Hz 平坦的农村 0.5 1 190 城市 5 20 120 丘陵 20 30 190 林荫路 0.3 120 10 室内 0.1 360 5 现代移动通信技术 四川大学电子信息学院 20四川大学电子信息学院 5.1.6 干扰：三种主要干扰：码间干扰 同信道干扰 邻信道干扰 此外还有，互调干扰（两个或若干个不同 f 的信号作用于非线性电路）5.1.6

34、.1 信道畸变码间干扰。通信信道可用一带限滤波器描述，但其频率响应为:)(fC)()()(fjefAfC=式中:为幅频特性,)(fA)(f 为相频特性,则群延时为：dffdf)(21)(=理想信道：信道在发射信号占据的带宽 W 内常数，且 )(fA)(f 为的线性函数（或 f)(f 0 常数），则称之为无畸变信道。畸变信道：在发射信号的带宽内)(f和不为常数。)(fA时延畸变：)(f 不为常数。幅度畸变：不为常数。)(fA幅度畸变和时延畸变的结果是：产生码间干扰（ISI：intersymbol interference），当信号速率上升，ISI 也增加。5.1.6.2 同信道干扰 产生原因：覆

35、盖区内相隔一定距离频率复用。复用距离近，频率利用率高，但同频干扰大。反之，复用距离远，频率利用率低，但同频干扰小。故应综合考虑。5.1.6.3 邻信道干扰 相邻或邻近频道的信号互相干扰。如：跳频信号按贝塞尔函数展开后有多对边频分量。码间干扰、同信道干扰的抑制是通信信号处理中的极为重要的两个问题，也是研究热点。解决码间干扰的基本方法是均衡，而同信道干扰抑制也叫多用户检测。5.1.6.4 互调干扰：产生原因：传输信道中的非线性。互调干扰互调干扰是由传输信道中的非线性电路非线性电路产生的。当两个或多个不同频率的信号同时输入到非线性电路时，由于非线性电路的倍频作用，会产生许多谐波和组合频率分量，其中与

36、所需信号频率相接近的组合频率分量会顺利通过接收机而形成干扰，这种干扰称为互调干扰互调干扰。例，2 个或多个不同频率的信号同时输入到非线性电路时，由于非线性器件的作用，会产生许多谐波和组合频率分量。一般非线性器件的输出电流 与输入电压之间的关系为 现代移动通信技术 四川大学电子信息学院 21四川大学电子信息学院.332210+=uauauaaic ia为非线性器件特征系数，且.321aaa假设有两个信号同时作用于非线性器件时，即：tBtAuBAcoscos+=则输出电流为 nBAnntBtAai)coscos(0+=将上式展开并观察其中所含的频率成分，可以发现 n=1 的一阶项对应于有用信号。则

37、失真项为；+nBAntBtAa)coscos(.5,4,3,2=n 设接收机调谐频率为0，当 BA,接近 0时（其余可用滤波器处理掉，故在失真项中无反映）二次方项将产生 2A、2 B、A+B和 A B等频率分量，由于接收机具有选频特性，这些频率分量远离接收机的谐振频率 0，不可能形成互调干扰。讨论：二阶失真：BABA+,可借助调谐回路选择性抑制。偶数阶均有类似性质，不会产生互调；三阶失真中，ABBAABBA+2,2,2,2 中，0022ABBA 危害最大。五阶失真中危害大的项：BA23或AB23为 互阶互调 高阶互调衰减较低阶互调大，高阶互调强度小。为减轻接收机的互调干扰，可以采取下列措施：高

38、放和混频器宜采用具有平方律特性的器件；接收机输入回路应有良好的选择性，如采用多级调谐回路，以减小进入高放的强干扰；在接收机的前端加入衰减器，以减小互调干扰。在接收机的前端加入衰减器，以减小互调干扰。因为经过非线性电路后，有用信号的幅度与 a1u 成比例，而三阶互调分量的幅度与 a3u3成比例，当把输入的信号与干扰均衰减 10 dB 时，互调干扰将衰减 30 dB。5.2 FDD与与TDD技术技术 FDD 系统中前向和反向链路需要使用不同的频率段。现代移动通信技术 四川大学电子信息学院 22四川大学电子信息学院 TDD 系统中前向和反向链路可以使用相同频点上的不同时间间隙，即前向和反向链路的信息

39、在物理信道的不同时隙交替发送。FDD 中：（1）上下行频率不同；（2）频率间隔足够大（或使用高选通性滤波器）；（3）抗快衰减和多普勒效应的能力较好；、（4）小区半径相对较大；TDD 中：（1）上下行工作与同一频率，对称的电波传播特性使之便于使用诸如智能天线等技术；（2）频率资源利用率高；（3）小区半径相对较小；（4）多时隙不连续传输方式导致抗衰落和多普勒效应的能力较 FDD 差；5.3 功率控制技术（以功率控制技术（以CDMA为例）为例）5.3.1 远近效应。如果小区所有用户均以相同的功率发射，则靠近基站的移动台到达基站的信号强，远离基站的移动台到达基站的信号弱，导致强信号淹没弱信号，这就是移

40、动通信中的“远近效应”问题。由于 CDMA 系统是一个自干扰系统，所有用户共同使用同一频率，所以远近效应问题更加突出。5.3.2 CDMA 功率控制的种类：功率控制：前向功率控制 BTSMS 反向功率控制 MSBTS 反向功率控制：仅由移动台参与的开环功率控制 （粗略控制）由移动台基站同时参与的闭环功率控制 （精确控制）开环与闭环的区别：开环快速，响应快，闭环用于精确控制 CDMA 系统必须有高速，精确的功率控制，否则系统无法正常工作，甚至崩溃。当时很多大公司均难以解决这一技术难题，美国一个很有创造性的公司 Qualcomm 提出了解决方案。目前该公司在 CDMA 中拥有一千多项专利。5.3.

41、3 前向功率控制 在前向功率控制中，基站根据移动台的测量结果，调整对移动台的发射功率。目的：对路径衰落小的移动台分配较小的前向链路功率，对那些远离基站和误码率的移动台分配较大的前向链路功率。过程：BTS 通过 MS 对前面误帧率的报告来决定时增加还是减少发射功率。移动台的报告分为定期和门限报告。定期报告个一段时间汇报一次，门限报告是当 FER(误帧率)达到一定门限时才报告。这个门限是由运营商根据对话音质量的不同要求设置。两种报告可并存，也可只用一种。5.3.4 反向开环功率控制：反向功率控制是 MS 根据在小区中所接收功率的变化，迅速调整 MS 的发射功率。目的：试图使所有移动台发射的信号在到

42、达基站时均有相同的发射功率。特点：MS 自己进行的功率控制 动态范围大，CDMA 中 dB32 MS 对发送电平的粗略估计。现代移动通信技术 四川大学电子信息学院 23四川大学电子信息学院 5.3.5 反向闭环功率控制 目的:使基站对移动台的开环功率估计做出纠正，使移动台保持最理想的发射功率。例如：测量结果大于门限，则发出下降 1db 命令，如果小于门限，则发出上升 1db 命令，移动台根据收到的命令调整它的发射功率，直至最佳。在软切换时，MS 同时收到两个或两个以上的 BS 对它的功率控制命令，若有上有下，则 MS 只执行功率下降命令。软切换：跟新基站通信时，不中断与原基站的联系。硬切换：中

43、断与原基站的联系。5.3.6 GSM 中的功率控制 GSM 中上行功率控制范围：2030db，步长 2db。GSM 中下行功率控制范围：可达 30db，步长 2db。上下行功率控制彼此独立，由 BSC 执行管理。5.4 分集技术分集技术 5.4.1 分集的定义，目的和方式：目的：对付多径衰落：定义：分集技术是指系统能同时接收 2 个或多个输入信号的衰落互不相关。系统对多个携有相同信息且衰落特性互不相关的接收信号在合并处理后进行判决。以对付多径衰落。由于衰落具有频率，时间空间的选择性，因此分集的方式有：方式：时间分集；频率分集；空间分集；5.4.2 时间分集 （1）定义：以超过信道相干时间的时间

44、间隔，重复发送信号，以便让再次收到的信号具有独立的衰落特性。方式：交织，差错控制。差错控制是为了保护信号免受随机或突发干扰的影响。而交织是在差错控制前打乱信息比特的时间顺序。主要目的：使码字中的码元在传输过程所遭受的衰落互不相关。（2）交织，抗快衰落 数字通信中，有些源比特很重，需要加以保护。交织器的作用是将需要保护的源比特分散到不同的时间段中，以便出现快衰落或突发干扰时来自源比特中某一块的最重要的码位不会被同时扰乱。而且源比特被分开后，还可用纠错编码来减弱信道干扰对源比特的影响。交织器的结构类型：分组结构和卷积结构。分组结构是把待编码的 mn 个数据位放入一个 m 行 n 列的矩阵中，通常每

45、行由 n 个数据位组成一个字，而交织器的深度，即行数 m。1 m+1 m+n 2 m+2 3 m+3 m 2m 3m 按列填入，按行输出 n 列 m 行 现代移动通信技术 四川大学电子信息学院 24四川大学电子信息学院 图.分组交织器结构图 由图可见，数据位被按列填入，而在发送时却是按行读出，这样就产生对原始数据位以m 个比特为周期进行分隔的效果。而在接收端的解交织则与此相反。采用卷积结构的交织器，在多数情况下可代替分组结构，而且在用于卷积编码时，效果很理想。延时问题：因为接收机在收到 位并进行解交织后才能解码，因此，所有交织器均有一个固定的时延。语音通信是，延时小于 40ms 还可以忍受，所

46、以所有无线数据交织器的延时均不超过 40ms。GSM 中交织深度 40ms,（GMSK 调制）DAMPS 27ms、日本 JDC 27ms。例：交织对付快衰落。若某种卷积编码只能容忍 2 个连续的比特错误。读入交织器的比特时顺序为 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9，读出顺序为 0 5 1 6 2 7 3 8 4 9。若由于快衰落导致前三个比特错误，即 0 5 1 错误。而接收方在解调时要进行反交织，即再按 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 顺序读出。这样，连续比特错误只有两个，即第 0，第 1 比特有误，5 和 0，1 不再相连，所以接收方任能正确解调。若不进行交织，将出现连续三个

47、比特错误，导致无法正确解调。交织对于慢衰落效果不大的原因：慢衰落持续的时间相对较长，导致比特错误较多，甚至整个帧错误，这样再打乱比特顺序也无法恢复出正确信号。（3）差错控制技术 分类：反馈纠错方式 ARQ 前向纠错方式 FEC 混和纠错方式 HEC ARQ：根据线路接收端的要求，自动重发的检错方式 发送等待 ARQ 单工通信 连续码组 ARQ 双工通信 发送 ARQ 工作过程：甲台与乙台通信 甲台发出信息码组 A 之后，等待乙台发回应答信号。如果乙台发回的是认可信号（OK），则甲台发送下一个码组 B。甲台发出信息码组 B 之后，等待乙台发回应答信号。如果乙台向甲台发回要求重传的信号。甲台则知道

48、乙台收到的信息码有误，并且把码组 B 从发送缓冲存储器中取出，然后重发一次。乙台收到并认可无误后，甲台再发送码组 C。依此类推。为实现上述过程，发方和收方均需有一个信息码组的存储器，并须对此进行管理。前向纠错FEC：手段：引入冗余 主要有：分组码和卷积码 分组码：Hamming 码 Hadamard 码 Gelay 码 循环码（cyclic）reedSolomon 码（RS 码）卷积码：卷积码与分组码有着根本的区别，它不是把信息序列分组后再进行单独编码，而是由连续输入的信息序列得到连续的编码序列。现代移动通信技术 四川大学电子信息学院 25四川大学电子信息学院 已经证明：在同样的复杂度下，卷积

49、码可以比分组码获得更大的编码增益。编码增益定义：译码后信号的误码率与已编码信息在信道中传输的误码率相比较时所得到的改进量。纠错编码能在信道误码率为 的情况下实现译码后的误码率为 或更低。210510有关纠错编码基础理论参见 西电，王新梅 肖国镇纠错码原理与方法，2002 年，人民币 35 元。混和纠错 HEC：ARQFEC 现代移动通信技术 四川大学电子信息学院 26四川大学电子信息学院 5.4.3 频率分集 实现：将信号能量在宽频带里扩展。频率选择性衰落通常只影响 200kHz300kHz 的信号。根据衰落的频率选择性，当两个频率间隔大于信号相关带宽时，接收到的两种频率的衰落信号不相关。市区

50、的相关带宽一般为 50kHz，郊区的相关带宽一般为 250kHz 左右（统计数据）例：CDMA 的频率分集：CDMA 一个信道带宽为 1.25MHz，无论是在市区还是郊区均大于相关带宽的要求，所以 CDMA 的带宽传输本身就是频率分集。5.4.4 空间分集 方式：在主机与基站中采用 Rake 接收机进行分集接收，合并不同传输延迟的信号 在基站使用多付天线 在 CDMA 中还有一种方式是软切换，越区时移动台与多个基站同时联系，选择最好的信号给 MSC，提高在小区边缘的通信质量。目的：减弱慢衰落 接收方法有以下 4 类：（1）选择分集（2）反馈分集（3）最大比合并分集（4）等增益合并分集 选择分集