移动通信及3g技术知识要点hjkf.docx
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1、1. 无线通信信基础1.1. 基础知识识:1.1.1. 移动信道道三个特点点:传播的开开放性 :一切无无线信道道都是基基于电磁磁波在空空间传播播来实现现信息传传播的。 接收点地地理环境境的复杂杂性与多多样性 一般可可将地理理环境划划分为下下列三类类典型区区域: 高楼林林立的城城市中心心繁华区区; 以以一般性性建筑物物为主的的近郊小小城镇区区; 以以山丘、湖湖泊、平平原为主主的农村村及远郊郊区。 通信用户户的随机机移动性性 慢速速步行时时的通信信; 高高速车载载时的不不间断通通信。 1.1.2. 电磁传播播直射波:它指在在视距覆覆盖区内内无遮挡挡的传播播,直射射波传播播的信号号最强。 多径反射射
2、波:指指从不同同建筑物物或其他他物体反反射后到到达接收收点传播播信号,其其信号强强度次之之。 绕射波:从较大大的山丘丘或建筑筑物绕射射后到达达接收点点的传播播信号,其其强度与与反射波波相当。 散射波:由空气气中离子子受激后后二次发发射所引引起的漫漫反射后后到达接接收点的的传播信信号,其其信号强强度最弱弱。 1.1.3. 三种效应应阴影效应应 移动台在在运动中中,由于于大型建建筑物和和其他物物体对电电波的传传输路径径的阻挡挡而在传传播接收收区域上上形成半半盲区,从从而形成成电磁场场阴影,这这种随移移动台位位置的不不断变化化而引起起的接收收点场强强中值的的起伏变变化叫做做阴影效效应。阴阴影效应应是
3、产生生慢衰落落的主要要原因。 远近效应应 由于接收收用户的的随机移移动性,移移动用户户与基站站间的距距离也是是在随机机的变化化,若各各用户发发射功率率一样,那那么到达达基站的的信号强强弱不同同,离基基站近信信号强,离离基站远远信号弱弱。通信信系统的的非线性性则进一一步加重重,出现现强者更更强、弱弱者更弱弱和以强强压弱的的现象,通通常称这这类现象象为远近近效应。因因为CDDMA是是一个自自干扰系系统,所所有用户户共同使使用同一一频率,所所以“远远近效应应”问题题更加突突出。 多普勒效效应 它是由于于接收的的移动用用户高速速运动而而引起传传播频率率的扩散散而引起起的,其其扩散程程度与用用户的运运动
4、速度度成正比比。多普普勒频移移同移动动台速度度波长及及运动方方向有关关。1.1.4. 香农公式式公式:CCB(11S/N),CC为信道道容量,BB为信号号带宽,SS/N为为信躁比比。应用:扩扩频序列列利用了了此公式式的结论论,当信信道容量量C不变变时,提提高信号号带宽BB可以换换取较低低的S/N.(抗抗干扰)。根根据B与与S/NN的关系系可以确确定最大大的信道道容量。例题:带带宽为2200KKhz,SSNR为为10ddb的信信道的理理论最大大数据速速率为多多少?SNR10ddb,SS/N=10,B2200KKhz,CC20000000(1110000)1.999Mbbps1.1.5. Log速
5、速算记住Loog20.33,则110以内内的数字字可以根根据此值值近似换换算。对对可不用用计算大大致估算算结果。Log33logg(33/33)loog100-loog311-loog3,所以llog330.55Log442llog2220.33=0.6log55loog(110/22)1-logg2=00.7log66=loog2+logg30.3+00,500.8log77介于llog66与loog8之之间,00.855log88=3llog220.99log99=2llog330.998例题:WWCDMMA系统统中,系系统传输输带宽33.844M,数数据速率率为600k,则则系统扩扩频增
6、益益是( )。 (C) (摘摘自华为为WCCDMAA培训多多媒体系系列教程程物理理层习题题)A、6ddB B、77dB C、118dBB D、223dBB计算:110loog(3384/6)=10llog(88)=10(llog88+loog8)=10(3llog223llog22)110(0.9+00.9)=18ddb1.2. 无线衰落落:无线衰落落可分为为大范围围衰落和和小范围围衰落,其其中前者者包括信信号经过过长距离离传播的的效应(几几百个波波长或更更多),小小范围衰衰落机制制则影响响着接收收机附近近的信号号。小范围衰衰落由多多径传播播(时间间分布特特性)和和多普勒勒频移(时时间变化化特
7、性)两两者作用用的结果果。分别别表现为为时间展展宽(时时延拓展展)和时时间变化化(多普普勒展宽宽)。1.2.1. 时间分布布特性时间分布布特性对对信道的的影响多多径传播播的较大大影响之之一是信信号的时时间展宽宽拓展。在时域上上,从接接收机得得到的最最短路径径上的第第一个信信号到它它收到最最长路径径上的最最后一个个信号,其其间的时时延是有有限的,最最大的时时延拓展展用Tmm标识。在频域上上,时间间展宽可可以描述述为频率率相关函函数,标标识两个个信号脉脉冲响应应之间的的相关程程度,信信道的信信号损伤伤不会明明显变化化的频率率范围称称作相干干带宽。用用F0标标识,与与Tm成成反比。图1. 时间分分布
8、对信信道的影影响:aa) 最最大时延延;b) 相干带带宽。1.2.2. 时间变化化特性时间变化化特性对对信道的的影响在时域,用用相干时时间T00来标识识,可以以视为与与信道的的脉冲响响应高度度相关的的时间长长度;在频域,信信号在频频率上展展宽,接接收机并并不是在在一个频频率上得得到一个个信号,而而是在不不同的频频率上得得到信号号的不同同部分,称称为多普普勒展宽宽,用FFd来标标识,与与相干时时间T00成负相相关的关关系。图2. 时间变变化对信信道的影影响:aa) 相相干时间间;b) 多普勒勒展宽。1.2.3. 时间色散散时延拓展展和相干干带宽是是描述本本地信道道时间色色散特性性的两个个参数。前
9、前者是描描述时域域,后者者是描述述频域的的参数,两两者成反反比关系系。时延拓展展:理解:多多径效应应在时域域的表现现形式,延延迟拓展展小于符符号周期期,则发发生平坦坦衰落,延延迟扩展展大于符符号周期期,则发发生频率率选择性性衰落。时时延拓展展越小越越好。时延拓展展导致码码间干扰扰,可以以通过均均衡技术术来补偿偿。相干带宽宽理解:多多径效应应在频域域的表现现形式,传输带宽小于相干带宽,信号的相关性很好,信道的衰落特性平坦;大于相干带宽,信号的相关性变差,信道呈频率选择性衰落。 公式:BB1/L,LL为时延延拓展。例题:在在城市环环境中,三三种典型型扩散值值分别为为:时延延扩散LL=5uus、角角
10、度扩散散=200、多普普勒频率率扩散BB=1220Hzz。在设设计Raake接接收时,必必须满足足其频率率相关区区间大于于,才有有多径分分集效果果。(DD)(移移动通信信中的关关键技术术P111)(A) 120HHz(B) 120KKHz(C) 200HHz(D) 200KKHzRakee接收机机的原理理是当传传播时延延超过一一个码片片周期时时,多径径信号可可以看作作互不相相关的,它它可以对对抗频率率选择性性衰落,其其时延扩扩散L5uss,对应应频域的的相干带带宽B1/LL2000Khhz,所所以频率率相关区区为选答答案D。1.2.4. 频率色散散相干时间间和多普普勒展宽宽是描述述频率色色散特
11、性性的两个个参数,其其中相干干时间是是多普勒勒拓展在在时域的的表示。相干时间间理解:信信道冲激激响应维维持不变变的时间间间隔的的统计平平均值,在在这一段段时间间间隔内,两两个到达达的信号号有很强强的幅度度相关性性。如果果基带信信号带宽宽的倒数数大于信信道相干干时间,那那么传输输中基带带信号就就有可能能发生改改变,导导致接收收机信号号失真。公式: 此此处,BB为多普普勒频移移。例题:在在城市环环境中,三三种典型型扩散值值分别为为:时延延扩散LL=5uus、角角度扩散散=200、多普普勒频率率扩散BB=1220Hzz。如果果采用信信道交织织技术,则则其交织织区间必必须大于于。(AA)(移移动通信信
12、中的关关键技术术P111)83uss5us78uss88uss交织是利利用时间间分集为为了克服服时间选选择性衰衰落,同同相干时时间有关关(多普普勒频宽宽),其其相干时时间T1/BB=833us多普勒展展宽(频频移)相关解析析:多普普勒频移移同移动动台速度度波长及及运动方方向有关关,与无无线电波波入射方方向角之之间的夹夹角有关关,若移移动台朝朝向入射射波方向向运动,则则频移为为正,反反之则负负。信号号经不同同方向传传播,其其多径分分量造成成接收机机信号的的多普勒勒扩散,因因而增加加了信号号带宽。公式:,为源端端与目的的端与入入射波的的夹角。例题:若若某信号号载频为为18550mhhz,一一汽车以
13、以26.82mm/s的的速度运运动,计计算若汽汽车沿直直线背向向发射机机运动,以以及汽车车运动方方向同入入射波方方向成直直角时的的接收机机载波频频率。18550Mhhz所以以波长C/=0.1162mm,车速速v=226.882m/s当背向发发射机运运动时,多多普勒频频移为负负,所以以此时载载波频率率为-18850266.822/0.1622=18849.99998344HZ当汽车运运动方向向与入射射波方向向成直角角时,90,0,此时没有多普勒频移。1.3. 损耗分类类:1.3.1. 路径传播播损耗 又称衰耗耗,它是是指电波波在空间间传播所所产生的的损耗,它它反映了了传播在在宏观大大范围(即公里
14、里量级)的空间间距离上上的接收收信号电电平平均均值的变变化趋势势。 以以下给出出自由空空间传播播损耗公公式,作作为了解解的内容容。式式中,称称为自由由空间的的路径传传播损耗耗。分别将将、的频率率取、(系统最最高工作作频率到到),可可知:在在相同空空间距离离条件下下,信号号的空间间损耗比比约大大。1.3.2. 慢衰落损损耗 它是由于于在电波波传输路路径上受受到建筑筑物及山山丘等的的阻挡所所产生的的阴影效效应而产产生的损损耗。它它反映了了中等范范围内数数百波长长量级接接收电平平的均值值变化而而产生的的损耗,其其变化率率较慢故故又称为为慢衰落落,由于于慢衰落落表示接接收信号号的长期期变化,所所以又称
15、称长期衰衰落(llongg-teerm-faddingg)一般般认为慢慢衰落符符合对数数正态分分布:1.3.3. 快衰落损损耗它主要由由于多径径传播而而产生的的衰落,由由于移动动体周围围有许多多散射、反反射和折折射体,引引起信号号的多径径传输,使使到达的的信号之之间相互互叠加,其其合成信信号幅度度表现为为快速的的起伏变变化,它它反映微微观小范范围内数数十波长长量级接接收电平平的均值值变化而而产生的的损耗,其其变化率率比慢衰衰落快,故故称它为为快衰落落。深衰落点点在空间间上的分分布是近近似的相相隔半个个波长。因因其场强强服从瑞瑞利分布布,又称称为瑞利利衰落,衰落的振幅、相位、角度随机。仔细划分分
16、快衰落落又可分分为以下下三类:空间选选择性衰衰落、频频率选择择性衰落落、时间间选择性性衰落。所所谓选择择性是指指在不同同的空间间,不同同的频率率和不同同的时间间其衰落落特性是是不一样样的。空间选择择性衰落落 多径信号号到达天天线阵列列的到达达角度的的展宽称称为角度度扩展。角角度展宽宽给出信信号的主主要能量量的角度度范围,产产生空间间选择性性衰落。空间选择择性衰落落用相干干距离R描述述,其中中为波波长;为天线线扩散角角。相干距离离为两根根天线上上的信道道响应保保持强相相关时的的最大空空间距离离。相干干距离越越短,角角度扩展展越大;反之,相相干距离离越长,角角度扩展展越小。接接收天线线距离小小于相
17、关关距离,信信号的相相关性很很好,信信道的衰衰落特性性平坦;大于相相干距离离,信号号的相关关性变差差,信道道呈空间间选择性性衰落。 频率选择择性衰落落 假设发射射端发射射的是一一个时间间宽度极极窄的脉脉冲信号号,经过过多径信信道后,由由于各信信道时延延的不同同,接收收端接收收到的信信号为一一串脉冲冲,即接接收信号号的波形形比原脉脉冲展宽宽了。这这种由于于信道时时延引起起的信号号波形的的展宽称称为时延延扩展。时时延扩展展产生频频率选择择性衰落落。 频率选择择性衰落落用相干干带宽B描述,其其中Tmm为时延延扩展。 B11/Tmm相干带宽宽为信道道在两个个频移处处的频率率响应保保持强相相关时的的最大
18、频频率差。相相干带宽宽越小,时时延扩展展越大;反之,相相干带宽宽约大,时时延扩展展越小。 传输带宽宽小于相相干带宽宽,信号号的相关关性很好好,信道道的衰落落特性平平坦;大大于相干干带宽,信信号的相相关性变变差,信信道呈频频率选择择性衰落落。 另一个描描述多径径时延扩扩展的参参数是最最大时延延扩展m(xddB),定定义为比比直达信信号功率率下降xxdB的的多径信信号的相相对时延延。不存存在直达达信号的的情况下下,可以以是最强强的多径径信号的的功率。时间选择择性衰落落 由于移动动用户与与基站的的相对运运动,每每个多径径波都会会有一个个明显的的频率移移动。由由运动引引起的接接收信号号频率的的移动称称
19、为多普普勒频移移fD,它它与移动动用户的的运动速速度成正正比。 其中v为为移动台台的运动动速度;为无无线电波波长;为电波波和移动动台运动动的夹角角。 多普勒扩扩展是一一种由于于多普勒勒频移现现象引起起的衰落落过程的的频率扩扩散,又又称时间间选择性性衰落。时时间选择择性衰落落用相干干时间T描述述, 其其中B为为最大多多普勒频频移。 1.4. 抗衰方法法:1.4.1. 扩频:扩展了信信道带宽宽,克服服窄带信信号的频频率选择择性衰落落特性。窄带系统大衰落发射信号接收到的衰落信号频率频率强度强度大衰落发射信号接收到的衰落信号频率频率强度强度宽带系统图5扩频频原理1.4.2. Rakee:CDMAA扩频
20、码码在选择择时就要要求它有有很好的的自相关关特性。这这样,在在无线信信道中出出现的时时延扩展展,就可可以被看看作只是是被传信信号的再再次传送送。如果果这些多多径信号号相互间间的延时时超过了了一个码码片的长长度(wwcdmma一个个码片持持续时间间0.226uss(78mm),这这在无线线环境里里面是很很容易实实现的(市市区的典典型值是是1到2us),那那么它们们将被CCDMAA接收机机看作是是互不相相关的有有用的信信号。核心:多多径,延延时,克克服频率率选择性性衰落。图6. Rakke接收收机1.4.3. 交织:交织可以以在不附附加任务务开销的的情况下下,使系系统获得得时间分分集。对对抗时间间
21、选择性性衰落。重要特点是将突发性误码连续错误变成了随机性的独立差错。它的缺点是有造成系统延时,交织的区间越大,其抗误码性能越好,但带来的延时也越大,需要平衡两者之间的关系。举例:交织矩阵阵为:01 006 111 116 02 07 12 17 03 08 13 18 04 09 14 19 05 10 15 20按列写入入,假设设原始信信息序列列是:01 002 003 004 005 006 007 008 009 110 111 112 113 114 115 116 117 118199 200假设突突发性错错误是007 008 009 110按行读出出,解码码以后的的信息序序列为:0
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