移动通信原理(本科三年级重点笔记).docx

移动通信原理一、移动通信的主要特点 1 移动通信必须利用无线电波进行信息传输 2 移动通信是在复杂的通信环境中进行的3 移动通信可以利用的频谱资源非常的有限 ，而移动通信业务量的需求却与日俱增4 移动通信系统的网络通信结构多种多样，网络管理和控制必须有效5 移动通信设备（主要是移动台）必须适于在移动的环境中使用 二、移动通信系统1 无线电寻呼系统2 蜂窝移动通信系统3 无绳电话系统4 集群移动通信系统5 移动卫星通信系统6 分组无线网 三、移动通信的主要技术1 调制技术2 移动新到中电波传输特性的研究3 多址方式4 抗干扰措施5 组网技术四、调制解调 调制的目的是把要传输的模拟信号或者是数字信号变换成适合传输的高频信号。该信号称为已调信号。调制可分为模拟调制和数字调制。模拟调制是利用模拟信号直接调制载波的振幅、频率和相位。数字调制是利用数字信号来调制载波的振幅、频率和相位。1、数字频率调制 移频键控（FSK）调制用基带数据信号控制载波频率，称为FSK（frequency shift keying）。载波的频率按照数字信号1、0的变化而对应的变化。FSK可采用包络检波法、相干解调法和非相干解调法解调。包络检波法是指收端采用二个带通滤波器，其中心频率分别是F1和F2，它们的输出经过包络检波。如果F1支路的强度大于F2支路的强度，则判为+1,反之-1。然而通常的FSK在频率转换点上的相位一般并不连续，这会使载波信号的功率谱产生较大的旁瓣分量。为克服这一缺点，提出改进的调制方式是最小移频键控MSK（minimum shift keying）和高斯预滤波最小移频键控GMSK（Gaussian filtered minimum shift keying）。MSK是一种特殊的FSK，其频差满足两个频率相互正交（即相关函数等于0）的最小频差，并要求FSK信号的相位连续。GMSK信号的产生可用简单的高斯低通滤波器及FM调制器来实现。 2、数字相位调制 移相键控（PSK）调制 载波相位按照数字信号的1、0变化而变化，称为PSK。PSK（phase shift keying）可采用相干解调和差分相干解调。在相同误比特率的情况下PSK的信噪比要比FSK小3dB四相移相键控（QPSK）和交错四项移相键控（OQPSK） 正交移相键控QPSK（quadrature phase shift keying）调制，也称四相移相键控（4PSK）调制。它具有4种相位状态，各对应于二进制的4组数据，即00，01，10，11。QPSK 信号时两个PSK信号之和因而它具有和PSK信号相同的频谱特征和误比特率性能。交错正交移相键控OQPSK（offset QPSK）调制是I、Q两支路在时间上错开一个码元的时间Tb进行调制，这样可以避免在QPSK两支路中码元转换总是同时的，使载波可能会产生的相位跳变。 3、正交振幅调制（QAM） 正交振幅调制（QAM：Quadrature Amplitude Modulation）又称正交双边带调制。是将两路独立的基带波形分别对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制，所得到的两路已调信号叠加起来的过程，称为正交振幅调制。在调制端，数字信号先经过串/并变换分成两路，分别经过2电平到L电平的变换，形成Am、Bm振幅。为了抑制已调信号的带外辐射，将两个信号经过与调制低通滤波器，才分别于相互正交的各路载波相乘，最后将两路信号相加得到已调信号。在接收端，输入的信号和本地恢复的两个载波正交信号相乘以后，经过低通滤波，多电平判别，L电平到2电平的变换，在经过过串/并变换的到输出数据。4、扩展频谱调制扩展频谱（SS, spread spectrum）通信简称扩频通信，扩频通信是一种信息传输技术，在发端采用扩频码调制，使信号所占的频道带宽远大于信息传输所需要的带宽，在接受端采用相同的扩频码进行相关的解扩已恢复所传数据信息。扩频通信系统包括：直接序列扩频（DS），跳频（FH），线性调频（Chirp）好处：使得接收机输出的信噪比相对于输入的信噪比大有改善，从而提高了系统的抗干扰能力。5、多载波调制多载波传输首先把一个高速的数据流分解为若干个低速的子数据流（这样每个子数据将具有低得多的比特率），然后每个子数据流经过调制（符号匹配）和滤波，去调制相应的子载波，从而构成多个并行的已调信号，经过合成再传输。优点：具有较高的传输能力和抗衰落、抗干扰能力。五、移动通信的传播特点和抗衰落技术1、无线电波的传输特征电波的传输方式：1直射波，电波从发射天线直射到接收天线的传播方式；2地表面波，是一种沿着地球表面传播的电磁波；3地面反射波，电波经过地面的反射到达接收天线。电波在大气中传输：1大气折射，由大气的折射率的垂直梯度；2视线传播极限距离，主要与天线的高度有关。2、移动信道的特征1移动信道中存在的衰落：直射波、反射波和散射波在接收地点形成干涉场，使信号产生深度且快速的衰落；由于移动台的不断运动而造成的衰落比多经衰落慢得多，是慢衰落；由于大气的折射率的平缓的变化造成的衰落更加缓慢。2电波信号的多径时延。3多普勒效应。为了防止因衰落引起的通信中断，在信道的设计中必须使信号的电平留有足够的的余量，以使中断率R小于规定指标。这种电平余量叫做衰落储备。3、抗衰落技术：分集接收分集技术(diversity techniques)就是研究如何利用多径信号来改善系统的性能。分集技术利用多条传输相同信息且具有近似相等的平均信号强度和相互独立衰落特性的信号路径，并在接收端对这些信号进行适当的合并(combining)，以便大大降低多径衰落的影响，从而改善传输的可靠性。分集的方式：1.空间分集(Space diversity)2极化分集(polarization diversity) 3.角度分集(angle diversity) 4.频率分集(frequency diversity) 5.时间分集(time diversity)6.场分量分集(field diversity)4、RAKE接收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供解调用的接收机。接收机利用多个并行相关器，获得多径信号能量，提高了通信质量。5、纠错编码技术在信息的码元序列中加入监督码元称为纠错编码技术，监督位码元所占的比率越大，纠错能力越强。6、均衡技术各种用来处理码间干扰（ISI）的算法和实现的方法叫做均衡技术。在移动的环境中，由于信道的时变多径传播特性，引起严重的码间干扰，所以素要均衡技术。六、组网技术1、多址技术 A、频分多址（FDMA）FDMA为每一个用户指定了特定信道，这些信道按要求分配给请求服务的用户。 B、时分多址（TDMA） TDMA是在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙(无论帧或时隙都是互不重叠的)，每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户。 C、码分多址（CDMA） CDMA系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息。 D、空分多址（SDMA） SDMA(空分多址)方式就是通过空间的分割来区别不同的用户。在移动通信中，能实现空间分割的基本技术就是采用自适应阵列天线，在不同用户方向上形成不同的波束。2、区域覆盖和信道配置区域覆盖：1带状网，基站的天线如果用全向辐射，覆盖的区域是圆形的，带状应用有向的天线，是每个小区呈扁圆形。2蜂窝网，用正六边形的小区所用的基站最少，也最经济。区群应该满足两个条件：1区群之间可以邻接，且无重叠无缝隙的覆盖；2邻接之后的区群应该保持各个相邻同信道小区之间的距离相等。信道的分配方式主要两种：1分区分组分配法，2等频距被配置法3、网络结构基本的网络结构：基站通过传输链路和交换机连接，交换机再与固定的电信网连接，这样就形成了移动用户-基站-交换机-固定网络-固定用户或者移动用户-基站-交换机-基站-移动用户等不同情况的通信链路。4、信令信令是移动台与交换系统之间、交换系统与交换系统之间相互传送的地址信息、管理信息（包括呼叫建立、信道分配与保持信息、拆线信息甚至计费信息等）以及其它交换信息。（1）按信令的传输方式分有共路信令和随路信令两种方式。2）按信令的信号形式分有模拟信令和数字信令。3）按信令的功能分为状态标志信令、拨号信令、控制信令5、越区切换和位置管理越区(过区)切换(Handover或Handoff)是指将当前正在进行的移动台与基站之间的通信链路从当前基站转移到另一个基站的过程。该过程也称为自动链路转移ALT(Automatic Link Transfer)。在移动通信系统中，用户可在系统覆盖范围内任意移动。为了能把一个呼叫传送到一个随机移动用户，就必须有一个高效的位置管理系统来跟踪用户的位置变化。位置管理包括两个主要任务：位置登记（Location Registration）和呼叫传递（Call Delivery）。与任务相关的问题是：位置更新（Location Update）和寻呼（Paging） 七、数字蜂窝网，时分多址（TDMA）GSM系统的主要组成OSS：操作支持子系统 BSS：基站子系统 OMC：操作维护中心NMC：网路管理中心 PCS：用户识别卡个人化中心NSS：网路子系统 MSC：移动业务交换中心 VLR：来访用户位置寄存器 HLR：归属用户位置寄存器 SEMC：安全性管理中心AUC：鉴权中心EIR：移动设备识别寄存器BSC：基站控制器BTS：基站收发信台PDN：公用数据网PSTN：公用电话网ISDN：综合业务数字网MS：移动台 DPPS：数据后处理系统 GSM系统的主要接口GSM系统的主要接口是指A接口、Abis 接口和Um 接口。A接口定义为网路子系统（NSS）与基站子系统（BSS）之间的通信接口，其物理链接通过采用标准的2.048Mb/s PCM数字传输链路来实现。Abis 接口定义为基站子系统的两个功能实体基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）之间的通信接口，