第章 移动通信的基本技术

1、移动通信技术移动通信技术 21世纪高职高专电子信息类规划课程 第第2章移动通信的基本技术章移动通信的基本技术 2.1 语音压缩编码技术 2.2信道编码技术 2.3数字调制技术 2.4多址技术 2.5分集接收技术 2.6组网技术 2.7用户占用信道的方式 2.1 语音压缩编码技术语音压缩编码技术 随着通信、计算机网络等技术的飞速发展，语音压缩编码随着通信、计算机网络等技术的飞速发展，语音压缩编码 技术得到了快速发展和广泛应用，尤其是最近技术得到了快速发展和广泛应用，尤其是最近20年，语音年，语音 压缩编码技术在移动通信、卫星通信、多媒体技术以及压缩编码技术在移动通信、卫星通信、多媒体技术以及IP

2、 电话通信中得到普遍应用，起着举足轻重的作用。电话通信中得到普遍应用，起着举足轻重的作用。 模拟信号数字传输系统模拟信号数字传输系统 语音编码技术的分类语音编码技术的分类 语音的压缩编码方法归纳起来可以分为三大类：语音的压缩编码方法归纳起来可以分为三大类： 波形编码、参数编码和混合编码。波形编码、参数编码和混合编码。 波形编码比较简单，失真最小，方法简单，但数码率比较高。波形编码比较简单，失真最小，方法简单，但数码率比较高。 参数编码的编码速率可以很低，但音质较差，只能达到合成语音参数编码的编码速率可以很低，但音质较差，只能达到合成语音 质量，其次是复杂度高。质量，其次是复杂度高。 混合编码吸

3、收了波形编码和参数编码的优点，从而在较低的比特混合编码吸收了波形编码和参数编码的优点，从而在较低的比特 率上获得较高的语音质量，当前受到人们较大的关注。率上获得较高的语音质量，当前受到人们较大的关注。 2.2信道编码技术信道编码技术 为了与信道的统计特性相匹配，并区分通路和提高通信的为了与信道的统计特性相匹配，并区分通路和提高通信的 可靠性，而在信源编码的基础上，按一定规律加入一些新可靠性，而在信源编码的基础上，按一定规律加入一些新 的监督码元，以实现纠错的编码。的监督码元，以实现纠错的编码。 通过信道编码器和译码器实现的用于提高信道可靠性的理通过信道编码器和译码器实现的用于提高信道可靠性的理

4、 论和方法。信息论的内容之一。信道编码大致分为两类论和方法。信息论的内容之一。信道编码大致分为两类 ： 信道编码定理，从理论上解决理想编码器、译码器的存信道编码定理，从理论上解决理想编码器、译码器的存 在性问题，也就是解决信道能传送的最大信息率的可能性在性问题，也就是解决信道能传送的最大信息率的可能性 和超过这个最大值时的传输问题。构造性的编码方法以和超过这个最大值时的传输问题。构造性的编码方法以 及这些方法能达到的性能界限。及这些方法能达到的性能界限。 信道编码技术的分类信道编码技术的分类 检错信道编码检错信道编码 前向纠错（前向纠错（FEC）信道编码）信道编码 既有检错又有纠错信道编码既有

5、检错又有纠错信道编码 移动通信系统中的信道编码移动通信系统中的信道编码 GSM系统 GSM系统全称为全球移动通信系统系统全称为全球移动通信系统(Global System for Mobile Communication，GSM)，俗称，俗称“全球通全球通”，它，它 依照欧洲通信标准化委员会依照欧洲通信标准化委员会(ETSI)制定的制定的GSM规范研制而规范研制而 成，是第二代移动通信技术（成，是第二代移动通信技术（2G）。其开发目的是让全）。其开发目的是让全 球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用 一部手机就能行遍全球，具有广阔的

6、发展前景。一部手机就能行遍全球，具有广阔的发展前景。 IS-95系统系统 IS-95，是由高通公司(Qualcomm) 发起的第一个基于 CDMA的数字蜂窝标准。基于 IS-95的第一个品牌是 cdmaOne。IS-95也叫做 TIA-EIA-95。它是一个使用 CDMA的 2G移动通信标准，一个数据无线电的多接入方 案，其用来发送声音，数据和在无线电话和蜂窝站点间发 信号数据（如被拨的电话号码）。 IS-95是TIA为最主要的基于CDMA技术的2G移动通信 的空中接口标准分配的编号，IS的全称为Interim Standard，即暂时标准。它也经常做为整个系列的名称使 用。CDG为该技术申请

7、了cdmaOne的商标。IS-95及其相 关标准是最早商用的基于CDMA技术的移动通信标准，它 或者它的后继CDMA2000也经常被简称为CDMA。 第三代移动通信系统第三代移动通信系统-CDMA2000和和WCDMA 国际电信联盟1985年开展研究的移动通信系统。主要技术标准有三种： 欧洲的WCDMA系统、美国的CDMA2000系统和中国的TD-SCDMA 系统。 第三代移动通信系统IMT2000，是国际电信联盟（ITU）在1985年提 出的，当时称为陆地移动系统（FPLMTS）。1996年正式更名为 IMT2000。与现有的第二代移动通信系统相比，其主要特点可以概括 为： l 全球普及和全

8、球无缝漫游 l 具有支持多媒体业务的能力，特别是支持Internet的能力 l 便于过渡和演进 l 高频谱利用率 l 能够传送高达2Mbit/s的高质量图象 2.3数字调制技术数字调制技术 数字调制数字调制/解调的分类解调的分类 频移键控调制频移键控调制 FSK（Frequency-shift keying）是信息传输中使用得较）是信息传输中使用得较 早的一种调制方式早的一种调制方式,它的主要优点是它的主要优点是: 实现起来较容易实现起来较容易,抗噪抗噪 声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛 的应用。的应用。 最常见的是用两个频率

9、承载二进制最常见的是用两个频率承载二进制1和和0的双频的双频FSK系系 统。统。 相移键控调制相移键控调制 移相键控方法是通过改变载波信号的相位值来表示数字信移相键控方法是通过改变载波信号的相位值来表示数字信 号号 1，0的。如果用相位的绝对值表示数字信号的。如果用相位的绝对值表示数字信号1，0，则，则 称为绝对调相。如果用想对偏移值表示数字信号称为绝对调相。如果用想对偏移值表示数字信号1.0，则，则 成为相对调相。成为相对调相。 幅移键控调制 AsK: 幅移键控ASK (Amplitude Shift Keying) ASK指的是振幅键控方式。这种调制方式是根据信号 的不同，调节正弦波的幅度

10、。 幅度键控可以通过乘法器和开关电路来实现。载波在数字 信号1或0的控制下通或断，在信号为1的状态载波接通， 此时传输信道上有载波出现；在信号为0的状态下，载波 被关断，此时传输信道上无载波传送。那么在接收端我们 就可以根据载波的有无还原出数字信号的1和0。对于二进 制幅度键控信号的频带宽度为二进制基带信号宽度的两倍。 最小移频键控和高斯滤波最小移频键控最小移频键控和高斯滤波最小移频键控 最小移频键控最小移频键控 最小移频键控最小移频键控(MSK)是移频键控是移频键控(FSK)的一种改进型。的一种改进型。 在在FSK方式中，相邻码元的频率不变或者跳变一个固定值。方式中，相邻码元的频率不变或者跳

11、变一个固定值。 在两个相邻的频率跳变的码元之间，其相位通常是不连续在两个相邻的频率跳变的码元之间，其相位通常是不连续 的。的。MSK是对是对FSK信号作某种改进，使其相位始终保持信号作某种改进，使其相位始终保持 连续不变的一种调制。连续不变的一种调制。 最小移频键控又称快速移频键控最小移频键控又称快速移频键控(FFSK)。这里。这里“最最 小小”指的是能以最小的调制指数指的是能以最小的调制指数(即即0.5)获得正交信号获得正交信号;而而 “快速快速”指的是对于给定的频带，它能比指的是对于给定的频带，它能比PSK传送更高的传送更高的 比特速率。比特速率。 高斯滤波最小频移键控高斯滤波最小频移键控

12、 （GaussianFilteredMinimumShiftKeying），这是），这是 GSM系统采用的调制方式。数字调制解调技术是数字峰系统采用的调制方式。数字调制解调技术是数字峰 窝移动通信系统空中接口的重要组成部分。窝移动通信系统空中接口的重要组成部分。GMSK调制是调制是 在在MSK（最小频移键控）调制器之前插入高斯低通预调（最小频移键控）调制器之前插入高斯低通预调 制滤波器这样一种调制方式。制滤波器这样一种调制方式。GMSK提高了数字移动通信提高了数字移动通信 的频谱利用率和通信质量。的频谱利用率和通信质量。 正交相移键控调制正交相移键控调制(QPSK) 它分为绝对相移和相对相移两

13、种。由于绝对相移方式存在 相位模糊问题，所以在实际中主要采用相对移相方式 QDPSK。它具有一系列独特的优点，目前已经广泛应用 于无线通信中，成为现代通信中一种十分重要的调制解调 方式。 交错正交交错正交(或四相或四相)相移键控相移键控(OQPSK) 偏移四相相移键控信号简称偏移四相相移键控信号简称“O-QPSK”。全称为。全称为offset QPSK，也就是相对移相方式，也就是相对移相方式OQPSK。它具有一系列独。它具有一系列独 特的优点，已经广泛应用于无线通信中，成为现代通信中特的优点，已经广泛应用于无线通信中，成为现代通信中 一种十分重要的调制解调方式。一种十分重要的调制解调方式。 在

14、数字信号的调制方式中在数字信号的调制方式中QPSK四相移键控是最常用四相移键控是最常用 的一种卫星数字信号调制方式的一种卫星数字信号调制方式,它具有较高的频谱利用率、它具有较高的频谱利用率、 较强的抗干扰性、在电路上实现也较为简单。较强的抗干扰性、在电路上实现也较为简单。 /4-DQPSK调制调制 正交复四相相移键控调制正交复四相相移键控调制 在移动通信中在移动通信中,功率放大器是典型的非线性放大器功率放大器是典型的非线性放大器,为提高为提高 功率放大器的效率和抑制带外功率辐射功率放大器的效率和抑制带外功率辐射,要求调制信号的要求调制信号的 峰均比尽可能地小。峰均比尽可能地小。CQPSK调制方

15、案是一个应用于调制方案是一个应用于W- CDMA和和CDMA2000前向链路中的调制技术前向链路中的调制技术,能有效地降能有效地降 低峰均比低峰均比,提高功率放大器的效率提高功率放大器的效率,降低带外辐射功率。降低带外辐射功率。 2.4多址技术多址技术 多址技术分为频分多址（多址技术分为频分多址（FDMA）、时分多址（）、时分多址（TDMA）、）、 码分多址（码分多址（CDMA）、空分多址）、空分多址(SDMA)。频分多址是以。频分多址是以 不同的频率信道实现通信。时分多址是以不同的时隙实现不同的频率信道实现通信。时分多址是以不同的时隙实现 通信。码分多址是以不同的代码序列来实现通信的。空分通

16、信。码分多址是以不同的代码序列来实现通信的。空分 多址是以不同的方位信息实现多址通信的。多址是以不同的方位信息实现多址通信的。 频分多址频分多址 FDMA，频分多址，频分多址 （frequencydivisionmultipleaccess），是把分配给无），是把分配给无 线蜂窝电话通讯的频段分为线蜂窝电话通讯的频段分为30个信道，每一个信道都能够个信道，每一个信道都能够 传输语音通话、数字服务和数字数据。频分多址是模拟高传输语音通话、数字服务和数字数据。频分多址是模拟高 级移动电话服务级移动电话服务(AMPS)中的一种基本的技术，是北美地中的一种基本的技术，是北美地 区应用最广泛的蜂窝电话系

17、统。采用频分多址，每一个信区应用最广泛的蜂窝电话系统。采用频分多址，每一个信 道每一次只能分配给一个用户。频分多址还用于全接入通道每一次只能分配给一个用户。频分多址还用于全接入通 信系统信系统(TACS)。 时分多址时分多址 时分多址时分多址(Time Division Multiple Access )是把时间分是把时间分 割成周期性的帧割成周期性的帧(Frame)每一个帧再分割成若干个时隙向每一个帧再分割成若干个时隙向 基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分 别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。同时，别在各时隙中接收到各

18、移动终端的信号而不混扰。同时， 基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在予定的时隙基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在予定的时隙 中传输，各移动终端只要在指定的时隙内接收，就能在合中传输，各移动终端只要在指定的时隙内接收，就能在合 路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。 码分多址码分多址 CDMA:CDMA是码分多址的英文缩写(Code Division Multiple Access)，它是在数字技术的分支-扩频通信技术 上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。CDMA技 术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带 宽信息数据，用一个带

19、宽远大于信号带宽的高速伪随机码 进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并 发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带 宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信 号即解扩，以实现信息通信。 空分多址空分多址 SDMA是空分复用接入（是空分复用接入（Space Division Multiple Access）是一种卫星通信模式，它利用碟形天线的方向）是一种卫星通信模式，它利用碟形天线的方向 性来优化无线频域的使用并减少系统成本。这种技术是利性来优化无线频域的使用并减少系统成本。这种技术是利 用空间分割构成不同的信道。用空间分割构成不同的信道。 FDMA、TDMA和和C

20、DMA的区别的区别 频分多址(FDMA)是采用调频的多址技术。业务信道在不 同的频段分配给不同的用户。如TACS系统、AMPS系统 等。 时分多址(TDMA)是采用时分的多址技术。业务信道 在不同的时间分配给不同的用户。如GSM、DAMPS等。 CDMA(码分多址)是采用扩频的码分多址技术。所有 用户在同一时间、同一频段上，根据不同的编码获得业务 信道。 2.5分集接收技术分集接收技术 分集接收技术的概念分集接收技术的概念 分集技术分集技术 空间分集空间分集 频率分集频率分集 时间分集时间分集 合并技术合并技术 最大比合并最大比合并 等增益合并等增益合并 选择式合并选择式合并 开关式合并开关式合并 2.6组网技术组网技术 移动通信网的制式 大区制大区制 在一个比较大的区域中，只用一个基站覆盖全地区的在一个比较大的区域中，只用一个基站覆盖全地区的; 单工或双工工作，单信道或多信道单工或双工工作，单信道或多信道. 大区制的特点大区制的特点 只有一个基站，服务（覆盖）面积大，因此所需的发 射功率也较大; 大区制多用于专用网或小城市的公共网; 由于只有一个基站，其信道数有限（因为可用频率带 宽有限），因此容量较小，