移动通信+教案

1、第一章 概述1.1 移动通信基本概念 移动通信：通信双方至少有一方处于移动的概念信息交换1.11 移动通信的特点1、电波传播条件恶劣移动通信至少有一段采用无线通信（可先采用有线信道基站移动台）。 无线通信电波传播为固定点对点。eg：微波、短波等。 反射波 直射波 反射波 ms （mobile station） bs (base station)fig1-2 p2 电波的多径传播 移动通信电波传播为点对任意移动的目标。（这个频段的特点是：传播距离在视距范围内，通常为几十千米；天线短，抗干扰能力强；以地表面波、电离层反射波、直射波和散射波等方式传波，受地形、地物影响大。）慢衰落由于电波传播遇到建筑

2、物等阻挡，形成电波阴影区，阴影区的电场强度弱阴影效应。引起的衰落服从正态分布（正态衰落或高斯衰落）主要特征是多径传播。如上图。多径衰落引起的衰落振幅服从瑞利分布（瑞利衰落）多径衰落使信号电平起伏不定，严重时将影响通话质量。汽车在行进途中接收到的电波为各个波的合成矢量，各个波的相位和幅度均不同，所以合成强度不同。造成电平起伏不定。电波传播衰落（严重 30db）2、强干扰情况下工作噪声（电磁干扰：汽车点火噪声,自然噪声等等），可认为与信号无关的一些破坏性因素。干扰，可认为与信号有关的一些破坏性因素。(1)互调干扰由系统内部的非线性元件造成，例如功放。（以后章节介绍，p139）(2)邻道干扰由于信道

3、间隔有限，大量相邻信道之间造成干扰。（以后章节介绍，p138）(3)同频干扰相同频率产生的干扰。（以后章节介绍，p138）同频干扰，特有的干扰。主要与组网方式有关，规划移动通信网时考虑。 f1+fd f1 ms （mobile station） bs (base station)多普勒效应3、具有多普勒效应产生调制噪声当运动物体达到一定速度时，固定点收到的载波频率将随运动速度的不同产生不同的频移。使接收点的场强随时间、地点不断变化。：接收信号载波的波长：电波到达时的入射角解决办法：锁相技术4、用户经常移动（特殊交换问题），通信系统复杂位置登记、越区切换、漫游访问等跟踪交换技术5通道容量有限6对

4、手机要求高13移动通信的工作频段131我国移动通信的工作频段无委会规定：（详见13页）150mhz左右450mhz左右900mhz左右 （1800mhz左右 现在双频手机）bp机集群通信等其他 移动电话主要工作范围：vhfuhf移动通信使用范围1.此频段适合于移动通信：电波不能传得太远，vhfuhf为视距传播、且有一定的绕射能力（市区建筑物遮挡）。2.天线尺寸：天线的几何尺寸与工作波长要相近。/4天线：900mhz为8cm（c/f）3.抗干扰问题：f提高外界干扰下降1.4 移动通信的分类多种分类方法（15页）141移动通信的工作方式按通话状态和频率的使用方法（工作方式）分类：1、单工 2、双工

5、 3、半双工 1、单工：收、发交替单频单工：收发用一个频率双频单工：收发各用一个频率2、半双工：一方双工，另一方单工 例如：调度车载台 调度（双工） 车载台（单工）3、双工：收发同时工作，双频。（最复杂）移动通信用准双工：接收机总工作，发射机只在工作时才工作。 142 模拟网和数字网数字网的优点l 频谱利用率高l 抗干扰、抗多径衰落的能力强l 网络管理和控制灵活l 便于实现通信的安全保密l 减少用户手机的体积和重量，可降低设备成本l 提供多种业务详见第八章15移动通信的发展趋势1 概述 网络业务数据化、分组化。数据业务通信：电路交换型的数据业务，分组交换型的数据业务 个人多媒体通信网络演进的方

6、向 网络技术的宽带化 网络技术的智能化 更高的频段 更有效利用频率1 6移动通信的应用系统 蜂窝式公用移动通信系统 集群调度移动通信系统专用网 无绳电话系统ct1 普通家用ct2 移动式的固定电话 在有基站的地方 无线寻呼系统大区制：天线高、功率大单向 卫星移动通信系统人烟稀少地区,“铱星计划”77颗卫星失败 分组无线网第二章 蜂窝移动通信系统2.1 蜂窝小区的概念和特点（移动通信网的体制）移动通信网按区域覆盖方式分为两类：大区制，小区制2.1。1大区制bs ms rms r fig2-1 p13 大区制移动通信采用大功率发射机，覆盖半径大。优点：简单、见效快缺点：1上下行信道不均衡严重（基站

7、发射功率大200w，而移动台发射功率小0.6w）。设置若干个分集接收站（单收站）2频率利用率低适用于用户少地区。适用于专用移动通信网2 1。2小区制f1组 bs1 bs2 f2组 bs5f3组 bs4 bs3f1组 f2组fig2-2 p14 小区制移动通信采用物理间隔隔开的办法来提供频率利用率。只要3对频率就可与5个移动台通话。（大区制要5对频率才可。）缺点：复杂优点：频率利用率高以管理和设备的复杂为代价换来高的频率利用率。（因为频率是不可再生的）1服务区划分的方法带状服务区：铁路、公路、河流面状服务区：城市（1） 带状服务区, p28图2.1从频率利用率来讲，二频组工作方式最好。但是同频干

8、扰的问题需要考虑。（2） 面状服务区大多数情况，例如城市中需要设立多个基站来覆盖多个服务区面状服务区设无线小区：用半径为r的圆形内切多边形来表示。 （假设地形、地物同，全向天线有交叠）采用何种多边形的问题r同，覆盖同样多的面积好？l 邻接小区的中心间距 间隔越大，干扰越小 六边形最大l 单位小区的有效面积六边形最大l 交叠区域面积 交叠面积越小，同频干扰越小 六边形最小l 交叠距离 实现交换容易六边形最小l 所需最少无线频率的个数 防止同频干扰结论：正六边形组网方式来覆盖面状服务区是最好的，又称为蜂窝式网。 2. 正六边形无线区群的构成（p29 fig2.2）(1)要求会画（n3 n4n7无线

9、区群的构成）面状服务区无线区群正六边形无线小区 构成的条件（两个基本条件）l 若干无线区群彼此邻接组成蜂窝式服务区。l 邻接的无线区群中的同频无线小区的中心间距相等。 构成无线区群的小区个数：n=a2+ab+b2 （a 、b均为正整数，不可同时为0）n3 n4n7n9n12(2)区群结构为了实现频率复用： 小区频率使用要隔开，避免同频干扰。相邻小区不能用相同频率，必须间隔一定距离或跳过若干小区后，同一频率才能再用。 将若干个相邻小区组成一个区群，并将可供使用的频率分成若干组。区群内的各个小区使用不同的频率组，而每个区群能使用所提供的全部无线频道。 用相同频率配置区群来覆盖整个服务区。33221

10、1767446552137546同样频率小区距离相等，区群全部相邻。3.激励方式： 中心激励：基地站安装在小区中心。采用3600全向天线实现无线区的覆盖 顶点激励：基地站安装在六边形的三个顶点上。采用三个互成1200指向天线扇面形 （每基站3个小区） 常见的顶点激励方式有两种：三叶草形，1200扇面4.蜂窝系统的容量c若一个系统，有s个可用的双向信道，s个可用的双向信道在n个小区中分为各不相同、各自独立的信道组，每组有相同的信道数k。可用无线信道的总数为：s=kn共同使用全部可用频率的n个小区叫做一簇。如果簇在小区中共同复制了m次，则容量cc=mkn=ms,n=4,7,12.2.2信道切换策略

11、221信道切换原理1切换的原因及切换的发起移动用户处于通话状态时，用户从一个小区移动到另一个小区，系统将对该移动台的连接控制从一个小区转移到另一个小区（新的业务信道）的过程。切换包括：识别新的小区，分配移动台新的语音和控制信道切换的原因：信号的强度或质量下降由移动台发起小区业务容量全被占用由上级实体发起2切换策略：（用户感觉不到） 具有优先权的信道监视方法。保留小区中所有可用信道的一小部分，专门为那些可能要切换到该小区的通话所发出的切换请求服务。监视信道在使用动态分配策略时能使频谱得到充分利用。 对切换请求进行排队。222切换的一些考虑（31页）移动速度，站址的限制，小区拖尾。23干扰和信道容

12、量蜂窝无线系统的主要限制因素231什么是同频干扰，如何产生的，如何减小？（32页或p138）概念：原因：采用频率复用方法：同频小区在物理上隔开一个最小的距离，为传播提供充分的隔离。q=d/r=（六边形）同频复用因子d同频小区中心间距离。r小区半径。q越小，容量越大q越大，容量越小，同频干扰小。 矛盾！232什么是相邻信道的干扰，如何产生的，如何减小？（32页或p139）msbs k 远 k1 or k1ms 近概念：相邻频率信号的干扰原因：由于接收器方法：相邻信道在频率上隔开一个最小的距离，为传播提供充分的隔离。233蜂窝小区容量的改善技术1 小区分裂(p33 fig2.4)小区分裂通过用更小

13、的小区代替教大的小区来允许系统的增长，同时同频复用因子不变的信道分配策略。重组系统来获得容量的增加。2 扇区(p33 fig2.5)使用定向天线来减小同频干扰，获得容量的增加，“裂向技术”同频干扰减小的因素决定于使用扇区的数目。“裂向技术”增加切换次数，导致交换机和控制链路的负荷增加。造成中继效率下降，话务量有所损失。3 微小区(p35 fig2.6)多个微小区和一个基站组成一个小区，各微小区用光纤等和小区相连。当移动台在小区内移动时，由信号最强的微小区来服务。使用同样的信道，微小区间进行同频复用。不需要进行msc切换。优点：保证覆盖半径，减小干扰减小24 电信业务流量与服务等级241电信业务

14、流量电信业务流量:定量地表示通信系统中各种设备和通道承受的负荷，用户对通信系统的通信业务需求的程度。 语音：电话负载话务量 非话：信息流量或业务流量。参数：l 呼叫强度：单位时间平均呼叫次数（呼叫成功呼叫失败的次数）。单位：呼叫/hl 呼叫占用时长或服务时间s：每次呼叫平均占用信道的时间（包括接续时间和通话时间）, 单位：h/呼叫l 时间区间t：考察的一段时间区间。单位：hl 业务流量y：单位：h, y=st话务量呼叫话务量asa：话务量。单位时间内（1小时）进行的平均电话交换量。p37例例：100个信道上，平均每小时有2100次呼叫，平均每次呼叫时间为2分钟，求这些信道上的话务量：a2100

15、1/3070erl（爱尔兰）每条信道的最大话务量为1 erl。242服务等级 电路交换系统：损失系统 数据通信系统：等待系统1 损失系统服务等级（1）呼损率（服务等级）b：单位时间平均呼叫次数（呼叫成功呼叫失败的次数）。0：单位时间平均呼叫成功的次数。a：话务量。单位时间内（1小时）进行的平均电话交换量。a0：完成的话务量。b越小，用户越满意。 b5 b10（2）假设呼叫具有下面性质： 独立，用户数量为无限大 概率相等，呼叫分布服从泊松分布 呼叫请求的到达无记忆性 可用的信道数目有限。 用户占用信道的概率服从指数分布则有n：信道数a：话务量b：呼损率爱尔兰b公式：为方便，见p38 tab2-1

16、 爱尔兰表(附录)第三章 无线信道的电波传播特性3.1 概述无线信道的电波传播特性与传播环境密切相关地貌、人工建筑、气候特征、电磁干扰情况、通信体移动速度和使用的频段。直接关系到无线通信设备要采用的无线传输技术，无线通信系统的通信能力和服务质量。一、无线电信号通过无线信道时遭受来自不同途径的衰减损坏，分为三类。 自由空间传播损耗与弥散。 阴影衰落由于电波传播遇到建筑物等阻挡，形成电波阴影区，阴影区的电场强度弱阴影效应。引起的衰落服从正态分布（正态衰落或高斯衰落）慢衰落 多径衰落由于移动传播环境的多径传输而引起的衰落。衰落振幅服从瑞利分布（瑞利衰落）多径衰落使信号电平起伏不定，严重时将影响通话质

17、量。快衰落主要特征是多径衰落。二、从无线系统工程的角度看： 自由空间传播损耗和阴影衰落主要影响无线区的覆盖。合理的设计可消除这种不利的影响， 多径衰落严重影响信号传输质量，不可避免的。只能用抗衰落技术来减少其影响。32自由空间的传播衰耗一、什么是自由空间：无源、理想、均匀无损耗的无限大空间、线性、各向同性。电波沿直线传播，不被吸收，不反射、折射、绕射、散射（能量无损失），速度等于真空中光速。二、自由空间传播衰耗的计算（以43页为准）球面积：接收机输入功率 传播衰耗 改写成公式 l32.4520lgd（km）20lg f（mhz）结论：传播距离增大一倍或工作频率提高一倍，传播衰耗增加6db。实际

18、上，接收天线所捕获的信号功率仅是发射天线辐射功率的很小一部分，大部分能量都散失掉了。自由空间的传播衰耗正反应了这一点。33阴影衰落传播的基本特性阴影衰落由于电波传播遇到建筑物等阻挡，形成电波阴影区，阴影区的电场强度弱阴影效应。引起的衰落服从正态分布（正态衰落或高斯衰落）慢衰落p44式3.6,3.7对数正态分布描述了在传播路径上，具有相同t-r距离时，不同的随机阴影效应，这种现象叫对数正态阴影。3.4多径传播的基本特性主要特征是多径衰落。1.多径衰落的概念l 在移动传播环境中，到达移动台天线的信号不是单一路径来的，而是许多路径来的众多反射波的合成。由于电波通过各个路径的距离不同，因而各个路径来的

19、反射波到达时间不同，相位也不同。不同相位的多个信号在接收端叠加，有时同相叠加而加强，有时反相叠加而减弱。这样，接收信号的幅度将急剧变化，即产生了衰落。l 对数字移动系统的主要影响时间扩散，引起信号符号间干扰。多普勒效应，引起信号相位变化2. 反射与多径信号 p45-46补充：在移动通信中，影响传播的三种最基本的机制为反射、绕射和散射。 接收功率是基于反射、散射和绕射的大尺度传播模型预测的最重要的参数，这三种传播机制也描述了小尺度衰落和多径传播。3.多普勒频移一般来说，电磁波为极化波，即在空间相互垂直的方向上同时存在电场成分，极化波在数学上可表示成两个空间互相垂直成分的和，例如水平和垂直，左手环

20、和右手环极化成分等。移动台在运动中通信时，接收信号频率会发生变化，多普勒效应。任何波动过程都具有的特性。多普勒效应示意图当移动台以恒定速度v，在长度为d 的路径上运动时由接收路径差造成的接收信号相位变化值为多普勒效应引起的附加频移称为多普勒频移。v运动速度，入射波与移动台运动方向的夹角。是波长。最大多普勒频移多普勒频移宽度为，其相关时间，它表征时变信道影响信号衰落的衰落节拍，信道随节拍在时域上对信号有不同的选则性。时间选择性衰落。对数字信号的误码性能有明显的影响。4.多径接收信号的统计特征（p47-48）瑞利衰落分布假定n个多径信号是相互独立的，且没有一个信号占支配地位。接收信号包络的衰落变化

21、服从瑞利分布。莱斯衰落分布在离基站较近的区域中，通常有较强的直射波，上述假定不成立，存在占支配地位的信号。接收信号包络的衰落变化服从莱斯分布。5.时延扩展（p50 ）在多径传播条件下，接收信号会产生时延扩展。发送端发送一个窄脉冲信号，其通过多条长度不同的传播路径。而传播路径又随移动台的变化而变化，所以发射信号沿各个路径到达接收天线的时间就不一样。这样，接收到的信号由许多不同时延的脉冲组成。时延扩展定义为最大传输时延和最小传输时延的差值。在数字传输中，由于时延扩展，接收信号中一个码元的波形会扩展到其它码元周期中，引起码间串扰。为了避免码间串扰，应使码元周期大于多径引起的时延扩展。6. 相关带宽（

22、p50-51）7表征衰落特性的数字特征 多径移动会产生严重衰落场强中值具有50概率的场强值p（）（old book fig 4-2 p117 场强中值的确定）（1）衰落速率(衰落率)信号包络衰落的速率。p53 式3.44（2）衰落深度反映衰落偏离中值的程度。（3）电平通过率（p53式3.46）（4）衰落持续时间（p53 ，54）35 电波传播损耗预测模型电波传播损耗预测模型计算无线路径的传播损耗，确定无线蜂窝小区的服务覆盖区。地形、地物对电波传播的影响a、 地形特征的分类与定义准平滑地形，不规则地形b、 传播环境的分类与定义 （地物）开阔区，郊区，市区，隧道区351 okumura模型（奥村模

23、式）估算的一种方法l 适应范围：频率：1500mhz150 mhz基地站天线高度：30200m(有效高度)移动台天线高度：110m(有效高度)传播距离：小区半径1kml om模式1、 计算自由空间的传播衰落2、 考虑基本衰落中值am（f，d） 准平滑 hb200m 市区 hm3m实际路径传播衰耗 3、 考虑天线高度的变化，天线高度的增益因子hb（hb，f），hm（hm，f）l old book例题：41 p130 例题：42 p131352 okumura-hata模型l 适应范围：l okumura-hata模型（p50 ）第四章 移动通信的调制技术4.1调制技术的基本概念1 调制与解调的基

24、本概念2 模拟调制调幅与调频42数字调制技术一、三种基本类型：askqam,16qam,256qamfskfsk , cpfsk(相位连续变化恒定包络移频键控),特例msk,gmskpskqpsk,oqpsk, /4qpsk二、移动通信中对调制、解调技术的要求（65页）要满足在允许的带宽内传送教高的速率，能适应瑞利信道传输，在解调时能用较低的信噪比条件达到所要求的误码率，调制器需要满足的要求： 调制的频谱效率高，每赫带宽能传送的比特率高。 调制的频谱的旁瓣小，避免对邻道的干扰。 能适应瑞利衰落信道，抗衰落性能好。误码率要尽可能低（在瑞利衰落的传输环境中，解调时所需的信噪比较低）微波上用的效率高

25、的多电平调制因为抗干扰能力差，不能用。 同频复用的距离小 高效率解调，降低移动台功耗 电路易于实现。43 移相键控一、数字调相的基本概念移相键控psk二相移相键控：“1”、“0”分别用载波的相位0和两个离散值表示。（p66式4.1）二相绝对移相键控bpsk：采用未调制载波的相位作为参考基准的调相。（二相差分移相键控）二相相对移相键控dpsk：以相邻的前一比特的载波相位为基准，利用前后两个相邻比特的载波相位差来传送数字信息二、 四相移相键控qpsk：(要求格雷码) （p68式4.7，图4。5）ncdma系统正向信道采用qpsk；反向信道采用dqpsk。自然码逻辑（0 =0 ） 载波相位0 + 0

26、0 + 900 + 1800 + 270四进制码0123双比特码00011011循环码逻辑格雷码（0 = 45） 载波相位0 + 00 + 900 + 1800 + 270四进制码0123双比特码00011110以参考相位为基准，已调波相位分为两种方式：a：已调波相位取/4的奇数倍。b：已调波相位取/2的整数倍。3/4 01/4 00/2 01 110 00参考相位-/4 10-3/4 11/2 10 a方式 b方式qpsk信号矢量图：与（p68图4.6一致）qpsk共有4个相位状态，其中一个状态均可转换为其他三个状态中的任意一个，也可以保持不变。所以存在180的相位跳变。二、oqpskoqp

27、sk与qpsk调制类似，只是在正交支路引入了一个比特（半个码元）的延时（见p67图4.3，4.4）使得两个支路的数据不会同时发生变化，因而不存在180的相位跳变，仅能产生90的相位跳变。oqpsk的交错数据流及星座图如（见p69图4.7，4.8）三、 /4qpsk1/4qpsk星座图及特点/4qpsk共有8个相位状态，全部状态转移在两组qpsk信号相位状态之间完成。这两组qpsk分别以红、绿表示，相隔/4。/4qpsk的相位转移只能从红点组转到绿点组。可能出现的最大相位跳变为135。从最大相位跳变来看，是oqpsk和qpsk的折衷，可以相干解调，也可以非相干解调。因此/4qpsk比qpsk有更

28、好的恒包络性质，对包络变化比oqpsk敏感。/4qpsk信号状态迁移轨迹/4qpsk信号优点：较高的频谱效率和功率利用性能，适合移动通信应用。缺点：需要线性功率放大器。44 移频键控一、 移频键控fsk是二进制移频键控，具有恒定包络且相位连续的调频波。“1”：0d“0”：0d定义调制指数： fd：频偏 tb：比特宽度h=0.5h=0.7h=1.5ff0fsk的频谱h越小越向中间靠拢，h=0.5占用频谱宽度窄。二、 最小移频键控msk（最小移频键控msk是普通fsk的一个特例）1 与移频键控fsk的区别和联系：移频键控fsk一般来说在频率转换处相位不连续，使功率谱产生很强的旁瓣分量，通过带限系统

29、也会产生包络起伏变化。为克服以上缺点，需控制相位的连续性，这种形式的数字频率调制方式称为相位连续变化（恒定包络）移频键控，其特例为最小移频键控msk。在一个码元的时间内，频偏产生的相位偏移。相位变化是连续的。2 最小移频键控msk调制指数h为0.5的fsk即msk。表示在一个码元的时间内，能用最小的信号频偏产生最大的相位偏移。在一个码元内的相位变化是直线。msk的表达式：3msk的相位网格图 参见p77 ，78 4。msk的特点：p78（5）5msk的功率譜在msk前面加一个高斯低通滤波器，以抑制旁瓣输出，因为gsm系统要求邻道干扰效益60db70db，所以msk不能满足要求。三、 高斯最小移

30、频键控gmsk1 与msk相比，gmsk的功率谱为什么可以得到改善？msk具有包络稳定，相对较窄的带宽，能进行相干解调的优点。但不能满足移动通信中对带外幅射的严格要求。为了压缩msk的功率谱，可在msk前加入预调制滤波器。gmsk原理图(p79 fig 4.24)预调制滤波器必须具有以下特点：预调制滤波器高斯低通滤波器使功率谱高频分量滚降变快。得到良好的频谱特性，调制指数仍为0.5。（参见图p80 fig4.26）2 gmsk的应用 gsm标准中，传输速率=1625/6kbit/s=270.833kb/s ,采用gmsk调制方式，tbbb0.3 （滤波器的3db带宽为bb）既照顾误码率又压旁瓣

31、。当tbbb时，等于不加滤波。gmsk的功率谱见：参见图p80 4.26gmsk：话音适用，调制效率低。45扩频调制技术一、 扩频调制技术概述1 分类 直扩序列扩频(ds)：采用比特率非常高的数字编码的随机序列去调制载波，使信号带宽远大于原始信号带宽； 跳频扩频（fh）: 采用较低速率编码序列的指令去控制载波的中心频率，使其离散地在一个给定频带内跳变，形成一个宽带的离散频率谱。 各种混合系统。fh/ ds2 何为扩频通信，其特点？扩频用来传输信号带宽远大于原始信号带宽。频带的扩展由独立于信息的码来实现。在接收端用同步接收实现解扩和数据恢复。该项技术称为扩频调制，传输信号的系统称为扩频系统。特点

32、：p83二、直扩序列扩频ds1、 直接序列ds扩频系统的工作原理p84 fig4.29采用比特率非常高的数字编码的随机序列去调制载波，使信号带宽远大于原始信号带宽；2扩频码序列1 对扩频码要求：p832 伪随机码序列采用窄脉冲、高速率伪随机码序列。具有很强的隐蔽性和很强的抗白噪声和单频及窄带、宽带干扰的能力。3、 扩频增益（由频谱扩展对抗干扰带来的好处）扩频增益处理增益：gpbw / bsbw：扩频信号带宽bs：信息带宽,信码速率例：p85三、跳频扩频（fh）1. 跳频扩频系统的工作原理（1） 原理框图p86 fig4.32（2） 什么是跳频及作用 采用较低速率编码序列的指令去控制载波的中心频

33、率，使其离散地在一个给定频带内跳变，形成一个宽带的离散频率谱。靠躲避干扰来达到提高信噪比的。调频扩频通信系统中，载波频率通常有几十个甚至成千上万个，必须用复杂的伪随机码来控制频率的变化。有较强的抗干扰能力：对单频干扰和窄带干扰、近电台产生的远近效应，可以利用跳频抵抗。2.原理上与直扩系统的区别 跳频扩频：靠躲避干扰来达到提高信噪比的 直扩系统：靠频谱扩展和解扩处理提高信噪比3.指标 扩频增益（分析同直扩系统） 跳变的速率： 慢跳频：跳变的速率远比信号速率低 快跳频：跳变的速率接近信号最低速率例：为了进一步提高编码和交织的抗衰落能力，gsm中还提供了可供选择的慢跳频能力。跳频提供了传输链路上的分

34、集，且可将干扰的影响均匀分到所有话路上。慢跳频的原理是：每个移动台在每个tdma (frame)的发送时隙改变一次频率。也就是说移动在当前的一个时隙（577us）上用一个固定的频率发送（或接收），在下frame相同时隙以前移动台必须跳到另一个固定频率上，以便在相同时隙用新的固定频率进行发送（或接收）。收和发始终保持在双工频点上。跳频的频点数为1到64 gsm跳频是在tdma帧时隙上进行的。c0（广播信道）：不跳。bcch、ccch，刚开机，校正用。ccch有的没有用满也可跳，但是bcch一定不跳。要求跳频每组的数目最少应大于4个，否则起不到抗干扰的目的。因为频率越少，相关性越大，干扰越大。第五

35、章 抗衰落技术51概述1 引入抗衰落技术原因阴影衰落，多径衰落，气象等条件的变化也影响信号的传播。2 常用的抗衰落技术 分集技术：补偿衰落信道损耗 均衡技术：补偿由于多径效应而产生的码间干扰的 信道编码：通过在发送信息时加入冗余的数据位来改善链路的性能。52分集技术1 分集技术的基本概念及分类分集技术的基本概念如何利用多径信号来改善系统的性能。利用传输多条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，以便大大降低多径衰落的影响，从而改变传输的可靠性。分类： 显分集：空间分集，极化分集，角度分集，频率分集，时间分集 隐分集：交织编码（第9章

36、），直扩，跳频（第4章）。2 移动系统中用的分集技术空间分集：画出空间分集的示意图（p91图5。2）发射端采用一幅天线，接收端采用多幅天线。接收端天线之间的距离d应足够大，以保证各接收天线输出信号的衰落特性是相互独立的。理想情况下，接收端天线之间的距离d为/2就足以保证各支路接收的信号是不相关的。但在实际系统中，接收天线之间的间隔要视地形地物等具体情况而定。空间的间距越大，多径传播的差异越大，所收场强的相关性就越小。天线间隔，可以是垂直间隔也可以是水平间隔，但垂直间隔性能差，不用。为获得相同的相关系数，基站两分集天线之间垂直距离应大于水平距离。分集的支路数m越大，分集的效果越好。但当m较大时m

37、3，分集的复杂性增加，增益的增加随m的增大而变得缓慢。极化分集；角度分集；频率分集；时间分集（p9192）3 分集技术的合并技术 选择式合并（要求画出示意图） 最大比合并（要求画出示意图）选择式合并只需在接收机处使用一个附加监测台和一个天线切换开关，因而很易实现。但是，它并不是最优的分集技术，因为它未在同一时刻使用所有可用的支路。而最大比合并则不同，它采用同相和加权的技术，利用了m条支路中的每一条，因而它可以在接收的每一时刻均会达到可实现的最大信噪比。（rap p242243） 等增益合并 开关式合并4分集系统的性能改善（p96图5。11）：53隐分集技术（略）54自适应均衡技术及其应用（略）

38、55信道编码（略）第七章 移动通信中的多址接入技术71 概述一、 多址技术：众多的移动台，通过空中交换信息而彼此互不干扰的一种接入技术。二、多址接入方式l 当以传输信号的载波频率的不同划分来建立多址接入时，称为频分多址方式fdmal 当以传输信号存在的时间不同划分来建立多址接入时，称为时分多址方式tdmal 当以传输信号的码型不同划分来建立多址接入时，称为码分多址方式cdma三种多址接入方式示意图fdma是频率资源的重用，以频道来分离用户地址，是频道受限和干扰受限系统。tdma是时隙资源的多用，以时隙来分离用户地址，时隙受限和干扰受限的系统。但一般说来，它只是干扰受限的系统。cdma是码型资源

39、的重用。72 fdma方式 一、频分多址（fdma）系统原理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。l 把可以使用的总频段划分为若干占用较小带宽的频道，这些频道在频域上互不重叠，每个频道就是一个通信信道，分配给一个用户。l 在接收设备中使用带通滤波器允许指定频道里的能量通过，但滤除其他频率的信号，从而限制临近信道之间的相互干扰。l fdma通信系统的基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号；任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转，因而必须占用4个频道才能实现双工通信。不过，移动台在通信时所占用的频道并不是固定指配的，它通常是在通信建立阶段由系统控制中心

40、临时分配的，通信结束后，移动台将退出它占用的频道，这些频道又可以重新分配给别的用户使用。 二、fdma系统的特点l fdma信道每次只能传送一个电话。l 每信道占用一个载频，相邻载频之间的间隔应满足传输信号带宽的要求。l 符号时间比平均延迟扩展大，码间干扰小。l 技术成熟，易于与模拟系统兼容，对信号功率控制要求不严格。l 但是在系统设计中需要周密的频率规划，基站需要多部不同载波频率发射机同时工作，设备多且容易产生信道间的互调干扰。l 越区切换较为复杂和困难。73 tdma方式一、tdma系统原理利用无线信号时间上的正交性，尽管使用相同的频率但在不同的时间里通话，不会相互产生干扰。在一对频率构成

41、的频道上分成许多时隙，供不同用户通话使用。所以分配给各移动台的不是特定的载频，而是一个特定的时隙。l 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)，每一个时隙就是一个通信信道,配给一个用户。l 根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发射信号，满足定时和同步的条件下，基站可以在各时隙中接收到各移动台的信号而互不干扰。l 基站发向各个移动台的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动台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出来。 l在gsm中，无线路径上是采用时分多址（tdma）方式。每一频点（频道或叫载频trx）上可

42、分成8个时隙，每一时隙为一个信道，因此，一个trx最多可有8个移动客户同时使用，见图所示。 频分多址和时分多址方式图中所示（a为fdma，b为tdma）是一个方向的情况，在相反方向上必定有一组对应的频率（fdma）时隙（tdma）。 二、 tdma的帧结构 p140gsm帧结构p187, p188 fig 9.16三、 tdma系统的同步与定时同步与定时是tdma系统正常工作的前提位同步；帧同步；系统定时四、tdma系统具有如下特性 (1) 每载频多路。(2) 突发脉冲序列传输。移动台信号功率的发射是不连续的，只是在规定的时隙内发射脉冲序列。 (3) 传输速率高，每载频含有时隙多，则频率间隔宽

43、，数字传输带来了时间色散，使时延扩展量加大，务必采用自适应均衡技术。 (4) 传输开销大。由于tdma分成时隙传输，使得收信机在每一突发脉冲序列上都得重新获得同步。为了把一个时隙和另一个时隙分开，保护时间也是必须的。因此，tdma系统通常比fdma系统需要更多的开销。 (5) 对于新技术是开放的。(6) 共享设备的成本低。由于每一载频为许多客户提供业务，所以tdma系统共享设备的每客户平均成本与fdma系统相比是大大降低了。(7) 移动台较复杂。它比fdma系统移动台完成更多的功能，需要复杂的数字信号处理。 74 cdma方式一、 cdma（coded division multiple ac

44、cess）系统原理利用无线信号码序列的正交性既互不相关性。l 不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分，而是用各自不同的编码序列来区分，或者说，靠信号的不同波形来区分。l 从频域或时域来观察，多个cdma信号是互相重叠的。l 接收机的相关器可以在多个cdma信号选出使用的预定码型的信号。其他使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。它们的存在类似于在信道中引入了噪声或干扰，通常称之为多址干扰。 l 无论正向传输或反向传输，除去传输业务信息外，还必须传送相应的控制信息。为了传送不同的信息，需要设置相应的信道。l 这些逻辑信道无论从频域或者时域是相互重叠的，或者

45、说它们均占用相同的频段和时间。二、理想地址码和扩频码的特性（要求） 足够多 良好的自相关特性（尖锐） 处处为0的互相关特性 不同码元数平衡相等 尽可能大的复杂度三、地址码：沃尔什（walsh）码 p143 优点：正交码， 良好的自相关特性，处处为0的互相关特性。 缺点：各码所占用的频谱宽度不同，不能做扩频码。l walsh码的生成哈大玛（hadamard）矩阵m11 - hadamard矩阵的一般表达式l 应用：（详见教材）前向码分信道，码分信道数64；（n-cdma）反向码分信道的编码调制四、 m序列伪随机码准正交码（第5章） 优点：具有类似白噪声的特点，能达到尖锐的自相关特性和较好的互相关

46、特性，同一码组内的各个码可以作到频带很宽，且相等。 缺点：互相关特性不是处处为0，系统性能会受影响。五、 gold序列（选讲） gold序列 p147p148是m序列的组合码，由优选对的两个m序列逐位模2加得到。将m序列向后移位，可以得到新的gold序列。构造简单，序列多应用广泛。六、 cdma系统的特点具有更大的系统容量、更高的话音质量以及抗干扰、保密等优点。（作为第三代数字蜂窝移动通信系统的首选方案。）1、语音激活技术cdma系统中，所有用户共享同一个无线信道，当某一用户不讲话时，该用户的发射机不发射或少发射功率。这样，其他用户受到的干扰都相应地减少。利用相应的编码技术，使用户的发射机所发

47、射的功率随着用户的语音来作调整。即用户讲话时语音编码器输出速率高，发射机所发射的平均功率大，当用户不讲话时语音编码器输出速率很低，发射机所发射的平均功率很小。2、 软容量及意义在cdma系统中，系统容量是受多址干扰限制，当用户数量超过容量时，只是话音质量有所降低，而不会象fdma或tdma系统那样造成呼损，所以称为软容量。其意义是在通话高峰期（忙时）或进行越区切换时，不会象fdma或tdma系统一样由于缺少信道而导致通话中断，而只是稍微降低用户的通话质量，待小区负荷减轻时，通话质量还可恢复正常。3、软切换及意义在cdma系统中，由于所有的小区都可以使用相同的频率，小区之间是以码型的不同来区分的

48、。当移动用户从一个小区移动到另一个小区时，不需要移动台进行收、发频率切换，只需要在码序列上作相应地调整，称为软切换。优点：先与新的基站接通新的通话，然后再切断原通话链路。不会出现“乒乓”效应。又由于系统具有软容量，越区切换的成功率远大于fdma和tdma。4、 rake接收机将多径信号分离出来分别接收，可以克服多径衰落，并等效提高了接收有用信号的功率。5、 保密性能好，耗电省6、 远近效应：距离接收机近的用户对距离远的用户的造成的干扰。克服远近效应，采用严格的功率控制。76 系统容量通常用无线容量m表示系统容量。 对于蜂窝系统m的定义： 式中，m是系统容量；是分配给系统的总的频谱；是信道带宽；

49、n是频率复用的小区数。一、 fdma和tdma蜂窝系统的容量模拟fdma系统 信道/小区式中c/i为载干比。 数字tdma系统 信道/小区 式中等效带宽 m为载波的时隙数二、 cdma蜂窝系统的容量 系统容量 信道/小区式中w是总频带宽度（cdma信号所占频谱宽度）；是信息的比特速率；是信息的比特能量；是干扰的功率谱密度。类似通常所说的归一化信噪比，是系统的处理增益。例：ncdma系统所占的有效频谱宽度mhz，语音编码速率kbit/s，若比特能量与噪声密度比db，则m=29.5；若db，则m=37。如果考虑扩频带宽中的背景热躁声，则 信道/小区如果考虑cdma蜂窝系统的特点，还应该根据其特点，对系统容量公式进行修正。1、 采用语音激活技术提高系统容量由于人们在通话过程中讲话是不连续的，统计表明，对话的激活比（占空比）d通常小于35%，也就是说，在通话过程中平均只有35%的时间在讲话，另外65%的时间处于听对方讲话、停顿或其他等待状态。如果在语音停顿时，停止信号发射，对cdma系统而言，其他用户所受到的干扰都会相应的减少65%，从而系统容量可以提高到原来的1/d=2.86倍。因此，可将公式修正为 信道/小区如果系统是干扰受限而不是噪声受限，公式为 信道/小区d=0.35占空比2、 利用扇区划分提高