移动通信复习大提补完版

1、移动通信2014复习提纲总体要求： 基本概念、基本计算、基本分析、基本特性、*规范或格式侧重: 方案的简单设计（有一题选自电信日PPT）、分析、评价涉及微观部分（子系统）、系统（14、15、16章）两个方面概念术语：中文 英文词的缩写解释 TDD：Time Division DuplexFDD: Frequency Division DuplexSIM: Subscriber Identity Module MSC：Mobile Switching CenterMTSO：Mobile Telephone Switching OfficePSTN：Public Switched Telephon

2、e NetworkMSK：Minimum Shift Keying WCDMA:WideBand CDMA,直接序列扩频的码分多址(DS-CDMA)技术RRM无线资源管理(Radio Resource Management)底层技术：无线信道 多址及设计 调制 信源编码整体系统：系统结构、工作原理或流程、规划与设计初步（平衡）第一章绪论术语1、基站：移动无线系统中的固定站台，用来和移动台进行无线通信。基站建在覆盖区域的中央或边缘包含有无线信道设备和架在塔上的发射、接收天线。2、控制信道：用于呼叫建立，呼叫请求，呼叫初始化和其它标志及控制用途。 3、前向信道：用来从基站向用户传送信息的无线信道。

3、4、全双工系统：同时允许双向通信的通信系统。发送和接收一般使用两个不同的频道(例如FDD)，而新的无绳或个人通信系统使用TDD技术。5、半双工系统：使用一条信道来发送和接收，只允许单向通信的通信系统。在任一个指定的时刻，用户只能发送或接收信息 6、切换：将移动站从一个信道或基站切换到另一个信道或基站的过程：7、移动站：在蜂窝移动服务中计划在不确定的地点并在移动中使用的终端。移动站可以是便携的手持部件，或是安装在移动车辆 8、移动交换中心：在大范围服务区域中协调呼叫路由的交换中心。在蜂窝系统中，移动交换中心将蜂窝基站和用户连到公用交换电话网上。移动交换中心也称作移动电话交换局 9、寻呼：将简短的

4、信息广播到整个服务区域中，一般通过许多基站同时广播的方式进行。10、反向信道：用来从移动用户向基站传输信息的无线信道 11、漫游:移动台可以在不是最初登记的其它区域内通信。 12、用户：使用移动通信服务而付费的使用者。13、收发信机：能同时发送和接收无线信号的设备。14、寻呼系统：寻呼系统是给用户发送简短消息的通信系统。无线通信系统分类： 无绳电话系统：使用无线电来连接便携手持机和专用基站的全双工系统，而专用基站通过电话线连到公用电话交换网上去。-第一代无绳电话系统：80年代制造，便携部分只能和专用基站部分通信，达到几十米远。-第二代无绳电话：90年代末。允许用户在诸如市中心的许多室外场所使用

5、，覆盖远达几百米的范围。 系统结构概图及简要工作过程移动通信的主要特点具有三重动态特性信道动态性:发展原动力。无线通信，开放式传播。信道时变性、随机性，大大降低通信容量、质量。用户动态性:发展的原动力业务动态性:对3G1、2、3G移动系统的典型代表及主要特点，标准方面大类分类移动通信的发展.总体方面及国内 总体方面：正式商业运营30多年，大约每十年就更新一代。目前正处于第二代(2G)与第三代(3G)的交接期、4代启动期1）第一代(1G)：第一代(1G)：特征=模拟式蜂窝网，商用化=20世纪70年代末80年代初开始，代表性标准=北美的AMPS(Advanced Mobile Phone Syst

6、em)世界第一个可商用系统、欧洲的TACS(Total Access Communication System)两大系统、北欧NMT及日本HCMTS系统等。 解决问题及技术措施： 动态性问题：一重动态性=用户、适当考虑第二重信道动态性。 用户的动态寻址问题：频分多址FDMA。 扩大覆盖服务范围和满足用户数量增长的需求问题：蜂窝式网络结构和频率规划实现载频再用方式。技术问题=资源有限，蜂窝由贝尔实验室提出。 信道动态特性匹配问题 干扰：适当采用了性能优良的模拟调频方式。 空间选择性衰落：利用基站二重空间分集方式抵抗。 2）第二代(2G)：特征=数字化，即数字式蜂窝移动通信系统，20世纪90年代初

7、正式走向商用。标准=欧洲的时分多址(TDMA)GSM=率先，解决漫游-统一标准问题、北美的码分多址(CDMA)的IS-95两大系统、日本的PDC系统等。 解决问题及技术措施： 动态性问题：数字化基础上的较全面考虑信道与用户的二重动态特性及相应的匹配措施。 用户的动态寻址问题：采用TDMA(GSM)、CDMA(IS-95)方式。 扩大覆盖服务范围和满足用户数量增长的需求问题：数字式蜂窝网络结构、频率(相位)规划。 在信道动态特性匹配问题：问题-解决方案或思路 干扰：调制-抗干扰性能优良=GMSK(GSM)、QPSK(IS-95)，性能优良的抗干扰纠错编码-卷积码(GSM、IS-95)、级联码(G

8、SM)； 慢衰落与远近效应：功率控制技术抵抗； 频率选择性衰落与多径干扰：自适应均衡(GSM)、Rake接收； 时间选择性衰落：信道交织编码=帧间交织方式(GSM)、块交织方式(IS-95)； 空间选择性衰落：基站=空间或极化分集方式； 3）第三代(3G) ：特征=多媒体业务，本世纪初刚刚投入商业化运营，代表性标准=北美的CDMA2000、欧洲与日本的WCDMA、我国提出的TD-SCDMA三大系统。 解决问题及技术措施： 动态性问题：用户选择业务=随机的。全面考虑并完善对信道、用户二重动态特性匹配特性，并适当考虑到业务的动态性能。 继续采用第二代(2G)中所采用的所有行之有效的措施。 与业务动

9、态特性的匹配问题：可实现对不同速率业务(不同扩频比)间仍具有正交性能的OVSF(可变扩频比正交码)多址码。 用户的动态寻址问题：CDMA(IS-95)方式。为了克服CDMA中的多址干扰，在3G系统中，上行链路建议采用多用户检测与智能天线技术；下行链路采用发端分集、空时编码技术； 满足数据业务要求误码率低且实时性要求不高的特点：3G中对数据业务采用了性能更优良的Turbo码。 网络结构：功能也在逐步完善； 网络协议逐步走向规范化：初步形成横向=物理层、链路层、网络高层；纵向=用户业务平面与控制平面。 逐步完善网络层辅助物理层实现对三重动态性的匹配，完善对无线资源管理、移动性管理及接入分配、调度算

10、法的实现； 第二代(2G)开始逐步引入智能网，实现交换与控制的分离，并通过业务生成系统快速生成新业务。 国内的发展 ： 80年代我国引入模拟式(TACS)：已完成其历史任务而被淘汰； 第二代移动通信GSM系统是全球第一，规模最大、用户最多； CDMA系统即将成为全球第一； 第三代移动通信系统，刚投入运营，为建设阶段.业务方面1) 第一代是在单一模拟电路交换平台上，完成单一模拟语音业务； 2) 第二代是在单一数字电路交换平台上，完成数字式语音或相同速率电路交换的数据业务； 3) 第二代半(2.5G)在建立的两个平行的电路(CS)与分组(PS)交换平台上，完成数字化语音和小于64Kbps的电路交换

11、、小于171.2Kbps的分组交换的各类数据业务服务；4) 第三代首先在第二代半基础上进行增强与改善，并在其基础上逐步改造成单一分组交换的IP平台，提供小于2Mbps的各类多媒体业务服务.实现的功能（业务服务功能）1) 第一代与第二代的通话功能 ； 2) 第二代半增加了因特网业务和定位业务； 3) 第三代发展成具有会话型、数据流型、互动型与后台类型的综合服务多媒体业务功能； 4) 第三代首先在第二代半基础上进行增强与改善，并在其基础上逐步改造成单一分组交换的IP平台，提供小于2Mbps的各类多媒体业务服务。 移动通信的发展趋势与展望移动通信在接入方面的灵活性与光缆在骨干线路与核心网容量、质量上

12、的优越性能完美结合，构筑了未来通信发展的一个基本框架与蓝图。未来设想或目标：发展方向是个人通信。即在全球范围内逐步实现全球一网(统一的网络结构)，每人一号(一个身份号码)，在任何时间、任何地点(海、陆、空)以任何通信方式与任何对象(人或机器)进行任何业务(语音、数据、图像等)的无缝隙、不间断通信，这是人类为未来通信绘制的理想蓝图。一个是全球性骨干核心网络平台；一个是无时无处不在的灵活接入手段（其中的无线接入的陆地系统的蜂窝移动网=移动通信）； 4G发展趋势（自查资料） 4G移动通信系统的主要特点和关键技术 1、引言 随着人们对移动通信系统的各种需求与日俱增，目前投入商用的2G、2.5G系统和部

13、分投入商用的3G系统已经不能满足现代移动通信系统日益增长的高速多媒体数据业务，许多国家已经投入到对4G移动通信系统的研究和开发中。 2、4G移动通信系统的主要特点 与3G相比，4G移动通信系统的技术有许多超越之处，其特点主要有： (1)高速率。对于大范围高速移动用户(250km/h)，数据速率为2Mb/s；对于中速移动用户(60km/h)，数据速率为20Mb/s；对于低速移动用户(室内或步行者)，数据速率为100Mb/s。 (2)以数字宽带技术为主。在4G移动通信系统中，信号以毫米波为主要传输波段，蜂窝小区也会相应小很多，很大程度上提高用户容量，但同时也会引起系列技术上的难题。 (3)良好的兼

14、容性。4G移动通信系统实现全球统一的标准，让所有移动通信运营商的用户享受共同的4G服务，真正实现一部手机在全球的任何地点都能进行通信。 (4)较强的灵活性。4G移动通信系统采用智能技术使其能自适应地进行资源分配，能对通信过程中不断变化的业务流大小进行相应处理而满足通信要求，采用智能信号处理技术对信道条件不同的各种复杂环境进行信号的正常发送与接收，有很强的智能性、适应性和灵活性。 (5)多类型用户共存。4G移动通信系统能根据动态的网络和变化的信道条件进行自适应处理，使低速与高速的用户以及各种各样的用户设备能够共存与互通，从而满足系统多类型用户的需求。 (6)多种业务的融合。4G移动通信系统支持更

15、丰富的移动业务，包括高清晰度图像业务、会议电视、虚拟现实业务等，使用户在任何地方都可以获得任何所需的信息服务。将个人通信、信息系统、广播和娱乐等行业结合成一个整体，更加安全、方便地向用户提供更广泛的服务与应用。 (7)先进的技术应用。4G移动通信系统以几项突破性技术为基础，如：OFDM多址接入方式、智能天线和空时编码技术、无线链路增强技术、软件无线电技术、高效的调制解调技术、高性能的收发信机和多用户检测技术等。 (8)高度自组织、自适应的网络。4G移动通信系统是一个完全自治、自适应的网络，拥有对结构的自我管理能力，以满足用户在业务和容量方面不断变化的需求。 3、4G移动通信系统的关键技术 为了

16、适应移动通信用户日益增长的高速多媒体数据业务需求，具体实现4G系统较3G的优越之处，4G移动通信系统将主要采用以下关键技术： (1)接入方式和多址方案 OFDM(正交频分复用)是一种无线环境下的高速传输技术，其主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，各子载波并行传输。尽管总的信道是非平坦的，即具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽。OFDM技术的优点是可以消除或减小信号波形间的干扰，对多径衰落和多普勒频移不敏感，提高了频谱利用率，可实现低成本的单波段接收机。OFDM的主要缺点是功率效

17、率不高。 (2)调制与编码技术 4G移动通信系统采用新的调制技术，如多载波正交频分复用调制技术以及单载波自适应均衡技术等调制方式，以保证频谱利用率和延长用户终端电池的寿命。4G移动通信系统采用更高级的信道编码方案(如Turbo码、级连码和LDPC等)、自动重发请求(ARQ)技术和分集接收技术等，从而在低Eb/N0条件下保证系统足够的性能。 (3)高性能的接收机 4G移动通信系统对接收机提出了很高的要求。Shannon定理给出了在带宽为BW的信道中实现容量为C的可靠传输所需要的最小SNR。按照Shannon定理，可以计算出，对于3G系统如果信道带宽为5MHz，数据速率为2Mb/s，所需的SNR为

18、l.2dB；而对于4G系统，要在5MHz的带宽上传输20Mb/s的数据，则所需要的SNR为12dB。可见对于4G系统，由于速率很高，对接收机的性能要求也要高得多。 (4)智能天线技术 智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线应用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号的目的。这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。 (5)MIMO技术 MIMO(多输入多输出)技术是指利用多发射、多接收天线进行空间分集的技术，它采用的是分立式多

19、天线，能够有效的将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而大大提高容量。信息论已经证明，当不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关时，MIMO系统能够很好地提高系统的抗衰落和噪声性能，从而获得巨大的容量。例如：当接收天线和发送天线数目都为8根，且平均信噪比为20dB时，链路容量可以高达42bps/Hz，这是单天线系统所能达到容量的40多倍。因此，在功率带宽受限的无线信道中，MIMO技术是实现高数据速率、提高系统容量、提高传输质量的空间分集技术。在无线频谱资源相对匮乏的今天， MIMO系统已经体现出其优越性，也会在4G移动通信系统中继续应用。 (6)软件无线电技术 软件无线电是将标准化、模块化的

20、硬件功能单元经过一个通用硬件平台，利用软件加载方式来实现各种类型的无线电通信系统的一种具有开放式结构的新技术。软件无线电的核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器，并尽可能多地用软件来定义无线功能，各种功能和信号处理都尽可能用软件实现。其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、信源编码软件、信道纠错编码软件、调制解调算法软件等。软件无线电使得系统具有灵活性和适应性，能够适应不同的网络和空中接口。软件无线电技术能支持采用不同空中接口的多模式手机和基站，能实现各种应用的可变QoS。 (7)基于IP的核心网 4G移动通信系统的核心网是一个基于全IP的网络，同已有的

21、移动网络相比具有根本性的优点，即：可以实现不同网络间的无缝互联。核心网独立于各种具体的无线接入方案，能提供端到端的IP业务，能同已有的核心网和PSTN兼容。核心网具有开放的结构，能允许各种空中接口接入核心网；同时核心网能把业务、控制和传输等分开。采用IP后，所采用的无线接入方式和协议与核心网络(CN)协议、链路层是分离独立的。IP与多种无线接入协议相兼容，因此在设计核心网络时具有很大的灵活性，不需要考虑无线接入究竟采用何种方式和协议。 (8)多用户检测技术 多用户检测是宽带CDMA通信系统中抗干扰的关键技术。在实际的CDMA通信系统中，各个用户信号之间存在一定的相关性，这就是多址干扰存在的根源

22、。由个别用户产生的多址干扰固然很小，可是随着用户数的增加或信号功率的增大，多址干扰就成为宽带CDMA通信系统的一个主要干扰。传统的检测技术完全按照经典直接序列扩频理论对每个用户的信号分别进行扩频码匹配处理，因而抗多址干扰能力较差；多用户检测技术在传统检测技术的基础上，充分利用造成多址干扰的所有用户信号信息对单个用户的信号进行检测，从而具有优良的抗干扰性能，解决了远近效应问题，降低了系统对功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用链路频谱资源，显著提高系统容量。随着多用户检测技术的不断发展，各种高性能又不是特别复杂的多用户检测器算法不断提出，在4G实际系统中采用多用户检测技术将是切实可行的。4、

23、4G移动通信的技术发展为了可以使4G技术的使用范围更加宽阔，解决体制兼容、时延扩展与远近效应等多方面的难题，世界范围内的通信工程领域的研究者们对现代移动通信技术做了更为深入的研究，许多关键性的通信技术被开发出来，并投入到了通信市场当中。下面对移动通信的技术做出分析： （1）多址技术：扩频码的选择对于4G系统来说十分重要，因为4G系统采用的是CDMA码分多址技术。64位的Walsh函数是CDMA IS一95移动通信系统所选择的扩频码，这样就使得系统的前向信道的有关性能得到了保障，但是，反向信道的运行性能却很差。通信领域的研究者们对OVSF（正交可变扩频因子）进行了深层次的探究，将其在可用数目、重

24、复利用与生成方法方面存在的问题进行了解决，使多址技术可以服务于4G系统，促进了4G系统的广泛应用。 （2）IPV6技术：为了避免3G技术中出现的编址不合理、空间资源浪费的状况，4G移动通信技术引进了IPV6技术，它拥有着巨大的编址空间，同时具有自动控制技术、安全性能好、移动安全性高等优点。根据技术专家的预想，在未来能够使得IPV6为整个4G移动通信系统提供编址空间，节省大量的空间资源。该技术也可以自动配置有状态和无状态这两个地址。在无状态时，在没有人为干预的情况下，系统可以根据这个地址的节点利用邻居机制，为其获得唯一的地址。在传输信息时，为了保证4G信息的安全可靠，IP地址流会交给各个节点来处

25、理。了解移动设备的通信节点也是通过交换IP地址的方式进行，这样每个移动设备配备唯一的IP地址的方式很好地保证了移动设备使用的安全性。 （3）OFDM技术：OFDM即正交频分复用技术，是多载波调制的一种，是4G移动通信中使用的核心技术。将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输，提高了抗衰落能力。可以在接收端采用相关技术将正交信号分开，减少子信道之间的互相干扰。每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分更容易保证信道的均衡。相邻的子载波之间相互重叠的关系使得频谱的运行效率较高。当信道较好时，子载波会自动调节成效率较高的模式，信号较差时，自动调节

26、成抗干扰较强的方式，智能技术的使用使得OFDM更加有利于高速传输数据。 （4）智能天线技术：智能天线主要是指自适应天线阵列，是利用移动用户和基站间各个传输链路空间特征的差异，在基站端运用信号处理技术和软件技术，通过多天线阵元结构，产生特定方向特性天线波束，在同一信道上减少多个移动用户接收和发送信号的干扰，提高频谱利用率的一种分集技术，其本质是利用相位关系抑制多址干扰和多径干扰。智能天线技术的发展主要是考虑智能天线和移动通信环境的特性，如电波的传播特性、干扰和信号带宽的有效性等，通过链路级和系统级的仿真与实际验证，综合利用计算机处理技术优化天线阵列参数和设计数据业务的最优传输模式。智能天线除了在

27、提高频谱利用率 抑制干扰等方面的优点外，还可以通过基站对移动用户发射信号的空间特征矩阵的分析，实现对用户空间位置的较精确定位。第二章无线传播与移动信道概念、计算、特性，用于系统规划与设计通信的3项基本指标有效性：是指在占有尽可能少的信道资源=?，如频段、时隙和功率等的条件下尽可能多地传送信源的信息，是通信的数量上的指标。可靠性：主要是指在传输过程中抵抗各类客观自然干扰的能力，但是在特殊的军事通信中，它还包含抵抗人为设置干扰的能力。 安全性：主要是指在传输中的安全保密性能，即收端防窃听、发端防伪造和篡改等的能力。信道分类-按传输媒质有线信道:有线信道包括架空明线、电缆及光纤。无线信道:无线信道中

28、有中、长波地表面波传播，短波电离层反射传播，超短波和微波直射传播以及各种散射传播。-从信道特性参数随外界各种因素的影响而变化分类：恒参信道:恒参信道是指其传输特性的变化量极其微小。且变化速度极慢，或者说，在足够长的时间内，其参数基本不变。变参信道:变参信道是指传输特性随时间的变化较快。移动信道为典型的变参信道。移动通信信道的3个主要特点：1）传播的开放性：一切无线信道都是基于电磁波在空间的传播来实现开放式信息传输的。2）接收环境的复杂性：接收点地理环境的复杂性与多样性。按接收点地理环境划分为3类典型区域，高楼林立的城市繁华区，以一般性建筑物为主体的近郊区，以山丘、湖泊、平原为主的农村及远郊区。

29、3）通信用户的随机移动性：准静态的室内用户通信，慢速步行用户通信，高速车载用户通信（=70Km）移动信道的传播路径（ 移动台接收N条路径信号）及电磁波分类MS接收N条路径信号电磁波传播角度观察：直射波：是指在视距覆盖区内无遮挡的传播。它是超短波、微波的主要传输方式，经直射波传播的信号最强。反射波：是指从不同建筑物或其它反射体反射后到达接收点的传播信号。信号强度较直射波弱,近距离的多普勒效应。绕射波：从较大的建筑物与山丘绕射后到达接收点的传播信号。但它需要满足电波产生绕射的条件，其信号强度较直射波弱。其它：穿透建筑物的传播及空气中离子受激后,二次发射的漫反射产生的散射波，但它们相对于直射波、反射

30、波、绕射波都比较弱。频率f30MHz的典型传播通路：直射波：直接到达接收天线的电波，对VHF和UHF频段=主要方式；地面反射波：经过地面反射到达接收机的电波；地表面波：沿地球表面传播的电波，对VHF和UHF频段的地表面波可以忽略不计。原因：地表面波的损耗随频率升高而急剧增大，传播距离迅速减小。反射和散射：在移动信道中，电波遇到各种障碍物时会发生反射和散射现象，它对直射波形成干涉，产生多径衰落现象。自由空间的传播损耗已知球面的表面积为4d2，因此，在球面单位面积上的功率应为PT/4d2；若接收天线所能接收的有效面积取为A=24，则接收功率为： 传播损耗=发射功率与接收功率的比值，则自由空间传播损

31、耗Lbs，为：工程应用：以dB表示，有：式中，f为波长换算的相应的工作频率(MHz)，d为收发间距离(km)。结论：自由空间传播损耗只与工作频率、和传播距离d有关。当工作频率提高一倍，或者说工作波长减小一半时，电波在自由空间的传播损耗就增加6dB。同样，当传播距离加大一倍时，传播损耗也增加6dB。当一束电波通过折射率随高度变化的大气层时，由于不同高度上的电波传播速度不同，使电波射束发生弯曲，弯曲的方向和程度取决于大气折射率的垂直梯度dndh。这种由大气折射率引起电波传播方向发生弯曲的现象，称为大气对电波的折射。视线传播极限距离 、地球等效半径认为电波依然按直线方向行进，只是地球的实际半径Ro(

32、6370Km)变成了等效半径ReRe与R之间的关系为： 式中，k称作地球等效半径系数。大气折射对传播的影响：大气折射有利于超视距的传播；在视线距离内，也会产生多径衰落因为由折射现象所产生的折射波会同直射波同时存在。视线传播的极限距离为：典型数据：标准大气折射情况下即当dndh-410-8(m-1)时，等效地球半径系数k=43，地球等效半径Re=8500 km。(扩展应用意义：考虑=最小天线高度？ 实际天线高度？ ) 菲涅尔余隙的计算障碍物的影响与绕射损耗有限空间问题绕射损耗: 实际情况中，电波在直射传播中存在各种障碍物，由障碍物引起的附加传播损耗。菲涅尔余隙: 障碍物顶点P至直射线TR的距离

33、负余隙条件 正余隙条件=无阻挡基本思路：无线空间转化为有限空间。X1是第一菲涅尔区在P点横截面的半径，计算公式如下: 障碍物的影响和绕射损耗与菲涅尔余隙的关系特性示意图：障碍物、余隙、绕射损耗与菲涅尔余隙的关系(图中，纵坐标为绕射引起的附加损耗) 41 / 41当x/x10.5时，附加损耗约为0 dB，即障碍物对直射波传播基本上没有影响；当x0.5X1例：设在上图(a)所示的传播路径中，菲涅尔余隙X1=-82m，d1=5 km，d2=10km，工作频率为150 MHz。试求电波传播损耗。解: 先求出自由空间传播损耗： Lbs=32.45+20lg(5+10)+20lgl50=99.5 dB求第

34、一菲涅尔区半径： X1=81.7m由上图 查得附加损耗（X/X1-1）为17dB，所以电波传播的损耗为 L=Lbs+17=116.5 dB三种传播模型的基本特性及计算方法 大尺度传播模型：发射机与接收机之间(T-R)长距离(几百米或几千米)上的场强变化。当移动台远离发射机时，当地平均接收场强逐渐减弱，该平均接收场强由大尺度传播模型预测。 中尺度衰减模型：中范围(中尺度、数百波长量级)的阴影效应 小尺度衰减模型：短距离(几个波长)或短时间(秒级)内的接收场强的快速波动的传播模型。当接收机移动距离与波长相当时，其接收场强可以发生3或4个数量级(30dB或40dB)的变化。3类不同层次的损耗的定义或

35、特点路径传播损耗：一般称为衰耗，指电波在空间传播所产生的损耗。它反映出传播在宏观大范围(千米量级)的空间距离上的接收信号电平的平均值的变化趋势。（路径损耗在固定的有线通信中也存在，一般比这里的空间传播衰耗值要小一些）慢衰落损耗：指电磁波在传播路径上受到建筑物等的阻挡所产生阴影效应而产生的损耗，反映了在中等范围内(数百波长量级)的接收信号电平平均值起伏变化的趋势。这类损耗一般为无线传播所特有，一般从统计规律上看遵从对数正态分布，其变化率比传送信息率慢，故又称为慢衰落。快衰落损耗：反映微观小范围(数十波长以下量级)接收电平的平均值的起伏变化趋势。其电平幅度分布一般遵从瑞利(Rayleigh)分布、

36、莱斯(Rice)分布和纳卡伽米(Nakagami)分布，其变化速率比慢衰落快，故又称为快衰落。空间选择性快衰落频率选择性快衰落时间选择性快衰落四种主要效应的定义或特点阴影效应：由于大型建筑物和其它物体的阻挡，在电波传播的接收区域中产生传播半盲区，类似于太阳光受阻挡后产生的阴影。光波的波长较短，阴影可见，电磁波波长较长，阴影不可见，但是接收终端(如手机)与专用仪表可以测试出来。远近效应：由于接收用户的随机移动性，移动用户与基站之间的距离也在随机变化，若各移动用户发射信号的功率一样，那么到达基站时信号的强弱将不同，离基站近者信号强，离基站远者信号弱。对移动通信的影响=系统角度、局部角度？通信系统中

37、的非线性将进一步加重信号强弱的不平衡性，甚至出现以强压弱的现象，并使弱者即离基站较远的用户产生掉话(通信中断)现象，通常称这一现象为远近效应。多径效应：由于接收者所处地理环境的复杂性，接收到的信号有直射波的主径信号+ 有从不同建筑物反射及绕射过来的多条不同路径信号，它们到达时的信号强度、到达时间及到达时的载波相位都不一样。所接收到的信号是上述各路径信号的矢量之和，即各路径之间可能产生自干扰，称这类自干扰为多径干扰或多径效应。这类多径干扰是非常复杂的，有时根本收不到主径直射波，收到的是一些连续反射波等。多普勒效应：它是由于接收用户处于高速移动中，比如车载通信时传播频率的扩散而引起的，其扩散程度与

38、用户运动速度成正比。（这一现象只产生在高速(70kmh)车载通信时）大范围的传播衰耗的3种分析模型的基本特性及计算方法三类主要快衰落（含产生的条件）空间选择性衰落信道输入：射频：单频等幅载波。角度域：送入一个脉冲式的点波束。 信道输出:观察接收时空域：在不同接收点S1，S2，S3，时域上衰落特性是不一样的，即同一时间、不同地点(空间)衰落起伏是不一样的，这样，从空域上看，其信号包络的起伏周期为T1。等效为角度扩散角度域：在原来角度上的点波束产生了扩散由于开放型的时变信道使天线的点波束产生了扩散而引起了空间选择性衰落。衰落周期如上图示空间选择性衰落，通常又称为平坦瑞利衰落。这里的平坦特性是指在时

39、域、频域中不存在选择性衰落频率选择性衰落结论：由于信道在时域的时延扩散，引起了在频域的频率选择性衰落。衰落周期如上图示，即与时域中的时延扩散程度成正比。应用中的影响信道输入： 频域：白色等幅频谱 时域：在t0时刻输入一个脉冲信道输出： 观察接收频域：衰落起伏的有色谱。 时域：在t0+t瞬间，脉冲在时域产生了扩散，其扩散宽度为L/2。其中，t为绝对时延。叠加时间选择性衰落信道输入时域：单频等幅载波。频域：在单一频率f0上单根谱线(脉冲)信道输出: =观察接收时域：包络起伏不平。频域：以f0+f为中心产生频率扩散，其宽度为B。其中，f为绝对多普勒频移，B为相对值。拟为叠加结论：由于用户的高速移动在

40、频域引起多普勒频移，在相应的时域其波形产生时间选择性衰落。衰落周期如上图所示。快衰落信号包络统计特性、衰落储备、快衰落瞬时幅度特性的表示参数多径衰落的信号包络服从瑞利分布，这种多径衰落称为瑞利衰落。瑞利衰落信号的特征计算：均值为均方值为瑞利分布概率密度函数p(r)与r的关系如右图靠近基站：基本情况：移动台靠近基站的情况下，快衰落信号包络统计特性是指在含有一个强直射波的N个路径传播时。 接收信号的包络统计特性：若每条路径的信号幅度为高斯分布，相位在02内为均匀分布。则合成信号的包络分布为莱斯(Rice)分布(可参可参见图2-7(b) 注：图中的0=/；为直射波幅度。概率密度函数表达式：r为衰落信

41、号包络；为直射波幅度，Io()为零阶贝塞尔函数；当很大，即直射波很强时，r，则式(2.3.21)近似高斯分布；当O，即无直射波时，则式(2.3.21)近似为瑞利Rayleigh分布。快衰落瞬时幅度特性电平通过率LCR(Level Crossing Rate)：是指在单位时间内信号电平以正斜率通过某一给定电平A的次数。若时间T内发生N次则有图中所示的A为给定电平，在时间T内以正斜率通过A电平的次数为4次，所以其电平通过率等于4T。因为电平通过率是随机量，所以多用平均电平通过率来描述，它与移动体运动速度v、工作波长有关，可表示为 式中其中，A为给定电平，Arms为信号电平的均方根值。fm=V/，为

42、最大多普勒频移。衰落速率：是指在单位时间内信号电平以正斜率通过中值电平的次数。它等于某一给定电平为中值电平时的电平通过率。衰落速率与信号波长、运动速度v和多径数目有关。由经验数据可得到平均衰落率(Average Fading Rate)为衰落深度：是指信号的有效值(均方根值)与该次衰落信号的最小值之间的差值。因为衰落深度是随机量。所以多用平均衰落深度(Average Deep of Fading)来描述。平均衰落深度：是指信号中值与概率为P(rrx)=10的信号值的差值，一般可达2030 dB。衰落持续时间：是指信号电平低于某一电平(门限电平)的持续时间。它是随机量。定义平均衰落持续时间AFD

43、(Average Faded Duration)：信号电平低于某一规定电平值A的概率与该规定电平值的电平通过率之比，即有在图中，时间T内的衰落持续时间等于t1+t2+t3+t4，则可计算出平均衰落持续时间：衰落持续时间决定于接收机的门限电平，用于判断衰落对通信的影响。对数字通信，它可用于确定突发差错的长度。3种主要噪声的概念、基本特性在移动通信中，严重影响移动通信性能的主要噪声与干扰大致可分为3类：加性正态白噪声多径干扰多址干扰加性正态白噪声加性:噪声与信号之间的关系遵从叠加原理的线性关系。正态：噪声分布遵从正态(高斯)分布。白：指其频谱是平坦的。AWGN信道：仅含有加性正态白噪声的信道一般文

44、献上称为AWGN信道。这类噪声是最基本的噪声，并非移动信道所特有，一般简称这类噪声为白噪声。产生这类噪声的来源主要有两个。(1)无源约翰逊噪声。它主要来自一切无源器件，如电阻、电容、电路板的分子布朗运动所引起的噪声。其特点之一是任何环境当温度超过热力学温度零度(OK，即-273.16)就存在分子的布朗运动；其特点之二是这类布朗运动是大量的，统计上遵从中心极限定理的规律，因此其统计分布是正态的；其特点之三是这类布朗运动在频域范围足够宽时，其谱特性是平坦的。(2)有源霰弹噪声。它主要来自通信设备中的有源器件，如电子管、晶体管及各类大规模集成电路中的电子发射所形成的。其特点与无源噪声的3个特点完全类

45、似，所以也可看成典型的白噪声。它与无源白噪声的惟一差异是有源白噪声是在一定激发条件下才产生大量电子发射而形成的。注：AGWN: Additive White Gaussian Noise多径干扰产生原因：由于电波传播的开放性与地理环境的复杂性而引起的多条传播路径之间相互自干扰而引起的噪声干扰。它实质上是一类自干扰。影响效果：对于数字与数据通信，主要表现为码间干扰及高速数据的符号间干扰。关于这类干扰需要进一步说明的有两点。 (1)多径干扰的强度取决于多径时延宽度与码元宽度的比值，即取决于受干扰的相对值，而不是受干扰的绝对值。这一结论对符号干扰也是一样。 (2)多径干扰对于CDMA尤为严重。这是由

46、于CDMA采用了直接扩频技术，大大提高了待传送的码元速率，降低了码元周期长度，却增大了多径时延引起的相对比例。多址干扰产生来源：由于在移动通信网中同时进行通信的是多个用户，这多个用户的信号之间一定要采用一类正交隔离手段，否则就会互相干扰，在通话时串话。第三章多址技术与扩频通信概念、计算、特性、*方案*、评价。移动通信中几种典型的多址接入方式：第一代(1G)的FDMA，第二代(2G)GSM的TDMA、IS-95的CDMA，第3代(3G)3个主流制式的CDMA。多址技术的基本概念动态寻址:即在服务范围内利用开放式的射频电磁波寻找用户地址，同时为了满足多个移动用户同时实现寻址，多个地址之间还必须满足

47、相互正交特性，以避免产生地址间相互干扰。四种多址技术的基本原理及移动通信中的实际多址接入实施方案多址划分基本原理（或设想）相似性：类似于固定通信中的信号多路复用，实质上都属于信号的正交划分与设计技术。区别点：多路复用的目的是区别多个通路，通常是在基带和中频上实现的，而多址划分是区分不同的用户地址，通常需要利用射频频段辐射的电磁波来寻找动态的用户地址，同时为了实现多址信号之间互不干扰，信号之间必须满足正交特性。 前向信道：移动台的接收频道即基站向移动台方向的信道叫作前向信道。反向信道：移动台的发射频道即移动台向基站方向的信道叫作反向信道。突发或叫子帧：在时隙内传送的信号叫突发或叫子帧。CDMA系

48、统的特点: CDMA蜂窝通信系统有如下特点： 窄带CDMA系统是以频率重用为基础的蜂窝结构。 每个基站只需一个无线电台。 小区内以CDMA方式建立信道。 以每一码型为一个话路的数字信号传输，不需设置保护时隙或保护频带。 由于CDMA蜂窝系统是以码型来区分用户地址的，所以它仅是干扰受限的系统。 CDMA系统需要系统的定时同步，但与TDMA系统相比，系统的同步要求不严格。 CDMA系统对移动台的发射信号功率控制要求非常严格。 移动用户可随时接入信道，并建立通信。系统具有一定的过载能力，即软系统容量。 移动台并行处理CDMA信号，除接收来自本小区基站的信号外，可同时接收来自相邻基站的信号，有利于选择

49、最佳信号进行可靠的越区切换，并且，这种越区切换只改变地址码，而不改变载波频率，即所谓软切换。 便于采用语音激活技术来减少同道干扰，增加系统容量。TDMA时帧结构（一般结构）TDMA、CDMA系统基本技术特点FDMA系统的特点: FDMA蜂窝通信系统具有以下特点： 以频率复用为基础的蜂窝结构； 以每一频道为一个话路的模拟或数字信号传输；对比FDM IN TRADITIONAL SYSTEM。 以频带或频道的划分来构成宏小区、微小区、微微小区； 由于FDMA蜂窝系统是以频道来分离用户地址的，所以它是频道受限和干扰受限的系统; FDMA系统需要周密的频率计划； 对发射信号功率控制的要求不严格； 基站

50、的硬件设备取决于频率计划和频道的配置； 基站是多部不同载波频率发射机同时工作的。扩频通信概念：扩频通信(SS，Spread Spectrum)。确切地说，应称为扩谱通信更为恰当，因为被扩展的是信号频谱带宽，不过习惯上称其为扩频。扩频通信属于宽带通信系统。扩频通信技术是一种信息传输方式，在发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必需的带宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解扩以恢复所传信息数据。区别：它与传统的窄带通信系统不同。扩频通信主要特征：扩频前信源提供的消息码元带宽(或速率)远远小于扩频后进入信道的扩频序列(chip)信号带宽(或速率)。扩频通信的特点：带来了信噪比上的好处，

51、即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。扩频通信在移动通信中的应用情况扩频通信在移动通信中的地位：移动通信中最主要的多址方式实现技术。由于码分多址是通过扩频通信来实现的，在移动通信中，第二代(2G)的IS-95、第三代(3G)的TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA均采用码分多址。窄带通信系统与宽带通信系统的概念设R为待传送的信源码元速率(或带宽)，T为码分的持续时间，F为传送至信道的扩频序列(chip)信号速率(或带宽)。l 窄带通信系统：若RT=FT1，即当R=F或F=2R(带宽)时，称该系统为窄带通信系统。通常数字通信系统中的移幅、移频、移相均

52、属窄带通信系统。l宽带通信系统：若FR，即F/R=10106(1060dB)，则称该系统为宽带通信系统。宽带通信系统是窄带通信系统通过扩频方式来实现的。码分多址CDMA就是一类最典型的扩频通信系统。【白噪声、PN码、m序列、Gold序列、Walsh(沃尔什)函数的概念】白噪声：白噪声是一种随机过程，它的瞬时值服从正态分布，功率谱在很宽的频带内都是均匀的，它有极其优良的相关特性。高斯白噪声的理想特性为 PNPseudo-Noise，伪噪声码：在工程中产生一种具有近似随机噪声的自相关特性的周期性信号，称为伪随机序列，即PN码。lm序列：二进制的m序列是一种重要的伪随机序列，有优良的自相关特性，有时

53、称为伪噪声(PN)序列。“伪”的意思是说这种码是周期性的序列，易于产生和复制，但其随机性接近于噪声或随机序列。m序列在扩展频谱及码分多址技术中有着广泛的应用，并且在m序列基础上还能构成其它的码序列，（因此无论从m序列直接应用还是从掌握伪随机序列基本理论而言），必须熟悉m序列的产生及其主要特性。m序列的抗干扰能力较强；有优良的相关特性；易产生。但不足的是m序列的数目少。lGold序列：Gold码是m序列的复合码，是由RGold在1967年提出的，Gold码是在m序列的基础上得到的，但它的条数远远超过了m序列。Gold序列在多址技术中，特别是在码序列长度较短的情况下，得到了广泛应用。目前多采用Gold码作为地址码。lWalsh(沃尔什)函数：Walsh函数是一种非正弦的完备正交函数系。它仅有可能的取值：+1和-1(或O和1)，比较适合于用来表达和处理数字信号。20世纪60年代以来，取值离散的二值函数，正好与数字电路相适应或相“匹配”。其中有代表性的一种重要数学函数就是沃尔什函数。在码分多址通信中，Walsh函数可以作为地址码使用。在IS-95码分多址移动通信系统中，正向传输信道使用了64阶沃尔什函数。码序列相关特性的定义采用二进制的码序列，长度(周期)为P的码序列x的自相关函数式中Xi是周期长度为P的某一码序列，而Xi+是Xi移位后的码序列。将自相关