清华大学《现代通信新技术》之移动通信

1、移动通信新技术关键技术介绍王京教授清华信息科学与技术国家实验室2010年9月481内容提要一、移动通信的特点与面临的问题二、调制解调技术三、多址技术四、抗衰落技术482483z衰落角度扩展空间选择性衰落时延扩展频率选择性衰落频率扩展时间选择性衰落z干扰同频道干扰移动通信信道中衰落与干扰共存484无线信道的物理过程天线天线直射反射散射绕射地面散射体移动障碍物干扰热噪声485衰落多径传输模型Cellular stationVCnn 抽象模型TxRx486n n o n Nn Nn nn o s n n o c Nn o s o c n o n o z t c vf C E t T C E t T

2、tt T t t T t C E E +=+=cos 2sin (,cos (,sin (cos (cos(111其中多径传输模型及瑞利衰落csn scT TT T s 1222tan ,=+=令瑞利分布(0,2均匀分布N 时为高斯分布角度扩展空间选择性衰落信号强度信号强度0°360°地理位置487角度扩展空间选择性衰落488489时延扩展频率选择性衰落信号强度信号频谱密度频率时间t 0t 1t 2t 3.窄带信号宽带信号4810移动环境下的多径传输模型Cellular stationVCnn4811频率扩展时间选择性衰落信号谱密度信号强度时间频率快衰落慢衰落4812同频道

3、干扰?基台1基台4基台3基台2频道1频道1频道2频道3同频道干扰的计算R-基站覆盖半径D-基站间距离D+R D+R D-RD D D-R频率复用32143214341K=4,D/R=3.46526734152673415267341K=7,D/R=4.6362754110981112362754110981112362754110981112K=12,D/R=64815同频道干扰(K=7dB R D R I C dB R D R I C dB R D D R D R I C RDD I R C R I C 98.7(65.1428(61754(22(26.4,33,444444443=+=C

4、:接收载波功率,I :接收干扰功率4816二、调制解调技术z移动通信对调制解调技术的要求干扰受限的信道,抗干扰能力强多径衰落,抗衰落能力强功率受限,抗非线性失真能力强解调一般采用非相干方式插入导频的相干解调4817模拟调制方式调频(FM系统频道间隔峰值频偏TACS(英25kHz ±9.5kHz AMPS(美30kHz±12.0kHzvco话音信号调频信号鉴频器调频信号话音信号4818调频系统的性能(TACS 为例dB NSdBG FM FM FMFM.35.92=+=+=Q1:采用调幅系统,带宽8kHz ,S/N=34dB ,频率复用系数要多少(D/R?Q2:在给定带宽的条

5、件下哪个系统的用户数多?4819数字调制方式频率键控,FSK, MSK, GFSK, GMSK调频的特点:恒包络调制,对线性要求低系统结构简单,实现容易抗干扰和衰落能力强具有较好的解调门限(Eb/No=12dBBER=10-3vco数字信号GFSK 信号鉴频器GFSK 信号数字信号预滤波判决器4820数字调制方式相位键控,BPSK, QPSK, /4-QPSK串/并×成形滤波×成形滤波cos c t sin c tQPSK串/并×成形滤波×成形滤波cos c t sin c t/4-QPSK码变换基带信号基带信号奇符号偶符号4821zBPSK 和QPSK

6、 一般采用非相干解调差分相干解调z/4-QPSK 采用非相干解调差分相干解调鉴频器解调z通过插入导频信号实现相干解调数字调制方式相位键控的解调4822三、多址技术频分多址(FDMAz多址技术是无线移动通信特有的问题实现不同地点、不同用户接入网络的技术zFDMA 的特点比较简单、容易实现,适用于模拟和数字不宜在大容量的系统中使用用户1用户2ff 1f 2.4823多址技术时分多址(TDMAz单载波支持多用户使用,大容量系统的基台简单,简化移动台双工器等。z突发传输,处理较复杂用户1用户2用户3.tTS 1TS 24824多址技术码分多址(CDMA11 1 1 0 1 0 0T b信息比特扩频比特

7、已扩比特解扩比特相关输出信息T c4825码分多址的特点z 具有强的抗干扰和控多径衰落的能力z在蜂窝移动通信中具有较高的频谱利用率和软容量限制z对远近效应比较敏感,基台需要线性功率放大器4826多址技术三种多址技术的比较用户1用户2用户3.tTS 1TS 2用户1用户2用户3ff 1f 2.tfB tfC 1C 2C 3用户1用户24827多址技术空分多址z智能天线技术F 1/TS 1/C 1F 1/TS 1/C 14828四、抗衰落技术z 分集技术z 均衡技术z 功率控制技术z 纠错编码技术z 扩频技术zOFDM4829分集技术分集技术的实质对传输信号进行过取样9空间分集技术用2个以上的天线

8、收同一个信号9频率分集技术用2个以上的载波频率传输9时间分集技术在不同时间接收同一个信号9极化分集接收垂直和水平极化信号Ad/f /t/p4830抗衰落技术均衡技术z时延扩展导致的频率选择性衰落幅频响应失真码间干扰相频响应失真码间干扰z频域均衡容易对抗幅频失真z时域均衡对抗幅频和相频失真4831抗衰落技术功率控制技术z 通过接收信干比决定发射信号功率减少对相邻波道的干扰减少对相邻小区的干扰减少手持机的功耗提高对衰落信号的对抗能力z 适用于对抗慢衰落信号4832抗衰落技术纠错编码技术z 纠错编码技术通过交织实现时间分集一般用于克服随机噪声引起的随机误码纠错与交织编译码结合克服时间选择性衰落引起的

9、突发误码交织和去交织编码使相关信号分隔开来z 适用于对抗快衰落信号4833抗衰落技术跳扩频技术z 跳频对抗频率选择衰落转换为时间选择性衰落通过交织纠错编码信号谱密度频率f 1f 2f 3 f 4f 5 f 6f 7 f 8t 1t 3 t 5 t 2t 6 t 4t 8 t 74834抗衰落技术直接序列扩频技术z 通过RAKE 接收机实现时间分集主信号扩频码时延扩展信号本地相关信号相关输出信号延时后合成输出3T c信道的时延扩展发脉冲收主信号时延扩展+接收信号4835抗衰落技术直接序列扩频技术z 扩频和解扩过程实现了频率分集信号谱密度频率接收信号功率不变4836抗衰落技术OFDM 技术原理1z 单载波传输z FDM 传输z OFDM 传输(sin(2c X t x t f t =12(0(c N j f n f tn n X t x t e+=N sf f >载波数,N s f f =载波数,12(0(c s N j fnf tn n X t x t e +=频率选择性衰落下的OFDM解决方案:频率交织、纠错编码和均衡4837基于时域响应的时间保护4838克服时延扩展的方法z增加保护时隙T gz T g长于信道时延扩展4839OFDM 技术优点z高的频谱效率z简化或不需要均衡z传输速率根据传输条件可变z有效对抗衰落4840OFDM技术的缺点 高的峰均比 对相位噪声