通信工程概论课件

现代通信技术概论2009年8月15日第1章通信概述

1.1通信系统的一般构成信源发送变换器信道接收变换器信宿噪声声音数据文字图像信号信号声音数据文字图像1.2.3按传输媒介和系统组成的特点分类长波通信、短波通信、微波通信卫星通信、光纤通信、移动通信1.2.4

按用途分类民用通信、军事通信、气象通信海洋通信、宇宙通信、应急通信、

1.3通信方式概要1.3.1按通信对象的数量分类

（1）点对点：电话

（2）一点对多点：广播、电视

（3）多点对多点：AdHoc1.3.2

按接入方式分类上行链路下行链路BS:BaseStationMS:MobileStation问题：MS用什么方法把信号发送到BS？BS用什么方法把信号发送到MS？接入方法问题1.3.3

按消息传递方向与时间分类（双工方式）（1）单工方式

消息只能单向传输，通信双方交替地进行接收和发。f1f1(f2)TTRRT:Transmitter;R:Receiver

f1f1(f2)(2)半双工方式

其中一方双向通信，另一方交替收或发。f1f2TTRRf1f2双工器：能够让发射机和接收机共用一副天线的设备。f1f2TTRRf1f2(3)全双工方式通信双方均可同时发送或接收可靠性：接收端恢复信息的正确程度。模拟通信用接收信号的信噪比SNR（SignaltoNoiseratio）表示数字通信用接收信号的误码率BER（BitErrorRate

）表示BER=接收数据中的错误比特数接收数据的总比特数

第2章数字通信简介模拟传输与数字传输2.1信源编码和信道编码

格式化

信源编码加密信道编码复用

调制扩频多路复用发送信道

接收多路分离逆扩散

解调分离信道译码解密

信源译码

格式化同步基带处理载波处理2.3SignaltoNoiseratio传输信号的频带宽度数据传输速率(bit/s)2.4Shannon定理数字调制技术2.5.1问什么要调制？

1.天线的长度与发射信号的波长可比拟时才能有效地发射电磁波。基带信号的频率较低，必须将基带信号的频谱搬移到频率很高的载波附近，该频谱搬移过程称为调制。2.不同的调制方式，其可靠性和有效性不同。选择不同的调制方式满足不同的服务品质。2.52.5.2调制信号的一般表达式瞬时相位瞬时相位偏移瞬时振幅（包络线振幅）2.5.3调制信号的矢量表示形式实轴(I)虚轴(Q)2.5.4幅度调制与相位调制调制信号幅度调制：瞬时幅度随调制信号线性变化。相位调制：瞬时相位偏移随调制信号线性变化。2.5.6PSK:PhaseShiftKeying

令则

-AAIQPSK调制的信号空间配置（PSK调制的星座图）2.5.7QPSK:Quadrature

PhaseShiftKeying

发送数据串并转换电平转换低通滤波器低通滤波器移相乘法器乘法器I相基带信号Q相基带信号QPSK调制的原理图第5章移动通信概述移动通信的概念5.1移动通信的基本概念通信双方至少有一方在移动的通信系统2.移动通信的特点

(1)

多经传输问题

多经传输引起信号衰落和时延扩展。时延扩展：发射机发射机发送一个窄脉冲，由于多经效应，接收机接收到多个幅度不同、延迟时间也不同扩展信号。接收机时延扩展△时延扩展△越大,相干带宽BC越窄衰落分类：

快衰落和慢衰落；

平坦衰落和频率选择性衰落

平坦衰落:接收信号的幅度有时大有时小,但是不丢失频率成分.

频率选择性衰落:接收信号不但幅度变化,而且丢失某些频率成分.

当发射信号的带宽小于信道的相干带宽时,产生平坦衰落;反之产生频率选择性衰落.

(2)

多普勒频移:移动终端移动导致接收的频率不等于发射频率,这种现象称为多普勒频移.

移动通信中的特有干扰:同信道干扰.

位置登记,越区切换及漫游.

移动台小型化问题移动通信系统分类5.2大区制与蜂窝(大区制与小区制)移动通信的工作方式

●单工方式●半双工方式●全双工方式3.移动通信的接入方式上行链路下行链路BS:BaseStationMS:MobileStation问题：MS用什么方法把信号发送到BS？BS用什么方法把信号发送到MS？接入方法问题常用的接入方式（多址技术）有：（1）频率分割多址接入（频分多址）FDMA：FrequencydivisionMultipleAccess（2）时间分割多址接入（时分多址）TDMA：TimedivisionMultipleAccess（3）编码分割多址复用（码分多址）CDMA：CodedivisionMultipleAccess

ch-1ch-2ch-3ch-N信道带宽保护带ch-3ch-2ch-1user1

user2

user3

user4

user5user5user4user3user2user1FDMA(FrequencyDivisionMultipleAccess)保留時間系统带宽timefrequency

framejframej+1#1#2#3#N#1#2#3#N#1#2TimeTimef_uplinkf_downlinkTDMA/FDD(TimeDivisionMultipleAccess/FrequencyDivisionDuplex)

Uplink

DownlinkFrequencyFrequencyinterval

#1#2#3#N#1#2#3#N#1#2Slot

12315DownlinkUplinkDownlink

timefrequencyCodeTDDCode

timeFDDCDMATDDandFDDDownlinkUplink5M5Mfrequency移动通信系统的基本组成5.3BSBSBS移动交换中心

MSCPSTN移动网移动通信频率分配和抗干扰技术5.4频率分配

GSM:MSBS890MHz-915MHzBSMS935MHz-960MHz载频间隔:200kHz,25MHz带宽分为124个载频频道间隔:25kHz.中国移动：1880～1900MHz，2010～2025MHz，共35M频率资源

中国电信：1920～1935MHz，2110～2125MHz，

共30M频率资源中国联通：1940～1955MHz，2130～2145MHz，

共30M频率资源3G移动通信频率分配2.抗干扰技术(1)发射功率控制(2)分集接收(3)跳频技术(4)均衡技术(5)间断传输第6章第3代移动通信概述80年代

90年代21世纪

AMPS,NTTGSM,PDC,W-CDMATACSIS-95,PHScdma2000TD-SCDMA

黎明期成长期量变扩展期质变扩展期

以语言为中心语言,低速数据~64kbit/s

语言,高速数据~384kbit/s(~2Mbit/s)手机,车载电话无绳电话

1G手机,车载电话短信息2G

IMT-2000

3G

6.1移动通信的时代变迁

SystembeyondIMT-20004G

宽频带（大于100Mbps)所有信息IMT-2000：InternationalMobileTelecommunication-2000第一代第二代第三代第四代

目标无论何时不受时间制约无论何地不受场所制约无论何人能和多样化媒体通信（PC,PDA,MS);无论何种媒体声音、静止图像、活动图像、数据等低廉的价格降低通信费用分层次的通信品质和通信费用6.2IMT-2000的服务目标6.3IMT-2000陆地系统无线接入方式IMT-2000CDMADirectSpread(W-CDMA,UTRAFDD)IMT-2000CDMAMulti-Carrier(cdma2000)IMT-2000CDMATDD(UTRATDD，TD-SCDMA)IMT-2000CDMASingle-Carrier(UWC-136)IMT-2000FDMA/TDMA(DECT)ITU-R的推荐方案ITU-R：InternationalTelecommunicationUnionRadioUTRA：UniversalTerrestrialRadioAccess

6.4

多址技术与双工上行链路下行链路BS:BaseStationMS:MobileStation问题：MS用什么方法把信号发送到BS？BS用什么方法把信号发送到MS？接入方法问题

①

FDMA(FrequencydivisionMultipleAccess)

②TDMA/FDD(TimeDivisionMultipleAccess/FrequencydivisionDuplex)

③

TDMA/TDD(TimeDivisionMultipleAccess/TimedivisionDuplex)

④CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)

⑤

RandomAccessMethods6.4多址技术与双工6.5蜂窝通信的概念FDMA/TDMACDMA6.6CDMA原理6.6.1扩频与解扩的过程6.6.2W-CDMA收发信机结构自适应天线阵的方向性图6.7自适应天线阵列

7第4代移动通信的构想7.1ITU的4G构想（一）

7.2ITU的4G构想（二）新业务平台•新业务快速开发•新业务开发简单化•不同业务系统间无缝隙接续/切换100Mbps(移动环境峰值速度）1Gbps(室内环境峰值速度）10倍以上（与3G比）每比特1/10~1/100以下AllIP（多业务质量类，支持IPv6）50ms以下追加新功能开拓新业务

改善性能使已有业务高级化

信息速率：384kbps系统容量费用基站网络传输系统：ATM传输延迟IMT2000第4代移动通信系统（2010年左右）7.34G系统的主要目标能力和性能EMC：Electro-Magnetic

CompatibilityQoS:QualityofService7.44G系统的无线技术课题7.54G系统的构想（三)AP:AccessPoint7.6利用多跳扩大服务区

8OFDM技术概述OFDM:OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexingLPFLPFLPF

data

data串并转换S/P信道并串转换P/S8.1多载波调制的概念

8.2OFDM信号的构成OFDM信号由载波频率不同的多个数字调制信号构成，各个载波之间保持正交关系。设表示符号的长度，表示OFDM信号的载波间隔令则，OFDM的基本信号的复数表示形式为是对第n个载波（nf0)进行调制的数据符号8.3OFDM的基本信号8.4OFDM基带信号设载波数为N，则N个载波合成的基带信号SB(t)为：注意：

1.an,bn及载波都在变化，每个载波的振幅和相位都随调制符号an,bn变化。2.每个载波经an,bn调制后构成一个基本信号，每个基本信号是一个正弦信号。3.

N个基本信号合成的信号是一个不规则的像噪声一样的信号。OFDM信号接近随机信号，频谱平坦、频谱利用率高。4.合成信号具有随机性，但能够利用三角函数的正交关系正确解调出an,bn8.5OFDM的频带信号S(t)频带信号基带信号8.6多载波信号在时域的波形OFDM信号随载波的变化关系8.7

OFDM信号的频谱8.8OFDM信号的解调方法：同理，对所有载波作如上处理，恢复出所有符号ak,bk。在时间T（Sec）内，同时传输N个载波能够正确解调。8.9OFDM调制器的构成构成思想如下：设只要能生成u(t),就能生成SB(t)

8.9.1u(t)的生成方法用的间隔对取样在一个符号长度之间采样，得到N个样本值dn的付氏逆变换8.9.2OFDM调制器的基本构成符号影射串并转换

IFFT并串转换取实部本振BFTIFFT:InverseFastFourierTransform

9MIMO:MultipleInputMultipleOutput

用相同的无线资源，用多个发射机并行地发送多个不同的数据。用多个发送天线，发送同一个信息数据。采用空时编码方法。发射天线的最大辐射方向对准接收机。STBC:SpaceTimeBlockCoding