(2016年)移动通信-复习提纲

(2016年)移动通信-复习提纲第一页，共76页。复习提纲考试题型和比例考试注意事项各章复习要点2023/4/152第二页，共76页。考试题型和比例考核总成绩平时成绩：20％（考勤、作业）实验成绩：20％期末考试成绩：60％期末考试题型填空题单项选择题多项选择是非判断简答题综合题2023/4/153第三页，共76页。考试注意事项闭卷考试自带计算器手机关机考试时间与地点：2016年

月

日上午:~:地点2023/4/154第四页，共76页。各章复习要点第一章：移动通信概述第二章：调制解调第三章：移动信道的传播模型第四章：抗衰落技术第五章：组网技术第六章：频分多址模拟蜂窝网第七章：时分多址数字蜂窝网第八章：码分多址数字蜂窝网2023/4/155第五页，共76页。第一章移动通信概述1.1移动通信的主要特点1.2移动通信的分类1.3常用的移动通信系统1.4移动通信的基本技术重点：移动通信基本概念2023/4/156第六页，共76页。什么是移动通信移动通信概念通信双方或至少其中一方在运动状态中（或临时静止状态）进行信息交互的通信方式。采用电磁波为传输媒介的无线通信2023/4/157第七页，共76页。1.1移动通信的主要特点必须利用无线电波传输信息，传播特性差工作于复杂的干扰环境网络结构多种多样，网络管理复杂可利用的频谱资源有限，而通信业务量的需求与日俱增移动通信设备(主要是移动台)必须适于在移动环境中使用2023/4/158第八页，共76页。1.2移动通信的分类移动通信的收发工作方式单工：消息只能单方向传输的工作方式半双工：A可以给B发信息，B也可以给A发信息，但通信双方收发不能同时进行，只能交替进行双工：通信双方收发能同时工作的方式频分双工（FDD：FrequencyDivisionDuplexing）：用不同频段区分用户的上下行链路。时分双工（TDD：TimeDivisionDuplexing）：利用同一频率，但不同的时间段区分用户的上下行链路2023/4/159第九页，共76页。1.3移动通信的分类移动通信的典型应用系统陆地公众蜂窝移动通信系统卫星移动通信集群通信无绳电话宽带无线接入无线局域网……陆地公众蜂窝移动通信系统是移动通信中发展最快、规模最大的系统2023/4/1510第十页，共76页。1.4移动通信的基本技术调制技术移动信道中电波传播特性的研究多址方式抗干扰措施组网技术2023/4/1511第十一页，共76页。第二章调制解调技术2.1概述2.2数字频率调制2.3数字相位调制2.4正交振幅调制2.5扩展频谱调制2.6多载波调制重点：—

GMSK调制方式及特点—

数字相位调制几种方式的比较—

扩频调制原理了解：—

调制信号的频谱特性—

GFSK和QAM调制方式—

OFDM调制方式2023/4/1512第十二页，共76页。2.1概述1概念调制：把要传输的信号变换成适合信道传输信号的过程。调制信号：调制器输入信号已调信号：调制器输出信号分类：模拟调制：AM、PM、FM数字调制：ASK、FSK、PSK..2移动信道的基本特征及对调制的要求基本特征：带宽有限、干扰和噪声影响大、存在着多径衰落要求：针对移动通信信道的特点，已调信号应具有高的频谱利用率和较强的抗干扰、抗衰落的能力。2023/4/1513第十三页，共76页。2.2数字频率调制移频键控FSK最小移频键控MSK高斯滤波的最小移频键控GMSK：恒包络调制掌握GMSK信号特点了解GMSK可能的相位轨迹熟悉GMSK信号调制/解调方法了解频谱特性高斯滤波的移频键控(GFSK)具有恒定的包络特性，功率效率高，可用非线性功率放大器和可以非相干检测。2023/4/1514第十四页，共76页。2.3数字相位调制BPSK:BPSK信号形式、功率谱、调制解调QPSK:信号形式、功率谱、调制解调、相位关系图OQPSK:调制原理、与OPSK的比较π/4-QPSK：调制解调、相位跳变规则掌握:数字相位调制几种方式的比较2023/4/1515第十五页，共76页。QPSK的相干解调2.3QPSK16第十六页，共76页。QPSK相位转换通过0点，最大相位变化为1800

OQPSK相位转换不通过0点，最大相位变化为900π/4QPSK相位变化不过0点，最大相位变化为1350，频谱性能比OQPSK差，但优于QPSK。(a)QPSK(b)OQPSK(c)/4QPSK图3.3QPSK信号星座图比较QPSK、OQPSK、π/4QPSK星座图比较17第十七页，共76页。2.4正交振幅调制(QAM)了解调制/解调原理熟悉QAM信号的设计准则在相同信号功率条件下,选择信号空间中信号点之间距离最大的信号结构。2023/4/1518第十八页，共76页。2.5扩频调制技术了解扩频技术的定义、扩频通信系统类型熟悉扩频系统的特点掌握:扩频增益的概念直接序列扩频的原理2023/4/1519第十九页，共76页。2.5扩频技术扩频技术的定义1)扩频宽度远大于所传信息必需的最小带宽2)频带的扩展通过扩频码序列完成，与信息数据无关3)收端用同样的扩频码进行相关解扩并恢复信息数据扩频系统的特点降低信号功率谱密度——抗截获干扰抑制——抗干扰扩频通信系统类型直接序列扩频(DirectSequenceSpreadSpectrum)工作方式，简称直扩(DS)方式跳变频率(FrequencyHopping)工作方式，简称跳频(FH)方式跳变时间(TimeHopping)工作方式，简称跳时(TH)方式各种混合方式20第二十页，共76页。扩频处理增益GP2023/4/1521第二十一页，共76页。直扩(DS)直接用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱。而在收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。信源扩频编码发生器信息接收滤波扩频编码发生器

同步电路直扩系统基本原理图调相解调2023/4/1522第二十二页，共76页。2.6OFDM正交频分复用是一种无线环境下的高速传输技术，将高速的数据流分解为多路并行的低速数据流，在多个载波上同时进行传输。正交子载波组的引入提高信道的利用率收端正交解调OFDM的快速实现（FFT/IFFT）实现简单循环前缀的引入可以有效克服因多径效应带来的符号间干扰。2023/4/1523第二十三页，共76页。OFDM系统原理框图图2.5OFDM系统原理框图2023/4/1524第二十四页，共76页。习题1一个扩频系统基带数据速率9600b/s，扩频后速率9600000b/s，要求信息数据正确解调的最小的输出信噪比(S/N)out＜10dB，系统损耗Ls＝3dB。求：该系统的处理增益；抗干扰容限解：

处理增益：

Gp=10lg(9600000/9600）=30dB

干扰容限:Mj＝30－(10+3)＝17dB2023/4/1525第二十五页，共76页。第三章移动通信电波传播与预测模型3.1无线电波传播特性分析3.2移动信道的特征3.3陆地移动信道的传输损耗3.4移动信道的传播模型掌握:移动通信中电波传播的主要方式;多径传播的基本特性;电波传播损耗的预测模型;理解:描述多径信道的参数2023/4/1526第二十六页，共76页。VHF\UHF电波传播的主要方式基站散射散射直射反射移动终端（手机）衍(绕)射.......直射波（最强）反射波（次强）绕射波（次强）散射波（最弱）2023/4/1527第二十七页，共76页。多径传播的基本特性lg(d)接收功率(dBm)大尺度路径损耗均值大尺度路径损耗大尺度路径损耗+小尺度衰落2023/4/1528第二十八页，共76页。小尺度衰落掌握多径衰落的基本特性多径效应，多普勒效应掌握多普勒频移熟悉多径信道模型衰落特性参数时间色散：RMS时延扩展、相干带宽频率色散：多普勒扩展、相干时间空间色散：角度扩展、相干距离2023/4/1529第二十九页，共76页。衰落信道下的接收信号包络的统计分布瑞利分布：发射信号经历无直射路径的N条独立的衰落路径，接收的合成信号包络服从瑞利分布。莱斯分布：多径信道中，存在一路较强信号且它占有支配地位，接收信号包络的衰落变化服从莱斯分布.2023/4/1530第三十页，共76页。电波传播损耗的预测任意地形地区的传播损耗的中值LA=Lfs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)-KTf：载波频率；hb：基台天线高度；

d：传输距离；hm：移动台天线高度。自由空间损耗(GbGmλ/4πd)2中等起伏地区基本衰耗中值基台天线高度因子移动台天线高度因子地形地物修正因子2023/4/1531第三十一页，共76页。习题某一移动信道，工作频段为450MHz，基站天线高度为50m，天线增益为6dB，移动台天线高度为3m，天线增益为0dB；在郊区工作，传播路径为正斜坡，且θm=15mrad，通信距离为10km。试求：(1)传播路径损耗中值；(2)若基站发射机送至天线的信号功率为10W，求移动台天线得到的信号功率中值。2023/4/1532第三十二页，共76页。自由空间传播损耗由图3-23查得市区基本损耗中值2023/4/1533第三十三页，共76页。根据已知条件，2023/4/1534第三十四页，共76页。第四章抗衰落技术4.1分集技术4.2RAKE接收4.3信道编码与交织技术4.4均衡技术掌握:分集接收的概念、方式卷积编码、交织的原理熟悉：RAKE接收、均衡技术2023/4/1535第三十五页，共76页。4.1分集技术分集的原理信号经过“复制”和映射，在多个独立信道上传播，则各独立信号传播路径同时经历深度衰落的概率降低。概念：利用加性独立（或至少是不相关）的衰落路径传送相同的信号并合并，从而提高接收信号的信噪比。本质：对同一信号在不同时间、频率、空间、极化方向的采样。2023/4/1536第三十六页，共76页。分集的种类空间分集的概念和获取方法用不相关的两个以上天线或者同一天线的不同极化方向传输同一个信号条件：各天线间距>>空间相干距离频率分集的概念和获取方法传输信息以不同的频率进行传输条件：传输信息的频率间距>>相干带宽时间分集的概念和获取方法传输信息在不同的时刻重复传输信号重发时间间隔>>相干时间2023/4/1537第三十七页，共76页。不同合并方式比较SC：MRC：EGC：2023/4/1538第三十八页，共76页。不同合并性能比较图4.1各种合并方式平均信噪比的改善2023/4/1539第三十九页，共76页。4.2RAKE接收RAKE接收机：利用多个并行相关器检测多径信号，按照一定的准则合成一路信号供解调用的接收机。利用多径现象来增强信号接收机单径接收电路单径接收电路单径接收电路搜索器计算信号强度与时延合并合并后的信号tts(t)s(t)2023/4/1540第四十页，共76页。4.3信道编码与交织信道编码的定义在信息码元中增加一些冗余码元，用来在接收端检测或纠正在有噪信道中引入的误码。码率：主要分类：分组码和卷积码2023/4/1541第四十一页，共76页。卷积码(2,1,2)卷积编码器结构卷积码的校验码元与当前k个码元和前m段的mk个码元有关，记为(n,k,m)卷积码k:输入信息长度，n:输出码字长度m:记忆深度，通常表示移位寄存器个数。码率：R=k/n编码约束长度：l=m+142第四十二页，共76页。最大似然译码最大似然译码（ML：MaximumLikelihood）寻找似然函数最大的码字C(m)，则译码器选择C(m)作为发送序列Viterbi硬判决译码：最小距离准则——寻找与接收序列汉明距最小的路径Viterbi软判决译码：最大相关准则——寻找对数似然函数最大值路径。相当于寻找与接收序列的内积最大的码字序列（双极性码元）路径。2023/4/1543第四十三页，共76页。交织技术交织把一条消息中的比特以非连续方式传送，使突发差错信道变为离散信道(将突发错误随机化)，便于利用纠错码消除随机错。交织深度交织前相邻两符号在交织后的间隔距离，要求交织深度的时间跨度>>相干时间2023/4/1544第四十四页，共76页。4.4均衡技术横向滤波器结构均衡器评价均衡器性能的准则1）最小峰值失真准则使码间干扰的峰值最小。2）最小均方畸变准则使码间干扰的均方误差最小。2023/4/1545第四十五页，共76页。均衡器系数的计算假设按最小峰值失真准则当均衡前的初始畸变D0小于1时，可用迫零算法2023/4/1546第四十六页，共76页。习题（2，1，2）卷积码编码原理图如下所示，求：输入信码的编码过程。2023/4/1547第四十七页，共76页。由图得出m1m2…m7=1101001的编码过程如下：p1=m1○+0=1○+0=1；第2位0为初始清零值p2=m2○+0=1○+0=1；第2位0为初始清零值p3=m3○+m1=0○+1=1；p4=m4○+m2=1○+1=0；p5=m5○+m3=0○+0=0；2023/4/1548第四十八页，共76页。p6=m6○+m4=0○+1=1；p7=m7○+m5=1○+0=1；p8=0○+m6=0○+0=0；第1位0为尾比特p9=0○+m7=0○+1=1；第1位0为尾比特编码输出为：m1p1m2p2……=11,11,01,10,00,01,11,00,012023/4/1549第四十九页，共76页。第五章蜂窝组网技术5.1概述5.2多址技术5.3区域覆盖和信道配置5.4网络结构5.5信令5.6越区切换和位置管理掌握：多址技术区域覆盖与网络结构信道的指配与选取移动性管理等内容。了解:移动通信系统的信令结构。

2023/4/1550第五十页，共76页。组网组网的目的--提高频谱的利用率和系统的灵活性。组网技术的几个主要方面：频率资源的管理和有效利用问题；

网络的控制问题；区域覆盖：

无线电区（小区）：基站信号所能覆盖的区域区域覆盖方式：小容量的大区制,大容量的小区制第五十一页，共76页。5.2多址接入技术FDMA(FrequencyDivisionMultipleAccess)频率划分，时间共享物理信道：频道；用户地址：频道号TDMA(TimeDivisionMultipleAccess)时隙划分，时隙独享，

频率共享。物理信道：时隙；用户地址：时隙号CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)码型划分，时隙、频率共享物理信道：地址码；用户地址：码号技术基础：直扩2023/4/1552第五十二页，共76页。正交频分多址OFDMAOFDMA(OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess)多址接入系统:将传输带宽划分成正交的互不重叠的一系列子载波集，将不同的子载波集分配给不同的用户实现多址。WiMax,LTE,都支持OFDMA第五十三页，共76页。5.3频率复用和蜂窝小区掌握小容量的大区制和大容量的小区制的优缺点掌握频率复用的概念簇（区群）共同使用全部可用频率的N个小区叫做一个簇(区群）N的典型值3、4、7、9、12、……，构成簇的基本条件1)基本图案（簇）能彼此邻接且无空隙地覆盖整个

面积。2)相邻簇中，同频小区间距离相等，且为最大。2023/4/1554第五十四页，共76页。同频小区簇间同频小区位置的确定沿着任意一条六边形边的垂线方向移动i个小区，并逆时针方向旋转60°，再移动j个小区。同频复用距离D载干比（只考虑第一层的干扰）N：区群大小；n：路径损耗指数L：主要同频小区个数，全向小区时L=62023/4/1555第五十五页，共76页。同频干扰与频谱利用率的关系同频干扰是制约系统容量的主要因素。同频干扰与频谱利用率是一对矛盾体：在小区半径不变R的情况下，同频复用距离D越小，同频干扰越大，但每个区群的小区数N（区群的大小

）越小，在单位面积内可复制的区群数越多，所以频谱利用率越高，系统容量越大；同频复用距离D越大，同频干扰越小，每个区群的小区数N越大，在单位面积内可复制的区群数越少，则频谱利用率降低，系统容量越小。从提高频谱利用率的角度，在保持满意的通信质量的前提下，N应取最小值最好。2023/4/1556第五十六页，共76页。5.4蜂窝移动通信系统的容量分析(1)Bt：系统占用的总带宽Bc：信道带宽Bc：TDMA系统的等效信道带宽。N：区群的大小（每区群中的小区数）蜂窝系统的通信容量的常用定义定义1：每个小区的可用信道数，即每小区允许同时工作的用户数。定义2：单位面积内可允许同时工作的用户数。通信容量m（定义1）FDMATDMA57第五十七页，共76页。蜂窝移动通信系统的容量分析(2)CDMA系统的容量主要受限于系统内移动台的相互干扰。单小区下的系统容量d：话音占空比，0.35，G为扇形分区系数多小区下的系统容量F为信道复用效率，0.62023/4/1558第五十八页，共76页。第七章时分多址蜂窝通信系统7.1GSM系统的业务及其特征7.2GSM系统的结构7.3GSM系统的信道7.4GSM的无线数字传输7.5GSM系统的接续和移动性管理7.6通用分组无线业务2023/4/1559第五十九页，共76页。7.2GSM系统的结构移动台基站子系统网络子系统操作子系统图6.1GSM系统的结构60第六十页，共76页。7.3GSM系统的信道物理信道和逻辑信道物理信道：用来传送信号或数据的物理通路每个载频上支持的一个时隙（TS）就是一个物理信道逻辑信道：物理信道上所传输的内容根据物理信道所传输的信息种类的不同可定义不同的逻辑信道：业务信道和控制信道，根据所需完成的功能，控制信道又分为广播信道、公共控制信道及专用控制信道2023/4/1561第六十一页，共76页。物理信道和逻辑信道的配置多载频小区的映射方法：f0上的TS0用于广播信道BCH和公共控制信道CCCH。f0上的TS1用于专用控制信道DCCH。其余（f0上的TS2~TS7，f1~fn-1上的8个时隙）用于业务信道。举例：图6.2BCH和CCCH在TS0上的复用62第六十二页，共76页。突发脉冲序列每个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列频率校正突发脉冲序列：FCCH的序列结构同步突发脉冲序列：SCH的序列结构接入突发脉冲序列：RACH的序列结构常规突发脉冲序列：除FCCH、SCH、RACH的其他逻辑信道的序列结构空闲突发脉冲序列：填空。2023/4/1563第六十三页，共76页。定时提前量帧偏移：在基站角度，上行帧相对于下行帧来说，在时间上固定推后3个时隙。时间调整：在移动台角度，若不加时间调整，传输时延的变化使移动台之间的信息会发生重叠。需要有一个时间调整量，补偿传播时延，使基站有固定的3个时隙的帧偏移。定时提前量为：0~63bit2023/4/1564第六十四页，共76页。7.4GSM系统的无线数字传输无线信道对GSM系统性能的影响失真大时延扩展导致码间串扰多普勒效应导致突发错误SNR损耗自由空间损耗、阴影衰落导致SNR损耗平坦衰落、慢衰落导致SNR损耗GSM中的抗衰落技术信道编码（卷积编码）、交织（块内交织、块间交织）、天线分集、维特比均衡、跳频2023/4/1565第六十五页，共76页。7.6GSM系统的接续和移动性管理GSM的安全性管理（掌握）(1)接入网络——鉴权，掌握系统鉴权过程。(2)无线路径——加密(3)移动设备——设备识别(4)用户的安全保密——临时用户识别码TMSI、

SIM卡的PIN码保护GSM的接续管理了解客户状态、被呼与主呼过程66第六十六页，共76页。GSM的移动性管理GSM的移动性管理掌握位置更新的概念与流程掌握GSM越区切换策略与切换流程硬切换：在切换过程中会发生短时中断。切换触发准则：具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则切换方式：移动台辅助的切换切换流程2023/4/1567第六十七页，共76页。第八章码分多址蜂窝通信系统8.1IS－95系统概述8.2IS－95CDMA蜂窝系统的无线传输

8.3IS－95CDMA蜂窝系统的控制功能掌握：多址干扰和功率控制通信容量信道组成熟悉：登记注册、切换了解：呼叫处理流程2023/4/1568第六十八页，共76页。8.1CDMA蜂窝通信系统的多址干扰和功率控制多址干扰（MAI）

CDMA系统是采用不同的扩频码字来区分用户，这就要求各用户的扩频码具有强自相关性和弱互相关性。但实际上各用户间的互干扰不可能完全消失，所以CDMA系统是干扰受限系统，就是说来自本小区和邻近小区用户的干扰成了决定系统容量和性能的主要因素。多址干扰是CDMA系统所特有的一种干扰。多址干扰又分两大类：MS收到所属BS和临近BS向其它MS发送的信号。BS收到本小区和临近小区MS信号；(a)(b)第六十九页，共76页。远近效应“远近效应”

:近地强信号压制远地弱信号