无线通信工程课件

無線通信工程第一講緒論歷史環境應用發展

歷史（1）通信發展歷史的回顧通信（Communication)作為電信（Telecommunication)是從19世紀30年度開始的。物理發現 通信技術發展 1831年法拉第電磁感應1837年莫爾斯發明電報 1873年馬克斯韋爾的電1876年貝爾發明電話 磁場理論1895年馬可尼發明無線電開闢了電信（Telecommunication)的新紀元

歷史（2）電話的發明者－貝爾貝爾（18xx－1922）英國人

1868年在倫敦工作

1871年去波士頓工作

1873年任波士頓大學教授

1875年發明多路電報

1876年發明電話一生曾獲許多專利。妻子是一位聾人。歷史（3）無線電的發明者－馬可尼馬可尼（1874－1937）義大利人

1894年在父親的莊園試驗

1896年去倫敦

1897年建立無線電報公司

1899年首次實現英法無線通信

1916年實現短波無線電通信

1929年建立世界性無線通信網曾獲諾貝爾獎金曾參加法西斯黨歷史（4）通信發展歷史的回顧 物理發現 通信技術發展 1906年發明電子管 模擬通信得到發展開闢了模擬通信的新紀元

－1928年奈奎斯特準則和取樣定理－1948年山農定理 在理論上為數字通信準備了條件

歷史（5）通信發展歷史的回顧 物理發現 通信技術發展

20世紀50年代 數字通信得到發展 發明半導體 20世紀60年代 發明積體電路

開闢了數字通信的新紀元

歷史（6）通信發展歷史的回顧 物理發現 通信技術發展

20世紀50年代 20世紀40年代提出靜止衛 航太技術 星概念，但無法實現 1963年第一次實現同步衛 星通信

開闢了空間通信的新紀元

歷史（7）通信發展歷史的回顧 物理發現 通信技術發展

20世紀60年代 企圖用於通信，未成功 發明鐳射 20世紀70年代 光纖通信得到發展 發明光導纖維

開闢了光纖通信的新紀元

歷史（8）通信發展歷史的啟示通信傳輸始終是最活躍的技術領域，物理上的新進展都可能在通信上找到新用途，從而形成新的通信產業。通信傳輸的新要求又將推動物理和器件的進展，促使人們去研究發展新的物理機理來滿足資訊傳輸的需要。一個優秀的通信工程師和研究人員，必須對物理學和器件技術的新進展十分感興趣，並善於抓住新方向、新突破口迎接通信技術的革命。

環境（1）：無線通信的頻譜環境長波 30－300KHz 10-1km 中波 0.3-1.5MHz 1000-200m短波 1.5-30MHz 100-10m超短波:米波 30-300MHz 10-1m微波：分米波 0.3－3GHz 100-10cm

釐米波 3-30GHz 10-1cm

毫米波 30-300GHz 10-1mm 亞毫米波 300-3000GHz 1-0.1mm光波：紅外光 3103-3105GHz 100-1m

可見光 3105-3106GHz 0.8-0.4m

環境（2）：無線通信的傳播環境無線傳播環境的複雜性：天波（電離層、對流層）、地波（直射、反射、繞射）無線傳播的分類 －帶寬受限通道和功率受限通道 －色散通道和非色散通道 －恒參通道和變參通道 －點對點通道和多址通道環境（3）：無線通信的傳播環境

帶寬受限通道和功率受限通道加性高斯白雜訊通道上的山農定理

C＝Wlog2(1+S/N) b/s令：S/N=Eb/N0C/W山農定理就可以寫成：

Eb/N0=(2C/W-1)/(C/W)帶寬受限通道 Eb/N0C/WW無限

功率可以換取帶寬功率受限通道

WC/WEb/N0有限 當W，Eb/N0-1.6dB，即為山農極限，帶寬不能無限制地換取功率山農通道容量曲線Eb/N0dBC/Wb/sHz-1.6dB環境（4）：無線通信的傳播環境

色散與非色散通道、恒參與變參通道通道回應為C(;t)，其中代表回應時間，t代表信號時刻。輸入信號為時域衝擊函數，檢驗是色散通道還是非色散通道。 其中Tm為多徑擴散，其倒數fc為相干帶寬。輸入信號為頻域衝擊函數，檢驗是恒參通道還是變參通道。

其中Bd為多普勒展寬，其倒數tc為相干時間。信號帶寬Bfc，色散通道 信號帶寬Bfc

，非色散通道碼元週期Ttc，變參通道 碼元週期Ttc，恒參通道C(

;t)u(t)v(t)tt

(t)v(t)Tmff

(f)S(f)Bd環境（5）：無線通信的傳播環境

點對點通道和多址通道點對點通道：和有線通道類似，體現不出無線的特點。多址通道：無線傳輸的突出優點之一是能實現多址接入。 設：有N個用戶地址，第k個地址發送的信號為：

N Sk(t)=akj

Skj

(t)，akj

=1,0 j=1 jk 第k個地址接收的信號為：

NN R(t)=LikaijSij

(t)+nk(t) I=1j=1

無線用戶1無線用戶2無線用戶k空間環境無線用戶1點對點通道多址通道空間環境Sk(t)Rk(t)應用（1）：無線通信的應用概況短波/超短波通信天波（電離層）：數據/電話、單邊帶地波：小型接力機、單雙工電臺、對講機微波通信微波接力（模擬、數字）、散射、點對多點微波電視、電話、數據衛星通信高軌道（同步靜止）、中軌道、低軌道電視、電話、數據移動通信蜂窩電話、無繩電話、無線數據、集群系統、尋呼系統衛星移動系統

短波電離層通信特點：超遠距離、靈活機動；容量小、品質差用途： －海外使館 －遠洋船隊 －邊防哨所 －應急通信

短波/超短波地面通信特點：繞射能力、靈活機動、隱蔽性好；容量較小、品質較差用途： －陸軍電臺 －對空電臺 －特種通信(武警、公安)

－無繩電話應用（2）：無線通信的應用說明

短波、超短波通信應用（3）：無線通信的應用說明

微波通信

微波接力特點：容量大、品質好、視距傳播條件用途： －中小容量微波 －SDH大容量微波

－擴頻微波 －高頻段微波

點對多點微波用途：－無線集中器 －無線用戶環 散射微波通信衰落時變通道，距離遠，頻帶較窄，品質較差用途－軍用 －民用應用（4）：無線通信的應用說明

衛星通信

高軌道衛星通信特點：同步軌道、靜止衛星、容量大、品質好、功率受限通道用途： －國際長途 －海事衛星 －電視廣播 －軍事通信

中低軌道衛星通信特點：距離近、地面設備簡單靈活，非靜止軌道，要求跟蹤用途： －非即時資訊傳送 －遙感 －偵測 －衛星移動通信應用（5）：無線通信的應用說明

移動通信

蜂窩系統無線通信最成功的應用第一代：模擬 第二代：數字 第三代：多媒體

尋呼系統無線通信最大眾化的應用

其他無線移動系統集群系統無繩電話系統無線數據系統無線ATM系統無線IP系統發展（1）：21世紀電信網的發展趨勢 20世紀 21世紀業務方式 以音頻為主的單媒體 以視頻為主的多媒體幹線傳輸 微波 光纖用戶傳輸 有線 無線複接方式

PDH SDH交換模式

STM ATM網路方式 三網鼎立 三網合一發展（2）：21世紀電信網的發展趨勢

面向21世紀通信的三大革命以幹線（包括部分支線）傳輸光纖化為標誌的光纖革命以SDH、ATM和IP為標誌的數字革命以個人通信和無線接入為標誌的無線革命發展（3）：21世紀電信網的發展趨勢

面向21世紀通信的兩大通信平臺光纖通信平臺： 無線通信平臺：超大容量、超長距離 寬頻、移動關鍵技術：波分複用、 關鍵技術：CDMA、智光纖放大器 能天線、軟體無線電IPover?發展（4）：21世紀電信網的發展趨勢

無線通信面臨的挑戰及發展機遇光纖通信對無線通信的巨大衝擊－－巨大帶寬－－超低損耗－－較低成本未來資訊高速公路的主幹道，還有

Fibertohome的趨勢無線通信的發展機遇－－靈活性－－抗災性－－移動性發展（5）：21世紀電信網的發展趨勢

什麼叫無線革命20世紀通信網的基本框架中繼線 無線為主（微波、衛星） 天上包括部分有線（電纜）用戶線 有線為主（市話電纜） 地下包括部分無線（無線電話）21世紀通信網的基本框架中繼線 有線為主（光纜） 地下包括部分無線（微波、衛星）用戶線 無線為主 天上包括部分有線發展（6）：21世紀電信網的發展趨勢

無線通信熱點之一：個人通信1986年CCIR制訂FPLMTS，以個人全球通信為目標，首次提出個人通信概念 1986年CCITT討論UPT（全球通用個人通信）1989年英國政府發放許可證建立雙向個人通信網，首次出現PCN名詞90年代以來，美國提出個人通信業務（PCS），或個人通信系統（PCS）但是，到底什麼是個人通信？CCITT

－個人的移動性和終端移動性分開 －著重於個人的移動性，用戶號碼可以在任何終端上使用 －無線接入不是必要的條件 CCIR、歐洲PCN、美國PCS

－個人的移動性靠終端的移動性實現－移動通信網作為個人通信網的底層網路結構－無線接入是必要的條件以無線接入為基礎的個人通信叫做無線個人通信

WirelessPersonalCommunications發展（7）：21世紀電信網的發展趨勢

無線通信熱點之二：無線接入技術關鍵－多址 －有效性與可靠性 －組網－蜂窩 －信令與空間介面高層無線接入 特點：－蜂窩範圍大－複雜的通道處理（糾錯、均衡、分集）－快速移動 －無線交換 －功率大－成本高－低速語音編碼低層無線接入特點：－蜂窩範圍小－簡單的通道處理－慢速移動 －有線交換－功率小－成本低－中速語音編碼（32Kb/sADPCM）發展（8）：21世紀電信網的發展趨勢

無線通信熱點之三：無線ATM無線ATM的發展背景－－ATM方式是未來通信網發展的必然趨勢－－可移動多媒體業務的發展與普及－－無線頻譜資源的更加合理利用無線ATM的技術關鍵－－窄帶化技術（低到幾Mb/s）－－抗誤碼技術－－按信源的資訊量動態地分配帶寬無線ATM的應用前景－－軍事通信、多媒體通信發展（9）：21世紀電信網的發展趨勢

無線通信熱點之四：擴頻技術擴頻多址技術的缺點：非正交性(Non-orthogonality)

優點：堅韌性(Robustness)

堅韌性體現在：－－抗多徑－－抗干擾－－蜂窩分割的頻率再用－－扇區分割的頻率再用前沿技術：時空聯合處理、智能天線、多用戶檢測

發展（10）：21世紀電信網的發展趨勢

無線通信熱點之五：軟體無線電當前無線系統在硬體及軟體上存在的問題：－多種標準、多種制式、多種協議、多種方案－困難:－－互連互通難－－設備更新難－－研製開發難能否搞成一個通用的無線系統： －－硬體是公用的，除了天線和RF前端外，其他都是DSP

－－所有無線通信過程都用軟體實現，而軟體環境是開放的 －－無線協議都遵循一個公共的WirelessOSI分層結構軟體無線電的關鍵技術－－多頻段天線及RF前端技術－－直接式數字上、下變頻技術－－高速DSP技術－－標準化無線協議及協議轉換技術軟體無線電的應用前景 －－多模手機－－通用無線平臺－－通用抗干擾軍用電臺發展（11）：21世紀電信網的發展趨勢

無線通信熱點之六：第三代移動通信（1）第一代 －模擬話音 －NMT，AMPS，TACS第二代

－數字話音＋低速數據（小於64Kbps)

－GSM,PDC，IS-95，IS-136（D-AMPS）第三代 －多媒體業務（小於2Mbps） ＋第二代業務 －UMTS/IMT-2000

IMT－2000簡介

1985年國際電聯就開始研究FPLMTS，1996年正式更名為IMT－2000國際移動通信系統，工作頻段2000MHz，使用日期2000年

IMT－2000特點 全球性綜合性相容性靈活性

發展（12）：21世紀電信網的發展趨勢

無線通信熱點之六：第三代移動通信（2）RTT標準的主要建議WCDMA 歐洲把二個標準溶合成TDD/FDD，得到日本、美國、韓國支持，將會成為主流cdma2000 美國提出，和IS-95相容TD-SCDMA 中國提出幾點看法關於市場定向

電話？多媒體？視頻業務？Internet？關於體制標準

全球一個標準？還是一個標準族？關於上下相容

要和第二代相容。關於知識產權

各國都希望國際標準中涉及的技術必須是開放的。第二講系統組成及技術規範系統組成性能指標技術體制技術規範系統組成

系統組成（1）：組成框圖

發基帶單元發中頻單元發射頻單元發天線單元收基帶單元收中頻單元收射頻單元收天線單元無線傳播通道系統組成（2）：基帶單元框圖

發端接口處理發端信道處理發端調制映射發端基帶濾波收端接口處理收端信道處理收端解調映射收端基帶濾波比特流及時鐘輸入比特流及時鐘輸出複接、分接擾碼、去擾糾錯、交織均衡、去干擾擴頻映射二進/多進映射基帶成形匹配濾波基帶複向量信號輸出基帶複向量信號輸入系統組成（3）：中頻單元框圖

複數調製器中頻放大濾波複數解調器中頻信道處理AGC中頻放大收端中頻濾波發送中頻信號輸出接收中頻信號輸入基帶複向量信號輸入基帶複向量信號輸出發端中頻本振載波時鐘同步系統組成（4）：射頻單元框圖

上變頻器射頻功率放大下變頻器射頻信道處理射頻前置放大收端射頻濾波發送射頻信號輸出接收射頻信號輸入接收中頻信號輸出發端射頻本振收端射頻本振發送中頻信號輸入發端射頻濾波頻率控制系統組成（5）：天線單元框圖發送射頻信號輸入接收射頻信號輸出天線收發雙工FDD/TDD發射信號接收信號系統組成（6）：等效基帶原理

發送信號：

s(t)=a(t)cos

0t+(t)=Reu(t)exp(j0t) 其中：u(t)=a(t)exp(j(t))=x(t)+jy(t)叫作等效基帶信號，亦稱複包絡。正交調製及正交解調可以等效為複數乘法器。帶通濾波器可以等效為複數低通濾波器。無線傳播通道可以等效為時變的複數低通網路。通道非線性（包括：調製、解調和放大器的非線性）也可以進行複數低通等效。帶通雜訊可以等效為複數低通雜訊系統組成（7）：調製解調的基帶等效

合路

costsintx(t)y(t)S(t)

分路

cost-sintx(t)y(t)S(t)S(t)=x(t)+jy(t)exp(jt)x(t)=ReS(t)exp(-jt)y(t)=ImS(t)exp(-jt)系統組成（8）：帶通濾波的基帶等效

0

0H()HB()HB(

－

0)=H()，0HB

(－

－

0)=H

(－)，0H()

＝HB(

－

0)＋

HB

(－

－

0)系統組成（9）：無線傳輸的基帶等效模型調製映射解調映射HT()HR()HC()N(t)複數雜訊二進位碼流輸出二進位碼流輸入多進制複符號多進制複符號發端回應收端回應通道回應性能指標多址方式雙工方式調製解調方式通道編碼方式信源編碼方式發送頻譜發送功率通道速率誤碼門限工作頻段及頻譜安排傳輸距離及傳輸方式傳輸容量傳輸品質業務方式供電方式及耗電量環境條件可靠性 性能指標（1）：概述性能指標（2）：工作頻段及頻譜安排工作頻段：根據頻譜規劃，劃分給該項業務的工作頻率範圍。波道配置：根據頻譜規劃，在工作頻段內劃分出若干個波道，供用戶選用。收發配置：根據頻譜規劃，在工作頻段內劃分出發送和接收子頻段。頻段寬度波道間隔收發頻差ffff1f1'f1f2性能指標（3）：傳輸距離和傳輸方式傳輸距離地面視距傳播：取決於天線高度、工作頻段和地形，一般50公里以內。地面繞射傳播：一般20公里以內。對流層傳播：一般幾百公里。電離層傳播：可達幾千公里。衛星傳播：洲際傳播傳輸方式單工點對點方式。雙工點對點方式。中繼（或稱接力）方式 －有源中繼 －無源中繼地面點對多點方式衛星點對多點方式平流層氣球方式傳輸容量傳輸容量指對用戶有效的傳輸資訊容量傳輸容量表示方法 －用總的電話路數來表示，如：

M16路，PCM30路等 －用PDH的群路數來表示，如：1E1，4E1等 －用有效傳輸的比特率來表示，如：2Mb/s，8Mb/s傳輸容量有時還要考慮一些附加的資訊性能指標（4）：傳輸容量和通道速率通道速率通道速率指在無線通道中傳送的總速率，一般用比特率表示通道比特包括：用戶資訊比特和輔助資訊比特輔助資訊比特如：

－通道編碼比特 －勤務和監控比特 －幀同步比特性能指標（5）：傳輸品質和誤碼門限傳輸品質數字信號傳輸品質之一：誤碼，包括：

－長時間統計的零星誤碼 －短時間統計的誤碼超過某個值（如：10-3，10-6)的時間百分數數字信號傳輸品質之二：同步，包括： －時鐘抖動 －時鐘丟失誤碼門限無線傳輸系統的重要性能指標為達到一定誤碼率所需要的最小接收電平，稱為該系統的誤碼門限誤碼門限計算公式：

Pr0=NFkT0fb

Eb/N0

其中：NF為雜訊係數，k為玻爾茲曼常數，T0為絕對溫度，fb為通道速率，Eb/N0為保證一定誤碼率所需要的歸一化信噪比性能指標（6）：雙工方式頻分雙工（FDD）時分雙工（TDD）發濾波收濾波發送信號接收信號去天線發開關收開關發送信號接收信號去天線環行器TDD控制性能指標（7）：調製解調方式調製方式模擬調製及數字調製常用數字調製方式：

FSK、MSK、GMSK、TFM BPSK、QPSK、8PSK 16QAM、64QAM、256QAM全數字實現方法 任何調製都可以正交展開，即用複包絡表示解調方式模擬解調和數字解調數字解調 －相干解調 －非相干解調同步問題的重要性 －載波同步 －時鐘同步全數字解調演算法性能指標（8）：通道編碼方式通道編碼的目的： －消除由於通道不理想所帶來的誤碼 －在理想通道上取得一定的功率增益考慮原則： －系統對通道編碼的要求 －系統能提供多少冗餘度常用的通道編碼： －分組碼 －卷積碼 －Turbo碼糾錯編碼和交織結合糾錯編碼和調製結合代數解碼和概率解碼性能指標（9）：信源編碼方式語音壓縮編碼增量調製（

M）

16Kb/s，32Kb/s脈衝編碼調製（PCM）

64Kb/s自適應差分脈碼調製（ADPCM）

32Kb/s其他中低速語音編碼

16Kb/s，8Kb/s，4.8Kb/s，2.4Kb/s圖象壓縮編碼JPEG，靜止圖象

32,64,128Kb/sH.261，會議電視 64,128,384,1920Kb/sMPEG-1，存儲媒體 2Mb/s以下MPEG-2，數字電視 2Mb/s以上性能指標（10）：發送頻譜和發送功率發送頻譜框架發送功率為了保證有一個較好的電磁環境，無線通信系統的發送功率有較嚴格的規定。發送功率的等級： －無繩電話：毫瓦級 －移動電話：瓦級 －微波通信：十瓦級 －衛星通信：百瓦級f0f主瓣寬度：BB帶外輻射：LLdB性能指標（11）：供電方式及耗電量供電方式交流供電、直流供電間斷供電、不間斷供電各種方式： －220V電網 －發電機 －太陽能 －蓄電池 －乾電池耗電量無線通信系統的重要指標降低耗電量的方法： －減少整個系統的傳輸損耗，減少發射功率 －採用效率高的功率器件 －提高電源變換器的效率性能指標（12）：環境條件溫度條件 －保證指標的溫度範圍 －保證工作的溫度範圍 －儲存的溫度範圍濕度條件衝擊及振動條件電磁干擾條件腐蝕條件特種條件溫度條件舉例民品：

5400C保證指標

0450C保證工作軍品

－10450C保證指標

－20500C保證工作性能指標（13）：可靠性可靠性基本關係失效率

：在單位時間內從正常轉為失效的概率平均無故障工作時間T。

T＝1/

可靠度p：無故障工作的概率。

p=exp(-t)可用率P。

P＝t工作/(t工作+t中斷)無線通信的可靠性包括：設備可靠性和傳播可靠性。為提高設備可靠性： －採用高可靠性的元件 －採用設備的備份措施為提高傳播可靠性： －在傳播能力上留有餘量 －採用抗通道衰落技術 －採用波道的備份措施技術體制技術體制（1）：考慮原則有效性：在給定的頻率、功率和空間條件下實現最大的傳輸容量。可靠性：在給定的通道衰落和干擾條件下實現最好的業務品質。靈活性：為固定及移動用戶提供最靈活的無線接入手段。實用性：成本、體積、重量、耗電等。技術體制（2）：關於有效性信源編碼技術：採用有效的信源編碼技術，在保證原始消息品質的條件下，盡可能壓縮傳輸所需的比特率。調製技術：採用高效率的調製技術（包括頻譜成形技術），盡可能壓縮傳輸給定比特率所需的帶寬。蜂窩技術：控制發射機的功率，在通信區域內劃分出許多蜂窩狀社區，從而提高無線頻譜的利用率。智能天線技術：利用天線的自動定向或扇區劃分，在通信區域內形成許多定向的社區，從而提高無線頻譜利用率。技術體制（3）：關於可靠性冗餘度技術： －糾錯編碼，比特上的冗餘度； －擴頻與跳頻，頻率上的冗餘度； －電平儲備，功率上的冗餘度； －備份切換，設備上的冗餘度。抵銷技術 －均衡，用頻域或時域的方法校正通道的傳遞函數； －分集，用多重頻率、時間或天線接收的信號抵銷多徑效應； －多用戶檢測； －自適應干擾抵銷。技術體制（4）：關於靈活性無線多路無線多路是無線通信靈活性的表現之一。無線多路一般遵循多路電話的標準，如：PDH的基群、二次群等，SDH的STM-1等。採用TDM體制。無線通信還能提供靈活的旁路業務。無線多址無線多址接入是無線通信靈活性的表現之二。採用FDMA、TDMA、CDMA、SDMA等多址接入技術。既能固定接入，也能移動接入。在蜂窩移動系統中，越區和漫遊技術的重要性。技術體制（5）：關於實用性便攜性便於攜帶，是無線通信作為個人通信物理層基礎的重要特點。為了滿足便攜性，對個人便攜終端（如：手機）的體積、重量、功耗都提出了很高的要求。為解決此問題需要綜合的技術。經濟性隨著個人通信的發展，無線通信已從傳統的投資類產品轉化為市場巨大的消費類產品。在市場競爭的推動下，無線通信產品的成本價格必須大幅度下降。降低成本的關鍵：採用系統集成技術和批量生產技術。技術規範技術規範（1）：概述無線通信技術規範的重要性 －無線頻譜的合理使用 －無線系統的干擾協調 －無線用戶的入網介面 －無線設備的跨域漫遊無線通信技術規範的核心 －無線傳輸技術（空中介面技術） －無線入網技術技術規範（2）：標準系列國際電聯的標準：CCIR、CCITT、ITU世界各國的地區性標準 －歐洲標準 －北美標準 －日本標準我國標準 －國家標準 －部門標準

技術規範（3）：無線法規由國家無線電管理委員會制定無線電法規，作為國家行政法規頒佈。各種無線產品必須符合無線法規制定的入網標準。各種無線產品的研製、生產、引進、使用都必須向主管部門（各級無委會）申報，特別是無線發射機。各項無線通信工程的設計、施工和運營都必須向主管部門（各級無委會）申報，特別是使用頻率。違反國家無線法規的行為都屬於違法行為。 技術規範（4）：頻譜規劃無線頻譜的使用由國家無委會統一規劃，並實行許可證制度。頻譜規劃種類：廣播電視、射電天文、雷達定位、民用通信、軍用通信等。民用通信舉例：微波通信、衛星通信、移動通信、無線尋呼、無繩電話、無線數據等。頻譜規劃中允許不同業務共用某個頻段，但在技術上和管理上要做好協調。

技術規範（5）：數字微波技術規範

工作頻段：2GHz，4GHz，6GHz，8GHz，11GHz等傳輸容量： 小容量2Mb/s，8Mb/s 中容量34Mb/s，68Mb/s 大容量140Mb/s，155Mb/s傳輸品質： 高誤碼，誤碼率超過110－3的時間百分數

低誤碼，誤碼率超過110－6的時間百分數 零星誤碼不超過110－9

傳輸距離： 2500Km，1000Km，300Km技術規範（6）：擴頻微波技術規範

工作頻段：2.4-2.4835GHz,5.725-5.85GHz無需許可證頻段傳輸容量：不小於250kbits/s 擴譜方式：直接序列擴譜（DSSS），擴頻比為11

跳頻擴譜（FHSS），跳頻速率為2.5次/秒發射功率：不大於100mW峰值功率密度：不大於－10dBW/100KHz（跳頻） 不大於－20dBW/1MHz（直擴）

技術規範（7）：移動通信技術規範模擬蜂窩TACS －頻率900MHz －間隔25KHz －調製話音FM，信令FSK －多址FDMA －雙工FDD數字蜂窩GSM －頻率900MHz －間隔200KHz －調製GMSK －多址TDMA/FDMA －雙工FDD數字蜂窩Q-CDMA(IS-95) －頻率800MHz －間隔1.25MHz －調製擴頻＋QPSK －多址CDMA －雙工FDD數字蜂窩D-AMPS(IS-54) －頻率800MHz －間隔30KHz －調製/4DQPSK －多址TDMA/FDMA －雙工FDD技術規範（8）：軍用電臺頻率規範軍用電臺頻率規劃表

頻率範圍 波段 系統（設備）名稱

200～500KHz

中長波 陸軍電臺

1.6～30MHz 短波 海陸空電臺

30～88MHz VHF 陸軍、海軍

108～174MHzVHF 海軍、空軍

225～400MHzUHF 空軍 技術規範（9）：某軍用電臺技術規範背景未來的數位化戰場，特別是電子對抗。未來的綜合業務，如：話音、數據、傳真、圖象。用途取代原有的多制式、多品種的短波、超短波戰術電臺。配備到陸軍師、團、營、連、排各級。主要指標工作頻段：2－180MHz，相容陸軍現有的短波、超短波頻段和陸軍航空兵的地空指揮導航頻段。可相容現有的AM、FM體制。保密數字話：16Kb/s的CVSD，4.8/8Kbps的CELP。數據通信：50－9600b/s，TCP/IP協議。第三講無線通信的通道引言自由空間傳播地面視距傳播地面超視距傳播移動傳播引言

引言（1）：無線通信通道的分類理想無線通道？非理想無線通道？ 理想：無阻擋、無衰落、無時變、無干擾，自由空間傳播。固定無線通道？移動無線通道？視距無線通道？非視距無線通道？ 視距，如：地面視距、衛星。 非視距，如：地面繞射、對流層散射、電離層折射。有干擾無線通道？無干擾無線通道？ 干擾，如：系統內部的干擾、系統外部的非敵意干擾、敵意干擾。

引言（2）：無線通信通道的指標傳播衰減 －衰減的平均值 －衰減的最大值 －衰減的統計特性傳播延時 －延時的平均值 －延時的最大值 －延時的統計特性延時擴展 －對通道色散效應的描述多普勒擴展 －對通道時變效應的描述干擾 －干擾的性質 －干擾的強度

引言（3）：無線傳播通道的模型通道回應為h(,t)

，可以表示色散和時變假設：線性通道、加性干擾h(,t)

s(t)r(t)n(t)自由空間傳播

自由空間傳播（1）什麼叫自由空間？無任何衰減、無任何阻擋、無任何多徑的傳播空間。無線電波在自由空間傳播時，其單位面積中的能量會因為擴散而減少。這種減少，稱為自由空間的傳播損耗。如圖所示，發射功率為PT，發射天線為各向均勻輻射，則以發射源為中心，d為半徑的球面上單位面積的功率為：

S＝PT/4d2球面上的功率流PTd

自由空間傳播（2）由於天線有方向性（設發射天線增益為GT），故在主波束方向通過單位面積的功率為：

S=GTPT/4d2設接收天線的有效面積為A，則接收天線所截獲的功率為：Pr=SA=AGTPT/4d2對於拋物面天線，假定天線口面場具有等相、等幅分佈，則天線的有效面積為：

A=Gr

2/4

其中Gr為接收天線增益，為自由空間波長代入Pr公式。得到： Pr=GrGTPT(

/4d)2令：

Pr/PT=GrGT/LS

其中LS定義為自由空間傳播損耗。則：

LS=(4d/

)2 =(4fd/c

)2以分貝數表示：

LS=92.4+20lgf(GHz) +20lgd(km)dB地面視距傳播

簡介地面微波通信屬於視距傳播。視距傳播的主要特點是收發天線都在視距範圍內。視距傳播要考慮大氣效應和地面效應。視距和天線高度的關係 由於地球是一個曲面，天線高度h1、h2和視距d之間存在以下關係：

d=3.57()

其中h1、h2的單位是m，d的單位是km。說明：此公式沒有考慮大氣及地面對傳播的影響，所以只能用作大致的估計。

大氣效應之一：吸收衰減主要發生在高頻段水蒸汽的最大吸收峰在23GHz(1.3cm)；氧氣的最大吸收峰在60GHz(5mm)；對於12GHz(2.5cm)以下的頻率，大氣吸收衰減小於：0.015dB/km。大氣效應之二：雨霧衰減在10GHz以下頻段，雨霧衰減並不嚴重，一般只有幾dB。在10GHz以上頻段，雨霧衰減大大增加，達到幾dB/km。下雨衰減是限制高頻段微波傳播距離的主要因素。大氣效應之三：大氣折射引入等效地球半徑的概念：地面效應之一：費涅爾半徑和餘隙利用波動光學的惠更斯－費涅爾原理，在遇到障礙物時將產生附加損耗。障礙物到T，R連線的垂直距離為hc，稱為餘隙。一階費涅爾半徑為h1，定義hc/h1為相對餘隙。就可以從右圖求出附加損耗。地面效應之二：地面反射這是產生電平衰落的主要原因之一。設：反射係數為m，反射相位為1800，自由空間衰減係數為，就可以求出接收點的場強：平衰落當衰落較嚴重時，接收點的場強接近瑞利分佈接收點場強小於某個值的概率通用公式例：

B＝1C＝3.5A=1.410－8

Q=1頻率選擇性衰落根據W.D.Rummler提出的偽三徑模型，得到頻率選擇性衰落的頻率回應函數，如下圖所示。地面超視距傳播對流層散射傳播在地球表面10－12km處為對流層，存在大量隨機運動的不均勻介質，能對電波產生折射、散射和反射。散射通信是利用部分散射體內介質的前向散射信號。這是典型的多徑通道。通信距離可達幾百－上千公里。散射通道不存在電波的直射分量，是典型的瑞利衰落通道。根據測試結果，接收電平小於其均方根值10dB,20dB,30dB的概率分別為10％，1％，0.1%。快衰落服從瑞利分佈。慢衰落服從對數正態分佈。克服散射通道衰落的主要方法是採用分集接收技術。電離層反射傳播在地球上空60km以上是電離層，可以分為D層、E層、F層。D層能吸收電波，E層能反射電波，然而在晚上都會消失。對電波起良好反射作用的是F層，並且能夠在晝夜都保持一定的通信功能。電離層反射傳播（續）存在嚴重的多徑效應，最大傳播延時差可達毫秒量級。存在嚴重的時變性，電離層的特性隨時變化，並且很難準確預測存在最高可用頻率，為了實現較好的傳輸品質，工作頻率應盡可能接近最高可用頻率。這些頻率都在短波波段（2－30MHz）。存在多種附加損耗。如：吸收損耗（6－25dB），地面反射損耗（20dB），系統額外損耗（15－18dB）存在嚴重的干擾，這是短波通信的一大特點。包括：大氣雜訊、工業干擾、天電干擾、其他電臺的干擾。技術措施：自適應均衡、自動線路建立、分集。流星餘跡傳播據統計，每晝夜有數百億的流星進入大氣層，和空氣碰撞產生電離。在地面80－120km處形成電離氣體帶，這就是流星餘跡。利用流星餘跡的散射和反射進行通信。工作頻率30－80MHz，傳輸距離200－2000km，傳輸速率低，用於突發通信。衛星傳播靜止衛星通道穩定，可以按照自由空間傳播損耗計算長延時，要考慮對話音質量和通信協議的影響移動衛星要考慮地面的影響，包括多徑和遮蔽接收信號電平服從萊斯分佈要考慮多普勒頻移移動傳播說明移動無線傳播面臨的是隨時變化的、複雜的環境。首先，傳播環境十分複雜，傳播機理多種多樣。幾乎包括了電波傳播的所有過程，如：直射、繞射、反射、散射。其次，由於用戶臺的移動性，傳播參數隨時變化，引起接收場強的快速波動。為此，提出大尺度傳播模型和小尺度傳播模型。四種傳播機制直射：自由空間傳播反射：當電磁波遇到比波長大得多的物體時，發生反射。反射發生在地球表面、建築物和牆壁表面。繞射：當發射機和接收機之間的傳播路由被尖銳的邊緣阻擋時，發生繞射。散射：當電磁波的傳播路由上存在小於波長的物體、並且單位體積內這種障礙物體的數目非常巨大時，發生散射。散射發生在粗糙表面、小物體或其他不規則物體，如：樹葉、街道標誌和燈柱等。二種傳播模型：大尺度模型和小尺度模型大尺度路徑損耗傳播模型 描述發射機和接收機之間長距離上平均場強的變化，用於預測平均場強並估計無線覆蓋範圍。小尺度多徑衰落傳播模型 描述移動臺在極小範圍內移動時，短距離或短時間上接收場強的快速變化，用於確定移動通信系統應該採取的技術措施。二種傳播模型（續）對數距離路徑衰減規律根據理論和測試結果，無論室內還是室外通道，平均接收信號功率隨距離的對數衰減，其路徑損耗指數如下表所示：多徑擴散和相干帶寬的關係

多徑擴散和相干帶寬多普勒擴散和相干時間的關係

多普勒擴散和相干時間基於多徑時延擴散平衰落信號帶寬<相干帶寬時延擴散<符號週期頻率選擇性衰落信號帶寬>相干帶寬時延擴散>符號週期基於多普勒擴散

快衰落多普勒頻移大相干時間<符號週期通道變化快於基帶信號的變化

慢衰落多普勒頻移小相干時間>符號週期通道變化慢於基帶信號的變化衰落通道的分類大尺度模型：室外模型Longley-Rice模型適用頻率範圍：40MHz-10GHz。不同種類地形的點對點系統。利用路徑幾何學及對流層繞射性，預測大尺度中值傳播損耗。有電腦程式，根據輸入的路徑參數，進行點對點預測或區域預測。缺點：不能提供對環境因素的修正，沒有考慮多徑效應。Durkin模型描述不規則地形場強預測的電腦仿真器。已被聯合無線電委員會用於進行有效移動無線覆蓋區的研究。主要用於大尺度路徑損耗的預測。缺點：不能精確預測由於樹葉、建築物、其他人造結構引起的傳播效應，不能計算除地面反射以外的多徑傳播。大尺度模型：室外模型（續）Okumura模型適用頻率範圍150MHz-3GHz，距離1－100km，天線高度30－1000m。預測城區信號時使用最廣泛的模型，在日本已經成為系統規劃的標準。開發了一套在特定條件下自由空間中值損耗的曲線。缺點：對城區和郊區的快速變化反應較慢，和實際情況偏差約10－14dB。大尺度模型：室外模型（續）Hata模型適用頻率範圍150MHz-1.5GHz根據Okumura曲線圖所作的經驗公式，以市區傳播損耗為標準，並對其他地區進行修正。市區路徑損耗的標準公式。在1km以上的情況下，預測結果和Okumura模型非常接近。缺點：適用於大區制移動系統，不適用於社區半徑為1km的個人通信系統。其他模型Hata模型的PCS擴展WalfishBertoni模型寬頻PCS微蜂窩模型大尺度模型：室內模型一般說明室內傳播特點：覆蓋距離更小，環境變化更大受到影響的因素很多，如：門窗是開還是關？天線放置的位置？人員的分佈情況？室內通道可以分為視距（LOS）和阻擋（OBS）兩種。分隔損耗同樓層的分隔損耗給出不同頻段、不同材料不同分隔方式的損耗值。如：混凝土牆在1300MHz的損耗為8－15dB。樓層間的分隔損耗和建築物的材料、類型、層數、窗戶及頻段有關。一層的衰減要大，而五、六層以上的衰減很小。大尺度模型：室內模型（續）對數距離路徑損耗模型室內路徑損耗公式大尺度模型：室內模型（續）Ericsson多重中斷點模型通過測試多層辦公室建築，獲得Ericsson無線系統模型此模型提供特定地形路徑損耗範圍的確定限度右圖給出此模型的室內路徑損耗圖

小尺度模型（1）小尺度傳播的主要效應：信號強度的快速變化時變引起的多普勒頻移多徑引起的延時擴展多徑通道的沖激回應模型：移動通道可以看成線性時變通道，輸入x(t)和輸出y(t)存在以下關係

小尺度模型（2）移動多徑通道的參數：延時擴展及相干帶寬，描述色散延時擴展的典型值如下表所示相干帶寬估算：

小尺度傳播模型（3）移動多徑通道的參數：多普勒擴展及相干時間，描述時變多普勒頻移計算：相干時間計算：對於高速行駛的車輛，只要傳輸速率大於幾百bits/s，多普勒效應就可以忽略，通道就成為慢衰落通道。

小尺度傳播模型（4）平坦衰落的Clarke模型 這是一種基於散射的統計模型。接收信號的包絡服從瑞利分佈：射頻信號受到多普勒衰落影響的功率譜密度如右圖所示。

小尺度傳播模型（5）電平交叉率（LCR）： 瑞利衰落包絡歸一化為本地rms電平後，沿正向穿過某一指定電平的速率。表示為：平均衰落時段： 接收信號低於某指定電平R的平均時間段的值。表示為：

小尺度傳播模型（6）雙線瑞利衰落模型

Clarke模型及瑞利衰落統計模型只適用於平衰落，而不考慮多徑時延。為此，採用一種常用的獨立雙線瑞利衰落通道模型。其沖激回應為：

小尺度傳播模型（7）Saleh和Valenzuela室內統計模型根據測試結果，提出一個簡單的室內通道多徑模型。該模型假設多徑分量以簇的形式到達。接收信號的幅度是獨立的瑞利隨機變數，相位在（0，2

）之間獨立分佈。各個簇和簇內的多徑分量構成不同速率的泊松過程，到達次數成指數分佈。SIRCIM和SMRCIM室內和室外統計模型基於離散沖激回應通道模型提出了一個來源於實際的統計模型，並編寫了電腦程式SIRCIM。後來又有人編寫了一個類似的程式SMRCIM，用以產生市區蜂窩及微蜂窩通道的沖激回應。目前全世界有100多家機構使用這種程式。第四講：基帶傳輸引言數字資訊表示法基帶傳輸過程功率譜密度奈奎斯特準則最佳檢測準則比特差錯率引言什麼叫基帶傳輸？數字信號的電脈衝不對載波進行調製，直接送往通道進行傳輸的方法，叫基帶傳輸。無線通信為什麼要討論基帶傳輸？

1、一個載波傳輸系統，在調製前與解調後所進行的信號變換過程，如：編碼、解碼、濾波、判決、抽樣、再生，和基帶傳輸過程十分相似。基帶傳輸的方法完全可以用於載波傳輸。

2、載波傳輸系統在一定條件下完全可以用等效基帶傳輸系統來代替。有關基帶傳輸系統的一些分析結果，如：功率譜密度、比特差錯率可以推廣到載波傳輸系統。數字資訊的表示法

數字資訊可以用抽象代碼或傳輸代碼來表示抽象代碼一組數字或文字符號；記為，是一組隨機序列；Ik

表示碼元，k表示序號，

Ik所能取得的各個符號值為符號集：在滿足馬爾可夫過程時，其統計特性完全可以由狀態概率pi(i=1,2,…..,M)及轉移概率pi,j(n)(i,j=1,2……,M)來描述。二進位抽象代碼舉例：

0，1

＋1，－1

S0，S1傳輸代碼一組電脈衝波形；記為u(t)=

，是一個隨機過程；uk

(t)表示在kTSt(k+1)TS時隙中的碼元，k表示序號；

uk

(t)所能取得的各個波形組成為波形集：傳輸代碼和抽象代碼的映射關係二進位傳輸代碼舉例：非歸零碼、歸零碼多進制在數字通信系統中，為了提高傳輸效率，往往採用多進制。 最常用的多進制為2l進制，即二進位、四進制、八進制，等等。 一個多進制抽象代碼可以表示成多進制數，也可以表示成二進位數組。 如：0123 00011011資訊量 在不考慮傳輸誤差情況下，一個隨機等概分佈的M進制碼元所包含的資訊量：

I＝log2(M)比特碼元速率（符號速率、鍵控速率、數碼率）： ？波特（Baud)資訊速率（比特率）： ？比特/秒（bits/s)基帶傳輸過程基帶傳輸過程:發端濾波器、基帶通道、雜訊與干擾、收端濾波器、再生器傳輸過程的畸變：干擾與雜訊、波形失真再生器的作用什麼叫眼圖？如何觀察眼圖？眼圖品質的幾個重要參數：－－眼圖開啟度－－眼皮厚度－－交叉點發散度比特差錯率（BER） －各種叫法：誤碼率、誤字率、碼元差錯率、比特差錯率、符號差錯率 －發生差錯的原因 －差錯的計算及測量

－BER和Eb/N0的關係曲線

功率譜密度定義平穩隨機過程的功率譜密度可以定義為自相關函數的傅裏葉變換。數字資訊的抽象代碼是平穩的隨機序列，但映射成傳輸代碼，卻不是平穩的隨機過程。傳輸代碼的自相關函數在一個碼元內和時間起點有關，即：

R(t1+kTs,t2+KTs)＝R(t1,t2)

並呈現週期性，稱為廣義週期平穩隨機過程。求出平均自相關函數： 其中:t=t1,=t2-t1。

對此進行傅裏葉變換，得到平均的功率譜密度:計算方法之一u(t)的自相關函數：

Ru(t,t+)=E(u*(t)u(t+))在一個週期中求平均：進行傅裏葉變換：其中Gi(f)為gi(t)的傅裏葉變換，Rik(l)為aim和ai(m+l)的互相關。

自相關函數法 多進制數字信號可以寫成：其中（a1n,a2n,……,aMn)是抽象代碼In對應的隨機變數組，gi(t),i=1,2,…,M是相應的波形集。設In是一個馬爾可夫過程，其狀態概率為pi，i=1,2,…,M，轉移概率為pi,k(l),i或k=1,2,…,M

計算方法之一（續）得到：存在線譜和連續譜線譜不存在的充分必要條件：

功率譜密度的一般運算式特例：純亂數字信號 轉移概率退化為狀態概率

pik(l)=pk

計算方法之二樣本函數uT(t)的功率密度對此隨機過程進行統計平均可以證明，樣本統計法先證明可行性。從隨機過程u(t)中截取一段取uT(t)的傅裏葉變換計算uT(t)的平均功率

計算方法之二(續）特例：二進位亂數字信號

其中Ik是平穩、遍曆、純隨機的二進位序列，以p1的概率取1，以p0的概率取0，p1+p0=1從u(t)中截取(－KTS,KTS)一段，分成二部分：

u(t,T)=(t,T)+(t,T)其中：(t,T)＝E(u(t,T))

(t,T)=u(t,T)-(t,T)

用樣本統計法計算(t)的功率譜密度：用樣本統計法計算(t)的功率譜密度：討論：線譜、連續譜

舉例單極性基帶信號波形集：

g1(t)=g(t),概率1/2

g0(t)=0.概率1/2功率譜密度：討論雙極性基帶信號波形集：

g1(t)=g(t),概率1/2

g0(t)=－g(t),概率1/2功率譜密度：如果g(t)為幅度等於A，碼長為TS的非歸零脈衝，則：奈奎斯特準則說明奈奎斯特第一準則：抽樣點無失真準則，或無碼間串擾（ISIFree)準則奈奎斯特第二準則：轉換點無失真準則，或無抖動（JitterFree）準則奈奎斯特第三準則：波形面積無失真準則。數字信號在傳輸過程中產生二種畸變：疊加干擾與雜訊，出現波形失真。瑞典科學家哈利•奈奎斯特在1928年為解決電報傳輸問題提出了數字波形在無雜訊線性通道上傳輸時的無失真條件，稱為奈奎斯特準則。第一準則理想低通濾波器頻域回應理想低通濾波器時域回應第一準則（續）第一準則的推廣：升余弦滾降濾波器左圖為頻域回應

為滾降係數時域回應：第二準則第二準則表示在轉換點無失真。令傳輸通道的時域回應為h(t)，輸入為沖激函數的隨機序列，則滿足第二準則的條件為：第二準則（續）滿足第二準則的頻域回應為其中

0＝2fSt0，令t0=0，有：第二準則（續）同時滿足第一準則和第二準則的濾波器頻域回應為

＝1升余弦滾降特性的濾波器。 帶寬為：(－fS，fS)時域回應為

＝1升余弦滾降特性的濾波器。 時間為：(－TS，TS)滿足第二準則的理想濾波器 頻域回應時域回應第三準則第三準則：波形面積無失真準則。第n時隙的波形面積，只決定於該時隙碼元的取值，而和其他時隙的碼元無關。可以證明：滿足第三準則的濾波器，是一個對矩形脈衝的輸出回應滿足第一準則的濾波器。關係如下：第三準則（續）第三準則濾波器的實用價值由於一般的數字信號不可能是沖激回應，而是矩形脈衝，為了滿足第一準則，實際上都需要採用第三準則濾波器。有時把具有：特性的濾波器稱為網孔均衡器。最佳檢測準則基帶傳輸模型HT(f)HR(f)+u(t)v(t)n0(t)在t=t0時刻對v(t)抽樣，得到：其中n0是高斯雜訊，均值為0，方差為以上假定系統滿足奈奎斯特第一準則。抽樣點信噪比X0為抽樣點信號變數，n0為抽樣點雜訊變數。當I0為雙極性二進位碼時，抽樣點信噪比可以寫成：根據積分的施瓦茲不等式有：抽樣點信噪比（續）此式相等的條件：這時抽樣點信噪比取得最大值：令：C0＝1，t0＝0，有：收發濾波器滿足共軛相等條件。共軛匹配結論：基帶信號在AWGN通道上實現最佳檢測的條件是收發濾波器共軛匹配，這時抽樣點的信噪比取得最大值，並等於歸一化信噪比。基帶傳輸回應最佳化基帶傳輸的最佳回應是收發濾波器各為平方根奈奎斯特濾波器收發濾波器回應：比特差錯率說明比特差錯率是數字信號傳輸的一項重要指標下麵討論計算過程計算時的假設傳輸通道是AWGN通道傳輸通道是線性通道收發濾波器滿足無碼間串擾條件，並且共軛匹配雙極性二進位碼接收端抽樣點的電壓

v0=x0+n0

服從高斯分佈，均值為＋h0，－h0，方差為

n2v0的條件概率密度函數如上圖所示判決規則誤判區計算平均比特差錯率單極性二進位碼計算過程同雙極性二進位碼計算結果：討論存在碼間串擾存在碼間串擾時的比特差錯率定義碼間串擾量

=h(t0-Ts)=h(t0+Ts)比特差錯率運算式其中：

＝h02/n2為抽樣點信噪比，

＝/h0為相對碼間串擾量第五講載波傳輸引言複包絡分析法多相移相鍵控正交移幅鍵控連續相位移頻鍵控載波同步時鐘同步引言引言（1）模擬調製和數字調制以正弦波為載波的調製（無論是模擬調製還是數字調製）總是可以分成：調幅、調相、調頻三大類數字信號的調幅、調相、調頻一般稱為：移幅鍵控、移相鍵控、移頻鍵控數字信號的解調可以分成：相干解調和非相干解調二大類引言（2）數字信號調製要關心的：頻譜性能包絡性能數字信號解調要關心的：誤碼性能複包絡分析法表示法載波鍵控信號可以表示為：其中：稱為載波鍵控信號的複包絡。多相移相鍵控正交移幅鍵控連續相位移頻鍵控調製與解調過程調製過程複數調製器解調過程複數解調器相乘相乘合路coswtsinwtx(t)y(t)s(t)分路相乘相乘s(t)coswt-sinwtx(t)y(t)求功率譜密度載波鍵控信號的功率譜密度載波鍵控信號的功率等於它的等效基帶信號功率的一半。

窄帶雜訊信號的功率譜密度若N0代表窄帶雜訊的單邊功率譜密度，則它也代表等效基帶雜訊中同相或者正交分量的雙邊功率譜密度。

通過帶通信道帶通信道H(f)的等效低通信道HB(f)：時域回應：載波鍵控信號通過一個帶通系統，等效為它的等效基帶信號通過等效基帶系統。

多相移相鍵控絕對移相相對移相相干解調延時相干解調非相干解調正交展開其中：二相移相鍵控

M＝2，

0=/2,Ik＝0,1xk=(0,0)yk=(1,-1)四相移相鍵控

M＝4，

0=/4,Ik＝0,1,2,3xk=(0.7,-0.7,-0.7,0.7)yk=(0.7,0.7,-0.7,-0.7)八相移相鍵控

M＝8，

0=/8,Ik＝0,1,2,3,4,5,6,7xk=(0.9,0.4,-0.4,-0.9,-0.9,-0.4,0.4,0.9)yk=(0.4,0.9,0.9,0.4,-0.4,-0.9,-0.9,-0.4)多相鍵控信號的向量表示功率譜密度相位邏輯：自然碼相位邏輯：格雷碼相位邏輯的向量表示差分編碼為什麼需要差分編碼？克服在接收端進行相干解調時存在的參考載波相位含糊度。接收端的參考載波：發送碼為，接收碼為讓發送碼和輸入的資訊碼存在關係：接收端恢復資訊碼：就有：差分編碼二進位差分編碼：相對碼、絕對碼四進制差分編碼：自然碼差分編譯碼、格雷碼差分編譯碼差分運算會引入誤碼擴散正交移幅鍵控向量表示常用的正交移幅鍵控：

QPSK、16QAM、64QAM，……...複包絡表示複包絡表示法

u(t)=x(t)+jy(t)其中x(t)和y(t)是多電平的基帶信號

QPSK：116QAM：1,364QAM：1,3,5,7二進位和多進制的轉換：電平邏輯自然碼電平邏輯格雷碼電平邏輯功率譜密度QPSK：16QAM:64QAM:頻譜利用率

QPSK:1b/s/Hz，

16QAM:2b/s/Hz64QAM:3b/s/Hz

接收判決過程在解調判決過程中，分別對I，Q二路進行多電平判決，得到一系列判決變數，然後對判決變數進行邏輯運算，得到原始資訊。比特差錯率計算公式QPSK16QAM64QAM連續相位移頻鍵控說明希望尋找一類調製方法，具有較好的頻譜利用率、功率利用率，同時又具有恒定包絡。連續相位移頻鍵控能較好地滿足這些要求。前二種調製方法存在的問題：頻譜利用率和功率利用率的矛盾頻譜利用率和恒定包絡的矛盾最小移頻鍵控（MSK）滿足二個條件：－調製指數h=0.5－在碼元交替點相位連續MSK的相位變換軌跡MSK的調製MSK的解調MSK的頻譜特性

MSK的誤碼特性和差分編碼的四相移相鍵控（DCQPSK）一樣。

原理：有人證明，連續相位調製的頻譜旁瓣隨頻率的變化以的規律下降，其中c為相位函數的導數保持連續的階數。對於MSK，c＝0，所以旁瓣隨頻率按f-4

的規律下降。相位函數的導數是頻率函數，令頻率函數為高斯函數，其無窮多階的導數都連續，因而具有十分良好的頻譜特性。高斯預濾波最小移頻鍵控（GMSK）高斯預濾波最小移頻鍵控（GMSK）

（續）頻譜特性如左圖誤碼特性比QPSK約惡化1dB。

載波同步載波同步的原理從插入載波的信號中實現載波同步從抑制載波的信號中實現載波同步從抑制載波的信號中實現載波同步非線性處理線性過濾鍵控信號參考載波QPSK信號的載波同步：四次方環QPSK信號的載波同步：逆調製環QPSK信號的載波同步：判決回饋環QPSK信號的載波同步：通用環時鐘同步從數字信號中提取時鐘資訊的原理從數字信號中提取時鐘同步非線性處理線性過濾數字信號時鐘信號微分－全波整流法中頻檢波法延時相干法第六講無線通信的信源編碼引言信源的原始信號絕大多數是模擬信號，因此，信源編碼的第一個任務是模擬和數字的變換，即：A/D，D/A。抽樣率取決於原始信號的帶寬：

fc=2w，w為信號帶寬抽樣點的比特數取決於經編譯碼後的信號品質要求：

SNR＝6

L(dB)，L為量化位數概述但是，由於傳輸通道帶寬的限制，又由於原始信源的信號具有很強的相關性，則信源編碼不是簡單的A/D，D/A，而是要進行壓縮。為通信傳輸而進行信源編碼，主要就是壓縮編碼。信源編碼要考慮的因素： －發信源的統計特性。

－傳輸通道引入的損傷，如誤碼。

－受信者的品質要求。

概述（續）信源編碼定理： 對於給定的失真率D，總可以找到一種信源編碼方法，只要信源速率R大於R(D)，就可以在平均失真任意接近D的條件下實現波形重建。說明1：R(D)稱為率失真函數，它是單調非增函數，速率越高，平均失真越小。說明2：為了保證在一定速率下的失真，必需採用信源編碼，因而會引入編碼延時。

理論通道編碼定理： 如果信源速率R小於通道容量C，總可以找到一種通道編碼方法，使得信源資訊可以在有雜訊通道上進行無差錯傳輸，即：

RC，無差錯傳輸條件說明1：通道容量C是根據仙儂定理得到的

C＝Wlog2(1+S/N)說明2：為了保證無差錯傳輸，必需採用通道編碼，因而會引入編碼延時。

理論（續）資訊傳輸定理： 將信源編碼定理和通道編碼定理綜合，就得到資訊傳輸定理。即：為保證無差錯傳輸及失真度，必需滿足：CR(D)說明1：在一般數字通信系統中，信源編碼和通道編碼可以分開考慮。通道編碼定理給出無差錯的速率上限，信源編碼定理給出無失真的速率下限。說明2：為了實現理想性能，都要付出延時的代價。

理論（續）速率：高速率、中速率、低速率 壓縮比品質：客觀評價 主觀評價延時：品質和延時的關係 不同業務對延時的要求複雜性：演算法的複雜性及軟硬體實現的複雜性

性能指標波形編碼 將波形直接變換成數字碼流。特點：比特率較高、解碼後品質較高、延時較小。可以分為：時域波形編碼，如PCM、ADPCM、M等；頻域波形編碼，如：子帶編碼（SBC）、自適應變換編碼（ATC）等。參數編碼 從信源信號的某個域中提取特徵參數，並變換成數字碼流。特點：比特率較低、解碼後品質較低、延時較大。如：各種聲碼器。混合編碼

將以上二種方法混合，特點：以較低的比特率獲得較高的品質，延時適中，複雜。如：G723.1，G728，G729，GSM的語音編碼，IS-95的語音編碼等。實現方法音頻編碼

提高傳輸的品質

便於處理

使用靈活，便於多種媒體（視頻、音頻、文字、數據）相結合應用

易於加密

適合大規模集成

可靠性高、體積功耗小

價格便宜音頻編碼的優點音頻編碼的應用壓縮的必要性

波形編碼

PCM原理（37年，法AlecReeres）電子管PCM（46年，Bell實驗室）電晶體PCM（62年，市話擴容，64kb/s）單片ICPCM（70年代，微波、衛星、光纖）

增量編碼原理（46年，法DeLoraine）自適應增量CVSD（60年代末，軍用，32、16kb/s）

ContinuouslyVariableSlopeDeltaModulator

連續變化斜率增量調製器

其他編碼（70年代，ADPCM、SubBand、ATC、APC等）在16kb/s以上得到較好的話音質量。特點：話音品質好，但編碼速率高。音頻編碼歷史：數字電話（1）

參數編碼

波形編碼通道聲碼器（39年，Dudly，二次大戰保密電話）

LPC聲碼器（67年，Atal、Schroeder）

同態聲碼器（69年，Oppenheim）

共振峰聲碼器（71年，Rabiner、Schafer、Elanagan）

MBE聲碼器（88年，Griffin、Lim）

波形插值（91年，W.B.Kleijn）2.4kb/s、1.2kb/s、較好；600-800b/s可懂。特點：編碼速率低，自然度差。

混合編碼器利用線性預測、VQ、A-B-S、感覺加權、後濾波等技術。

多脈衝激勵線性預測（MPELP1982Atal、Remde）

規則脈衝激勵線