信息与通信移动通信课程复习.pptx

移动通信课程复习考试安排n时间:12月21日 上午 9:5011:50n半开卷考试,2小时n题型n选择题n填空题n简答题n计算题n考试地点nX1505:2006425020064296 nX1320:2006429720064336,20054274,20054302一.移动信道中的电波传播n无线电波在自由空间的传播公式n会利用Okumura模型计算传播损耗n掌握多径衰落的时域和频域特征多径衰落的时域和频域特征n时延扩展和相干带宽时延扩展和相干带宽n多谱勒频移多谱勒频移 n平坦衰落和频率选择性衰落平坦衰落和频率选择性衰落n快衰落和慢衰落快衰落和慢衰落n码间干扰码间干扰 二、二、噪声与干扰噪声与干扰n在城市移动通信中不必考虑宇宙噪声,主要是受人为噪声的影响n车辆点火噪声n城市移动信道中主要的噪声源n邻道干扰概念n同频道干扰概念，会计算同频道再用距离n近端对远端比干扰、多址干扰概念三、三、调制解调调制解调n移动通信对数字调制和解调的要求n最小频移键控（MSK）n概念、MSK波形、相位轨迹图n高斯滤波的最小频移键控（GMSK）n概念,引入高斯滤波器的作用n四相相移键控（QPSK）n概念nDPSK调制原理n高阶调制(16QAM,64QAM),会计算带宽效率n自适应调制技术和OFDM的基本概念四、四、抗衰落技术抗衰落技术n掌握基本的抗衰落技术所起的作用掌握基本的抗衰落技术所起的作用n分集接收：分集接收：n用来补偿衰落信道损耗用来补偿衰落信道损耗n分集合并的概念、分集方式、合并方式分集合并的概念、分集方式、合并方式n 均衡：均衡：n补偿时分信道中由于多径效应而产生的码间干扰补偿时分信道中由于多径效应而产生的码间干扰（ISI）。）。n 信道编码：信道编码：n通过发送信息时加入冗余的数据位来改善通信链通过发送信息时加入冗余的数据位来改善通信链路的性能。路的性能。n交织编码技术交织编码技术n把一个较长的突发差错离散成随机差错把一个较长的突发差错离散成随机差错五、五、组网技术组网技术n多址技术多址技术:种类,主要解决的问题n区域覆盖区域覆盖:蜂窝网区群的组成n信道（频率）配置信道（频率）配置n网络结构网络结构 包括移动台包括移动台,基站子系统基站子系统,网络子系统网络子系统 HLR,VLR,AUCHLR,VLR,AUC，EIREIR(掌握所起的作用掌握所起的作用)n越区切换越区切换:概念概念,种类种类,切换的过程控制切换的过程控制,切换的信道分配切换的信道分配n位置管理位置管理:位置登记与呼叫传递过程位置登记与呼叫传递过程 扩频的概念扩频的概念n直接序列扩频（DS）通信n所谓直接序列扩频，就是直接用具有高速率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱，而接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始信息。扩频的概念扩频的概念n扩频处理增益扩频处理增益 n其中其中n在在Tb一定的情况下，若伪码速率越高，亦即一定的情况下，若伪码速率越高，亦即伪码宽度（码片宽度）伪码宽度（码片宽度）Tp越窄，则扩频处理越窄，则扩频处理增益越大。增益越大。nGp越大，抗干扰能力就越强。越大，抗干扰能力就越强。rDD1D2共道小区以某一小区为中心可分成许多层：第一层6个半径为D第二层6个半径为D1第三层6个半径为D2来自第一层共道小区的干扰最强可只考虑这6个共道小区所产生的干扰。小区半径为r，两个相邻共道小区的距离D=共道干扰抑制因子蜂窝系统的通信容量蜂窝系统的通信容量_FDMAn扇区：扇形天线所覆盖的区域n基站区：由一个基站所覆盖的区域n位置区：移动台可以任意移动不需要进行位置更新的区域数字蜂窝移动通信网的区域结构数字蜂窝移动通信网的区域结构数字蜂窝移动通信网的区域结构数字蜂窝移动通信网的区域结构nMSC区：一个MSC所管辖的所有小区共同覆盖的区域n服务区：移动台可获得服务的区域，即PLMN、PSTN或ISDN用户无须知道移动台实际位置而可与之通信的区域。数字化语音传输技术数字化语音传输技术自适应均衡自适应均衡:抗多径造成的时散现象抗多径造成的时散现象卷积码卷积码:纠随机错误纠随机错误交织交织:抗突发错误抗突发错误跳频跳频:提高抗干扰性能提高抗干扰性能,每帧改变频率每帧改变频率调制调制:GMSK:GMSK调制方式调制方式采用话音激活技术，进一步提高频谱利用采用话音激活技术，进一步提高频谱利用率。率。GSMGSM系统的控制与管理系统的控制与管理过区切换过区切换GSMGSM系统采用的是移动台辅助切换法。系统采用的是移动台辅助切换法。多址技术多址技术主要解决的问题是：多用户如何高效共享给定频谱资源。v频分多址（FDMA:Frequency Division Multiple Access)v时分多址（TDMA:Time Division Multiple Access）v码分多址（CDMA:Code Division Multiple Access）v空分多址（SDMA:Space Division Multiple Access）频分双工 FDD 上行链路和下行链路的帧分别在不同的频率上。时分双工 TDD（Time Division Duplex)上行链路和下行链路的帧分别在相同的频率上。双工复用模式(Duplex Methods of Radio Links)n频分双工FDD(Frequency Division Duplex)n按频率划分为上行链路和下行链路信道n时分双工TDD(Time Division Duplex)n上行链路和下行链路使用相同的频率,允许上行链路在当前时隙内使用该频率,而下行链路在下一时隙内使用该频率.上行链路下行链路时间频率FDD上行链路下行链路时间频率TDD上行链路下行链路f2f1v带状网v适用区域：公路、铁路、海岸等。v蜂窝网v适用区域：平面区域v小区形状：正六边形区域覆盖区域覆盖1.带状网（Cont.）v同频道干扰rads123nn+1dI=(2n-1)r-naa:相邻小区的交叠宽度1区与n+1区为同频道小区v同频道干扰双频制：a=0,I/S=-19db三频制：a=0,I/S=-28dbN 频制：a=0,I/S=-40lg(2n-1)dbv蜂窝网区群的组成v不同信道的相邻小区组成一个区群，v相邻小区不能用相同的信道，v不同区群的小区才能进行信道再用。区域覆盖区域覆盖i,j为正整数v同信道小区的距离v频率复用模式频分复用是一个核心概念。频率复用模式的确定主要以同频干扰防护门限为依据。如果N太大，则每个小区中分得的频道数太少；如果N太小，每个小区频道数增加，但由于同频小区距离近而使同频干扰防护减少。区域覆盖区域覆盖信道（频率）配置信道（频率）配置频率分配是频率复用的前提。有两个基本含义：v频道分组：根据移动网的需要将全部频道分成若干组；v频道指配：以固定或动态分配方法指配给蜂窝网的用户使用。一、固定信道分配方式 将某一组信道固定分配给某一基站，适用于移动台业务相对固定的情况。频率利用率不高。1.分区分组配置法2.等频距配置法信道（频率）配置信道（频率）配置二、动态信道分配方式 为了提高频率利用率，使信道的配置随移动通信业务量地理分布的变化而变化。有两种方法：1.动态配置法：随业务量的变化重新配置全部信道；2.柔性配置法：准备若干个信道，需要时提供给某小区使用。信道（频率）配置信道（频率）配置网络结构越区切换一、越区切换（Handover or Handoff)是指将当前正在进行通信的移动台与基站之间的通信链路从当前基站转移到另一个基站的过程。该过程也称为自动链路转移ALT（Automatic Link Transfer)。越区切换的过程控制 有三种：（1）移动台控制的越区切换 DECT系统采用 （2）网络控制的越区切换 （3）移动台辅助的越区切换 IS-95和GSM采用越区切换时的信道分配 解决当呼叫要转换到新小区时，新小区如何分配信道，使得越区切换的概率尽量小。常采用的做法是：在每个小区预留部分信道专门用于越区切换。越区切换分为两类：硬切换 在新的连接建立以前，先中断旧的连接。软切换 既维持旧的连接，又同时建立新的连接，并利用新旧链路的分集合并来改善通信质量，当与新基站建立可靠连接后再中断旧链路。位置管理包括两个主要任务：1、位置登记 在移动台的实时位置信息已知的情况下，更新位置数据库（HLR和VLR）和认证移动台。2、呼叫传递 在有呼叫给移动台的情况下，根据HLR和VLR中可用的位置信息来定位移动台，分集接收技术n分集有两重含义:n分散传输:使接收端能获得多个统计独立,携带同一信息的衰落信号.n集中处理:接收端对收到的多个衰落特性互相互相独立独立（携带同一信息）的信号进行特定处理，以降低信号电平起伏，降低衰落的影响，提高灵敏度的办法。分集接收技术n分集按目的分可以为:n宏（macroscopic）分集n“多基站”分集,以克服长期衰落为目的的。n微（microscopic）分集n减小短期衰落影响.n空间分集n频率分集n时间分集n 场分量分集n 角度分集n 极化分集分集合并性能的分析与比较n选择性合并：n设备简单，n当分集重数3,信噪比改善缓慢n最大值合并:n设备较复杂n改善信噪比最多n等增益合并n在分集数M较小时，信噪比改善接近最大比合并n电路实现比最大比合并简单移动通信对数字调制和解调的要求n在瑞利衰落条件下，误码率要尽可能低；n发射频谱窄，带外辐射、邻道功率与载波功率之比小于-70dB;n同频复用的距离小；n高效率解调（如非相干解调），以降低移动台功耗，进一步缩小体积和成本；n能提供较高的传输速率；n易于集成。自由空间电波传播损耗nLfs是用在自由空间中增益GT=1的发射天线输出功率PT与增益GR=1的接收天线输入功率PR之比表示：以分贝表示：自由空间电波传播损耗 自由空间中的电波传播损耗(衰减)只与工作频率f和传播距离d有关.当f或d增大一倍时,衰减将分别增加6dB.光滑平地上的反射波n当电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面时,如果界面尺寸比电波波长大得多时,就会产生镜面反射.n在考虑地面对电波的反射时,按平面波处理,即电波在反射点的入射角等于反射角.d1d2光滑平地上的反射波n当两天线之间的距离d比天线高度ht和hr之和约大5倍时,它等于:在光滑平地面上电波传播时,接收功率与天线高度的平方成正比,与距离的4次方成反比光滑平地上的反射波自由空间中:n=2移动环境中,d15Km:n=56移动信道的特征n移动通信中，移动台工作在城市建筑群和其它地形地物较为复杂的环境中，其传输信道的特性是随时随地变化的.移动信道是典型的随参信道传播路径和信号衰落反射:当电波遇到比波长大得多的物体时发生反射,反射发生 于地球表面,建筑物和墙壁表面绕射:当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡 时发生绕射散射:当波穿行的介质中存在小于波长的物体且单位体积阻 挡体的个数非常巨大时,发生散射.散射产生于粗糙表面,小物体或其他不规则物体 在实际移动通信系统中,树叶,街道标志和灯柱等会引 起散射.传播路径和信号衰落在实际移动信道中,散射体很多,接收信号是由多个电波合成的.直射波、反射波或散射波在接收地点形成干涉场，使信号产生深度且快速的衰落由于移动台不断运动，其信号的局部中值也会造成衰落，但变化较慢。局部中值d/mt/s多径效应与瑞利衰落n基站发射的信号:n移动台多普勒频移:vn接收天线的第i个信号:多径效应与瑞利衰落n接收天线的第i个信号:设N个信号的幅度和到达接收天线的方位角都是随机且统计独立,则多径效应与瑞利衰落n多径衰落的信号包络服从瑞利分布,多径衰落称为瑞利衰落nRayleigh分布是常见的用于描述平坦衰落信号或独立多径分量接收包络统计时变特性的一种分布模型.多径效应与瑞利衰落nRicean衰落 当存在一个主要的静态(非衰落)信号分量时,如视距传播,则多径衰落的信号包络分布服从Ricean分布.当主要分量减弱后,混合信号包络服从Rayleigh分布,即由Ricean分布变成Rayleigh分布.多径时散与相关带宽n多径时散:多径效应在时域上将造成数字信号波形展宽n一般用时延扩展表示多径时延散布程度 开阔地0.2s,郊区=0.5 s,市区=3.0 sn在数字通信系统中,延迟扩展将会引起码间干扰(ISI).因此在没有抗多径措施时,要求信号的传输速率Rb必须比1/低得多.多径时散与相关带宽n相关带宽Bc:多径效应在频域上将导致频率选择性衰落,即信道对不同频率成分有不同的响应.n信号的传输带宽应小于相干带宽 BsBc多径时延扩展产生的衰落效应n平坦衰落非频率选择性衰落(幅度变化信道)信号带宽时延扩展n频率选择性衰落:信道对不同频率成分有不同响应 信号带宽相干带宽 符号周期时延扩展51交织编码技术 Interleavingn把一个较长的突发差错离散成随机差错,再用纠正随机差错的编码(FEC)技术消除随机差错.n交织编码过程是将FEC码子序列按行写入而按列读出.n交织深度越大,离散度越大,抗突发差错能力越强.Information to be transmittedSource codingChannel codingModulationTransmitterChannelInformation receivedSource decodingChannel decodingDemodulationReceiverChannelcodingChannel decodingInterleavingDe-Interleaving53交织编码技术n以分组码(7,3)为例:写入读出行数123M交织编码输出序列为:交织编码矩阵:54交织编码技术交织编码输出序列为:传输中出现突发错误则经解交织后,每一FEC码子中只发生2位差错.当纠错能力 时,即可消除差错.55Interleaving(Example)0,0,0,1,1,1,1,0,0,0,0,Transmitting Data0,1,0,0 0,1,0,0 0,1,0,0 1,0,0,0ReadWriteDe-Interleaving0,1,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,1,Output DataBurst errorDiscrete errorOFDM的基本含义subchannelfrequencymagnitudesub-carrierchannel系统带宽B被分为N个正交的窄带子信道利用离散傅里叶逆变换或快速傅里叶逆变换（IDFT/IFFT）实现调制利用离散傅里叶变换或快速傅里叶变换（DFT/FFT）实现解调把高数码率信号变成低数码率信号，分别调制在每个载波上子载波子信道n传统的 FDM:nOFDM:fguard-bandff=1/TsfFrequency spectrum of the subcarriersnEfficient use of spectrumnOverlapping,yet orthogonal subcarriersOFDM的传输技术 n一个OFDM信号由频率间隔为f=1/Ts的N个子载波构成。n所有的子载波在一个间隔长度为Ts 的时间内相互正交。对一个给定的系统带宽，子载波个数的选取要满足OFDM码元持续时间Ts大于信道的最大延迟。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，每个子信道上是平坦的衰落，大大消除符号间干扰。