第二空中接口設(shè)計

1、第2章 空中接口設(shè)計 2.2 2.2 無線網(wǎng)絡(luò)的物理方案無線網(wǎng)絡(luò)的物理方案物理方案解決的是傳輸問題，對于傳輸而言物理方案解決的是傳輸問題，對于傳輸而言目標(biāo)目標(biāo)獲得最大的帶寬利用率和功率效率獲得最大的帶寬利用率和功率效率（以最小的信號功率、信道帶寬和發(fā)送器、接收器復(fù)雜度實現(xiàn)最高（以最小的信號功率、信道帶寬和發(fā)送器、接收器復(fù)雜度實現(xiàn)最高可能的數(shù)據(jù)傳輸速率）?？赡艿臄?shù)據(jù)傳輸速率）。 2.2.1 無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸技術(shù)物理層傳輸分類物理層傳輸分類 射頻傳輸（射頻傳輸（RF）：工作在微波頻段。）：工作在微波頻段。 載波傳輸載波傳輸 擴頻傳輸擴頻傳輸 紅線外傳輸（紅線外傳輸（IR）：只能用于

2、短距離的視距傳輸系）：只能用于短距離的視距傳輸系 統(tǒng)。一般采統(tǒng)。一般采 用基帶傳輸方案。用基帶傳輸方案。 在這些傳輸技術(shù)中，調(diào)制解調(diào)技術(shù)是核心，下面就重點介紹。在這些傳輸技術(shù)中，調(diào)制解調(diào)技術(shù)是核心，下面就重點介紹。 第2章 空中接口設(shè)計 2.2.2、無線調(diào)制解調(diào)器、無線調(diào)制解調(diào)器 一、設(shè)計中的考慮因素一、設(shè)計中的考慮因素1、帶寬效率、帶寬效率頻率資源的緊缺，使得提高頻帶的利用率非常重要。頻率資源的緊缺，使得提高頻帶的利用率非常重要。 在無線系統(tǒng)中，由于無線電頻譜是有限的，越來越在無線系統(tǒng)中，由于無線電頻譜是有限的，越來越多的頻帶日益擁擠，因此，帶寬效率成了重要的考多的頻帶日益擁擠，因此，帶寬效

3、率成了重要的考慮因素。慮因素。TDMA轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镃DMA，最主要的一個動力，最主要的一個動力就是為了提高帶寬利用率。就是為了提高帶寬利用率。 第2章 空中接口設(shè)計 2、功率效率、功率效率 對于移動終端格外重要。對于移動終端格外重要。移動終端功率消耗：意味著移動終端功率消耗：意味著電池的體積電池的體積和再充電的間隔。和再充電的間隔。 意味著便攜式終端的體積和重量意味著便攜式終端的體積和重量對于移動終端，功率需求是兩方面的：對于移動終端，功率需求是兩方面的：終端上電子器件工作的功率終端上電子器件工作的功率；功率放大器的輸出功率功率放大器的輸出功率。 功率放大器的輸出功率直接與信號覆蓋范圍有關(guān)，它

4、功率放大器的輸出功率直接與信號覆蓋范圍有關(guān)，它是接收器復(fù)雜度和數(shù)據(jù)速率的函數(shù)。數(shù)據(jù)速率高，信雜比是接收器復(fù)雜度和數(shù)據(jù)速率的函數(shù)。數(shù)據(jù)速率高，信雜比要求高，為了減小對發(fā)射功率的要求，需要復(fù)雜的設(shè)計，要求高，為了減小對發(fā)射功率的要求，需要復(fù)雜的設(shè)計，而復(fù)雜設(shè)計又增加了電子器件的消耗的功率，并且會縮短而復(fù)雜設(shè)計又增加了電子器件的消耗的功率，并且會縮短電池壽命。為此，要折中考慮接收器復(fù)雜度與電子器件功電池壽命。為此，要折中考慮接收器復(fù)雜度與電子器件功耗。耗。第2章 空中接口設(shè)計 3、帶外輻射、帶外輻射帶外輻射：在信號頻譜主瓣之外還有多少發(fā)射帶外輻射：在信號頻譜主瓣之外還有多少發(fā)射功率。功率。 帶外輻射

5、產(chǎn)生相鄰信道干擾（帶外輻射產(chǎn)生相鄰信道干擾（ACI） 表示某個用戶信道的發(fā)射無線信號對其上、表示某個用戶信道的發(fā)射無線信號對其上、下用戶信道造成的實時干擾。是蜂窩網(wǎng)絡(luò)下用戶信道造成的實時干擾。是蜂窩網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中的一個要參數(shù)。決定了一個基站可設(shè)計中的一個要參數(shù)。決定了一個基站可以為其用戶提供的服務(wù)區(qū)域。間接影響到以為其用戶提供的服務(wù)區(qū)域。間接影響到系統(tǒng)的容量和成本。系統(tǒng)的容量和成本。第2章 空中接口設(shè)計 4、對抗多徑干擾、對抗多徑干擾 對抗多徑干擾是數(shù)字蜂窩系統(tǒng)和對抗多徑干擾是數(shù)字蜂窩系統(tǒng)和PCS標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)中最主要的問題。的開發(fā)中最主要的問題。 不同的調(diào)制方式對多徑干擾的對抗能力不不同的調(diào)制方

6、式對多徑干擾的對抗能力不同。調(diào)制方式的選擇應(yīng)該保證在整個地區(qū)同。調(diào)制方式的選擇應(yīng)該保證在整個地區(qū)用戶可能遇到的最壞的多徑條件下，都能用戶可能遇到的最壞的多徑條件下，都能適應(yīng)。適應(yīng)。第2章 空中接口設(shè)計 5、恒包絡(luò)調(diào)制、恒包絡(luò)調(diào)制極低的旁瓣能量；極低的旁瓣能量；可使用高效率的可使用高效率的C類高功率放大器類高功率放大器；（C C類高功類高功率放大器能提供高的功率效率，但非線性程度高，率放大器能提供高的功率效率，但非線性程度高，被放大的信號具有常數(shù)包絡(luò)，可以避免由于發(fā)送被放大的信號具有常數(shù)包絡(luò)，可以避免由于發(fā)送器功率放大器引起的非線性效應(yīng)器功率放大器引起的非線性效應(yīng)）容易恢復(fù)相干解調(diào)的載波；容易恢

7、復(fù)相干解調(diào)的載波；已調(diào)信號峰平比低已調(diào)信號峰平比低（峰平比：已調(diào)信號的峰峰平比：已調(diào)信號的峰值功率與平均功率的比值）值功率與平均功率的比值）第2章 空中接口設(shè)計 總結(jié)總結(jié)無線網(wǎng)絡(luò)對調(diào)制方式選擇主要考慮的參數(shù)無線網(wǎng)絡(luò)對調(diào)制方式選擇主要考慮的參數(shù)1. 可靠性：即抗干擾性能，選擇具有低誤碼可靠性：即抗干擾性能，選擇具有低誤碼率比特的調(diào)制方式，其功率譜密度集中于率比特的調(diào)制方式，其功率譜密度集中于主瓣內(nèi)；主瓣內(nèi)；2. 有效性：可采用單位頻帶在單位時間內(nèi)所有效性：可采用單位頻帶在單位時間內(nèi)所傳送信息量，即傳送信息量，即bps/Hz 來度量。提高頻譜來度量。提高頻譜有效性，主要依靠高效率的多進制調(diào)制。有效

8、性，主要依靠高效率的多進制調(diào)制。3. 工程亦實現(xiàn)：主要體現(xiàn)在恒包絡(luò)與峰平比工程亦實現(xiàn)：主要體現(xiàn)在恒包絡(luò)與峰平比的性能上。的性能上。第2章 空中接口設(shè)計 二、無線調(diào)制技術(shù)二、無線調(diào)制技術(shù) 根據(jù)應(yīng)用范圍的不同，常見的數(shù)字無線傳輸技術(shù)根據(jù)應(yīng)用范圍的不同，常見的數(shù)字無線傳輸技術(shù)可以分為三類：可以分為三類：（1）脈沖傳輸技術(shù)）脈沖傳輸技術(shù)面向面向IR應(yīng)用應(yīng)用（2）基本調(diào)制技術(shù)）基本調(diào)制技術(shù)面向面向TDMA蜂窩網(wǎng)絡(luò)和無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)和無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（3 3）擴頻技術(shù)和）擴頻技術(shù)和OFDMOFDM面向面向CDMA和和WLAN第2章 空中接口設(shè)計 1、短距離基帶傳輸：、短距離基帶傳輸：信號不需載波調(diào)制直接發(fā)

9、射出去。每個用戶占信號不需載波調(diào)制直接發(fā)射出去。每個用戶占據(jù)傳輸介質(zhì)的整個頻帶。據(jù)傳輸介質(zhì)的整個頻帶。 （1）基本過程）基本過程線性編碼線性編碼 為了便于接收器實現(xiàn)同步及避免傳輸過程為了便于接收器實現(xiàn)同步及避免傳輸過程中的直流飄移，先要對數(shù)字信號線性編碼。在中的直流飄移，先要對數(shù)字信號線性編碼。在紅外線的無線局域網(wǎng)中采用的是曼徹斯特編碼。紅外線的無線局域網(wǎng)中采用的是曼徹斯特編碼。第2章 空中接口設(shè)計 脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制 發(fā)射的信息被映射成一個脈沖波形的幅度、位置、或發(fā)射的信息被映射成一個脈沖波形的幅度、位置、或持續(xù)時間。其對應(yīng)的調(diào)制技術(shù)一般分為：持續(xù)時間。其對應(yīng)的調(diào)制技術(shù)一般分為：PAM（脈沖幅

10、度調(diào)制）（脈沖幅度調(diào)制） 用基帶信號用基帶信號m(t)去改變脈沖的幅度去改變脈沖的幅度 PPM（脈沖位置調(diào)制）（脈沖位置調(diào)制） 用基帶信號用基帶信號m(t)去改變脈沖的位置去改變脈沖的位置 PDM（脈沖寬度調(diào)制）（脈沖寬度調(diào)制） 用基帶信號用基帶信號m(t)去改變脈沖的寬度去改變脈沖的寬度 其中其中PPM，PDM是首選。在是首選。在IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，在高速漫射紅外（高速漫射紅外（IR）介質(zhì)中，采用）介質(zhì)中，采用PPM。（2）應(yīng)用）應(yīng)用紅外線局域網(wǎng)紅外線局域網(wǎng)第2章 空中接口設(shè)計 2、超寬帶脈沖傳輸（、超寬帶脈沖傳輸（UMB）（1）含義）含義 UMB又稱脈沖無線電，利

11、用非常窄又稱脈沖無線電，利用非常窄(幾十納秒幾十納秒)，非，非常低的功率脈沖進行信息的傳輸。這種脈沖占據(jù)非常寬常低的功率脈沖進行信息的傳輸。這種脈沖占據(jù)非常寬的頻帶（幾的頻帶（幾G）為此稱做）為此稱做UWB。（2）特點）特點保密性好：保密性好：極小的能量分布在很寬的頻帶中極小的能量分布在很寬的頻帶中 ，對于一般的通信，對于一般的通信系統(tǒng)相當(dāng)于是白噪聲信號，傳統(tǒng)的接收機無法接收系統(tǒng)相當(dāng)于是白噪聲信號，傳統(tǒng)的接收機無法接收 。為此可以設(shè)。為此可以設(shè)計的與現(xiàn)有的無線系統(tǒng)同時存在。計的與現(xiàn)有的無線系統(tǒng)同時存在?？苟鄰剿ヂ淇苟鄰剿ヂ? UMB每次發(fā)射的脈沖時間短，當(dāng)反射波到代來時已每次發(fā)射的脈沖時間短，

12、當(dāng)反射波到代來時已經(jīng)接收完畢了。經(jīng)接收完畢了。占用的頻帶寬，傳輸速度高：占用的頻帶寬，傳輸速度高：UMB使用頻帶在使用頻帶在1G之上，傳之上，傳輸速度在幾十輸速度在幾十M/bt到幾百到幾百M/bt（3）應(yīng)用）應(yīng)用短距離通信短距離通信第2章 空中接口設(shè)計 第2章 空中接口設(shè)計 3、載波調(diào)制、載波調(diào)制 無線通信的最大特點，介質(zhì)的唯一性無線通信的最大特點，介質(zhì)的唯一性空氣，空氣，各種通信都采用各種通信都采用FDM共享無線頻帶資源。為此，載波共享無線頻帶資源。為此，載波調(diào)制和調(diào)制和FDM成為無線應(yīng)用的基礎(chǔ)。成為無線應(yīng)用的基礎(chǔ)。目前無線網(wǎng)絡(luò)采用兩種載波調(diào)制技術(shù)目前無線網(wǎng)絡(luò)采用兩種載波調(diào)制技術(shù) 傳統(tǒng)的無線

13、調(diào)制解調(diào)器傳統(tǒng)的無線調(diào)制解調(diào)器 擴頻調(diào)制解調(diào)器擴頻調(diào)制解調(diào)器 第2章 空中接口設(shè)計 數(shù)字調(diào)制方法的分類數(shù)字調(diào)制方法的分類A SK ()Q A M ()M Q A M ()FSKB FSK ()()M FSK ()B PSK ()D PSK ()PSKO Q PSK (Q PSK )Q PSK()Q PSK(4)D Q PSK (Q PSK )C PM(移 幅 鍵 控非 恒 定 包 絡(luò)正 交 幅 度 調(diào) 制星 座 調(diào) 制二 進 制 移 頻 鍵 控移 頻 鍵 控多 進 制 移 頻 鍵 控二 進 制 移 相 鍵 控數(shù) 字 式 調(diào) 制差 分 二 進 制 移 相 鍵 控恒 定 包 絡(luò)參 差移 相 鍵 控

14、正 交 四 相移 相 鍵 控差 分連 續(xù)M SK ()G M SK (M SK )T FM ()最 小 移 頻 鍵 控高 斯 成 型相 位 調(diào) 制平 滑 調(diào) 頻第2章 空中接口設(shè)計 移動通信中的調(diào)制技術(shù)移動通信中的調(diào)制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)類型調(diào)制技術(shù)GSM蜂窩GMSK CD-900蜂窩GMSKIS54蜂窩/4 DQPSKIS-95蜂窩上行：OQPSK，下行：BPSKPDC蜂窩/4 DQPSKCT2無繩GFSKDECT無繩GFSKPHS無繩/4 DQPSKDCS-1800蜂窩CMSKPACS個人通信/4 DQPSKWCDMA蜂窩第2章 空中接口設(shè)計 （一）、無線調(diào)制解調(diào)器（一）、無線調(diào)制解調(diào)器在傳統(tǒng)的無

15、線網(wǎng)絡(luò)中，最常采用的調(diào)制技術(shù)是：在傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)中，最常采用的調(diào)制技術(shù)是：（1）在數(shù)字蜂窩系統(tǒng)：）在數(shù)字蜂窩系統(tǒng)： 其主要特點其主要特點:是面向語音且低速，要求良好的覆是面向語音且低速，要求良好的覆蓋能力和移動性，主要采用的調(diào)制技術(shù)是：蓋能力和移動性，主要采用的調(diào)制技術(shù)是：GMSK（高斯最小頻移鍵控）（高斯最小頻移鍵控） （GSM中使用）中使用）/4-DQPSK（正交相移鍵控）（北美的（正交相移鍵控）（北美的IS-54TDMA標(biāo)準(zhǔn)、日本的標(biāo)準(zhǔn)、日本的PDC、PHS標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)用）。標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)用）。第2章 空中接口設(shè)計 （2）在）在WLAN： 最關(guān)心的是最高數(shù)據(jù)速率，采用的調(diào)制技術(shù)是：最關(guān)心的是最高數(shù)

16、據(jù)速率，采用的調(diào)制技術(shù)是：多速率：根據(jù)信道情況選擇不同的信道速率多速率：根據(jù)信道情況選擇不同的信道速率多符號：采用多個幅度和多個相位調(diào)制以及編多符號：采用多個幅度和多個相位調(diào)制以及編碼技術(shù)來增加數(shù)據(jù)的速率。（碼技術(shù)來增加數(shù)據(jù)的速率。（QPSK、QAM）多載波（多載波（MCM）：采用多個載波同時傳輸信息）：采用多個載波同時傳輸信息（MC-CDMA、OFMD（正交頻分多路復(fù)用）。（正交頻分多路復(fù)用）。第2章 空中接口設(shè)計 GMSK調(diào)制調(diào)制 GMSK是是MSK的進一步優(yōu)化方案，只需在的進一步優(yōu)化方案，只需在MSK調(diào)制前附加調(diào)制前附加一個高斯型低通濾波器。一個高斯型低通濾波器。 GSMK調(diào)制信號特點：

17、在數(shù)據(jù)流送頻率調(diào)制器前先通過一調(diào)制信號特點：在數(shù)據(jù)流送頻率調(diào)制器前先通過一個個Gauss濾波器（預(yù)調(diào)制濾波器）進行預(yù)調(diào)制濾波，以減小濾波器（預(yù)調(diào)制濾波器）進行預(yù)調(diào)制濾波，以減小兩個不同頻率的載波切換時的跳變能量，使得調(diào)制信號在交兩個不同頻率的載波切換時的跳變能量，使得調(diào)制信號在交越零點不但相位連續(xù)，而且平滑過濾。越零點不但相位連續(xù)，而且平滑過濾。 GSMK調(diào)制信號特性：連續(xù)的相位軌跡、包絡(luò)恒定、突出調(diào)制信號特性：連續(xù)的相位軌跡、包絡(luò)恒定、突出的頻譜特性（帶外輻射較低）的頻譜特性（帶外輻射較低）由此，可有效降低鄰道干擾，提高非線性功率放大器的效率。由此，可有效降低鄰道干擾，提高非線性功率放大器的

18、效率。第2章 空中接口設(shè)計 MSK（最小頻移鍵控）（最小頻移鍵控）MSK調(diào)制是一種能夠產(chǎn)生恒定包絡(luò)，連續(xù)相位信號調(diào)制是一種能夠產(chǎn)生恒定包絡(luò)，連續(xù)相位信號的調(diào)制。的調(diào)制。它是它是2FSK2FSK的一種特殊情況，具有：的一種特殊情況，具有：正交信號的最小頻差；正交信號的最小頻差；Tfff2112T：發(fā)射數(shù)據(jù)信號的持續(xù)時間：發(fā)射數(shù)據(jù)信號的持續(xù)時間設(shè)計設(shè)計FSK的調(diào)制解調(diào)器時要考慮的最重要的一個的調(diào)制解調(diào)器時要考慮的最重要的一個 參數(shù)是，參數(shù)是，不同音調(diào)之間的頻率間隔不同音調(diào)之間的頻率間隔 ,這個間隔體現(xiàn)了這個間隔體現(xiàn)了FSK信號所占據(jù)信號所占據(jù)的帶寬，為了保證接受器的最優(yōu)檢測，這個值一定要保證的帶寬

19、，為了保證接受器的最優(yōu)檢測，這個值一定要保證收發(fā)符號間的正交性。收發(fā)符號間的正交性。第2章 空中接口設(shè)計 在相鄰符號交界處相位保持連續(xù)在相鄰符號交界處相位保持連續(xù) 因此在限帶系統(tǒng)中，能保持恒包絡(luò)特性。從因此在限帶系統(tǒng)中，能保持恒包絡(luò)特性。從而避免由于發(fā)送器功率放大器引起的非線性而避免由于發(fā)送器功率放大器引起的非線性效應(yīng)。效應(yīng)。 第2章 空中接口設(shè)計 四相相移調(diào)制是利用載波的四種不同相位差來表征輸入的四相相移調(diào)制是利用載波的四種不同相位差來表征輸入的數(shù)字信息，是四進制移相鍵控。數(shù)字信息，是四進制移相鍵控。QPSK是在是在M=4時的調(diào)相技術(shù)，它規(guī)定了四種載波相位，時的調(diào)相技術(shù)，它規(guī)定了四種載波相位

20、， 調(diào)制器調(diào)制器輸入的數(shù)據(jù)是二進制數(shù)字序列，為了能和四進制的輸入的數(shù)據(jù)是二進制數(shù)字序列，為了能和四進制的載波載波相位相位配合起來，則需要把二進制數(shù)據(jù)變換為四進制數(shù)配合起來，則需要把二進制數(shù)據(jù)變換為四進制數(shù)據(jù)，這就是說需要把二進制數(shù)字序列中每兩個比特分成一據(jù)，這就是說需要把二進制數(shù)字序列中每兩個比特分成一組，共有四種組合，即組，共有四種組合，即00，01，10，11，其中每一組稱為，其中每一組稱為雙比特碼元。雙比特碼元。每一個雙比特碼元是由兩位二進制信息比特組成，它們分每一個雙比特碼元是由兩位二進制信息比特組成，它們分別代表四進制四個符號中的一個符號。別代表四進制四個符號中的一個符號。 QPSK

21、四相相移鍵控調(diào)制四相相移鍵控調(diào)制第2章 空中接口設(shè)計 第2章 空中接口設(shè)計 它的星座圖上有它的星座圖上有4個點，分別表示四個個點，分別表示四個不同的符號的幅度和相位不同的符號的幅度和相位 。這種類型系統(tǒng)的優(yōu)點是在相同的符號這種類型系統(tǒng)的優(yōu)點是在相同的符號傳輸條件下（占據(jù)相同帶寬），同樣傳輸條件下（占據(jù)相同帶寬），同樣的比特差錯率下，它們與的比特差錯率下，它們與BPSK相比相比可以實現(xiàn)兩倍的比特傳輸速率?？梢詫崿F(xiàn)兩倍的比特傳輸速率。 第2章 空中接口設(shè)計 DQPSK4/調(diào)制調(diào)制正交差分四相相移鍵控技術(shù)，最大相位變化是正交差分四相相移鍵控技術(shù)，最大相位變化是 恒包絡(luò)性質(zhì)優(yōu)于恒包絡(luò)性質(zhì)優(yōu)于差分編碼：

22、可以采用相干解調(diào)也可以采用差分差分編碼：可以采用相干解調(diào)也可以采用差分解調(diào)（差分解調(diào)的優(yōu)點：不需要本地恢復(fù)同步載解調(diào)（差分解調(diào)的優(yōu)點：不需要本地恢復(fù)同步載波），從而簡化接收機的結(jié)構(gòu)。波），從而簡化接收機的結(jié)構(gòu)。 能夠兼容雙模式（數(shù)字，模擬）：因為它提供能夠兼容雙模式（數(shù)字，模擬）：因為它提供鑒頻器檢測方式，能夠與模擬調(diào)頻檢測方式兼容。鑒頻器檢測方式，能夠與模擬調(diào)頻檢測方式兼容。0135QPSK【頻譜效率（【頻譜效率（1.6 bps/Hz ）也高于）也高于GMSK（1.35 bps/Hz） 】第2章 空中接口設(shè)計 QAM是用兩路獨立的基帶信號對兩個相互正交的同頻是用兩路獨立的基帶信號對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波雙邊帶調(diào)幅，利用這種已調(diào)信號的頻譜在載波進行抑制載波雙邊帶調(diào)幅，利用這種已調(diào)信號的頻譜在同一帶寬內(nèi)的正交性，實現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息的傳輸。同一帶寬內(nèi)的正交性，實現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息的傳輸。 該調(diào)制方式通常有該調(diào)制方式通常有二進制二進制QAM（4QAM）、）、四進制四進制QAM（l6QAM）、）、八進制八進制QAM（64QAM）、）、，對應(yīng)的，對應(yīng)的空間信號矢量端點分布圖稱為星座圖，分別有空間信號