移動通信復習大提補完版

1、移動通信2014復習提綱11 / 40總體要求:基本概念、基本計算、基本分析、基本特性、*規(guī)范或格式側重：方案的簡單設計（有一題選自電信日PPT）分析、評價 涉及微觀部分（子系統）、系統（14、15、16章）兩個方面概念術語:中文英文詞的縮寫解釋TDD Time Division DuplexFDD: Freque ncy Divisio n Dup lexSIM: Subscriber Ide ntity ModuleMSC Mobile Switching CenterMTSO Mobile Tele pho ne Switchi ng OfficeP STN P ublic Switch

2、ed Tele phone NetworkMSK Mi nimum Shift Keyi ngWCDMAideBand CDMA直接序列擴頻的碼分多址(DS-CDMA技術 RRMC線資源管理(Radio Resource Management)底層技術:整體系統:無線信道多址及設計調制信源編碼系統結構、工作原理或流程、規(guī)劃與設計初步（平衡）第一章緒論術語1、基站：移動無線系統中的固定站臺，用來和移動臺進行無線通信?；窘ㄔ诟采w區(qū)域的中央或邊 緣.包含有無線信道設備和架在塔上的發(fā)射、接收天線。2、控制信道：用于呼叫建立，呼叫請求，呼叫初始化和其它標志及控制用途。3、前向信道：用來從基站向用戶傳送

3、信息的無線信道。4、 全雙工系統：同時允許雙向通信的通信系統。發(fā)送和接收一般使用兩個不同的頻道（例如FDD）, 而新的無繩或個人通信系統使用 TDD技術。5、半雙工系統：使用一條信道來發(fā)送和接收，只允許單向通信的通信系統。在任一個指定的時刻， 用戶只能發(fā)送或接收信息&切換：將移動站從一個信道或基站切換到另一個信道或基站的過程：7、移動站：在蜂窩移動服務中.計劃在不確定的地點并在移動中使用的終端。移動站可以是便攜的 手持部件，或是安裝在移動車輛8、移動交換中心：在大范圍服務區(qū)域中協調呼叫路由的交換中心。在蜂窩系統中，移動交換中心將 蜂窩基站和用戶連到公用交換電話網上。移動交換中心也稱作移

4、動電話交換局9、尋呼：將簡短的信息廣播到整個服務區(qū)域中，一般通過許多基站同時廣播的方式進行。10、反向信道：用來從移動用戶向基站傳輸信息的無線信道11、漫游:移動臺可以在不是最初登記的其它區(qū)域內通信。12、用戶：使用移動通信服務而付費的使用者。13、收發(fā)信機：能同時發(fā)送和接收無線信號的設備。14、尋呼系統：尋呼系統是給用戶發(fā)送簡短消息的通信系統。無線通信系統分類：用無線電來連接便攜手持機和專用基站的全雙工系統，而專用基站通過電話線連到公麗話交換網上去。-第一代無繩電話系統:80年代制造，便攜部分只能和專用基站部分 通信，達到幾十米遠。-第二代無繩電話:90年代末。允許用戶在諸如市中心的許多室外

5、場所使 用，覆蓋遠達幾百米的范圍。系統結構概圖及簡要工作過程 移動通信的主要特點具有三重動態(tài)特性信道動態(tài)性：發(fā)展原動力。無線通信，開放式傳播。信道時變性、隨機性，大大降低通信容量、質量。 用戶動態(tài)性：發(fā)展的原動力業(yè)務動態(tài)性：對3G1、2、3G移動系統的典型代表及主要特點，標準方面大類分類移動通信的發(fā)展I .總體方面及國內總體方面：正式商業(yè)運營30多年，大約每十年就更新一代。目前正處于第二代(2G)與第三代(3G) 的交接期、4代啟動期1) 第一代(1G):第一代(1G):特征=模擬式蜂窩網，商用化 =20世紀70年代末80年代初開始，代表性標準=北美的 AMPS(Advaneed Mobile

6、 Phone System)世界第一個可商用系統 、歐洲的 TACS(Total Access Communication System)兩大系統、北歐 NMT及日本HCMTS系統等。?解決問題及技術措施：?動態(tài)性問題：一重動態(tài)性=用戶、適當考慮第二重信道動態(tài)性。?用戶的動態(tài)尋址問題：頻分多址 FDMA?擴大覆蓋服務范圍和滿足用戶數量增長的需求問題：蜂窩式網絡結構和頻率規(guī)劃實現載頻再用 方式。技術問題=資源有限，蜂窩由貝爾實驗室提出。?信道動態(tài)特性匹配問題?干擾：適當采用了性能優(yōu)良的模擬調頻方式。?空間選擇性衰落：利用基站二重空間分集方式抵抗。2) 第二代(2G):特征=數字化，即數字式蜂窩移

7、動通信系統，20世紀90年代初正式走向商用。 標準二歐洲的時分多址(TDMA)GSM率先，解決漫游-統一標準問題、北美的碼分多址(CDMA的 IS-95 兩大系統、日本的PDC系統等。?解決問題及技術措施：?動態(tài)性問題：數字化基礎上的較全面考慮信道與用戶的二重動態(tài)特性及相應的匹配措施。? 用戶的動態(tài)尋址問題：采用 TDMA(GSM) CDMA(IS-95)方式。?擴大覆蓋服務范圍和滿足用戶數量增長的需求問題：數字式蜂窩網絡結構、頻率(相位)規(guī)劃。?在信道動態(tài)特性匹配問題：問題-解決方案或思路?干擾：調制- 抗干擾性能優(yōu)良=GMSK(GSM)QPSK(IS-95)，性能優(yōu)良的抗干擾糾錯編碼 -卷

8、積碼(GSM IS-95)、級聯碼(GSM；?慢衰落與遠近效應：功率控制技術抵抗；?頻率選擇性衰落與多徑干擾：自適應均衡(GSM) Rake接收；?時間選擇性衰落：信道交織編碼=幀間交織方式(GSM)塊交織方式(IS-95);?空間選擇性衰落：基站=空間或極化分集方式；=北美的3) 第三代(3G):特征=多媒體業(yè)務，本世紀初剛剛投入商業(yè)化運營，代表性標準 CDMA2000歐洲與日本的 WCDMA我國提出的TD-SCDM三大系統。?解決問題及技術措施：?動態(tài)性問題：用戶選擇業(yè)務=隨機的。全面考慮并完善對信道、用戶二重動態(tài)特性匹配特性， 并適當考慮到業(yè)務的動態(tài)性能。?繼續(xù)采用第二代（2G）中所采用

9、的所有行之有效的措施。?與業(yè)務動態(tài)特性的匹配問題：可實現對不同速率業(yè)務（不同擴頻比）間仍具有正交性能的OVSF可變擴頻比正交碼）多址碼。?用戶的動態(tài)尋址問題：CDMA（IS-95）方式。為了克服CDM/中的多址干擾，在3G系統中，上行 鏈路建議采用多用戶檢測與智能天線技術；下行鏈路采用發(fā)端分集、空時編碼技術；?滿足數據業(yè)務要求誤碼率低且實時性要求不高的特點：3G中對數據業(yè)務采用了性能更優(yōu)良的Turbo 碼。?網絡結構：功能也在逐步完善；?網絡協議逐步走向規(guī)范化：初步形成橫向=物理層、鏈路層、網絡高層；縱向=用戶業(yè)務 平面與控制平面。?逐步完善網絡層輔助物理層實現對三重動態(tài)性的匹配，完善對無線資

10、源管理、移動性管 理及接入分配、調度算法的實現；?第二代（2G）開始逐步引入智能網，實現交換與控制的分離，并通過業(yè)務生成系統快速生 成新業(yè)務。?國內的發(fā)展：80年代我國引入模擬式（TACS）:已完成其歷史任務而被淘汰;第二代移動通信GSMS統是全球第一，規(guī)模最大、用戶最多； CDMA系統即將成為全球第一；第三代移動通信系統，剛投入運營，為建設階段n.業(yè)務方面1)2)3)4)第一代是在單一模擬電路交換平臺上，完成單一模擬語音業(yè)務；第二代是在單一數字電路交換平臺上，完成數字式語音或相同速率電路交換的數據業(yè)務；第二代半（2.5G）在建立的兩個平行的電路（CS）與分組（PS）交換平臺上，完成數字化語音

11、和小于 64Kbps的電路交換、小于171.2Kbps的分組交換的各類數據業(yè)務服務；第三代首先在第二代半基礎上進行增強與改善，并在其基礎上逐步改造成單一分組交換的 平臺，提供小于2Mbps的各類多媒體業(yè)務服務.IP第一代與第二代的通話功能；第二代半增加了因特網業(yè)務和定位業(yè)務；第三代發(fā)展成具有會話型、數據流型、互動型與后臺類型的綜合服務多媒體業(yè)務功能； 第三代首先在第二代半基礎上進行增強與改善，并在其基礎上逐步改造成單一分組交換的 平臺，提供小于2Mbps的各類多媒體業(yè)務服務。m .實現的功能（業(yè)務服務功能）1）2）3）IP4）移動通信的發(fā)展趨勢與展望移動通信在接入方面的靈活性與光纜在骨干線路與

12、核心網容量、質量上的優(yōu)越性能完美結合， 構筑了未來通信發(fā)展的一個基本框架與藍圖。未來設想或目標：發(fā)展方向是個人通信。即在全球范圍內逐步實現全球一網（統一的網絡結構）， 每人一號（一個身份號碼），在任何時間、任何地點（海、陸、空）以任何通信方式與任何對象（人或機 器）進行任何業(yè)務（語音、數據、圖像等）的無縫隙、不間斷通信，這是人類為未來通信繪制的理想藍 圖。一個是全球性骨干核心網絡平臺；一個是無時無處不在的靈活接入手段（其中的無線接入的陸地系統的蜂窩移動網=移動通信）；4G發(fā)展趨勢（自查資料）4G移動通信系統的主要特點和關鍵技術1 、引言隨著人們對移動通信系統的各種需求與日俱增，目前投入商用的2

13、G、2.5G 系統和部分投入商用的 3G系統已經不能滿足現代移動通信系統日益增長的高速多媒體數據業(yè)務，許多國家已經投入到對4G移動通信系統的研究和開發(fā)中。2、4G移動通信系統的主要特點與3G相比，4G移動通信系統的技術有許多超越之處，其特點主要有：高速率。對于大范圍高速移動用戶(250km/h)，數據速率為2Mb/s;對于中速移動用戶(60km/h)， 數據速率為20Mb/s;對于低速移動用戶(室內或步行者)，數據速率為100Mb/s。(2) 以數字寬帶技術為主。在4G移動通信系統中，信號以毫米波為主要傳輸波段，蜂窩小區(qū)也會相應 小很多，很大程度上提高用戶容量，但同時也會引起系列技術上的難題。

14、(3) 良好的兼容性。4G移動通信系統實現全球統一的標準，讓所有移動通信運營商的用戶享受共同的4G服務，真正實現一部手機在全球的任何地點都能進行通信。(4) 較強的靈活性。4G移動通信系統采用智能技術使其能自適應地進行資源分配，能對通信過程中不 斷變化的業(yè)務流大小進行相應處理而滿足通信要求， 采用智能信號處理技術對信道條件不同的各種復 雜環(huán)境進行信號的正常發(fā)送與接收，有很強的智能性、適應性和靈活性。(5) 多類型用戶共存。4G移動通信系統能根據動態(tài)的網絡和變化的信道條件進行自適應處理，使低速 與高速的用戶以及各種各樣的用戶設備能夠共存與互通，從而滿足系統多類型用戶的需求。(6) 多種業(yè)務的融合

15、。4G移動通信系統支持更豐富的移動業(yè)務，包括高清晰度圖像業(yè)務、會議電視、 虛擬現實業(yè)務等，使用戶在任何地方都可以獲得任何所需的信息服務。將個人通信、信息系統、廣播 和娛樂等行業(yè)結合成一個整體，更加安全、方便地向用戶提供更廣泛的服務與應用。(7) 先進的技術應用。4G移動通信系統以幾項突破性技術為基礎，如：OFDM址接入方式、智能天線和空時編碼技術、無線鏈路增強技術、軟件無線電技術、高效的調制解調技術、高性能的收發(fā)信機和 多用戶檢測技術等。(8) 高度自組織、自適應的網絡。4G移動通信系統是一個完全自治、自適應的網絡，擁有對結構的自 我管理能力，以滿足用戶在業(yè)務和容量方面不斷變化的需求。3、4G

16、移動通信系統的關鍵技術為了適應移動通信用戶日益增長的高速多媒體數據業(yè)務需求，具體實現4G系統較3G的優(yōu)越之處，4G移動通信系統將主要采用以下關鍵技術：(1) 接入方式和多址方案OFDM( 正交頻分復用 )是一種無線環(huán)境下的高速傳輸技術，其主要思想就是在頻域內將給定信道分成許多正交子信道， 在每個子信道上使用一個子載波進行調制， 各子載波 并行傳輸。盡管總的信道是非平坦的，即具有頻率選擇性，但是每個子信道是相對平坦的，在每個子 信道上進行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相應帶寬。OFDM技術的優(yōu)點是可以消除或減小信號波形間的干擾， 對多徑衰落和多普勒頻移不敏感， 提高了頻譜利用率， 可實現低成本

17、的單波段接收機。 OFDM的主要缺點是功率效率不高。(2) 調制與編碼技術 4G 移動通信系統采用新的調制技術， 如多載波正交頻分復用調制技術以及單載波自適應均衡技術等調制方式，以保證頻譜利用率和延長用戶終端電池的壽命。4G移動通信系統采用更高級的信道編碼方案(如Turbo碼、級連碼和LDPC等)、自動重發(fā)請求(ARQ技術和分集接收 技術等，從而在低Eb/N0條件下保證系統足夠的性能。高性能的接收機4G 移動通信系統對接收機提出了很高的要求。Shannon定理給出了在帶寬為BW的信道中實現容量為C的可靠傳輸所需要的最小 SNR按照Shannon定理，可以計算出，對于 3G系統如果信道帶寬為5M

18、Hz數據速率為2Mb/s，所需的SNF為l.2dB ;而對于4G系統，要在5MHz 的帶寬上傳輸20Mb/s的數據，則所需要的SNR為12dB?？梢妼τ?G系統，由于速率很高，對接收 機的性能要求也要高得多。(4) 智能天線技術智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤以及數字波束調節(jié)等智能功能，被認為是未來移動通信的關鍵技術。 智能天線應用數字信號處理技術， 產生空間定向波束， 使天線主波束 對準用戶信號到達方向， 旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向， 達到充分利用移動用戶信號并消除或抑 制干擾信號的目的。這種技術既能改善信號質量又能增加傳輸容量。(5) MIM0技術MIMO(多輸入多輸出)技術是指利用

19、多發(fā)射、多接收天線進行空間分集的技術，它采用的是分立式多天線， 能夠有效的將通信鏈路分解成為許多并行的子信道， 從而大大提高容量。 信 息論已經證明，當不同的接收天線和不同的發(fā)射天線之間互不相關時，MIMO系統能夠很好地提高系統的抗衰落和噪聲性能，從而獲得巨大的容量。例如：當接收天線和發(fā)送天線數目都為 8 根，且平均 信噪比為20dB時，鏈路容量可以高達42bps/Hz，這是單天線系統所能達到容量的 40多倍。因此， 在功率帶寬受限的無線信道中，MIMO技術是實現高數據速率、提高系統容量、提高傳輸質量的空間 分集技術。在無線頻譜資源相對匱乏的今天，MIMO系統已經體現出其優(yōu)越性，也會在 4G移

20、動通信系統中繼續(xù)應用。(6) 軟件無線電技術軟件無線電是將標準化、模塊化的硬件功能單元經過一個通用硬件平臺，利用軟件加載方式來實現各種類型的無線電通信系統的一種具有開放式結構的新技術。 軟件無線電的 核心思想是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶A/D和D/A變換器，并盡可能多地用軟件來定義無線功能，各種功能和信號處理都盡可能用軟件實現。 其軟件系統包括各類無線信令規(guī)則與處理軟件、 信號 流變換軟件、信源編碼軟件、信道糾錯編碼軟件、調制解調算法軟件等。軟件無線電使得系統具有靈 活性和適應性， 能夠適應不同的網絡和空中接口。 軟件無線電技術能支持采用不同空中接口的多模式 手機和基站，能實現各種應用的可

21、變 QoS。(7) 基于 IP 的核心網 4G 移動通信系統的核心網是一個基于全 IP 的網絡， 同已有的移動網絡相 比具有根本性的優(yōu)點， 即：可以實現不同網絡間的無縫互聯。 核心網獨立于各種具體的無線接入方案， 能提供端到端的IP業(yè)務，能同已有的核心網和PSTN兼容。核心網具有開放的結構，能允許各種空中 接口接入核心網；同時核心網能把業(yè)務、控制和傳輸等分開。采用 IP 后，所采用的無線接入方式和 協議與核心網絡(CN)協議、鏈路層是分離獨立的。IP與多種無線接入協議相兼容，因此在設計核心 網絡時具有很大的靈活性，不需要考慮無線接入究竟采用何種方式和協議。(8) 多用戶檢測技術多用戶檢測是寬帶

22、CDMAI信系統中抗干擾的關鍵技術。在實際的 CDMAI信系統中， 各個用戶信號之間存在一定的相關性， 這就是多址干擾存在的根源。 由個別用戶產生的多 址干擾固然很小，可是隨著用戶數的增加或信號功率的增大，多址干擾就成為寬帶CDMAI信系統的一個主要干擾。傳統的檢測技術完全按照經典直接序列擴頻理論對每個用戶的信號分別進行擴頻碼匹 配處理，因而抗多址干擾能力較差； 多用戶檢測技術在傳統檢測技術的基礎上， 充分利用造成多址干 擾的所有用戶信號信息對單個用戶的信號進行檢測， 從而具有優(yōu)良的抗干擾性能， 解決了遠近效應問 題，降低了系統對功率控制精度的要求， 因此可以更加有效地利用鏈路頻譜資源， 顯著

23、提高系統容量。 隨著多用戶檢測技術的不斷發(fā)展，各種高性能又不是特別復雜的多用戶檢測器算法不斷提出，在4G實際系統中采用多用戶檢測技術將是切實可行的。4、4G移動通信的技術發(fā)展為了可以使4G技術的使用范圍更加寬闊，解決體制兼容、時延擴展與遠近效應等多方面的難題， 世界范圍內的通信工程領域的研究者們對現代移動通信技術做了更為深入的研究， 許多關鍵性的通信 技術被開發(fā)出來，并投入到了通信市場當中。下面對移動通信的技術做出分析：(1) 多址技術：擴頻碼的選擇對于4G系統來說十分重要，因為4G系統采用的是CDM/碼分多址技術。64位的Walsh函數是CDMAS 95移動通信系統所選擇的擴頻碼，這樣就使得

24、系統的前向信 道的有關性能得到了保障，但是，反向信道的運行性能卻很差。通信領域的研究者們對OVSF(正交可變擴頻因子) 進行了深層次的探究， 將其在可用數目、 重復利用與生成方法方面存在的問題進行了 解決，使多址技術可以服務于 4G系統，促進了 4G系統的廣泛應用。4G移動通信技(2) IPV6技術：為了避免3G技術中出現的編址不合理、空間資源浪費的狀況，術引進了 IPV6技術，它擁有著巨大的編址空間，同時具有自動控制技術、安全性能好、移動安全性 高等優(yōu)點。根據技術專家的預想，在未來能夠使得IPV6為整個4G移動通信系統提供編址空間，節(jié)省 大量的空間資源。 該技術也可以自動配置有狀態(tài)和無狀態(tài)這

25、兩個地址。 在無狀態(tài)時， 在沒有人為干預 的情況下，系統可以根據這個地址的節(jié)點利用鄰居機制，為其獲得唯一的地址。在傳輸信息時，為了 保證4G信息的安全可靠，IP地址流會交給各個節(jié)點來處理。了解移動設備的通信節(jié)點也是通過交換IP 地址的方式進行， 這樣每個移動設備配備唯一的 IP 地址的方式很好地保證了移動設備使用的安全 性。調制到在每個子 減少子信道之間 相鄰的子載波（3） OFDM技術：OFDM卩正交頻分復用技術，是多載波調制的一種，是 4G移動通信中使用的核 心技術。將信道分成若干正交子信道，將高速數據信號轉換成并行的低速子數據流， 信道上進行傳輸，提高了抗衰落能力。可以在接收端采用相關技

26、術將正交信號分開， 的互相干擾。每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分更容易保證信道的均衡。之間相互重疊的關系使得頻譜的運行效率較高。當信道較好時，子載波會自動調節(jié)成效率較高的模式， 信號較差時，自動調節(jié)成抗干擾較強的方式，智能技術的使用使得OFDM更加有利于高速傳輸數據。（4）智能天線技術：智能天線主要是指自適應天線陣列，是利用移動用戶和基站間各個傳輸鏈路空間特征的差異，在基站端運用信號處理技術和軟件技術， 通過多天線陣元結構，產生特定方向特 性天線波束，在同一信道上減少多個移動用戶接收和發(fā)送信號的干擾，提高頻譜利用率的一種分集技術，其本質是利用相位關系抑制多址干擾和多徑干擾。智能天線技

27、術的發(fā)展主要是考慮智能天線和移 動通信環(huán)境的特性，如電波的傳播特性、干擾和信號帶寬的有效性等，通過鏈路級和系統級的仿真與 實際驗證，綜合利用計算機處理技術優(yōu)化天線陣列參數和設計數據業(yè)務的最優(yōu)傳輸模式。智能天線除了在提高頻譜利用率 抑制干擾等方面的優(yōu)點外，還可以通過基站對移動用戶發(fā)射信號的空間特征矩陣的分析，實現對用戶空間位置的較精確定位。第二章無線傳播與移動信道概念、計算、特性，用于系統規(guī)劃與設計通信的3項基本指標有效性：是指在占有盡可能少的信道資源=?，如頻段、時隙和功率等的條件下盡可能多地傳送 信源的信息，是通信的數量上的指標。可靠性：主要是指在傳輸過程中抵抗各類客觀自然干擾的能力，但是在

28、特殊的軍事通信中，它還 包含抵抗人為設置干擾的能力。安全性：主要是指在傳輸中的安全保密性能，即收端防竊聽、發(fā)端防偽造和篡改等的能力。信道分類-按傳輸媒質有線信道：有線信道包括架空明線、電纜及光纖。無線信道：無線信道中有中、長波地表面波傳播，短波電離層反射傳播，超短波和微波直 射傳播以及各種散射傳播。-從信道特性參數隨外界各種因素的影響而變化分類：恒參信道：恒參信道是指其傳輸特性的變化量極其微小。且變化速度極慢，或者說，在足 夠長的時間內，其參數基本不變。變參信道:變參信道是指傳輸特性隨時間的變化較快。移動信道為典型的變參信道。移動通信信道的3個主要特點：信道都是基于電磁波在空間的傳播來實現開放

29、式信息傳輸的。2） 接收環(huán)境的復雜性：接收點地理環(huán)境的復雜性與多樣性。按接收點地理環(huán)境劃分為3類 典型區(qū)域，高樓林立的城市繁華區(qū)，以一般性建筑物為主體的近郊區(qū)，以山丘、湖泊、平原為主的農村及遠郊區(qū)。3）通信用戶的隨機移動性：準靜態(tài)的室內用戶通信，慢速步行用戶通信，高速車載用戶通 信（=70Km移動信道的傳播路徑（移動臺接收N條路徑信號）及電磁波分類電磁波傳播角度觀察：直射波:是指在視距覆蓋區(qū)內無遮擋的傳播。 它是超短波、微波的主要傳 輸方式，經直射波傳播的信號最強。反射波:是指從不同建筑物或其它反射體反射后到達接收點的傳播信號。 信號強度較直射波弱，近距離的多普勒效應。繞射波:從較大的建筑物與

30、山丘繞射后到達接收點的傳播信號。但它需要 滿足電波產生繞射的條件，其信號強度較直射波弱。其它：穿透建筑物的傳播及空氣中離子受激后，二次發(fā)射的漫反射產生 的散射波但它們相對于直射波、反射波、繞射波都比較弱。頻率f>30MHz的典型傳播通路：直射波：直接到達接收天線的電波，對 VHF和UHF頻段=主要方式；地面反射波：經過地面反射到達接收機的電波；地表面波：沿地球表面?zhèn)鞑サ碾姴?，對VHF和UHF頻段的地表面波可以忽略不計。原 因：地表面波的損耗隨頻率升高而急劇增大，傳播距離迅速減小。反射和散射：在移動信道中，電波遇到各種障礙物時會發(fā)生反射和散射現象，它對直射波形成干涉，產生多徑衰落現象。自由

31、空間的傳播損耗4n d2,因此，在球面單位面積2上的功率應為PT/4 n d ;若接收天線所能接收的有效面積取為 A=X 2/4 n,則接收功率為:傳播損耗=發(fā)射功率與接收功率的比值，則自由4J10lg()' = 201g() =3245+201gJ+201g f (個2A空間傳播損耗Lbs,為:工程應用：以dB表示，有： 式中，f為波長換算的相應的工作頻率（MHz），d為收發(fā)間距離（km）。結論：自由空間傳播損耗只與工作頻率、.和傳播距離.d有關。當工作頻率提高一倍，或者說工作. 波長減小一半時，電波在宜由空間的傳播損耗就增如 6dB2回樣，當傳播距離加大二倍時亠一傳播損耗一 也增加

32、6dB。當一束電波通過折射率隨高度變化的大氣層時，由于不同高度上的電波傳播速度不同， 使電波射束發(fā)生彎曲，彎曲的方向和程度取決于大氣折射率的垂直梯度dn/dh。這種由大氣折射率引起電波傳播方向發(fā)生彎曲的現象，稱為大氣對電波的折射。視線傳播極限距離、地球等效半徑認為電波依然按直線方向行進，只是地球的實際半徑Ro(6370Km變成了等效半徑Re式中，k稱作地球等效半徑系數。Re與R之間的關系為： 大氣折射對傳播的影響：大氣折射有利于超視距的傳播；tW + 心=揚+揚)在視線距離內，也會產生多徑衰落因為由折射現象所產生的折射波會同直射波同時存在 。視線傳播的極限距離為：t/=<12,( 7+7

33、)典型數據：標準大氣折射情況下即當dn/dh-4 xi0-8(m-1)時,等效地球半徑系數k=4/3,地球 等效半徑Re=8500 km (擴展應用意義：考慮=最小天線高度？實際天線高度？)菲涅爾余隙的計算障礙物的影響與繞射損耗有限空間問題繞射損耗：實際情況中，電波在直射傳播中存在各種障礙物，由障礙物引起的附加傳播損耗。 菲涅爾余隙：障礙物頂點P至直射線TR的距離正余隙條件=無阻擋基本思路：無線空間轉化為有限空間。 Xi是第一菲涅爾區(qū)在P點橫截面的半徑，計算公式如下：障礙物的影響和繞射損耗與菲涅爾余隙的關系特性示意圖：障礙物、余隙、繞射損耗與菲涅爾余隙的關系（圖中，縱坐標為繞射引起的附加損耗）

34、4-20246510121416當x/x1>0.5時，附加損耗約為0 dB，即障礙物對直射波 傳播基本上沒有影響；當x<0,即直射線低于障礙物頂點時，損耗急劇增加;當X=0時，即TR直射線從障礙物頂點擦過時, 附加損耗約為6dB意義：在選擇天線高度時，根據地形盡可能使服務區(qū)內各處的菲涅爾余隙X>0.5Xi-15-2.0-15-1.0-0,5 00.5 L0 1 5 2.0 2.5jt /氣(C)仞y： 設在上圖（a）所示的傳播路徑中，菲涅爾余隙 X1=-82m, d1=5 km, d2=10km工作頻率為150MHz試求電波傳播損耗。解：先求出自由空間傳播損耗：Lbs=32.

35、45+20lg(5+10)+20lgl50=99.5 dB求第一菲涅爾區(qū)半徑：X1=81.7m由上圖 查得附加損耗（X/X1"-1 ）為17dB所以電波傳播的損耗為L=Lbs+17=116.5 dB三種傳播模型的基本特性及計算方法大尺度傳播模型：發(fā)射機與接收機之間（T-R）長距離（幾百米或幾千米）上的場強變化。當移動 臺遠離發(fā)射機時，當地平均接收場強逐漸減弱，該平均接收場強由大尺度傳播模型預測。中尺度衰減模型：中范圍（中尺度、數百波長量級）的陰影效應小尺度衰減模型:短距離（幾個波長）或短時間（秒級）內的接收場強的快速波動的傳播模型。 當 接收機移動距離與波長相當時，其接收場強可以發(fā)生

36、3或4個數量級（30dB或40dB）的變化。3類不同層次的損耗的定義或特點路徑傳播損耗：一般稱為衰耗，指電波在空間傳播所產生的損耗。它反映出傳播在宏觀大范圍（千米量級）的空間距離上的接收信號電平的平均值的變化趨勢。（路徑損耗在固定的有線通信中也存在， 一 般比這里的空間傳播衰耗值要小一些）慢衰落損耗:指電磁波在傳播路徑上受到建筑物等的阻擋所產生陰影效應而產生的損耗，反映了在中等范圍內（數百波長量級）的接收信號電平平均值起伏變化的趨勢。這類損耗一般為無線傳播所特有， 一般從統計規(guī)律上看遵從對數正態(tài)分布，其變化率比傳送信息率慢，故又稱為慢衰落?？焖ヂ鋼p耗:反映微觀小范圍（數十波長以下量級）接收電平

37、的平均值的起伏變化趨勢。 其電平幅度分 布一般遵從瑞利（Rayleigh）分布、萊斯（Rice）分布和納卡伽米（Nakagami）分布，其變化速率比慢衰落 快，故又稱為快衰落?？臻g選擇性快衰落W頻率選擇性快衰落 '時間選擇性快衰落四種主要效應的定義或特點陰影效應：由于大型建筑物和其它物體的阻擋, 在電波傳播的接收區(qū)域中產生傳播半盲區(qū)，類似于太陽光受阻擋后產生的陰影。光波的波長較短，陰影可見，電磁波波長較長，陰影不可見，但是接收終 端（如手機）與專用儀表可以測試出來。遠近效應：由于接收用戶的隨機移動性，移動用戶與基站之間的距離也在隨機變化， 若各移動用戶發(fā) 射信號的功率一樣，那么到達基站

38、時信號的強弱將不同，離基站近者信號強，離基站遠者信號弱。對移動通信的影響=系統角度、局部角度丄？通信系統中的非線性將進一步加重信號強弱的不平衡 性，甚至出現以強壓弱的現象，并使弱者即離基站較遠的用 戶產生掉話（通信中斷）現象，通常稱這一現象為遠近效應。即各路徑之間可能產生自干擾，稱這類自干擾為 有時根本收不到主徑直射波，收到的是一些連續(xù)多徑效應：由于接收者所處地理環(huán)境的復雜性， 接收到的信號有直射波的主徑信號+有從不同建筑物 反射及繞射過來的多條不同路徑信號， 它們到達時的信號強度、到達時間及到達時的載波相位都不一 樣。所接收到的信號是上述各路徑信號的矢量之和， 多徑干擾或多徑效應。這類多徑干

39、擾是非常復雜的， 反射波等。比如車載通信時傳播頻率的擴散而引起的，其擴散多普勒效應：它是由于接收用戶處于高速移動中， 程度與用戶運動速度成正比。（這一現象只產生在高速（70km/h）車載通信時） 大范圍的傳播衰耗的3種分析模型的基本特性及計算方法三類主要快衰落（含產生的條件）空間選擇性衰落射頻：單頻等幅載波。 角度域：送入一個S脈沖式的點波束。時空域：在不同接收點S1, S2, S3,時域上衰落 特性是不一樣的，即同一時間、不同地點（空間） 衰落起伏是不一樣的，這樣，從空域上看，其信 號包絡的起伏周期為T1。等效為角度擴散 角度域：在原來角度上的S點波束產生了擴散衰落周期如上圖示由于開放型的時

40、變信道使天線的點波束產生了擴散而引起了空間選擇性衰落。 空間選擇性衰落，頻率選擇性衰落零帝信道輸入：頻域：白色等幅頻譜通常又稱為平坦瑞利衰落。這里的平坦特性是指在時域、頻域中不存在選擇性衰落信道輸出：觀察接收頻域：衰落起伏的有色譜。時域：在t 0+At瞬間，S脈沖在時域產生了擴散，其擴散寬度為L/2。其中，A t為絕對時延。疊加時間選擇性衰落信道輸入 時域：單頻等幅載波。 頻域：在單一頻率fO上單根譜線(S脈沖)信道輸出：=觀察接收時域：包絡起伏不平。頻域：以f0+ f為中心產生頻率擴散，其寬度 為B。其中， f為絕對多普勒頻移，B為相對值。 擬為疊加結論：由于用戶的高速移動在頻域引起多普勒頻

41、移，在相應的時域其波形產生時間選擇性衰落。 衰落周期如上圖所示?？焖ヂ湫盘柊j統計特性、衰落儲備、快衰落瞬時幅度特性的表示參數均值為m = F(r)=rfi(r) dr = Q 專 = 1. 253彳多徑衰落的信號包絡服從瑞利分布，這種多徑衰落稱為瑞利衰落。瑞利衰落信號的特征計算:29 / 40E(r)=均方值為瑞利分布概率密度函數 p(r)與r的關系如右圖4040.30.2ra當LCR = g的次數。若時間T內發(fā)生N次則有靠近基站：基本情況：移動臺靠近基站的情況下，快衰落信號包絡統計特性是指在含有一個強直射波的N個路徑傳播時。則合接收信號的包絡統計特性：若每條路徑的信號幅度為高斯分布，相位在

42、02n內為均勻分布。成信號的包絡分布為萊斯(Rice)分布(可參可參見圖2-7(b)05023圖2-7 (b靠近基站情況下的ffi*密度函敵注：圖中的a 0=a / c；a為直射波幅度。(2321)=二 E 2 /o( 概率密度函數表達式：Gbr為衰落信號包絡；a為直射波幅度，10( )為零階貝塞爾函數； 當a很大，即直射波很強時，r -a,則式(2.3.21)近似高斯分布；a 0,即無直射波時，則式(2321)近似為瑞利Rayleigh分布。電平通過率LCR(Level Crossing Rate):是指在單位時間內信號電平以正斜率通過某一給定電平JV7圖中所示的A為給定電平，在時間T內以正

43、斜率通過A電平的次數為4次，所以其電平通過率等 于4/T。因為電平通過率是隨機量，所以多用平均電平通過率來描述，它與移動體運動速度V、工作波長入有關，可表示為宀=妊仁P-p2J.22式中 心其中，A為給定電平，Ams為信號電平的均方根值。fn=V/入，為最大多普勒頻移。衰落速率:是指在單位時間內信號電平以正斜率通過中值電平的次數。 它等于某一給定電平為中值電 平時的電平通過率。衰落速率與信號波長入、運動速度V和多徑數目有關。由經驗數據可得到平均衰lx落率(Average Fadi ng Rate) 為 久衰落深度：是指信號的有效值(均方根值)與該次衰落信號的最小值之間的差值。因為衰落深度是隨機

44、量。所以多用平均衰落深度(Average Deep of Fading) 來描述。平均衰落深度：是指信號中值與概率為 P(r < rx)=10 %的信號值的差值，一般可達 2030 dB。衰落持續(xù)時間：是指信號電平低于某一電平(門限電平)的持續(xù)時間。它是隨機量。定義平均衰落持續(xù)時間 AFD(Average Faded Duration):信號電平低于某一規(guī)定電平值 A的概率與該< A)AFD = fj =規(guī)定電平值的電平通過率之比，即有在圖中，時間T內的衰落持續(xù)時間等于t1+t2+t3+t4，則可計算出平均衰落持續(xù)時間：廠川=»JN=(t十+3十J/4衰落持續(xù)時間決定于接

45、收機的門限電平，用于判斷衰落對通信的影響。對數字通信，它可用于確定突發(fā)差錯的長度。3種主要噪聲的概念、基本特性在移動通信中，嚴重影響移動通信性能的主要噪聲與干擾大致可分為3類:加性正態(tài)白噪聲多徑干擾L多址干擾加性正態(tài)白噪聲 加性：噪聲與信號之間的關系遵從疊加原理的線性關系。正態(tài)：噪聲分布遵從正態(tài)(高斯)分布。白：指其頻譜是平坦的。AWG信道：僅含有加性正態(tài)白噪聲的信道一般文獻上稱為AWG信道。這類噪聲是最基本的噪聲，并非移動信道所特有，一般簡稱這類噪聲為白噪聲。產生這類噪聲的來源主要有兩個。(1) 無源約翰遜噪聲。它主要來自一切無源器件，如電阻、電容、電路板的分子布朗運動所引起的噪聲。其特點之

46、一是任何環(huán)境當溫度超過熱力學溫度零度(0K,即-273.16 C)就存在分子的布朗運動；其特點之二是這類布朗運動是大量的，統計上遵從中心極限定理的規(guī)律，因此其統計分布是正態(tài)的； 其特點之三是這類布朗運動在頻域范圍足夠寬時，其譜特性是平坦的。(2) 有源霰彈噪聲。它主要來自通信設備中的有源器件，如電子管、晶體管及各類大規(guī)模集成電路中的電子發(fā)射所形成的。其特點與無源噪聲的3個特點完全類似，所以也可看成典型的白噪聲。它與無 源白噪聲的惟一差異是有源白噪聲是在一定激發(fā)條件下才產生大量電子發(fā)射而形成的。注：AGWNAdditive White Gaussian Noise多徑干擾產生原因：由于電波傳播的

47、開放性與地理環(huán)境的復雜性而引起的多條傳播路徑之間相互自干擾而引起 的噪聲干擾。它實質上是一類自干擾。影響效果：對于數字與數據通信，主要表現為碼間干擾及高速數據的符號間干擾。關于這類干擾需要進一步說明的有兩點。(1) 多徑干擾的強度取決于多徑時延寬度與碼元寬度的比值，即取決于受干擾的相對值，而不是 受干擾的絕對值。這一結論對符號干擾也是一樣。(2) 多徑干擾對于CDM尤為嚴重。這是由于CDMA采用了直接擴頻技術，大大提高了待傳送的碼 元速率，降低了碼元周期長度，卻增大了多徑時延引起的相對比例。多址干擾產生來源：由于在移動通信網中同時進行通信的是多個用戶，這多個用戶的信號之間一定要采用一類正交隔離

48、手段，否則就會互相干擾，在通話時串話。第三章多址技術與擴頻通信 概念、計算、特性、*方案*、評價。移動通信中幾種典型的多址接入方式：第一代 (1G)的FDMA第二代(2G)GSM的TDMA IS-95的 CDMA第3代(3G)3個主流制式的CDMA多址技術的基本概念動態(tài)尋址：即在服務范圍內利用開放式的射頻電磁波尋找用戶地址，同時為了滿足多個移動用戶同時 實現尋址，多個地址之間還必須滿足相互正交特性，以避免產生地址間相互干擾。四種多址技術的基本原理及移動通信中的實際多址接入實施方案多址劃分基本原理(或設想)相似性：類似于固定通信中的信號多路復用，實質上都屬于信號的正交劃分與設計技術。 區(qū)別點：多

49、路復用的目的是區(qū)別多個通路，用戶地址， 互不干擾，通常是在基帶和中頻上實現的， 而多址劃分是區(qū)分不同的 通常需要利用射頻頻段輻射的電磁波來尋找動態(tài)的用戶地址， 同時為了實現多址信號之間 信號之間必須滿足正交特性。前向信道: 反向信道:移動臺的接收頻道即基站向移動臺方向的信道叫作前向信道。 移動臺的發(fā)射頻道即移動臺向基站方向的信道叫作反向信道。 突發(fā)或叫子幀：在時隙內傳送的信號叫突發(fā)或叫子幀。CDMA!統的特點：CDMA蜂窩通信系統有如下特點：Z窄帶CDMA系統是以頻率重用為基礎的蜂窩結構。 每個基站只需一個無線電臺。 小區(qū)內以CDMA：式建立信道。 以每一碼型為一個話路的數字信號傳輸，不需設置

50、保護時隙或保護頻帶。 由于CDMAt窩系統是以碼型來區(qū)分用戶地址的，所以它僅是干擾受限的系統。丿CDM系統需要系統的定時同步，但與 TDMA系統相比，系統的同步要求不嚴格。 CDM系統對移動臺的發(fā)射信號功率控制要求非常嚴格。 移動用戶可隨時接入信道，并建立通信。系統具有一定的過載能力，即軟系統容量。 移動臺并行處理CDMAS號，除接收來自本小區(qū)基站的信號外，可同時接收來自相鄰基站的信號， 有利于選擇最佳信號進行可靠的越區(qū)切換， 并且，這種越區(qū)切換只改變地址碼，而不改變載波頻 率，即所謂軟切換。便于采用語音激活技術來減少同道干擾，增加系統容量。TDMA寸幀結構（一般結構）丁DMA 楨C報頭報乂

51、（消息）+突發(fā)一時隙TDMA CDMA!統基本技術特點FDM療統的特點：FDMA蜂窩通信系統具有以下特點： 少以頻率復用為基礎的蜂窩結構； 以每一頻道為一個話路的模擬或數字信號傳輸；對比FDM IN TRADITIONAL SYSTEM以頻帶或頻道的劃分來構成宏小區(qū)、微小區(qū)、微微小區(qū)；）由于FDMA!窩系統是以頻道來分離用戶地址的，所以它是頻道受限和干擾受限的系統 ； FDMA!統需要周密的頻率計劃； 對發(fā)射信號功率控制的要求不嚴格； 基站的硬件設備取決于頻率計劃和頻道的配置； 怎基站是多部不同載波頻率發(fā)射機同時工作的。擴頻通信概念：擴頻通信（SS, Spread Spectrum）。確切地說

52、，應稱為擴譜通信更為恰當，因為被擴 展的是信號頻譜帶寬,不過習慣上稱其為擴頻。擴頻通信屬于寬帶通信系統。擴頻通信技術是一種信 息傳輸方式，在發(fā)端采用擴頻碼調制，使信號所占的頻帶寬度遠大于所傳信息必需的帶寬，在收端采用相同的擴頻碼進行相關解擴以恢復所傳信息數據。區(qū)別：它與傳統的窄帶通信系統不同。 擴頻通信主要特征：擴頻前信源提供的消息碼元帶寬（或速率） 遠遠小于擴頻后進入信道的擴頻序列（chiP）信號帶寬（或速率）。擴頻通信的特點:帶來了信噪比上的好處，即接收機輸出的信噪比相對于輸入的信噪比大有改善，從而提高了系統的抗干擾能力。擴頻通信在移動通信中的應用情況擴頻通信在移動通信中的地位：移動通信中

53、最主要的多址方式實現技術。由于碼分多址是通過擴頻通信來實現的，在移動通信中，第二代 （2G）的IS-95、第三代（3G）的TD-SCDMACDMA2000WCDM均采 用碼分多址。窄帶通信系統與寬帶通信系統的概念設R為待傳送的信源碼元速率（或帶寬），T為碼分的持續(xù)時間，F為傳送至信道的擴頻序列（chiP）信 號速率（或帶寬）。窄帶通信系統：若R?T=F?F 1,即當R=F或 F=2R帶寬）時，稱該系統為窄帶通信系統。通常數字 通信系統中的移幅、移頻、移相均屬窄帶通信系統。寬帶通信系統：若FA R,即F/R=10106（1060dB），則稱該系統為寬帶通信系統。寬帶通信系 統是窄帶通信系統通過擴

54、頻方式來實現的。碼分多址CDMAJ是一類最典型的擴頻通信系統?！景自肼?、PN碼、m序列、Gold序列、Walsh（沃爾什）函數的概念】白噪聲:白噪聲是一種隨機過程，它的瞬時值服從正態(tài)分布，功率譜在很寬的頻帶內都是均勻的,R """ ft /、它有極其優(yōu)良的相關特性。高斯白噪聲的理想特性為“IT "丁PNPseudo-Noise ,偽噪聲1碼:在工程中產生一種具有近似隨機噪聲的自相關特性的周期性信號， 稱為偽隨機序列，即PN碼。m序列：二進制的m序列是一種重要的偽隨機序列，有優(yōu)良的自相關特性，有時稱為偽噪聲（PN）序列?！皞巍钡囊馑际钦f這種碼是周期性的序列

55、，易于產生和復制，但其隨機性接近于噪聲或隨機序 列。m序列在擴展頻譜及碼分多址技術中有著廣泛的應用，并且在m序列基礎上還能構成其它的碼序列，（因此無論從m序列直接應用還是從掌握偽隨機序列基本理論而言），必須熟悉m序列的產生及 其主要特性。m序列的抗干擾能力較強；有優(yōu)良的相關特性；易產生。但不足的是m序列的數目少。Gold序列:Gold碼是m序列的復合碼，是由R?Gold在1967年提出的，Gold碼是在m序列的基 礎上得到的，但它的條數遠遠超過了 m序列。Gold序列在多址技術中，特別是在碼序列長度較短的 情況下，得到了廣泛應用。目前多采用 Gold碼作為地址碼。Walsh（沃爾什）函數:Walsh函數是