第三部分?jǐn)?shù)字移動通信的相關(guān)技術(shù)一

1、2007年3月移動通信技術(shù)基礎(chǔ)1主要內(nèi)容第一部分 歷史回顧第二部分 移動通信概述第三部分 數(shù)字移動通信的相關(guān)技術(shù)第四部分 典型的移動通信系統(tǒng)簡介第五部分 下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）和無線移動互聯(lián)網(wǎng)（WMI）的發(fā)展將改變?nèi)祟惿詈凸ぷ鞣绞?第三部分 數(shù)字移動通信的相關(guān)技術(shù) 一、多址技術(shù)（轉(zhuǎn)） 二、調(diào)制技術(shù)（轉(zhuǎn)） 三、抗噪聲和干擾技術(shù) （轉(zhuǎn)） 四、分集接收技術(shù)（轉(zhuǎn)） 五、藍(lán)牙技術(shù) （轉(zhuǎn)） 一、多址技術(shù)多址技術(shù)的含義 所謂多址技術(shù)就是使多個用戶接入并共享同一個無線通信信道, 以提高頻譜利用率的技術(shù)。 思路：把同一個無線信道按照時間、或頻率等因素進(jìn)行分割, 使不同的用戶都能夠在不同的分割段中使用這一信道,

2、而又不會明顯地感覺到他人的存在, 就好像自己在專用這一信道一樣。 占用不同的分割段就像是擁有了不同的地址, 使用同一信道的多個用戶就擁有了多個不同的地址。這就是多址技術(shù)，亦稱多址接入技術(shù)。 三種多址方式TDMAFDMACDMA三種方式 頻分多址(FDMA)頻分多址(FDMA) 頻分多址技術(shù)按照頻率來分割信道, 即給不同的用戶分配不同的載波頻率以共享同一信道。 頻分多址技術(shù)是模擬載波通信、 微波通信、衛(wèi)星通信的基本技術(shù), 也是第一代模擬移動通信的基本技術(shù)。 在FDMA系統(tǒng)中, 信道總頻帶被分割成若干個間隔相等且互不相交的子頻帶(地址), 每個子頻帶分配給一個用戶, 每個子頻帶在同一時間只能供給一

3、個用戶使用, 相鄰子頻帶之間無明顯的干擾。 頻分多址(FDMA)FDMA的特點(diǎn)每個載波構(gòu)成一個單獨(dú)的環(huán)路，每一頻道為一個話路的模擬或數(shù)字傳輸；連續(xù)發(fā)射；較小的帶寬；移動臺復(fù)雜度較低（相比TDMA而言，TDMA系統(tǒng)需要均衡、幀結(jié)構(gòu)同步等復(fù)雜的技術(shù)）；基站是多部不同載波頻率的發(fā)射機(jī)同時工作；對發(fā)射信號功率控制的要求不嚴(yán)格。 時分多址(TDMA) 時分多址技術(shù)按照時隙來劃分信道, 即給不同的用戶分配不同的時間段以共享同一信道。 時分多址技術(shù)是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信和第二代移動通信的基本技術(shù)。時分多址(TDMA)時分多址(TDMA)在TDMA系統(tǒng)中, 時間被分割成周期性的幀, 每一幀再分割成若干個時隙(地址)。

4、 無論幀或時隙都是互不重疊的。根據(jù)一定的時隙分配原則, 使各個移動臺在每幀內(nèi)只能按指定的時隙向基站發(fā)送信號, 在滿足定時和同步的條件下, 基站可以分別在各時隙中接收到各移動臺的信號而互不混擾。 基站發(fā)向多個移動臺的信號都按順序安排, 在預(yù)定的時隙中傳輸。各移動臺只要在指定的時隙內(nèi)接收, 就能在合路的信號中把發(fā)給它的信號區(qū)分出來。時分多址(TDMA)(1)突出優(yōu)點(diǎn)是頻率利用率高，在同一頻道可供幾個移動臺同時進(jìn)行通信，在每一載頻上產(chǎn)生多個時隙, 每個時隙都是一個信道, 提高頻譜利用率, 增加系統(tǒng)容量。 (2)抗干擾能力強(qiáng)。（3）缺點(diǎn)是需要全網(wǎng)同步，技術(shù)比較復(fù)雜。時分多址(TDMA)時分多址(TDM

5、A)(5) 共享設(shè)備成本低。 每一載頻為許多客戶提供業(yè)務(wù), 每客戶平均成本與FDMA系統(tǒng)相比大大降低了。 (6) 不存在頻率分配問題。對時隙的管理和分配通常要比對頻率的管理與分配簡單而經(jīng)濟(jì)，所以, TDMA系統(tǒng)更容易進(jìn)行時隙的動態(tài)分配。 (7) 基站可以只用一臺發(fā)射機(jī)。 可以避免因多部不同頻率的發(fā)射機(jī)同時工作而產(chǎn)生的互調(diào)干擾。 碼分多址(CDMA)碼分多址(CDMA) 碼分多址技術(shù)按照碼序列來劃分信道, 給不同的用戶分配一個不同的編碼序列以共享同一信道。碼分多址技術(shù)是第二代移動通信的演進(jìn)技術(shù)和第三代移動通信的基本技術(shù)。在CDMA系統(tǒng)中, 每個用戶被分配給一個惟一的偽隨機(jī)碼序列(擴(kuò)頻序列), 各

6、個用戶的碼序列相互正交, 因而相關(guān)性很小, 由此可以區(qū)分出不同的用戶。碼分多址(CDMA)與FDMA劃分頻帶和TDMA劃分時隙不同, CDMA既不劃分頻帶又不劃分時隙, 而是讓每一個頻道使用所能提供的全部頻譜, 因而CDMA采用的是擴(kuò)頻技術(shù), 它能夠使多個用戶在同一時間、同一載頻以不同碼序列來實(shí)現(xiàn)多路通信。CDMA示意圖如圖所示。碼分多址(CDMA)碼分多址(CDMA)的特點(diǎn)頻率和時間資源均為共享；每個載波有多個信道；帶寬相對更寬；符號帶寬窄，提高了定時精度，有利于定時測量和多徑信號恢復(fù)；移動臺復(fù)雜度高；三種多址技術(shù)的比較三種多址技術(shù)的比較CDMA技術(shù)的頻譜利用率最高, 所能提供的系統(tǒng)容量最大

7、, 它代表了多址技術(shù)的發(fā)展方向;其次是TDMA技術(shù), 目前技術(shù)比較成熟, 應(yīng)用比較廣泛;FDMA技術(shù)由于頻譜利用率低, 將逐漸被TDMA和CDMA所取代, 或者與后兩種方式結(jié)合使用, 組成TDMA/FDMA、 CDMA/FDMA方式。結(jié)束二、調(diào)制技術(shù)主要內(nèi)容一、調(diào)制的基本概念（轉(zhuǎn)）二、模擬調(diào)制技術(shù)（轉(zhuǎn)）三、數(shù)字調(diào)制技術(shù)（轉(zhuǎn)）調(diào)制：把要傳輸?shù)男盘栕儞Q成適合信道傳輸?shù)男盘柕倪^程。調(diào)制信號：調(diào)制器的輸入信號。 （調(diào)制前）已調(diào)信號：調(diào)制器的輸出信號 (調(diào)制后)。調(diào)制的有關(guān)概念無線通信系統(tǒng)框圖信源電信號調(diào)制接收機(jī)解調(diào)發(fā)射機(jī)電信號信宿無線信道噪聲和干擾消息模擬或數(shù)字信號調(diào)幅(AM)：載波振幅調(diào)頻(FM)：

8、載波頻率調(diào)相(PM)：載波相位按隨調(diào)制信號變化的參數(shù)按調(diào)制信號形式劃分模擬調(diào)制數(shù)字調(diào)制模擬調(diào)制技術(shù) 在介紹數(shù)字調(diào)制技術(shù)之前，我們先要了解一下模擬調(diào)制的基本原理。模擬調(diào)制與解調(diào)目的 解決微弱緩變信號的放大以及信號的傳輸問題。 接收放大器的輸出信號中取出放大了的緩變信號。 微弱的緩變信號加載到高頻載波中去交流放大器調(diào)制傳輸解調(diào)過程分類調(diào)制信號x(t)0t載波信號z(t)0ta) 幅度調(diào)制(AM)b) 頻率調(diào)制(FM)c) 相位調(diào)制(PM)幅度調(diào)制與解調(diào)過程（波形分析）從示波器上抓取乘法器放大器x(t)z(t)x m(t)乘法器濾波器z(t)x(t)幅度調(diào)制與解調(diào)過程（數(shù)學(xué)分析）乘法器放大器x(t)

9、z(t)x m(t)乘法器濾波器z(t)x(t)頻率調(diào)制 調(diào)頻波是一種隨信號x(t)的電壓幅值而變化的疏密度不同的等幅波. 優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)。調(diào)頻波為調(diào)幅所要求帶寬的20倍；（寬帶）頻率調(diào)制是一種非線性調(diào)制。（復(fù)雜） 因?yàn)檎{(diào)頻信號所攜帶的信息包含在頻率變化之中，并非振幅之中，而干擾波的干擾作用則主要表現(xiàn)在振幅之中 缺點(diǎn)：占頻帶寬度大，復(fù)雜 數(shù)字調(diào)制技術(shù)主要內(nèi)容 概述 分類 技術(shù)實(shí)現(xiàn) 線性調(diào)制與非線性調(diào)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)簡介 移動通信信道的基本特征：1.帶寬有限。2.干擾和噪聲影響大。3.存在多徑衰落。 對調(diào)制的要求：已調(diào)信號所占的帶寬要窄。經(jīng)調(diào)制解調(diào)后的輸出信噪比(S/N)要大或誤碼率較低。數(shù)字

10、調(diào)制技術(shù)更具有優(yōu)勢數(shù)字調(diào)制技術(shù)簡介調(diào)制信號是離散的，載波是連續(xù)波。方法：一種利用模擬方法去實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，也就是把數(shù)字基帶信號當(dāng)作模擬信號的特殊情況來處理；（很少使用了）一種：利用數(shù)字信號的離散取值特點(diǎn)鍵控載波，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。這種技術(shù)稱為鍵控法。（移動通信常用的方法）基帶信號 未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號所占據(jù)的頻帶通常從直流和低頻開始，稱為數(shù)字基帶信號。來自計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)或其它數(shù)字設(shè)備的各種數(shù)字代碼，通常是二進(jìn)制數(shù)字信息；來自數(shù)字電話終端的脈沖編碼信號?；鶐鬏攤鬏斁嚯x不太遠(yuǎn)、有線信道，數(shù)字基帶信號可以直接傳送，稱為數(shù)字信號的基帶傳輸 。 整個傳輸過程不需要調(diào)制和解調(diào)設(shè)備。大多數(shù)局域網(wǎng)（LAN）使用的

11、都是基帶傳輸。數(shù)字調(diào)制后傳輸 為了使數(shù)字信號在有限帶寬的高頻信道中遠(yuǎn)距離傳輸，特別是在無線或光纖信道上傳輸時，必須經(jīng)過 調(diào)制 才能在信道中傳輸。 數(shù)字調(diào)制的分類 按載波的變化參數(shù) 按數(shù)字信號的狀態(tài)數(shù)按載波的變化參數(shù)分類 數(shù)字信號的載波調(diào)制有三種方式： 數(shù)字調(diào)幅（ASK） 幅移鍵控 數(shù)字調(diào)頻（FSK） 頻移鍵控 數(shù)字調(diào)相（PSK） 相移鍵控按數(shù)字信號的狀態(tài)數(shù)數(shù)字信號可分為二進(jìn)制編碼信號 多進(jìn)制編碼信號數(shù)字信號調(diào)制可分為 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 2ASK、2FSK、 2PSK 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制（QPSK） 二進(jìn)制調(diào)制與多進(jìn)制調(diào)制二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制二進(jìn)制幅移鍵控（2ASK）Amplitude shift keyi

12、ng（轉(zhuǎn)）二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）Frequency shift keying （轉(zhuǎn)）二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）Phase shift keying （轉(zhuǎn)）二進(jìn)制幅移鍵控(2ASK) 載波的幅度隨著調(diào)制信號而變化，2ASK是用二進(jìn)制調(diào)制信號 1 或0來控制載波的通或斷。故2ASK也稱為OOK通斷鍵控。22ASK的調(diào)制解調(diào)器（1）調(diào)制器1）模擬調(diào)制器 2）OOK調(diào)制器 （2）解調(diào)器1）非相干解調(diào)器整流 2）相干解調(diào) B.P.F帶通濾波器 L.P.F低通濾波器相干解調(diào)的關(guān)鍵是在接收端需產(chǎn)生一個與發(fā)端載波同頻同相的載波信號OOK信號的時域波形1、2ASK信號的頻譜由連續(xù)譜和離散譜組成，連續(xù)譜由基帶

13、信號決定，離散譜由載波分量確定。 2、2ASK信號的帶寬是調(diào)制信號帶寬的兩倍。OOK信號的頻譜 結(jié)論：二進(jìn)制移頻鍵控2FSK 1基本原理用載波的頻率來傳遞數(shù)字信號，也就是用所要傳送的數(shù)字基帶信號來控制載波的頻率。 在頻移鍵控調(diào)制中，幅度恒定不變，其載波信號的頻率隨著兩種可能的狀態(tài)而切換。（恒包絡(luò)調(diào)制）低頻率（f1）-數(shù)字基帶信號的1高頻率（f2）-數(shù)字基帶信號的02FSK的時域波形 2FSK可以看成2個不同頻的幅移鍵控已調(diào)信號的和；2FSK=2ASK1+2ASK22FSK的頻譜圖 解調(diào)器 (a)非相干解調(diào)器 (b)相干解調(diào)器(c)過零檢測法二進(jìn)制移相鍵控2PSK（BPSK） 2PSK是用載波的

14、兩種不同相位來分別表示調(diào)制數(shù)字信號的“1”或“0”。 通常采用的兩種相位是0和 ，或是 - /2和 /2。調(diào)制和解調(diào)器 （1）調(diào)制器 相乘法： 數(shù)字選相器： 2PSK的波形三種鍵控方式頻帶的比較多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制多進(jìn)制幅度鍵控(MASK)多進(jìn)制頻移鍵控(MFSK)多進(jìn)制相移鍵控(MPSK)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的特點(diǎn)： 第一，在信道傳輸速率一定的情況下，多進(jìn)制系統(tǒng)的信息傳輸速率比二進(jìn)制系統(tǒng)的高。 第二，在信道傳輸速率一定的情況下，多進(jìn)制方式的信道傳輸速率可以比二進(jìn)制的低一些，因而，信號碼元的持續(xù)時間可以比二進(jìn)制的寬。就會增加信號碼元的能量，也能減小由于信道引起的串碼的影響。線性調(diào)制與非線性調(diào)制在數(shù)字調(diào)制中，根據(jù)已調(diào)信號的結(jié)構(gòu)形式又可分為線性調(diào)制 非線性調(diào)制線性調(diào)制已調(diào)信號表示為基帶信號與載波信號的乘積（時域相乘）已調(diào)信號的頻譜結(jié)構(gòu)和基帶信號的頻譜結(jié)構(gòu)相同，只不過搬移了一個頻率位置。如幅移鍵控（ASK）、相移鍵控（PSK）。非線性調(diào)制已調(diào)信號的頻譜結(jié)構(gòu)和基帶信號的乘積關(guān)系（頻域相乘）;其頻譜不是簡單的搬移;如頻移鍵控（FSK）、最小相移鍵控(MSK)線性調(diào)制與非線性調(diào)制比較線性調(diào)制比非線性調(diào)制使用更少的帶寬；線性調(diào)制的帶寬效率是以昂貴的硬件花