通信工程概論課件

現(xiàn)代通信技術(shù)概論2009年8月15日第1章通信概述

1.1通信系統(tǒng)的一般構(gòu)成信源發(fā)送變換器信道接收變換器信宿噪聲聲音數(shù)據(jù)文字圖像信號(hào)信號(hào)聲音數(shù)據(jù)文字圖像1.2.3按傳輸媒介和系統(tǒng)組成的特點(diǎn)分類長波通信、短波通信、微波通信衛(wèi)星通信、光纖通信、移動(dòng)通信1.2.4

按用途分類民用通信、軍事通信、氣象通信海洋通信、宇宙通信、應(yīng)急通信、

1.3通信方式概要1.3.1按通信對(duì)象的數(shù)量分類

（1）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)：電話

（2）一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)：廣播、電視

（3）多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)：AdHoc1.3.2

按接入方式分類上行鏈路下行鏈路BS:BaseStationMS:MobileStation問題：MS用什么方法把信號(hào)發(fā)送到BS？BS用什么方法把信號(hào)發(fā)送到MS？接入方法問題1.3.3

按消息傳遞方向與時(shí)間分類（雙工方式）（1）單工方式

消息只能單向傳輸，通信雙方交替地進(jìn)行接收和發(fā)。f1f1(f2)TTRRT:Transmitter;R:Receiver

f1f1(f2)(2)半雙工方式

其中一方雙向通信，另一方交替收或發(fā)。f1f2TTRRf1f2雙工器：能夠讓發(fā)射機(jī)和接收機(jī)共用一副天線的設(shè)備。f1f2TTRRf1f2(3)全雙工方式通信雙方均可同時(shí)發(fā)送或接收可靠性：接收端恢復(fù)信息的正確程度。模擬通信用接收信號(hào)的信噪比SNR（SignaltoNoiseratio）表示數(shù)字通信用接收信號(hào)的誤碼率BER（BitErrorRate

）表示BER=接收數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)接收數(shù)據(jù)的總比特?cái)?shù)

第2章數(shù)字通信簡介模擬傳輸與數(shù)字傳輸2.1信源編碼和信道編碼

格式化

信源編碼加密信道編碼復(fù)用

調(diào)制擴(kuò)頻多路復(fù)用發(fā)送信道

接收多路分離逆擴(kuò)散

解調(diào)分離信道譯碼解密

信源譯碼

格式化同步基帶處理載波處理2.3SignaltoNoiseratio傳輸信號(hào)的頻帶寬度數(shù)據(jù)傳輸速率(bit/s)2.4Shannon定理數(shù)字調(diào)制技術(shù)2.5.1問什么要調(diào)制？

1.天線的長度與發(fā)射信號(hào)的波長可比擬時(shí)才能有效地發(fā)射電磁波?；鶐盘?hào)的頻率較低，必須將基帶信號(hào)的頻譜搬移到頻率很高的載波附近，該頻譜搬移過程稱為調(diào)制。2.不同的調(diào)制方式，其可靠性和有效性不同。選擇不同的調(diào)制方式滿足不同的服務(wù)品質(zhì)。2.52.5.2調(diào)制信號(hào)的一般表達(dá)式瞬時(shí)相位瞬時(shí)相位偏移瞬時(shí)振幅（包絡(luò)線振幅）2.5.3調(diào)制信號(hào)的矢量表示形式實(shí)軸(I)虛軸(Q)2.5.4幅度調(diào)制與相位調(diào)制調(diào)制信號(hào)幅度調(diào)制：瞬時(shí)幅度隨調(diào)制信號(hào)線性變化。相位調(diào)制：瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號(hào)線性變化。2.5.6PSK:PhaseShiftKeying

令則

-AAIQPSK調(diào)制的信號(hào)空間配置（PSK調(diào)制的星座圖）2.5.7QPSK:Quadrature

PhaseShiftKeying

發(fā)送數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換低通濾波器低通濾波器移相乘法器乘法器I相基帶信號(hào)Q相基帶信號(hào)QPSK調(diào)制的原理圖第5章移動(dòng)通信概述移動(dòng)通信的概念5.1移動(dòng)通信的基本概念通信雙方至少有一方在移動(dòng)的通信系統(tǒng)2.移動(dòng)通信的特點(diǎn)

(1)

多經(jīng)傳輸問題

多經(jīng)傳輸引起信號(hào)衰落和時(shí)延擴(kuò)展。時(shí)延擴(kuò)展：發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)發(fā)送一個(gè)窄脈沖，由于多經(jīng)效應(yīng)，接收機(jī)接收到多個(gè)幅度不同、延遲時(shí)間也不同擴(kuò)展信號(hào)。接收機(jī)時(shí)延擴(kuò)展△時(shí)延擴(kuò)展△越大,相干帶寬BC越窄衰落分類：

快衰落和慢衰落；

平坦衰落和頻率選擇性衰落

平坦衰落:接收信號(hào)的幅度有時(shí)大有時(shí)小,但是不丟失頻率成分.

頻率選擇性衰落:接收信號(hào)不但幅度變化,而且丟失某些頻率成分.

當(dāng)發(fā)射信號(hào)的帶寬小于信道的相干帶寬時(shí),產(chǎn)生平坦衰落;反之產(chǎn)生頻率選擇性衰落.

(2)

多普勒頻移:移動(dòng)終端移動(dòng)導(dǎo)致接收的頻率不等于發(fā)射頻率,這種現(xiàn)象稱為多普勒頻移.

移動(dòng)通信中的特有干擾:同信道干擾.

位置登記,越區(qū)切換及漫游.

移動(dòng)臺(tái)小型化問題移動(dòng)通信系統(tǒng)分類5.2大區(qū)制與蜂窩(大區(qū)制與小區(qū)制)移動(dòng)通信的工作方式

●單工方式●半雙工方式●全雙工方式3.移動(dòng)通信的接入方式上行鏈路下行鏈路BS:BaseStationMS:MobileStation問題：MS用什么方法把信號(hào)發(fā)送到BS？BS用什么方法把信號(hào)發(fā)送到MS？接入方法問題常用的接入方式（多址技術(shù)）有：（1）頻率分割多址接入（頻分多址）FDMA：FrequencydivisionMultipleAccess（2）時(shí)間分割多址接入（時(shí)分多址）TDMA：TimedivisionMultipleAccess（3）編碼分割多址復(fù)用（碼分多址）CDMA：CodedivisionMultipleAccess

ch-1ch-2ch-3ch-N信道帶寬保護(hù)帶ch-3ch-2ch-1user1

user2

user3

user4

user5user5user4user3user2user1FDMA(FrequencyDivisionMultipleAccess)保留時(shí)間系統(tǒng)帶寬timefrequency

framejframej+1#1#2#3#N#1#2#3#N#1#2TimeTimef_uplinkf_downlinkTDMA/FDD(TimeDivisionMultipleAccess/FrequencyDivisionDuplex)

Uplink

DownlinkFrequencyFrequencyinterval

#1#2#3#N#1#2#3#N#1#2Slot

12315DownlinkUplinkDownlink

timefrequencyCodeTDDCode

timeFDDCDMATDDandFDDDownlinkUplink5M5Mfrequency移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本組成5.3BSBSBS移動(dòng)交換中心

MSCPSTN移動(dòng)網(wǎng)移動(dòng)通信頻率分配和抗干擾技術(shù)5.4頻率分配

GSM:MSBS890MHz-915MHzBSMS935MHz-960MHz載頻間隔:200kHz,25MHz帶寬分為124個(gè)載頻頻道間隔:25kHz.中國移動(dòng)：1880～1900MHz，2010～2025MHz，共35M頻率資源

中國電信：1920～1935MHz，2110～2125MHz，

共30M頻率資源中國聯(lián)通：1940～1955MHz，2130～2145MHz，

共30M頻率資源3G移動(dòng)通信頻率分配2.抗干擾技術(shù)(1)發(fā)射功率控制(2)分集接收(3)跳頻技術(shù)(4)均衡技術(shù)(5)間斷傳輸?shù)?章第3代移動(dòng)通信概述80年代

90年代21世紀(jì)

AMPS,NTTGSM,PDC,W-CDMATACSIS-95,PHScdma2000TD-SCDMA

黎明期成長期量變擴(kuò)展期質(zhì)變擴(kuò)展期

以語言為中心語言,低速數(shù)據(jù)~64kbit/s

語言,高速數(shù)據(jù)~384kbit/s(~2Mbit/s)手機(jī),車載電話無繩電話

1G手機(jī),車載電話短信息2G

IMT-2000

3G

6.1移動(dòng)通信的時(shí)代變遷

SystembeyondIMT-20004G

寬頻帶（大于100Mbps)所有信息IMT-2000：InternationalMobileTelecommunication-2000第一代第二代第三代第四代

目標(biāo)無論何時(shí)不受時(shí)間制約無論何地不受場所制約無論何人能和多樣化媒體通信（PC,PDA,MS);無論何種媒體聲音、靜止圖像、活動(dòng)圖像、數(shù)據(jù)等低廉的價(jià)格降低通信費(fèi)用分層次的通信品質(zhì)和通信費(fèi)用6.2IMT-2000的服務(wù)目標(biāo)6.3IMT-2000陸地系統(tǒng)無線接入方式IMT-2000CDMADirectSpread(W-CDMA,UTRAFDD)IMT-2000CDMAMulti-Carrier(cdma2000)IMT-2000CDMATDD(UTRATDD，TD-SCDMA)IMT-2000CDMASingle-Carrier(UWC-136)IMT-2000FDMA/TDMA(DECT)ITU-R的推薦方案ITU-R：InternationalTelecommunicationUnionRadioUTRA：UniversalTerrestrialRadioAccess

6.4

多址技術(shù)與雙工上行鏈路下行鏈路BS:BaseStationMS:MobileStation問題：MS用什么方法把信號(hào)發(fā)送到BS？BS用什么方法把信號(hào)發(fā)送到MS？接入方法問題

①

FDMA(FrequencydivisionMultipleAccess)

②TDMA/FDD(TimeDivisionMultipleAccess/FrequencydivisionDuplex)

③

TDMA/TDD(TimeDivisionMultipleAccess/TimedivisionDuplex)

④CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)

⑤

RandomAccessMethods6.4多址技術(shù)與雙工6.5蜂窩通信的概念FDMA/TDMACDMA6.6CDMA原理6.6.1擴(kuò)頻與解擴(kuò)的過程6.6.2W-CDMA收發(fā)信機(jī)結(jié)構(gòu)自適應(yīng)天線陣的方向性圖6.7自適應(yīng)天線陣列

7第4代移動(dòng)通信的構(gòu)想7.1ITU的4G構(gòu)想（一）

7.2ITU的4G構(gòu)想（二）新業(yè)務(wù)平臺(tái)?新業(yè)務(wù)快速開發(fā)?新業(yè)務(wù)開發(fā)簡單化?不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)間無縫隙接續(xù)/切換100Mbps(移動(dòng)環(huán)境峰值速度）1Gbps(室內(nèi)環(huán)境峰值速度）10倍以上（與3G比）每比特1/10~1/100以下AllIP（多業(yè)務(wù)質(zhì)量類，支持IPv6）50ms以下追加新功能開拓新業(yè)務(wù)

改善性能使已有業(yè)務(wù)高級(jí)化

信息速率：384kbps系統(tǒng)容量費(fèi)用基站網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)：ATM傳輸延遲IMT2000第4代移動(dòng)通信系統(tǒng)（2010年左右）7.34G系統(tǒng)的主要目標(biāo)能力和性能EMC：Electro-Magnetic

CompatibilityQoS:QualityofService7.44G系統(tǒng)的無線技術(shù)課題7.54G系統(tǒng)的構(gòu)想（三)AP:AccessPoint7.6利用多跳擴(kuò)大服務(wù)區(qū)

8OFDM技術(shù)概述OFDM:OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexingLPFLPFLPF

data

data串并轉(zhuǎn)換S/P信道并串轉(zhuǎn)換P/S8.1多載波調(diào)制的概念

8.2OFDM信號(hào)的構(gòu)成OFDM信號(hào)由載波頻率不同的多個(gè)數(shù)字調(diào)制信號(hào)構(gòu)成，各個(gè)載波之間保持正交關(guān)系。設(shè)表示符號(hào)的長度，表示OFDM信號(hào)的載波間隔令則，OFDM的基本信號(hào)的復(fù)數(shù)表示形式為是對(duì)第n個(gè)載波（nf0)進(jìn)行調(diào)制的數(shù)據(jù)符號(hào)8.3OFDM的基本信號(hào)8.4OFDM基帶信號(hào)設(shè)載波數(shù)為N，則N個(gè)載波合成的基帶信號(hào)SB(t)為：注意：

1.an,bn及載波都在變化，每個(gè)載波的振幅和相位都隨調(diào)制符號(hào)an,bn變化。2.每個(gè)載波經(jīng)an,bn調(diào)制后構(gòu)成一個(gè)基本信號(hào)，每個(gè)基本信號(hào)是一個(gè)正弦信號(hào)。3.

N個(gè)基本信號(hào)合成的信號(hào)是一個(gè)不規(guī)則的像噪聲一樣的信號(hào)。OFDM信號(hào)接近隨機(jī)信號(hào)，頻譜平坦、頻譜利用率高。4.合成信號(hào)具有隨機(jī)性，但能夠利用三角函數(shù)的正交關(guān)系正確解調(diào)出an,bn8.5OFDM的頻帶信號(hào)S(t)頻帶信號(hào)基帶信號(hào)8.6多載波信號(hào)在時(shí)域的波形OFDM信號(hào)隨載波的變化關(guān)系8.7

OFDM信號(hào)的頻譜8.8OFDM信號(hào)的解調(diào)方法：同理，對(duì)所有載波作如上處理，恢復(fù)出所有符號(hào)ak,bk。在時(shí)間T（Sec）內(nèi)，同時(shí)傳輸N個(gè)載波能夠正確解調(diào)。8.9OFDM調(diào)制器的構(gòu)成構(gòu)成思想如下：設(shè)只要能生成u(t),就能生成SB(t)

8.9.1u(t)的生成方法用的間隔對(duì)取樣在一個(gè)符號(hào)長度之間采樣，得到N個(gè)樣本值dn的付氏逆變換8.9.2OFDM調(diào)制器的基本構(gòu)成符號(hào)影射串并轉(zhuǎn)換

IFFT并串轉(zhuǎn)換取實(shí)部本振BFTIFFT:InverseFastFourierTransform

9MIMO:MultipleInputMultipleOutput

用相同的無線資源，用多個(gè)發(fā)射機(jī)并行地發(fā)送多個(gè)不同的數(shù)據(jù)。用多個(gè)發(fā)送天線，發(fā)送同一個(gè)信息數(shù)據(jù)。采用空時(shí)編碼方法。發(fā)射天線的最大輻射方向?qū)?zhǔn)接收機(jī)。STBC:SpaceTimeBlockCoding