移動通信主要技術(shù)(崗前培訓(xùn))

移動通信主要技術(shù)(崗前培訓(xùn))第一頁，共147頁。多址技術(shù)2編碼及交織技術(shù)34分集技術(shù)5數(shù)字調(diào)制技術(shù)1蜂窩技術(shù)第二頁，共147頁。1蜂窩技術(shù)1.1蜂窩的概念1.2切換1.3頻率復(fù)用第三頁，共147頁。1.1蜂窩的概念

蜂窩的概念是20世紀(jì)60～70年代首先由Bell實驗室提出的，1978年Bell實驗室研制成功了采用蜂窩進行網(wǎng)絡(luò)覆蓋的AMPS系統(tǒng)，該系統(tǒng)于1983年首先在美國芝加哥商用，隨后同屬于1G系統(tǒng)的TACS，以及2G、3G系統(tǒng)均采用了蜂窩結(jié)構(gòu)進行網(wǎng)絡(luò)覆蓋，我們將其稱為蜂窩移動通信系統(tǒng)。

蜂窩技術(shù)的提出對移動通信的發(fā)展具有劃時代的意義。采用蜂窩結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，極大的提高了系統(tǒng)容量，使得移動通信應(yīng)用于個人領(lǐng)域成為可能。第四頁，共147頁。1.1蜂窩的概念1．區(qū)域覆蓋的發(fā)展

在蜂窩概念出現(xiàn)之前的移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式采用的是大區(qū)制，蜂窩小區(qū)就是相對于大區(qū)制而言的，大區(qū)制移動通信系統(tǒng)通過使用大功率發(fā)射機（50～200W）、架設(shè)很高的天線（>30m）而獲得一個大面積的覆蓋范圍。大區(qū)制具有覆蓋面積大、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單且無需移動交換機等優(yōu)點，但也有服務(wù)性能較差、頻譜利用率低及用戶容量有限等缺點。因此，調(diào)整移動通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以使其既能用有限的頻率獲得大容量，同時又能覆蓋大面積范圍，已迫在眉睫。第五頁，共147頁。1.1蜂窩的概念

解決頻譜利用率低和用戶容量問題的有效方法是采用小區(qū)制。其思想是用許多小功率的發(fā)射機（小覆蓋區(qū)）來代替單個的大功率發(fā)射機（大覆蓋區(qū)），每個小功率發(fā)射機只提供服務(wù)范圍內(nèi)的一小部分覆蓋。

針對不同的服務(wù)區(qū)，小區(qū)制在覆蓋方式上可分為帶狀服務(wù)覆蓋區(qū)和面狀服務(wù)覆蓋區(qū)。帶狀服務(wù)覆蓋區(qū)主要用于覆蓋公路、鐵路、海岸等。面狀服務(wù)覆蓋區(qū)主要用于覆蓋較大區(qū)域的平面，在平面區(qū)域內(nèi)劃分小區(qū)，組成的網(wǎng)絡(luò)稱為蜂窩網(wǎng)。第六頁，共147頁。1.1蜂窩的概念2．蜂窩小區(qū)的形狀

一個蜂窩小區(qū)就是一個基站所覆蓋的有效面積。蜂窩小區(qū)就形狀而言，由于無線電波傳播受地形地物的影響，它的形狀是不規(guī)則的，如圖1a。如果不考慮地形地物的影響且采用全向天線，那么蜂窩小區(qū)的形狀就是一個圓，如圖1b。為了避免在服務(wù)區(qū)出現(xiàn)盲區(qū)，我們必須用小區(qū)進行不留空隙地覆蓋，這樣一個個圓形小區(qū)之間一定含有很多的交疊。不考慮了交疊，實際上每個小區(qū)的有效覆蓋區(qū)域是一個多邊形。第七頁，共147頁。1.1蜂窩的概念c.理論化b.理想化a.實際化

圖1蜂窩小區(qū)形狀示意圖

可以證明，要用正多邊形無空隙、無重疊地覆蓋一個平面區(qū)域，可取的形狀只能是三種，即正三角形、正方形和正六邊形。比較三種多邊形，正六邊形的小區(qū)面積最大，交疊面積最小，這就意味著在服務(wù)區(qū)面積一定的情況下，正六邊形的覆蓋需要最少的小區(qū)數(shù)目，即最少基站，費用也是最少，如圖3-1c所示。第八頁，共147頁。1.1蜂窩的概念

當(dāng)用正六邊形作為蜂窩小區(qū)的理論模型時，基站如果安裝在小區(qū)的中心，稱之為中心激勵，如圖2-1所示。基站如果安裝在正六邊形相同的三個頂點上，稱之為頂點激勵，如圖2-2所示。圖2-1中心激勵方式

圖2-2頂點激勵方式第九頁，共147頁。3．蜂窩小區(qū)的分類1.1蜂窩的概念

一般根據(jù)蜂窩小區(qū)覆蓋半徑的不同可將其劃分為：宏蜂窩、微蜂窩、微微蜂窩。（1）宏蜂窩

傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)由宏蜂窩小區(qū)構(gòu)成，每小區(qū)的覆蓋半徑大多為1km～20km。由于覆蓋半徑較大，所以基站的發(fā)射功率較強，一般在10W以上，天線架設(shè)也較高。每個小區(qū)分別設(shè)有一個基站，它與處于其服務(wù)區(qū)內(nèi)的移動臺建立無線通信鏈路。第十頁，共147頁。1.1蜂窩的概念（2）微蜂窩

微蜂窩小區(qū)是在宏蜂窩小區(qū)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的技術(shù)，它的覆蓋半徑大約為0.1km～1km；發(fā)射功率較小，一般為1～2W；基站天線置于相對低的地方，如屋頂下方，高于地面5～10m，傳播主要沿著街道的視線進行，信號在樓頂?shù)男孤┬?。因此，微蜂窩最初被用來加大無線電覆蓋，消除宏蜂窩中的“盲點”。同時由于低發(fā)射功率的微蜂窩基站允許較小的頻率復(fù)用距離，因此業(yè)務(wù)密度得到了巨大的增長，且無線干擾很低，將它安置在宏蜂窩的“熱點”上，可滿足該微小區(qū)域質(zhì)量與容量兩方面的要求。第十一頁，共147頁。1.1蜂窩的概念（3）微微蜂窩

隨著容量需求進一步增長，運營者可按同一規(guī)則安裝第三或第四層網(wǎng)絡(luò)，即微微蜂窩小區(qū)。微微蜂窩實質(zhì)微蜂窩的一種，只是它的覆蓋半徑更小，一般只有幾十米；基站發(fā)射功率更小，大約在幾十到幾百毫瓦左右；其天線一般裝于建筑物內(nèi)業(yè)務(wù)集中地點。微微蜂窩也是作為網(wǎng)絡(luò)覆蓋的一種補充形式而存在的，它主要用來解決商業(yè)中心、會議中心等室內(nèi)覆蓋的通信問題。第十二頁，共147頁。1蜂窩技術(shù)1.1蜂窩的概念1.2切換1.3頻率復(fù)用第十三頁，共147頁。1.2切換1．定義

切換也稱越區(qū)切換，是指將當(dāng)前正在進行的移動臺與基站之間的通信鏈路從當(dāng)前基站轉(zhuǎn)移到另一個基站的過程。該過程也稱為自動鏈路轉(zhuǎn)移(ALT,AutomaticLinkTransfer)。2.越區(qū)切換包括以下三個方面的問題(1)越區(qū)切換的準(zhǔn)則，也就是何時需要進行越區(qū)切換；(2)越區(qū)切換如何控制，它包括同一類型小區(qū)切換如何控制和不同類型小區(qū)之間切換如何控制；(3)越區(qū)切換時信道分配。第十四頁，共147頁。1.2切換3．越區(qū)切換的準(zhǔn)則

在決定何時需要進行越區(qū)切換時，通常是根據(jù)移動臺處接收的平均信號強度來確定，也可以根據(jù)移動臺處的信噪比(或信號干擾比)、誤比特率等參數(shù)來確定。假定移動臺從基站1向基站2運動，其信號強度的變化如圖3所示。判定何時需要越區(qū)切換的準(zhǔn)則如下。圖3越區(qū)切換示意圖

切換三部曲的控制原理如下：1測量：包括測量控制、測量報告等2判決：以系統(tǒng)收集來的測量信息為基礎(chǔ)，進行判決，當(dāng)需要實施越區(qū)切換時，就發(fā)出相應(yīng)指令。3切換：根據(jù)指令，執(zhí)行切換，或失敗回退等。第十五頁，共147頁。1.2切換（1）相對信號強度準(zhǔn)則（準(zhǔn)則1）

在任何時間都選擇具有最強接收信號的基站，如圖3中的A處將要發(fā)生越區(qū)．這種準(zhǔn)則的缺點是，在原基站的信號強度仍滿足要求的情況下，會引發(fā)太多不必要的越區(qū)切換。（2）具有門限規(guī)定的相對信號強度準(zhǔn)則（準(zhǔn)則2）

僅允許移動用戶在當(dāng)前基站的信號足夠弱(低于某一門限)，且新基站的信號強于本基站的信號情況下，才可以進行越區(qū)切換。如圖3中，在門限為Th2時，在B點將會發(fā)生越區(qū)切換。第十六頁，共147頁。1.2切換（3）具有滯后余量的相對信號強度準(zhǔn)則（準(zhǔn)則3）

僅允許移動用戶在新基站的信號強度比原基站信號強度強很多（即大于滯后余量）的情況下進行越區(qū)切換。例如圖3中的C點。該技術(shù)可以防止由于信號波動引起的移動臺在兩個基站之間的來回重復(fù)切換，即“乒乓效應(yīng)”。（4）具有滯后余量和門限規(guī)定的相對信號強度準(zhǔn)則（準(zhǔn)則4）

僅允許移動用戶在當(dāng)前基站的信號電子低于規(guī)定門限，并且新基站的信號強度高于當(dāng)前基站一個給定滯后余量時進行越區(qū)切換。第十七頁，共147頁。1.2切換4．越區(qū)切換的控制策略

越區(qū)切換控制包括兩個方面:一方面是越區(qū)切換的參數(shù)控制，另一方面是越區(qū)切換的過程控制。參數(shù)控制在上面已經(jīng)提到，這里主要討論過程控制。在移動通信系統(tǒng)中，過程控制的方式主要有以下三種。(1)移動臺控制的越區(qū)切換

在該方式中，移動臺連續(xù)監(jiān)測當(dāng)前基站和幾個越區(qū)時的候選基站的信號強度和質(zhì)量。當(dāng)滿足某種越區(qū)切換準(zhǔn)則后，移動臺選擇具有可用業(yè)務(wù)信道的最佳候選基站，并發(fā)送越區(qū)切換請求。第十八頁，共147頁。1.2切換(2)網(wǎng)絡(luò)控制的越區(qū)切換

在該方式中，基站監(jiān)測來自移動臺的信號強度和質(zhì)量，當(dāng)信號低于某個門限后，網(wǎng)絡(luò)開始安排向另一個基站的越區(qū)切換。網(wǎng)絡(luò)要求移動臺周圍的所有基站都監(jiān)測該移動臺的信號，并把測量結(jié)果報告給網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)從這些基站中選擇一個基站作為越區(qū)切換的新基站，把結(jié)果通過舊基站通知移動臺并通知新基站。(3)移動臺輔助的越區(qū)切換

在該方式中，網(wǎng)絡(luò)要求移動臺測量其周圍基站的信號質(zhì)量并把結(jié)果報告給舊基站，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)測試結(jié)果決定何時進行越區(qū)切換以及切換到哪一個基站。第十九頁，共147頁。1.2切換5．越區(qū)切換時的信道分配

越區(qū)切換時的信道分配是解決當(dāng)呼叫要轉(zhuǎn)換到新小區(qū)時，新小區(qū)如何分配信道，使得越區(qū)失敗的概率盡量小。常用的做法是在每個小區(qū)預(yù)留部分信道專門用于越區(qū)切換。這種做法的特點是：因新呼叫使可用信道數(shù)減少的，雖增加了呼損率，但減少了通話被中斷的概率。第二十頁，共147頁。1.2切換6．切換的分類(1)根據(jù)信令特點分為兩大類：一類是硬切換，另一類是軟切換。

硬切換是指在新的連接建立以前，先中斷舊的連接。而軟切換是指既維持舊的連接，又同時建立新的連接，并利用新、舊鏈路的分集合并來改善通信質(zhì)量，當(dāng)與新基站建立可靠連接之后再中斷舊鏈路。在CDMA系統(tǒng)中還有一種發(fā)生在同一基站不同扇區(qū)之間的軟切換，稱為更軟切換。(2)根據(jù)切換的源小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)的屬性分類，分為同頻切換、異頻切換、模式間切換（FDD-TDD）、系統(tǒng)間切換（如UMTS-GSM/CDMA2000）(3)根據(jù)切換的目的分類，可分為基于覆蓋的切換（基本功能）、基于負(fù)載平衡的切換（可選）、基于業(yè)務(wù)分擔(dān)的切換（可選）、基于速度估計的切換（可選）。第二十一頁，共147頁。1.2切換7．軟切換和硬切換的特性對比異同軟切換硬切換切換后激活集中無線鏈路個數(shù)多條一條是否有切換中斷無有切換前后小區(qū)的頻率在同頻小區(qū)之間進行可以是同頻，異頻和異系統(tǒng)小區(qū)第二十二頁，共147頁。1蜂窩技術(shù)1.1蜂窩的概念1.2切換1.3頻率復(fù)用第二十三頁，共147頁。1.3頻率復(fù)用1．頻率復(fù)用的概念

頻率復(fù)用就是相同頻率的重新使用。相鄰小區(qū)不能使用相同的頻率，但由于每個小區(qū)基站發(fā)射的功率較小，兩個相距一定距離的小區(qū)是可以使用相同的頻率的。頻率復(fù)用技術(shù)很好的解決了頻率資源和系統(tǒng)容量之間的矛盾。2．區(qū)群

為了便于討論頻率復(fù)用技術(shù)我們首先給出區(qū)群的概念，若干個彼此鄰接的小區(qū)按一定方式排列便構(gòu)成了區(qū)群。第二十四頁，共147頁。1.3頻率復(fù)用（1）區(qū)群的結(jié)構(gòu)

區(qū)群是由若干小區(qū)構(gòu)成的，而且各小區(qū)要求鄰接，因此同一區(qū)群內(nèi)各小區(qū)均要求使用不同的頻率組，而任一小區(qū)所使用的頻率組，在其它區(qū)群相應(yīng)的小區(qū)中還可以再次使用，這就是頻率復(fù)用，區(qū)群是頻率復(fù)用的基本單位。圖5給出來A、B、C、D四個小區(qū)構(gòu)成的區(qū)群結(jié)構(gòu)。圖5區(qū)群結(jié)構(gòu)示意圖

第二十五頁，共147頁。1.3頻率復(fù)用（2）區(qū)群中小區(qū)的數(shù)目區(qū)群應(yīng)彼此相鄰接；相鄰區(qū)群內(nèi)任意兩個同頻復(fù)用小區(qū)中心距離應(yīng)該相等。

區(qū)群的構(gòu)成應(yīng)滿足以下兩個條件：滿足以上兩個條件的情況下，構(gòu)成區(qū)群的小區(qū)個數(shù)N為式中i、j是不同時為零的正整數(shù)。根據(jù)關(guān)系式，可以求出N可等于3、4、7、9、12等。第二十六頁，共147頁。1.3頻率復(fù)用尋求同頻小區(qū)的方法同頻小區(qū)之間的距離公式可見區(qū)群內(nèi)小區(qū)數(shù)N越大，同頻小區(qū)的距離就越遠(yuǎn)，抗同頻干擾的性能也就越好。定義同頻干擾抑制因子為①沿著任何一條六邊形邊垂直移動i個小區(qū)；②逆（順）時針旋轉(zhuǎn)60度再移動j個小區(qū)。

（3）同頻小區(qū)之間的距離第二十七頁，共147頁。多址技術(shù)2編碼及交織技術(shù)34分集技術(shù)5數(shù)字調(diào)制技術(shù)1蜂窩技術(shù)第二十八頁，共147頁。2多址技術(shù)2.1多址方式的概念2.2多址方式的分類2.3多址方式的比較第二十九頁，共147頁。2.1多址方式的概念

多址技術(shù)所要解決的問題是多個用戶如何共享公共通信資源，蜂窩系統(tǒng)向用戶提供的通信資源包括時間、頻率、空間和編碼方式（碼序列），它們分別屬于時域、頻域、空域和碼域。為了高效地利用通信資源，需要對一部分資源進行共享，而將另一部分資源進行分割，共享可以提高系統(tǒng)的容量，而通過分割可以區(qū)分出不同的信道，提供給不同的用戶使用，這便形成多址。

通過對通信資源的不同分割方式，也就形成了不同的多址方式，理想的分割應(yīng)使信道上傳輸?shù)挠脩粜盘枬M足正交的要求。第三十頁，共147頁。2.1多址方式的概念

設(shè)用戶i的信號波形為xi(t)，i=1，2，…;xi(t)的傅立葉變換為Xi(f)；xi(t)的偽隨機碼波形為ci(t)。那么，如果滿足正交的數(shù)學(xué)機理如下：則用戶之間是正交的。滿足以上正交化過程的多址方式分別是TDMA、FDMA、CDMA、SDMA?；蚧虻谌豁?，共147頁。2多址技術(shù)2.1多址方式的概念2.2多址方式的分類2.3多址方式的比較第三十二頁，共147頁。多址技術(shù)-分類頻分多址(FDMA)---按頻道劃分用戶，頻帶獨享，時間共享時分多址(TDMA)---按時隙劃分用戶，時隙獨享，頻率共享碼分多址(CDMA)---按碼型劃分用戶，時隙/頻率共享空分多址（SDMA）--基于空間角度分隔信道，頻率、時間、碼字共享第三十三頁，共147頁。頻分多址（FDMA）技術(shù)物理實現(xiàn)方法：將頻率帶寬劃分為一系列不重疊的子頻帶（頻道），讓不同的用戶信號使用不同的子頻帶，在接收端采用帶通濾波器將不同的用戶信號區(qū)分開來。含義：每個用戶占用一個頻率用戶識別：頻道號特點：

簡單，容易實現(xiàn)，適用于模擬和數(shù)字信號 以頻率復(fù)用為基礎(chǔ)，以頻帶劃分各種小區(qū) 需要嚴(yán)格的頻率規(guī)劃，是頻率受限和干擾受限系統(tǒng) 以頻道區(qū)分用戶地址，一個頻道傳輸一路模擬/數(shù)字話路 對功控的要求不嚴(yán)，硬件設(shè)備取決于頻率規(guī)劃和頻道設(shè)置 基站由多部不同載波頻率的發(fā)射機同時工作 不適宜大容量系統(tǒng)使用應(yīng)用：無線電廣播、模擬/數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)PowerFrequencyTimeFDMA第三十四頁，共147頁。時分多址（TDMA）技術(shù)物理實現(xiàn)方法：將時間段劃分為一系列不重疊的時間片（時隙），通過定時的采樣門即可將不同的用戶信號區(qū)分開來含義：每個用戶占用一個時隙用戶識別：時隙特點：

以頻率復(fù)用為基礎(chǔ)，小區(qū)內(nèi)以時隙區(qū)分用戶 每個時隙傳輸一路數(shù)字信號，軟件對時隙動態(tài)配置 系統(tǒng)要求嚴(yán)格的系統(tǒng)定時同步 對功控的要求不嚴(yán) 是時隙受限和干擾受限系統(tǒng)

TDD模式下，上下型信道信息可以共享應(yīng)用：GSM系統(tǒng)FrequencyPowerTimeFDMA/TDMA第三十五頁，共147頁。碼分多址（CDMA）技術(shù)物理實現(xiàn)：系統(tǒng)中的所有用戶信號可以占用相同的時間和頻率，區(qū)分不同用戶信號則是通過正交或準(zhǔn)正交的擴頻碼來實現(xiàn)。含義：每個用戶使用一個碼型，頻率/時間共享用戶識別：碼型特點： 每個基站只需一個射頻系統(tǒng) 每個碼傳輸一路數(shù)字信號 每個用戶共享時間和頻率 是一個多址干擾受限系統(tǒng) 需要嚴(yán)格的功率控制 需要定時同步 軟容量、軟切換，系統(tǒng)容量大 抗衰落、抗多徑能力強應(yīng)用：IS-95CDMA、cdma2000、WCDMA、TD-SCDMAFrequencyCDMAPowerTime第三十六頁，共147頁。SDMA（空分多址）SpatialDivisionMultipleAccess利用空間分割構(gòu)成不同的信道是一種信道增容方式，與其他多址方式完全兼容，從而可實現(xiàn)組合的多址方式，例如空分--碼分多址（SD-CDMA）實現(xiàn)的關(guān)鍵是智能天線技術(shù)第三十七頁，共147頁。2多址技術(shù)2.1多址方式的概念2.2多址方式的分類2.3多址方式的比較第三十八頁，共147頁。2.3多址方式的比較這里我們對FDMA、TDMA和CDMA三種多址方式作一分析比較。1.業(yè)務(wù)支持的靈活性

完全采用FDMA方式的系統(tǒng)主要是早期的模擬系統(tǒng)，主要用來支持語音業(yè)務(wù)。由于模擬系統(tǒng)很難支持具有可變速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因而純的FDMA方式在現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)中很少單獨使用，新的系統(tǒng)逐漸向TDMA方式演進?？紤]到FDMA所需的技術(shù)復(fù)雜度較低，實際上多數(shù)的系統(tǒng)采用了FDMA/TDMA結(jié)合的方式。第三十九頁，共147頁。2.3多址方式的比較TDMA是一種數(shù)字接入和傳輸方式，能夠單獨支持語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，也能為綜合的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供更為靈活和方便的支持。TDMA網(wǎng)絡(luò)中采用同步時隙傳輸?shù)姆绞娇梢灾С止潭ㄋ俾实臉I(yè)務(wù)，如語音等，也可以提供對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持，即為語音傳輸設(shè)計的時隙也可以單獨或者通過組合的方式提供不同速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸。只是對于具有突發(fā)性質(zhì)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸而言，其支持效率可能有所降低。CDMA也是一種數(shù)字接入和傳輸方式，能夠單獨支持語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，也能靈活方便地支持綜合的業(yè)務(wù)。相對于TDMA，CDMA的主要優(yōu)點在于其時間占用和傳輸質(zhì)量具有很大的靈活性。第四十頁，共147頁。2.3多址方式的比較2.傳輸性能

獨立采用FDMA方式的系統(tǒng)一般是模擬系統(tǒng)，其傳輸性能受到傳輸環(huán)境的影響較大，而改進其傳輸性能的技術(shù)手段卻不多。

TDMA系統(tǒng)通常采用了數(shù)字收發(fā)技術(shù)，可以使傳輸性能得到很大改進，比如，采用信道編解碼、交織、各種均衡技術(shù)以及分集手段，可以有效地提高其傳輸性能。

CDMA系統(tǒng)也是數(shù)字傳輸系統(tǒng)，也采用了許多先進的數(shù)字信號處理技術(shù)，除了TDMA所使用的技術(shù)之外，還有一些專用的技術(shù)，比如RAKE接收技術(shù)等。另外，與一般的TDMA系統(tǒng)相比，CDMA通常是寬帶傳輸系統(tǒng)，因而CDMA系統(tǒng)在抗干擾、抗多徑衰落方面具有優(yōu)勢。第四十一頁，共147頁。2.3多址方式的比較3.系統(tǒng)容量

從理論上看，給定的通信資源無論采用何種分配方式，其系統(tǒng)容量應(yīng)該是相同的，但不同的多址方式將給定通信資源轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可用資源的過程中，轉(zhuǎn)化效率是不同的，這導(dǎo)致了實際系統(tǒng)中，CDMA容量>TDMA容量>FDMA容量。第四十二頁，共147頁。2.3多址方式的比較實際系統(tǒng)容量計算蜂窩系統(tǒng)的無線容量可定義為信道/小區(qū)式中，m是無線容量大小；Bt是分配給系統(tǒng)的總的頻譜；Bc是信道帶寬；N是頻率復(fù)用的小區(qū)數(shù)。

FDMA蜂窩系統(tǒng)的容量對于模擬FDMA系統(tǒng)來說，如果采用頻率重用的小區(qū)數(shù)為N，根據(jù)對同頻干擾和系統(tǒng)容量的討論可知，對于小區(qū)制蜂窩網(wǎng)第四十三頁，共147頁。2.3多址方式的比較即頻率重用的小區(qū)數(shù)N由所需的載干比來決定?？汕蟮肍DMA的無線容量如下信道/小區(qū)TDMA蜂窩系統(tǒng)的容量對于數(shù)字TDMA系統(tǒng)來說，由于數(shù)字信道所要求的載干比可以比模擬制的小4～5dB，因而頻率復(fù)用距離可以再近一些。如N?=?3的圖案?？汕蟮肨DMA的無線容量如下其中，設(shè)載波間隔為Bc，每載波共有K個時隙。第四十四頁，共147頁。2.3多址方式的比較CDMA蜂窩系統(tǒng)的容量CDMA系統(tǒng)的容量是干擾受限的，而FDMA和TDMA系統(tǒng)的容量是帶寬受限的。決定CDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng)容量的主要參數(shù)是：處理增益、Eb/N0

、語音負(fù)載周期、頻率再用效率以及基站天線扇區(qū)數(shù)。只考慮一般擴頻通信系統(tǒng)，接收信號的載干比可以寫成如果m個用戶共用一個無線信道，顯然每一用戶的信號都受到其他m?1個用戶信號的干擾。假設(shè)到達(dá)一個接收機的信號強度和各干擾強度都相等，則載干比為第四十五頁，共147頁。2.3多址方式的比較于是信道/小區(qū)如果考慮擴頻帶寬中的背景熱噪聲η則公式修正為采用話音激活技術(shù)，則須引入d（占空比）來修正第四十六頁，共147頁。2.3多址方式的比較采用扇區(qū)化后，還須引入因子G（扇區(qū)分區(qū)系數(shù)）考慮到頻率復(fù)用，再引入因子F（信道復(fù)用效率）第四十七頁，共147頁。2.3多址方式的比較-總結(jié)

FDMATDMACDMA特點按頻道劃分用戶，頻帶獨享，時間共享按時隙劃分用戶，時隙獨享，頻率共享按碼型劃分用戶，時隙/頻率共享優(yōu)點技術(shù)比較成熟、容易實現(xiàn)、覆蓋范圍較大等比模擬移動通信系統(tǒng)有抗干擾能力強、頻率利用率高等具有更大的通信量，容量與質(zhì)量之間存在“軟”的關(guān)系，“軟切換能力”，抗干擾、抗多徑衰落、保密性強等缺點頻率利用率低、保密性差、設(shè)備復(fù)雜、維護量大等話音失真大、手機發(fā)射功率大等多址干擾受限

主要應(yīng)用無線電廣播系統(tǒng)及模擬、數(shù)字蜂窩系統(tǒng)GSMCDMA、WCDMA、TD-SCDMA第四十八頁，共147頁。多址技術(shù)2編碼及交織技術(shù)34分集技術(shù)5數(shù)字調(diào)制技術(shù)1蜂窩技術(shù)第四十九頁，共147頁。3編碼及交織技術(shù)3.1語音編碼3.2信道編碼3.3交織第五十頁，共147頁。3.1語音編碼1.語音編碼的分類通信系統(tǒng)中的語音編碼的目的是解除語音信源的統(tǒng)計相關(guān)性，語音編碼大致分為三類。(1)波形編碼

波形編碼是以精確再現(xiàn)語音波形為目的，并以保真度即自然度為度量標(biāo)準(zhǔn)的編碼方法。這類編碼是保留語音個性特征為主要目標(biāo)的方法，其碼速較高。常用的波形編碼：PCM、DPCM、ADPCM應(yīng)用：適用于骨干（固定）通信網(wǎng)。

第五十一頁，共147頁。3.1語音編碼(2)參量編碼

利用人類的發(fā)聲機制，僅傳送反映語音波形變化主要參量的編碼方法。在接收端，可根據(jù)發(fā)聲模型，由傳送過來的變化參量激勵產(chǎn)生人工合成的語音。參量編碼的主要標(biāo)準(zhǔn)是可懂度。顯然，這類編碼是以提取并傳送語音的共性特征參量為目的的編碼方式，其碼速較低。（聲碼器）常用的參量編碼：LPC應(yīng)用：主要用于軍事保密通信。

第五十二頁，共147頁。3.1語音編碼(3)混合編碼

混合編碼是吸取上述兩類編碼的優(yōu)點，以參量編碼為基礎(chǔ)，并附加一定的波形編碼特征，以實現(xiàn)在可懂度基礎(chǔ)上適當(dāng)改善自然度目的的編碼方式。其碼速介于上述兩類編碼之間。（軟聲碼器）常用的參量編碼：MPLPC(多脈沖激勵LPC)；CELPC。應(yīng)用：主要應(yīng)用于移動通信。

移動通信中一方面由于頻率資源有限,因此要求語音編碼采用低碼速,而另一方面由于移動通信信號可能要進入公共骨干通信網(wǎng),因此必須基本滿足公共骨干網(wǎng)的最低要求,再者移動通信屬于民用通信,還必須滿足個性化指標(biāo)要求,鑒于以上理由,高質(zhì)量的混合編碼是移動通信中的優(yōu)選方案。

第五十三頁，共147頁。3.1語音編碼2．混合編碼的性能參數(shù)

(1)數(shù)據(jù)比特率（bps）

數(shù)據(jù)比特率是度量語音信源壓縮率和通信系統(tǒng)有效性的主要指標(biāo)。數(shù)據(jù)比特速率越低，壓縮倍數(shù)就越大，可通信的話路數(shù)也就越大，移動通信系統(tǒng)也就越有效。但數(shù)據(jù)比特率低，話音質(zhì)量也就隨之相應(yīng)降低。為了補償質(zhì)量的下降，措施主要包括：（1）提高設(shè)備硬件復(fù)雜度和算法軟件復(fù)雜度；（2）采用可變速率的自適應(yīng)傳輸；（3）還可以進一步采用語音激活技術(shù)。

第五十四頁，共147頁。3.1語音編碼(2)語音質(zhì)量對語音質(zhì)量的評價通常有兩類方法：客觀評定方法和主觀評價方法。信噪比加權(quán)信噪比平均分段信噪比、誤碼率誤幀率等。相對來說簡單可行，但不能完全反映人對語音質(zhì)量的感覺。這個問題對于速率為16Kbit/s以下的中、低速率語音編碼尤為突出,因此主要適用于速率較高的波形編碼類型客觀評定方法第五十五頁，共147頁。3.1語音編碼目前國際上常采用的主觀評定方法稱為MOS（MeanOpinionScore：平均評價得分），由原CCITT（ITU-T前身）建議采用。MOS得分采用五級評分標(biāo)準(zhǔn)。質(zhì)量等級分?jǐn)?shù)收聽注意力等級優(yōu)(excellent)5可完全放松，不需要注意力良(good)4需要注意，但不需明顯集中注意力滿意(fair)3中等程度的注意力差(poor)2需要集中注意力劣(bad)1即使努力去聽，也很難聽懂主觀評定方法第五十六頁，共147頁。3.1語音編碼(3)復(fù)雜度與處理時延

通常算法復(fù)雜度增大，會帶來更長的運算時間和更大的處理時延，在雙向語音通信中，處理時延、傳輸時延再加上未消除的回聲是影響語音質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。硬件復(fù)雜度：取決于DSP的處理能力；軟件復(fù)雜度：主要體現(xiàn)在算法復(fù)雜度。

上述四個參數(shù)是彼此制約的，混合編碼的任務(wù)就是力圖使上述參數(shù)及其關(guān)系達(dá)到綜合最優(yōu)化。復(fù)雜度處理時延第五十七頁，共147頁。3.1語音編碼3．?dāng)?shù)字蜂窩移動通信中的語音編碼技術(shù)（1）GSM系統(tǒng)的語音編碼

語音編碼方案：RPE－LTP（規(guī)則脈沖激勵長期預(yù)測）GSM語音編碼方案是經(jīng)過3個階段從6種方案中仔細(xì)挑選出來的，它代表了當(dāng)時語音混合編碼的國際水平。它是RPE－LPC的改進型。

編碼速率：13kbps第五十八頁，共147頁。3.1語音編碼（2）IS-95CDMA系統(tǒng)的語音編碼語音編碼方案：QCELP（Qualcomm碼激勵線性預(yù)測）

該方案是可變速率的混合編碼器，是基于線性預(yù)測編碼的改進型。即碼激勵的矢量碼表代替簡單的濁音的準(zhǔn)周期脈沖產(chǎn)生器。編碼速率：QCELP采用可變速率編碼，利用語音激活檢測（VAD）技術(shù)。在語音激活期內(nèi)，可根據(jù)不同的信噪比分別選擇4種速率：全速率（1）9.6kbps半速率（1/2）4.8kbps四分之一速率（1/4）2.4kbps八分之一速率（1/8）12kbps。第五十九頁，共147頁。3.1語音編碼（3）cdma2000系統(tǒng)中的語音編碼cdma2000系統(tǒng)采用增強型可變速率語音編碼器（EVRC），該方案采用基音內(nèi)插方法減少基音參數(shù)傳送速率，使其在每個語音幀僅傳兩次，而將節(jié)省下的信息位（比特數(shù)）用于提高激勵信號質(zhì)量。EVRC編碼器是基于碼激勵線性預(yù)測，與傳統(tǒng)CELP算法的主要區(qū)別是：它能基于語音能量、背景噪聲和其他語音特性動態(tài)調(diào)整編碼速率。第六十頁，共147頁。EVRC語音編碼的取樣率為8kHz，語音幀長為20ms，每幀有160個取樣點。EVRC語音編碼速率分為三種：全速率9.6Kbps，其對應(yīng)每幀參數(shù)為171比特；半速率4.8Kbps，其對應(yīng)每幀參數(shù)為80比特；八分之一速率12Kbps，其對應(yīng)每幀參數(shù)為16比特，平均速率為8Kbps。3.1語音編碼（4）WCDMA（及TD-SCDMA）系統(tǒng)的語音編碼

WCDMA和TD-SCDMA系統(tǒng)均采用自適應(yīng)多速率編碼（AMR）方案。該方案以自適應(yīng)碼激勵線性預(yù)測（ACELP）編碼技術(shù)為基礎(chǔ)，其基本思路是聯(lián)合自適應(yīng)調(diào)整信源和信道編碼模式來適應(yīng)當(dāng)前信道條件與業(yè)務(wù)量大小。第六十一頁，共147頁。AMR語音編碼的取樣率為8kHz，語音幀長為20ms，每幀有160個取樣點，其自適應(yīng)有兩個方面：信源和信道。對于信道存在兩類選擇：全速率22.8kb/s和半速率11.4kb/s，對于兩種不同信道模式分別有8種和6種信源編碼速率，如表3-3所示。每種編碼可提供不同的容錯度，應(yīng)采用哪種編碼速率主要是根據(jù)實測信道與傳輸環(huán)境的自適應(yīng)變化。3.1語音編碼信道模式編碼模式（信源模式）全速率（FR）22.8Kbps12.20kb/s（MR122）10.20kb/s（MR102）7.95kb/s（MR795）7.40kb/s（MR74）6.70kb/s（MR67）5.90kb/s（MR59）5.15kb/s（MR515）4.75kb/s（MR475）半速率（HR）11.4Kbps7.95kb/s（MR795）7.40kb/s（MR74）6.70kb/s（MR67）5.90kb/s（MR59）5.15kb/s（MR515）4.75kb/s（MR475）表3-3AMR信道與信源編碼模式

第六十二頁，共147頁。3編碼及交織技術(shù)3.1語音編碼3.2信道編碼3.3交織第六十三頁，共147頁。3.2信道編碼

信道編碼的目的是為了克服信道中的噪聲和干擾，提高通信系統(tǒng)的可靠性。其基本原理是：在發(fā)送端給被傳輸?shù)男畔⒋a元中（人為的）加入一些必要的監(jiān)督碼元，這些監(jiān)督碼元與信息碼元之間以某種確定的規(guī)則相互關(guān)聯(lián)（約束），這個過程被稱為信道編碼。經(jīng)過編碼后的信息進入信道，由于信道特性的不理想，一般會在傳輸中發(fā)生差錯。在接收端，按既定的規(guī)則檢驗信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系，當(dāng)發(fā)現(xiàn)原來的信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系被破壞，就會發(fā)現(xiàn)錯誤乃至糾正錯誤，這個過程被稱為信道解碼或信道譯碼。1．信道編碼的定義第六十四頁，共147頁。3.2信道編碼2．信道編碼的分類

可以從不同的角度對信道編碼進行分類，這里從其功能和結(jié)構(gòu)規(guī)律加以分類。

（1）從功能上可以分為三類①僅具有發(fā)現(xiàn)差錯功能的檢錯碼，如奇偶校驗、循環(huán)冗余校驗（CRC）、自動請求重傳（ARQ）等。②具有自動糾正差錯功能的糾錯碼，如循環(huán)碼中BCH碼、RS碼、卷積碼、級聯(lián)碼、Turbo碼等。③具有既能檢錯又能糾錯的信道編碼，最典型的是混合ARQ。第六十五頁，共147頁。3.2信道編碼（2）從結(jié)構(gòu)和規(guī)律上可分兩大類①線性碼：監(jiān)督關(guān)系方程是線性方程的信道編碼，稱為線性碼，目前大部分實用化的信道編碼均屬于線性碼，如線性分組碼、線性卷積碼。②非線性碼：一切監(jiān)督關(guān)系方程不滿足線性規(guī)律的信道編碼均稱為非線性碼。

第六十六頁，共147頁。3.2信道編碼3．幾種典型的信道編碼（1）CRC校驗CRC（循環(huán)冗余校驗）根據(jù)輸入比特序列（SK-1,SK-2,…,S1,S0）通過CRC算法產(chǎn)生L位的校驗比特序列（CL-1,CL-2,…,C1,C0）。

CRC算法如下：將輸入比特序列表示為下列多項式的系數(shù)：式中D可以看作一個時延因子，Di對應(yīng)比特Si所處的位置。第六十七頁，共147頁。3.2信道編碼設(shè)CRC校驗比特的生成多項式（即用于產(chǎn)生CRC比特的多項式）為則校驗比特對應(yīng)下列多項式的系數(shù)：式中，表示取余數(shù)。式中的除法與普通的多項式長除相同，其差別是系數(shù)是二進制，其運算以模2為基礎(chǔ)。第六十八頁，共147頁。3.2信道編碼

生成多項式的選擇不是任意的，它必須使得生成的校驗序列有很強的檢錯能力。已成為國際標(biāo)準(zhǔn)的常用CRC碼有以下4種。CRC-12：CRC-16：CRC-CCITT：CRC-32：第六十九頁，共147頁。3.2信道編碼（2）卷積碼

卷積編碼器的一般結(jié)構(gòu)如圖3-9所示，它包括：一個由N段組成的輸入移位寄存器，每段有k級，共Nk位寄存器；一組n個模2加器；一個由n級組成的輸出移位寄存器。對應(yīng)于每段k個比特的輸入序列，輸出n個比特。由圖可知，n個輸出比特不但與當(dāng)前k個輸入比特有關(guān)，而且與以前的(N-1)k個輸入信息比特有關(guān)。通常把N稱為約束長度。通常用（n,k,N）表示卷積碼。其編碼效率為R=k/n。

圖3-9卷積編碼器的通用結(jié)構(gòu)圖

第七十頁，共147頁。3.2信道編碼

描述卷積碼的方法有圖解法和解析法，解析法可以采用生成矩陣和生成多項式這兩種方法，圖解法可以采用樹狀圖、網(wǎng)格圖、狀態(tài)圖和邏輯表等方法。

生成矩陣：因為其輸入序列的長度是半無限的，卷積碼的輸入信息序列和輸出序列都可以用半無限矩陣表示。它是用來描述卷積碼的一種解析表示。生成多項式：它也是用來描述卷積碼的一種解析表示。n個模2加法器中每一個都對應(yīng)有一個向量，每個向量表示編碼器與模2加法器之間的連接關(guān)系：向量的第i個元素為1，表示連接到了對應(yīng)的移位寄存器，而為0表示未連接。這n個向量就是卷積碼的生成多項式。第七十一頁，共147頁。3.2信道編碼

樹圖：樹圖是以樹形的分支結(jié)構(gòu)標(biāo)示出編碼器所有可能經(jīng)歷的狀態(tài)。樹的分支表示編碼器的各種狀態(tài)和輸出值。網(wǎng)格圖：樹圖結(jié)構(gòu)的級數(shù)一旦超過了約束長度，圖的結(jié)構(gòu)將會出現(xiàn)重復(fù)。從觀察中會發(fā)現(xiàn)，具有相同狀態(tài)的兩個節(jié)點所發(fā)出的所有分支在其輸出序列方面是相同的。這意味著具有相同標(biāo)號的節(jié)點可以被合并。網(wǎng)格圖就是通過對整個樹圖中作節(jié)點合并，所得的比樹圖更緊湊的表示圖。

狀態(tài)圖：由于編碼器的輸出是由輸入信號和編碼器的當(dāng)前狀態(tài)所決定的，因此可以用狀態(tài)圖來表示編碼過程。狀態(tài)圖中標(biāo)有編碼器的所有可能狀態(tài)，以及狀態(tài)間可能存在的轉(zhuǎn)換路徑。第七十二頁，共147頁。3.2信道編碼

邏輯表：邏輯表顯示的是當(dāng)前輸入序列、相對應(yīng)的編碼輸出和編碼器的狀態(tài)。卷積碼的解碼思想是：信息序列和碼序列之間有一一對應(yīng)的關(guān)系；而且，任何信息序列和碼序列將與網(wǎng)格圖中的惟一的一條路徑相聯(lián)系。因而卷積譯碼器的工作就是找到網(wǎng)格圖中的這一條路徑。

解卷積碼的技術(shù)有許多種，而常用的是Viterbi算法、序貫譯碼，第七十三頁，共147頁。3.2信道編碼（3）Turbo碼Turbo碼的編碼器可以有多種形式，如采用并行級聯(lián)卷積碼（PCCC）和串行級聯(lián)卷積碼(SCCC)等。采用并行級聯(lián)卷積碼（PCCC）的Turbo碼編碼原理框圖如圖3-10所示。圖3-10Turbo碼編碼器原理圖

第七十四頁，共147頁。3.2信道編碼圖中編碼器由下列三部分組成：直接輸入部分；經(jīng)過編碼器1，再經(jīng)過刪余矩陣后送入復(fù)接器部分；經(jīng)過交織器、編碼器2，再經(jīng)刪余矩陣送入復(fù)接器部分。圖中兩個編碼器分別稱為Turbo碼二維分量碼，它可以很自然地推廣到多維分量碼。分量碼既可以是卷積碼，也可以是分組碼，還可以是級聯(lián)碼；兩個分量碼既可以相同，也可以不同。原則上講，分量碼既可以是系統(tǒng)碼，也可以是非系統(tǒng)碼，但為了在接收端進行有效的迭代，一般選擇遞歸系統(tǒng)卷積碼（RSC）。第七十五頁，共147頁。3.2信道編碼Turbo碼的譯碼器原理結(jié)構(gòu)圖如圖3-11所示。譯碼算法采用軟輸入/軟輸出（SISO）的最大后驗概率的BCJR迭代算法。該算法的最大特色是采用遞推、迭代方法來實現(xiàn)最大后驗概率，且每個符號的運算量不隨總碼長而變化，運算速度快，因而受到重視。將這一算法引入反饋迭代和軟輸入/軟輸出及交織、去交織，實現(xiàn)了級聯(lián)長碼的偽隨機化迭代譯碼，使其性能非常優(yōu)異，并逐步逼近了理想Shannon隨機編譯、碼限。在Turbo碼的應(yīng)用研究中，Turbo碼已被美國空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)顧問委員會作為深空通信的標(biāo)準(zhǔn)，在第三代移動通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)cdma2000和WCDMA中也均采用了Turbo碼。第七十六頁，共147頁。3.2信道編碼圖3-11Turbo碼譯碼器原理圖第七十七頁，共147頁。3編碼及交織技術(shù)3.1語音編碼3.2信道編碼3.3交織第七十八頁，共147頁。3.3交織1．交織的作用

信道編碼的基本思路是適應(yīng)信道，即什么類型信道就采用相應(yīng)的適合于該類信道，并與該類信道特性相匹配的編碼類型。且信道編碼一般只能糾正隨機獨立差錯或少量的突發(fā)差錯，而對于持續(xù)較長的突發(fā)差錯，實現(xiàn)會太復(fù)雜，從而失去其應(yīng)用價值。與信道編碼不同，交織技術(shù)的基本思路是改造信道，它利用發(fā)送端的交織器和接收端的去交織器的信息處理手段，將一個有記憶的突發(fā)信道改造成為一個隨機獨立差錯信道。第七十九頁，共147頁。3.3交織2．交織的基本原理

交織是將一條信息的相繼比特以非相繼的方式發(fā)送，使突發(fā)差錯信道變?yōu)殡S機獨立差錯信道。交織技術(shù)的實現(xiàn)可以通過存儲器來完成，在信道的輸入端將信息按列寫入交織存儲器，按行讀出；在信道的輸入端，按行寫入去交織存儲器，按列讀出。如圖12所示。圖12交織碼的實現(xiàn)框圖第八十頁，共147頁。3.3交織3．交織的特點

將上述例子推廣至一般情況：設(shè)分組長度L=M×N，即由M列N行的矩陣構(gòu)成，其中交織矩陣存儲器是按列寫入按行讀出，然后送入突發(fā)信道，進入去交織矩陣存儲器，它則是按行寫入按列讀出。利用這種行、列倒換，可將突發(fā)信道變換為等效的隨機獨立信道。這類分組周期性交織器具有如下性質(zhì)：

1.任何長度l≤M的突發(fā)差錯，經(jīng)交織后成為至少被N－1位隔開后的一些單個獨立差錯。第八十一頁，共147頁。3.3交織

2.任何長度l

＞M的突發(fā)差錯，經(jīng)去交織后，可將長突發(fā)差錯變換成長度l

1＝[l/M]為的短突發(fā)差錯。

3.完成交織與去交織變換在不計信道時延條件下,將產(chǎn)生2MN個符號的時延，其中發(fā)、收端各占一半。

4.在很特殊的情況下，周期為M的k個單個隨機獨立差錯序列，經(jīng)交織、去交織后會產(chǎn)生長度為l的突發(fā)差錯。由以上分組交織器的性質(zhì)可見，它是克服深衰落的有效方法，并已在移動通信中得到廣泛的應(yīng)用。但是它的主要缺點是帶來附加的2MN個符號的時延，這對實時業(yè)務(wù)比如話音通信將帶來不利的影響，同時增大了實現(xiàn)的設(shè)備的復(fù)雜性。

第八十二頁，共147頁。多址技術(shù)2編碼及交織技術(shù)34分集技術(shù)5數(shù)字調(diào)制技術(shù)1蜂窩技術(shù)第八十三頁，共147頁。4數(shù)字調(diào)制技術(shù)4.1概述4.2恒包絡(luò)調(diào)制4.3線性調(diào)制第八十四頁，共147頁。4.1概述

調(diào)制是將待傳送的基帶信號加到高頻載波上進行傳輸?shù)倪^程，其目的是使信號與信道特性相匹配。第一代蜂窩移動通信系統(tǒng)（如，AMPS、TACS等）是模擬系統(tǒng)，其話音采用模擬FM方式（信令采用2FSK），第二代移動通信系統(tǒng)（如，GSM、IS-95CDMA等）、第三代移動通信系統(tǒng)（如cdma2000、WCDMA和TD-SCDMA）、第四代移動通信系統(tǒng)（TD-LTE，LTEFDD）均為數(shù)字系統(tǒng)，其話音、信令均采用數(shù)字調(diào)制方式。與模擬調(diào)制相比，數(shù)字調(diào)制具有高頻譜效率、強糾錯能力、抗信道失真、高效的多址接入以及更好的安全保密性等。因此未來的移動通信系統(tǒng)都將采用數(shù)字調(diào)制方式。

比如：GSM系統(tǒng)采用GMSK調(diào)制技術(shù)，WCDMA采用QPSK調(diào)制技術(shù)，HSDPA采用16QAM調(diào)制技術(shù)；HSPA+采用64QAM調(diào)制技術(shù)；LTE采用OFDM調(diào)制技術(shù)。第八十五頁，共147頁。4.1概述

移動信道具有帶寬受限、受干擾和噪聲影響大、存在著多徑衰落和多普勒擴展等特點，這就對調(diào)制技術(shù)提出了更高的要求。通常移動通信系統(tǒng)在選擇具體的調(diào)制方式時，主要考慮以下幾點：高傳輸速率（滿足多種業(yè)務(wù)需求）；高頻帶利用率（最小帶寬占用）；高功率效率（最小發(fā)送功率）；對信道影響具有強抵抗力（最小誤比特率）；低功耗和低成本（工程上易于實現(xiàn)）。這些要求經(jīng)常是相互矛盾的，因此調(diào)制方式的選擇取決于多種因素的最佳權(quán)衡

第八十六頁，共147頁。4數(shù)字調(diào)制技術(shù)4.1概述4.2恒包絡(luò)調(diào)制4.3線性調(diào)制第八十七頁，共147頁。4.2恒包絡(luò)調(diào)制

恒包絡(luò)調(diào)制主要有MSK、TFM(平滑調(diào)頻)、GMSK等，其中以GMSK為典型代表，GMSK也是GSM系統(tǒng)所采用的調(diào)制方式。恒包絡(luò)調(diào)制主要特點是已調(diào)信號的包絡(luò)幅度保持不變，其發(fā)射功率放大器可以在非線性狀態(tài)而不引起嚴(yán)重的頻譜擴散，此外，這一類調(diào)制方式可用于非同步檢測。其缺點是頻帶利用率較低，一般不超過1(bit/s)/Hz。第八十八頁，共147頁。4.2恒包絡(luò)調(diào)制

用二進制數(shù)字基帶信號去控制正弦載波的頻率，稱為2FSK。二進制符號的狀態(tài)有兩種：“1”和“0”，其對應(yīng)的載波頻率可分別設(shè)為f1和f2。則2FSK的時域表達(dá)式為

。

設(shè)初相為1．2FSK（二進制移頻鍵控）

第八十九頁，共147頁。其相應(yīng)的波形如圖3-13所示。圖3-132FSK波形示意圖

4.2恒包絡(luò)調(diào)制

對于2FSK的波形圖，其相位可以是不連續(xù)的也可以是連續(xù)的，所謂相位連續(xù)是指不僅在一個碼元持續(xù)期間相位連續(xù)，而且在從碼元an-1到an轉(zhuǎn)換的時刻nTb，兩個碼元的相位也相等。一般通過開關(guān)切換的方法產(chǎn)生相位不連續(xù)的2FSK信號，而通過調(diào)頻的方法產(chǎn)生相位連續(xù)的2FSK信號(CPFSK)。第九十頁，共147頁。4.2恒包絡(luò)調(diào)制

相位不連續(xù)的2FSK信號與CPFSK信號的功率譜特性有很大區(qū)別，如圖3-14所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，在相同的調(diào)制指數(shù)h情況下，CPFSK的帶寬要比一般的2FSK帶寬要窄。這意味著前者的頻帶效率要高于后者，所以移動通信系統(tǒng)中2FSK調(diào)制常采用相位連續(xù)的調(diào)制方式。此外，隨著調(diào)制指數(shù)h的增加，信號的帶寬也在增加。從頻帶效率考慮，調(diào)制指數(shù)h不宜太大。但過小又因兩個信號頻率過于接近而不利于信號的檢測。所以應(yīng)當(dāng)從它們的相關(guān)系數(shù)以及信號的帶寬綜合考慮。圖3-142FSK信號的功率譜

第九十一頁，共147頁。4.2恒包絡(luò)調(diào)制2．MSK（最小移頻鍵控）MSK是2FSK的一種特殊情況，其滿足頻率間隔為最小的正交，且在相鄰碼元轉(zhuǎn)換時刻保持相位連續(xù)。下面根據(jù)MSK的這兩個特點，通過2FSK推導(dǎo)MSK的時域表達(dá)式。(1)MSK時域表達(dá)式2FSK的時域表達(dá)式可以變形為其中第九十二頁，共147頁。4.2恒包絡(luò)調(diào)制上式中s1(t)和s2(t)首先要滿足頻率間隔為最小的正交條件，即即第九十三頁，共147頁。4.2恒包絡(luò)調(diào)制通常總能滿足是的整數(shù)倍，故上式中的第二項為0，即式中ρ與2Δf之間的關(guān)系如圖3-16所示。由圖可知，使ρ為0的最小頻率間隔點為，此點為使正交的最小取值，此時MSK信號的調(diào)制指數(shù)為1/2。圖3-162FSK信號的相關(guān)系數(shù)

第九十四頁，共147頁。4.2恒包絡(luò)調(diào)制將代入式中，并設(shè)第n個碼元的初相位xn，則可統(tǒng)一表示為MSK的另一個特點是連續(xù)相位調(diào)制，即在第n-1個碼元結(jié)束時的相位等于第n個碼元開始時相位。要保證相位連續(xù)，其瞬時相偏要滿足：由相位連續(xù)條件可得，第九十五頁，共147頁。4.2恒包絡(luò)調(diào)制(2)MSK的特點

MSK是調(diào)制指數(shù)為1/2的CPFSK，因此它也有恒包絡(luò)的特性，而恒包絡(luò)調(diào)制可使用高效率的非線性放大、載波容易恢復(fù)、已調(diào)信號峰平比低等優(yōu)點。

與一般2FSK信號相比，MSK信號的頻譜特性有很大改進，具有更高的帶寬效率，如圖3-17所示。但旁瓣的輻射功率仍然較大，90%的功率帶寬為2×0.75Rb；99%的功率帶寬為2×1.2Rb。在實際的應(yīng)用中，這樣的帶寬仍然比較寬。圖3-17MSK的功率譜第九十六頁，共147頁。4.2恒包絡(luò)調(diào)制GMSK（GaussianMinimumShiftKeying）是MSK的進一步優(yōu)化方案。它是在MSK調(diào)制前附加一個高斯型前置低通濾波器，進一步抑制高頻分量，防止過量的瞬時頻率偏移及滿足相干檢測的要求，如圖3-18所示。3．GMSK（高斯濾波最小移頻鍵控）圖3-18GMSK信號的產(chǎn)生第九十七頁，共147頁。4.2恒包絡(luò)調(diào)制(1)高斯低通濾波器的設(shè)計

實現(xiàn)GMSK信號的調(diào)制,關(guān)鍵是設(shè)計性能良好的高斯低通濾波器,它必須具有如下特性：有良好的窄帶和尖銳的截止特性,以濾除基帶信號中的高頻成分。脈沖響應(yīng)過沖量應(yīng)盡可能小,防止已調(diào)波瞬時頻偏過大。輸出脈沖響應(yīng)曲線的面積對應(yīng)的相位為π/2,使調(diào)制系數(shù)為1/2。第九十八頁，共147頁。4.2恒包絡(luò)調(diào)制滿足上述特性的高斯低通濾波器的頻率傳輸函數(shù)H(f)為根據(jù)傳輸函數(shù)可求出濾波器的沖激響應(yīng)h(t)為

式中α為常數(shù)，取值不同將影響濾波器的特性。

傳遞函數(shù)和沖激響應(yīng)第九十九頁，共147頁。4.2恒包絡(luò)調(diào)制令Bb為H(f)的3dB帶寬，因為H(0)=1，則有可求得

上式給出了α與3dB帶寬Bb的關(guān)系，改變α?xí)r，帶寬Bb也隨之改變。反之，已知濾波器的3dB帶寬，得出參數(shù)α，進行濾波器設(shè)計。

第一百頁，共147頁。4.2恒包絡(luò)調(diào)制

另一方面，設(shè)要傳輸?shù)拇a元長度為Tb，速率為Rb=1/Tb，以Rb為參考，對f歸一化：x=f/Rb=fTb，則歸一化3dB帶寬為

這樣，用歸一化頻率表示的頻率特性為并把α=1.7Bb代入式（3-35），設(shè)Tb=1，則有

令

第一百零一頁，共147頁。4.2恒包絡(luò)調(diào)制

因此給定xb=TbBb，就可以計算出H(x)和h(τ)，它們的特性曲線如圖3-19所示。高斯濾波器的特性也完全由xb=TbBb確定。

圖3-19高斯濾波器特性第一百零二頁，共147頁。4.2恒包絡(luò)調(diào)制②矩形脈沖響應(yīng)

高斯低通濾波器對單個寬度為Tb的矩形脈沖的響應(yīng)為當(dāng)BbTb取不同值時，g(t)的波形如圖3-20所示。

圖3-20高斯濾波器的矩形脈沖響應(yīng)第一百零三頁，共147頁。4.2恒包絡(luò)調(diào)制(2)GMSK的信號

GMSK的信號表達(dá)式為：GMSK的相位軌跡如圖3-21所示。圖3-21GMSK的相位軌跡第一百零四頁，共147頁。4.2恒包絡(luò)調(diào)制(3)GMSK功率譜密度

圖3-22為GMSK的功率譜密度，從圖中可見，BbTb越小，旁瓣衰減越快，頻帶利用率越高，但BbTb越小，由低通濾波器所引發(fā)的碼間干擾（ISI）也越大，誤碼率增加。所以往往從頻帶利用率和誤碼率雙方折中考慮來選擇BbTb值，GSM中一般取BbTb＝0.3。

圖3-22GMSK的功率譜密度

第一百零五頁，共147頁。4數(shù)字調(diào)制技術(shù)4.1概述4.2恒包絡(luò)調(diào)制4.3線性調(diào)制第一百零六頁，共147頁。4.3線性調(diào)制

線性調(diào)制方式主要有各種進制的PSK和QAM等，其中以QPSK為典型代表。這一類調(diào)制方式的頻帶利用率一般都大于1(bit/s)/Hz,而且隨著調(diào)制電平數(shù)的增加而增加。線性調(diào)制方式又可分為頻譜高效和功率高效兩種,理論上可以得到大于2(bit/s)/Hz頻帶利用率的調(diào)制方式為頻譜高效,如8PSK、16QAM、等。頻譜高效調(diào)制方式是通過增加電平數(shù)來獲得較高的頻帶利用率的，因此為得到同樣的誤碼率，就需要較高的信噪比。功率高效調(diào)制為欲獲得10-3誤碼率僅需14dB信噪比的調(diào)制方式，如BPSK和QPSK等。功率高效調(diào)制方式可達(dá)到的最高頻帶利用率為2(bit/s)/Hz。線性調(diào)制一般需要用價格昂貴、功率效率差的線性放大器，且其易受衰落和干擾的影響。第一百零七頁，共147頁。4.3線性調(diào)制1．2PSK（二相相移鍵控）

在二進制的相位調(diào)制中，二進制的數(shù)據(jù)可以用相位的兩種不同取值表示。設(shè)輸入二進制的數(shù)據(jù)為｛an｝,an=±1,n=-∞～+∞,則2PSK（PhaseShiftKeying）的信號形式為

S2PSK(t)還可以表示為第一百零八頁，共147頁。4.3線性調(diào)制2PSK信號的波形如圖3-23所示。圖3-232PSK信號的波形

第一百零九頁，共147頁。4.3線性調(diào)制

設(shè)矩形脈沖g(t)的頻譜為G(ω)，則2PSK信號的功率譜為（假定“+1”和“-1”等概出現(xiàn)）

由式（3-44）可知，2PSK信號是一種線性調(diào)制，當(dāng)基帶波形為NRZ碼時，其功率譜如圖3-24所示。圖3-24NRZ基帶信號的BPSK信號功率譜

第一百一十頁，共147頁。4.3線性調(diào)制2．QPSK（四相相移鍵控）

在QPSK調(diào)制中，在要發(fā)送的比特序列中，每兩個相連的比特分為一組構(gòu)成一個四進制的碼元，即雙比特碼元。雙比特碼元的4種狀態(tài)用載波的四個不同相位(i=1、2、3、4)表示。這種對應(yīng)關(guān)系叫做相位邏輯，如圖3-25所示。圖3-25QPSK的一種相位邏輯第一百一十一頁，共147頁。4.3線性調(diào)制(1)QPSK信號的時域表示和調(diào)制原理

QPSK信號可以表示為其中A、ωc分別是載波的幅度和角頻率，φi取圖3-25中的四種相位，Ts為四進制符號間隔。將式（3-46）展開可得第一百一十二頁，共147頁。4.3線性調(diào)制

式中，令雙比特碼元(a2n,a2n+1)=(I(t),Q(t))，則QPSK信號可以通過正交調(diào)制方式產(chǎn)生，即將輸入的雙比特碼(a2n,a2n+1)經(jīng)過串/并變換，分別送入兩個并聯(lián)支路——I支路（同相支路）和Q支路（正交支路），再分別用一對正交載波進行調(diào)制，然后相加便可得到QPSK信號，如圖3-26所示。

圖3-26QPSK正交調(diào)制原理圖第一百一十三頁，共147頁。4.3線性調(diào)制(2)QPSK信號的功率譜和帶寬

正交調(diào)制產(chǎn)生的QPSK信號的方法實際上是把兩個BPSK信號相加。由于每個BPSK信號的碼元長度是原序列比特長度的2倍，即Ts=2Tb；另外它們有相同的功率譜和相同的帶寬B=2Rs=Rb，而兩個支路信號的疊加得到的QPSK信號的帶寬也為B=Rb。

QPSK信號比BPSK信號的頻帶效率高出一倍，但當(dāng)基帶信號的波形是方波序列時，它含有較豐富的高頻分量，所以已調(diào)信號功率譜的旁瓣仍然很大。第一百一十四頁，共147頁。4.3線性調(diào)制

在QPSK兩個支路加入低通濾波器（LPF），如圖3-27所示，對形成的基帶信號實現(xiàn)限帶，衰減其部分高頻分量，從而減小已調(diào)信號的旁瓣，這被稱作脈沖成形技術(shù)，

圖3-27QPSK的限帶傳輸?shù)谝话僖皇屙?，?47頁。4.3線性調(diào)制

采用升余弦濾波的QPSK信號的功率譜都在理想情況下，信號的功率完全被限制在升余弦濾波器的通帶內(nèi)，帶寬為α=0.5時的QPSK信號的功率譜密度如圖3-28所示。

圖3-28QPSK信號的功率譜密度

第一百一十六頁，共147頁。4.3線性調(diào)制(3)QPSK信號的相位跳變和包絡(luò)特性

QPSK是一種相位不連續(xù)的信號，隨著雙比特碼元的變化，在碼元轉(zhuǎn)換的時刻，信號的相位發(fā)生跳變。當(dāng)只有一個支路的數(shù)據(jù)發(fā)生改變時，相位跳變±π/2；當(dāng)兩個支路的數(shù)據(jù)符號同時發(fā)生改變時，則相位跳變±π。信號相位的跳變情況可以用圖3-29的信號星座圖來說明，圖中的虛線表示相位跳變的路徑。

第一百一十七頁，共147頁。4.3線性調(diào)制

當(dāng)基帶信號為方波脈沖（NRZ）時，QPSK信號具有恒包絡(luò)特性。但在實際數(shù)字通信中，如上所述，由于信道帶寬有限，往往經(jīng)過成型濾波器后，再進行QPSK調(diào)制后，所得到的限帶QPSK信號包絡(luò)不再恒定，且在π相位突變處，出現(xiàn)包絡(luò)為零的現(xiàn)象，如圖3-30所示。圖3-30QPSK信號包絡(luò)示意圖

第一百一十八頁，共147頁。4.3線性調(diào)制3．OQPSK（偏移四相相移鍵控）

OQPSK（OffsetQPSK）與QPSK調(diào)制類似，不同之處是在正交支路引入一個比特（半個碼元）的時延，這使得兩個支路的數(shù)據(jù)不會同時發(fā)生變化，因而不可能象QPSK那樣產(chǎn)生±π的相位跳變，而僅產(chǎn)生±π/2的相位跳變。OQPSK兩支路符號錯開和相位變化的例子如圖3-31所示。圖3-32為OQPSK調(diào)制的原理框圖。OQPSK在非線性放大時，仍能保持帶限性質(zhì)，這一點比較適合移動通信。

第一百一十九頁，共147頁。4.3線性調(diào)制圖3-31OQPSK的I(t)、Q(t)兩支路符號偏移及相位路徑

圖3-32OQPSK調(diào)制原理圖

第一百二十頁，共147頁。多址技術(shù)2編碼及交織技術(shù)34分集技術(shù)5數(shù)字調(diào)制技術(shù)1蜂窩技術(shù)第一百二十一頁，共147頁。5分集技術(shù)5.1分集技術(shù)的概念5.2分集技術(shù)的分類5.3典型的分集技術(shù)5.4常用的合并技術(shù)第一百二十二頁，共147頁。5.1分集技術(shù)的概念

移動通信中由于傳播的開放性和接收環(huán)境的復(fù)雜性，使信道的傳輸條件比較惡劣，發(fā)送出的已調(diào)信號經(jīng)過惡劣的移動信道在接收端會產(chǎn)生嚴(yán)重的衰落，使接收的信號質(zhì)量嚴(yán)重下降。分集技術(shù)就是一種最有效、應(yīng)用最廣泛的抗衰落措施。

從概念上講，分集有兩重含義：一是分散傳輸，使接收端能獲得多個統(tǒng)計獨立的、攜帶同一信息的衰落信號；二是集中處理，即接收機把收到的多個統(tǒng)計獨立的衰落信號進行合并以降低衰落的影響。第一百二十三頁，共147頁。5分集技術(shù)5.1分集技術(shù)的概念5.2分集技術(shù)的分類5.3典型的分集技術(shù)5.4常用的合并技術(shù)第一百二十四頁，共147頁。5.2分集技術(shù)的分類分集技術(shù)按“分”和“集”有不同的劃分方式。1．按“分”劃分

即按照接收信號樣值的結(jié)構(gòu)與統(tǒng)計特性，可分為宏分集和微分集兩大類。

宏分集也稱為多基站分集，把多個基站設(shè)置在不同地理位置上和不同方向上，同時和小區(qū)內(nèi)一個移動臺進行通信（可選用其中最好的一個基站進行通信）。其廣泛用于蜂窩通信系統(tǒng)中，主要用來對抗陰影衰落。微分集包括空間分集、極化分集、角度分集、頻率分集和時間分集等。微分集主要用來對抗多徑衰落。第一百二十五頁，共147頁。5.2分集技術(shù)的分類

即按集合、合并方式劃分，可分為四種：選擇式合并、最大比合并、等增益合并和開關(guān)式合并。其中開關(guān)式合并按實現(xiàn)方式又可分為門限選擇——切換和檢驗及門限選擇——切換和等待。2．按“集”劃分第一百二十六頁，共147頁。5分集技術(shù)5.1分集技術(shù)的概念5.2分集技術(shù)的分類5.3典型的分集技術(shù)5.4常用的合并技術(shù)第一百二十七頁，共147頁。5.3典型的分集技術(shù)（1）概念發(fā)射端采用一副發(fā)射天線，接收端采用多副天線。接收端天線之間的距離d應(yīng)滿足一定的條件(大于相干距離），以保證接收天線輸出信號的衰落特性是相