教學(xué)課件-《移動(dòng)通信原理與技術(shù)》余曉玫

移動(dòng)通信原理與技術(shù)

本課程是為通信工程系本科大四學(xué)生開(kāi)設(shè)的專(zhuān)業(yè)必修課，亦可作為選修課程。主要講授移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本概念，基本理論，基本技術(shù)及幾代移動(dòng)通信的典型系統(tǒng)及應(yīng)用。內(nèi)容以當(dāng)前廣泛應(yīng)用的移動(dòng)通信新技術(shù)和移動(dòng)通信系統(tǒng)為背景，力求能反映近年來(lái)國(guó)內(nèi)外移動(dòng)通信的發(fā)展?fàn)顩r。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)了解移動(dòng)通信的發(fā)展進(jìn)程掌握移動(dòng)通信電波傳輸特性及損耗模型編碼和調(diào)制技術(shù)抗信道衰落技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)2G移動(dòng)通信系統(tǒng)3G移動(dòng)通信系統(tǒng)LTE移動(dòng)通信系統(tǒng)5G移動(dòng)通信展望第1章移動(dòng)通信概述移動(dòng)通信的概念及特點(diǎn)1.1移動(dòng)通信發(fā)展概況1.2移動(dòng)通信的分類(lèi)及工作方式1.3

移動(dòng)通信采用的基本技術(shù)1.4移動(dòng)通信的典型應(yīng)用系統(tǒng)1.51.1移動(dòng)通信的概念及特點(diǎn)

1.1.1移動(dòng)通信的概念·移動(dòng)通信就是通信雙方至少有一方是在運(yùn)動(dòng)中（或臨時(shí)靜止?fàn)顟B(tài)）實(shí)現(xiàn)通信的通信方式，包括海、陸、空移動(dòng)通信。采用的頻段遍及低頻、中頻、高頻、甚高頻和特高頻?！?/p>

例如，固定體與移動(dòng)體之間或移動(dòng)體與移動(dòng)體之間的信息交換，都屬于移動(dòng)通信。

移動(dòng)體可以是人，也可以是汽車(chē)、火車(chē)、輪船、飛機(jī)、收音機(jī)等在移動(dòng)狀態(tài)中的物體。固定體包括固定無(wú)線電臺(tái)、有線用戶(hù)等。

1.1.2移動(dòng)通信的特點(diǎn)1.移動(dòng)性移動(dòng)用戶(hù)可以自由活動(dòng)，其位置不受束縛。移動(dòng)通信必須是無(wú)線通信，或無(wú)線通信與有線通信的結(jié)合。

2.電波傳播條件復(fù)雜存在多徑干擾、信號(hào)傳播延遲和展寬等。

3.噪聲和干擾嚴(yán)重外部干擾+自身干擾采取有效的抗干擾措施。4.

系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜5.要求頻帶利用率高、移動(dòng)設(shè)備性能好1.2移動(dòng)通信發(fā)展概況1897年，馬可尼在陸地和一艘拖船上完成莫爾斯電碼無(wú)線通信實(shí)驗(yàn)，標(biāo)志無(wú)線電通信的開(kāi)始，開(kāi)創(chuàng)了海上通信業(yè)。1912年泰坦尼克號(hào)底的沉沒(méi)突出了無(wú)線電通信在航海中的重要性，使海上無(wú)線通信得到廣泛應(yīng)用。美國(guó)馬克尼博物館：1905年，費(fèi)森堡首次進(jìn)行無(wú)線電傳輸話(huà)音及音樂(lè)的實(shí)驗(yàn)?！?/p>

第一階段從20世紀(jì)20年代至40年代。

在這期間，首先在短波幾個(gè)頻段上開(kāi)發(fā)出專(zhuān)用移動(dòng)通信系統(tǒng)，特點(diǎn)是專(zhuān)用系統(tǒng)的應(yīng)用，工作頻率較低。

1.2.1移動(dòng)通信的發(fā)展歷史·

第二階段從20世紀(jì)40年代中期至60年代初期。

在此期間內(nèi)，出現(xiàn)了公用移動(dòng)通信業(yè)務(wù)。

這一階段的特點(diǎn)是移動(dòng)通信從專(zhuān)用網(wǎng)向公用網(wǎng)過(guò)渡，接續(xù)方式為人工，網(wǎng)的容量較小。1.2移動(dòng)通信發(fā)展概況1.2移動(dòng)通信發(fā)展概況·

第三階段從20世紀(jì)60年代中期至70年代中期。

在此期間，美國(guó)推出了改進(jìn)型移動(dòng)電話(huà)系統(tǒng)（IMTS），采用大區(qū)制、中小容量，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線頻道自動(dòng)選擇并能夠自動(dòng)接續(xù)到公用電話(huà)網(wǎng)。這一階段是移動(dòng)通信系統(tǒng)改進(jìn)與完善的階段，其特點(diǎn)是采用大區(qū)制、中小容量，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)選頻與自動(dòng)接續(xù)。·

第四階段從20世紀(jì)70年代中期至80年代中期。這是移動(dòng)通信蓬勃發(fā)展時(shí)期。1.2移動(dòng)通信發(fā)展概況·

1978年底，美國(guó)貝爾試驗(yàn)室提出了蜂窩網(wǎng)的概念，成功研制了世界上首個(gè)蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)，這一階段的特點(diǎn)是蜂窩狀移動(dòng)通信網(wǎng)成為實(shí)用系統(tǒng)，并在世界各地迅速發(fā)展，形成了所謂的第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。

第一代移動(dòng)通信特點(diǎn)：模擬（蜂窩）僅限語(yǔ)音通信僅為宏小區(qū)主要用于戶(hù)外覆蓋無(wú)法長(zhǎng)途漫游保密性差、通話(huà)質(zhì)量差主要接入技術(shù)：FDMA以企業(yè)用戶(hù)為中心主要代表：AMPS(美國(guó)先進(jìn)移動(dòng)電話(huà)系統(tǒng)）、TACS(歐洲全接入通信系統(tǒng))·

第五階段從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始。

模擬蜂窩網(wǎng)雖然取得了很大成功，但也暴露了一些問(wèn)題。

解決這些問(wèn)題的方法是開(kāi)發(fā)新一代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，即第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)。1.2移動(dòng)通信發(fā)展概況第二代移動(dòng)通信特點(diǎn)數(shù)字（雙模、雙頻）語(yǔ)音和數(shù)據(jù)通信宏/微小區(qū)戶(hù)內(nèi)/戶(hù)外覆蓋保密性好、容量大主要接入技術(shù)：TDMA數(shù)據(jù)速率：9.6k~32Kbps主要標(biāo)準(zhǔn)：GSM(歐洲)，IS-95(Qualcom)·

第六階段從20世紀(jì)90年代中期至21世紀(jì)初，伴隨著對(duì)第三代移動(dòng)通信的大量談?wù)?，以?.5G產(chǎn)品GPRS系統(tǒng)的過(guò)渡，3G(3G技術(shù)名為IMT-2000)走上了通信舞臺(tái)的前沿。

IMT-2000（InternationalMobileTelecommunication2000）的名稱(chēng)為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)制定了總目標(biāo)：

工作在2000MHz頻段最高業(yè)務(wù)速率可達(dá)2000kb/s1.2移動(dòng)通信發(fā)展概況

第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)3大標(biāo)準(zhǔn)體制WCDMA(歐洲、日本)cdma2000(北美)TD-SCDMA(中國(guó))第三代移動(dòng)通信特點(diǎn)頻譜利用率高服務(wù)質(zhì)量好高速傳輸支持多媒體業(yè)務(wù)室內(nèi)環(huán)境至少2Mbps步行環(huán)境至少384kbps車(chē)速環(huán)境至少144kbps傳輸速率按需分配支持上、下行鏈路的不對(duì)稱(chēng)需求易于從第二代系統(tǒng)過(guò)渡支持全球無(wú)縫漫游3G的發(fā)展可分為兩個(gè)階段：第一階段：語(yǔ)音傳輸以“電路交換”為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行；數(shù)據(jù)傳輸以“IP分組交換”為核心的網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行。第二階段：下一代網(wǎng)絡(luò)階段，完成基本“IP分組交換”，“電路交換”完全淘汰。

1.2.2我國(guó)移動(dòng)通信的發(fā)展

我國(guó)開(kāi)始發(fā)展移動(dòng)通信電話(huà)業(yè)務(wù)始于1981年，當(dāng)時(shí)采用的是早期150MHz系統(tǒng)，8個(gè)信道，能容納的用戶(hù)數(shù)只有20個(gè)。隨后相繼發(fā)展的有450MHz系統(tǒng)，如重慶市電信局首期建設(shè)的諾瓦特系統(tǒng)、河南省交通廳建成的MAT-A系統(tǒng)等。1987年，我國(guó)在上海首次開(kāi)通了TACS制式的900MHz模擬蜂窩移動(dòng)電話(huà)系統(tǒng)。1994年9月，廣東省首先建成了GSM數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)，初期容量為5萬(wàn)戶(hù)，于同年10月試運(yùn)行。

1996年，我國(guó)研制出自己的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)全套樣機(jī)，完成了接入公眾網(wǎng)的運(yùn)行試驗(yàn)，并逐步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)。1996年12月，廣州建起我國(guó)第一個(gè)CDMA試驗(yàn)網(wǎng)。

1997年10月，廣州、上海、西安、北京4個(gè)城市通過(guò)了CDMA試驗(yàn)網(wǎng)漫游測(cè)試，同年11月，北京試驗(yàn)點(diǎn)向社會(huì)開(kāi)放。

2005年6月，我國(guó)完成了WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三大系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試，為商用化做好了準(zhǔn)備。2009年1月，工業(yè)與信息化部正式向中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信三大運(yùn)營(yíng)商發(fā)放3G牌照，標(biāo)志著中國(guó)正式進(jìn)入3G時(shí)代。

我國(guó)主導(dǎo)的TD-SCDMA成為三個(gè)國(guó)際主流3G標(biāo)準(zhǔn)之一，2012年我國(guó)主導(dǎo)的TD-LTE-Advanced技術(shù)成為國(guó)際上二個(gè)4G主流標(biāo)準(zhǔn)之一，我國(guó)實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)通信技術(shù)從追趕到引領(lǐng)的跨越發(fā)展，已經(jīng)成為世界上移動(dòng)通信領(lǐng)域有重要話(huà)語(yǔ)權(quán)的國(guó)家。以華為、中興等為代表的我國(guó)的移動(dòng)通信企業(yè)，已經(jīng)形成了移動(dòng)通信設(shè)備和系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈，產(chǎn)品在全球的市場(chǎng)份額已位居世界最前列，我國(guó)移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)已經(jīng)具有較強(qiáng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。2013年12月，工信部向中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通頒發(fā)TD-LTE的4G牌照，2015年2月，工信部正式向中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通發(fā)放FDD制式的4G牌照，至此，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)速在我國(guó)達(dá)到了一個(gè)全新的高度，國(guó)內(nèi)三家運(yùn)營(yíng)商大規(guī)模開(kāi)展4G業(yè)務(wù)。如今在我國(guó)，2G、3G和4G移動(dòng)通信技術(shù)共同存在，4G通信技術(shù)也出現(xiàn)逐漸將3G和2G技術(shù)取代，成為人們應(yīng)用的主要通信技術(shù)。中國(guó)移動(dòng)已成為全球4G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和用戶(hù)最大的電信運(yùn)營(yíng)商。

移動(dòng)通信行業(yè)在全球達(dá)到第一個(gè)10億用戶(hù)經(jīng)過(guò)了20年，而達(dá)到第二個(gè)10億用戶(hù)僅僅經(jīng)歷了3年時(shí)間。而從2005年底到2006年底短短一年的時(shí)間，全球新增移動(dòng)用戶(hù)數(shù)量就高達(dá)5億。固定電話(huà)用戶(hù)數(shù)持續(xù)呈逐年下降的趨勢(shì)，2009年7月，全球固定用戶(hù)數(shù)僅占移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)數(shù)的1/4。

目前，全球手機(jī)用戶(hù)已超60億，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量已達(dá)互聯(lián)網(wǎng)總流量的10%，移動(dòng)通信和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，正在對(duì)我們的生產(chǎn)和生活方式帶來(lái)深刻變化。

1.2.3移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)雖然3G系統(tǒng)已經(jīng)在許多國(guó)家得到大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，但另一方面寬帶無(wú)線接入技術(shù)從固定向移動(dòng)化發(fā)展，形成了與移動(dòng)通信技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的局面。為應(yīng)對(duì)“寬帶接入移動(dòng)化”的挑戰(zhàn)，同時(shí)為了滿(mǎn)足新型業(yè)務(wù)需求，2004年底第三代合作伙伴項(xiàng)目（GenerationPartnershipProject，3GPP）組織啟動(dòng)了長(zhǎng)期演進(jìn)（LongTermEvolution，LTE）的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

·

LTE致力于進(jìn)一步改進(jìn)和增強(qiáng)現(xiàn)有3G技術(shù)的性能，以提供更快的分組速率、頻譜效率以及更低的延遲。在推動(dòng)3G系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化的同時(shí)，世界各國(guó)已把研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)入后三代/第四代（B3G/4G）移動(dòng)通信系統(tǒng)。可以稱(chēng)之為移動(dòng)通信發(fā)展的第七階段。2005年10月，國(guó)際電信聯(lián)盟正式將B3G/4G移動(dòng)通信技術(shù)命名為IMT-Advanced(InternationalMobileTelecommunication-Advanced)?！癐MT-Advanced”技術(shù)需要實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更大的系統(tǒng)容量，在低速移動(dòng)、熱點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景下數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到100~1000Mbit/s，在高速移動(dòng)情況下數(shù)據(jù)速率可達(dá)到20~100Mbit/s。

4G集3G與WLAN于一體，并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像，它的圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下。4G系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足幾乎所有用戶(hù)對(duì)于無(wú)線服務(wù)的要求。在用戶(hù)最為關(guān)注的價(jià)格方面，4G與固定寬帶網(wǎng)絡(luò)在價(jià)格方面不相上下，而且計(jì)費(fèi)方式更加靈活機(jī)動(dòng)，用戶(hù)完全可以根據(jù)自身的需求確定所需的服務(wù)。

當(dāng)4G正在如火如荼的開(kāi)展時(shí)，5G已經(jīng)提上了日程。如今，世界上的各個(gè)國(guó)家正在對(duì)5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用需求、發(fā)展愿景、候選頻段等各個(gè)方面展開(kāi)了相關(guān)的研討活動(dòng)，并決定在2016年左右啟動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程。

5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)就是和其他的無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)行密切銜接，為互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來(lái)基礎(chǔ)性的業(yè)務(wù)方面的能力。移動(dòng)通信的目標(biāo)：（4W）

Whenever（任何時(shí)間）

Wherever（任何地點(diǎn)）

Whoever（任何人）

Whatever（任何種類(lèi)）1.3移動(dòng)通信的分類(lèi)及工作方式

1.3.1移動(dòng)通信的分類(lèi)

按使用對(duì)象分為民用通信和軍用通信。

按使用環(huán)境分為陸地通信、海上通信和空中通信。

按多址方式分為頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）等。按覆蓋范圍分為廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)和個(gè)域網(wǎng)。

按業(yè)務(wù)類(lèi)型分為電話(huà)網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)等。按工作方式分為單工、雙工和半雙工。

按服務(wù)范圍分為專(zhuān)用網(wǎng)和公用網(wǎng)。按信號(hào)形式分為模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)。

1.3移動(dòng)通信的分類(lèi)及工作方式1．單工通信單工通信是指通信雙方電臺(tái)交替地進(jìn)行收信和發(fā)信。單工通信通常用于點(diǎn)到點(diǎn)通信，如圖1.1所示。

1.3.2移動(dòng)通信的工作方式圖1.1單工通信示意圖

根據(jù)收、發(fā)頻率的異同，單工通信又分為：同頻單工：同頻單工通信是指通信雙方（如圖1.1中的電臺(tái)甲和電臺(tái)乙）使用相同的頻率f1工作，發(fā)送時(shí)不接收，接收時(shí)不發(fā)送。

異頻單工：異頻單工通信方式，收發(fā)信機(jī)使用兩個(gè)不同的頻率分別進(jìn)行發(fā)送和接收。2．雙工通信·雙工通信，是指通信雙方可同時(shí)進(jìn)行消息傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?，亦稱(chēng)全雙工通信，如圖1.2所示。雙工通信分為頻分雙工（FDD）和時(shí)分雙工（TDD）。圖1.2雙工通信示意圖3．半雙工通信·半雙工通信是指移動(dòng)臺(tái)采用單工方式，基站采用雙工方式的通話(huà)方式，如圖1.3所示。該方式主要用于解決雙工方式耗電大的問(wèn)題。圖1.3半雙工通信示意圖1.4移動(dòng)通信采用的基本技術(shù)1.4.1調(diào)制技術(shù)數(shù)字移動(dòng)通信對(duì)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的主要要求：

①已調(diào)信號(hào)的頻譜窄和帶外衰減快；

②易于采用相干或非相干解調(diào)；

③抗噪聲和抗干擾的能力強(qiáng)；

④適宜在衰落信道中傳輸?！?/p>

數(shù)字信號(hào)調(diào)制的基本類(lèi)型分為振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）3種?！?/p>

在實(shí)際應(yīng)用中，兩類(lèi)數(shù)字調(diào)制方式用得最多，分別為線性調(diào)制和恒定包絡(luò)調(diào)制技術(shù)。（1）線性調(diào)制技術(shù)·

主要包括PSK、QPSK、DQPSK、OQPSK、/4-DQPSK和多電平PSK等調(diào)制方式。（2）恒定包絡(luò)（連續(xù)相位）調(diào)制技術(shù)·

主要包括MSK、GMSK、GFSK和TFM等調(diào)制方式。

除了以上提到的兩種調(diào)制技術(shù)，另外還有一種獲得迅速發(fā)展的數(shù)字調(diào)制技術(shù)是振幅和相位聯(lián)合調(diào)制（QAM）技術(shù)。1.4.2移動(dòng)信道電波傳播特性的研究·

研究移動(dòng)信道的傳播特性，首先要弄清移動(dòng)信道的傳播規(guī)律和各種物理現(xiàn)象的機(jī)理以及這些現(xiàn)象對(duì)信號(hào)傳輸所產(chǎn)生的不良影響，進(jìn)而研究消除各種不良影響的對(duì)策。·

理論分析方法：通常用射線表示電磁波束的傳播，在確定收發(fā)天線的高度、位置和周?chē)h(huán)境的具體特征后，根據(jù)直射、折射、反射、散射、透射等波動(dòng)現(xiàn)象，用電磁波理論計(jì)算電波傳播的路徑損耗及有關(guān)信道參數(shù)。·

實(shí)測(cè)分析方法：在典型的傳播環(huán)境中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，并用計(jì)算機(jī)對(duì)大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以建立預(yù)測(cè)模型（如沖擊響應(yīng)模型），進(jìn)行傳播預(yù)測(cè)。1.4.3多址方式·

多址方式的基本類(lèi)型有頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）。·

實(shí)際中也常用到3種基本多址方式混合的多址方式，如FDMA/TDMA、FDMA/CDMA、TDMA/CDMA等?！DMA系統(tǒng)的通信容量大于FDMA系統(tǒng)，CDMA系統(tǒng)的通信容量又大于TDMA系統(tǒng)?！?/p>

在移動(dòng)通信系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研制中，碼分多址（CDMA）是最具有競(jìng)爭(zhēng)力的多址方式。1.4.4抗干擾技術(shù)

移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用的抗干擾措施是多種多樣的，主要有：利用信道編碼進(jìn)行檢錯(cuò)、糾錯(cuò)。分集技術(shù)、均衡技術(shù)、調(diào)制技術(shù)。擴(kuò)頻、跳頻技術(shù)。扇區(qū)天線、多波束天線和自適應(yīng)天線等。干擾抵消和多用戶(hù)檢測(cè)器技術(shù)。

1.4.5組網(wǎng)技術(shù)1．網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖1.4數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2．網(wǎng)絡(luò)接口

圖1.5GSM系統(tǒng)的接口

數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）的接口如圖1.5所示。

數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）的接口協(xié)議模型分別如圖1.6所示。3．網(wǎng)絡(luò)的控制與管理圖1.6GSM的無(wú)線接口協(xié)議模型1.5移動(dòng)通信的典型應(yīng)用系統(tǒng)·

已經(jīng)發(fā)展成熟的常用移動(dòng)通信系統(tǒng)包括集群移動(dòng)通信系統(tǒng)、衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)、無(wú)線局域網(wǎng)、蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)等。1.集群移動(dòng)通信系統(tǒng)

集群系統(tǒng)是一種專(zhuān)用高級(jí)移動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)，由控制中心、基站、調(diào)度臺(tái)、移動(dòng)臺(tái)組成。集群通信系統(tǒng)屬于專(zhuān)用移動(dòng)通信網(wǎng)，適用于在各個(gè)行業(yè)（或幾個(gè)行業(yè)合用）中間進(jìn)行調(diào)度和指揮，對(duì)網(wǎng)中的不同用戶(hù)常常賦予不同的優(yōu)先等級(jí)。集群通信應(yīng)用方向：公安系統(tǒng)

公安指揮調(diào)度水利系統(tǒng)

汛期專(zhuān)用交通系統(tǒng)

運(yùn)輸管理、出租車(chē)調(diào)度電力系統(tǒng)

數(shù)傳、指揮系統(tǒng)鐵路系統(tǒng)

鐵道移動(dòng)調(diào)度、售票網(wǎng)等·

集群通信系統(tǒng)采用半雙工通信方式，即基站以雙工方式工作，移動(dòng)臺(tái)以異頻單工方式工作?！?/p>

集群系統(tǒng)主要以無(wú)線用戶(hù)為主，即以調(diào)度臺(tái)與移動(dòng)臺(tái)之間的通話(huà)為主?！?/p>

集群移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的基本技術(shù)是頻率共用技術(shù)。2.無(wú)線尋呼系統(tǒng)

無(wú)線尋呼系統(tǒng)是一種不用語(yǔ)音的單向選擇呼叫系統(tǒng)。其接收端是多個(gè)可以由用戶(hù)攜帶的高靈敏度收信機(jī)（稱(chēng)作袖珍鈴），俗稱(chēng)“BB機(jī)”。它在收信機(jī)收到呼叫時(shí)，就會(huì)自動(dòng)振鈴、顯示數(shù)碼或漢字，向用戶(hù)傳遞特定的信息?？煽醋鲇芯€電話(huà)網(wǎng)中呼叫振鈴功能的無(wú)線延伸或擴(kuò)展。無(wú)線尋呼系統(tǒng)可分為：專(zhuān)用系統(tǒng)：由用戶(hù)交換機(jī)、尋呼中心、發(fā)射臺(tái)及呼接收機(jī)組成，以采用人工方式的較多。一般在操作臺(tái)旁有一部有線電話(huà)。公用系統(tǒng)：由與公用電話(huà)網(wǎng)相連接的無(wú)線尋呼控制中心、尋呼發(fā)射臺(tái)及尋呼接收機(jī)組成，多采用人工和自動(dòng)兩種方式。

無(wú)繩電話(huà)最初是應(yīng)有線電話(huà)用戶(hù)的需求而誕生的，初期主要應(yīng)用于家庭。這種無(wú)繩電話(huà)只有一個(gè)與有線電話(huà)用戶(hù)線相連接的基站和隨身攜帶的手機(jī)，基站與手機(jī)之間利用無(wú)線電溝通，故而得名“無(wú)繩”。圖1.7無(wú)繩電話(huà)系統(tǒng)示意圖3.無(wú)繩電話(huà)通信系統(tǒng)·

在此基礎(chǔ)上相繼開(kāi)發(fā)了DECT、PHS、PACS等無(wú)繩公眾通信系統(tǒng)。圖1.7無(wú)繩電話(huà)系統(tǒng)示意圖·

成本低廉是無(wú)繩電話(huà)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)。

以上提到的PAS系統(tǒng)俗稱(chēng)為“小靈通系統(tǒng)”。它是在日本PHS基礎(chǔ)上改進(jìn)的一種無(wú)線市話(huà)系統(tǒng)。圖1.7無(wú)繩電話(huà)系統(tǒng)示意圖4.衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)覆蓋廣、通信距離遠(yuǎn)、不受地理環(huán)境限制、話(huà)音質(zhì)量?jī)?yōu)，但手機(jī)笨重，手機(jī)價(jià)格與通話(huà)費(fèi)用高，傳輸速率低。同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng)離地太遠(yuǎn)（35680km），信號(hào)衰減大，傳輸時(shí)延長(zhǎng)，不利于進(jìn)行全球個(gè)人移動(dòng)通信。中低軌道非同步衛(wèi)星系統(tǒng)中軌：10000km上下；低軌：500~1500km，如銥系統(tǒng)、全球星系統(tǒng)等?！o(wú)線局域網(wǎng)(WirelessLocalAreaNetworks；WLAN)利用無(wú)線技術(shù)在空中傳輸數(shù)據(jù)、話(huà)音和視頻信號(hào)。作為傳統(tǒng)布線網(wǎng)絡(luò)的一種替代方案或延伸，無(wú)線局域網(wǎng)把個(gè)人從辦公桌邊解放了出來(lái)，使他們可以隨時(shí)隨地獲取信息，提高了員工的辦公效率。

WLAN是無(wú)線通信的一個(gè)重要領(lǐng)域，它支持小范圍、低速的游牧移動(dòng)通信。5.無(wú)線局域網(wǎng)目前WLAN常直接稱(chēng)為Wi-Fi（WirelessFidelity）網(wǎng)絡(luò)，Wi-Fi是WLAN的眾標(biāo)準(zhǔn)之一，俗稱(chēng)無(wú)線寬帶，它是一種可以將個(gè)人電腦、手持設(shè)備（手機(jī)、平板電腦）等以無(wú)線方式相互連接的技術(shù)。用戶(hù)只需要打開(kāi)Wi-Fi，就可以方便地進(jìn)行網(wǎng)頁(yè)瀏覽、語(yǔ)音聊天、網(wǎng)絡(luò)視頻，觀看網(wǎng)絡(luò)電視節(jié)目等。6.蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)

蜂窩系統(tǒng)也叫“小區(qū)制”系統(tǒng)。是將所有要覆蓋的地區(qū)劃分為若干個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)的半徑可視用戶(hù)的分布密度在1~10km左右。在每個(gè)小區(qū)設(shè)立一個(gè)基站為本小區(qū)范圍內(nèi)的用戶(hù)服務(wù)。小區(qū)的大小可根據(jù)容量和應(yīng)用環(huán)境決定?！し涓C式公用陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)適用于全自動(dòng)撥號(hào)、全雙工工作、大容量公用移動(dòng)陸地網(wǎng)組網(wǎng)，可與公用電話(huà)網(wǎng)中任何一級(jí)交換中心相連接，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶(hù)與本地電話(huà)網(wǎng)用戶(hù)、長(zhǎng)途電話(huà)網(wǎng)用戶(hù)及國(guó)際電話(huà)網(wǎng)用戶(hù)的通話(huà)接續(xù)。

蜂窩式公用陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)系統(tǒng)具有越區(qū)切換、自動(dòng)或人工漫游、計(jì)費(fèi)及業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)等功能。思考1.移動(dòng)通信的傳輸方式有哪兩種？用于無(wú)線電尋呼系統(tǒng)的是哪一種？2.移動(dòng)通信有哪三種工作方式？公共移動(dòng)通信系統(tǒng)和個(gè)別小型專(zhuān)用系統(tǒng)分別采用的什么工作方式？第2章移動(dòng)通信電波傳播及損耗模型無(wú)線電波傳播的基本特性

2.1移動(dòng)無(wú)線信道的多徑傳播特性2.2描述多徑衰落信道的主要參數(shù)

2.3電波傳播損耗預(yù)測(cè)模型2.5陰影衰落2.42.1無(wú)線電波傳播的基本特性

移動(dòng)通信信道的基本特點(diǎn)有3個(gè)：（1）帶寬有限，它取決于使用的頻率資源和信道的傳播特性；（2）干擾和噪聲影響大，這主要是移動(dòng)通信工作的電磁環(huán)境所決定的；（3）存在著多徑衰落。·

移動(dòng)信道的衰落特性取決于無(wú)線電波的傳播環(huán)境。·移動(dòng)信道復(fù)雜、惡劣的傳播條件這一特征是由在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行無(wú)線通信這一方式本身所決定的。

2.1.1概況·

對(duì)移動(dòng)信道進(jìn)行研究的基本方法有3種。（1）理論分析：缺陷是數(shù)學(xué)模型往往過(guò)于簡(jiǎn)化導(dǎo)致應(yīng)用范圍受限。（2）現(xiàn)場(chǎng)電波傳播實(shí)測(cè)：缺陷是費(fèi)時(shí)費(fèi)力且往往只針對(duì)某個(gè)特定傳播環(huán)境。（3）移動(dòng)信道的計(jì)算機(jī)模擬：能靈活快速地模擬出各種移動(dòng)通信信道，應(yīng)用廣泛?！?/p>

移動(dòng)環(huán)境中電波傳播特性研究的結(jié)果往往用兩種方式給出。

方式一：對(duì)移動(dòng)環(huán)境中電波傳播特性給出某種統(tǒng)計(jì)描述。

方式二：建立電波傳播模型：如圖表、近似計(jì)算公式或計(jì)算機(jī)仿真模型等。無(wú)線電波傳播特性波段波長(zhǎng)頻率主要用途長(zhǎng)波10km～1km30kHz～300kHz—中波1km～100m300kHz～3MHz調(diào)幅無(wú)線電廣播短波100m～10m3MHz～30MHz微波米波（VHF）10m～1m30MHz～300MHz調(diào)頻無(wú)線電廣播分米波（UHF）1m～0.1m300MHz～3GHz電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、移動(dòng)通信厘米波10cm～1cm3GHz～30GHz毫米波10mm～1mm30GHz～300GHz2.1.2無(wú)線電波的傳播方式·

無(wú)線電波從發(fā)射天線發(fā)出，可以沿著不同的途徑和方式到達(dá)接收天線，這與電波頻率和極化方式有關(guān)。f>30MHz時(shí)，主要傳播方式有以下三種：直射波地面反射波地表面波圖2.1電波傳播的主要方式在VHF(米波)、UHF(分米波)移動(dòng)信道中，電波在移動(dòng)通信信道中傳播時(shí)遇到各種障礙物時(shí)會(huì)發(fā)生反射、折射和散射等現(xiàn)象。因此，通過(guò)不同路徑到達(dá)接收機(jī)的電波信號(hào)會(huì)產(chǎn)生衰落現(xiàn)象。直射波傳播按自由空間傳播來(lái)考慮。自由空間傳播指的是天線周?chē)鸀闊o(wú)限大真空時(shí)的電波傳播，是無(wú)線電波的理想傳播模式。在自由空間傳播時(shí)，電波的能量既不會(huì)被障礙物所吸收，也不會(huì)產(chǎn)生反射或散射。2.1.3直射波傳播如果地面上空的大氣層是各向同性的均勻媒質(zhì)，其相對(duì)介電常數(shù)ε和相對(duì)導(dǎo)磁率μ都等于1，傳播路徑上沒(méi)有障礙物阻擋，到達(dá)接收天線的地面反射信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)也可以忽略不計(jì)，則電波可視作在自由空間傳播。

雖然電波在自由空間里傳播不受阻擋，不產(chǎn)生反射、折射、繞射、散射和吸收，但當(dāng)電波經(jīng)過(guò)一段路徑傳播之后，能量仍有衰減，這是由輻射能量的擴(kuò)散而引起的。·

設(shè)該球面上電波的功率密度為S，發(fā)射天線的增益為qr，則有（2.1）（2.2）·

在球面處的接收天線接收到的功率為Ar為接收天線的有效接收面積，即投射到上的電磁波功率全部被接收機(jī)負(fù)載所吸收。圖2.2自由空間的傳輸損耗

可以推出，無(wú)方向性接收天線的有效接收面積為

（2.3）

由式（2.1）、式（2.2）和式（2.3）可得接收功率為

（2.4）·

發(fā)送功率Pt與接收功率Pr之比定義為傳輸損耗，或稱(chēng)系統(tǒng)損耗?！?/p>

經(jīng)推導(dǎo)可得出傳輸損耗Ls的表達(dá)式為

（2.5a）Gt和Gr為發(fā)射和接收天線增益（dB）·

損耗常用分貝表示。·

式（2.5a）也可表示成

（2.5b）d的單位是Km，頻率f的單位是MHz自由空間路徑損耗或自由空間基本傳輸損耗可以表示為

（2.6b）·Lbs單位：dB(分貝)。表示自由空間中兩個(gè)理想點(diǎn)源天線（增益系數(shù)G=1的天線）之間的傳輸損耗。·自由空間是不吸收電磁能量的理想介質(zhì)。式(2.5a)和(2.5b)也可以表示為

(2.6a)2.1.4反射波傳播當(dāng)電波在傳播中遇到兩種不同介質(zhì)的光滑面時(shí)，如果界面尺寸比電波波長(zhǎng)大得多時(shí)會(huì)產(chǎn)生鏡面反射如圖2.3所示。圖2.3反射波與直射波通常，在考慮地面對(duì)電波的反射時(shí)，按平面波處理，即電波在反射點(diǎn)的反射角等于入射角。不同界面的反射特性用反射系數(shù)R表示。它可以用以下公式表示：

(2.7)反射波與直射波的路徑差為

(2.8)式中，d=d1+d2。通常ht+hr<<d,，故(2.9)反射路徑與直射路徑的相位差

(2.10)2π/λ稱(chēng)為傳播相移常數(shù)?！?/p>

當(dāng)傳播路徑遠(yuǎn)大于天線高度時(shí)，并假設(shè)一定的簡(jiǎn)化條件，則接收天線R處的總場(chǎng)強(qiáng)為 （2.11）E0是自由空間單徑傳播的場(chǎng)強(qiáng)。

在實(shí)際移動(dòng)信道中，電波在低層大氣中傳播。由于低層大氣不是均勻介質(zhì)，它的溫度、濕度、氣壓均隨著時(shí)間和空間而變化，因此會(huì)產(chǎn)生折射和吸引現(xiàn)象，從而直接影響視線傳播的極限距離。2.1.5大氣中的電波傳播·

在不考慮傳導(dǎo)電流和介質(zhì)磁化的情況下，可以推出介質(zhì)的折射率n與相對(duì)介電常數(shù)r的關(guān)系為 （2.12）·

大氣折射率n通常很接近于1。

大氣的相對(duì)介電常數(shù)與溫度、濕度和氣壓有關(guān)。大氣高度不同，εr不同?！ぎ?dāng)一束電波通過(guò)折射率n隨高度變化的大氣層時(shí)，由于不同高度上的電波傳播速度不同，從而使電波射束發(fā)生彎曲，彎曲的方向和程度取決于dn/dh（大氣折射率的垂直梯度）。

這種由大氣折射率引起電波傳播方向發(fā)生彎曲的現(xiàn)象，稱(chēng)為大氣對(duì)電波的折射?！?/p>

在實(shí)際傳輸中，大氣最典型的折射出現(xiàn)在電波的水平傳播中。在工程上，大氣折射對(duì)電波傳播的影響通常用地球等效半徑來(lái)表征，即認(rèn)為電波依然按直線方向行進(jìn)，只是地球的實(shí)際半徑R0(6.37×106m)變成了等效半徑Re。等效地球半徑：電波在以等效地球半徑Re為半徑的球面上空沿直線傳播與電波在實(shí)際地球上空沿曲線傳播等效。等效地球半徑示意圖·

定義K為等效地球半徑系數(shù)，即

（2.14）·

則等效地球半徑與實(shí)際地球半徑的關(guān)系為

在標(biāo)準(zhǔn)大氣折射情況下，等效地球半徑系數(shù)k=4/3，等效地球半徑Re=8500km。電波傳播在大氣中折射分為3種類(lèi)型：（1）無(wú)折射：dn/dh=0,K=1,Re=R0。此情況下，大氣是均勻的，電波沿直線傳播。如圖2.4①所示

（2）負(fù)折射：dn/dh＞0,K＜1,Re＜R0。此情況下，大氣折射率隨高度的增加而增大，電波傳播向上彎曲。如圖2.4②所示。

（3）正折射：dn/dh＜0,K＞1,Re＞R0。此情況下，大氣折射率隨高度的增加而減小，電波傳播向下彎曲。如圖2.4③④所示。

圖2.4大氣折射的幾種情況由前面的分類(lèi)可知，大氣折射有利于超視距的傳播，但在視線距離內(nèi)，由折射現(xiàn)象所產(chǎn)生的折射波會(huì)同直射波同時(shí)存在，從而產(chǎn)生多徑衰落。視線傳播的極限距離可由圖2.5計(jì)算。圖2.5視距傳播的極限距離假設(shè)天線的高度為ht和hr，兩副天線頂點(diǎn)的連線AB與地面相切于C點(diǎn)，Re為等效地球半徑。由于Re遠(yuǎn)大于天線高度，可以證明，自發(fā)射天線頂點(diǎn)A到切點(diǎn)C的距離為

(2.15)同理，由切點(diǎn)C到接收天線頂點(diǎn)B的距離為

(2.16)·在標(biāo)準(zhǔn)大氣折射的情況下，Re=8500km，故上式可寫(xiě)為

（2.18）則視距傳播的極限距離為d可以表示為(2.17)2.1.6障礙物的影響及繞射損耗

在實(shí)際移動(dòng)信道中，電波的直射路徑上存在各種障礙物，由障礙物引起的附加傳播損耗稱(chēng)為繞射損耗?！?/p>

設(shè)發(fā)射天線為T(mén)，是一個(gè)點(diǎn)源天線；接收天線為R?！?/p>

發(fā)射電波沿球面?zhèn)鞑?。TR連線交球面于A0點(diǎn)?！?/p>

根據(jù)惠更斯-菲涅耳原理，對(duì)于處于遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的R點(diǎn)來(lái)說(shuō)，波陣面上的每個(gè)點(diǎn)都可視為二次波源。1．電波傳播的菲涅耳區(qū)圖2.6菲涅耳區(qū)的概念（a）圖2.6菲涅耳區(qū)的概念（a）·

在球面上選擇A1點(diǎn)，使得

（2.19）·

則有一部分能量是沿著TA1R傳送的?！?/p>

這條路徑與直線路徑TR的路徑差為

（2.20）·

所引起的相位差為

（2.21）·

也就是說(shuō)，沿這兩條路徑到達(dá)接收點(diǎn)R的射線之間的相位差為?！?/p>

同樣，可以在球面上選擇點(diǎn)A2，A3，…，An，使得

（2.22）這些點(diǎn)在球面上可以構(gòu)成一系列圓，并將球面分成許多環(huán)形帶Nn，如圖2.6（b）所示。圖2.6菲涅耳區(qū)的概念（b）當(dāng)電波傳播的波陣面的半徑變化時(shí)，具有相同相位特性的環(huán)形帶構(gòu)成的空間區(qū)域就是菲涅耳區(qū)。

第I菲涅耳區(qū)：n=1時(shí)構(gòu)成的菲涅耳區(qū)。理論分析表明：通過(guò)第I菲涅耳區(qū)到達(dá)接收天線R的電磁波能量約占R點(diǎn)接收到的總能量的1/2。如果在這個(gè)區(qū)域內(nèi)有障礙物存在，將會(huì)對(duì)電波傳播產(chǎn)生較大的影響。2．電波傳播的繞射損耗

為了衡量障礙物對(duì)傳播通路的影響程度，定義了菲涅爾余隙的概念。設(shè)障礙物與發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)的相對(duì)位置如圖2.7所示。

負(fù)余隙正余隙如圖2.7所示，障礙物的頂點(diǎn)P到發(fā)射端與接收端的連線TR的距離x稱(chēng)為菲涅耳余隙。2.7障礙物與余隙圖中，縱坐標(biāo)為繞射損耗（即相對(duì)于自由空間傳播損耗的分貝數(shù)），橫坐標(biāo)為x/x1。x為菲涅爾余隙；x1稱(chēng)為第一菲涅爾區(qū)在P點(diǎn)橫截面的半徑，由下列關(guān)系式可求得：（2.23）圖2.8繞射損耗與余隙的關(guān)系結(jié)論：

（1）當(dāng)x/x1＞0.5時(shí)，繞射損耗約為0dB，障礙物對(duì)直射波傳播基本上沒(méi)有影響。因此，在選擇天線高度時(shí)，根據(jù)地形應(yīng)盡可能使服務(wù)區(qū)內(nèi)各處的菲涅爾余隙x＞0.5x1。圖2.8繞射損耗與余隙的關(guān)系（2）當(dāng)x＜0時(shí)，直射波低于障礙物的頂點(diǎn)，衰減急劇增加；（3）當(dāng)x=0，即TR射線從障礙物頂點(diǎn)擦過(guò)時(shí)，附加損耗為6dB。圖2.8繞射損耗與余隙的關(guān)系例2.1電波傳播路徑如圖所示，設(shè)菲涅爾余隙x=-82m,d1=5km,d2=10km,工作頻率為150MHz。試求出電波傳播損耗。例2.1電波傳播路徑如圖所示，設(shè)菲涅爾余隙x=-82m,d1=5km,d2=10km,工作頻率為150MHz。試求出電波傳播損耗。解：自由空間傳播的損耗Lbs為［Lbs］=32.45+20lg150+20lg(5+10)=99.5dB第一菲涅爾區(qū)半徑x1為

式中，λ=c/f,c為光速，f為頻率。

解：所以，x/x1≈-1查繞射損耗與余隙關(guān)系表，得繞射損耗為16.5dB因此，電波傳播的損耗L為［L］=［Lbs］+16.5=116.0dB2.1.1移動(dòng)信道的時(shí)變特性·

移動(dòng)信道是一種時(shí)變信道?！?/p>

無(wú)線電信號(hào)通過(guò)移動(dòng)信道時(shí)會(huì)遭受來(lái)自不同途徑的衰減損害。2.2移動(dòng)無(wú)線信道的多徑傳播特性·

按收信號(hào)功率可表示為·

式（2.21）是信道對(duì)傳輸信號(hào)作用的一般表示式。式中，表示移動(dòng)臺(tái)與基站的距離。(2.24)·這些作用有3類(lèi)。（1）傳播損耗，又稱(chēng)為路徑損耗。其值用表示。其中n為路徑衰減因子，自由空間傳播時(shí)n=2，一般情況下n=3~5。（2）陰影衰落，用表示。

（3）多徑衰落，用表示。

圖2.10陸地移動(dòng)傳播在數(shù)十米波長(zhǎng)范圍內(nèi)，接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的瞬時(shí)值呈現(xiàn)快速變化的特征，這就是多徑衰落引起的，稱(chēng)為快衰落或短區(qū)間衰落。在數(shù)百米波長(zhǎng)范圍內(nèi)，信號(hào)的短區(qū)間中心值也出現(xiàn)緩慢變動(dòng)的特征，這就是陰影衰落。在數(shù)百米或數(shù)千米的區(qū)間內(nèi)，長(zhǎng)區(qū)間中心值隨距離基站位置的變化而變化，服從規(guī)律。這就是傳播損耗。

·

陸地移動(dòng)信道的主要特征是多徑傳播。在移動(dòng)通信中，移動(dòng)臺(tái)往往受到各種障礙物(建筑物、樹(shù)木、植被以及起伏的地形)和其它移動(dòng)體的影響，會(huì)引起電波的反射，如圖2.11所示。2.2.2移動(dòng)環(huán)境的多徑傳播圖2.11多徑傳播示意圖電波的反射導(dǎo)致移動(dòng)臺(tái)的接收信號(hào)是來(lái)自不同傳播路徑的信號(hào)之和，這種現(xiàn)象稱(chēng)為多徑效應(yīng)。多徑效應(yīng)使得接收信號(hào)產(chǎn)生深度且快速的衰落，稱(chēng)為多徑衰落。通常在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，基站用固定的高天線，移動(dòng)臺(tái)用接近地面的低天線。2.2.3多普勒頻移·

當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在運(yùn)動(dòng)中通信時(shí)，接收信號(hào)頻率會(huì)發(fā)生變化，稱(chēng)為多普勒效應(yīng)。·

由多普勒效應(yīng)引起的附加頻移稱(chēng)為多普勒頻移，可用下式表示

（2.25）·與入射角度無(wú)關(guān)，是fD的最大值，稱(chēng)為最大多普勒頻移。圖2.12入射角

例2.2若載波fc=600MHz，移動(dòng)臺(tái)速度v=30km/h,求最大多普勒平移。解：2.3描述多徑衰落信道的主要參數(shù)當(dāng)發(fā)射端發(fā)送一個(gè)極窄的脈沖信號(hào)至移動(dòng)臺(tái)時(shí)，由于在多徑傳播條件下存在著多條長(zhǎng)短不一的傳播路徑，發(fā)射信號(hào)沿各個(gè)路徑到達(dá)接收天線的時(shí)間就不一樣，移動(dòng)臺(tái)所接收的信號(hào)是由多個(gè)時(shí)延信號(hào)構(gòu)成，產(chǎn)生時(shí)延擴(kuò)展（TimeDelaySpread）,如圖2.13所示。圖2.13時(shí)延擴(kuò)展示意圖當(dāng)發(fā)射端發(fā)送一個(gè)極窄的脈沖信號(hào)至移動(dòng)臺(tái)時(shí)，由于在多徑傳播條件下存在著多條長(zhǎng)短不一的傳播路徑，發(fā)射信號(hào)沿各個(gè)路徑到達(dá)接收天線的時(shí)間就不一樣，移動(dòng)臺(tái)所接收的信號(hào)是由多個(gè)時(shí)延信號(hào)構(gòu)成，產(chǎn)生時(shí)延擴(kuò)展（TimeDelaySpread）,如圖2.13所示。2.3.1時(shí)延擴(kuò)展時(shí)延擴(kuò)展可用實(shí)測(cè)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)平均的方法來(lái)定義。利用寬帶偽噪聲信號(hào)所測(cè)得的典型時(shí)延譜曲線如圖2.14所示。圖2.14典型的時(shí)延譜曲線·

定義P(τ)的一階矩為平均時(shí)延τm，P(τ)的均方根值為時(shí)延擴(kuò)展，即 （2.26）

（2.27）圖2.14典型的時(shí)延譜曲線2.3.2相關(guān)帶寬對(duì)于移動(dòng)信道來(lái)說(shuō)，存在一個(gè)相關(guān)帶寬。當(dāng)信號(hào)通過(guò)移動(dòng)通信信道時(shí)，會(huì)引起多徑衰落。根據(jù)多徑信號(hào)中各不同分量的衰落是否相同，可將衰落分為頻率選擇性衰落和非頻率選擇性衰落。當(dāng)信號(hào)帶寬大于相關(guān)帶寬時(shí)，發(fā)生頻率選擇性衰落；當(dāng)信號(hào)的帶寬小于相關(guān)帶寬時(shí)，發(fā)生非頻率選擇性衰落（平坦衰落）。頻率選擇性衰落是指信號(hào)中各分量的衰落狀況與頻率有關(guān)，即傳輸信道對(duì)信號(hào)中不同頻率分量有不同的隨機(jī)響應(yīng)。時(shí)延擴(kuò)展將導(dǎo)致頻率選擇性衰落，若信號(hào)帶寬過(guò)大，會(huì)引起嚴(yán)重失真。非頻率選擇性衰落是指信號(hào)中各分量的衰落狀況與頻率無(wú)關(guān)。衰落信號(hào)的波形不失真?！?/p>

考慮頻率分別為f1和f2的兩個(gè)信號(hào)的包絡(luò)相關(guān)性。·

這種相關(guān)性可由兩信號(hào)的相關(guān)系數(shù)（歸一化的相關(guān)函數(shù)）得出?！?/p>

由圖2.15可知，當(dāng)兩信號(hào)頻率間隔增加時(shí)，相關(guān)系數(shù)減小，也就是信號(hào)的不一致性增加。圖2.15相關(guān)系數(shù)曲線·將信號(hào)包絡(luò)相關(guān)系數(shù)等于0.5時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率間隔定義為相關(guān)帶寬Bc，即 （2.28）·實(shí)際應(yīng)用中，常用最大時(shí)延Tm的倒數(shù)來(lái)規(guī)定相關(guān)帶寬，即 （2.29）若所傳輸?shù)男盘?hào)帶寬較寬，以至與Bc可比擬時(shí)，則所傳輸?shù)男盘?hào)將產(chǎn)生明顯的畸變。2.4陰影衰落

·

當(dāng)電波在傳播路徑上遇到起伏地形、建筑物、植被（高大的樹(shù)木）等障礙物的阻擋時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)的陰影。移動(dòng)臺(tái)在運(yùn)動(dòng)中通過(guò)不同障礙物的陰影時(shí)，就構(gòu)成接收天線處場(chǎng)強(qiáng)中值的變化，從而引起衰落，稱(chēng)為陰影衰落。由于這種衰落變化速率較慢，又稱(chēng)為慢衰落。·

陰影衰落是長(zhǎng)期衰落（大尺度衰落），其信號(hào)電平起伏是相對(duì)緩慢的。它的特點(diǎn)是衰落與無(wú)線電傳播地形和地物的分布、高度有關(guān)。圖2.16陰影衰落

·陰影衰落一般表示為電波傳播距離r的m次冪與表示陰影損耗的正態(tài)對(duì)數(shù)分量的乘積。移動(dòng)用戶(hù)和基站之間的距離為r時(shí)，傳播路徑損耗和陰影衰落可以表示為（2.30）

·當(dāng)用dB表示時(shí)，上式變?yōu)椋?.31）2.5電波傳播損耗預(yù)測(cè)模型

1.地形特征參數(shù)

（1）地形波動(dòng)高度Δh地形波動(dòng)高度Δh在平均意義上描述電波傳播路徑中地形變化的程度。Δh定義為：沿傳播方向，距接收地點(diǎn)10km范圍內(nèi)，10%高度線和90%高度線的高度差，如圖2.17所示。2.5.1電波傳播的地形環(huán)境圖2.17地形波動(dòng)高度Δh（2）天線有效高度移動(dòng)臺(tái)天線有效高度定義為移動(dòng)臺(tái)天線距地面的實(shí)際高度。基站天線有效高度hb定義為沿電波傳播方向，距基站天線3～15km的范圍內(nèi)平均地面高度以上的天線高度，如圖2.18所示。圖2.18基站天線有效高度2.地形分類(lèi)實(shí)際地形雖然千差萬(wàn)別，但從電波傳播的角度考慮，可分為兩大類(lèi)，即準(zhǔn)平坦地形和不規(guī)則地形。準(zhǔn)平坦地形是指該地區(qū)的地形波動(dòng)高度在20m以?xún)?nèi)，而且起伏緩慢、地形峰頂與谷底之間的水平距離大于地面波動(dòng)高度，在以公里計(jì)的范圍內(nèi)，其平均地面高度差仍在20m以?xún)?nèi)。不規(guī)則地形是指除準(zhǔn)平坦地形之外的其他地形。地形Δh/m地形Δh/m非常平坦地形0~5小山區(qū)80~150平坦地形5~10山區(qū)150~300準(zhǔn)平坦地形10~20陡峭山區(qū)300~700小土崗式起伏地形20~40特別陡峭山區(qū)>>700丘陵地形40~80實(shí)際上，各類(lèi)地形中的主要特征是地形波動(dòng)高度Δh。各類(lèi)地形中Δh的估計(jì)值如表2.1所示。表2.1各類(lèi)地形中Δh的估計(jì)值3.傳播環(huán)境分類(lèi)

（1）開(kāi)闊地區(qū)（2）郊區(qū)（3）中小城市地區(qū)

（4）大城市地區(qū)2.5.1奧村模型該模型的特點(diǎn)：以大城市地區(qū)準(zhǔn)平坦地形的場(chǎng)強(qiáng)中值路徑損耗作為基準(zhǔn)，對(duì)于不同的傳播環(huán)境和地形條件等因素用校正因子加以修正。

該模型的適用范圍：載波頻率在150~2000MHz；離基站不能太近，有效距離為1~100km;天線高度要在30m以上?！kumura模型中大城市地區(qū)準(zhǔn)平坦地形的中值路徑損耗（dB）由下式給出 （2.32）

Lbs為自由空間路徑損耗（dB）。Am(f,d)為大城市地區(qū)當(dāng)基站天線高度hb=200m、移動(dòng)臺(tái)天線高度hm=3m時(shí)相對(duì)自由空間的中值損耗。又稱(chēng)為基本中值損耗。Hb(hb,d)是基站天線高度增益因子。Hm(hm,f)是移動(dòng)臺(tái)天線高度增益因子。圖2.16準(zhǔn)平坦地形市區(qū)相對(duì)于自由空間的基本中值損耗圖2.17基站天線高度增益因子圖2.18移動(dòng)臺(tái)天線高度增益因子

例2.3某一移動(dòng)信道，工作頻段為450MHz，基站天線高度為50m，天線增益為6dB，移動(dòng)臺(tái)天線高度為3m，天線增益為0dB；在市區(qū)工作，傳播路徑為準(zhǔn)平坦地形，通信距離為10km，求傳播路徑的中值路徑損耗。解：自由空間傳播損耗

Lfs=

32.45+20lgf+20lgd-10lg(GtGr)=

32.45+20lg450+20lg10-6=

99.5dB因?yàn)楣ぷ髟跍?zhǔn)平坦地形，由圖2.16查得，市區(qū)基本中值損耗為

Am(f,d)=Am(450,10)=27dB由圖2.17查得，基站天線高度增益因子

Hb(hb,d)=Hb(50,10)=-12dB

由圖2.18查得，移動(dòng)臺(tái)天線高度增益因子

Hm(hm,f)=Hm(3,450)=0dB所以，傳播路徑中值損耗為

=99.5+27+12=138.5dB2.5.2Hata模型Hata模型是根據(jù)奧村Okumura用圖表給出的路徑損耗數(shù)據(jù)歸納出的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，該公式適用的頻率范圍為150~1500MHz。該模型的特點(diǎn)是：以準(zhǔn)平坦地形大城市地區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)中值路徑損耗作為基準(zhǔn)，對(duì)不同的傳播環(huán)境和地形條件等因素用校正因子加以修正。·

中值路徑損耗的經(jīng)驗(yàn)公式為

（2.33）2．中小城市修正因子（除大城市以外的其它所有城市）

1．大城市修正因子（建筑物平均高度超過(guò)15m）α(hm)=8.29[lg(1.54hm)]2-1.1dB150MHz≤f≤300MHz(2.34)α(hm)=3.2[lg(11.75hm)]2-4.97dB400MHz≤f≤1500MHz(2.35)α(hm)=（1.1lgf-0.7）hm－（1.56lgf－0.8）(2.36)歐洲研究委員會(huì)COST-231對(duì)Hata模型進(jìn)行了擴(kuò)展，使它適用于PCS系統(tǒng)，適用頻率也達(dá)到了2GHz。這種模型考慮到了自由空間損耗、沿傳播路徑的繞射損耗以及移動(dòng)臺(tái)與周?chē)ㄖ蓓斨g的損耗。

Hata模型的擴(kuò)展已被用于微小區(qū)的實(shí)際工程設(shè)計(jì)。2.5.3Hata模型擴(kuò)展

Lb=46.3+33.91gf－13.82lghb－α(hm)+（44.9－6.55lghb）lgd+CM

(2.37) (2.32)式中，α(hm)由式(2.29)、式(2.30)和式(2.31)計(jì)算，CM由下式給出CM=0dB中等城市和郊區(qū)(2.38a)CM=3dB市中心(2.38b)擴(kuò)展Hata模型的市區(qū)路徑損耗的計(jì)算公式：1.室內(nèi)辦公環(huán)境模型這類(lèi)傳播環(huán)境的特點(diǎn)是小區(qū)小、反射功率低。由于墻壁、地板和各種分隔、阻擋物的阻擋和電波的散射，使路徑衰落規(guī)律發(fā)生了變化，衰落特性在萊斯到瑞利之間變化。同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生陰影效應(yīng)。2.5.4IMT-2000模型2.室外到室內(nèi)徒步環(huán)境小區(qū)小、反射功率低也是這類(lèi)環(huán)境的特點(diǎn)?；疚挥谑彝猓炀€高度低，步行用戶(hù)在街道上或建筑物內(nèi)時(shí)，時(shí)延擴(kuò)展在100~1800ns間變化。3.車(chē)載環(huán)境這種環(huán)境的特點(diǎn)是小區(qū)較大，反射功率較高。在丘陵和多山地形環(huán)境下，隆起的道路上時(shí)延擴(kuò)展在0.4~12ms間變化。某一移動(dòng)通信系統(tǒng)，基站天線高度為100m，天線增益Gb=6dB，移動(dòng)臺(tái)天線高度為3m，Gm=0dB，市區(qū)為中等起伏地，通信距離為10km，工作頻率為150MHz，試求：傳播路徑上的中值損耗；（注：lg150=2.176）思考與練習(xí)第3章編碼及調(diào)制技術(shù)信源編碼概述

3.1信道編碼概述3.2調(diào)制技術(shù)概述3.3線性調(diào)制技術(shù)

3.4恒定包絡(luò)調(diào)制技術(shù)3.5擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)3.6信息：是事物行為、狀態(tài)的表征?！靶畔⒔粨Q”過(guò)程：將信息脫離源事物而附著于另一種事物的過(guò)程。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)信息傳輸?shù)馁|(zhì)量要求越來(lái)越高，不僅要求快速、高效、可靠地傳遞信息，還要求信息傳遞過(guò)程中保證信息不被偽造和篡改。3.1信源編碼概述·

信息傳輸?shù)幕灸Ｐ腿鐖D3.1所示。圖3.1信息傳輸?shù)囊话隳Ｐ托旁矗寒a(chǎn)生消息和消息序列的來(lái)源。信源編碼：是對(duì)信源輸出的信息進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖儞Q和處理，目的是為了提高信息的傳輸效率。信源編碼又稱(chēng)為頻帶壓縮編碼或數(shù)據(jù)壓縮編碼。信道編碼：是為了提高信息的可靠性而對(duì)消息進(jìn)行的變換和處理。信道：指通信系統(tǒng)中傳輸信息的媒介，信道中存在噪聲和干擾。譯碼：編碼的逆過(guò)程，將信道輸出的編碼信號(hào)反變換為信息。信宿：接收消息的人或機(jī)器。3.1.1語(yǔ)音編碼·

語(yǔ)音編碼作為一種信源編碼，能夠?qū)⒛M語(yǔ)音信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)以便在信道中傳輸?！?/p>

語(yǔ)音編碼技術(shù)可分為波形編碼、參量編碼和混合編碼等類(lèi)型·

波形編碼將時(shí)間域信號(hào)直接變換為數(shù)字代碼，其目的是盡可能精確地再現(xiàn)原始語(yǔ)音波形。·

波形編碼的基本原理是在時(shí)間軸上對(duì)模擬語(yǔ)音按一定的速率抽樣，然后將幅度樣本分層量化，并用代碼表示。·

波形編碼技術(shù)包括脈沖編碼調(diào)制（PCM）和增量調(diào)制（DM）以及它們的各種改進(jìn)型?！?/p>

參量編碼，又稱(chēng)為聲源編碼，是基于人類(lèi)語(yǔ)言的發(fā)聲機(jī)理，找出表征語(yǔ)音的特征參量，對(duì)特征參量進(jìn)行編碼的一種方法。如線性預(yù)測(cè)編碼(LPC)及其各種改進(jìn)型?！?/p>

混合編碼是近年來(lái)提出的一類(lèi)新的語(yǔ)音編碼技術(shù)，它將波形編碼和參量編碼結(jié)合起來(lái)，力圖保持波形編碼的高質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)以及參量編碼的低速率的優(yōu)點(diǎn)。如碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（CELP）?！?/p>

混合編碼是適合于數(shù)字移動(dòng)通信的語(yǔ)音編碼技術(shù)。·語(yǔ)音編碼技術(shù)首先應(yīng)用于有線通信和保密通信，其中最成熟的實(shí)用數(shù)字語(yǔ)音系統(tǒng)是64kbit/s的PCM。這是一種典型的波形編碼技術(shù)，主要用于有線電話(huà)網(wǎng)，它的語(yǔ)音質(zhì)量好，可與模擬語(yǔ)音相比，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。3.1.2語(yǔ)音編碼技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展另一類(lèi)型的波形編碼是增量調(diào)制（DM），較簡(jiǎn)單且能抗誤碼。當(dāng)速率達(dá)到32~40kbit/s時(shí)，語(yǔ)音質(zhì)量較好；當(dāng)速率在8~16kbit/s時(shí)，語(yǔ)音質(zhì)量較差。速率為24kbit/s的聲碼器是一種典型的采用參量編碼技術(shù)的數(shù)字語(yǔ)音系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是速率低，主要用于軍事保密通信，語(yǔ)音質(zhì)量?jī)H能達(dá)到合成質(zhì)量，且對(duì)背景噪聲敏感?！げㄐ尉幋a的改進(jìn):自適應(yīng)差分PCM（AdaptiveDifferentialPCM，ADPCM）、子帶編碼（Sub-BandCoding，SBC）、自適應(yīng)變換編碼（AdaptiveTransformCoding，ATC）、時(shí)域諧波壓擴(kuò)（TimeDomainHarmonicScaling，TDHS）等。參量編碼的改進(jìn)：多脈沖激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（Multi-PulseExcitedLPC，MPE-LPC）、規(guī)則脈沖激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（RegularPulseExcitedLPC，RPE-LPC）等。移動(dòng)通信對(duì)語(yǔ)音編碼技術(shù)的要求如下：速率較低，純編碼速率應(yīng)低于16kbit/s；在強(qiáng)噪聲環(huán)境中，算法應(yīng)具有較好的抗誤碼性能，以保持較高的語(yǔ)音質(zhì)量；在一定編碼速率下語(yǔ)音質(zhì)量應(yīng)盡可能高；編解碼時(shí)延應(yīng)較短，控制在幾十毫秒之內(nèi)。3.1.3脈沖編碼調(diào)制（PCM）·PCM是一種典型的波形編碼技術(shù)，是最早提出的語(yǔ)音編碼方法，至今仍被廣泛采用，尤其在有線通信網(wǎng)中。PCM的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)簡(jiǎn)單、無(wú)時(shí)延，對(duì)語(yǔ)音信號(hào)和其他類(lèi)型信號(hào)都能可靠地編碼傳輸。圖3.2PCM原理框圖抽樣:對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行周期性?huà)呙?，把時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間上離散的信號(hào)。量化:把經(jīng)過(guò)抽樣得到的瞬時(shí)值的幅度離散化，即用一組規(guī)定的電平，把瞬時(shí)抽樣值用最接近的電平值來(lái)表示。·

一般語(yǔ)音信號(hào)的帶寬為300～3

400Hz，編碼時(shí)通常采用的抽樣速率為，如果采用8比特量化，則單路語(yǔ)音編碼的比特速率為64kbit/s。編碼：用一組二進(jìn)制碼組來(lái)表示每一個(gè)有固定電平的量化值。線性預(yù)測(cè)編碼（linearpredictivecoding,LPC）方法是一種參數(shù)編碼方式。參數(shù)編碼的基礎(chǔ)是人類(lèi)語(yǔ)音的生成模型，通過(guò)這個(gè)模型，提取語(yǔ)音的特征參數(shù)，然后對(duì)特征參數(shù)進(jìn)行編碼傳輸。3.1.4線性預(yù)測(cè)編碼（LPC）在線性預(yù)測(cè)編碼中，將語(yǔ)音激勵(lì)信號(hào)簡(jiǎn)單地劃分為濁音信號(hào)和清音信號(hào)。濁音信號(hào)可以用準(zhǔn)周期脈沖序列激勵(lì)信號(hào)來(lái)表示，清音信號(hào)可以用白色隨機(jī)噪聲激勵(lì)信號(hào)來(lái)表示。發(fā)送端：原始話(huà)音信號(hào)送入A／D變換器，以8kHz速率抽樣變成數(shù)字化語(yǔ)音信號(hào)。以180個(gè)抽樣樣值為一幀，以一幀為處理單元逐幀完成每一幀的線性預(yù)測(cè)系數(shù)分析，并作相應(yīng)的清／濁音（u/v）處理、基音Tp提取，再對(duì)這些參量進(jìn)行量化、編碼并送入信道傳送。接收端：經(jīng)參量譯碼分出參量、G、Tp、u/v，以這些參數(shù)作為合成語(yǔ)音信號(hào)的參量，最后將合成產(chǎn)生的數(shù)字化語(yǔ)聲信號(hào)經(jīng)D／A變換還原為語(yǔ)聲信號(hào)。圖3.3線性預(yù)測(cè)編譯碼原理3.1.5IS-95語(yǔ)音編碼（CELP）CELP(CodeExcitedLinearPrediction，碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼)是一種混合編碼方式，也是近10年來(lái)最成功的語(yǔ)音編碼算法。CELP語(yǔ)音編碼算法用線性預(yù)測(cè)提取聲道參數(shù)，用一個(gè)包含許多典型的激勵(lì)矢量的碼本作為激勵(lì)參數(shù)，每次編碼時(shí)都在這個(gè)碼本中搜索一個(gè)最佳的激勵(lì)矢量，這個(gè)激勵(lì)矢量的編碼值就是這個(gè)序列的碼本中的序號(hào)。·

CELP能改善語(yǔ)音的質(zhì)量，主要體現(xiàn)在以下幾方面：①對(duì)誤差信號(hào)進(jìn)行感覺(jué)加權(quán)，利用人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)的掩蔽特性來(lái)提高語(yǔ)音的主觀質(zhì)量；②用分?jǐn)?shù)延遲改進(jìn)基音預(yù)測(cè)，使?jié)嵋舻谋磉_(dá)更為準(zhǔn)確，尤其改善了女性語(yǔ)音的質(zhì)量；③使用修正的MSPE準(zhǔn)則來(lái)尋找“最佳”的延遲，使得基音周期延遲的外形更為平滑；④根據(jù)長(zhǎng)時(shí)預(yù)測(cè)的效率，調(diào)整隨機(jī)激勵(lì)矢量的大小，提高語(yǔ)音的主觀質(zhì)量；⑤使用基于信道錯(cuò)誤率估計(jì)的自適應(yīng)平滑器，在信道誤碼率較高的情況下也能合成自然度較高的語(yǔ)音。3.2信道編碼概述·

信道編碼也稱(chēng)為差錯(cuò)控制編碼，它是以提高信息傳輸?shù)目煽啃詾槟康牡木幋a，它通常通過(guò)增加信源的冗余度來(lái)實(shí)現(xiàn)來(lái)改善信道鏈路的性能。用于檢測(cè)錯(cuò)誤的信道編碼稱(chēng)為檢錯(cuò)編碼，既可檢錯(cuò)又可糾錯(cuò)的信道編碼稱(chēng)為糾錯(cuò)編碼?！?/p>

香農(nóng)論證了通過(guò)對(duì)信息的恰當(dāng)編碼，可以將由于信道噪聲而導(dǎo)致的錯(cuò)誤控制在任何誤差范圍之內(nèi)，同時(shí)不需要降低信息傳輸速率?！?/p>

應(yīng)用于加性高斯白噪聲（AdditiveWhiteGaussianNoise，AWGN）信道的香農(nóng)信道容量公式如下:

（3.1）·檢錯(cuò)和糾錯(cuò)技術(shù)的基本思想：通過(guò)在數(shù)據(jù)傳輸中引入冗余來(lái)提高通信的可靠性。冗余的引入將消耗一定的帶寬，這會(huì)降低頻譜效率，但卻能夠大大降低SNR情況下的誤碼率。香農(nóng)指出，只要SNR足夠大，就可以用很寬的帶寬實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)通信。3.2.1分組碼·

信息碼元先按組進(jìn)行劃分，然后對(duì)各信息組按一定規(guī)則加入多余碼元，這些附加監(jiān)督碼元僅與本組的信息碼元有關(guān)，而與其他碼組的信息無(wú)關(guān)，這種編碼方法稱(chēng)為分組編碼。

分組碼是一種前向糾錯(cuò)（ForwardErrorCorrection，F(xiàn)EC）編碼，前向糾錯(cuò)碼的碼字是具有一定糾錯(cuò)能力的碼型，它在接收端解碼后，不僅可以發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，而且能夠判斷錯(cuò)誤碼元所在的位置，并自動(dòng)糾錯(cuò)。分組碼一般用符號(hào)（n，k）表示，其中n是碼組的總位數(shù)，又稱(chēng)為碼組的長(zhǎng)度（碼長(zhǎng)），k是碼組中信息碼元的數(shù)目，n–k=r為碼組中的監(jiān)督碼元數(shù)目?！?/p>

在分組碼中，碼距和碼重是兩個(gè)重要的參數(shù)?！?/p>

分組碼的糾錯(cuò)能力是碼距的函數(shù)，

碼距是指兩個(gè)碼字Ci與Cj間不相同比特的數(shù)目，又稱(chēng)為漢明距離。用公式表示如下：

（3.2）·

最小碼距是碼距集合中的最小值，可表示成

（3.3）最小碼距dmin的大小直接關(guān)系著這種編碼的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力。碼的檢錯(cuò)、糾錯(cuò)能力與最小碼距dmin的關(guān)系分為以下三種情況:（1）為檢測(cè)e個(gè)錯(cuò)碼，要求最小碼距：dmin≥e+1（2）為糾正t個(gè)錯(cuò)碼，要求最小碼距：dmin≥2t+1（3）為糾正t個(gè)錯(cuò)碼，同時(shí)檢測(cè)e個(gè)錯(cuò)碼，要求最小碼距：dmin≥e+t+1(e＞t)·

碼重是碼組中非零元素的數(shù)量?！?/p>

如果采用二進(jìn)制編碼，碼重就是碼組中1的數(shù)目，可用下式表示：

（3.4）1．漢明（Hamming）碼·

Hamming碼是一種簡(jiǎn)單的糾錯(cuò)碼。這種編碼以及由它們衍生的編碼，已被用于數(shù)字通信系統(tǒng)的差錯(cuò)控制中。二進(jìn)制Hamming碼具有如下特性 （3.5）2．Hadamard碼·

一個(gè)N×N的Hadamard矩陣由0和1組成，其任意兩行恰好有N/2個(gè)元素不同?！?/p>

除了一行為全0外，其余行均有N/2個(gè)0和N/2個(gè)1，最小碼距為N/2?！?/p>

當(dāng)N=2時(shí)，Hadamard矩陣為

（3.6）3．循環(huán)（Cyclic）碼·

循環(huán)碼可以由(n-k)次的生成多項(xiàng)式g(p)生成?！?/p>

(n,k)的循環(huán)碼的生成多項(xiàng)式表示如下:

（3.7）·

消息多項(xiàng)式x(p)定義如下:

（3.8）·

而最后生成的碼多項(xiàng)式c(p)如下:

（3.9）4．BCH碼·BCH碼是循環(huán)碼的一個(gè)重要子類(lèi)，糾錯(cuò)能力很強(qiáng)，具有多種碼率，可獲得很大的編碼增益，并能夠在高速方式下實(shí)現(xiàn)。·

二進(jìn)制BCH碼可推廣到非二進(jìn)制BCH碼，它的每個(gè)編碼符號(hào)代表m個(gè)比特。5．RS碼·RS（Reed-Solomon）碼是一種多進(jìn)制BCH碼。把多重碼元當(dāng)成一個(gè)碼元，編成BCH碼，就是RS碼。它能夠糾突發(fā)錯(cuò)誤，通常在連續(xù)編碼系統(tǒng)中采用。3.2.2卷積碼

卷積碼是信道編碼中一類(lèi)重要的編碼方式。卷積碼既能糾正隨機(jī)差錯(cuò)也具有一定的糾正突發(fā)差錯(cuò)的能力。在CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用的就是卷積碼。圖3.4卷積編碼結(jié)構(gòu)它與分組碼的根本區(qū)別：它不是把信息序列分組后再進(jìn)行單獨(dú)編碼，而是由連續(xù)輸入的信息序列得到連續(xù)輸出的已編碼序列。同樣，在卷積碼譯碼過(guò)程中，不僅從此時(shí)刻收到的碼組中提取譯碼信息，而且還要利用以前或以后各時(shí)刻收到的碼組中提取有關(guān)信息。交織編碼主要用來(lái)糾正突發(fā)差錯(cuò)，將突發(fā)差錯(cuò)分散成為隨機(jī)差錯(cuò)而得到糾正。通常，交織編碼與各種糾正隨機(jī)差錯(cuò)的編碼(如卷積碼或其它分組碼)結(jié)合使用，從而具有較強(qiáng)的既能糾正隨機(jī)差錯(cuò)又能糾正突發(fā)差錯(cuò)的能力。交織編碼不像分組碼那樣，它不增加監(jiān)督元，即交織編碼前后，碼速率不變，因此不影響有效性。在移動(dòng)信道中，數(shù)字信號(hào)傳輸常出現(xiàn)成串的突發(fā)差錯(cuò)，因此，數(shù)字化移動(dòng)通信中經(jīng)常使用交織編碼技術(shù)。3.2.3交織編碼在交織編碼之前，先要進(jìn)行分組碼編碼，將待編碼的個(gè)數(shù)據(jù)位進(jìn)行交織。通常，每行由n個(gè)數(shù)據(jù)位組成一個(gè)字，行數(shù)m表示交織的深度，其結(jié)構(gòu)如圖3.5所示：圖3.5常用的交織方法（按列寫(xiě)入，按行讀出）

或者按行寫(xiě)入，按列讀出：

在交織之前，仍先進(jìn)行分組碼編碼，將每個(gè)碼字按行順序存入，然后按列順序讀出并輸出?！?/p>

交織編碼的作用：將源信息分散到不同的時(shí)間段中，這樣，當(dāng)出現(xiàn)深衰落或突發(fā)干擾時(shí)，源信息中的某一塊數(shù)據(jù)不會(huì)被同時(shí)擾亂。并且，源比特在時(shí)間上被分開(kāi)后，還可以利用信道編碼來(lái)減弱信道干擾對(duì)源信息的影響。床前明月光春眠不覺(jué)曉白發(fā)三千丈紅豆生南國(guó)床床前前明明月月光光春春眠眠不不覺(jué)覺(jué)曉曉白白發(fā)發(fā)三三千千丈丈紅紅豆豆生生南南國(guó)國(guó)床春白紅床春白紅前眠發(fā)豆前眠發(fā)豆明不三生明不三生月覺(jué)千南月覺(jué)千南光曉丈國(guó)光曉丈國(guó)床春白紅？？？？？？？？前眠發(fā)豆明不三生明不三生月覺(jué)千南月覺(jué)千南光曉丈國(guó)光曉丈國(guó)床？？前明明月月光光春？？眠不不覺(jué)覺(jué)曉曉白？？發(fā)三三千千丈丈紅？？豆生生南南國(guó)國(guó)信道編碼交織去交織信道解碼突發(fā)錯(cuò)誤

舉例：3.2.4Turbo碼·Turbo碼又稱(chēng)并行級(jí)聯(lián)卷積碼(ParallelConcatenatedConvolutionalCode，PCCC），是由Berrou等人在ICC’93會(huì)議上提出的。·Turbo碼的基本原理：通過(guò)編碼器的巧妙構(gòu)造，即多個(gè)子碼通過(guò)交織器進(jìn)行并行或串行級(jí)聯(lián)（PCC/SCC），然后以類(lèi)似內(nèi)燃機(jī)引擎廢氣反復(fù)利用的機(jī)理進(jìn)行迭代譯碼，從而獲得卓越的糾錯(cuò)性能，Turbo碼也因此得名。Turbo碼的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其他的編碼方式，得到了廣泛的關(guān)注和發(fā)展。圖3.6AWGN信道中的碼率與香農(nóng)限·Turbo碼編碼器是由兩個(gè)反饋的系統(tǒng)卷積碼編碼器通過(guò)一個(gè)隨機(jī)交織器并行連接而成的，編碼后的校驗(yàn)位經(jīng)過(guò)刪余陣產(chǎn)生不同碼率的碼字。圖3.7Turbo碼編碼器結(jié)構(gòu)圖3.8Turbo碼譯碼器結(jié)構(gòu)Turbo碼譯碼器的基本結(jié)構(gòu)如圖3.8所示。它由兩個(gè)軟輸入軟輸出（SISO）譯碼器DEC1和DEC2串行級(jí)聯(lián)組成，交織器與編碼器中所使用的交織器相同。調(diào)制是對(duì)信號(hào)源的編碼信息進(jìn)行處理，使其變?yōu)檫m合傳輸?shù)男问降倪^(guò)程。即是把基帶信號(hào)（信源）轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)相對(duì)基帶頻率而言頻率非常高的帶通信號(hào)。移動(dòng)通信系統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)包括用于第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的模擬調(diào)制技術(shù)和用于現(xiàn)今及未來(lái)系統(tǒng)的數(shù)字調(diào)制技術(shù)。3.3調(diào)制技術(shù)概述

數(shù)字調(diào)制利用數(shù)字信號(hào)來(lái)控制載波的振幅、頻率或相位。常用的3種基本數(shù)字調(diào)制技術(shù)：幅移鍵控(ASK)，頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。模擬調(diào)制利用輸入的模擬信號(hào)來(lái)控制載波(正弦波)的振幅、頻率或相位，從而得到調(diào)幅(AM)、調(diào)頻(FM)或調(diào)相(PM)信號(hào)。3.3.1移動(dòng)通信對(duì)調(diào)制技術(shù)的要求由于移動(dòng)信道的傳播條件非常復(fù)雜、惡劣，在移動(dòng)信道中必須采用一些抗干擾性能強(qiáng)、誤碼性能好、頻譜利用率高的調(diào)制技術(shù)，盡可能地提高單位頻帶內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)的比特速率，以適應(yīng)移動(dòng)通信的要求。

針對(duì)移動(dòng)通信信道的特點(diǎn)，移動(dòng)通信對(duì)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求有：

①所有的技術(shù)必須在規(guī)定頻帶內(nèi)提供高的傳輸效率。②抗干擾性能要強(qiáng)，要使信號(hào)深衰落引起的誤差數(shù)降至最小。③應(yīng)使用高效率的放大器。④在衰落條件下獲得所需要的誤碼率。⑤占用頻帶要窄，帶外幅射要小。⑥同頻復(fù)用的距離小。⑦能提供較高的傳輸速率，使用方便、成本低。·

從技術(shù)方法的角度看，移動(dòng)通信實(shí)用的調(diào)制技術(shù)主要有兩類(lèi)。（1）線性調(diào)制技術(shù)（2）恒定包絡(luò)調(diào)制技術(shù)3.3.2移動(dòng)通信實(shí)用的調(diào)制技術(shù)·

為了減小相位突變，提出了QPSK信號(hào)的兩種改型——交錯(cuò)四相相移鍵控（OQPSK）