移動通信原理

移動通信原理一、 移動通信的主要特點(diǎn)1移動通信必須利用無線電波進(jìn)行信息傳輸2移動通信是在復(fù)雜的通信環(huán)境中進(jìn)行的3移動通信可以利用的頻譜資源非常的有限，而移動通信業(yè)務(wù)量的需求卻與日俱增4移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)多種多樣，網(wǎng)絡(luò)管理和控制必須有效5移動通信設(shè)備(主要是移動臺)必須適于在移動的環(huán)境中使用二、 移動通信系統(tǒng)1無線電尋呼系統(tǒng)2蜂窩移動通信系統(tǒng)3無繩電話系統(tǒng)4集群移動通信系統(tǒng)5移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)6分組無線網(wǎng)三、 移動通信的主要技術(shù)1調(diào)制技術(shù)2移動新到中電波傳輸特性的研究3多址方式4抗干擾措施5組網(wǎng)技術(shù)四、 調(diào)制解調(diào)調(diào)制的目的是把要傳輸?shù)哪M信號或者是數(shù)字信號變換成適合傳輸?shù)母哳l信號。該信號稱為已調(diào)信號。調(diào)制可分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。模擬調(diào)制是利用模擬信號直接調(diào)制載波的振幅、頻率和相位。數(shù)字調(diào)制是利用數(shù)字信號來調(diào)制載波的振幅、頻率和相位。1、 數(shù)字頻率調(diào)制移頻鍵控(FSK)調(diào)制用基帶數(shù)據(jù)信號控制載波頻率，稱為FSK(frequencyshiftkeying)0載波的頻率按照數(shù)字信號1、0的變化而對應(yīng)的變化°FSK可采用包絡(luò)檢波法、相干解調(diào)法和非相干解調(diào)法解調(diào)。包絡(luò)檢波法是指收端采用二個帶通濾波器，其中心頻率分別是F1和F2，它們的輸出經(jīng)過包絡(luò)檢波。如果F1支路的強(qiáng)度大于F2支路的強(qiáng)度，則判為+1,反之-1。然而通常的FSK在頻率轉(zhuǎn)換點(diǎn)上的相位一般并不連續(xù)，這會使載波信號的功率譜產(chǎn)生較大的旁瓣分量。為克服這一缺點(diǎn)，提出改進(jìn)的調(diào)制方式是最小移頻鍵控MSK(minimumshiftkeying)和高斯預(yù)濾波最小移頻鍵控GMSK(Gaussianfilteredminimumshiftkeying)oMSK是一種特殊的FSK，其頻差滿足兩個頻率相互正交(即相關(guān)函數(shù)等于0)的最小頻差，并要求FSK信號的相位連續(xù)。GMSK信號的產(chǎn)生可用簡單的高斯低通濾波器及FM調(diào)制器來實(shí)現(xiàn)。2、 數(shù)字相位調(diào)制移相鍵控(PSK)調(diào)制載波相位按照數(shù)字信號的1、0變化而變化，稱為PSKoPSK(phaseshiftkeying)可采用相干解調(diào)和差分相干解調(diào)。在相同誤比特率的情況下PSK的信噪比要比FSK小3dB四相移相鍵控（QPSK）和交錯四項(xiàng)移相鍵控（OQPSK）正交移相鍵控QPSK（quadraturephaseshiftkeying）調(diào)制，也稱四相移相鍵控（4PSK）調(diào)制。它具有4種相位狀態(tài)，各對應(yīng)于二進(jìn)制的4組數(shù)據(jù)，即00，01，10，11。QPSK信號時兩個PSK信號之和因而它具有和PSK信號相同的頻譜特征和誤比特率性能。交錯正交移相鍵控OQPSK（offsetQPSK）調(diào)制是I、Q兩支路在時間上錯開一個碼元的時間金進(jìn)行調(diào)制，這樣可以避免在Qpsk兩支路中碼元轉(zhuǎn)換總是同時的，使載波可能會產(chǎn)生土兀的相位跳變。3、 正交振幅調(diào)制（QAM）正交振幅調(diào)制（QAM：QuadratureAmplitudeModulation）又稱正交雙邊帶調(diào)制。是將兩路獨(dú)立的基帶波形分別對兩個相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制，所得到的兩路已調(diào)信號疊加起來的過程，稱為正交振幅調(diào)制。在調(diào)制端，數(shù)字信號先經(jīng)過串/并變換分成兩路，分別經(jīng)過2電平到L電平的變換，形成Am、Bm振幅。為了抑制已調(diào)信號的帶外輻射，將兩個信號經(jīng)過與調(diào)制低通濾波器，才分別于相互正交的各路載波相乘，最后將兩路信號相加得到已調(diào)信號。在接收端，輸入的信號和本地恢復(fù)的兩個載波正交信號相乘以后，經(jīng)過低通濾波，多電平判別，L電平到2電平的變換，在經(jīng)過過串/并變換的到輸出數(shù)據(jù)。4、 擴(kuò)展頻譜調(diào)制擴(kuò)展頻譜（SS,spreadspectrum）通信簡稱擴(kuò)頻通信，擴(kuò)頻通信是一種信息傳輸技術(shù)，在發(fā)端采用擴(kuò)頻碼調(diào)制，使信號所占的頻道帶寬遠(yuǎn)大于信息傳輸所需要的帶寬，在接受端采用相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)的解擴(kuò)已恢復(fù)所傳數(shù)據(jù)信息。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)包括：直接序列擴(kuò)頻（DS），跳頻（FH），線性調(diào)頻（Chirp）好處：使得接收機(jī)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(tǒng)的抗干擾能力。5、 多載波調(diào)制多載波傳輸首先把一個高速的數(shù)據(jù)流分解為若干個低速的子數(shù)據(jù)流（這樣每個子數(shù)據(jù)將具有低得多的比特率），然后每個子數(shù)據(jù)流經(jīng)過調(diào)制（符號匹配）和濾波，去調(diào)制相應(yīng)的子載波，從而構(gòu)成多個并行的已調(diào)信號，經(jīng)過合成再傳輸。優(yōu)點(diǎn)：具有較高的傳輸能力和抗衰落、抗干擾能力。五、移動通信的傳播特點(diǎn)和抗衰落技術(shù)1、 無線電波的傳輸特征電波的傳輸方式：1直射波，電波從發(fā)射天線直射到接收天線的傳播方式；2地表面波，是一種沿著地球表面?zhèn)鞑サ碾姶挪ǎ?地面反射波，電波經(jīng)過地面的反射到達(dá)接收天線。電波在大氣中傳輸：1大氣折射，由大氣的折射率的垂直梯度；2視線傳播極限距離，主要與天線的高度有關(guān)。2、 移動信道的特征1移動信道中存在的衰落：直射波、反射波和散射波在接收地點(diǎn)形成干涉場，使信號產(chǎn)生深度且快速的衰落；由于移動臺的不斷運(yùn)動而造成的衰落比多經(jīng)衰落慢得多，是慢衰落；由于大氣的折射率的平緩的變化造成的衰落更加緩慢。2電波信號的多徑時延。3多普勒效應(yīng)。為了防止因衰落引起的通信中斷，在信道的設(shè)計(jì)中必須使信號的電平留有足夠的的余量，以使中斷率R小于規(guī)定指標(biāo)。這種電平余量叫做衰落儲備。3、 抗衰落技術(shù)：分集接收分集技術(shù)(diversitytechniques)就是研究如何利用多徑信號來改善系統(tǒng)的性能。分集技術(shù)利用多條傳輸相同信息且具有近似相等的平均信號強(qiáng)度和相互獨(dú)立衰落特性的信號路徑，并在接收端對這些信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喜?combining)，以便大大降低多徑衰落的影響，從而改善傳輸?shù)目煽啃?。分集的方式?.空間分集(Spacediversity)?極化分集(polarizationdiversity)3.角度分集(anglediversity)4.頻率分集(frequencydiversity)5.時間分集(timediversity)6場分量分集(fielddiversity)4、 RAKE接收利用多個并行相關(guān)器檢測多徑信號，按照一定的準(zhǔn)則合成一路信號供解調(diào)用的接收機(jī)。接收機(jī)利用多個并行相關(guān)器，獲得多徑信號能量，提高了通信質(zhì)量。5、 糾錯編碼技術(shù)在信息的碼元序列中加入監(jiān)督碼元稱為糾錯編碼技術(shù)，監(jiān)督位碼元所占的比率越大，糾錯能力越強(qiáng)。6、 均衡技術(shù)各種用來處理碼間干擾(ISI)的算法和實(shí)現(xiàn)的方法叫做均衡技術(shù)。在移動的環(huán)境中，由于信道的時變多徑傳播特性，引起嚴(yán)重的碼間干擾，所以素要均衡技術(shù)。六、組網(wǎng)技術(shù)1、 多址技術(shù)A、 頻分多址(FDMA)FDMA為每一個用戶指定了特定信道，這些信道按要求分配給請求服務(wù)的用戶。B、 時分多址(TDMA)TDMA是在一個寬帶的無線載波上，把時間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時隙(無論幀或時隙都是互不重疊的)，每個時隙就是一個通信信道，分配給一個用戶。C、 碼分多址(CDMA)CDMA系統(tǒng)為每個用戶分配了各自特定的地址碼，利用公共信道來傳輸信息。D、 空分多址(SDMA)SDMA(空分多址)方式就是通過空間的分割來區(qū)別不同的用戶。在移動通信中，能實(shí)現(xiàn)空間分割的基本技術(shù)就是采用自適應(yīng)陣列天線，在不同用戶方向上形成不同的波束。2、 區(qū)域覆蓋和信道配置區(qū)域覆蓋：1帶狀網(wǎng)，基站的天線如果用全向輻射，覆蓋的區(qū)域是圓形的，帶狀應(yīng)用有向的天線，是每個小區(qū)呈扁圓形。2蜂窩網(wǎng)，用正六邊形的小區(qū)所用的基站最少，也最經(jīng)濟(jì)。區(qū)群應(yīng)該滿足兩個條件：1區(qū)群之間可以鄰接，且無重疊無縫隙的覆蓋；2鄰接之后的區(qū)群應(yīng)該保持各個相鄰?fù)诺佬^(qū)之間的距離相等。信道的分配方式主要兩種：1分區(qū)分組分配法，2等頻距被配置法3、 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：基站通過傳輸鏈路和交換機(jī)連接，交換機(jī)再與固定的電信網(wǎng)連接，這樣就形成了移動用戶-基站-交換機(jī)-固定網(wǎng)絡(luò)-固定用戶或者移動用戶-基站-交換機(jī)-基站-移動用戶等不同情況的通信鏈路。4、 信令

信令是移動臺與交換系統(tǒng)之間、交換系統(tǒng)與交換系統(tǒng)之間相互傳送的地址信息、管理信息（包括呼叫建立、信道分配與保持信息、拆線信息甚至計(jì)費(fèi)信息等）以及其它交換信息。（1）按信令的傳輸方式分有共路信令和隨路信令兩種方式。2）按信令的信號形式分有模擬信令和數(shù)字信令。3）按信令的功能分為狀態(tài)標(biāo)志信令、撥號信令、控制信令5、越區(qū)切換和位置管理越區(qū)（過區(qū)）切換（Handover或Handoff）是指將當(dāng)前正在進(jìn)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。在移動通信系統(tǒng)中，用戶可在系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)任意移動。為了能把一個呼叫傳送到一個隨機(jī)移動用戶，就必須有一個高效的位置管理系統(tǒng)來跟蹤用戶的位置變化。位置管理包括兩個主要任務(wù)：位置登記（LocationRegistration）和呼叫傳遞（CallDelivery）o與任務(wù)相關(guān)的問題是：位置更新（LocationUpdate）和尋呼（Paging）七、數(shù)字蜂窩網(wǎng)，時分多址（TDMA）GSM系統(tǒng)的主要組成OSS:操作支持子系統(tǒng)BSS:基站子系統(tǒng)OMC：操作維護(hù)中心NMC：網(wǎng)路管理中心PCS：用戶識別卡個人化中心NSS:網(wǎng)路子系統(tǒng)MSC:移動業(yè)務(wù)交換中心 VLR:來訪用戶位置寄存器HLR：歸屬用戶位置寄存器 SEMC：安全性管理中心AUC：鑒權(quán)中心EIR:移動設(shè)備識別寄存器BSC：基站控制器BTS：基站收發(fā)信臺PDN:公用數(shù)據(jù)網(wǎng)PSTN:公用電話網(wǎng)ISDN：綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)MS：移動臺DPPS：數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)GSM系統(tǒng)的主要接口Um接口Abis接口Um接口Abis接口A接口GSM系統(tǒng)的主要接口是指A接口、Abis接口和Um接口。A接口定義為網(wǎng)路子系統(tǒng)（NSS）與基站子系統(tǒng)（BSS）之間的通信接口，其物理鏈接通過采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mb/sPCM數(shù)字傳輸鏈路來實(shí)現(xiàn)。Abis接口定義為基站子系統(tǒng)的兩個功能實(shí)體基站控制器（BSC）和基站收發(fā)信臺（BTS）之間的通信