無線通信基礎(chǔ)及關(guān)鍵技術(shù)詳解演示文稿

無線通信基礎(chǔ)及關(guān)鍵技術(shù)詳解演示文稿當(dāng)前第1頁\共有57頁\編于星期二\8點（優(yōu)選）無線通信基礎(chǔ)及關(guān)鍵技術(shù)當(dāng)前第2頁\共有57頁\編于星期二\8點主要內(nèi)容一.無線通信特點二.CDMA關(guān)鍵技術(shù)當(dāng)前第3頁\共有57頁\編于星期二\8點無線通信特點復(fù)雜的無線電傳播特性多種干擾系統(tǒng)復(fù)雜有限的頻率資源當(dāng)前第4頁\共有57頁\編于星期二\8點無線通信特點之一

復(fù)雜的無線電傳播特性直射、反射、繞射、散射路徑損耗陰影效應(yīng)多徑衰落遠(yuǎn)近效應(yīng)多普勒頻移當(dāng)前第5頁\共有57頁\編于星期二\8點直射、反射、繞射、散射直射：在視距覆蓋范圍內(nèi)無遮擋的傳播，其信號強度一般最強。反射：從不同建筑物和物體反射后到達接收點的傳播信號，一般信號能量次之。繞射：從較大的山丘、建筑物繞射后到達接收點的傳播信號，一般其強度與反射波相當(dāng)或稍次。散射：由空氣中離子受激后所引起的漫反射到達接收點的傳播信號，其強度最弱。當(dāng)前第6頁\共有57頁\編于星期二\8點路徑損耗路徑損耗是指隨移動臺到基站距離的增加，帶來其自由空間路徑的損耗增加。常用的Okumura模型所定義的自由空間路徑損耗LF公式為：

LF=10log[λ2/(4π)2d2]當(dāng)前第7頁\共有57頁\編于星期二\8點陰影效應(yīng)陰影效應(yīng)是由移動臺與基站之間的山丘、建筑物的遮擋造成的信號強度衰減。陰影效應(yīng)又稱正對數(shù)衰落，或慢衰落。當(dāng)前第8頁\共有57頁\編于星期二\8點多徑衰落多徑衰落是由于山丘、建筑物等的反射、散射或繞射，使得移動臺與基站之間的信號傳播途徑有多條而造成。多徑衰落主要包括瑞利衰落和時延擴展。瑞利衰落是由于接收天線靠近反射物而造成，瑞利衰落又稱快衰落。時延擴展是由于反射物較遠(yuǎn)造成的時延對直射信號形成碼間竄擾。當(dāng)前第9頁\共有57頁\編于星期二\8點瑞利衰落當(dāng)前第10頁\共有57頁\編于星期二\8點遠(yuǎn)近效應(yīng)一般移動臺離基站近，則信號強度高，離基站遠(yuǎn)，則信號強度弱，稱遠(yuǎn)近效應(yīng)。由于遠(yuǎn)近效應(yīng)，強信號對弱信號造成較大干擾。當(dāng)前第11頁\共有57頁\編于星期二\8點多普勒頻移由于移動臺的不斷運動，接收到的載頻將隨運動速度的變化，產(chǎn)生不同的頻移，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。

fD=v*cosα/λ當(dāng)前第12頁\共有57頁\編于星期二\8點無線通信特點之二

多種干擾干擾是蜂窩無線系統(tǒng)性能的主要限制因素，干擾時容量增加的一個重要瓶頸，且常常導(dǎo)致掉話。干擾主要有三種：互調(diào)干擾鄰頻干擾同頻干擾功率控制是減少干擾的一項重要措施。當(dāng)前第13頁\共有57頁\編于星期二\8點互調(diào)干擾互調(diào)干擾主要是系統(tǒng)設(shè)備中非線性引起的，如混頻選擇不好，使非用信號混入，而造成干擾。當(dāng)前第14頁\共有57頁\編于星期二\8點鄰頻干擾鄰頻干擾是指兩個相鄰的頻帶之間的干擾，是由于一個強信號串?dāng)_弱信號信道而造成的干擾。當(dāng)前第15頁\共有57頁\編于星期二\8點同頻干擾同頻干擾是指相同載頻信道之間的干擾。CDMA系統(tǒng)不同用戶工作于相同頻率下，由于碼字的非完全正交性，帶來了同頻干擾。同頻干擾可分為本小區(qū)干擾和鄰小區(qū)干擾，是CDMA系統(tǒng)的主要干擾源。當(dāng)前第16頁\共有57頁\編于星期二\8點無線通信特點之三

系統(tǒng)復(fù)雜漫游切換地址登記(位置更新）頻率和功率控制計費及結(jié)算方式復(fù)雜的系統(tǒng)規(guī)劃對無線收/發(fā)信設(shè)備要求高當(dāng)前第17頁\共有57頁\編于星期二\8點漫游漫游是指在一個移動通信網(wǎng)內(nèi)，無論用戶處于什么位置，系統(tǒng)都能為之提供通信服務(wù)。為了使移動臺在移動過程中仍然能進行通信，它的位置信息必須被存儲在網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫中（HLR、VLR、SGSN或PDSN），而且該位置信息將隨著位置的不斷變化而變化，稱之為自動漫游。當(dāng)前第18頁\共有57頁\編于星期二\8點切換切換是用來滿足移動臺在通信過程中移動仍能保持通話質(zhì)量的一種功能。切換包括硬切換和軟切換。硬切換是指不同頻點或不同制式之間的切換，是先斷后連。軟切換是同頻切換，是先連后斷。當(dāng)前第19頁\共有57頁\編于星期二\8點位置更新一個移動交換中心（MSC)的服務(wù)區(qū)，是由許多位置區(qū)（LA)組成,每個位置區(qū)內(nèi)有若干基站和小區(qū)。當(dāng)移動臺由一個位置區(qū)移動到另一個位置區(qū)時，它會與系統(tǒng)配合，告訴系統(tǒng)它目前所在位置，這個過程稱為位置更新。系統(tǒng)要呼叫該用戶時，只要對該位置區(qū)發(fā)出尋呼即可。當(dāng)前第20頁\共有57頁\編于星期二\8點頻率及功率控制無線信道總是工作于某一無線頻率上，頻率控制包括頻率搜索、測量、跳頻等。為降低干擾和節(jié)省移動臺電源，需進行功率控制，如非連續(xù)發(fā)送、慢速功率控制和快速動態(tài)功率控制等。當(dāng)前第21頁\共有57頁\編于星期二\8點計費及結(jié)算方式由于無線通信用戶“移動性”特點，對計費及結(jié)算提出了更高要求。多種業(yè)務(wù)類型，要求多種計費方式。尤其是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),可能需要按時長計費、按流量計費、按內(nèi)容計費等。當(dāng)前第22頁\共有57頁\編于星期二\8點復(fù)雜的系統(tǒng)規(guī)劃為保證所需覆蓋范圍、系統(tǒng)容量及通信質(zhì)量，除在技術(shù)上采取措施外，還必須進行系統(tǒng)規(guī)劃。無線通信存在復(fù)雜的系統(tǒng)規(guī)劃（包括網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和小區(qū)規(guī)劃），尤其是無線小區(qū)規(guī)劃。當(dāng)前第23頁\共有57頁\編于星期二\8點對移動臺設(shè)備要求高要求移動臺體積小、重量輕、耗電省、堅固耐震、適應(yīng)室外溫度變化。操作簡便、支持多種新業(yè)務(wù)/新功能。支持多頻/多模方式。價格合適。當(dāng)前第24頁\共有57頁\編于星期二\8點收/發(fā)信機工作原理

名詞解釋語音編碼：語音編碼的目的是在保持一定算法復(fù)雜程度和通信時延得前提下，運用盡可能少的信道容量，傳送盡可能高質(zhì)量的語音。語音編碼器分為兩類：波形編碼器和聲碼器。信道編碼：通過在被傳輸數(shù)據(jù)中引入冗余來避免數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)載傳輸過程中出現(xiàn)誤碼。用于檢測錯誤的信道編碼稱為檢錯編碼，即可檢錯又可糾錯的信道編碼叫做糾錯編碼。常見的信道編碼方式有：分組碼（是一種前向糾錯碼FEC)、卷積碼、Turbo碼。均衡：補償時分信道中由于多徑效應(yīng)而產(chǎn)生的碼間干擾的一項技術(shù)。當(dāng)前第25頁\共有57頁\編于星期二\8點收/發(fā)信機工作原理

名詞解釋交織：由于語音編碼將語音頻帶的信息轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝У臄?shù)字信息格式，有些源比特特別重要，而交織器的作用就是將這些源比特分散到不同的時間段中，使系統(tǒng)獲得時間分集。跳頻：在呼叫期間，載波頻率在幾個頻率上變化，以克服瑞利衰落。因瑞利衰落谷點只是對某一個頻點有效，對另一個頻點無效。另外，跳頻與不連續(xù)發(fā)射可以降低干擾，但當(dāng)大負(fù)荷時，所有的發(fā)信機都同時打開，碰撞的機會很大，跳頻的作用體現(xiàn)不出來。若按照4/12分組方案，鄰頻碰撞也無妨，但若采用多頻復(fù)用技術(shù)，鄰頻的距離小于12，彼此干擾變大，若采用跳頻技術(shù)，且負(fù)荷不大時，可以減小碰撞機會。當(dāng)前第26頁\共有57頁\編于星期二\8點收/發(fā)信機工作原理

名詞解釋分集：分集技術(shù)是用來補償衰落信道損耗的，通常通過多個接收天線來實現(xiàn)。最通常的分集技術(shù)是空間分集，幾個分隔開來的天線接到公共的接收系統(tǒng)中，接收機隨時選擇接收到的最佳信號作為輸入。其它分集技術(shù)有極化分集、頻率分集、時間分集。CDMA系統(tǒng)通常使用RAKE接收機，通過時間分集來改善鏈路性能。擴頻調(diào)制：通過調(diào)制，使使用的傳輸帶寬比信號帶寬大幾個數(shù)量集。擴頻調(diào)制可以使很多用戶在一個頻帶中同時使用，而不會產(chǎn)生明顯干擾。多用戶使用時，多徑干擾的環(huán)境中，擴頻系統(tǒng)可提高頻譜效率。當(dāng)前第27頁\共有57頁\編于星期二\8點無線通信特點之四

頻率資源有限頻率資源有限，如何提高頻譜利用率，增加蜂窩系統(tǒng)容量，常用的方法有：減小頻率復(fù)用系數(shù)小區(qū)分裂劃分扇區(qū)有限的頻率資源，還需要不斷采用新技術(shù)來提高頻率利用率、擴大容量，以CDMA為例:CDMA是一種干擾受限系統(tǒng)CDMA的容量是一種軟容量CDMA采用了一些關(guān)鍵技術(shù)來降低干擾、提高頻率利用率、增加容量當(dāng)前第28頁\共有57頁\編于星期二\8點主要內(nèi)容一.無線通信特點二.CDMA關(guān)鍵技術(shù)當(dāng)前第29頁\共有57頁\編于星期二\8點CDMA關(guān)鍵技術(shù)CDMA原理擴頻技術(shù)功率控制分集技術(shù)智能天線多用戶檢測其他當(dāng)前第30頁\共有57頁\編于星期二\8點幾個概念和區(qū)別多址技術(shù)時分多址，頻分多址和碼分多址雙工技術(shù)時分雙工與頻分雙工窄帶系統(tǒng)與寬帶系統(tǒng)單個信道的帶寬與所期望信道的相干帶寬一致一個信道的發(fā)射帶寬大于這個信道的相干帶寬寬帶系統(tǒng)通常能夠帶來頻率分集的優(yōu)勢當(dāng)前第31頁\共有57頁\編于星期二\8點WCDMA用到的碼1、信道化碼channelizationcodes用于區(qū)分同一BTS或UE的不同物理信道OVSF,正交可變擴頻因子碼,用碼樹生成,碼樹每級有擴頻因子SF，區(qū)分物理信道2、擾碼scramblingcodes上行區(qū)分用戶，下行區(qū)分小區(qū)用GOLD碼作為擴頻序列的擾碼,GOLD碼由兩個小M序列相合并而成,上行區(qū)分用戶,下行區(qū)分小區(qū)當(dāng)前第32頁\共有57頁\編于星期二\8點CDMA的碼生成技術(shù)隨機序列（貝努利序列）0和1個數(shù)各一半1或者0連續(xù)個數(shù)的概率，連續(xù)一個為1/2，連續(xù)兩個為1/4，連續(xù)三個為1/8，…移位序列和原序列有一半相同，另一半不同m序列由移位寄存器生成是最大長度的線性移位寄存器序列，周期是2n-1（n為移位寄存器長度）其自相關(guān)函數(shù)只有一個最大值（延遲為零處），其他均為-1，單值性符合貝努利序列性質(zhì)當(dāng)前第33頁\共有57頁\編于星期二\8點Gold序列Gold序列由兩個優(yōu)選的m序列異或而成自相關(guān)函數(shù)有多值，沒有m序列好比m序列多得多由于Gold序列具有良好的自相關(guān)性質(zhì)，用于碼分多址中區(qū)分基站和用戶良好的自相關(guān)性質(zhì)決定了其分段序列之間互相關(guān)很小，可以用于區(qū)分用戶，進行多址當(dāng)前第34頁\共有57頁\編于星期二\8點OVSFOVSF碼的互相關(guān)為零，相互完全正交當(dāng)前第35頁\共有57頁\編于星期二\8點擴頻因子與業(yè)務(wù)速率符號速率×擴頻因子＝碼片速率如WCDMA，碼片速率＝3.84MHz，擴頻因子＝4，則符號速率＝960Kbps；cdma2000-1x，碼片速率＝1.2288MHz，擴頻因子＝64，則符號速率＝19.2Kbps；符號速率＝（業(yè)務(wù)速率＋校驗碼）×信道編碼×重復(fù)或打孔率如WCDMA，業(yè)務(wù)速率＝384Kbps，信道編碼＝1/3Turbo碼，符號速率＝960Kbps；cdma2000-1x，業(yè)務(wù)速率9.6Kbps，信道編碼＝1/3卷積碼，符號速率＝19.2Kbps；當(dāng)前第36頁\共有57頁\編于星期二\8點

上行:用戶信息經(jīng)過不同OVSF碼擴頻后,再經(jīng)過不同擾碼(區(qū)分用戶)加擾后發(fā)射SCRAMBLINGCODE2OVSFCODE2USER2SIGNAL SCRAMBLINGCODE3OVSFCODE3USER3SIGNALSCRAMBLINGCODE1OVSFCODE1USER1SIGNAL當(dāng)前第37頁\共有57頁\編于星期二\8點

下行:用戶信息經(jīng)過不同OVSF碼擴頻后,在經(jīng)過同一擾碼(區(qū)分小區(qū))加擾后發(fā)射OVSFCODE2USER2SIGNAL OVSFCODE3USER3SIGNALOVSFCODE1USER1SIGNALSCRAMBLINGCODE當(dāng)前第38頁\共有57頁\編于星期二\8點

擴展頻譜通信技術(shù)特征—引入超常的頻率資源冗余度。即傳輸時占用的帶寬遠(yuǎn)大于原始信息所占的帶寬，兩者之比稱為擴頻增益。當(dāng)前第39頁\共有57頁\編于星期二\8點不同的擴頻調(diào)制方式直接擴頻（DS－SS）通過將偽噪聲序列與基帶脈沖數(shù)據(jù)相乘來擴展基帶數(shù)據(jù)，其偽噪聲序列由偽噪聲生成器產(chǎn)生誤碼率受限于多址干擾和遠(yuǎn)近效應(yīng)的影響用功率控制來克服遠(yuǎn)近效應(yīng)，受限于功率檢測的精度跳頻擴頻（FH－SS)數(shù)據(jù)以發(fā)射機的載波頻率跳變的方式發(fā)送到表面上隨機的信道中每個信道上，在發(fā)射機再次調(diào)頻之前，數(shù)據(jù)用傳統(tǒng)的窄帶調(diào)制方式發(fā)送一些小的突發(fā)無遠(yuǎn)近效應(yīng)的影響，因為多個用戶不會同時使用同一頻率（Bluetooth技術(shù)、快、慢調(diào)頻）當(dāng)前第40頁\共有57頁\編于星期二\8點直接擴頻調(diào)制技術(shù)擴頻波形由擾碼序列和OVSF疊加產(chǎn)生擴頻通信適合于無線通信環(huán)境有抗干擾能力，每個用戶唯一的擾碼序列或者唯一的OVSF碼，抗多址干擾所有用戶、基站都使用相同的頻率，可以簡化頻率規(guī)劃工作良好的抗多徑干擾特性：RAKE接收機利用多徑分量同時由于寬帶信號的頻率選擇性衰落，反映在時域上，多徑干擾導(dǎo)致傳輸延遲的PN信號和原PN序列的互相關(guān)性減弱，導(dǎo)致延遲信號對接收機的影響減弱當(dāng)前第41頁\共有57頁\編于星期二\8點窄帶系統(tǒng)大衰落發(fā)射信號接收到的衰落信號頻率頻率強度強度大衰落發(fā)射信號接收到的衰落信號頻率頻率強度強度寬帶系統(tǒng)頻率選擇性衰落當(dāng)前第42頁\共有57頁\編于星期二\8點擴頻通信的優(yōu)點抗干擾能力強多個用戶可以同時占用相同頻帶隱蔽性和保密性好極低功率傳送信號，從而將其隱藏在背景噪聲中，使信號具有極低的被截獲概率利用擴頻碼的偽隨機特性實現(xiàn)保密通信WCDMA采用直接序列（DS）擴頻當(dāng)前第43頁\共有57頁\編于星期二\8點精確的功率控制技術(shù)

精確的功率控制是一種克服遠(yuǎn)近效應(yīng)，對抗衰落、降低干擾的有效辦法，功控主要包括以下幾種：反向鏈路開環(huán)功率控制反向鏈路閉環(huán)功率控制反向鏈路外環(huán)功率控制前向鏈路功率控制當(dāng)前第44頁\共有57頁\編于星期二\8點信道編碼器調(diào)制器信道解調(diào)器信道解碼器偽隨機碼發(fā)生器信息序列輸入偽隨機碼發(fā)生器信息序列輸出直接序列擴展頻譜通信系統(tǒng)原理圖當(dāng)前第45頁\共有57頁\編于星期二\8點直接序列擴頻及調(diào)制后的信號波形當(dāng)前第46頁\共有57頁\編于星期二\8點CDMA寬帶擴頻技術(shù)有效地利用無線信道的頻率選擇性衰落擴頻碼擴頻碼信號合并CDMA擴頻技術(shù)窄帶信號fP(f)寬帶信號P(f)f噪聲P(f)f噪聲+寬帶信號P(f)f信號與噪聲分離P(f)f當(dāng)前第47頁\共有57頁\編于星期二\8點分集技術(shù)是通過自然界無線傳播環(huán)境中的獨立（或至少高度不相關(guān)）多徑信號來實現(xiàn)的相對投資低廉克服小尺度衰落（由移動臺附近物體的復(fù)雜反射引起），可以采用雙天線接收分集克服大尺度衰落（由于周圍環(huán)境地段和地物的差別而導(dǎo)致的陰影區(qū)引起），可以選擇一個所發(fā)信號不在陰影區(qū)的基站－位置選擇發(fā)射分集最大比值合并發(fā)射分集技術(shù)還用來提高無線通信中單用戶的峰值吞吐率當(dāng)前第48頁\共有57頁\編于星期二\8點分集技術(shù)衰落：快衰落，慢衰落分集技術(shù)：多個接收信號(互相獨立)合并處理，是克服衰落的主要辦法，分集有三種類型：時間分集——以超過信道相干時間的時間間隔重復(fù)發(fā)射信號，RAKE接收機，認(rèn)為：一個碼片時間>信道的相關(guān)時間、卷積編碼、交織、檢錯頻率分集——寬帶通信技術(shù)空間分集——多付天線接收、軟切換極化分集——利用水平分量和垂直分量的不相關(guān)性當(dāng)前第49頁\共有57頁\編于星期二\8點發(fā)射分集技術(shù)提高系統(tǒng)下行容量，適應(yīng)非對稱業(yè)務(wù)的需求天線1天線2路徑1路徑2發(fā)射分集處理數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流1數(shù)據(jù)流2恢復(fù)數(shù)據(jù)流發(fā)射分集（OTD方式）原理當(dāng)前第50頁\共有57頁\編于星期二\8點智能天線智能天線技術(shù)提高系統(tǒng)覆蓋范圍，降低發(fā)射功率當(dāng)前第51頁\共有57頁\編于星期二\8點智能天線的小區(qū)配置全向小區(qū)三扇區(qū)小區(qū)智能天線小區(qū)當(dāng)前第52頁\共有57頁\編于星期二\8點智能天線的優(yōu)點高速率用戶帶來很大的干擾，動態(tài)調(diào)整的智能天線陣列的波束跟蹤高速率用戶，起到空間隔離、消除干擾的作用