移动通信的基本技术课件.ppt
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- 移动 通信 基本 技术 课件
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1、移动通信技术 基本原理课程结构概述概述1移动通信的电波传输移动通信的电波传输2移动通信的干扰和噪声移动通信的干扰和噪声3移动通信的基本技术移动通信的基本技术4移动通信的组网技术移动通信的组网技术54 4.1 1多址接入技术多址接入技术4.24.2语音编码技术语音编码技术4.34.3信道编码和交织技术信道编码和交织技术4.44.4数字调制技术数字调制技术4.54.5常用的抗衰落、抗干扰技术常用的抗衰落、抗干扰技术4.移动通信的基本技术移动通信的基本技术移动通信系统如何区分不同的用户、不同的基站呢移动通信系统如何区分不同的用户、不同的基站呢对不同用户台和基站发出的信号赋予不同特征对不同用户台和基站
2、发出的信号赋予不同特征多址技术多址技术4.1多址接入技术多址接入技术频分多址频分多址FDMA FDMA(Frequency Division Multiple AccessFrequency Division Multiple Access)时分多址时分多址TDMA TDMA(Time Division Multiple AccessTime Division Multiple Access)码分多址码分多址CDMACDMA(Code Division Multiple AccessCode Division Multiple Access)空分多址空分多址SDMASDMA(Spatial D
3、ivision Multiple Access Spatial Division Multiple Access)4.1多址接入技术多址接入技术FDMAFDMA:是把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道,因此一个频道称为一个信道,不同的用户靠频率来区分。4.1多址接入技术多址接入技术特点:特点:信号功率被集中起来传输,来自邻近信道的干扰用带通滤波器限制。因此滤波器的选择性非常重要。代表:代表:第一代模拟通信系统FDMAf=25kHzTDMATDMA:是把时间分割成周期性的帧,每一帧再分割成若干个时隙,信号根据一定分配原则在预定的时隙(TS)中传输,因此一个时隙称为一个信道。4.1多址接入技
4、术多址接入技术特点:特点:移动台到基站的距离是随机的变化,到达基站的信号传输时延是不固定的,所以系统同步非常关键。代表:代表:第二代蜂窝通信系统GSM系统FDMA+TDMAf=200kHzTS0TS7CDMACDMA:每一移动台被分配一个彼此互不相关的随机的码序列,这种随机码满足正交或者准正交,因此每一个地址码称为一个信道。4.1多址接入技术多址接入技术特点:特点:所有不同的移动台共占同一频率。代表:代表:IS-95 CDMA网络,以及3G等FDMA+CDMA(IS-95)f=1.25MHz(IS-95 CDMA)f=1.25MHz(CDMA2000)f=5MHz(WCDMA)f=1.6MHz
5、(TD-SCDMA)CDMACDMA系统的优点:系统的优点:良好的多址能力,系统内不同用户(基站、信道等)占用相同的频率,靠彼此互不相关的地址码序列来区分采用扩频技术,良好的抗干扰、抗衰落能力系统容量大,由于是自扰系统,具备软容量能够实现软切换,减小掉话率发射功率小(扩频技术扩展了信号带宽,使信号的功率谱密度大大降低),绿色环保续航时间久由于采用扩频技术,安全性能高与窄带信号的兼容性好4.1多址接入技术多址接入技术GSMGSM系统中系统中MSMS语音信号处理过程语音信号处理过程移动台的语音信号处理过程移动台的语音信号处理过程目的目的 为了提高数字信号的有效性以及使模拟信号数字化,并采用有效的编
6、码方式及对信息数据率的压缩,力求以尽可能低的比特率传输与原信号质量相当的信号,这样就可以在有限的带宽范围内容纳更多的用户,提高系统容量。可行性可行性通过算法和技术进行信号的重建。利用人耳对声音感知的生理特性来进一步压缩数据率。采用多种编码方式对数据率进行压缩。4.2移动通信系统中的信源编码移动通信系统中的信源编码实用语音编码技术实用语音编码技术波形编码:波形编码:依据语音信号的时域波形来进行编码,其目的在于尽可能精确地再现原来的语音波形。(PCM、M、SBC、ATC)声源(参量)编码:声源(参量)编码:将语音信息用特定的声源模型表示。仅对仅对语音特征参数进行编码传输因此比特率很低。声源编码的设
7、备称为声码器,如LPC声码器、余弦声码器。混合编码:混合编码:把波形编码的高质量和声码器的高效压缩性融为一体,尤其在16bit/s8kbit/s范围内达到良好的语音质量。有线系统:脉冲编码调制(PCM)64kbit/sGSM:规则脉冲激励长期性预测(RPE-LTP)13kbit/sCDMA:码激励线性预测编码(CELP)8kbit/s4.2语音编码技术语音编码技术4.2语音编码技术语音编码技术GSMGSM系统中系统中MSMS语音信号处理过程语音信号处理过程移动台的语音信号处理过程移动台的语音信号处理过程信道编码的目的:信道编码的目的:提高数字信号的抗干扰、抗衰落能力,使在信道中传输的数字信号本
8、身具有一定的误码判断能力或纠错能力,提高信号传输的可靠性。信源编码 去除冗余成分 实现数据压缩信道编码 添加冗余成分 改善链路的性能信道编码的种类:信道编码的种类:按纠错检错能力:检错码、纠错码、纠删码按检验关系:线性码和非线性码按约束关系:分组码与卷积码4.3信道编码和交织技术信道编码和交织技术分组码:分组码:分组码的实现是将信息序列分组后再单独进行编码,任意码组的监督码元只与本码组的信息码元有关。卷积码:卷积码:卷积码可以说是特殊的分组码,因为它的监督码元不仅与本组的信息码元有关,而且还与前若干组的信息码元有关。这种码的纠错能力强,不仅可纠正随机差错,而且可纠正突发差错。码元分组是信道编码
9、的基本形式!码元分组是信道编码的基本形式!4.3信道编码和交织技术信道编码和交织技术编码中的一些概念编码中的一些概念码字:码字:一组码元,常称为码字(codeword)。码距:码距:在两个码字之间相应的码位上有着不相同的码元的位数之和。约束长度:约束长度:如果监督码组与前面的N个信息码组都有关系,则称约束长度为N。编码效率:编码效率:k/nFECFEC:前向纠错4.3信道编码和交织技术信道编码和交织技术实例:实例:GSMGSM系统的编码系统的编码4.3 信道编码和交织技术信道编码和交织技术无线系统中常见的两类误码:无线系统中常见的两类误码:随机性误码:它是单个码元错误,并且随机地发生,主要由噪
10、声引起;突发性误码:长串连续的块状误码!长串连续的块状误码!主要是由于衰落或阴影造成的。祸不单行啊,怎么办祸不单行啊,怎么办4.3 信道编码和交织技术信道编码和交织技术GSMGSM系统中系统中MSMS语音信号处理过程语音信号处理过程移动台的语音信号处理过程移动台的语音信号处理过程4.3 信道编码和交织技术信道编码和交织技术MRCU原始信息:原始信息:M O T O R O L A C E L L U L A ROOELTLLAOALRM O T OR O L AC E L LU L A RM O T OR O L AC E L LU L A R空中信息:空中信息:M R C U O O E L
11、 T L L A O A L R交织编码交织解码解码信息:解码信息:M O T O R O L A C E L L U L A RMRCUOOELTLLAOALR交织实例(无错):交织实例(无错):MRCU原始信息:原始信息:M O T O R O L A C E L L U L A ROOELTLLAOALRM O T OR O L AC E L LU L A RM O T OR O L AC E L LU L A R空中信息:空中信息:M R C U O O E L T L L A O A L R交织编码交织解码解码信息:解码信息:M O T O R O L A C E L L U L A
12、 RMRCUOOELTLLAOALR4.3 信道编码和交织技术信道编码和交织技术交织实例(出错):交织实例(出错):GSMGSM的交织(隐时间分集)的交织(隐时间分集)4.3 信道编码和交织技术信道编码和交织技术GSMGSM系统中系统中MSMS语音信号处理过程语音信号处理过程移动台的语音信号处理过程移动台的语音信号处理过程数字移动通信中调制方式的选择需满足三大条件:数字移动通信中调制方式的选择需满足三大条件:可靠性:可靠性:即抗干扰性能,选择具有低误比特率的调制方式,其功率谱密度集中于主瓣内;有效性:有效性:它主要体现在选取频谱有效的调制方式上,特别是多进制调制;工程上成本低且易于实现:工程上
13、成本低且易于实现:它主要体现在恒包络与峰平比的性能上。4.4数字调制技术数字调制技术两种基带信号的符号两种基带信号的符号数字通信的目的就是把数字信息,即0或1的信息如何准确而迅速地传输到对方。系统用语音编码、信道编码等技术把话音变换为0与1的二值信息。然后用相应的符号(波形)表示0与1。4.4数字调制技术数字调制技术基带信号与频带信号基带信号与频带信号无线传输的基本:通过调制把基带信号能量的大部分转移到正弦高频分量上,以电波形式发射出去。信号的频谱分析信号的频谱分析一个脉冲波是多种频率不同正弦波的合成。用正弦波组合表示任意波形时。4.4数字调制技术数字调制技术4.4数字调制技术数字调制技术AS
14、KASK频谱的形状频谱的形状a a)基带信号的时间波形基带信号的时间波形 b b)调制信号的频谱调制信号的频谱 a a)3dB3dB等效带宽等效带宽 b)b)等效噪声带宽等效噪声带宽调制的原因及调制信号带宽的定义调制的原因及调制信号带宽的定义4.4数字调制技术数字调制技术数字数字调制调制恒定恒定包络包络不恒定不恒定包络包络ASKASK(幅度键控)(幅度键控)QAMQAM(正交幅度)(正交幅度)MQAMMQAMFSKFSK(移频键控)(移频键控)PSKPSK(移相键控非(移相键控非连续相位路径)连续相位路径)CPMCPM(连续相位调制)(连续相位调制)BFSKBFSKMFSKMFSKBPSKBP
15、SKQPSKQPSKMPSKMPSKMSKMSKGMSKGMSKTFMTFM(平滑调频)(平滑调频)OQPSKOQPSK/4-QPSK/4-QPSKDQPSKDQPSKMASKMASK基本的幅度、角度调制基本的幅度、角度调制1011100基带信号2ASK2DPSK2PSK2FSK4.4数字调制技术数字调制技术0 123 45 67 89 1011121314-12-11-10-9-8-7-6-5-4-3-2-1Eb/N0(dB)BER2ASK2FSK2PSK采用理想的相干解调方式的误比特率采用理想的相干解调方式的误比特率4.4数字调制技术数字调制技术MSKMSK与与FSKFSK对比对比4.4数
16、字调制技术数字调制技术GMSKGMSK与与MSKMSK对比对比4.4数字调制技术数字调制技术数字相位调制数字相位调制QPSKQPSK与与OQPSKOQPSK需考虑的指标:需考虑的指标:频谱效率 功率谱旁瓣 相位跳变4.4数字调制技术数字调制技术正交振幅调制正交振幅调制通过相位和振幅的联合控制,可以得到更高频谱效率的调制方式,从而可在限定的频带内传输更高速率的数据。这对于利用窄带实现高速数字传输是有效的。然而,这种方式容易受衰落的影响。4.4数字调制技术数字调制技术各数字调制方式的频带利用率及各数字调制方式的频带利用率及BERBER性能性能4.4数字调制技术数字调制技术CDMACDMA系统使用的
17、调制技术:系统使用的调制技术:IS-95 CDMA系统:前向信道-BPSK反向信道-OQPSKCDMA2000 1X系统:前向信道-QPSK反向信道OQPSKWCDMA系统前向信道QPSK,以后引入16QAM反向信道-BPSK其他系统使用的调制方式:其他系统使用的调制方式:GSM系统:GMSKGPRS系统:GMSKEDGE系统:8PSK4.4数字调制技术数字调制技术GSMGSM系统中系统中MSMS语音信号处理过程语音信号处理过程移动台的语音信号处理过程移动台的语音信号处理过程1 1、分集接收的概念、分集接收的概念定义:定义:利用多条传输相同信息且具有近似相等的平均信号强度和相互独立衰落特性的信
18、号路径,然后将这多个信号按一定的规则进行合并,使实际接收到的信号具有较大的能量、较小的电平起伏,以减小各种衰落对接收性能的影响,改善传输性能。分集接收包含有两重含义:分集接收包含有两重含义:分散传输:分散传输:使接收端能够获得多个携带同一信息但统计独立的衰落信号;集中处理:集中处理:即把接收到的多个统计独立的衰落信号进行适当的合并(或选择),从而降低衰落的影响,改善系统的接收性能。4.5.1分集技术分集技术2 2、分集方式、分集方式隐分集隐分集是指分集作用隐含在传输信号中,在接收端利用信号处理技术实现的分集。它包括交织编码技术,跳频技术,交织编码技术,跳频技术,直扩技术直扩技术等,一般用在数字
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