《移動通信技術(shù)》教學(xué)PPT課件

《移動通信技術(shù)》教學(xué)PPT課件,移動通信技術(shù),移動,通信,技術(shù),教學(xué),PPT,課件 南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院移動通信技術(shù)移動通信技術(shù)通信學(xué)院移動教研室第第1章章 概述概述1 第第4章章 移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)4第第2章章 天線與電波傳播天線與電波傳播2 第第5章章 GSM系統(tǒng)規(guī)劃與優(yōu)化系統(tǒng)規(guī)劃與優(yōu)化5第第3章章 移動通信基本技術(shù)移動通信基本技術(shù)3 第第6章章 CDMA系統(tǒng)規(guī)劃與優(yōu)化系統(tǒng)規(guī)劃與優(yōu)化6 第第7章章 增強覆蓋系統(tǒng)增強覆蓋系統(tǒng)77移動通信技術(shù) 目目 錄錄第3章移動通信基本技術(shù) 目目 錄錄3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)13.3 多址技術(shù)多址技術(shù)33.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)43.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)23.5 信令信令53.6 移動性管理移動性管理63.7 無線資源管理無線資源管理73.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù) 調(diào)調(diào)制制的目的是把要傳輸?shù)哪M信號或數(shù)字信號變換成適合信道傳輸?shù)男盘?。該信號稱為已調(diào)信號。調(diào)制過程用于通信系統(tǒng)的發(fā)端。在接收端需將已調(diào)信號還原成要傳輸?shù)脑夹盘?，該過程稱為解調(diào)解調(diào)。3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù) 按照調(diào)制器輸入信號(該信號稱為調(diào)制信號)的形式，調(diào)制可分為模擬調(diào)制(或連續(xù)調(diào)制)和數(shù)字調(diào)制。模擬調(diào)制是利用輸入的模擬信號直接調(diào)制(或改變)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。數(shù)字調(diào)制是利用數(shù)字信號來控制載波的振幅、頻率或相位。常用的數(shù)字調(diào)制有：幅度鍵控（ASK）、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)等。3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù) 移動通信信道的基本特征是：第一，帶寬有限，它取決于可使用的頻率資源和信道的傳播特性；第二，干擾和噪聲影響大，這主要是移動通信工作的電磁環(huán)境所決定的；第三，存在著多徑衰落。3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù) 針對移動通信信道的特點，移動通信中的數(shù)字調(diào)制技術(shù)應(yīng)具有以下特點：1、在信道衰落條件下，誤碼率要盡可能低。2、發(fā)射頻譜窄，對相鄰信道干擾小。3、高效率的解調(diào)，以降低移動臺功耗，進(jìn)一步縮小體積和成本。4、能提供較高的傳輸速率。5、易于集成。3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù) 目前已在數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用的數(shù)字調(diào)制方案分為如下兩類：1、恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)。例如：2FSK、MSK、GMSK等。具有帶外輻射低、接收機電路簡單等優(yōu)點，但其頻帶利用率比線性調(diào)制技術(shù)稍差一些。2、線性調(diào)制技術(shù)。例如：QPSK、/4-QPSK、MPSK等。具有頻帶利用率高的特點。3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)3.1.1 恒包絡(luò)調(diào)制方案恒包絡(luò)調(diào)制方案 設(shè)輸入到調(diào)制器的比特流為an：1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1,FSK的輸出信號波形為：即當(dāng)輸入為傳號“+1”時，輸出頻率為f1的正弦波；當(dāng)輸入為空號“0”時，輸出頻率為f2的正弦波。1.2FSK3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)2FSK調(diào)制調(diào)制3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)幾個定義：幾個定義：頻差、頻偏、偏移指數(shù)（偏移率或調(diào)制指數(shù)）3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)2.最小移頻鍵控最小移頻鍵控(MSK)MSK：Minimum Shift Keying MSK是一種特殊形式的FSK，其頻差是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)。3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)式中 MSK的信號表達(dá)式為 其頻差f=fm-fs=1/2Tb,頻偏為則調(diào)制指數(shù)為 式中，Tb為輸入數(shù)據(jù)流的比特寬度。3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù) 在給定輸入序列ak情況下，MSK的相位軌跡如圖所示。MSK的附加相位圖 3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù) 舉舉例例：假設(shè)輸入序列ak為-1，-1，+1，-1，+1，+1，+1，-1，+1，信息速率為1000bps，載頻為1000Hz。問：1）+1和-1所對應(yīng)的載波頻率分別是多少？2）在一個碼元周期內(nèi)各包含多少個高頻載波周期？3）試畫出MSK信號的波形圖和附加相位圖。3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù) MSK信號的特點：信號的特點：1、已調(diào)信號振幅是恒定的；2、頻率偏移嚴(yán)格符合1/4Tb,調(diào)制指數(shù)為h=1/2；3、附加相位在一個碼元時間的線性變化/2；4、一個碼元時間是1/4個載波周期的整數(shù)倍；5、在碼元轉(zhuǎn)換時刻，信號的相位是連續(xù)的。3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù) MSK信號的功率譜 3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)3.高斯濾波的最小移頻鍵控高斯濾波的最小移頻鍵控(GMSK)盡管MSK信號已具有較好的頻譜特性和誤比特率性能，但仍不能滿足功率譜在相鄰頻道的取值（即鄰道輻射）低于主瓣峰值60dB以上的要求。這就要求在保持MSK基本特性的基礎(chǔ)上，對MSK的帶外頻譜特性進(jìn)行改造，加快其衰減速度。3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)GMSK信號的產(chǎn)生原理 實際上，MSK信號可以由FM調(diào)制器來產(chǎn)生。MSK信號在碼元轉(zhuǎn)換時刻雖然保持相位連續(xù)，但相位變化是折線，在碼元轉(zhuǎn)換時刻會產(chǎn)生尖角，使其頻譜特性的旁瓣滾降緩慢，帶外輻射也相對較大。3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù) GMSK的相位軌跡的相位軌跡 可見，GMSK相位在碼元轉(zhuǎn)換時刻不僅是連續(xù)的，而且是平滑的。3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)GMSK的功率譜密度 3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)3.1.2 線性調(diào)制技術(shù)線性調(diào)制技術(shù) 1.二相移相鍵控調(diào)制二相移相鍵控調(diào)制(2PSK)設(shè)輸入比特率為an,an=1,n=-+,則PSK的信號形式為 3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)2PSK調(diào)制調(diào)制 3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)2.四相相移鍵控調(diào)制四相相移鍵控調(diào)制(QPSK)和和 交錯四相相移鍵控調(diào)制交錯四相相移鍵控調(diào)制(OQPSK)為了提高頻譜利用率，提出了多進(jìn)制相移鍵控（MPSK）。M進(jìn)制基帶信號對應(yīng)于載波相位差2/M的M個相位值。例如：M=4：QPSK。QPSK：Quadrature（Quaternary）Phase Shift KeyingOQPSK：Offset QPSK 3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù) 假定輸入二進(jìn)制序列為an,an=“+1”或“-1”，則在kTst(k+1)Ts(Ts=2Tb)的區(qū)間內(nèi)，QPSK的產(chǎn)生器的輸出為(令n=2k+1)：3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù) QPSK和OQPSK的星座圖和相位轉(zhuǎn)移圖(a)QPSK (b)OQPSK 3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù) QPSK和OQPSK調(diào)制共同的缺點是：功率譜旁瓣占有的能量大，要求有較寬的帶寬；并且在QPSK和OQPSK輸出端必須有復(fù)雜的濾波器阻帶，否則在移動通信中很難滿足鄰道干擾小于60dB的要求。3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)3./4-QPSK調(diào)制調(diào)制 /4-QPSK是對QPSK信號特性的進(jìn)行改進(jìn)的一種調(diào)制方式。有兩個改進(jìn)：有兩個改進(jìn)：1）將QPSK的最大相位跳變，降為3/4，從而改善了頻譜特性。2）解調(diào)方式。QPSK只能用相干解調(diào)，而/4-QPSK既可以用相干解調(diào)也可以采用非相干解調(diào)。/4-QPSK已應(yīng)用于美國的IS-136數(shù)字蜂窩系統(tǒng)、日本的(個人)數(shù)字蜂窩系統(tǒng)(PDC)和美國的個人接入通信系統(tǒng)(PACS)中。3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù) 已調(diào)信號的相位均勻分割為相間/4的8個相位點，分為兩組，分別用“”，“”表示。設(shè)法使已調(diào)信號的相位在“”和“”之間交替跳變，即如果現(xiàn)在的碼元的相位狀態(tài)是“”組的一個，則下一個碼元的相位狀態(tài)必然是“”組中的某一個。因而，/4-QPSK可能出現(xiàn)的相位跳變?yōu)?4和 3/43.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)/4-QPSK的相位關(guān)系 3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)3.1.3 線性和恒包絡(luò)組合的調(diào)制技術(shù)線性和恒包絡(luò)組合的調(diào)制技術(shù) 正交振幅調(diào)制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)就是一種頻譜利用率很高的調(diào)制方式，其在中、大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)、有線電視網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。通過相位和振幅的聯(lián)合控制，可以得到更高頻譜效率的調(diào)制方式，從而可在限定的頻帶內(nèi)傳輸更高速率的數(shù)據(jù)。正交振幅調(diào)制利用正交載波對兩路信號分別進(jìn)行雙邊帶抑制載波調(diào)幅形成的。通常有二進(jìn)制QAM(4QAM)、四進(jìn)制QAM(16QAM)、八進(jìn)制QAM(64QAM)、等。3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)4QAM、16QAM、64QAM星座圖 16QAM信號電平與信號狀態(tài)關(guān)系 QAM系統(tǒng)的性能尚比不上QPSK系統(tǒng)，但頻帶利用率高于QPSK，因此在帶限系統(tǒng)中，它是一種很有發(fā)展前途的調(diào)制方式。3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)3.1.4 多載波調(diào)制技術(shù)多載波調(diào)制技術(shù) 多載波調(diào)制(MulticarrierModulation)把數(shù)據(jù)流分解為若干個子數(shù)據(jù)流，從而使子數(shù)據(jù)流具有較低的傳輸速率，利用這些數(shù)據(jù)分別去調(diào)制若干個載波。所以，在多載波調(diào)制信道中，數(shù)據(jù)傳輸速率相對較低，碼元周期加長，只要信號帶寬小于無線信道的相干帶寬時，就不會造成碼間干擾。多載波調(diào)制可以通過多種技術(shù)途徑來實現(xiàn)，如多音實現(xiàn)(MultitoneRealization)、正交多載波調(diào)制(OFDM)、MC-CDMA和編碼MCM(CodedMCM)等。其中，OFDM可以很好的抗多徑干擾，是當(dāng)前研究的一個熱點。3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)OFDM將頻域劃分為多個子信道，各相鄰子信道相互重疊，但不同子信道相互正交。將高速的串行數(shù)據(jù)流分解成若干并行的子數(shù)據(jù)流同時傳輸OFDM子載波的帶寬信道“相干帶寬”時，可以認(rèn)為該信道是“非頻率選擇性信道”，所經(jīng)歷的衰落是“平坦衰落”O(jiān)FDM符號持續(xù)時間信道“相干時間”時，信道可以等效為“線性時不變”系統(tǒng)，降低信道時間選擇性衰落對傳輸系統(tǒng)的影響3.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù) 干擾和衰落是影響通信質(zhì)量的主要因素。移動通信中存在著嚴(yán)重的干擾和衰落現(xiàn)象，因此，必須采取必要的措施來抗干擾和抗衰落。1、采用多種分集技術(shù)和自適應(yīng)均衡技術(shù)；2、利用信道編碼進(jìn)行糾檢錯；3、采用是扇區(qū)天線、多波束天線和自適應(yīng)陣列天線等；4、采用擴頻和調(diào)制技術(shù)；5、選用具有抗ISI和時延擴展能力的調(diào)制技術(shù)：MCM等 6、CDMA系統(tǒng)中，采用干擾抵消和多用戶檢測技術(shù)來減少碼間干擾。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)3.2.1 均衡技術(shù)均衡技術(shù) 在移動環(huán)境中，由于信道的時變多徑傳播特性，引起了嚴(yán)重的碼間干擾，這就需要采用均衡技術(shù)來克服碼間干擾。理論和實踐證明，在數(shù)字通信系統(tǒng)中插入一種可調(diào)濾波器可以校正和補償系統(tǒng)特性，減少碼間干擾的影響。這個對系統(tǒng)校正的過程稱為均衡，這種起補償作用的濾波器稱為均衡器。下圖是帶均衡器的數(shù)字通信系統(tǒng)的等效模型：3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù) 均衡可分為頻域均衡和時域均衡。均衡可分為頻域均衡和時域均衡。頻頻域域均均衡衡從校正系統(tǒng)的頻率特性出發(fā)，使包括均衡器在內(nèi)的基帶系統(tǒng)的總特性滿足無失真?zhèn)鬏敆l件；時時域域均均衡衡利用均衡器產(chǎn)生的時間波形去直接校正已畸變的波形，使包括均衡器在內(nèi)的整個系統(tǒng)的沖激響應(yīng)滿足無碼間串?dāng)_條件。頻域均衡在信道特性不變，且在傳輸?shù)退贁?shù)據(jù)時是適用的。而時域均衡可以根據(jù)信道特性的變化進(jìn)行調(diào)整，能夠有效地減小碼間串?dāng)_，故在高速數(shù)據(jù)傳輸中得以廣泛應(yīng)用。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù) 所謂分集接收，是指接收端對它收到的多個衰落特性互相獨立(攜帶同一信息)的信號進(jìn)行特定的處理，以降低信號電平起伏的辦法。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(jìn)行合并(包括選擇與組合)以降低衰落的影響。3.2.2 分集技術(shù)分集技術(shù) 3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)選擇式分集合并示意圖選擇式分集合并示意圖 為說明問題，下圖給出了一種利用“選擇式”合并法進(jìn)行分集的示意圖。圖中，A與B代表兩個同一來源的獨立衰落信號。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù) 分集技術(shù)的分類有多種：u 若按照“分”劃分：空間分集、頻率分集、時間分集等；u 若按照“集”劃分：選擇式合并、等增益合并和最大比值合并；u 若按照信號傳輸?shù)男问竭M(jìn)行劃分：顯分集和隱分集；u 按照針對不同衰落劃分：宏分集和微分集。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)一、獲得分集信號的方法一、獲得分集信號的方法 （1）空間分集 原理：空間分集的依據(jù)在于快衰落的空間獨立性，即在任意兩個不同的位置上接收同一個信號，只要兩個位置的距離大到一定程度，則兩處所收信號的衰落是不相關(guān)的。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù) 間隔距離d與工作波長、地物及天線高度有關(guān)，在移動信道中，通常?。菏袇^(qū) d=0.5 郊區(qū) d=0.8分集的支路數(shù)越大，效果就越好，但較大時，分集復(fù)雜性增加，則增益的增加變得緩慢。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)（2）頻率分集 原理：由于頻率間隔大于相關(guān)帶寬的兩個信號所遭受的衰落可以認(rèn)為是不相關(guān)的，因此可以用兩個以上不同的頻率傳輸同一信息，以實現(xiàn)頻率分集。相關(guān)帶寬的定義，即：3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)（3）時間分集 原理：快衰落除了具有空間和頻率獨立性之外，還具有時間獨立性，即同一信號在不同的時間區(qū)間多次重發(fā)，只要各次發(fā)送的時間間隔足夠大，那么各次發(fā)送信號所出現(xiàn)的衰落將是彼此獨立的，接收機將重復(fù)收到的同一信號進(jìn)行合并，就能減小衰落的影響。要求數(shù)字信號的重發(fā)時間間隔大于相干時間。疑問：時間分集是否適用于靜止的物體？為什么？3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)（4）極化分集 原理：極化分集的理論依據(jù)是兩個在同一地點極化方向相互正交的天線發(fā)出的信號具有不相關(guān)的衰落特性。具體來講,在發(fā)射端的同一地點分別裝上垂直極化天線和水平極化天線,在接收端的同一位置也分別裝上垂直極化天線和水平極化天線,就可得到兩路衰落特性不相關(guān)的信號。極化分集實際上是空間分集的特殊情況分集支路只有兩路且相互正交。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)時間分集時間分集頻率分集頻率分集空間分集空間分集極化分集極化分集多徑分集多徑分集編碼,交織跳頻多單極化天線雙極化天線均衡器 tfGSM系統(tǒng)的分集技術(shù)系統(tǒng)的分集技術(shù)3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù) 二、分集合并方式二、分集合并方式 接收端收到M(M2)個分集信號后，如何利用這些信號以減小衰落的影響，這就是合并問題。一般均使用線性合并器，把輸入的M個獨立衰落信號相加后合并輸出。假設(shè)M個輸入信號電壓為r1(t)，r2(t),，rM(t)，則合并器輸出電壓r(t)為：式中，ak為第k個信號的加權(quán)系數(shù)。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù) 選擇不同的加權(quán)系數(shù)，就可構(gòu)成不同的合并方式。常用的有以下三種方式：(1)選擇式合并。選擇式合并是指檢測所有分集支路的信號，以選擇其中信噪比最高的那一個支路的信號作為合并器的輸出。由上式可見，在選擇式合并器中，加權(quán)系數(shù)只有一項為1，其余均為0。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù) (2)最大比值合并。其方框圖如下圖所示。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù) 每一支路信號包絡(luò)rk(t)用rk表示。每一支路的加權(quán)系數(shù)ak與信號包絡(luò)rk成正比而與噪聲功率Nk成反比，即：由此可得最大比值合并器輸出的信號包絡(luò)為：式中，下標(biāo)表征最大比值合并方式。由于信號強的支路貢獻(xiàn)多，而信號弱噪聲強的支路被很好抑制，因而最大比值合并是一種比較理想的合并方式。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)(3)等增益合并 等增益合并無需對信號加權(quán)，各支路的信號是等增益相加。等增益合并器輸出的信號包絡(luò)為：3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)（4）比較3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù) 由于無線信號傳播中存在多徑效應(yīng)，即基站發(fā)出的信號經(jīng)不同路徑到達(dá)移動臺處的信號的時間是不同的，如果兩個信號到達(dá)移動臺處的時間差超過一個信號碼元的寬度，RAKE接收機就可將其分別成功解調(diào)，移動臺將各個RAKE接收機收到的信號進(jìn)行矢量相加（即對不同時間到達(dá)移動臺的信號進(jìn)行不同的時間延遲到達(dá)同相），每個接收機可單獨接收一路多徑信號，這樣移動臺就可以處理幾個多徑分量，達(dá)到抗多徑衰落的目的，提高移動臺的接收性能。3.2.3 RAKE接收接收3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù) 信號在傳輸過程中，主要有兩種差錯：隨機差錯：錯碼的出現(xiàn)是隨機的，偶爾有一個或幾個。突發(fā)差錯：錯碼是成串集中出現(xiàn)的。3.2.4 信道編碼和交織信道編碼和交織信道編碼信道編碼交織交織3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù) 一、信道編碼一、信道編碼信道編碼是為了保證通信系統(tǒng)的傳輸可靠性，克服信道中的噪聲和干擾，而專門設(shè)計的一類抗干擾技術(shù)和方法。信道編碼在信息序列上附加上一些監(jiān)督碼元，利用這些冗余的碼元，使原來不規(guī)律的或規(guī)律性不強的原始數(shù)字信號變?yōu)橛幸?guī)律的數(shù)字信號；接收端解碼時則利用這些規(guī)律性來鑒別傳輸過程是否發(fā)生錯誤，或進(jìn)而糾正錯誤。從功能上：檢錯碼（例如CRC碼、ARQ等）、糾錯碼（例如BCH碼、RS碼、卷積碼、Turbo碼等）和混合碼（例如混合ARQ，即HARQ）。從結(jié)構(gòu)和規(guī)律上：線性碼和非線性碼。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù) 1、線性分組碼:線性分組碼中的分組是指編碼方法是按信息分組來進(jìn)行的，而線性則是指編碼規(guī)律即監(jiān)督位（校驗位）與信息位之間的關(guān)系遵從線性規(guī)律，一般記為（n,k），其中n表示碼長，k表示信息位數(shù)，則監(jiān)督碼元長度為n-k。例如（7，3）表示編碼器輸出的碼組長度為n=7，輸入編碼器的信息位長度k=3。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù) 2、卷積碼 分組碼的碼長一般都比較大，譯碼時必須把整個信息碼組存儲起來，由此產(chǎn)生的譯碼時延隨分組碼碼長的增加而增加，為了減少這個延遲，卷積碼就是一種較好的解決方案。卷積碼以編碼規(guī)則遵從卷積運算而得名，一般記為（n，k，m），其中k表示每次輸入編碼器的位數(shù)，n則為每次輸出編碼器的位數(shù)，m表示編碼器中寄存器的個數(shù)，其約束長度為m+1位。每時刻輸出的n位碼元不僅與該時刻輸入的k位碼元有關(guān)，還與m級寄存器記憶的以前若干時刻輸入的信息碼元有關(guān)，所以其是非分組的有記憶編碼。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)分析：該電路輸出的碼組。分析：該電路輸出的碼組。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù) 3、Turbo編碼 香農(nóng)編碼定理指出：如果采用足夠長的隨機編碼，就能逼近香農(nóng)信道容量。但傳統(tǒng)的編碼都有規(guī)則的代數(shù)結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上“隨機”，同時出于對譯碼復(fù)雜度的考慮，碼長也不可能太長，所以傳統(tǒng)的編碼性能與信道容量之間有較大的差距。1993年，兩位法國教授和他們的緬甸籍博士生在ICC會議上發(fā)表的論文中提出了一種全新的編碼方式即Turbo碼，它將兩個簡單分量碼通過偽隨機交織器并行級聯(lián)來構(gòu)造具有偽隨機特性的長碼，使得它的糾錯能力和抗干擾能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其他的編碼方式。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)二、交織二、交織 隱分集技術(shù)主要有交織編碼、擴頻、調(diào)頻等。交織編碼主要用來糾正突發(fā)差錯，即使突發(fā)差錯分散成為隨機差錯而得到糾正。通常，交織編碼與各種糾正隨機差錯的編碼(如卷積碼或其它分組碼)結(jié)合使用，從而具有較強的既能糾正隨機差錯又能糾正突發(fā)差錯的能力。交織編碼不像分組碼那樣，它不增加監(jiān)督元，亦即交織編碼前后，碼速率不變，因此不影響有效性。在移動信道中，數(shù)字信號傳輸常出現(xiàn)成串的突發(fā)差錯，因此，數(shù)字化移動通信中經(jīng)常使用交織編碼技術(shù)。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)信道編碼舉例信道編碼舉例床前明月光床前明月光春眠不覺曉春眠不覺曉白發(fā)三千丈白發(fā)三千丈紅豆生南國紅豆生南國編碼編碼編碼編碼床床前前明明月月光光床床前前明明月月光光春春眠眠不不覺覺曉曉春春眠眠不不覺覺曉曉白白發(fā)發(fā)三三千千丈丈白白發(fā)發(fā)三三千千丈丈紅紅豆豆生生南南國國紅紅豆豆生生南南國國傳輸傳輸傳輸傳輸床？前前明明月月光光床？前前明明月月光光春春眠眠？不覺覺曉曉春春眠眠？不覺覺曉曉白白發(fā)發(fā)三三？千丈？白白發(fā)發(fā)三三？千丈？紅紅豆豆生生南？國國紅紅豆豆生生南？國國解碼解碼信道編碼適合糾正非連續(xù)的少量錯誤信道編碼適合糾正非連續(xù)的少量錯誤3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)床前明月光床前明月光春眠不覺曉春眠不覺曉白發(fā)三千丈白發(fā)三千丈紅豆生南國紅豆生南國編碼編碼編碼編碼床床前前明明月月光光床床前前明明月月光光春春眠眠不不覺覺曉曉春春眠眠不不覺覺曉曉白白發(fā)發(fā)三三千千丈丈白白發(fā)發(fā)三三千千丈丈紅紅豆豆生生南南國國紅紅豆豆生生南南國國傳輸傳輸傳輸傳輸床床前前明？床床前前明？不覺覺曉曉？不覺覺曉曉白白發(fā)發(fā)三三？千丈？白白發(fā)發(fā)三三？千丈？紅紅豆豆生生南？國國紅紅豆豆生生南？國國解碼解碼解碼解碼床前明？床前明？不覺曉？不覺曉白發(fā)三千丈白發(fā)三千丈紅豆生南國紅豆生南國3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)x1 x6 x11 x16 x21x2 x7 x22x3 x8 x23x4 x9 x24x5 x10 x25輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù) A=(x1 x2 x3 x4 x5 x25)輸出數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù) A=(x1 x6 x11 x16 x25)舉例：舉例：優(yōu)點優(yōu)點交織技術(shù)是改變數(shù)據(jù)流的傳輸順序，將突發(fā)的錯誤隨機化。交織技術(shù)是改變數(shù)據(jù)流的傳輸順序，將突發(fā)的錯誤隨機化。提高糾錯編碼的有效性。提高糾錯編碼的有效性。缺點：缺點：由于改變了數(shù)據(jù)流的傳輸順序，必須要等整個數(shù)據(jù)塊接收后由于改變了數(shù)據(jù)流的傳輸順序，必須要等整個數(shù)據(jù)塊接收后才能糾錯，加大了處理延時，因此交織深度應(yīng)根據(jù)不同的業(yè)才能糾錯，加大了處理延時，因此交織深度應(yīng)根據(jù)不同的業(yè)務(wù)要求有不同的選擇。務(wù)要求有不同的選擇。在特殊情況下，若干個隨機獨立差錯有可能交織為突發(fā)差錯。在特殊情況下，若干個隨機獨立差錯有可能交織為突發(fā)差錯。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)床前明月光春眠不覺曉白發(fā)三千丈紅豆生南國床床前前明明月月光光春春眠眠不不覺覺曉曉白白發(fā)發(fā)三三千千丈丈紅紅豆豆生生南南國國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千南月覺千南光曉丈國光曉丈國床春白紅？前眠發(fā)豆明不三生明不三生月覺千南月覺千南光曉丈國光曉丈國床？前明明月月光光春？眠不不覺覺曉曉白？發(fā)三三千千丈丈紅？豆生生南南國國編碼交織去交織解碼突發(fā)錯誤3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù) 什么是智能天線？智能天線原名自適應(yīng)天線陣列（AAA，Adaptive Antenna Array）。最初的智能天線技術(shù)主要用于雷達(dá)、聲納、抗干擾通信、定位、軍事方面等，用來完成空間濾波和定位。近年來，隨著移動通信的發(fā)展以及對移動通信電波傳播、組網(wǎng)技術(shù)、天線理論等方面的研究逐漸深入，智能天線開始用于具有復(fù)雜電波傳播環(huán)境的移動通信。為此,移動通信研究者給應(yīng)用于移動通信的自適應(yīng)天線陣起了一個較吸引人的名字：智能天線，Smart Antenna或Intelligent Antenna 3.2.5 智能天線智能天線3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)智能天線是一個天線陣列：它由多個天線單元組成，不同天線單元對信號施以不同的權(quán)值，然后相加，產(chǎn)生一個輸出信號。原理：使一組天線和對應(yīng)的收發(fā)信機按照一定的方式排列和激勵，利用波的干涉原理可以產(chǎn)生強方向性的輻射方向圖?？辗侄嘀反蟠罂辗侄嘀反蟠笤黾酉到y(tǒng)容量增加系統(tǒng)容量3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)TalkTalk干擾干擾自適應(yīng)陣列基站自適應(yīng)陣列基站普通基站普通基站使用智能天線：能量僅指向小區(qū)內(nèi)處于激活狀態(tài)的移動終端正在通信的移動終端在整個小區(qū)內(nèi)處于受跟蹤狀態(tài)不使用智能天線：能量分布于整個小區(qū)內(nèi)所有小區(qū)內(nèi)的移動終端均相互干擾，此干擾是CDMA容量限制的主要原因3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)智能天線主要有圓陣和線陣。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù) 若同時在發(fā)送端和接收端使用多根天線，即多輸入多輸出（MIMO），如圖所示，則同樣可以提高信噪比。通過理論推算，得到一個近似的容量公式：3.2.6 發(fā)射分集與空時編碼發(fā)射分集與空時編碼 由此可見，信道的容量除了通過增加帶寬提高信噪比外，還可以通過增加天線，向空間索要，這是很有前途的一種想法?？臻g維數(shù)的引入為信號設(shè)計增加了額外的自由度，從而可獲得更好的系統(tǒng)性能，從而引發(fā)了近年來對于空時處理、MIMO系統(tǒng)持續(xù)不斷的研究熱潮。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù) 擴頻通信之所以得到應(yīng)用和發(fā)展，成為現(xiàn)代通信發(fā)展的方向，就是因為它具有許多獨特的性能，其主要特點如下：抗干擾能力強。隱蔽性好?？梢詫崿F(xiàn)碼分多址?？顾ヂ?，抗多徑干擾。3.2.7 擴頻通信擴頻通信3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)1 1、定義、定義SS:Spread Spectrum，指擴展頻譜的通信q擴頻通信定義擴頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方式，其信號所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必需的最小帶寬；頻帶的擴展是通過一個獨立的碼序列來完成，用編碼及調(diào)制的方法來實現(xiàn)的，與所傳信息數(shù)據(jù)無關(guān)；在接收端則利用相同的碼進(jìn)行同步接收、解擴及恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)q發(fā)送信息的頻譜被展寬發(fā)送的信息通過擴頻，將信號能量擴展到很寬的頻帶上，使擴頻通信的信號帶寬與信息帶寬之比則高達(dá)l001000，屬于寬帶通信；q信號的寬帶傳輸是依賴于擴頻碼序列調(diào)制方式來實現(xiàn)的。數(shù)字脈沖信號寬度越窄，其頻譜就越寬。如果很窄的脈沖序列被所傳信息調(diào)制，則可產(chǎn)生很寬頻帶的信號；該窄脈沖序列稱為擴頻信號，即擴頻碼序列；q接收端相關(guān)解調(diào)解擴接收端則用與發(fā)送端完全相同的擴頻碼序列與收到的擴頻信號進(jìn)行相關(guān)解擴，恢復(fù)所傳信息。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)p擴頻解調(diào)器利用本地地址碼的相關(guān)性作解擴處理，有用信號頻譜被恢復(fù)為窄帶譜;窄帶干擾信號則在解擴過程中被擴展成為寬帶譜。解調(diào)后有用信號為窄帶譜，無用信號和干擾為寬帶譜，可以借助于解調(diào)后濾波器去除帶外的無用信號，帶內(nèi)的信噪比就可以大大提高，起到了抑制干擾和無用信號的目的。擴頻調(diào)制擴頻調(diào)制信道信道擴頻解調(diào)擴頻解調(diào)d(t)d(t)c(t)c(t)-Rb(t)-Rb(t)Rb(t)Rb(t)-Rc(t)Rc(t)干擾干擾-Rc(t)Rc(t)AABBCCDDy(t)yr(t)干擾干擾2 2、原理、原理3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)符號符號+1 -1+1 -1 -1 -1 -1+1+1+1擴頻擴頻解擴頻解擴頻碼片碼片d i（t）C i（t）y i（t）-1+1y r（t）C i（t）d r（t）p接收的信號為：接收的信號為：yr（t）=di（t）C i（t）p解擴輸出信號解擴輸出信號dr（t）=yr（t）C i（t）=di（t）C i（t）C i（t）=di（t）3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)q香農(nóng)(Shanon)公式香農(nóng)公式：C=Bw log2(1+S/N)=1.44 Bw ln(1+S/N)C為信道容量，單位為b/s；Bw為傳輸?shù)男盘栴l帶寬度，單位為Hz；S為信號平均功率，N為噪聲平均功率；香農(nóng)公式反映的重要結(jié)論：l 在保持C不變的情況下，增加信號的頻帶寬度，可在較低的信噪比的條件下以任意小的差錯概率來傳輸信息；即用擴展頻譜的方法可以換取信噪比上的好處。l 通過擴展頻譜，提高信號的抗干擾能力，即在強干擾條件下也可以保證安全的通信。3 3、理論基礎(chǔ)、理論基礎(chǔ)3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)q理論分析表明，各種擴頻系統(tǒng)的抗干擾能力大體上都與擴頻信號帶寬與信息帶寬之比成正比，工程上常用分貝(dB)來表示，即：4 4、主要性能指標(biāo)、主要性能指標(biāo) 式式中，稱作擴頻系統(tǒng)的處理增益，它表示了擴頻系統(tǒng)信噪比的改善程度，是擴頻通信系統(tǒng)的一個重要指標(biāo)。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù)q僅僅知道擴頻系統(tǒng)的處理增益，還不能充分的說明系統(tǒng)在干擾環(huán)境下的工作性能。因為系統(tǒng)的正常工作還需要保證輸出端有一定的信噪比，并扣除系統(tǒng)內(nèi)部其他一些損耗，因此引入抗干擾容限，其定義如下：4 4、主要性能指標(biāo)、主要性能指標(biāo)式中，為系統(tǒng)輸出端的信噪比，為系統(tǒng)損耗。3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù) 按照擴展信號頻譜的方式的不同，擴頻通信系統(tǒng)可分為：q直接序列（DS：Direct Sequency）擴頻q跳頻（FH：Frequency Hopping）跳頻就是用一定的碼序列進(jìn)行頻移鍵控調(diào)制，使載波頻率不斷地跳變，所以稱為跳頻。q跳時（TH：Time Hopping）與跳頻相似，跳時是使發(fā)射信號在時間軸上跳變。5 5、分類、分類3.2 抗信道衰落技術(shù)抗信道衰落技術(shù) 蜂窩移動通信系統(tǒng)是以信道來區(qū)分對象的，一個信道只能容納一個用戶進(jìn)行通話，許多同時通話的用戶互相以信道來區(qū)分，這就是多址。如在蜂窩移動通信系統(tǒng)中,多個移動用戶要同時通過一個基站和其他移動用戶進(jìn)行通信,就必須對基站和不同的移動用戶發(fā)出的信號賦予不同的特征,使基站能從眾多移動用戶的信號中區(qū)分出是哪一個移動用戶發(fā)來的信號,同時各個移動用戶又能夠識別出基站發(fā)出的信號中哪個是發(fā)給自己的。蜂窩移動通信系統(tǒng)中多址技術(shù)的簡單模型如圖所示。3.3 多址技術(shù)多址技術(shù) 蜂窩移動通信系統(tǒng)中多址技術(shù)簡單模型 3.3 多址技術(shù)多址技術(shù) 不同的多址方式對通信系統(tǒng)的容量和質(zhì)量影響很大,因此,尋求更好的多址方式就成為重要的研究目標(biāo)。按照信道資源的共享方式,多址技術(shù)通?？煞譃?頻分多址(FDMA,Frequency Division Multiple Access)、時分多址(TDMA,Time Division Multiple Access)碼分多址(CDMA,Code Division Multiple Access)空分多址(SDMA：Space Division Multiple Access)3.3 多址技術(shù)多址技術(shù)頻率頻率時間時間功率功率TDMAFDMA頻率頻率時間時間功率功率CDMA時間時間頻率頻率功率功率Code 1Code 2Code N3.3 多址技術(shù)多址技術(shù) 1.1.原理原理 是以頻率來區(qū)分信道的，把通信系統(tǒng)的總頻段劃分成若干個等間隔的頻道分配給不同的用戶使用。每一個移動用戶分配有一個地址，即在一個射頻頻帶內(nèi)，每個移動用戶分配有一個頻道，且這些頻道在頻域上互不重疊。下圖所示為一個基站BS與k個移動臺MS構(gòu)成的FDMA系統(tǒng)。3.3.1 FDMA3.3 多址技術(shù)多址技術(shù)FDMA示意圖示意圖 3.3 多址技術(shù)多址技術(shù)FDMA的頻道劃分的頻道劃分收發(fā)間隔為了使得同一部電臺的收發(fā)之間不產(chǎn)生干擾，收發(fā)頻率間隔|f-F|必須大于一定的數(shù)值。例如，在800 MHz頻段，收發(fā)頻率間隔通常為45 MHz。3.3 多址技術(shù)多址技術(shù) 2.FDMA2.FDMA系統(tǒng)的特點系統(tǒng)的特點 （1）每個信道只傳送一路信號。只要給移動臺分配了信道，移動臺與基站之間會連續(xù)不斷收、發(fā)信號。（2）由于發(fā)射機與接收機同時工作，為了發(fā)、收隔離，必須采用雙工器。（3）FDMA采用單載波（信道）單路方式，若一個基站有30個信道，則每個基站需要30套收發(fā)信機設(shè)備，不能共用，即公用設(shè)備成本高。（4）與TDMA相比，其連續(xù)傳輸開銷小，效率高，無須設(shè)置自適應(yīng)均衡，構(gòu)成簡單。3.3 多址技術(shù)多址技術(shù) 3.3.應(yīng)用應(yīng)用 第一代模擬移動通信系統(tǒng) 北美：AMPS系統(tǒng) 歐洲、中國：TACS系統(tǒng)3.3 多址技術(shù)多址技術(shù)1.1.原理原理 TDMA以時隙來區(qū)分信道的，把時間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個時隙（幀、時隙都不重疊），然后根據(jù)一定的分配原則，使各個移動臺在每幀內(nèi)只能在指定的時隙向基站發(fā)送信號。每個移動用戶分配有一個地址，即在一個時間段(時幀)內(nèi)每個移動用戶分配有一個時隙，如下圖所示，MS1占用時隙1，MS2占用時隙2，MSk占用時隙k，且這些時隙在時域上互不重疊。3.3.2 TDMA3.3 多址技術(shù)多址技術(shù)TDMA示意圖示意圖3.3 多址技術(shù)多址技術(shù)頻分前向/反向信道的幀結(jié)構(gòu) 123 8123 88123.TN8.TN8.TN8123338881122.TN8.TN8.TN83.3 多址技術(shù)多址技術(shù)時分前向/反向信道的幀結(jié)構(gòu)3.3 多址技術(shù)多址技術(shù) 2.2.特點特點 與FDMA系統(tǒng)相比，TDMA系統(tǒng)具有以下特點：（1）TDMA系統(tǒng)的基站可只用一部發(fā)射機；（2）TDMA系統(tǒng)更容易進(jìn)行時隙的動態(tài)分配；（3）對于加強通信網(wǎng)絡(luò)的控制功能和保護(hù)移動臺的越區(qū)切換是有利的；（4）TDMA系統(tǒng)必須有精確的定時和同步，保證各移動臺發(fā)送的信號不會在基站發(fā)生重疊或混淆，并且能準(zhǔn)確地在指定的時隙中接收基站發(fā)給的信號。同步技術(shù)是TDMA系統(tǒng)正常工作的重要保證。3.3 多址技術(shù)多址技術(shù) 3.3.應(yīng)用應(yīng)用 第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng) 北美：DAMPS系統(tǒng) 歐洲、中國：GSM-900，DCS-1800系統(tǒng) 日本：PDC系統(tǒng)3.3 多址技術(shù)多址技術(shù) 1.1.原理原理 FDMA是以頻道的不同來區(qū)分地址的，其特點是頻帶獨占，而時間資源共享。TDMA是以時隙的不同來區(qū)分地址的，其特點是時隙獨占，而頻率資源共享。CDMA系統(tǒng)是基于碼型分割信道。每個移動用戶分配有一個地址碼，而這些碼型互不重疊。其特點是頻率和時間資源均為共享。3.3.3 CDMA3.3 多址技術(shù)多址技術(shù)CDMA示意圖示意圖3.3 多址技術(shù)多址技術(shù) CDMA的基本原理是基于擴展頻譜技術(shù)。它從增加信道的寬度入手，采用擴頻通信技術(shù)來增加用戶容量。在碼分多址數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)中，利用PN序列作為碼分序列可實現(xiàn)如下功能：碼分基站站址識別；碼分信道識別；用戶身份識別。3.3 多址技術(shù)多址技術(shù)Interference SourcesLong&Short CodeSpreadingEncoding&InterleavingLong&Short CodeCorrelatorDecode&DeinterleavingBasebandDataBasebandDataBackground NoiseExternal InterferenceOther Cell InterferenceOther User Noise384 kbps1152 kbps3.84 mcps3.84 mcps1152 kbps384 kbpsCDMA TransmitterCDMA Receiver5 MHz BW fc5 MHz BW fc390 kHz BW0390 kHz BW05 MHz BW fc5 MHz BW fcfc-100 dB/Hz fcSpurious Signals 3.3 多址技術(shù)多址技術(shù) 2.CDMA2.CDMA系統(tǒng)的特點系統(tǒng)的特點 與FDMA系統(tǒng)、TDMA系統(tǒng)相比，CDMA蜂窩通信系統(tǒng)有如下特點：抗干擾和抗多徑衰落的能力強，保密性好。系統(tǒng)容量大。不需要復(fù)雜的頻率分配和管理。軟容量和小區(qū)呼吸功能。軟切換。不要均衡器。設(shè)備簡單。存在多址干擾和遠(yuǎn)近效應(yīng)。3.3 多址技術(shù)多址技術(shù) 3.3.應(yīng)用應(yīng)用 第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng) 第三代數(shù)字移動通信系統(tǒng) 美國：IS-95系統(tǒng)、CDMA2000系統(tǒng) 歐洲：WCDMA系統(tǒng) 中國：TD-CDMA系統(tǒng)3.3 多址技術(shù)多址技術(shù) 空分多址（SDMA）技術(shù)是利用空間資源分割構(gòu)成不同的信道。利用空分多址接入的多個用戶可以使用完全相同的頻率、時間和碼道資源，事實上，所熟知的蜂窩概念本身就是一種空分復(fù)用技術(shù)，不同小區(qū)中的用戶可以使用完全相同的資源，另外其也應(yīng)用在智能天線中。3.3.4 SDMA3.3 多址技術(shù)多址技術(shù) 正交頻分多址（OFDMA）是在OFDM技術(shù)基礎(chǔ)上的一種接入技術(shù)，它通過為每個用戶提供部分可用子載波的方法來實現(xiàn)多用戶接入。OFDMA方案可以看作將總資源（時間、帶寬）在頻率上進(jìn)行分割，實現(xiàn)多用戶接入。3.3.5 OFDMA3.3 多址技術(shù)多址技術(shù) 由于移動通信中所使用的頻帶有限，這就限制了系統(tǒng)的容量，為了滿足越來越多的用戶需求，必須要在有限的頻率范圍盡可能地擴大它的利用率。20世紀(jì)70年代，美國貝爾實驗室提出了蜂窩網(wǎng)的概念，從而使移動通信得到了急速的發(fā)展，正式走向商用化。那么什么是蜂窩技術(shù)呢？3.4.1 蜂窩的概念蜂窩的概念3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 我們知道，電磁波在傳輸?shù)倪^程中存在著損耗，損耗的大小不僅僅與地形、環(huán)境、距離有關(guān)，而且距離越遠(yuǎn)其損耗越大，因此移動臺和基站的通信距離是有限的。利用電磁波該特點，可以在隔了一定距離之外的地理位置重新利用相同的頻率，即頻率復(fù)用概念。但要注意的是，該距離不能離的太近，否則將會造成同頻干擾。頻率復(fù)用技術(shù)大大提高了頻率利用率，在相同的服務(wù)區(qū)域內(nèi)，有限的頻率資源得到了多次使用，所以系統(tǒng)的容量就得以大大提升。3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 由于傳播損耗的存在，基站和移動臺之間的通信距離總是有限的。那么為了使得用戶在某一服務(wù)區(qū)內(nèi)的任一點都能接入網(wǎng)絡(luò)，需要在該服務(wù)區(qū)內(nèi)設(shè)置多少基站？另一方面，對于給定的頻率資源，如何在這些基站之間進(jìn)行分配以滿足用戶容量的要求？這些是區(qū)域覆蓋技術(shù)要解決的問題。一般來說，移動通信網(wǎng)的服務(wù)區(qū)域覆蓋可分為兩類：小容量的大區(qū)制；大容量的小區(qū)制（蜂窩系統(tǒng)）。3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)1、大區(qū)制、大區(qū)制大區(qū)制：一個基站覆蓋整個服務(wù)區(qū)。基站作用：負(fù)責(zé)整個移動通信網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)和控制。大區(qū)制移動通信3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)2、小區(qū)制、小區(qū)制小區(qū)：把整個服務(wù)區(qū)域劃分為若干個無線小區(qū)（cell)，每個小區(qū)分別設(shè)置一個基站。功率：5至20W基站作用：負(fù)責(zé)本區(qū)移動通信的聯(lián)絡(luò)和控制，又可在移動業(yè)務(wù)交換中心（）的統(tǒng)一控制下，實現(xiàn)小區(qū)之間移動用戶通信的轉(zhuǎn)接，以及移動用戶與市話用戶的聯(lián)系。小區(qū)覆蓋面與基站天線是緊密相關(guān)的。3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) (1)小區(qū)的形狀 全向天線輻射的覆蓋區(qū)是個圓形。為了不留空隙地覆蓋整個平面的服務(wù)區(qū)，一個個圓形輻射區(qū)之間一定含有很多的交疊。在考慮了交疊之后，實際上每個輻射區(qū)的有效覆蓋區(qū)是一個多邊形。根據(jù)交疊情況不同，有效覆蓋區(qū)可為正三角形、正方形或正六邊形，小區(qū)形狀如下圖所示?？梢宰C明，要用正多邊形無空隙、無重疊地覆蓋一個平面的區(qū)域，可取的形狀只有這三種。3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)小區(qū)的形狀小區(qū)的形狀思考：這三種形狀中哪一種最好呢?為什么？3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)三種形狀小區(qū)的比較三種形狀小區(qū)的比較 結(jié)論：對同樣大小的服務(wù)區(qū)域，用正六邊形時重疊面積最小，最接近理想的天線覆蓋圓形區(qū)。因此，人們選擇正六邊形做為小區(qū)的形狀，并稱移動通信網(wǎng)為蜂窩網(wǎng)。3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)蜂窩網(wǎng)：小區(qū)形狀為正六邊形的移動通信網(wǎng)。蜂窩移動通信網(wǎng)3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)(2)區(qū)群的組成 相鄰小區(qū)顯然不能用相同的信道。為了保證同信道小區(qū)之間有足夠的距離，附近的若干小區(qū)都不能用相同的信道。為了提高頻率資源的利用率，用空間劃分的方法，在不同的空間進(jìn)行頻率復(fù)用。即將若干個不同信道的小區(qū)組成一個區(qū)群或簇。3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)單元區(qū)群的組成應(yīng)滿足兩個條件：一是區(qū)群之間可以鄰接，且無空隙無重疊地進(jìn)行覆蓋；二是鄰接之后的區(qū)群應(yīng)保證各個相鄰?fù)诺佬^(qū)之間的距離相等且最大。滿足上述條件的區(qū)群形狀和區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)不是任意的?？梢宰C明，區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)應(yīng)滿足下式：式中，i,j為0,1,2,3.，但不能同時為0。3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)區(qū)群的組成區(qū)群的組成3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)同信道小區(qū)的確定(3)同頻同頻(信道信道)小區(qū)的距離小區(qū)的距離jiD3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) (4)激勵方式 在每個小區(qū)中，基站可設(shè)在小區(qū)的中央，用全向天線形成圓形覆蓋區(qū)，這就是所謂“中心激勵”方式。也可以將基站設(shè)計在每個小區(qū)六邊形的三個頂點上，每個基站采用三副120扇形輻射的定向天線，分別覆蓋三個相鄰小區(qū)的各三分之一區(qū)域，每個小區(qū)由三副120扇形天線共同覆蓋，這就是所謂“頂點激勵”方式。3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)兩種激勵的方式兩種激勵的方式（a）中心激勵）中心激勵 （b）頂點激勵）頂點激勵 頂點激勵優(yōu)點：頂點激勵優(yōu)點：有利于消除障礙物的陰影效應(yīng)；對來自天線方向以外的干擾也有一定的隔離作用，因而允許減少同頻小區(qū)之間的距離，進(jìn)一步提高頻率的利用率，對簡化設(shè)備、降低成本都有好處。3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)(5)小區(qū)的分裂 在整個服務(wù)區(qū)中，每個小區(qū)的大小可以是相同的，這只能適應(yīng)用戶密度均勻的情況。事實上服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶密度是不均勻的，例如城市中心商業(yè)區(qū)的用戶密度高，居民區(qū)和市郊區(qū)的用戶密度低。為了適應(yīng)這種情況，在用戶密度高的市中心區(qū)可使小區(qū)的面積小一些或?qū)⑷蛱炀€改進(jìn)為定向天線，使小區(qū)所分配的信道數(shù)多一些，滿足話務(wù)量增長的要求，這種技術(shù)稱為小區(qū)分裂。3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 其具體的實施方案有以下2類：（1）在原基站基礎(chǔ)上采用方向性天線將小區(qū)扇形化，即在原基站上分裂。它的優(yōu)點是增加了小區(qū)數(shù)目卻不用增加基站的數(shù)目；而且重疊區(qū)小，有利于越區(qū)切換。（2）將小區(qū)半徑縮小并增加新基站，即增加新基站的分裂。它的優(yōu)點是降低基站天線的高度，減少發(fā)射功率。3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 信道（頻率）配置主要解決將給定的信道（頻率）如何分配給在一個區(qū)群的各個小區(qū)。在CDMA系統(tǒng)中，所有用戶采用相同的工作頻段因而無法進(jìn)行頻率配置。其主要針對FDMA、TDMA系統(tǒng)。信道配置的方式主要有兩種：固定頻道分配和動態(tài)頻道分配。固定頻道分配又可分為：a、分區(qū)分組配置法 b、等頻距配置法3.4.2 信道配置信道配置3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) (1)分區(qū)分組配置法 分區(qū)分組配置法所遵循的原則是：盡量減小占用的總頻段，以提高頻段的利用率；同一區(qū)群內(nèi)不能使用相同的信道，以避免同頻干擾；小區(qū)內(nèi)采用無三階互調(diào)的相容信道組，以避免互調(diào)干擾。現(xiàn)舉例說明如下。設(shè)給定的頻段以等間隔劃分為信道，按順序分別標(biāo)明各信道的號碼為1,2,3,。若每個區(qū)群有7個小區(qū)，每個小區(qū)需6個信道，按上述原則進(jìn)行分配，可得到：3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 第一組第一組 1，5，14，20，34，36 第二組第二組 2，9，13，18，21，31 第三組第三組 3，8，19，25，33，40 第四組第四組 4，12，16，22，37，39 第五組第五組 6，10，27，30，32，41 第六組第六組 7，11，24，26，29，35 第七組第七組 15，17，23，28，38，42缺陷：由于出發(fā)點是避免三階互調(diào)干擾，沒考慮同一信道組的頻率間隔，可能會出現(xiàn)較大的鄰道干擾。3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) (2)等頻距配置法 等頻距配置法是按等頻率間隔來配置信道的，只要頻距選得足夠大，就可以有效地避免鄰道干擾。這樣的頻率配置可能正好滿足產(chǎn)生互調(diào)的頻率關(guān)系，但正因為頻距大，干擾易于被接收機輸入濾波器濾除而不易作用到非線性器件，所以也就避免了互調(diào)的產(chǎn)生。這種方法是大容量蜂窩網(wǎng)廣泛采用的頻率分配方法。比如我國GSM網(wǎng)和TACS網(wǎng)均采用了這種方法。3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 等頻距配置時可根據(jù)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)N來確定同一信道組內(nèi)各信道之間的頻率間隔，例如，第一組用(1，1+N,1+2N,1+3N,)，第二組用(2,2+N,2+2N,2+3N,)等。例如N=7，則信道的配置為：第一組第一組 1，8，15，22，29，第二組第二組 2，9，16，23，30，第三組第三組 3，10，17，24，31，第四組第四組 4，11，18，25，32，第五組第五組 5，12，19，26，33，第六組第六組 6，13，20，27，34，第七組第七組 7，14，21，28，35，3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) GSM采用的頻率復(fù)用結(jié)構(gòu)有很多種，有4/12、3/9和1/3等，下圖為“4/12”復(fù)用方式，請給各小區(qū)采用等頻距配置法分配信道。3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 固定的信道分配策略：將一組信道固定配置給某一基站。優(yōu)點：控制方便，投資少。缺點：信道利用率低。動態(tài)的信道分配策略:信道不固定或部分不固定地配置給各基站?？煞譃閯討B(tài)配置和柔性配置：a.動態(tài)配置：隨業(yè)務(wù)量的變化重新配置全部信道（信道全部不固定）。b.柔性配置：準(zhǔn)備若干個信道，需要時提供給某小區(qū)（信道部分不固定）。優(yōu)點：頻率利用率高；缺點：控制復(fù)雜。(考慮各類干擾、計算、存儲和設(shè)備因素）3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 對移動通信系統(tǒng)來說，系統(tǒng)容量與以下幾個因素有關(guān)：（1）每個小區(qū)的可用信道數(shù)，此數(shù)值越大系統(tǒng)容量越大。（2）任何一個通信系統(tǒng)的設(shè)計都要滿足一定的通話質(zhì)量，為了保證通話質(zhì)量，系統(tǒng)接收端的C/I也是影響系統(tǒng)容量的因素之一。C/I越大，其系統(tǒng)容量就越小。（3）影響數(shù)字蜂窩系統(tǒng)通信容量的重要因素是語音編碼的比特率，比特率越小，系統(tǒng)容量就越大。3.4.3 系統(tǒng)容量系統(tǒng)容量3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 決定移動通信系統(tǒng)容量的關(guān)鍵因素主要有無線信道的數(shù)量以及呼損率。在講具體呼損率概念之前，首先給出一個很重要的概念話務(wù)量。話務(wù)量是度量通信系統(tǒng)通話業(yè)務(wù)量或繁忙程度的指標(biāo)。定義為在一特定時間內(nèi)呼叫次與每次呼叫平均占用信道時間的乘積?？煞譃榱魅朐拕?wù)量（呼叫話務(wù)量）和完成話務(wù)量。3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 流入話務(wù)量（A）的大小取決于單位時間(1小時)內(nèi)平均發(fā)生的呼叫次數(shù)（C）和每次呼叫平均占用信道時間（t0）。ACt0 式中：C的單位是(次/小時)；t0的單位是(小時/次)；兩者相乘而得到A應(yīng)是一個無量綱的量，專門命名它的單位為“愛爾蘭愛爾蘭”(Erlang)(Erlang)。舉例：在10個信道上，平均每小時有225次呼叫，平均每次呼叫的時間為2分鐘，那么這些信道上負(fù)荷的流入話務(wù)量為多少？3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 在信道共用的情況下，通信網(wǎng)無法保證每個用戶的所有呼叫都能成功，必然有少量的呼叫會失敗，即發(fā)生“呼損”。呼叫話務(wù)量A與完成話務(wù)量A0之差，即為損失話務(wù)量。損失話務(wù)量占呼叫話務(wù)量的比率即為呼叫損失的比率，稱為“呼損率”，用符號B表示，即：3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 用戶忙時話務(wù)量：用戶忙時話務(wù)量：就是指一天中最忙的那個小時（即“忙時”之意）的每個用戶的平均話務(wù)量，用a來表示。同時，將忙時話務(wù)量與全日話務(wù)量之比稱為集中系數(shù)，用K表示。因為K反映了這個通信系統(tǒng)“忙時”的集中程度，即忙時話務(wù)量在全天話務(wù)量中所占的份額。通常，K為715%。這樣，我們便可以得到每個用戶忙時話務(wù)量的如下表達(dá)式(Erl)式中：C：每用戶每天平均呼叫次數(shù)；T：每次呼叫平均占用信道的時間（單位為秒/次）。例如，每用戶每天平均呼叫3次（C=3次/天），每次呼叫平均占用2分鐘（T=120秒/次），集中系數(shù)為10%（K=0.1），則每個用戶忙時話務(wù)量為0.01Erl/用戶。3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 在每用戶忙時話務(wù)量a確定之后，每個信道所能容納的用戶數(shù)m就不難計算：3.4 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) 在移動通信網(wǎng)中，除了傳輸用戶信息(如語音信息)之外，為使全網(wǎng)有秩序地工作，還必須在正常通話的前后和過程中傳輸很多其它的控制信號，諸如一般電話網(wǎng)中必不可少的摘機、掛機、空閑音、忙音、撥號、振鈴、回鈴，以及無線通信網(wǎng)中所需的頻道分配、用戶登記與管理、呼叫與應(yīng)答、過區(qū)切換和發(fā)射機功率控制等信號。這些和通信有關(guān)的一系列控制信號統(tǒng)稱為信令。保證用戶信息有效、可靠地傳輸。3.5 信令信令信令的分類有多種方式，通常有以下幾種分類：（1）按信令的功能分 有線路信令、路由信令和管理信令。（2）按信令所處的位置分 有接入信令和網(wǎng)絡(luò)信令。（3）按信令的傳輸方式分 有共路信令和隨路信令。（4）按信令的信號形式分 有模擬信令（例如：DTMF）和數(shù)字信令。3.5 信令信令 DTMF使用話帶內(nèi)的7個單音，將它們分為高音群和低音群。每次發(fā)送用高音群的一個單音和低音群的一個單音來代表一個十進(jìn)制數(shù)。7個單音的分群以及它們組合所對應(yīng)的碼見下表。3.5 信令信令 7號信令網(wǎng)絡(luò)是與現(xiàn)在PSTN平行的一個獨立網(wǎng)絡(luò)。它由三個部分組成：信令點(SP)信令鏈路 信令轉(zhuǎn)移點(STP)。信令點(SP)是發(fā)出信令和接收信令的設(shè)備，它包括業(yè)務(wù)交換點(SSP)和業(yè)務(wù)控制點(SCP)。3.5.1 信令網(wǎng)信令網(wǎng)3.5 信令信令信令網(wǎng)結(jié)構(gòu)3.5 信令信令GSM數(shù)字移動信令網(wǎng)采用移動專用數(shù)字移動信令網(wǎng)采用移動專用No.7信令網(wǎng)三級結(jié)構(gòu)：信令網(wǎng)三級結(jié)構(gòu)：第一級為高級信令轉(zhuǎn)接點第一級為高級信令轉(zhuǎn)接點HSTP，設(shè)在大區(qū)一級移動業(yè)務(wù)匯，設(shè)在大區(qū)一級移動業(yè)務(wù)匯接中心接中心.各大區(qū)可只建一個獨立的各大區(qū)可只建一個獨立的HSTP，也可建，也可建A、B兩個平兩個平面，一對面，一對HSTP；第二級為低級信令轉(zhuǎn)接點第二級為低級信令轉(zhuǎn)接點LSTP，設(shè)在省內(nèi)二級移動業(yè)務(wù)匯，設(shè)在省內(nèi)二級移動業(yè)務(wù)匯接中心接中心.一般省內(nèi)建一般省內(nèi)建2-4個個LSTP，僅與其歸屬的，僅與其歸屬的HSTP相連相連.第三級為信令第三級為信令SP，設(shè)在每個，設(shè)在每個MSC/VLR，EIR，HLR/AUC，HSTP間、間、LSTP間、間、LSTP與與SP間應(yīng)設(shè)置雙路由雙鏈路，條間應(yīng)設(shè)置雙路由雙鏈路，條件不具備時，可設(shè)置單路由雙鏈路件不具備時，可設(shè)置單路由雙鏈路3.5 信令信令3.5 信令信令 常用的網(wǎng)絡(luò)信令就是7號信令，它主要用于交換機之間、交換機與數(shù)據(jù)庫(如HLR、VLR、AUC)之間交換信息。七號信令系統(tǒng)的總體目標(biāo)是提供一個國際標(biāo)準(zhǔn)化的通