1、第2章 空中接口設計 2.2 2.2 無線網絡的物理方案無線網絡的物理方案物理方案解決的是傳輸問題，對于傳輸而言物理方案解決的是傳輸問題，對于傳輸而言目標目標獲得最大的帶寬利用率和功率效率獲得最大的帶寬利用率和功率效率（以最小的信號功率、信道帶寬和發送器、接收器復雜度實現最高（以最小的信號功率、信道帶寬和發送器、接收器復雜度實現最高可能的數據傳輸速率）。可能的數據傳輸速率）。 2.2.1 無線網絡的傳輸技術無線網絡的傳輸技術物理層傳輸分類物理層傳輸分類 射頻傳輸（射頻傳輸（RF）：工作在微波頻段。）：工作在微波頻段。 載波傳輸載波傳輸 擴頻傳輸擴頻傳輸 紅線外傳輸（紅線外傳輸（IR）：只能用于

2、短距離的視距傳輸系）：只能用于短距離的視距傳輸系 統。一般采統。一般采 用基帶傳輸方案。用基帶傳輸方案。 在這些傳輸技術中，調制解調技術是核心，下面就重點介紹。在這些傳輸技術中，調制解調技術是核心，下面就重點介紹。 第2章 空中接口設計 2.2.2、無線調制解調器、無線調制解調器 一、設計中的考慮因素一、設計中的考慮因素1、帶寬效率、帶寬效率頻率資源的緊缺，使得提高頻帶的利用率非常重要。頻率資源的緊缺，使得提高頻帶的利用率非常重要。 在無線系統中，由于無線電頻譜是有限的，越來越在無線系統中，由于無線電頻譜是有限的，越來越多的頻帶日益擁擠，因此，帶寬效率成了重要的考多的頻帶日益擁擠，因此，帶寬效

3、率成了重要的考慮因素。慮因素。TDMA轉變為轉變為CDMA，最主要的一個動力，最主要的一個動力就是為了提高帶寬利用率。就是為了提高帶寬利用率。 第2章 空中接口設計 2、功率效率、功率效率 對于移動終端格外重要。對于移動終端格外重要。移動終端功率消耗：意味著移動終端功率消耗：意味著電池的體積電池的體積和再充電的間隔。和再充電的間隔。 意味著便攜式終端的體積和重量意味著便攜式終端的體積和重量對于移動終端，功率需求是兩方面的：對于移動終端，功率需求是兩方面的：終端上電子器件工作的功率終端上電子器件工作的功率；功率放大器的輸出功率功率放大器的輸出功率。 功率放大器的輸出功率直接與信號覆蓋范圍有關，它

4、功率放大器的輸出功率直接與信號覆蓋范圍有關，它是接收器復雜度和數據速率的函數。數據速率高，信雜比是接收器復雜度和數據速率的函數。數據速率高，信雜比要求高，為了減小對發射功率的要求，需要復雜的設計，要求高，為了減小對發射功率的要求，需要復雜的設計，而復雜設計又增加了電子器件的消耗的功率，并且會縮短而復雜設計又增加了電子器件的消耗的功率，并且會縮短電池壽命。為此，要折中考慮接收器復雜度與電子器件功電池壽命。為此，要折中考慮接收器復雜度與電子器件功耗。耗。第2章 空中接口設計 3、帶外輻射、帶外輻射帶外輻射：在信號頻譜主瓣之外還有多少發射帶外輻射：在信號頻譜主瓣之外還有多少發射功率。功率。 帶外輻射

5、產生相鄰信道干擾（帶外輻射產生相鄰信道干擾（ACI） 表示某個用戶信道的發射無線信號對其上、表示某個用戶信道的發射無線信號對其上、下用戶信道造成的實時干擾。是蜂窩網絡下用戶信道造成的實時干擾。是蜂窩網絡設計中的一個要參數。決定了一個基站可設計中的一個要參數。決定了一個基站可以為其用戶提供的服務區域。間接影響到以為其用戶提供的服務區域。間接影響到系統的容量和成本。系統的容量和成本。第2章 空中接口設計 4、對抗多徑干擾、對抗多徑干擾 對抗多徑干擾是數字蜂窩系統和對抗多徑干擾是數字蜂窩系統和PCS標準標準的開發中最主要的問題。的開發中最主要的問題。 不同的調制方式對多徑干擾的對抗能力不不同的調制方

6、式對多徑干擾的對抗能力不同。調制方式的選擇應該保證在整個地區同。調制方式的選擇應該保證在整個地區用戶可能遇到的最壞的多徑條件下，都能用戶可能遇到的最壞的多徑條件下，都能適應。適應。第2章 空中接口設計 5、恒包絡調制、恒包絡調制極低的旁瓣能量；極低的旁瓣能量；可使用高效率的可使用高效率的C類高功率放大器類高功率放大器；（C C類高功類高功率放大器能提供高的功率效率，但非線性程度高，率放大器能提供高的功率效率，但非線性程度高，被放大的信號具有常數包絡，可以避免由于發送被放大的信號具有常數包絡，可以避免由于發送器功率放大器引起的非線性效應器功率放大器引起的非線性效應）容易恢復相干解調的載波；容易恢

7、復相干解調的載波；已調信號峰平比低已調信號峰平比低（峰平比：已調信號的峰峰平比：已調信號的峰值功率與平均功率的比值）值功率與平均功率的比值）第2章 空中接口設計 總結總結無線網絡對調制方式選擇主要考慮的參數無線網絡對調制方式選擇主要考慮的參數1. 可靠性：即抗干擾性能，選擇具有低誤碼可靠性：即抗干擾性能，選擇具有低誤碼率比特的調制方式，其功率譜密度集中于率比特的調制方式，其功率譜密度集中于主瓣內；主瓣內；2. 有效性：可采用單位頻帶在單位時間內所有效性：可采用單位頻帶在單位時間內所傳送信息量，即傳送信息量，即bps/Hz 來度量。提高頻譜來度量。提高頻譜有效性，主要依靠高效率的多進制調制。有效

8、性，主要依靠高效率的多進制調制。3. 工程亦實現：主要體現在恒包絡與峰平比工程亦實現：主要體現在恒包絡與峰平比的性能上。的性能上。第2章 空中接口設計 二、無線調制技術二、無線調制技術 根據應用范圍的不同，常見的數字無線傳輸技術根據應用范圍的不同，常見的數字無線傳輸技術可以分為三類：可以分為三類：（1）脈沖傳輸技術）脈沖傳輸技術面向面向IR應用應用（2）基本調制技術）基本調制技術面向面向TDMA蜂窩網絡和無線數據網絡蜂窩網絡和無線數據網絡（3 3）擴頻技術和）擴頻技術和OFDMOFDM面向面向CDMA和和WLAN第2章 空中接口設計 1、短距離基帶傳輸：、短距離基帶傳輸：信號不需載波調制直接發

9、射出去。每個用戶占信號不需載波調制直接發射出去。每個用戶占據傳輸介質的整個頻帶。據傳輸介質的整個頻帶。 （1）基本過程）基本過程線性編碼線性編碼 為了便于接收器實現同步及避免傳輸過程為了便于接收器實現同步及避免傳輸過程中的直流飄移，先要對數字信號線性編碼。在中的直流飄移，先要對數字信號線性編碼。在紅外線的無線局域網中采用的是曼徹斯特編碼。紅外線的無線局域網中采用的是曼徹斯特編碼。第2章 空中接口設計 脈沖調制脈沖調制 發射的信息被映射成一個脈沖波形的幅度、位置、或發射的信息被映射成一個脈沖波形的幅度、位置、或持續時間。其對應的調制技術一般分為：持續時間。其對應的調制技術一般分為：PAM（脈沖幅

10、度調制）（脈沖幅度調制） 用基帶信號用基帶信號m(t)去改變脈沖的幅度去改變脈沖的幅度 PPM（脈沖位置調制）（脈沖位置調制） 用基帶信號用基帶信號m(t)去改變脈沖的位置去改變脈沖的位置 PDM（脈沖寬度調制）（脈沖寬度調制） 用基帶信號用基帶信號m(t)去改變脈沖的寬度去改變脈沖的寬度 其中其中PPM，PDM是首選。在是首選。在IEEE802.11標準中規定，在標準中規定，在高速漫射紅外（高速漫射紅外（IR）介質中，采用）介質中，采用PPM。（2）應用）應用紅外線局域網紅外線局域網第2章 空中接口設計 2、超寬帶脈沖傳輸（、超寬帶脈沖傳輸（UMB）（1）含義）含義 UMB又稱脈沖無線電，利

11、用非常窄又稱脈沖無線電，利用非常窄(幾十納秒幾十納秒)，非，非常低的功率脈沖進行信息的傳輸。這種脈沖占據非常寬常低的功率脈沖進行信息的傳輸。這種脈沖占據非常寬的頻帶（幾的頻帶（幾G）為此稱做）為此稱做UWB。（2）特點）特點保密性好：保密性好：極小的能量分布在很寬的頻帶中極小的能量分布在很寬的頻帶中 ，對于一般的通信，對于一般的通信系統相當于是白噪聲信號，傳統的接收機無法接收系統相當于是白噪聲信號，傳統的接收機無法接收 。為此可以設。為此可以設計的與現有的無線系統同時存在。計的與現有的無線系統同時存在。抗多徑衰落抗多徑衰落: UMB每次發射的脈沖時間短，當反射波到代來時已每次發射的脈沖時間短，

12、當反射波到代來時已經接收完畢了。經接收完畢了。占用的頻帶寬，傳輸速度高：占用的頻帶寬，傳輸速度高：UMB使用頻帶在使用頻帶在1G之上，傳之上，傳輸速度在幾十輸速度在幾十M/bt到幾百到幾百M/bt（3）應用）應用短距離通信短距離通信第2章 空中接口設計 第2章 空中接口設計 3、載波調制、載波調制 無線通信的最大特點，介質的唯一性無線通信的最大特點，介質的唯一性空氣，空氣，各種通信都采用各種通信都采用FDM共享無線頻帶資源。為此，載波共享無線頻帶資源。為此，載波調制和調制和FDM成為無線應用的基礎。成為無線應用的基礎。目前無線網絡采用兩種載波調制技術目前無線網絡采用兩種載波調制技術 傳統的無線

13、調制解調器傳統的無線調制解調器 擴頻調制解調器擴頻調制解調器 第2章 空中接口設計 數字調制方法的分類數字調制方法的分類A SK ()Q A M ()M Q A M ()FSKB FSK ()()M FSK ()B PSK ()D PSK ()PSKO Q PSK (Q PSK )Q PSK()Q PSK(4)D Q PSK (Q PSK )C PM(移 幅 鍵 控非 恒 定 包 絡正 交 幅 度 調 制星 座 調 制二 進 制 移 頻 鍵 控移 頻 鍵 控多 進 制 移 頻 鍵 控二 進 制 移 相 鍵 控數 字 式 調 制差 分 二 進 制 移 相 鍵 控恒 定 包 絡參 差移 相 鍵 控

14、正 交 四 相移 相 鍵 控差 分連 續M SK ()G M SK (M SK )T FM ()最 小 移 頻 鍵 控高 斯 成 型相 位 調 制平 滑 調 頻第2章 空中接口設計 移動通信中的調制技術移動通信中的調制技術標準服務類型調制技術GSM蜂窩GMSK CD-900蜂窩GMSKIS54蜂窩/4 DQPSKIS-95蜂窩上行：OQPSK，下行：BPSKPDC蜂窩/4 DQPSKCT2無繩GFSKDECT無繩GFSKPHS無繩/4 DQPSKDCS-1800蜂窩CMSKPACS個人通信/4 DQPSKWCDMA蜂窩第2章 空中接口設計 （一）、無線調制解調器（一）、無線調制解調器在傳統的無

15、線網絡中，最常采用的調制技術是：在傳統的無線網絡中，最常采用的調制技術是：（1）在數字蜂窩系統：）在數字蜂窩系統： 其主要特點其主要特點:是面向語音且低速，要求良好的覆是面向語音且低速，要求良好的覆蓋能力和移動性，主要采用的調制技術是：蓋能力和移動性，主要采用的調制技術是：GMSK（高斯最小頻移鍵控）（高斯最小頻移鍵控） （GSM中使用）中使用）/4-DQPSK（正交相移鍵控）（北美的（正交相移鍵控）（北美的IS-54TDMA標準、日本的標準、日本的PDC、PHS標準中應用）。標準中應用）。第2章 空中接口設計 （2）在）在WLAN： 最關心的是最高數據速率，采用的調制技術是：最關心的是最高數

16、據速率，采用的調制技術是：多速率：根據信道情況選擇不同的信道速率多速率：根據信道情況選擇不同的信道速率多符號：采用多個幅度和多個相位調制以及編多符號：采用多個幅度和多個相位調制以及編碼技術來增加數據的速率。（碼技術來增加數據的速率。（QPSK、QAM）多載波（多載波（MCM）：采用多個載波同時傳輸信息）：采用多個載波同時傳輸信息（MC-CDMA、OFMD（正交頻分多路復用）。（正交頻分多路復用）。第2章 空中接口設計 GMSK調制調制 GMSK是是MSK的進一步優化方案，只需在的進一步優化方案，只需在MSK調制前附加調制前附加一個高斯型低通濾波器。一個高斯型低通濾波器。 GSMK調制信號特點：

17、在數據流送頻率調制器前先通過一調制信號特點：在數據流送頻率調制器前先通過一個個Gauss濾波器（預調制濾波器）進行預調制濾波，以減小濾波器（預調制濾波器）進行預調制濾波，以減小兩個不同頻率的載波切換時的跳變能量，使得調制信號在交兩個不同頻率的載波切換時的跳變能量，使得調制信號在交越零點不但相位連續，而且平滑過濾。越零點不但相位連續，而且平滑過濾。 GSMK調制信號特性：連續的相位軌跡、包絡恒定、突出調制信號特性：連續的相位軌跡、包絡恒定、突出的頻譜特性（帶外輻射較低）的頻譜特性（帶外輻射較低）由此，可有效降低鄰道干擾，提高非線性功率放大器的效率。由此，可有效降低鄰道干擾，提高非線性功率放大器的

18、效率。第2章 空中接口設計 MSK（最小頻移鍵控）（最小頻移鍵控）MSK調制是一種能夠產生恒定包絡，連續相位信號調制是一種能夠產生恒定包絡，連續相位信號的調制。的調制。它是它是2FSK2FSK的一種特殊情況，具有：的一種特殊情況，具有：正交信號的最小頻差；正交信號的最小頻差；Tfff2112T：發射數據信號的持續時間：發射數據信號的持續時間設計設計FSK的調制解調器時要考慮的最重要的一個的調制解調器時要考慮的最重要的一個 參數是，參數是，不同音調之間的頻率間隔不同音調之間的頻率間隔 ,這個間隔體現了這個間隔體現了FSK信號所占據信號所占據的帶寬，為了保證接受器的最優檢測，這個值一定要保證的帶寬

19、，為了保證接受器的最優檢測，這個值一定要保證收發符號間的正交性。收發符號間的正交性。第2章 空中接口設計 在相鄰符號交界處相位保持連續在相鄰符號交界處相位保持連續 因此在限帶系統中，能保持恒包絡特性。從因此在限帶系統中，能保持恒包絡特性。從而避免由于發送器功率放大器引起的非線性而避免由于發送器功率放大器引起的非線性效應。效應。 第2章 空中接口設計 四相相移調制是利用載波的四種不同相位差來表征輸入的四相相移調制是利用載波的四種不同相位差來表征輸入的數字信息，是四進制移相鍵控。數字信息，是四進制移相鍵控。QPSK是在是在M=4時的調相技術，它規定了四種載波相位，時的調相技術，它規定了四種載波相位

20、， 調制器調制器輸入的數據是二進制數字序列，為了能和四進制的輸入的數據是二進制數字序列，為了能和四進制的載波載波相位相位配合起來，則需要把二進制數據變換為四進制數配合起來，則需要把二進制數據變換為四進制數據，這就是說需要把二進制數字序列中每兩個比特分成一據，這就是說需要把二進制數字序列中每兩個比特分成一組，共有四種組合，即組，共有四種組合，即00，01，10，11，其中每一組稱為，其中每一組稱為雙比特碼元。雙比特碼元。每一個雙比特碼元是由兩位二進制信息比特組成，它們分每一個雙比特碼元是由兩位二進制信息比特組成，它們分別代表四進制四個符號中的一個符號。別代表四進制四個符號中的一個符號。 QPSK

21、四相相移鍵控調制四相相移鍵控調制第2章 空中接口設計 第2章 空中接口設計 它的星座圖上有它的星座圖上有4個點，分別表示四個個點，分別表示四個不同的符號的幅度和相位不同的符號的幅度和相位 。這種類型系統的優點是在相同的符號這種類型系統的優點是在相同的符號傳輸條件下（占據相同帶寬），同樣傳輸條件下（占據相同帶寬），同樣的比特差錯率下，它們與的比特差錯率下，它們與BPSK相比相比可以實現兩倍的比特傳輸速率。可以實現兩倍的比特傳輸速率。 第2章 空中接口設計 DQPSK4/調制調制正交差分四相相移鍵控技術，最大相位變化是正交差分四相相移鍵控技術，最大相位變化是 恒包絡性質優于恒包絡性質優于差分編碼：

22、可以采用相干解調也可以采用差分差分編碼：可以采用相干解調也可以采用差分解調（差分解調的優點：不需要本地恢復同步載解調（差分解調的優點：不需要本地恢復同步載波），從而簡化接收機的結構。波），從而簡化接收機的結構。 能夠兼容雙模式（數字，模擬）：因為它提供能夠兼容雙模式（數字，模擬）：因為它提供鑒頻器檢測方式，能夠與模擬調頻檢測方式兼容。鑒頻器檢測方式，能夠與模擬調頻檢測方式兼容。0135QPSK【頻譜效率（【頻譜效率（1.6 bps/Hz ）也高于）也高于GMSK（1.35 bps/Hz） 】第2章 空中接口設計 QAM是用兩路獨立的基帶信號對兩個相互正交的同頻是用兩路獨立的基帶信號對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波雙邊帶調幅，利用這種已調信號的頻譜在載波進行抑制載波雙邊帶調幅，利用這種已調信號的頻譜在同一帶寬內的正交性，實現兩路并行的數字信息的傳輸。同一帶寬內的正交性，實現兩路并行的數字信息的傳輸。 該調制方式通常有該調制方式通常有二進制二進制QAM（4QAM）、）、四進制四進制QAM（l6QAM）、）、八進制八進制QAM（64QAM）、）、，對應的，對應的空間信號矢量端點分布圖稱為星座圖，分別有空間信號