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文檔簡介

1、移動通信特點(5)噪聲和干擾嚴重噪聲來源是人為噪聲;干擾有器件非線性引起互調干擾,遠近效應引起鄰道干擾,同頻復用引起同頻干擾頻帶利用率要求高用戶量多,開發新頻段,多波導共用移動臺的移動性強無線通信與有線通信的結合,位置登記技術,波道切換技術移動通信設備的性能要好移動臺體積小重量輕功耗低,穩定可靠系統和網絡結構復雜用戶間不干擾,與公用電話網和綜合業務數字網互連單工收發共頻不共時;簡單省電,要求鄰間頻率間隔大雙工收發異頻共時,收發頻率有間隔;移動臺間不能直接通話,耗能大,易干擾半雙工基站雙工,移動臺單工服務等級QoS:呼損率B:在一個正常運行的系統中,忙時呼叫被阻塞的概率。QoS取決因素(4):業

2、務支撐,使用便利性,傳輸的完整性,適用性指網絡在需要時建立呼叫和維持通信的能力。呼叫中斷概率:在一個小時內建立的Q次呼叫中,若N次丟失,則中斷概率為N/Q。通信概率:移動用戶在改定服務區域進行成功通話的概率,包括位置概率和時間概率。移動網絡現代通信網組成終端機,信道,交換設施,信令與協議無線網絡中的業務路由選擇面向連接的選擇機制:虛電路路由選擇機制;虛連接選擇機制:分組交換方式系統資源保證通信系統實現正常通信所需的物理條件頻率資源物理資源類型碼資源、功率資源、地理資源、空間資源、存儲資源時間資源目的提高系統有效性,擴大通信系統容量提高系統可靠性,保證通信業務QoS性能保障通信系統的保密、安全措

3、施;逐步實現通信系統的性能優化無線資源管理分類電路型業務分組型業務組成資源控制資源分配資源調度傳播與干擾電磁波傳播路徑直射波、反射波、散射波、繞射波 路徑損耗預測模型(2種)【計算】地形波動高度h沿通信方向,距接收地點10km范圍內,10%高度線和90%高度線之高度差天線有效高度沿電波傳播方向,距基站天線3-15km范圍內平均地面高度以上的天線高度地形分類(按h分)準平坦地形、不規則地形移動信道位置收發天線之間接收信號功率表達式三類衰減效應空間傳播損耗與彌散影響無線區的覆蓋陰影衰落多徑衰落影響信號傳輸質量,且不可避免影響因素傳播環境開闊地區郊區中小城市地區大城市地區系統工作頻率:頻率越高,接收

4、信號衰落越大移動臺運動狀況:運動速度越高,移動信道特性越復雜自由空間傳播接收點信號功率自由空間傳播損耗【計算】多徑傳播定義:無線電波傳輸過程收到地形等影響使電波沿著不同的路徑傳播模型產生多徑原因自由空間傳播,反射,折射,散射多徑衰落(多徑效應)微觀變化定義電波由于傳播過程多徑使接收信號幅度短時間內急劇變化產生了衰落度量空間度量:沿移動臺運動方向接收信號的幅度隨距離變動而衰減時間度量:時延擴展:多徑效應引起的接收信號中脈沖的寬度擴展現象基本特性時域:多徑效應使信號時延擴展引起頻率選擇性衰落與頻率平坦性衰落頻域:多普勒效應使頻域擴展,產生多普勒頻展,引起時間選擇性衰落和時間平坦性衰落多普勒效應移動

5、臺運動中通信時接收信號的頻率會發生變化多普勒頻移由多普勒效應引起的附加頻移瑞利分布 快衰落影響多徑信號相位相反合成信號的幅度快速變化多徑信號傳播路徑不同時延擴展接收機或環境運動多普勒頻移相關帶寬信號包絡相關系數=0.5時對應的頻率間隔。最大時延擴展的倒數;信號帶寬相關帶寬:頻率選擇性衰落;:非頻率選擇性衰落(平衰落)相干時間多普勒頻展的寬度的倒數;信號持續時間相干時間:時間選擇性衰落(快衰落);:慢衰落信道類型平慢衰落信道:信號帶寬相關帶寬,信號持續時間相干時間平快衰落信道: , 頻率選擇性慢衰落信道:, 頻率選擇性快衰落信道:, 信道衰落因子陰影衰落宏觀變化慢衰落接收天線處的場強中值隨移動臺

6、運動時周圍地形的變化而波動,變化速率較慢。對數正態分布噪聲與干擾噪聲外部環境噪聲干擾(7)鄰道干擾:不可避免只能減小;解決方法同頻干擾:所有落到接收機通帶內與有用信號同頻的無用信號遠近效應:接收點位置和兩個分開的發信機之間路徑損耗不同引起接受功率差互調干擾:由發射機中非線性電路產生。定義、克服方法碼間干擾多址干擾多徑干擾抗衰落技術:分集,均衡,信道編碼分集定義利用移動通信的多徑傳播特性,在接收端通過將受干擾最小的信號合并輸出降低多徑衰落的影響原理各獨立信號傳播路徑同時經歷深度衰落的概率很低分類常用時間分集,頻率分集,空間分集傳輸信號方式分類顯分集發射至少有兩路獨立路徑傳送同一信號隱分集隱含在傳

7、輸信號中交織:把一條消息中的比特以非連續方式傳送,使突發差錯信道變為離散信道,便于用糾錯碼消除隨機錯誤跳頻技術 目的:抗多徑,抗衰落,抗同信道干擾直接序列擴頻技術目的:抗多徑,抗衰落,抗干擾目標對抗多徑衰落和延時串擾技術獲得獨立多路信號、合并獨立多路信號本質對同一信號在不同時間/空間/頻率的過采樣分集合并技術利用多個分集信號來減少衰落影響并獲得增益的技術分類(4):選擇式合并、最大比合并、等增益合并、開關式合并信道編碼在信息碼元中增加一些冗余碼元,用來在接收端檢測或糾正在有噪信道中引入的誤碼均衡定義接收端產生與信道相反的特性來抵消信道的時變多徑傳播特性引起的碼間干擾分類寬帶單載波系統:頻域均衡

8、技術OFMA與SC-FDE,對比異同窄帶數字通信系統:時域均衡目的:克服碼間干擾線性均衡器的反饋信號是Sk的估值,非線性均衡器反饋信號是k以前的符號流目標抗碼間串擾本質在基帶信號接受濾波器后插入一個橫向濾波器抗時變性自適應參數調制,自適應均衡準則依據符號間干擾為最小來調節加權系數的原則最小峰值失真準則最小均方誤差準則算法在給定均衡準則條件下,用來調節加權系數以實現均衡準則的方法性能指標算法復雜度,算法收斂速度,穩定性工作方式預置式均衡器自適應均衡器在工作前發一定長度的測試脈沖序列,以調整均衡器的抽頭系數,使其基本收斂,再自動改變為自適應工作方式訓練模式,跟蹤模式多址技術移動通信核心問題克服信道

9、與用戶帶來的兩重動態特性解決動態尋址對多個地址的動態劃分與識別多址技術使多個用戶接入并共享同一個無線通信信道,以提高頻譜利用率的技術FDMATDMACDMA,形式:直擴碼分DS-CDMASDMA空分多址信源編碼:語音和圖像的數據壓縮技術語音編碼移動通信的要求編碼速率低,語音質量好較強的抗噪聲干擾和抗誤碼的性能編譯碼延時小,總時延在65ms內編譯碼器復雜度低,便于大規模集成化功耗小,便與應用于手持機分類波形編碼:將時域模擬話音的波形采樣,量化,編碼參量編碼:基于人類語音的產生機制建模,根據輸入語音得出模型參數傳輸混合編碼決定因素:數據比特率,話音質量,算法復雜度,處理時延圖像編碼國際電聯的電信標

10、準部:H.26X H.264特點國際標準化組織和國際電工委員會:JPEG,MPEGX移動通信系統物理模型C1理想加性白色高斯信道AWGN正態分布C2陰影衰落信道(慢衰落信道)對數正態分布慢衰落-中尺度C3平坦瑞利衰落信道(空間選擇性衰落)瑞利分布或萊斯分布快衰落-小尺度C4頻率選擇性衰落選擇性衰落信道C5時間選擇性衰落C6時變信道克服方法大尺度增大設備能力中尺度鏈路自適應:電路型:功率自適應,分組型:速率自適應小尺度空間選擇性衰落空間分集頻率選擇性衰落自適應均衡,正交頻分復用,RAKE接收時間選擇性衰落信道交織編碼調制解調功能(4)載荷信息,頻譜搬移;抗干擾特性;頻譜有效性;調制信號的峰平比選

11、擇(3)可靠性,有效性,易于實現性能評估(2)功率效率和帶寬效率 頻帶利用率單位:bit/s/Hz分類按調制信號分模擬調制和數字調制按相位連續性分相位不連續和相位連續調制按信號恒定性分恒包絡調制和非恒包絡調制(小功率信號用恒包絡調制)恒包絡調制:頻移鍵控FSK,最小頻移鍵控MSK按調制方式分調頻,調幅,調相擴頻調制思想香農公式,增加帶寬換取傳輸性能分類直接序列擴頻直接用具有高速率的擴頻碼序列在發端擴展信號頻譜頻率跳變調制載波中心頻率在一個頻帶內跳變,形成一定帶寬的離散頻率譜特點(5)具有選擇地址的能力在公用信道中能實現CDMA復用信號的功率譜密度低,電磁污染小易于加密抗干擾,抗衰落能力強偽隨機

12、序列特點(3)比特率能滿足擴展帶寬的需求自相關大,互相關小有近似噪聲的頻譜性質擴頻增益頻譜擴展前的信號帶寬與頻帶擴展后的信號帶寬之比蜂窩移動通信系統&移動通信組網頻率復用不同小區使用相同頻率中心激勵方式解決用戶增多而頻譜有限定點激勵方式越區切換進行中的通信鏈路在基站間轉移時切換由移動交換中心控制小區分裂分割原小區并使用相同的頻率再用模式,將全向覆蓋改為定向覆蓋。增加每個小區的信道數實施方案:劃分扇區解決網中用戶密度不同組成(4)基站分系統基站收發信機、基站控制器移動分系統手持臺、車載臺交換分系統移動交換機、位置寄存器、鑒權中心等操作與支持系統操作維護中心、網絡管理中心大區制一個基站覆蓋

13、較大的無線服務區基站天線架設較高發射功率很大覆蓋半徑30-50km小區制將無線服務區劃分為覆蓋半徑2-10km的小區域區群:位置相鄰頻率不同的小區,不同區群中頻率復用區群越小,復用次數越多,系統容量越多;但同頻小區間距離越小,同頻干擾越大實現方式帶狀服務區,面狀服務區(蜂窩網)構成區群或簇條件定向小區將一個中心激勵的基站利用定向天線分為3/6個扇形覆蓋小第二代移動通信系統GSM復用(多址)方式TDMA/FDMA雙工方式FDD頻率雙向雙工調制方式GMSK 高斯最小頻移鍵控信道數據速率270.8kbps信道編碼方式卷積碼干擾保護比C/I9dB網絡結構(第9章三部分,第13章4部分)移動臺手持臺、車

14、載臺基站子系統基站收發信臺、基站控制臺網絡子系統移動交換中心、歸屬位置寄存器、訪問位置寄存器、認證中心、設備標志寄存器、操作維護中心操作支持子系統操作維護中心、網絡管理中心網絡接口Um移動臺與基站收發信臺間A基站與移動交換中心間B移動交換中心與訪問位置寄存器間C移動交換中心與歸屬位置寄存器間關鍵技術頻段分配:上行:890-915MHz下行:935-960MHz上下行頻段間隔45MHz相鄰頻道間隔0.2MHz 即每個話音信道占200kbps每信道占用帶寬200kHz/8=25kHz提供25M/200k=125頻點數,1000個時分信道數每個頻道時分多址接入,分為8個時隙,時隙寬度0.577ms,

15、包含156.25bitTDMA技術空間分集技術分集技術均衡技術編碼技術語音編碼混合編碼:線性預測編碼-長期預測編碼-規則脈沖激勵編碼器(LPC-LTP-RPE編碼器);速率13bps信道編碼456bit 信道編碼速率22.8kbps;過程交織技術保密技術:鑒權、加密、設備識別、用戶識別碼保密、PIN碼接入網絡方面采用對用戶鑒權無線路徑上采用對通信信息加密對移動設備采用設備識別對用戶識別碼用臨時識別碼保護SIM卡用PIN碼保護控制信道廣播信道公共控制信道專用控制信道時隙結構NB、FB、SB、ABTDMA技術信道物理信道時隙邏輯信道業務信道傳輸數字話音或數據:話音業務信道、數字業務信道控制信道:傳

16、送信令或同步數據廣播信道一點對多點頻率校正信道傳輸移動臺校正工作頻率的信息【下】同步信道移動臺同步和對基站進行識別的信息【下】廣播控制信道傳輸系統公用控制信息【下】公用控制信道尋呼信道基站尋呼移動臺的信息,一對多【下】隨機接入信道移動臺隨機入網申請,一對一【上】準許接入信道基站應答移動臺入網申請,一對一【下】專用控制信道點對點獨立專用控制分配業務信道前傳送有關信令【上下】慢速輔助控制在移動臺和基站間周期性傳輸信令【上下】快速輔助控制沒有分配到獨立專用控制信道時,傳與上相同的信息【上下】幀結構8個時隙TDMA幀復幀超幀超高幀上行幀和下行幀的TDMA幀號相同。但上行比下行推后3個時隙時隙的信息格式

17、突發脈沖序列普通突發脈沖序列(NB)、頻率校正突發脈沖序列(FB)、同步突發脈沖序列(SB)、接入突發脈沖序列(AB)、空閑突發脈沖序列(DB)硬切換、硬容量第二代移動通信系統IS-95(標準:IS-95A,IS-95B,IS-95C)復用(多址)方式CDMA雙工方式FDD調制方式反向OQPSK,前向QPSK信道數據速率(擴頻碼速率)1228.8kbps 碼片速率1.2288Mc/s信道編碼方式卷積碼語音編碼方式碼激勵線性預測的可變速率混合編碼QCELP聲碼器;速率1.2-9.6bps頻段分配:前向:824-849MHz 反向:869-894MHz上下行頻段間隔45MHz信道占用1.25MHz

18、技術特點所有用戶共享同一時隙,同一頻隙擴頻通信;寬帶信號采用Rake接收機抗頻率選擇性衰落抗干擾性強、低功率譜密度CDMA碼分多址系統碼分擴頻 優點:擴頻/解擴實現頻率分集擴頻增益和抗干擾容限抗干擾強保密性好隱秘性好實現要點發端擴頻調制地址碼多且兩兩正交收端同步碼分功能(地址碼)用戶地址碼區分不同用戶和多速率業務識別用周期夠長的PN序列信道地址碼區分每個小區內不同信道用正交的Walsh函數基站地址碼區分不同的基站小區用不同移相的PN序列特點每個基站只需一個射頻系統,各用戶共享頻率和時間系統容量大,多址能力強通信容量載干比多址干擾小的措施地址碼良好的自相關性與互相關性信號處理:多用戶檢測功率控制

19、克服遠近效應語音激活技術、高校糾錯碼、扇形分區擴大系統容量抗干擾抗衰落多種分集技術CDMA抗空間衰落:智能天線時間分集:Rake接收機頻率分集:1.25MHz寬帶信號空間分集:多徑Rake接收機功率控制目的:克服遠近效應軟切換:不同基站的小區間或扇區間越區切換不需改變頻率,只需改變地址碼更軟切換:同一基站的不同扇區間,切換中不需移動交換機參與軟容量有容量限值,但超過容量只會使性能下降,不會阻塞,系統靈活性好CDMA時間基準GPS全球定位系統關鍵技術功率控制技術、RAKE分集接收技術、話音激活與可變速率聲碼器技術、軟切換技術、地址碼選擇CDMA無線鏈路:FDMA/CDMA混合多址技術;頻道間隔1

20、.25MHz;頻道中碼速率1.2288Mc/s第三代移動通信系統IMT-2000(演進過程)雙工方式FDD(主),TDD目標車載環境:144kbps步行環境:384kbps室內環境:2Mbps系統構成移動臺、基站、無線網絡控制器、核心網絡、歸屬位置寄存器技術特點5最新技術了解導頻輔助相干解調和RAKE接收,變速率傳輸,高效turbo-code,具有應用智能天線的潛力,具有應用多用戶檢測的能力cdma2000以IS-95為基礎,改進這兩點反向信道相干解調多載波方式提高傳輸速率連續反向空中接口波形快速前向功控,前向發送分集輔助導頻信道信道編碼Turbo編碼多種信道帶寬,靈活的幀長,靈活的信令結構優

21、化物理層:采用專用控制信道,可變幀長分組數據控制信道,增強的尋呼信道和接入信道,支持快速分組數據業務接入控制語音編碼方式增強型可變速率語音編碼器EVRC聲碼器最小帶寬1.25MHz的1、3、6、9、11倍碼片速率1.2288Mcps的1、3、6、9、11倍WCDMA無線空中接口:用戶設備和網絡之間的接口控制平面物理層媒體接入控制層無線鏈路控制層無線資源控制用戶平面分組數據匯聚協議廣播/組播控制網絡結構用戶設備無線接入網移動核心網系統結構核心網-Iu接口-無線接入網-Uu接口-用戶裝置網絡接口Iu,Iub,Uu 在3G中增加了一個RNC(無線網絡控制器)間的Iur接口用于軟切換Iu的類型:面向電

22、路交換的Iucs面向分組交換的Iups面向廣播的Iubs呼吸效應覆蓋范圍隨用戶的增多二縮小擴頻與調制方式前向QPSK反向BPSK信道編碼卷積碼與Turbo碼Rake接收技術有效減少了網絡建設成本減少了信道綜合成本功率控制技術軟切換/更軟切換壓縮模式技術發射分集技術異地方式工作宏分集合并技術先進的無線資源管理方案基于網絡性能的語音AMR可變速率控制技術語音編碼方式自適應多速率編碼AWR聲碼器(AWR:智能解決信源編碼和信道編碼的速率匹配問題)最小帶寬5MHz碼片速率3.84McpsTD-SCDMATD:時分多址,時分雙工;SCDMA:智能天線、同步CDMA技術、軟件無線電同步CDMA上行鏈路各終

23、端信號在基站解調器完全同步優點系統容量大,頻譜利用率高,抗干擾強CDMA碼道正交降低碼道間干擾提高CDMA容量簡化硬件,降低成本網絡層特色接力切換動態信道分配DCA技術TD-SCDMA的組網關鍵技術智能天線,多用戶檢測多時隙的TDMA和DS-CDMA幀結構同步CDMA用軟件無線電技術實現信道編碼和交織接力切換同步方法GPS碼片速率1.28Mcps3GPP:公共地面移動網絡-系統構成MSBSSRNSCNIMS核心網TDD與FDDTDD 優點TDD缺點峰值/平均發射功率之比隨時隙數增加而增加,發射功率不會很大;通信距離受時延限制;不連續發射,抗快衰落和多普勒效應低;高速移動環境性能差TDDFDD頻譜靈活性:不需要成對的頻譜;上下行頻率相同,鏈路特性相同;支持不對稱數據業務,根據業務量自適應調整時隙寬度高密度用戶地區大區制全國系統對稱及不對稱的數據業務對稱業務通信距離較短通信距離較長抗快衰落和多普勒效應能力低抗快衰落和多普勒效應能力較高第四代移動通信系統HSUPA和HSDPA合稱HSPA,在HSUPA中引入了新的傳輸信道:E-DCHLTE系統雙工方式FDD,TDD多址技術上行SC-FDMA 下行OFDMA信道帶寬1.4MH

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