現代通信技術基礎2

2.4.1移動通信關鍵技術物理層技術1分集技術2組網技術3

移動通信是指在通信中一方或雙方均處于移動狀態的通信狀態。包括移動體（車輛、船舶、飛機或行人）和移動體之間的通信，移動體和固定點（固定無線電臺或有線用戶）之間的通信。1、物理層技術

無線接口物理層處于無線接口協議模型的最底層，它提供物理介質中保證比特流正確傳輸所需要的所有功能。信源解碼信源編碼Interleavingdeinterleaving信道編碼交織去交織信道解碼加擾解擾擴頻解擴調制解調射頻發射射頻接收無線信道4移動通信基本模型1、物理層技術5（1）信源編碼對輸入信息進行編碼，優化信息和壓縮信息并且打成符合標準的數據包。移動通信系統中的語音編碼GSM移動通信系統

編碼技術

RPE-LTP

編碼速率固定（全速率FR為13kbit/s，半速率HR為5.6kbit/s，增強型全速率EFR為12.2kbit/s）CDMA移動通信系統編碼技術

AMR（AdaptiveMulti-Rate）

編碼速率可變（

支持8種速率:12.2k,10.2K,7.95K,7.40K,6.70K,5.90K,5.15K,4.75K.AMR的比特速率由接入網來控制LTE移動通信系統

編碼技術

iLBC（internetlowbitratecodec）廣泛用于各種VOIP

1、物理層技術AMR（AdaptiveMulti-Rate）語音編碼多速率：8種編碼速率，從12.2Kbps到4.75Kbps。多種語音速率與目前各種主流移動通信系統使用的編碼方式兼容，有利于設計多模終端。根據用戶離基站遠近，自動調整語音速率，減少切換，減少掉話。根據小區負荷，自動降低部分用戶語音速率，可以節省部分功率，從而容納更多用戶。61、物理層技術GSM移動通信系統

CRC+卷積碼CDMA移動通信系統語音業務：卷積碼（1/2、1/3）數據業務：Turbo碼（1/3）LTE移動通信系統針對不同的傳輸信道或控制信息，支持不同的信道編碼方式，如咬尾（Tailbiting）卷積碼、Turbo碼、塊編碼和重復編碼。7（2）信道編碼信道編碼技術也稱差錯控制編碼技術，充分利用信號多余度，來實現減小信息傳輸差錯概率的。1、物理層技術交織的作用：打亂符號間的相關性，減小信道快衰落和干擾帶來的影響8（3）交織信道編碼適合糾正非連續的少量錯誤，對于糾正突發性的連續錯誤效果不好。1、物理層技術（4）擴頻怎么做？低速的基帶信號與高速的擴頻碼相乘，一個比特的數據變成擴頻碼的一組碼元。結果如何？

信號的帶寬被大大擴展（擴頻）

提高抗干擾能力9在3G移動通信系統中，采用一種直接序列擴頻通信方式。1、物理層技術（5）加擾

加擾就是用一個偽隨機碼序列（擾碼）對原始信號進行處理。

在CDMA移動通信系統中由于相鄰的小區可以使用相同的頻率、時隙，所以每個小區都有自己的擾碼，對自己的數據進行加擾，用于與鄰小區發送的數據進行區分。101、物理層技術（6）調制GSM移動通信系統中的調制方式：GMSKCDMA移動通信系統中的調制方式：QPSK、16QAMLTE移動通信系統中的調制方式：QPSK、16QAM、64QAM

采用不同的調制方式可以極大地影響空中接口提供數據業務的能力。1、物理層技術

發射機的工作方式（7）射頻發射1、物理層技術

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計獨立的衰落信號進行合并(包括選擇與組合)以降低衰落的影響。2、分集技術分集技術是克服信道衰落的一種有效手段。分集技術的分類有多種：若按照“分”劃分：空間分集、頻率分集、時間分集等；若按照“集”劃分：選擇式合并、等增益合并和最大比值合并；若按照信號傳輸的形式進行劃分：顯分集和隱分集；按照針對不同衰落劃分：宏分集和微分集。2、分集技術時間分集頻率分集空間分集極化分集跳頻多單極化天線雙極化天線tf2、分集技術（1）空間分集空間分集的依據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的。

2、分集技術間隔距離d與工作波長、地物及天線高度有關，在移動信道中，通常取：市區d=0.5λ

郊區d=0.8λ分集的支路數越大，效果就越好，但較大時，分集復雜性增加，則增益的增加變得緩慢。2、分集技術（2）極化分集極化分集的理論依據是兩個在同一地點極化方向相互正交的天線發出的信號具有不相關的衰落特性。具體來講,在發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。極化分集天線的特點是能節省安裝空間，特別適用于高話務量密集的城市地區的基站。2、分集技術（3）頻率分集由于頻率間隔大于相干帶寬的兩個信號所遭受的衰落可以認為是不相關的，因此可以用兩個以上不同的頻率傳輸同一信息，以實現頻率分集。

頻率分集的優點是與空間分集相比，減少了天線的數目。但缺點是要占用更多的頻譜資源，在發射端需要多部發射機。2、分集技術（4）時間分集

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間多次重發，只要各次發送的時間間隔足夠大，那么各次發送信號所出現的衰落將是彼此獨立的，接收機將重復收到的同一信號進行合并，就能減小衰落的影響。要求數字信號的重發時間間隔大于相干時間。

時間分集技術的特點是克服了多徑效應，增加接收概率；但是接收機要有多路，接收機復雜。2、分集技術（5）分集合并方式

接收端收到M(M≥2)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個信號的加權系數。2、分集技術

選擇不同的加權系數，就可構成不同的合并方式。常用的有以下三種方式：

(a)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，加權系數只有一項為1，其余均為0。

2、分集技術

(b)最大比值合并每一支路的加權系數由于信號強的支路貢獻多，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。2、分集技術(3)等增益合并等增益合并無需對信號加權，各支路的信號是等增益相加。2、分集技術不同分集合并技術的比較2、分集技術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區內的任一點都能接入網絡，需要在該服務區內設置多少基站？另一方面，對于給定的頻率資源，如何在這些基站之間進行分配以滿足用戶容量的要求？這些是區域覆蓋技術要解決的問題。一般來說，移動通信網的服務區域覆蓋可分為兩類：小容量的大區制；大容量的小區制（蜂窩系統）。（1）組網制式3、組網技術大區制：一個基站覆蓋整個服務區。基站作用——負責整個移動通信網的聯絡和控制。大區制移動通信3、組網技術

小區制：把整個服務區域劃分為若干個無線小區（cell)，每個小區分別設置一個基站。

功率：5至20W基站作用：負責本區移動通信的聯絡和控制，又可在移動業務交換中心（ＭＳＣ）的統一控制下，實現小區之間移動用戶通信的轉接，以及移動用戶與市話用戶的聯系。小區覆蓋面與基站天線是緊密相關的。

3、組網技術小區制移動通信網除了對外連接固定電話網PSTN，還連接其他外部網絡，比如Internet移動通信網絡的核心網3、組網技術

全向天線輻射的覆蓋區是個圓形。為了不留空隙地覆蓋整個平面的服務區，一個個圓形輻射區之間一定含有很多的交疊。在考慮了交疊之后，實際上每個輻射區的有效覆蓋區是一個多邊形。根據交疊情況不同，有效覆蓋區可為正三角形、正方形或正六邊形，小區形狀如下圖所示。可以證明，要用正多邊形無空隙、無重疊地覆蓋一個平面的區域，可取的形狀只有這三種。（2）小區形狀3、組網技術思考：這三種形狀中哪一種最好呢?為什么？正三角形正方形正六邊形3、組網技術三種形狀小區的比較結論：對同樣大小的服務區域，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。因此，人們選擇正六邊形做為小區的形狀，并稱移動通信網為蜂窩網。3、組網技術

頻率復用是蜂窩移動通信系統的核心概念，也就是相隔一定距離的小區內的用戶可以使用相同的頻率，從而大大增加頻譜效率。頻率復用的機理是基于無線電波傳播路徑損耗特性，即假設兩個基站之間的距離足夠遠，那么用于一個基站的頻率可以在另一個基站上復用。使用相同頻率的蜂窩小區稱為同頻小區。這些同頻小區之間的距離必須足夠遠，否則會出現同頻干擾。（3）頻率復用3、組網技術相鄰小區顯然不能用相同的信道。為了保證同信道小區之間有足夠的距離，附近的若干小區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，在不同的空間進行頻率復用。即將若干個不同信道的小區組成一個區群或簇。

在蜂窩移動網絡中，簇是可以同頻復用實現地理平鋪的最小單位。常見的復用模式有N=3，4，7，12，13，19六種。N表示一個簇中的小區個數，也稱頻率復用系數。（4）區群3、組網技術單元區群的組成應滿足兩個條件：一是區群之間可以鄰接，且無空隙無重疊地進行覆蓋；二是鄰接之后的區群應保證各個相鄰同信道小區之間的距離相等且最大。滿足上述條件的區群形狀和區群內的小區數不是任意的。可以證明，區群內的小區數應滿足下式：

式中，i,j為0,1,2,3…….，但不能同時為0。3、組網技術

區群的組成

3、組網技術將區群（族）組成更大的蜂窩網絡f1f2f3f1f2f3f1f2f3f1f2f3f1f2f3f1f2f3f4f5f6f7f1f2f3f4f5f6f7f1f2f3f4f5f6f7

同頻(信道)小區的距離jiD3、組網技術

在每個小區中，基站可設在小區的中央，用全向天線形成圓形覆蓋區，這就是所謂“中心激勵”方式。也可以將基站設計在每個六邊形的三個頂點上，每個基站采用三副扇形輻射的定向天線，這就是所謂“頂點激勵”方式。（5）激勵方式3、組網技術（a）中心激勵（b）頂點激勵3、組網技術

在整個服務區中，每個小區的大小可以是相同的，這只能適應用戶密度均勻的情況。事實上服務區內的用戶密度是不均勻的，例如城市中心