重庆大学移动通信系统知识点复习整理

移动通信特点(5)

噪声和干扰严重

噪声来源是人为噪声;干扰有器件非线性引起互调干扰,远近效应引起邻道干扰,同频复用引起同频干扰

频带利用率要求高

用户量多,开发新频段,多波导共用

移动台的移动性强

无线通信与有线通信的结合,位置登记技术,波道切换技术

移动通信设备的性能要好

移动台体积小重量轻功耗低,稳定可靠

系统和网络结构复杂

用户间不干扰,与公用电话网和综合业务数字网互连

 

单工

收发共频不共时;简单省电,要求邻间频率间隔大

双工

收发异频共时,收发频率有间隔;移动台间不能直接通话,耗能大,易干扰

半双工

基站双工,移动台单工

 

服务等级QoS:呼损率B:在一个正常运行的系统中,忙时呼叫被阻塞的概率。

QoS取决因素(4):业务支撑,使用便利性,传输的完整性,适用性指网络在需要时建立呼叫和维持通信的能力。

呼叫中断概率:在一个小时内建立的Q次呼叫中,若N次丢失,则中断概率为N/Q。

通信概率:移动用户在改定服务区域进行成功通话的概率,包括位置概率和时间概率。

 

移动网络

现代通信网组成

终端机,信道,交换设施,信令与协议

无线网络中的业务路由选择

面向连接的选择机制:虚电路路由选择机制;虚连接选择机制:分组交换方式

系统资源

保证通信系统实现正常通信所需的物理条件

频率资源

物理资源类型

码资源、功率资源、地理资源、空间资源、存储资源

时间资源

目的

提高系统有效性,扩大通信系统容量

提高系统可靠性,保证通信业务QoS性能

保障通信系统的保密、安全措施;逐步实现通信系统的性能优化

无线资源管理

分类

电路型业务

分组型业务

 

组成

资源控制

资源分配

资源调度

        

 

传播与干扰

电磁波传播路径

直射波、反射波、散射波、绕射波 路径损耗预测模型(2种)【计算】

 

地形波动高度△h

沿通信方向,距接收地点10km范围内,10%高度线和90%高度线之高度差

 

天线有效高度

沿电波传播方向,距基站天线3-15km范围内平均地面高度以上的天线高度

 

地形分类(按△h分)

准平坦地形、不规则地形

 

移动信道

位置

收发天线之间

 

接收信号功率表达式

 

 

三类衰减效应

空间传播损耗与弥散

影响无线区的覆盖

 

阴影衰落

 

多径衰落

影响信号传输质量,且不可避免

 

影响因素

传播环境

开阔地区

郊区

 

中小城市地区

大城市地区

 

系统工作频率:频率越高,接收信号衰落越大

 

移动台运动状况:运动速度越高,移动信道特性越复杂

 

自由空间传播

接收点信号功率

自由空间传播损耗【计算】

 

多径传播

定义:无线电波传输过程收到地形等影响使电波沿着不同的路径传播

模型

产生多径原因

自由空间传播,反射,折射,散射

 

多径衰落

(多径效应)

 

微观变化

定义

电波由于传播过程多径使接收信号幅度短时间内急剧变化产生了衰落

 

度量

空间度量:沿移动台运动方向接收信号的幅度随距离变动而衰减

 

时间度量:时延扩展:多径效应引起的接收信号中脉冲的宽度扩展现象

 

基本特性

时域:多径效应使信号时延扩展引起频率选择性衰落与频率平坦性衰落

频域:多普勒效应使频域扩展,产生多普勒频展,引起时间选择性衰落和时间平坦性衰落

 

多普勒效应

移动台运动中通信时接收信号的频率会发生变化

 

多普勒频移

由多普勒效应引起的附加频移

 

瑞利分布 快衰落

 

影响

多径信号相位相反→合成信号的幅度快速变化

 

多径信号传播路径不同→时延扩展

 

接收机或环境运动→多普勒频移

 

相关带宽

信号包络相关系数=0.5时对应的频率间隔。最大时延扩展的倒数;

信号带宽>相关带宽:频率选择性衰落;<:非频率选择性衰落(平衰落)

 

相干时间

多普勒频展的宽度的倒数;

信号持续时间>相干时间:时间选择性衰落(快衰落);<:慢衰落

 

信道类型

平慢衰落信道:信号带宽<相关带宽,信号持续时间<相干时间

 

平快衰落信道:        <,                    >

 

频率选择性慢衰落信道:>,                    <

 

频率选择性快衰落信道:>,                    >

 

 

信道衰落因子

 

 

阴影衰落

宏观变化

慢衰落

接收天线处的场强中值随移动台运动时周围地形的变化而波动,变化速率较慢。

 

对数正态分布

 

噪声与干扰

噪声

外部环境噪声

干扰(7)

邻道干扰:不可避免只能减小;解决方法

同频干扰:所有落到接收机通带内与有用信号同频的无用信号

远近效应:接收点位置和两个分开的发信机之间路径损耗不同引起接受功率差

互调干扰:由发射机中非线性电路产生。定义、克服方法

码间干扰

多址干扰

多径干扰

              

 

抗衰落技术:分集,均衡,信道编码

分集

定义

利用移动通信的多径传播特性,在接收端通过将受干扰最小的信号合并输出降低多径衰落的影响

原理

各独立信号传播路径同时经历深度衰落的概率很低

分类

常用

时间分集,频率分集,空间分集

传输信号方式分类

显分集

发射至少有两路独立路径传送同一信号

隐分集

隐含在传输信号中

交织:把一条消息中的比特以非连续方式传送,使突发差错信道变为离散信道,便于用纠错码消除随机错误

跳频技术

目的:抗多径,抗衰落,抗同信道干扰

直接序列扩频技术

目的:抗多径,抗衰落,抗干扰

目标

对抗多径衰落和延时串扰

技术

获得独立多路信号、合并独立多路信号

本质

对同一信号在不同时间/空间/频率的过采样

分集合并技术

利用多个分集信号来减少衰落影响并获得增益的技术

分类(4):选择式合并、最大比合并、等增益合并、开关式合并

 

信道编码

在信息码元中增加一些冗余码元,用来在接收端检测或纠正在有噪信道中引入的误码

均衡

定义

接收端产生与信道相反的特性来抵消信道的时变多径传播特性引起的码间干扰

分类

宽带单载波系统:频域均衡技术

OFMA与SC-FDE,对比异同

窄带数字通信系统:时域均衡

目的:克服码间干扰

线性均衡器的反馈信号是{Sk}的估值,非线性均衡器反馈信号是k以前的符号流

目标

抗码间串扰

本质

在基带信号接受滤波器后插入一个横向滤波器

抗时变性

自适应参数调制,自适应均衡

准则

依据符号间干扰为最小来调节加权系数的原则

最小峰值失真准则

最小均方误差准则

算法

在给定均衡准则条件下,用来调节加权系数以实现均衡准则的方法

性能指标

算法复杂度,算法收敛速度,稳定性

工作方式

预置式均衡器

自适应

均衡器

在工作前发一定长度的测试脉冲序列,以调整均衡器的抽头系数,使其基本收敛,再自动改变为自适应工作方式

训练模式,跟踪模式

       

 

多址技术

移动通信核心问题

克服信道与用户带来的两重动态特性

解决动态寻址

对多个地址的动态划分与识别

多址技术

使多个用户接入并共享同一个无线通信信道,以提高频谱利用率的技术

FDMA

TDMA

CDMA,形式:直扩码分DS-CDMA

SDMA空分多址

 

      

 

 

信源编码:语音和图像的数据压缩技术

语音编码

移动通信的要求

编码速率低,语音质量好

较强的抗噪声干扰和抗误码的性能

编译码延时小,总时延在65ms内

编译码器复杂度低,便于大规模集成化

功耗小,便与应用于手持机

分类

波形编码:将时域模拟话音的波形采样,量化,编码

参量编码:基于人类语音的产生机制建模,根据输入语音得出模型参数传输

混合编码

决定因素:数据比特率,话音质量,算法复杂度,处理时延

图像编码

国际电联的电信标准部:H.26X  H.264特点

 

国际标准化组织和国际电工委员会:JPEG,MPEGX

     

 

移动通信系统物理模型

C1

理想加性白色高斯信道AWGN

正态分布

C2

阴影衰落信道(慢衰落信道)

对数正态分布

慢衰落--中尺度

C3

平坦瑞利衰落信道(空间选择性衰落)

瑞利分布或莱斯分布

快衰落--小尺度

C4

频率选择性衰落

选择性衰落信道

 

C5

时间选择性衰落

 

C6

时变信道

 

克服方法

大尺度

增大设备能力

中尺度

链路自适应:电路型:功率自适应,分组型:速率自适应

小尺度

空间选择性衰落

空间分集

频率选择性衰落

自适应均衡,正交频分复用,RAKE接收

时间选择性衰落

信道交织编码

       

调制解调

功能(4)

载荷信息,频谱搬移;抗干扰特性;频谱有效性;调制信号的峰平比

选择(3)

可靠性,有效性,易于实现

性能评估(2)

功率效率和带宽效率  频带利用率单位:bit/s/Hz

分类

按调制信号分

模拟调制和数字调制

按相位连续性分

相位不连续和相位连续调制

按信号恒定性分

恒包络调制和非恒包络调制

(小功率信号用恒包络调制)

恒包络调制:频移键控FSK,

最小频移键控MSK

按调制方式分

调频,调幅,调相

扩频调制

思想

香农公式,增加带宽换取传输性能

分类

直接序列扩频

直接用具有高速率的扩频码序列在发端扩展信号频谱

频率跳变调制

载波中心频率在一个频带内跳变,形成一定带宽的离散频率谱

特点(5)

具有选择地址的能力

在公用信道中能实现CDMA复用

信号的功率谱密度低,电磁污染小

易于加密

抗干扰,抗衰落能力强

伪随机序列特点(3)

比特率能满足扩展带宽的需求

自相关大,互相关小

有近似噪声的频谱性质

 

扩频增益

频谱扩展前的信号带宽与频带扩展后的信号带宽之比

      

 

 

蜂窝移动通信系统&移动通信组网

频率复用

不同小区使用相同频率

中心激励方式

解决用户增多而频谱有限

定点激励方式

越区切换

进行中的通信链路在基站间转移时

切换由移动交换中心控制

小区分裂

分割原小区并使用相同的频率再用模式,将全向覆盖改为定向覆盖。增加每个小区的信道数

实施

方案:

划分扇区

解决网中用户密度不同

组成

(4)

基站分系统

基站收发信机、基站控制器

移动分系统

手持台、车载台

交换分系统

移动交换机、位置寄存器、鉴权中心等

操作与支持系统

操作维护中心、网络管理中心

大区制

一个基站覆盖较大的无线服务区

基站天线架设较高

发射功率很大

覆盖半径30-50km

小区制

将无线服务区划分为覆盖半径2-10km的小区域

区群:位置相邻频率不同的小区,不同区群中频率复用

区群越小,复用次数越多,系统容量越多;但同频小区间距离越小,同频干扰越大

实现方式

带状服务区,面状服务区(蜂窝网)

构成区群或簇条件

 

定向小区

将一个中心激励的基站利用定向天线分为3/6个扇形覆盖小

       

 

 

 

第二代移动通信系统GSM

复用(多址)方式

TDMA/FDMA

双工方式

FDD频率双向双工

调制方式

GMSK 高斯最小频移键控

信道数据速率

270.8kbps

信道编码方式

卷积码

干扰保护比

C/I≥9dB

网络结构(第9章三部分,第13章4部分)

移动台

手持台、车载台

基站子系统

基站收发信台、基站控制台

网络子系统

移动交换中心、归属位置寄存器、访问位置寄存器、认证中心、设备标志寄存器、操作维护中心

操作支持子系统

操作维护中心、网络管理中心

网络接口

Um

移动台与基站收发信台间

A

基站与移动交换中心间

B

移动交换中心与访问位置寄存器间

C

移动交换中心与归属位置寄存器间

关键技术

频段分配:

 

上行:890-915MHz

下行:935-960MHz

上下行频段间隔45MHz

相邻频道间隔0.2MHz 即每个话音信道占200kbps

每信道占用带宽200kHz/8=25kHz

提供25M/200k=125频点数,1000个时分信道数

每个频道时分多址接入,分为8个时隙,时隙宽度0.577ms,包含156.25bit

TDMA技术

空间分集技术

分集技术

 

均衡技术

编码技术

语音编码

混合编码:线性预测编码-长期预测编码-规则脉冲激励编码器(LPC-LTP-RPE编码器);速率13bps

信道编码

456bit   信道编码速率22.8kbps;过程

交织技术

保密技术:鉴权、加密、设备识别、用户识别码保密、PIN码

接入网络方面采用对用户鉴权

无线路径上采用对通信信息加密

对移动设备采用设备识别

对用户识别码用临时识别码保护

SIM卡用PIN码保护

控制信道

广播信道

公共控制信道

专用控制信道

时隙结构

NB、FB、SB、AB

        

 

TDMA技术

信道

物理信道

时隙

逻辑信道

业务信道

传输数字话音或数据:话音业务信道、数字业务信道

控制信道:传送信令或同步数据

广播信道

一点对多点

频率校正信道

传输移动台校正工作频率的信息【下】

同步信道

移动台同步和对基站进行识别的信息【下】

广播控制信道

传输系统公用控制信息【下】

公用控制信道

寻呼信道

基站寻呼移动台的信息,一对多【下】

随机接入信道

移动台随机入网申请,一对一【上】

准许接入信道

基站应答移动台入网申请,一对一【下】

专用控制信道

点对点

独立专用控制

分配业务信道前传送有关信令【上下】

慢速辅助控制

在移动台和基站间周期性传输信令【上下】

快速辅助控制

没有分配到独立专用控制信道时,传与上相同的信息【上下】

帧结构

8个时隙→TDMA帧→复帧→超帧→超高帧

上行帧和下行帧的TDMA帧号相同。但上行比下行推后3个时隙

时隙的信息格式

突发脉冲序列

普通突发脉冲序列(NB)、频率校正突发脉冲序列(FB)、同步突发脉冲序列(SB)、接入突发脉冲序列(AB)、空闲突发脉冲序列(DB)

硬切换、硬容量

 

第二代移动通信系统IS-95(标准:IS-95A,IS-95B,IS-95C)

复用(多址)方式

CDMA

双工方式

FDD

调制方式

反向OQPSK,前向QPSK

信道数据速率(扩频码速率)

1228.8kbps   码片速率1.2288Mc/s

信道编码方式

卷积码

语音编码方式

码激励线性预测的可变速率混合编码QCELP声码器;速率1.2-9.6bps

频段分配:前向:824-849MHz

          反向:869-894MHz

上下行频段间隔45MHz

信道占用1.25MHz

技术特点

所有用户共享同一时隙,同一频隙

扩频通信;宽带信号采用Rake接收机抗频率选择性衰落

抗干扰性强、低功率谱密度

 

CDMA

码分多址系统

 

 

码分

 

扩频                       优点:

扩频/解扩实现频率分集

扩频增益和抗干扰容限

抗干扰强

保密性好

隐秘性好

实现要点

发端扩频调制

地址码多且两两正交

收端同步

码分功能(地址码)

用户地址码

 

区分不同用户和多速率业务识别

用周期够长的PN序列

信道地址码

 

区分每个小区内不同信道

用正交的Walsh函数

基站地址码

 

区分不同的基站小区

用不同移相的PN序列

特点

每个基站只需一个射频系统,各用户共享频率和时间

系统容量大,多址能力强

 

通信容量载干比

多址干扰小的措施

地址码良好的自相关性与互相关性

信号处理:多用户检测

功率控制克服远近效应

语音激活技术、高校纠错码、扇形分区扩大系统容量

抗干扰抗衰落

多种分集技术

CDMA抗空间衰落:智能天线

时间分集:Rake接收机

频率分集:1.25MHz宽带信号

空间分集:多径Rake接收机

功率控制

目的:克服远近效应

软切换:不同基站的小区间或扇区间

越区切换不需改变频率,只需改变地址码

更软切换:同一基站的不同扇区间,切换中不需移动交换机参与

软容量

有容量限值,但超过容量只会使性能下降,不会阻塞,系统灵活性好

CDMA时间基准

GPS全球定位系统

关键

技术

功率控制技术、RAKE分集接收技术、话音激活与可变速率声码器技术、

软切换技术、地址码选择

CDMA无线链路:FDMA/CDMA混合多址技术;频道间隔1.25MHz;频道中码速率1.2288Mc/s

        

 

第三代移动通信系统IMT-2000(演进过程)

双工方式

FDD(主),TDD

目标

车载环境:144kbps

步行环境:384kbps

室内环境:2Mbps

系统构成

移动台、基站、无线网络控制器、核心网络、归属位置寄存器

技术特点5最新技术了解

导频辅助相干解调和RAKE接收,变速率传输,高效turbo-code,

具有应用智能天线的潜力,具有应用多用户检测的能力

cdma2000

以IS-95为基础,改进这两点

反向信道相干解调

 

多载波方式提高传输速率

 

连续反向空中接口波形

 

快速前向功控,前向发送分集

 

辅助导频信道

 

信道编码

Turbo编码

 

多种信道带宽,灵活的帧长,灵活的信令结构

 

优化物理层:采用专用控制信道,可变帧长分组数据控制信道,增强的寻呼信道和接入信道,支持快速分组数据业务接入控制

 

语音编码方式

增强型可变速率语音编码器EVRC声码器

 

最小带宽

1.25MHz的1、3、6、9、11倍

 

码片速率

1.2288Mcps的1、3、6、9、11倍

 

WCDMA

无线空中接口:用户设备和网络之间的接口

控制平面

物理层

 

媒体接入控制层

 

无线链路控制层

 

无线资源控制

 

用户平面

分组数据汇聚协议

 

广播/组播控制

 

网络结构

用户设备

无线接入网

移动核心网

 

系统结构

核心网-[Iu接口]-无线接入网-[Uu接口]-用户装置

 

网络接口

Iu,Iub,Uu  在3G中增加了一个RNC(无线网络控制器)间的Iur接口用于软切换

 

Iu的类型:

面向电路交换的Iucs

面向分组交换的Iups

面向广播的Iubs

 

呼吸效应

覆盖范围随用户的增多二缩小

 

扩频与调制方式

前向QPSK反向BPSK

 

信道编码

卷积码与Turbo码

 

Rake接收技术

 

有效减少了网络建设成本

 

减少了信道综合成本

 

功率控制技术

 

软切换/更软切换

 

压缩模式技术

 

发射分集技术

 

异地方式工作

 

宏分集合并技术

 

先进的无线资源管理方案

 

基于网络性能的语音AMR可变速率控制技术

 

语音编码方式

自适应多速率编码AWR声码器(AWR:智能解决信源编码和信道编码的速率匹配问题)

 

最小带宽

5MHz

 

码片速率

3.84Mcps

 

TD-SCDMA

TD:时分多址,时分双工;

SCDMA:智能天线、同步CDMA技术、软件无线电

同步CDMA

上行链路各终端信号在基站解调器完全同步

 

优点

系统容量大,频谱利用率高,抗干扰强

CDMA码道正交

 

降低码道间干扰

 

提高CDMA容量

 

简化硬件,降低成本

 

网络层特色

接力切换

 

动态信道分配DCA技术

 

TD-SCDMA的组网

 

关键技术

智能天线,多用户检测

 

多时隙的TDMA和DS-CDMA帧结构

 

同步CDMA

 

用软件无线电技术实现

 

信道编码和交织

 

接力切换

 

同步方法

GPS

 

码片速率

1.28Mcps

 

3GPP:

公共地面移动网络-系统构成

MS

BSS

RNS

CN

 

IMS核心网

 

                

 

TDD与FDD

TDD 优点

TDD缺点

 

峰值/平均发射功率之比随时隙数增加而增加,发射功率不会很大;

通信距离受时延限制;

不连续发射,抗快衰落和多普勒效应低;

高速移动环境性能差

TDD

FDD

 

频谱灵活性:不需要成对的频谱;

上下行频率相同,链路特性相同;

支持不对称数据业务,根据业务量自适应调整时隙宽度

 

高密度用户地区

大区制全国系统

对称及不对称的数据业务

对称业务

通信距离较短

通信距离较长

抗快衰落和多普勒效应能力低

抗快衰落和多普勒效应能力较高

 

第四代移动通信系统

HSUPA和HSDPA合称HSPA,在HSUPA中引入了新的传输信道:E-DCH

LTE系统

双工方式

FDD,TDD

多址技术

上行SC-FDMA 下行OFDMA

信道带宽

1.4MHz-20MHz

调制方式

QPSK,16QAM,64QAM

信道编码

卷积码和Turbo码

帧结构

FDD和TDD两种格式

速率

最大下行峰值速率340Mbps,上行峰值速率86Mbps

协议栈

结构

分组数据汇聚协议

无线链路控制协议

媒体接入控制协议

物理层协议

标准LTE-

Advanced

关键技术

载波聚合:将多个20MHz的频段集合,扩展信号带宽提高链路速率

协作多点传输:高阶MIMO配置,分布式MIMO

中继:协同基站进行无线资源调度和分配

技术特征

上行峰值速率500Mbps,下行峰值速率1Gbps;

高功率效率,降低系统和终端功耗;

更高频谱效率,有效利用分散的频谱

资源块

由资源单元构成,资源单元由一个子载波与一个符号对应的时频单元构成。

WiMax系统

多址技术

上下行:OFDM

802.16m系统

技术增强

 

OFDM  降低峰平比是OFDM系统的关键

原理

将高速的数据流分解为多路并行的低速数据流,在多个载波上同时进行传输

收发信机结构

信道估计

盲估计

非盲算法

同步算法

OFDM数据帧和符号的粗同步算法

OFDM符号的精细同步算法

OFDM频域捕获算法

OFDM频域跟踪算法

峰平比

PAPR定义式

降低PAPR方法:信号预畸变技术,编码类技术,概率类技术

优点

缺点:易受频率偏差的影响;较高峰平比,对发射机内放大器的线性度要求高;有能量损失

    

 

MIMO技术

空时编码

空间复用技术

提高数据速率,频谱效率

分类

空间分集技术

提高可靠性,减小差错率

空间预编码技术

提高数据速率,减小差错率

分层空时码

水平编码,垂直编码,对角编码

优势

不增加带宽的情况下,成倍的提高通信系统的容量和频谱利用率

利用信道的多径效应,实现发射和接收分集,改善系统性能

扩展了信号处理的操作空间,从原有的时域和频域扩展到现有的时域,频域,空域

信道容量式 容量上限随收发天线数目的最小值的增加而线性增加

MIMO与OFDM的结合实质:将空时编码后的信号在每一个发射天线上进行OFDM调制

 

 

 


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