移动通信射频工程百题答疑(系统篇)

系统篇△1、第一代移动通信系统及其主要特点。近代的陆地移动通信系统，也称为蜂窝移动通信系统；自80年代起，已历经三代。第一代的主要特点是利用模拟传输方式实现话音业务，以AMPS（美国、南美洲）、TACS（英国、中国）和NMT（北欧）为代表。主要商用时间从80年代初开始到90年代前期。它的主要特点是：①模拟话音直接调频；②多信道共用和频分多址接入方式；③频率复用的蜂窝小区组网方式和越区切换；④无线信道的随机变参特征使无线电波受多径快衰落和阴影慢衰落的影响⑤环境噪声和多类电磁干扰的影响；⑥无法与固定网迅速向数字化推进相适应，数据业务很难开展；⑦安全保密性差，易被“窃听”，易被“仿制烧号”。△2、第二代移动通信系统及其主要特点第二代蜂窝移动通信系统以数字传输方式实现话音和低速数据业务，以GSM为主,IS-95CDMA为辅。主要商用时间从90年代中期开始到现在。它的主要特点是：①低速率话音编码技术和数字调制；②每载波多路、时分多址或码分多址接入；③Rake接收机和自适应均衡技术；④与固定网向数字化推进相适应，具有中低速数据承载业务能力；⑤先进的开放的技术规范（如A接口和U接口），有利于形成既竞争又相互促进的机制；⑥安全保密性强，不易“窃听”，不易“仿制”；⑦有利于大规模集成。△3、第三代移动通信系统及其主要特点第三代蜂窝移动通信系统以更高速的数据业务和更好的频谱利用率为目标，采用宽带CDMA为主流技术，目前已形成两类三种空中接口标准，即WCDMAFDD（简称WCDMA）、WCDMATDD（简称TD-SCDMA）和CDMA2000。今后十年内将逐步替代第二代系统而成为主流。它的主要特点是：①新型的调制技术，包括多载波调制和可变速率调制技术；②高效的信道编译码技术，除了沿用第二代的卷积码外，还对高速数据采用了Turbo纠错编码技术；③Rake接收多径分集技术以提高接收灵敏度和实现软切换；④软件无线电技术易于多模工作；⑤智能天线技术易于提高载干比；⑥多用户检测技术以消除和降低多址干扰；⑦可与固定网中的电路交换和分组交换网很好地相适应，满足各类用户对话音及高、中、低速率数据业务的需求。△4、何谓“双工”方式？何谓“多址”方式？“双工”（Duplexer）是相对于“单工”而言的收发信机工作方式。在无线对讲（集群）电话问世之初，由于技术及成本因素，发信机采用了“按下讲话”的方式，即有一个通话按钮，按下时表示发信，放开时表示接收，也就是说，此种通话方式不能像固定电话那样同时收发，故称之为“单工”。而技术的进步和制造成本的下降，使双工滤波器能够在各类工作频段都能随意使用，从而使无线对讲电话也能像固定电话那样同时接收和发送，不需要在讲话时按下按钮,这种通话方式就是“双工”方式。当收信和发信采用一对频率资源时，称为“频分双工”；而当收信和发信采用相同频率仅以时间分隔时称为“时分双工”。“多址”（MultiAccess）是指在多信道共用系统中，终端用户选择通信对象的传输方式，在陆地蜂窝移动通信系统中，用户可以通过选择“频道”、“时隙”或“PN码”等多种方式进行选址，它们分别对应地被称为“频分（FrequencyDivision）多址”、“时分（TimeDivision）多址”和“码分（CodeDivision）多址”。简称FDMA,TDMA和CDMA.△5、发信功率及其单位换算通常发信机功率单位为“瓦特”（W），它也可以表示为dBw，即以1W为基准的功率分贝值，即Pt（dBW）=10lg1WW）（Pt为了便于计算，发信功率单位也可用“毫瓦”（mW）表示，同样，它也可以表示为dBmW（简写为dBm），即以1mW为基准的功率分贝值，而1W=1000mW1dBW=30dBm或Pt（dBm）=10lg1mWW）（mPt△6、接收机的热噪声功率电平（底噪）任何一个无线通信接收机能否正常工作，不仅取决于所能获得的输入信号的大小，而且也与其内部噪声以及外部噪声和干扰的大小有关。接收机内部噪声也称为热噪声，它是由电子运动所产生的，其定义是指当温度为290°K（17°C）时，由接收机通带（通常由接收机中频带宽所决定）所截获的热噪声功率电平。这个热噪声功率电平也称为接收机的底噪，是计算接收机的噪声的基本参数。No=KTB（W）接收机带宽绝对温度值290°K玻尔兹曼常量1.37×1023如用dBW表示，可写为No（dBw）=－204dBW+10lgB或=－174dBm+10lgB对于G网，B=200KHz（53dB），No=－121dBm通常决定无线接收机的灵敏度主要器件是输入射频放大器，因此，放大器的噪声系数也同样可用来衡量接收机灵敏度指标。放大器噪声系数NF=实测信噪比最大可能信噪比最大可能信噪比是把信号源内阻作为系统中唯一噪声源时输出端产生的信噪比，此时相当于负载开路状态；实测信噪比即将放大器的噪声与信号源内阻相加作为噪声源时输出端产生的信噪比。所以NF=kTBgNNia)/(式中：kTB—带宽为B（Hz）时的热噪声Ni—输入端噪声功率电平Na—放大器内部噪声功率电平g—放大器放大量以输入电动势表示的灵敏度（e）与NF的关系可以表示为：e=RNCKTBFN式中：R为输入阻抗（50）NF为接收机噪声系数B为噪声宽带（通常即接收机的中频带宽）C/N：为门限载噪比（通常与数据速率有关）在工程设计中，通常仅需知道接收机输入端(开路)的信号功率Pi（dBm）即Pi（dBm）=Re2=NCKTBFN=-174（dBm）+10lgB+NF（dB）+C/N对于G网，当B=200KHzNF=4dBC/N=12dB时Pi（dBm）=-174+53+4+12=-105dBm☆7、接收灵敏度及噪声系数无线接收机的灵敏度是接收弱信号能力的量度，通常由v、dBv、dBmW表示；接收机的灵敏度指标标称值通常是在静态（实验室屏蔽房内）条件下，为获得规定的终端通话质量（如C/N=18dB或FER=1×103等），在接收机输入端输入的电压电平（v和dBv）或功率电平（dBm）☆8、电场强度、电压及功率电平的换算电场强度（E）是指长度为1米的天线所感应到的电压，以v/m、v/m、dBv/m计，对半波偶极天线而言，其有效长度为，故其感应的电压e为：e=E（v）式中：E为电场强度（v/m）为波长（m）由于半波偶极天线的特性阻抗是73.13，而移动通信接收机的输入阻抗通常为50，因此，接收机的输入开路电压A=e13.7350=E13.7350若以dBv计，则：A（dBv）=E（dBv/m）+20lg－1.65=E+20lg－11.6例如：对于900MHz频段，=0.33m，当采用半波偶极天线时，输入电压A与接收场强E之间的关系为：A（dBv）=E（dBv/m）-21.33若采用其他增益天线，只需加上该天线相对于半波偶极天线的增益GD即可对于移动通信系统，按惯例是以电动势（开路电压）作为灵敏度指标值。因此，其电压与功率的换算应为：Pi=RA2当R=50时Pi=A－137（dBW）或=A－107（dBm）△9、G网的全速率和半速率信道GSM系统的语音编码采用规则脉冲激励——长期线性预测（RPE—LTP）编译码方式，根据速率不同可以分为全速率和半速率两种信道。当编码器每20ms取样一次，线性预测声域分析抽头为8时，输出260bit，此时编码速率为260/20=13Kbits/s，即为全速率信道。☆10、G网设计中选用哪个信道的发射功率作为参考功率？GSM系统是一个时分多址系统，每个时隙的最大功率都是一样的，但控制信道可以根据移动台与基站距离远近对话音信道功率进行检测，所以话音信道的功率是变化的。在G网作功率规划时，是以相对恒定的BCCH信道功率作为参考功率进行规划的。☆11、G网的传输时延，时间提前量和最大小区半径的限制？G网上行传输方向，在随机接入信道（RACH）上传送，用于移动用户（通过基站）向网络提出接入申请。由于移动台距基站的距离是可变的，因而其传播时延也是变动的，为了保证基站接收机能够准确地接收任一移动台的申请，故在接入信道尾部设立较长的防护段，称为扩展保护期，占68.25比特，约251s，该值对应于35Km的传输时延，即保证距基站35Km的移动台发出的接入申请也不会丢失。但是，保护期的增加实际上是增加了传输开销，也即降低了信息传输速率，因此，G网中相应地采用了自适应的帧调整技术。一旦移动台通过接入信道登记，基站便连续地测试传播时延，并在慢速辅助控制信道上以2次/秒向移动台发出时间提前量指令，其值为0～233s，移动台按此指令进行自适应帧调整，使得移动台向基站发送的时间与基站接收的时隙相一致。从基站的角度看，下行方向延时3个时隙（BP）就可以得到上行方向的结构，也就是上行时隙与其对应的下行时隙号有3个偏移，这是GSM规范中规定的。从移动台的角度看，为了弥补传输时延变化的影响，用一个时间值来补偿传播时延，以调整收发时延始终保持在3BP，这个数值称为时间提前量TA（TimingAdvance）。此时，从MS的角度看，上下行之间的准确偏移量是3BP－TA，TA值由BTS根据传播时延量计算并通知MS，如下图所示：BPBPTA时间提前量的结构图GSM规范中，TA包含6位二进制码元，数值范围为0～63，每个码元传输时间为3.69s，因此Tamax=233s，这相当于电波传输35Km的往返时间。从这点出发，也可推知，GSM（当8个时隙正常运用时）的小区覆盖最大半径只能是35Km。当然，GSM也允许特殊的稀路由状态下，将8个时隙合并为4个时隙，甚至2个时隙或1个时隙，此时，允许的小区覆盖半径最大可达290Km。△12、GPRS的基本概念BTSTXMSTX众所周知，GSM是以数字话音业务为主的低速率移动通信系统，且只能完成电路数据交换，远不能满足移动数据业务的要求。作为一种改进，以现有GSM网络为基础，叠加一个支持高速分组数据传输的网络，将数据业务的速率从9.6kb/s提高一个量级，从而推出了GPRS，即通用分组无线业务（GeneralPacketRadioService），GPRS也被称为2.5G系统。除了运营软件需相应升级以外，GPRS需对原有网络进行一些改动，增加新的设备如业务支持节点（SGSN），网关支持节点（GGSN）等。GPRS是移动通信技术和数据通信技术的完美结晶，它可以在保证话音业务的同时，利用无线信道的空闲资源完成分组数据业务，大大地提高了GSM无线频率资源的利用率。理论上讲，如果将每个载频8个全速率时隙都用来传送数据的话，最高可以提供171kb/s的传输速率。但实际上由于受容量和调制方式的限制，其速率一般也只能到几十kb/s。GPRS定义了四种不同的编码方案，即称为CS-1到CS-4，分别对应不同的传输速率（从9.6kb/s～21.4kb/s）。△13、EDGE的基本概念虽然GPRS采用了多时隙操作模式，但也只能将传输速率提高到几十kb/s，受限制的主要因素在于GMSK的调制方式。为了进一步提高GSM系统的容量，欧洲电信标准协会（ETSI）推出了一种增强数据率的演进方案，即EDGE（EnhancedDateRatesforGSMEvolution），也被称为GSM的2.75G系统。EDGE系统引入了多电平调制方式——8PSK调制，使用户数据信道每时隙的比特率从22.8kb/s提高到69.2kb/s，而所有的控制信道仍采用GMSK调制方式。尽管EDGE理论上可以达到的最高码率约每帧560kb/s,但实际上它还要受移动速度的限制,随着速度的提高,其码率将降至384kb/s（V=100km/hr时）,甚至到144kb/s（V=250km/hr时）。☆14、CDMA系统的带宽、信息速率和扩频增益扩展频谱通信系统是指待传输信息（话音或数据）的频谱用某个特定的扩频函数扩展后成为宽频带信号，送入信道中传输。再利用相应技术将其压缩，从而获取传输信息的通信系统。此时，传输同样信息时所需的射频带宽远比我们已往熟知的各种调制方式要求