第2章无线通信技术基础

1第二章无线通信技术基础•本章涉及的主要问题:–点对点无线通信包含的主要处理环节有哪些?–什么是扩频通信?–信令在通信网的作用是怎样的?–电波传播的基本特性2•2.1无线通信信号处理流程语音编码语音信道编码调制功率放大接收解调信道解码语音解码语音无线传输存在于基站与移动终端的通信过程中的点对点通信，包括了编码、调制、同步、均衡等基本通信技术。3•2.2语音编码–语音数码化阶段：抽样、量化、编码–编码方式：时域编码：PCM、ADPCM方式等，如PHS系统；频域（参数）编码：线性预测码等；混合编码：如RPE-LTP（GSM）、CELP（CDMA）。4–信道编码常采用纠错编码，其基本方式为：发送端在发送的信息上附加上一些监督码元，这些多余的码元与信息码元之间以某种确定的规则相互关联。接收端按照既定的规则检查信息码元与监督码元之间的关系，若传输过程中发生差错，两者间的约束关系就会受到破坏，接收端从而可以发现甚至纠正错误。–常用纠错码：循环冗余校验码CRC(PHS,CDMA)、卷积码(GSM,CDMA)、交织码(GSM,CDMA)、扰码(CDMA).•2.3信道编码5•2.4调制和解调–定义：利用数字信号来控制载波的振幅、频率或相位，可分为移幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK);–各系统采用的方式：PHS：/4-QPSK；GSM：GMSK（高斯滤波的最小移频键控）；CDMA：QPSK/OQPSK–解调方式：相干解调：利用本地同频率/相位的载波；非相干解调：微分电路+包络检波；6•2.5均衡技术•原理：在一个通信系统中，发送信号通过等效基带信道滤波器后，若在接收端经过均衡器（即等效基带信道滤波器的逆滤波器），则在效果上等同于经过一个理想的具有平坦频率响应和线性相位响应的信道，从而克服码间干扰的影响。•自适应均衡器：一般采用横向滤波器结构，通过自适应算法对权值进行调整，使得输出符号与发送符号的均方误差最小。7•2.6扩频技术1.扩频(SpreadSpectrum)通信的含义：•信号的频谱被展宽；•采用扩频码序列来调制信号；•采用相关/相干解调来解扩。2.扩频通信的理论基础：香农公式：结论：信号带宽可以与信噪比互换。即使信噪比较低，也可采用增加信号带宽的方法来可靠地传输信息。NSBC1log28扩频通信与宽带通信的区别93.直接序列(DirectSequence)扩频：在发端直接用具有高码率的扩频码序列与信息序列相乘来扩展信号的频谱。10•2.7信令技术•定义：在通信系统中传输的除用户信息（例如话音）以外的其它一切控制信号称为信令。信令完成呼叫接续的建立、拆除、监控等一系列的操作与控制，保证用户信息有效且可靠的传输。例：有线电话网的拨号音、忙音、拨号、振铃、回铃等。信令系统与用户信息传输系统是二个相伴随的系统共同构成整个通信系统。信令系统可以看成整个通信系统的神经中枢。信令的传送所必须遵守的协议或规定称为信令方式；为完成和实现信令传递的功能实体称为信令设备。11•信令分类(1).按信令传输通道是否独立分类①随路信令：与用户信息时分或频分共用传输通道。②共路信令：使用独立的传输通道。(2).按信号类型分类①模拟信令。②数字信令。(3).按信令传输位置分类①接入信令：用户终端←→网络节点。②网络信令：网络节点之间。127号信令网是共路信令，是与PSTN平行的独立信令网络。它由三个部件组成：(1)信令点SP(SignalingPoint)：收/发信令的设备，既可以发出又能接收信令。它包括：①业务交换点SSP：交换机②业务控制点SCP：数据库(2)信令链路：信令传输通路(3)信令转移点STP(SignalingTransferPoint)：将信令消息从一条信令链路转到另一条信令链路。信令消息可分成：消息信令单元、链路状态信令单元、填充信令单元。它们以分组交换的形式被传递。我国的7号信令网由HSTP、LSTP和SP三级组成。•7号信令137号信令系统协议的结构UP部分MTP部分14•移动网中7号信令的网络结构SCP：业务控制点：SSP：业务交换点；STP：信令转移点15–收发工作方式种类：单工、半双工、双工–双工方式：频分双工（FDD）：设备同时具有两个无线通道分别进行发射和接收；上、下行通道在频率上是分离的；时分双工（TDD）：设备由一个无线通道分时进行发射和接收；上、下行通道在时间上是分离的；–系统采用方式：FDD：GSM、CDMATDD：PHS•2.8工作方式16•2.9交换技术常用的交换方式：1.电路交换2.报文交换3.分组交换4.帧中继5.ATM17当前陆地移动通信主要使用的频段为VHF和UHF,即150MHz、450MHz、900MHz、1800MHz。移动通信中的传播方式主要有直射波、反射波和地表面波等传播方式。3.0移动通信频段的电波传播特性18直射波)(lg20lg2045.32dBfdLbs直射波传播损耗可看成自由空间的电波传播损耗Lbs,Lbs的表示式为式中,d为距离(km),f为工作频率(MHz)。视距传播的极限距离已知地球半径为R=6370km,设发射天线和接收天线高度分别为hT和hR(单位为m),理论上可得视距传播的极限距离d0为)())()((57.30kmmhmhdTR19绕射损耗设障碍物与发射点、接收点的相对位置如图所示，图中x表示障碍物顶点P至直线AB之间的垂直距离，在传播理论中x称为菲涅尔余隙。20根据菲涅尔绕射理论，可得到障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙之间的关系如图所示。图中,横坐标为x/x1，x1称菲涅尔半径（第一菲涅尔半径），且有21211ddddx21反射波dhhcbadRT2反射波与直射波的行距差为两路信号到达接收天线的时间差换算成相位差Δφ0为dTt22022多径效应与瑞利衰落)]}([cos)()]}([cos)()(11tttRtttRtRicniiicnii设发射机发Acosωct后,接收机接收端收到的合成信号为式中:Ri(t)为第i条路径的接收信号；τi(t)为第i条路径的传输时间；φi(t)为第i条路径的相位滞后，φi(t)=-ωcτi(t)。Ri(t)和φi(t)可以认为是缓慢变化的随机过程，故上式可以写成tttRtttRtRciniiciniisin)(sin)(cos)(cos)()(1123)](cos[)()(sin)()(cos)()(tttUttxttxtRccsccniiisniiicttRtxttRtx11)(sin)()()(cos)()()()(arctan)()()()(22txtxttxtxtUcssc由于Ri(t)和φi(t)随时间的变化与发射信号的载频周期相比，是缓慢变化的，因此xc（t）、xs（t）及包络U(t)、相位φ(t)也是缓慢变化的。通常，U(t)满足瑞利分布，相位φ(t)满足均匀分布，R(t)可视为一个窄带过程。进一步地：其中：24莱斯衰落在移动通信中，如果存在一个起支配作用的直达波（未受衰落影响），这时，接收端接收信号的包络为莱斯（Riceam）分布。包络的概率密度函数p(r)为：0)(202)(2222ArIerrpAr若直达波的振幅趋于0，则莱斯分布趋向与瑞利分布。25多普勒效应由于移动台在运动中，会产生多普勒频移效应，频移值fd与移动台运动速度v、工作频率f（或波长λ）及电波到达角θ有关，即cosdf26思考题•点对点无线通信过程中，话音从一方传递到另一方需要经过哪些环节？•时域编码与频域编码各自的优缺点是什么？•谈谈信源编码与信道编码的意义和目的。•现有的移动通信系统的采用了哪些无线信号调制的方式？•扩频通信与宽带通信的含义是相同的吗？•7号信令网的组成单元有哪些？