移动通信复习笔记

移动通信系统的组成MS——MobileStation1)手持台2)车载台W-CDMA,cdma2000,TD-SCDMAGSM,IS-95,PDCAMPS,TACS主要接入技术:W-CDMAMC-CDMA主要接入技术:TDMAN-CDMA主要接入技术:FDMA通信用户企事业和消费者以企业用户为中心各种通信新业务话音和数据通信仅限话音通信多模式，多频数字（双模，双频）模拟（蜂窝）第三代第二代第一代BSS——BaseStationSubsystem基站子系统1)基站控制器(BSC)BaseStationController：控制功能2)基站收发信机(BTS)BaseTransceiverStation：无线传输功能MSS——MobileSwitchSubsystem移动交换分系统1)移动业务交换中心(MSC)MobileSwitchCenter2)位置寄存器a.归属位置寄存器(HLR)HomeLocationRegisterb.访问位置寄存器(VLR)VisitorLocationRegisterc.设备识别寄存器(EIR)4)鉴权中心(AUC)AuthenticationCenterOSS——OperationSupportSystem操作与支持系统1)操作维护中心(OMC)OperationandMaintenanceCenter2)网络管理中心(NMC)NetworkManagerCenter多径衰落对移动通信系统的主要影响在移动通信环境中，发射的电波经历了不同路径；导致传播时间和相位均不相同;接收信号的幅度在较短时间内急剧变化，产生了衰落。时域：多径效应引起信号的时延扩展，接收信号的信号分量被展宽频域：多谱勒效应引起频域扩展，接收信号产生多谱勒频展频率复用将N个相邻的小区组成一个区群(簇)，将可供使用的频道划分成N组，区群内的每个小区使用不同的频率组，而相邻区群重复使用相同的频率组分配模式。簇(区群)共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇(区群)N叫做区群的大小，典型值3、4、7、9、12、……i和j分别为相邻同频小区之间的二维距离（相邻小区数），都为正整数，不能同时为零Q——同频复用比D——同频复用距离r——小区半径Q=D/rC/I——信干比C/I=40lg[(D-r)/r]=40lg(Q-1)dB——只考虑一个同频小区的影响条状小区的C/I——考虑有m个同频小区影响，对于条状小区，m=222NiijjC/I=40lg(D/r-1)-10lgmdBD=4r-2a面状服务区的C/I——同频复用距离：D=N3r同频复用比：R=N3r/r=N3(N为一族中的小区数)对比三种提高系统容量方法小区分裂：降低r，重组小区，把拥塞的小区分为几个更小的小区,N不变。划分扇区：通过使用定向天线，减少同频干扰，N变小。微小区：既能够保证覆盖半径，又能够减小蜂窝系统的同频干扰小区信道分配方式1.独立信道方式2.信道共用方式信道切换当前正在通信的移动台与服务基站之间的链路转移到另一个新基站的过程目的：实现蜂窝移动通信的“无缝隙”覆盖，保证移动台跨区时通信的连续性。分类：（按实现技术分）1.硬切换：新的连接建立前，先中断旧的连接。例如GSM系统。2.软切换：指既维持旧的连接，又同时建立新的连接。例如CDMA系统。切换的原因：小区信号的强度或质量下降到由系统规定的一定参数以下，此时移动台被切换到信号较强的相邻小区。由于小区业务信道容量全被占用或几乎全被占用，这时移动台被切换到业务信道容量较空闲的相邻小区调制方法各种移动通信系统所采取的调制方法QPSK信号相位的星座图OQPSK相位的星座图OQPSK与QPSK的区别QPSK：最大相位跳变±pi，而OQPSK的相位跳变仅为±pi/2OQPSK：可以避免QPSK中的180度相移，减少随机相位影响，降低对射频放大器的线性要求Pi/4QPSK信号相位的星座图频谱特性：其最大相位变化为±135度，低于QPSK的180度，但高于OQPSK的90度pi/4QPSK的性能优于OQPSKMSK(最小移频键控)信号的特点调制信号振幅恒定信号频率偏移严格符合±1/4Ts，相位调制指数为0.5在一个码元周期内，信号包含1/4载波周期整数倍信号相位在一个码元周期内变化±1/2pi码元转换时刻，相位连续无突变GMSK（高斯滤波最小频移键控）信号的特点实现简单，在MSK调制器前端置高斯滤波器特点：改善已调波的相位路径，消除相位尖角，以抑制高频分量，使功率谱高频分量滚降变快是GSM的优选方案扩频的调制思想：根据香农公式C=W×Log2(1+S/N)，展宽信号带宽W，以带宽的增加来换取传输性能的改善直接扩频的抗干扰机理：在发送端，有用信号经扩频处理后，频谱被展宽；在接收端，利用伪码的相关性做解扩处理后，有用信号频谱被恢复成窄带谱。宽带无用信号与本地伪码不相关，因此不解扩，仍为宽带谱。由于无用的干扰信号为宽带谱而有用信号为窄带谱，则可以用一个窄带滤波器排除带外的干扰电平，这样，窄带内的信噪比就大大提高了。跳频的抗干扰机理：直扩是靠频谱的扩展和解扩处理来提高信噪比的；跳频是靠躲避干扰来达到提高信噪比的。抗衰落三大措施：分集均衡信道编码分集技术：多路不相关的衰落路径传送相同的信号并合并分集方法：显分集信号传输方式交织编码技术隐分集跳频技术直接序列扩频分集方法空间位置分集（多天线、宏分集）空间角度分集（智能天线）得到多路信号方式时间分集（TTc）频率分集（直接序列扩频或跳频）极化分集隐分集：交织编码技术，跳频技术，直接序列扩频交织：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，便于利用纠错码消除随机错交织深度：交织前相邻两符号在交织后的间隔距离交织宽度：交织后相邻两符号在交织前的间隔距离交织延迟：每个符号从交织器输出时相对于输入交织器时的时间延迟交织方法：行列交织卷积交织随机交织均衡：接收端产生与信道相反的特性，用来抵消信道的时变多径传播特性引起的码间干扰，或者说通过均衡消除信道的时间和频率选择性信道编码：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信道编码本质：增加码距。码距实际代表了纠检错能力，设码距为d，则：可检d-1个错；可纠t=(d-1)/2个错；若要求纠t个错，同时检测e个错，则d=t+e+1，且e=t波形编码：将时间域信号直接变换成数字代码，目的是尽可能精确再现原始语音波形。基本原理是在时间轴上对模拟语音按一定速率抽样，然后将幅度样本分层量化，并用代码表示。参量编码：又称声源编码，是将信源信号在频域或其它正交变换域提取特征参量，并转换成数字代码进行传输。基本原理是以发音机制的模型为基础，用一套模拟声带频谱特性的滤波器系数和若干声源参数来描述这个模型，从模拟语音信号中提取这些特征参量并量化编码混合编码：将波形编码和参量编码结合起来波形编码优点：对于比特速率较高的编码信号(16~64kbits/s)，波形编码技术能够提供相当好的话音质量缺点：对低速语音编码(低于16kbits/s)，波形编码的语音质量显著下降，所以不适合频谱资源紧张的移动通信系统参量编码优点：可实现低速语音编码，速率可达2~4.8kbits/s缺点：语音质量只能达到中等混合编码吸收了上述两种编码的优点GSM的语音编码技术算法名称：(RPE-LTP)规则脉冲激励长时预测编码是一种混合编码技术采用间隔相等、相位和幅度优化的规则脉冲作为激励源结合长时预测，消除信号冗余度，码率低语音检测－－SID帧编码率13kb/s计算简单、计算量适中、易于硬件化语音质量MOS达4.0IS-95语音编码技术算法名称：(QualcommCELP)Qualcomm公司码激励线性预测编码特点：是一种混合编码技术采用矢量量化技术采用CELP技术采用话音激活技术(VAD)，速率可变速率有四种：9.6kbps、4.8kbps、2.4kbps和1.2kbps多址接入技术多址接入的数学基础s(c,f,t)=c(t)s(f,t)FDMA系统中的干扰问题1．互调干扰2．邻道干扰3．同频干扰FDMA系统的特点1.单路单载波传输：每个频道只传送一路业务信息。载波间隔必须满足业务信息传输带宽的要求。2.信号连续传输：在分配好话音信道后，基站和移动台同时连续不断的发送和接收。3.需要周密的频率规划，是一个频道受限和干扰受限系统。4.实现简单，无需自适应均衡。5.基站需要多个收发信道设备,越区切换复杂。6.频率利用率低，容量小。TDMA系统的特点1．突发传输速率高，远大于语音编码速率，每路编码速率设为Rbit/s,共N个时隙，则这个载波上传说速率将大于N·Rbit/s；2．发射信号速率随N的增大而提高,需要自适应均衡；3．TDMA用不同的时隙来发射和接受，不需双工器；4．基站复杂性减小；5．抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大6．越区切换简单有些系统综合采用FDMA和TDMA技术，IS-136和GSM则综合了FDMA和TDMACDMA系统的特点1．每个基站只需一个射频系统2．小区内以CDMA建立信道连接3．每个码传输一路数字信号4．各用户共享频率和时间5．是一个多址干扰受限系统6．需要相当严格的功率控制7．需要定时同步8．具有软容量9．具有软切换能力10．语音激活技术可扩大系统容量11．抗衰落，抗多径能力强系统容量在一定的频段内所能提供的最大信道数，或最大用户数，或系统流入话务量总和系统容量与信道的载频间隔、每载频的时隙数、频率资源和频率复用方式、及基站设置方式有关系统容量m=信道总数/族内小区数N三种多址方式系统容量比较FDMA以模拟TACS系统为例，系统总频段带宽：1.25MHz；频道间隔：25kHz;信道总数：1.25MHz/25kHz=50;簇内小区数：N=7;系统容量：m=50/7=7.1信道/小区。TDMA以数字GSM系统为例，系统总频段带宽：1.25MHz；频道间隔：200kHz;每载频时隙数：8；信道总数：1.25MHz/200kHz*8=50;簇内小区数：N=4;系统容量：m=50/4=12.5信道/小区。CDMA以数字IS-95系统为例，频道带宽：1.25MHz；声码器速率：8kbps要求Eb/N0：7dB；则：C/I=0.032系统容量：m=32.25用户/小区.信令系统：信令是与通信有关的一系列控制信号。可以把信令说成是用户以及通信网中各个节点相互交换信息的共同语言，是整个通信网的神经系统。在电信网中信令的基本功能：建立呼叫监控呼叫清楚呼叫GSM通信系统GSM系统业务分类：基本业务（电信业务，承载业务），附加业务电信业务为用户通信提供的包括终端设备功能在内的完整能力的通信业务承载业务提供用户接入点间信号传输的能力附加业务对基本业务的补充不能单独向用户提供，必须与基本业务一起提供GSM系统的结构对比WCMDA、CDMA2000和TD-SCMDMA各自的技术特点CDMA2000:•采用MC-CDMA（多载波CDMA）多址方式•基站严格同步WCDMA:•采用DS-CDMA多址方式•系统不采用GPS精确定时，不同基站可选择同步和不同步两种方式TD-SCDMA•采用IDMA/CDMA多址方式•上行链路各终端信号在基站解调器完全同步试对比TDD和FDD的特点1.FDD：利用两个不同的频率进行区分。由于收发频带和接收频带有一定间隔，可以提高抗干扰能力，技术简单2.TDD：利用同一频率，但不同的时间槽进行区分TDD能使用各种频率资源，不需要成对的频率，便于频谱分配；TDD上下行工作于同一频率，对称的电波传播特性使之便于利用智能天线等新技术，可达到提高性能、降低成本的目的；TDD系统设备成本低，比FDD系统低20%~50%。TDD方式特别适用于上下行不对称、不同传输速率的数据业务；TDD系统的主要缺陷在于终端的移动速度和覆盖距离，其通常作为FDD的扩展扩频增益C/I最大多普勒频移