通信基础理论

2000.121.通信基本知识3.无线通信的应用现状2.无线通信相关技术移动通信多址技术与系统容量无线数据通信抗衰落技术无线接入技术信源编码4.无线通信发展方向信道编码个人通信调制技术软件无线电扩频技术智能天线技术5.小结2000.13通信基础知识基础知识相关技术应用现状发展方向小结2000.14基础知识相关技术应用现状发展方向小结通信的任务：克服距离上的障碍，迅速而准确地传递信息。通信系统的组成：传递或交换信息所需的一切技术设备的总和称为通信系统。信息源发送设备传输媒介（信道）接收设备收信者噪声源2000.15基础知识相关技术应用现状发展方向小结通信系统的分类：按消息的物理特征分：有电报通信系统，电话通信系统，数据通信系统，图象通信系统等各种通信系统。按调制方式分：基带传输和调制传输。按传输信号的特征分：模拟通信系统和数字通信系统。按传送信号的复用方式分：FDMA、TDMA、CDMA。按传输媒介分：有线和无线两类。2000.16无线与有线的比较有线（1）安装慢（2）扩容难（3）事先必须知道用户的确切位置（4）成本随距离线性增加（5）部分地区无法布线且易受破坏（6）维护费用昂贵（7）自然灾害（风、洪水），动物，施工等影响无线（1）安装快（2）方便扩容（3）只需某区域用户密度（4）适用远郊通信（5）适合于山区及河流（6）维护费用低，减少业务中断基础知识相关技术应用现状发展方向小结基础知识相关技术应用现状发展方向小结通信技术发展的简史年内容l838摩尔斯发明有线电报1864马克斯韦尔提出电磁辐射方程1876贝尔发明电话1896马可尼发明无线电报1906发明真空管1918调幅无线电广播、超外差接收机问世1925开始采用三路明线载波电话、多路通信1936调频无线电广播开播1937发明脉冲编码调制原理1938电视广播开播194f——1945二次大战刺激了雷达和微波通信系统的发展1948发明晶体管、香农提出信息论、通信统计理论开始建立1950时分多路通信应用于电话1956敷设了越洋电缆1957发射第一颗人造卫星1958发射第一颗通信卫星1960发明激光196I发明集成电路1962发射第一颗同步通信卫星、脉冲编码调制进入实用阶段1960——1970彩电问世、阿波罗宇宙飞船登月，数字传输的理论和技术得到了迅速发展，出现高速数字电子计算机1970—1980大规模集成电路、商用卫星通信、程控数字交换机、光纤通信系统、微处理机等迅速发展1980以后超大规模集成电路、长波长光纤通信系统广泛应用，综合业务数字网掘起2000.18基础知识相关技术应用现状发展方向小结数字通信中的几个基本概念连续信号与离散信号数字信号和模拟信号数字通信和模拟通信数字通信和数据通信数字通信的主要优点抗干扰能力强可采用再生中继实现高质量的远距通信灵活性高，能适应各种业务要求设备便于集成化、微型化便于加密处理可以很方便地与现代数字计算机连网2000.19基础知识相关技术应用现状发展方向小结2000.110基础知识相关技术应用现状发展方向小结通信用电磁波谱2000.111基础知识相关技术应用现状发展方向小结（1）发信机工作原理锁相式发信机原理框图倍频式发信机原理框图2000.112基础知识相关技术应用现状发展方向小结（2）收信机工作原理2000.113基础知识相关技术应用现状发展方向小结（3）无线交换设备2000.114基础知识相关技术应用现状发展方向小结（4）无线交换接口2000.115基础知识相关技术应用现状发展方向小结（5）数字无线通信的三个组成部分－A/D转换－调制－传输和信号处理（6）信令系统－什么是信令－模拟信令与数字信令－IMTS信令系统2000.116基础知识应用现状发展方向小结相关技术无线通信相关技术2000.117基础知识发展方向小结相关技术应用现状多址技术与系统容量信源编码技术信道编码技术调制技术抗衰落技术扩频技术2000.118基础知识相关技术应用现状发展方向小结多址技术与系统容量——FDMAFDMA通信系统特性－载波与传输信号对应－连续传输－带宽较窄－低传输速率－共用设备成本高无线电容量公式M=Bt/(Bck)信道总数/单位小区其中，Bt是系统占用带宽，Bc是每信道占用带宽k是小区群中的小区数2000.119基础知识相关技术应用现状发展方向小结多址技术与系统容量——FDMA（续）2000.120基础知识相关技术应用现状发展方向小结多址技术与系统容量——TDMATDMA通信系统特性－每载波多路－采用自适应均衡技术－传输开销大－共用设备成本低－用户端较复杂2000.121基础知识相关技术应用现状发展方向小结多址技术与系统容量——TDMA（续）2000.122基础知识相关技术应用现状发展方向小结多址技术与系统容量——CDMA主要优点容量大：是FDMA的20倍，是TDMA的6~8倍抗干扰性能强安全通信，极易保密——扩频后的信号近似白噪声——采用伪码序列调制——数字信息易于加密发射功率低，延长用户终接设备电池使用时间抗衰落性能强，仅影响小部分频谱频率规划简单,易于组网和工程开通软容量，有效解决通信阻塞码分多址系统采用一组彼此正交(或准正交)的伪随机噪声(PN)序列用作为扩频序列码对传输信号进行扩频调制，在接收端用相应的PN码通过相关处理解扩来实现多用户共享频率资源的功能。码分多址采用扩频技术。2000.12302468FDMATDMACDMA系统容量(FDMA=1)(1)系统容量大，频谱利用率高理论分析和试验表明：CDMA系统容量是GSM的3至4倍，是模拟网的8至10倍基础知识相关技术应用现状发展方向小结多址技术与系统容量——CDMA（续）2000.124(2)综合成本低RF收发信机1基带处理RF收发信机n合路器信道1信道n频率f1频率fn信道1基带处理RF收发信机信道n频率f正交码调制每一信道要一个收发信机，真是太贵这么多信道才用一个收发信机，太先进了CDMA系统FDMA系统基础知识相关技术应用现状发展方向小结多址技术与系统容量——CDMA（续）2000.125采用CDMA技术就是好!02040608010012014012345678910111213141516某型FDMA设备CDMA系统信道数设备价格(万元)基础知识相关技术应用现状发展方向小结多址技术与系统容量——CDMA（续）2000.126(3)抗干扰、抗多径、抗衰落性能好无须采用时间分集、空间分集等附加技术，就可得到很高的通话质量¨宽带干扰有用信号宽带干扰信号白噪声频率功率谱功率谱解扩后的有用信号干扰电平白噪声电平频率BmBcBc接收机有用信号频率Bc发射机功率谱白噪声功率谱有用信号频率Bm基础知识相关技术应用现状发展方向小结多址技术与系统容量——CDMA（续）2000.127¨窄带干扰频率频率解扩后的有用信号干扰被扩谱功率谱功率谱有用信号窄带干扰信号Bc接收机抗干扰能力决定于系统的处理增益：Gp=(S/N)o(S/N)iBcBm=Bm:信息带宽；Bc:扩频后的带宽有用信号频率Bc发射机功率谱白噪声功率谱有用信号频率BmBmBc白噪声白噪声基础知识相关技术应用现状发展方向小结多址技术与系统容量——CDMA（续）2000.128©综上所述：CDMA技术给用户带来的好处是话音清晰、通话安全放心；给营运者带来的好处是建设成本低廉，营运质量很高(4)安全通信、保密性好(通话绝对安全)Ù采用伪码扰码、WALSH码扩频后，信号近似白噪声Ù为数字系统，便于信息加密和防止非法用户接入(5)组网灵活方便、频率规划简单基础知识相关技术应用现状发展方向小结多址技术与系统容量——CDMA（续）2000.129基础知识相关技术应用现状发展方向小结用户1用户2用户3频率时间FDMA用户1用户2用户3频率时间TDMA用户1用户2用户3CDMA频率时间码2000.130基础知识相关技术应用现状发展方向小结信道编码接收解调均衡信道分离解密信道解码语言解码D/A天线转发VCO频率合成控制器终端适配数字终端键盘显示发送调制帧形成加密语音编码A/D跳频单元2000.131基础知识相关技术应用现状发展方向小结v覆盖范围v负荷网络中的覆盖范围v容量v价格v话音清晰度v选择性（速率可选择）v用户满意度2000.132基础知识相关技术应用现状发展方向小结2000.133基础知识相关技术应用现状发展方向小结2000.134基础知识相关技术应用现状发展方向小结信源编码技术概述各种信源编码方式简介2000.135波形编码语音经物理变化成模拟电波，再用数字系列描述电波。1.PCM用点集近似曲线64Kb/S32Kb/S2.ΔM用折线近似曲线32Kb/S16Kb/S参量编码直接提取语音的特征参量（基音，共振蜂的频率和强度，清音/浊音判决），再用数字系列描述这些参量。由于这些参量具有准平稳性，因此编码的速率大为降低。GSM采用RPE-LTP-LPC编码方案，即“规则脉冲激励-长期预测-线性预测编码”。基础知识相关技术应用现状发展方向小结2000.136基础知识相关技术应用现状发展方向小结2000.137基础知识相关技术应用现状发展方向小结信道编码技术——信道编码原理及信道编码保护——GSM信道编码的总体方案2000.138基础知识相关技术应用现状发展方向小结2000.139基础知识相关技术应用现状发展方向小结(1)用外编码器实施分组纠错编码。构成“信息位十奇偶校验位”码字。然后再增加尾比特若干。增加尾比特目的是增加维特比解码特性。奇偶校验比特是用于检测维特比解码未纠正之误码用。信道类型不同，采用的分组码也不相同，对于话音信道，在加尾比特之前，还需将码流重排，以对系统循环码加以保护。(2)用内编码实行卷积编码，以建立“编码比特”。(3)对完成上述(1)、(2)步骤的码字进行重排(对话音信道，这次重排为第二次重排了)和交织。以提高抗长突发误码能力。这是实施信道编码保护措施。2000.140基础知识相关技术应用现状发展方向小结调制技术——GMSK/GFSK调制——正交振幅调制（QAM）——可变速率调制——多载波调制2000.141基础知识相关技术应用现状发展方向小结正交振幅调制（QAM）s(t)=g1(t)cosωct+g2(t)sinωctmo1(t)=[g1(t)cosωct+g2(t)sinωct]cosωct=0.5g1(t)+0.5[g1(t)cos2ωct+g2(t)sin2ωct]mo2(t)=[g1(t)cosωct+g2(t)sinωct]sinωct=0.5g2(t)+0.5[g1(t)cos2ωct-g2(t)sin2ωct]g’1(t)=0.5g1(t)g’2(t)=0.5g2(t)2000.142基础知识相关技术应用现状发展方向小结高频谱效率高性能的调制解调技术是开发个人通信系统的关键技术之一，也是近年来研究的热点。个人通信系统的无线覆盖将采用宏小区和微小区共存的方式。在不同的蜂窝半径和应用环境下，移动信道将呈现不同的衰落特性。对于半径较大的宏小区，由于信道条件较差，GMSK、π/4DQPSK等是较适合的调制解调方式。而对于半径较小的微小区或微微小区，由于存在很强的直射波，信道条件较好，频谱利用率较高的正交振幅调制(QAM)及其变型就成为合适的调制解调方式，越来越引起人们的重视。对复杂多变的移动信道具有更强适应能力的可变速率调制和多载波调制，在个人通信中的应用已引起人们极大的研究兴趣。2000.143数字移动通信中的载波调制ＦＳＫ－ＭＳＫ－ＧＭＳＫ－π／４ＱＰＳＫ移动通信不采用AM，只采用FM，PM调制方式改进的两个目标1.提高抗干扰能力；2.压缩频带。FSK（移频键控）MSK（最小移频键控）m=0.5,相位连续，频带窄。GMSK（高斯最小移频键控）频带进一步压缩。Π/4QPSK(△φ=nΠ/4的移相键控）性能优于GMSK，但结构复杂。基础知识相关技术应用现状发展方向小结2000.144基础知识相关技术应用现状发展方向小结抗衰落技术．概述．无线信