西南交大移動通信復習2016

1、移動通信課程復習考試安排n時間:2016年6月16日星期四 16:0018:00n地點:X2516 (20122169-20131844)n X2522 (20131845-20139046)n考試方式:半開卷n大作業(yè)提交方式時間 學號_姓名.x (x 為 c 或 m、以及pdf) 文件. 通過教務網(wǎng)提交 截止時間：2016年6月24日0:00點 一.移動信道中的電波傳播n無線電波在自由空間的傳播公式n會利用Okumura模型計算傳播損耗n掌握多徑衰落的時域和頻域特征多徑衰落的時域和頻域特征n時延擴展和相干帶寬時延擴展和相干帶寬n會計算多譜勒頻移會計算多譜勒頻移 n會區(qū)分平坦衰落和頻率選擇性衰

2、落會區(qū)分平坦衰落和頻率選擇性衰落n會區(qū)分快衰落和慢衰落會區(qū)分快衰落和慢衰落n碼間干擾碼間干擾 二、二、噪聲與干擾噪聲與干擾n在城市移動通信中不必考慮宇宙噪聲,主要是受人為噪聲的影響n車輛點火噪聲n城市移動信道中主要的噪聲源n鄰道干擾概念n同頻道干擾概念，會計算同頻道再用距離n近端對遠端比干擾、多址干擾概念三、三、調制解調調制解調n移動通信對數(shù)字調制和解調的要求n最小頻移鍵控（MSK）n概念、MSK波形、相位軌跡圖n高斯濾波的最小頻移鍵控（GMSK）n概念,引入高斯濾波器的作用n交錯四相相移鍵控（OQPSK）n概念,時域波形圖nDPSK調制原理、時域波形圖n高階調制(16QAM,64QAM),會

3、計算帶寬效率n自適應調制技術和OFDM的基本概念四、四、抗衰落技術抗衰落技術n掌握基本的抗衰落技術所起的作用掌握基本的抗衰落技術所起的作用n分集接收：分集接收：n用來補償衰落信道損耗用來補償衰落信道損耗n分集合并的概念、分集方式、合并方式分集合并的概念、分集方式、合并方式n 均衡：均衡：n補償時分信道中由于多徑效應而產(chǎn)生的碼間干擾補償時分信道中由于多徑效應而產(chǎn)生的碼間干擾（ISI）。）。n 信道編碼：信道編碼：n通過發(fā)送信息時加入冗余的數(shù)據(jù)位來改善通信鏈通過發(fā)送信息時加入冗余的數(shù)據(jù)位來改善通信鏈路的性能。路的性能。n交織編碼技術交織編碼技術n把一個較長的突發(fā)差錯離散成隨機差錯把一個較長的突發(fā)差

4、錯離散成隨機差錯五、五、組網(wǎng)技術組網(wǎng)技術n多址技術多址技術: :種類,主要解決的問題n區(qū)域覆蓋區(qū)域覆蓋: :蜂窩網(wǎng)區(qū)群的組成n信道（頻率）配置信道（頻率）配置n網(wǎng)絡結構網(wǎng)絡結構 包括移動臺包括移動臺, ,基站子系統(tǒng)基站子系統(tǒng), ,網(wǎng)絡子系統(tǒng)網(wǎng)絡子系統(tǒng) HLR,VLR,AUC HLR,VLR,AUC，EIREIR( (掌握所起的作用掌握所起的作用) )n越區(qū)切換越區(qū)切換: :概念概念, ,種類種類, ,切換的過程控制切換的過程控制, ,切換的信道分配切換的信道分配n位置管理位置管理: :位置登記與呼叫傳遞過程位置登記與呼叫傳遞過程 多址技術多址技術主要解決的問題是： 多用戶如何高效共享給定頻譜資

5、源。v頻分多址（FDMA: Frequency Division Multiple Access)v時分多址（TDMA: Time Division Multiple Access）v碼分多址（CDMA: Code Division Multiple Access）v空分多址（SDMA :Space Division Multiple Access）9頻分多址接入FDMA（Frequency Division Multiple Access)時分多址接入TDMA(Time Division Multiple Access)碼分多址接入CDMA(Code Division Multiple Ac

6、cess)空分多址接入SDMA(Space Division Multiple Access)f2f3tft1tt2 t3ff1tfc1c2c3FDMATDMACDMAcSDMABasic Multiple Access mode擴頻的概念擴頻的概念n直接序列擴頻（DS）通信n所謂直接序列擴頻，就是直接用具有高速率的擴頻碼序列在發(fā)端去擴展信號的頻譜，而接收端用相同的擴頻碼序列進行解擴，把展寬的擴頻信號還原成原始信息。m序列n產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理時鐘脈沖輸出+C0=1Cn=1c1c2c3Cn-1ci:反饋系數(shù). 為1 表示參與反饋,為0表示無反饋連接ci以八進制表示,如n=5,ci=45 -二進制為

7、 1 0 0 1 0 1 c0 c1 c2 c3 c4 c5m序列nm序列的自相關函數(shù)序列的自相關函數(shù)n0的個數(shù)因為去掉移位寄存器的全的個數(shù)因為去掉移位寄存器的全0狀態(tài)狀態(tài),因此為因此為 A= 2n-1 -1n1的個數(shù)為的個數(shù)為: D= 2n-1n相關系數(shù)相關系數(shù):1010,1,2,.,1pP擴頻的概念擴頻的概念n擴頻處理增益擴頻處理增益 n其中其中n在在Tb一定的情況下，若偽碼速率越高，亦即一定的情況下，若偽碼速率越高，亦即偽碼寬度（碼片寬度）偽碼寬度（碼片寬度）Tp越窄，則擴頻處理越窄，則擴頻處理增益越大。增益越大。nGp越大，抗干擾能力就越強。越大，抗干擾能力就越強。10lgbppTGT

8、bpTT頻分雙工 FDD 上行鏈路和下行鏈路的幀分別在不同的頻率上。 時分雙工 TDD（Time Division Duplex) 上行鏈路和下行鏈路的幀分別在相同的頻率上。雙工復用模式(Duplex Methods of Radio Links)n頻分雙工FDD (Frequency Division Duplex)n按頻率劃分為上行鏈路和下行鏈路信道n時分雙工TDD (Time Division Duplex)n上行鏈路和下行鏈路使用相同的頻率,允許上行鏈路在當前時隙內使用該頻率,而下行鏈路在下一時隙內使用該頻率.上行鏈路下行鏈路時間頻率FDD上行鏈路下行鏈路時間頻率TDD上行鏈路下行鏈路

9、f2f1n扇區(qū)：扇形天線所覆蓋的區(qū)域n基站區(qū)：由一個基站所覆蓋的區(qū)域n位置區(qū)：移動臺可以任意移動不需要進行位置更新的區(qū)域數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)的區(qū)域結構數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)的區(qū)域結構數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)的區(qū)域結構數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)的區(qū)域結構nMSC區(qū)：一個MSC所管轄的所有小區(qū)共同覆蓋的區(qū)域n服務區(qū)：移動臺可獲得服務的區(qū)域，即PLMN、PSTN或ISDN用戶無須知道移動臺實際位置而可與之通信的區(qū)域。v 帶狀網(wǎng)v 適用區(qū)域：公路、鐵路、海岸等。v 蜂窩網(wǎng)v 適用區(qū)域：平面區(qū)域v 小區(qū)形狀：正六邊形區(qū)域覆蓋區(qū)域覆蓋v帶狀網(wǎng)（Cont.）v同頻道干擾rads123nn+1dI=(2n-1)r-naa: 相鄰

10、小區(qū)的交疊寬度1區(qū)與n+1區(qū)為同頻道小區(qū)v同頻道干擾)()12(lg40)12(444dbnarnrrnarnddSIsI雙頻制：a=0, I/S=-19db三頻制：a=0, I/S=-28dbN 頻制：a=0, I/S=-40lg(2n-1) dbv 蜂窩網(wǎng)區(qū)群的組成v 不同信道的相鄰小區(qū)組成一個區(qū)群，v 相鄰小區(qū)不能用相同的信道，v 不同區(qū)群的小區(qū)才能進行信道再用。區(qū)域覆蓋區(qū)域覆蓋22jijiNi,j為正整數(shù)v同信道小區(qū)的距離rND3v頻率復用模式頻分復用是一個核心概念。頻率復用模式的確定主要以同頻干擾防護門限為依據(jù)。如果N太大，則每個小區(qū)中分得的頻道數(shù)太少；如果N太小，每個小區(qū)頻道數(shù)增加

11、，但由于同頻小區(qū)距離近而使同頻干擾防護減少。區(qū)域覆蓋區(qū)域覆蓋信道（頻率）配置信道（頻率）配置頻率分配是頻率復用的前提。有兩個基本含義：v頻道分組：根據(jù)移動網(wǎng)的需要將全部頻道分成若干組；v頻道指配：以固定或動態(tài)分配方法指配給蜂窩網(wǎng)的用戶使用。一、固定信道分配方式 將某一組信道固定分配給某一基站，適用于移動臺業(yè)務相對固定的情況。頻率利用率不高。 分區(qū)分組配置法1. 等頻距配置法信道（頻率）配置信道（頻率）配置二、動態(tài)信道分配方式 為了提高頻率利用率，使信道的配置隨移動通信業(yè)務量地理分布的變化而變化。有兩種方法： 動態(tài)配置法： 隨業(yè)務量的變化重新配置全部信道；2. 柔性配置法： 準備若干個信道，需要

12、時提供給某小區(qū)使用。信道（頻率）配置信道（頻率）配置網(wǎng)絡結構rDD1D2共道小區(qū)以某一小區(qū)為中心可分成許多層：第一層6個半徑為D第二層6個半徑為D1第三層6個半徑為D2來自第一層共道小區(qū)的干擾最強可只考慮這6個共道小區(qū)所產(chǎn)生的干擾。小區(qū)半徑為r，兩個相鄰共道小區(qū)的距離D=共道干擾抑制因子rNr213NrD3蜂窩系統(tǒng)的通信容量蜂窩系統(tǒng)的通信容量_FDMA越區(qū)切換一、越區(qū)切換（Handover or Handoff) 是指將當前正在進行通信的移動臺與基站之間的通信鏈路從當前基站轉移到另一個基站的過程。該過程也稱為自動鏈路轉移ALT（Automatic Link Transfer)。GSMGSM系統(tǒng)

13、的控制與管理系統(tǒng)的控制與管理過區(qū)切換過區(qū)切換GSMGSM系統(tǒng)采用的是移動臺輔助切換法。系統(tǒng)采用的是移動臺輔助切換法。軟切換與硬切換概念與區(qū)別軟切換與硬切換概念與區(qū)別切換判斷的幾種準則切換判斷的幾種準則越區(qū)切換的過程控制 有三種： （1）移動臺控制的越區(qū)切換 DECT系統(tǒng)采用 （2）網(wǎng)絡控制的越區(qū)切換 （3）移動臺輔助的越區(qū)切換 IS-95和GSM采用越區(qū)切換時的信道分配 解決當呼叫要轉換到新小區(qū)時，新小區(qū)如何分配信道，使得越區(qū)切換的概率盡量小。 常采用的做法是： 在每個小區(qū)預留部分信道專門用于越區(qū)切換。越區(qū)切換分為兩類：硬切換 在新的連接建立以前，先中斷舊的連接。軟切換 既維持舊的連接，又同時

14、建立新的連接，并利用新舊鏈路的分集合并來改善通信質量，當與新基站建立可靠連接后再中斷舊鏈路。位置管理包括兩個主要任務：1、位置登記 在移動臺的實時位置信息已知的情況下，更新位置數(shù)據(jù)庫（HLR和VLR）和認證移動臺。2、呼叫傳遞 在有呼叫給移動臺的情況下，根據(jù)HLR和VLR中可用的位置信息來定位移動臺，分集接收技術n分集有兩重含義:n分散傳輸: 使接收端能獲得多個統(tǒng)計獨立,攜帶同一信息的衰落信號.n集中處理: 接收端對收到的多個衰落特性互相互相獨立獨立（攜帶同一信息）的信號進行特定處理，以降低信號電平起伏，降低衰落的影響，提高靈敏度的辦法。分集接收技術n分集按目的分可以為:n宏（macrosco

15、pic）分集n“多基站”分集, 以克服長期衰落為目的的。n微（microscopic）分集n減小短期衰落影響.n空間分集n頻率分集n時間分集n 場分量分集n 角度分集n 極化分集分集合并性能的分析與比較n選擇性合并：n設備簡單，n當分集重數(shù)3,信噪比改善緩慢n最大值合并:n設備較復雜n改善信噪比最多n等增益合并n在分集數(shù)M較小時，信噪比改善接近最大比合并n電路實現(xiàn)比最大比合并簡單移動通信對數(shù)字調制和解調的要求n在瑞利衰落條件下，誤碼率要盡可能低；n發(fā)射頻譜窄，帶外輻射、鄰道功率與載波功率之比小于-70dB;n同頻復用的距離?。籲高效率解調（如非相干解調），以降低移動臺功耗，進一步縮小體積和成本

16、；n能提供較高的傳輸速率；n易于集成。OFDM的基本含義subchannelfrequencymagnitudesub-carrierchannel系統(tǒng)帶寬B被分為N個正交的窄帶子信道利用離散傅里葉逆變換或快速傅里葉逆變換（IDFT/IFFT） 實現(xiàn)調制利用離散傅里葉變換或快速傅里葉變換（DFT/FFT） 實現(xiàn)解調把高數(shù)碼率信號變成低數(shù)碼率信號，分別調制在每個載波上子載波子信道n傳統(tǒng)的 FDM:nOFDM:fguard-bandff=1/TsfFrequency spectrum of the subcarriersnEfficient use of spectrumnOverlapping,

17、 yet orthogonal subcarriersOFDM的傳輸技術 n一個OFDM信號由頻率間隔為f=1/Ts的N個子載波構成。 n所有的子載波在一個間隔長度為Ts 的時間內相互正交。 對一個給定的系統(tǒng)帶寬，子載波個數(shù)的選取要滿足OFDM碼元持續(xù)時間Ts大于信道的最大延遲。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關帶寬，每個子信道上是平坦的衰落，大大消除符號間干擾。自由空間電波傳播損耗nLfs是用在自由空間中增益GT=1的發(fā)射天線輸出功率PT與增益GR=1的接收天線輸入功率PR之比表示：24dPPLRTfskmdMHzfdPPLRTfslg20)(lg2045.324lg20lg10以分貝表示

18、：5,3 10/cfckm s 其中自由空間電波傳播損耗 自由空間中的電波傳播損耗(衰減)只與工作頻率f和傳播距離d有關.當f或d增大一倍時,衰減將分別增加6dB. 移動信道的特征n移動通信中，移動臺工作在城市建筑群和其它地形地物較為復雜的環(huán)境中，其傳輸信道的特性是隨時隨地變化的.移動信道是典型的隨參信道傳播路徑和信號衰落反射: 當電波遇到比波長大得多的物體時發(fā)生反射,反射發(fā)生 于地球表面,建筑物和墻壁表面繞射: 當接收機和發(fā)射機之間的無線路徑被尖利的邊緣阻擋 時發(fā)生繞射散射: 當波穿行的介質中存在小于波長的物體且單位體積阻 擋體的個數(shù)非常巨大時,發(fā)生散射. 散射產(chǎn)生于粗糙表面,小物體或其他不

19、規(guī)則物體 在實際移動通信系統(tǒng)中,樹葉,街道標志和燈柱等會引 起散射.傳播路徑和信號衰落在實際移動信道中,散射體很多,接收信號是由多個電波合成的.直射波、反射波或散射波在接收地點形成干涉場，使信號產(chǎn)生深度且快速的衰落由于移動臺不斷運動，其信號的局部中值也會造成衰落，但變化較慢。局部中值d/mt/s多徑效應與瑞利衰落n基站發(fā)射的信號:0000exptjaSn移動臺多普勒頻移:imiifvfcoscosvin接收天線的第i個信號:iiiitjaSexp多徑效應與瑞利衰落n接收天線的第i個信號:2expcosexp( ()iiiiooSajvtj w t設N個信號的幅度和到達接收天線的方位角都是隨機且

20、統(tǒng)計獨立,則1( )( )NiiS tS t多徑效應與瑞利衰落n多徑衰落的信號包絡服從瑞利分布,多徑衰落稱為瑞利衰落nRayleigh分布是常見的用于描述平坦衰落信號或獨立多徑分量接收包絡統(tǒng)計時變特性的一種分布模型.多徑效應與瑞利衰落nRicean衰落 當存在一個主要的靜態(tài)(非衰落)信號分量時,如視距傳播,則多徑衰落的信號包絡分布服從Ricean分布. 當主要分量減弱后,混合信號包絡服從Rayleigh分布,即由Ricean分布變成Rayleigh分布.多徑時散與相關帶寬n多徑時散: 多徑效應在時域上將造成數(shù)字信號波形展寬n一般用時延擴展表示多徑時延散布程度 開闊地0.2s, 郊區(qū)=0.5 s

21、,市區(qū)=3.0 sn在數(shù)字通信系統(tǒng)中,延遲擴展將會引起碼間干擾(ISI). 因此在沒有抗多徑措施時,要求信號的傳輸速率Rb必須比1/ 低得多.多徑時散與相關帶寬n相關帶寬Bc: 多徑效應在頻域上將導致頻率選擇性衰落,即信道對不同頻率成分有不同的響應.n信號的傳輸帶寬應小于相干帶寬 BsBc多徑時延擴展產(chǎn)生的衰落效應n平坦衰落非頻率選擇性衰落(幅度變化信道) 信號帶寬時延擴展n頻率選擇性衰落:信道對不同頻率成分有不同響應 信號帶寬相干帶寬 符號周期時延擴展53交織編碼技術 Interleavingn把一個較長的突發(fā)差錯離散成隨機差錯,再用糾正隨機差錯的編碼(FEC)技術消除隨機差錯.n交織編碼過程是將FEC碼子序列按行寫入而按列讀出.n交織深度越大,離散度越大,抗突發(fā)差錯能力越強.Information to be transmittedSource codingChannel codingModulationTr