通信原理-發(fā)射機(jī)原理和射頻指標(biāo)ppt課件

1、9. 2021通訊原理與GSM手機(jī)終端系統(tǒng) 目的：目的： 思索到我們?nèi)粘Ｈ蝿?wù)中會遇到一些模糊不清的思索到我們?nèi)粘Ｈ蝿?wù)中會遇到一些模糊不清的概念，如什么是恒包絡(luò)調(diào)制、概念，如什么是恒包絡(luò)調(diào)制、GMSK頻偏為什頻偏為什么為么為1/4數(shù)據(jù)速率等等問題。數(shù)據(jù)速率等等問題。 本次講座基于我們熟習(xí)的本次講座基于我們熟習(xí)的GSM挪動終端系統(tǒng)，挪動終端系統(tǒng)，對整個(gè)通訊系統(tǒng)的架構(gòu)進(jìn)展一個(gè)總體引見。對整個(gè)通訊系統(tǒng)的架構(gòu)進(jìn)展一個(gè)總體引見。 對哪些部分有興趣和問題，再以專題方式進(jìn)對哪些部分有興趣和問題，再以專題方式進(jìn)展深化討論。展深化討論。 在報(bào)告最后，會給出在報(bào)告最后，會給出課程的學(xué)習(xí)課程的學(xué)習(xí)提綱，便于日后討論。

2、提綱，便于日后討論。下面以GSM手機(jī)系統(tǒng)為例對通訊系統(tǒng)的構(gòu)建進(jìn)展簡介。 通訊的定義：傳輸信息將信息從發(fā)端迅速準(zhǔn)確地傳送到收端。通訊原理的研討內(nèi)容： 怎樣進(jìn)展變換才干到達(dá)迅速準(zhǔn)確？如何構(gòu)建通訊系統(tǒng)根底信號與系統(tǒng)及信息論： 什么是信息，如何用數(shù)學(xué)方式進(jìn)展表示、變換？話音信號 挪動終端，主要分為baseband基帶信號處置和RF射頻信號處置兩大部分。可完成話音編解碼、信道編解碼、信息的調(diào)制解調(diào)、信息發(fā)射和接納。 除信道譯碼外，接納根本上為發(fā)射的反過程。我們下面著重對信號的發(fā)射過程進(jìn)展引見。 挪動終端系統(tǒng)框圖：話音拾取語音編碼信道編碼調(diào)制前端處置發(fā)射無線傳輸話音復(fù)原語音解碼信道譯碼解交錯解調(diào)前端處置接

3、納同步話音信號交錯BasebandBasebandRFRF 基帶處置部分(了解 射頻處置部分重點(diǎn)1 原理：此過程可參看PCM編碼的例子：2 實(shí)現(xiàn)方法：分為送話器電路與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器兩部分1送話器電路： 該電路將模擬的聲音信號轉(zhuǎn)換為模擬的話音電信號，并經(jīng)過一個(gè)話音頻帶構(gòu)成電路,取3003400Hz的信號送到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器；2模/數(shù)轉(zhuǎn)換器： 話音信號經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬的話音電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字語音信號：經(jīng)過8KHz抽樣，量化值為13bit，相當(dāng)于每125us輸出13bit的碼流，比特率為138KHz=104Kbit/s；1. 話音拾取：PCM信道編碼突發(fā)序列射頻射頻前端前端發(fā)射話音信號交錯104Kb

4、ps話音拾取語音編碼基帶信號處置基帶信號處置2. 信源編碼語音緊縮編碼 1原理 為了提高系統(tǒng)的有效性，現(xiàn)代數(shù)字通訊系統(tǒng)往往采用話音緊縮編碼技術(shù)。它利用語聲編碼器為人體喉嚨所發(fā)出的音調(diào)和噪聲，以及人的口和舌的聲學(xué)濾波效應(yīng)建立模型，這些經(jīng)濾波后的緊縮數(shù)據(jù)將經(jīng)過TCH業(yè)務(wù)信道信道進(jìn)展傳送。2實(shí)現(xiàn)方法規(guī)那么脈沖鼓勵長期預(yù)測編碼(RPE-LTP) 以20ms為為一幀，進(jìn)展語音緊縮編碼，輸出260bits。比特率降為13Kbit/s。 根據(jù)重要性不同，輸出的260比特分成182bits和78bits兩類。較重要的182bits又可以進(jìn)一步細(xì)分出50個(gè)最重要的比特如右圖； 與傳統(tǒng)的PCM線路上語聲的直接編碼

5、傳輸相比，GSM的13Kbps的話音速率要低得多。信道編碼突發(fā)序列射頻射頻前端前端發(fā)射話音信號3. 信道編碼：交錯104Kbps260bit，13Kbps456bit，22.8Kbps話音拾取語音編碼基帶信號處置基帶信號處置1原理 為了提高系統(tǒng)的可靠性，現(xiàn)代數(shù)字通訊系統(tǒng)往往采用信道編譯碼技術(shù)過失控制編碼。 在信息序列上附加上一些監(jiān)視碼元； 使原來不規(guī)律的或規(guī)律性不強(qiáng)的原始數(shù)字信號變?yōu)橛幸?guī)律的數(shù)字信號； 譯碼利用此規(guī)律性來檢錯及糾錯。 過失控制編碼主要分為：分組碼和卷積碼2 實(shí)現(xiàn)方法： GSM系統(tǒng)中，既有分組編碼也有卷積編碼，采用了兩次編碼：1對上述的50個(gè)very important bits

6、加上3個(gè)奇偶檢驗(yàn)比特分組編碼2這53個(gè)比特同132個(gè)重要比特與4個(gè)尾比特一同卷積編碼，比率1：2，因此得378個(gè)比特，另外78個(gè)比特不予維護(hù)。 輸入輸出189bits378bits,k=1/2的卷積編碼3由上知，經(jīng)信道編碼每20ms輸出456bits，碼率變?yōu)?2.8Kbit/s。 采用“兩次編碼的益處是： 在有過失時(shí)，便于校正(利用卷積編碼特性)和檢測(利用分組編碼特性)。1 原理： 在陸地挪動通訊這種變參信道上瑞利衰落，比特過失經(jīng)常是成串發(fā)生的。然而，信道編碼僅在檢測和校正單個(gè)過失和不太長的過失串時(shí)才有效隨機(jī)錯誤。 為理處理這一問題，就要把一條音訊中的相繼比特分散開，即一條音訊中的相繼比特

7、以非相繼方式被發(fā)送。這樣，在傳輸過程中即使發(fā)生了成串過失，恢復(fù)成一條相繼比特串的音訊時(shí)，過失也就變成單個(gè)(或長度很短)，這時(shí)再用信道編碼糾錯功能糾正過失，恢復(fù)原音訊。將突發(fā)錯誤轉(zhuǎn)化為隨機(jī)錯誤。 這種方法就是交錯技術(shù)。4. 交錯：信道編碼突發(fā)序列射頻射頻前端前端發(fā)射交錯104Kbps260bit，13Kbps456bit，22.8Kbps話音拾取語音編碼基帶信號處置基帶信號處置2 實(shí)現(xiàn)方法：在GSM系統(tǒng)中，信道編碼后進(jìn)展交錯，交錯分為兩次，第一次交錯為內(nèi)部交錯，第二次交錯為塊間交錯。 1首先對它進(jìn)展內(nèi)部交錯，即將456個(gè)比特分成8幀，每幀57比特；3將數(shù)據(jù)話音比特組成突發(fā)幀，以業(yè)務(wù)信道(TCH)

8、傳輸中所用的普通突發(fā)幀為例156.25比特：2然后將一組57比特與下20ms的一組57比特，兩兩進(jìn)展塊狀交錯。 這樣一個(gè)20ms的話音8幀分別插入8個(gè)不同普通突發(fā)脈沖序列中，然后一個(gè)一個(gè)突發(fā)脈沖序列發(fā)送，這樣即使在傳輸中喪失一個(gè)脈沖串，只影響每一話音比特?cái)?shù)的12.5，而這能經(jīng)過信道編碼加以校正。 二次交錯經(jīng)得住喪失一整個(gè)突發(fā)脈沖串的打擊，但添加了系統(tǒng)時(shí)延。1 原理： GSM系統(tǒng)采用TDMA與FDMA的方式進(jìn)展多路復(fù)用傳輸。 幀傳輸時(shí)需求等待本身發(fā)送時(shí)隙TIME SLOT的到來。5. 突發(fā)序列的建立：信道編碼突發(fā)序列射頻射頻前端前端發(fā)射交錯104Kbps260bit，13Kbps456bit，2

9、2.8Kbps156.25bit，270.833Kbps話音拾取語音編碼基帶信號處置基帶信號處置話音信號1TDMA和FDMA系統(tǒng)： 相鄰兩頻道間隔為200kHz，每個(gè)頻道采用時(shí)分多址接入TDMA方式，分為8個(gè)時(shí)隙，即8個(gè)信道全速率； 基波為突發(fā)幀方式，每突發(fā)幀的周期為4.615ms，頻率即為217hz； 每幀繼續(xù)時(shí)間為4.615/8=577us，即一個(gè)time slot。那么數(shù)據(jù)的比特率為： 每幀所含bit數(shù)/每幀時(shí)間156.25bits / 576.9us 270.833 kbit/sFDMATDMA2TIME SLOT波形：一個(gè)突發(fā)幀的時(shí)域及頻域波形如以下圖所示：1“57個(gè)加密比特是客戶數(shù)

10、據(jù)或話音，再加“1個(gè)比特用作借用標(biāo)志。借用標(biāo)志表示所傳為話音數(shù)據(jù)還是信令音訊。2“TB尾比特總是000協(xié)助平衡器判別起始位和中止位。3 “26個(gè)訓(xùn)練比特是一串知比特，在突發(fā)脈沖串的中部，加有知方式的且自相關(guān)性強(qiáng)的訓(xùn)練序列，利用這一訓(xùn)練序列training段在接納端進(jìn)展同步。 4“GP維護(hù)間隔，8.25個(gè)比特相當(dāng)于大約30us，是一個(gè)空白空間。由于每載頻最多8個(gè)客戶，因此必需保證各自時(shí)隙發(fā)射時(shí)不相互重迭。雖然運(yùn)用了時(shí)間調(diào)整方案，但來自不同挪動臺的突發(fā)脈沖序列彼此間仍會有小的滑動，因此8.25個(gè)比特的維護(hù)可使發(fā)射機(jī)在GSM建議答應(yīng)范圍內(nèi)上下動搖。 2 實(shí)現(xiàn)方法幀構(gòu)造以業(yè)務(wù)信道中采用的普通突發(fā)幀NB

11、構(gòu)造為例：上面以最常用的普通突發(fā)幀為例進(jìn)展了引見，GSM系統(tǒng)還含有其他的一些突發(fā)幀，來實(shí)現(xiàn)不同功能，幀構(gòu)造也相應(yīng)有所不同，但長度一致。如下：用于挪動臺的頻率同步用于挪動臺的時(shí)間同步用于隨機(jī)接入由BTS發(fā)出，不攜帶任何信息 基帶處置部分了解 射頻處置部分重點(diǎn)結(jié)合 CDMA數(shù)字信號處置數(shù)字信號處置前端前端處置處置發(fā)射話音信號 數(shù)字信號處置單元輸出270.833Kbps的數(shù)字比特流，進(jìn)入GMSK調(diào)制單元及射頻前端處置單元：1 GMSK調(diào)制單元： 數(shù)字調(diào)制：將數(shù)字比特流調(diào)制為I/Q兩路波形 載波調(diào)制：再經(jīng)過混頻器上變頻到900M/1800M頻段上，轉(zhuǎn)化為便于無線傳輸?shù)纳漕l信號。2前端處置 經(jīng)調(diào)制后的射

12、頻信號，經(jīng)過PA放大及射頻開關(guān)，由天線發(fā)射出去。因前端處置較簡單，下面主要對GMSK調(diào)制過程進(jìn)展引見。發(fā)射鏈路：載波調(diào)制數(shù)字信號RF 射頻信號處置射頻信號處置156.25bit，270.833Kbps射頻信號數(shù)字調(diào)制I(t)/Q(t)Baseband 基帶信號處置基帶信號處置話音話音拾取拾取GMSK調(diào)制調(diào)制 1. 調(diào)制：1調(diào)制的必要性1. 便于電磁波輻射接納 天線長度至少為電磁波波長的1/10。那么如聲音信號的低頻信號就不能直接作為電波在空中發(fā)射,為了把需求傳送的信號發(fā)送出去,就需運(yùn)用某種方法將聲音信號搬移到頻率比聲音信號高、適宜在空中發(fā)射的信號上去。2. 便于多路頻分復(fù)用 進(jìn)展頻譜搬移，把調(diào)

13、制信號的頻譜搬移到不同的位置上，從而提高系統(tǒng)信息傳輸?shù)男诺廊萘俊?調(diào)制方式往往決議了一個(gè)系統(tǒng)的性能。2實(shí)現(xiàn)方法：GMSK=高斯濾波器 + MSK 1高斯濾波器 ：高斯濾波器G( f ) 的沖擊呼應(yīng)g(t) 仍是高斯函數(shù)，如下： = 經(jīng)過前端高斯預(yù)調(diào)制濾波器的參與，可以進(jìn)一步緊縮調(diào)制頻譜。高斯濾波器降低了頻率變化的速度，防止信號能量分散到臨近信道頻譜。fc為頻偏,fs為比特速率，假設(shè)：fc1/4*fs那么有： (t)=w*t=2fc*t=(/2)fs*t =(/2Ts)t即：在每一個(gè)比特周期Ts，相位將變化90.一個(gè)1 將由90的相位增長表示，一個(gè)0將由90的相位減少表示，如左圖所示 。2MSK

14、 ： GMSK是經(jīng)過在載波頻率上添加或者減少67.708KHz，來表示0或1，為FSK的一種。 GSM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)比特率為270.833 kbit/s，正好是頻偏67.708kHz的4倍，這可以減小頻譜的分散，比特率為頻偏4倍的FSK，稱為MSK最小頻移鍵控。cos c tsin c t最后，基帶信號與載頻進(jìn)展混頻，射頻信號輸出。C點(diǎn)高斯濾波輸出：對C點(diǎn)數(shù)字碼元波形進(jìn)展積分，得D點(diǎn)附加相位信號(t)輸出：對D點(diǎn)附加相位信號(t)求其cos與sin函數(shù)，得到E點(diǎn)I路與Q路基帶信號輸出：手機(jī)發(fā)射系統(tǒng)闡明： 手機(jī)架構(gòu)如下，在生成I/Q調(diào)制波形之前，都是Baseband內(nèi)的處置。 Baseband經(jīng)過4

15、條I/Q信號線兩對差分線把調(diào)制信號送入射頻transceiver。 Baseband對射頻部分的控制： AFC：控制transceiver的頻率合成 RAMP: 控制PA發(fā)射功率 transceiver控制switch進(jìn)展頻段切換。 頻率合成器為transceiver的中心部分。Basebandswitch發(fā)射話音信號調(diào)制/跳頻PAtransceiver功率放大切換開關(guān)IRX_TX_P/NAFCRAMP26MFESW1/2QRX_TX_P/N頻率合成器： 在現(xiàn)代的挪動通訊中,常要求系統(tǒng)可以提供足夠的信道,挪動臺也需能根據(jù)系統(tǒng)的控制變換本人的任務(wù)頻率，這就需提供多個(gè)信道的頻率信號。然而運(yùn)用多個(gè)振

16、蕩器是不現(xiàn)實(shí)的，在工程中,通常運(yùn)用頻率合成器來提供有足夠精度、穩(wěn)定性好的任務(wù)頻率。 由于GSM手機(jī)采用時(shí)分多址(TDMA)技術(shù),以不同的時(shí)間段(Slot,時(shí)隙)來區(qū)分用戶,故手機(jī)與系統(tǒng)堅(jiān)持時(shí)間同步就顯得非常重要。 在GSM系統(tǒng)中,有一個(gè)公共的廣播控制信道(BCCH),它包含頻率校正信息與同步信息等。手機(jī)一開機(jī),就會在邏輯電路的控制下掃描這個(gè)信道,從中獲取同步與頻率校正信息。 如手機(jī)系統(tǒng)檢測到手機(jī)的時(shí)鐘與系統(tǒng)不同步,手機(jī)邏輯電路就會輸出AFC信號。AFC信號改動26MHz電路的輸出頻率,進(jìn)而保證手機(jī)與系統(tǒng)同步。 AFCWCDMA射頻架構(gòu)：RF TRANSCEIVER 可靠性與有效性的權(quán)衡貫穿通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； 同步是通訊系統(tǒng)的生命線； 調(diào)制方式往往決議一個(gè)系統(tǒng)的性能。話音信號話音拾取語音編碼信道編碼調(diào)制前端處置發(fā)射無線傳輸話音復(fù)原語音解碼信道譯碼解交錯解調(diào)前端處置接納同步話音信號交錯BasebandBasebandRFRF系統(tǒng)框圖回想：信道編碼調(diào)制前端處置發(fā)射無線傳輸信道譯碼解交錯解調(diào)前端處置接納話音信號話音信號HELLO FOLKSHELLO