無(wú)線通信基本原理

無(wú)線通信基本原理

1.無(wú)線電波傳播的基礎(chǔ)理論

2.移動(dòng)通信基本原理

1.無(wú)線電波傳播的基礎(chǔ)理論無(wú)線傳播基本原理－電波傳播方式：無(wú)線傳播基本原理－電波傳播方式：無(wú)線傳播基本原理－頻譜劃分通常無(wú)線電波所指的是從極低頻10KHz到極超高頻的頂點(diǎn)300GHz（GigaHertz）。通常劃分成八個(gè)區(qū)域，參看下表：移動(dòng)通信系統(tǒng)中頻段的劃分為：由上表可以看出移動(dòng)通信頻段位于UHF頻段范圍內(nèi)，是以空間波的方式進(jìn)行傳輸?shù)?。無(wú)線傳播基本原理－頻譜劃分無(wú)線傳播基本原理－傳播途徑在UHF頻段，從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的電磁波的主要傳播模式是直射和散射，即視距直線傳播以及從建筑物平面反射或從人工、自然物體折射。在典型的蜂窩移動(dòng)通信環(huán)境中，移動(dòng)臺(tái)一般比基站天線矮很多，接收機(jī)與發(fā)射機(jī)之間的直達(dá)路徑往往被建筑物或其他物體所阻礙。所以，在蜂窩基站與移動(dòng)臺(tái)之間的通信不一定是通過(guò)直達(dá)路徑，而是通過(guò)許多其他路徑完成的。無(wú)線傳播基本原理－傳播途徑（多徑）時(shí)間接收信號(hào)強(qiáng)度發(fā)射信號(hào)無(wú)線傳播環(huán)境－信號(hào)衰落快衰落：大量傳播路徑的存在就產(chǎn)生了所謂的多徑現(xiàn)象，其合成波的幅度和相位隨移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生很大的起伏變化，這就是所謂的快衰落或多徑衰落，因?yàn)槠潆妶?chǎng)強(qiáng)度概率函數(shù)是服從瑞利分布，也稱為瑞利衰落。合成波的振幅和相位隨移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)起伏變化很大，衰落的振幅、相位、角度隨機(jī)。無(wú)線傳播環(huán)境－信號(hào)衰落快衰落無(wú)線線傳傳播播環(huán)環(huán)境境－－信號(hào)號(hào)衰衰落落慢衰衰落落：：移動(dòng)臺(tái)臺(tái)接收收的信信號(hào)除除瞬時(shí)時(shí)出現(xiàn)現(xiàn)快速速瑞利利衰落落外，，其場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)中中值隨隨著地地區(qū)位位置改改變出出現(xiàn)較較慢的的變化化，這這就是是所謂謂的慢慢衰落落或陰陰影衰衰落，，慢衰衰落的的場(chǎng)強(qiáng)中中值服服從對(duì)對(duì)數(shù)正正態(tài)分分布。電波波傳播播路徑徑上遇遇有高高大建建筑物物、樹樹林、、地形形起伏伏等障障礙物物的阻阻擋，，就會(huì)會(huì)產(chǎn)生生電磁磁場(chǎng)的的陰影影。衰衰落深深度與與與位置置/地點(diǎn)相相關(guān)，，衰落落的速速度取取決于于移動(dòng)動(dòng)臺(tái)移移動(dòng)的的速度度。無(wú)線傳傳播環(huán)環(huán)境－－信號(hào)衰衰落慢衰落無(wú)線傳傳播環(huán)環(huán)境－－信號(hào)衰衰落距離(m)接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落總的來(lái)來(lái)說(shuō)，，在蜂蜂窩環(huán)環(huán)境中中有兩兩種影影響：：第一一種是是多徑徑，從從建筑筑物表表面或或其他他物體體反射射、散散射而而產(chǎn)生生的短短期衰衰落；；第二二種是是直接接可見(jiàn)見(jiàn)路徑徑產(chǎn)生生的主主要信信號(hào)強(qiáng)強(qiáng)度的的緩慢慢變化化，即即長(zhǎng)期期場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)變化化。也也就是是說(shuō)，，信道道工作作于符符合瑞瑞利分分布的的快衰衰落并并疊加加有信信號(hào)幅幅度滿滿足對(duì)對(duì)數(shù)正正態(tài)分分布的的慢衰衰落。。無(wú)線傳傳播環(huán)環(huán)境－－信號(hào)衰衰落抗快衰衰落主主要措措施－－分集集時(shí)間分分集空空間分分集頻率分分集極極化分分集克服慢慢衰落落的主主要方方法是是加大大發(fā)射射功率率，提提高接接收靈靈敏度度，宏宏觀分分集等等。無(wú)線傳傳播環(huán)環(huán)境－－傳播損損耗在研究究傳播播時(shí)，，特定定接收收機(jī)功功率接接收的的信號(hào)號(hào)電平平是一一個(gè)主主要特特性。。由于于傳播播路徑徑和地地形干干擾，，傳播播信號(hào)號(hào)減小小，這這種信信號(hào)減減小稱稱為傳傳播損損耗。。自由空空間的的傳播播損耗耗可以以由下下式表表示：：其中f為頻率率(MHz)，d為距離離(km)。上式式與距距離d，頻率率f成反比比，當(dāng)當(dāng)距離離或頻頻率增增加一一倍時(shí)時(shí)，自自由空空間的的路徑徑損耗耗增加加6dB(信號(hào)場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)衰衰減4倍）。。無(wú)線傳傳播環(huán)環(huán)境－－傳播損損耗當(dāng)已知知頻率率f還可以以簡(jiǎn)化化上式式：式中γ＝2。γ稱為路路徑損損耗傾傾斜因因子。。在實(shí)實(shí)際的的信號(hào)號(hào)空間間傳播播中，，地形形、信信號(hào)在在不同同介質(zhì)質(zhì)上的的繞射射、反反射、、穿透透都會(huì)會(huì)導(dǎo)致致不同同的傳傳播損損耗，，不同同環(huán)境境下γ的取值值范圍圍：無(wú)線傳傳播環(huán)環(huán)境－－傳播損損耗電波傳傳播受受地形形結(jié)構(gòu)構(gòu)和人人為環(huán)環(huán)境的的影響響，無(wú)無(wú)線傳傳播環(huán)環(huán)境直直接決決定無(wú)無(wú)線傳傳播方方式。。影響響無(wú)線線電波波傳播播方式式的主主要因因素有有：自然地地形（（高山山、丘丘陵、、平原原、水水域））人工建建筑的的數(shù)量量、分分布、、材料料特性性植被特特征天氣狀狀況無(wú)線傳傳播環(huán)環(huán)境－－傳播損損耗無(wú)線傳傳播模模型和和校正正隨著網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)規(guī)模的的擴(kuò)大大，對(duì)對(duì)通信信質(zhì)量量要求求的提提高，，網(wǎng)絡(luò)絡(luò)規(guī)劃劃、覆覆蓋預(yù)預(yù)測(cè)已已不可可能靠靠手工工運(yùn)算算來(lái)完完成。。通過(guò)過(guò)計(jì)算算機(jī)應(yīng)應(yīng)用傳傳播模模型就就能夠夠很好好的解解決這這一問(wèn)問(wèn)題。。通過(guò)過(guò)模型型進(jìn)行行預(yù)測(cè)測(cè)能夠夠得到到誤差差在10dB以內(nèi)的的路徑徑損耗耗的本本地均均值。?！ひ苿?dòng)通通信中中用到到的傳傳播模模型有有很多多,常見(jiàn)的的有：：●Hata-Okumura模型●Walfisch-Ikegami模型●Planet通用模模型不同的的模型型有不不同的的特點(diǎn)點(diǎn)，有有各自自的適適用范范圍。。無(wú)線傳傳播模模型和和校正正PlaNET通用模模型由由下面面的方方程確確定：：L(dB)=PTX-PRX=-K1-K2㏒d-K3㏒(Heff)-K4(Diffraction)-K5㏒(Heff)㏒d-K6(Hmeff)-Kclutter式中,PRX為接收收功率率（dBm）;PTX為發(fā)射射功率率（dBm）;K1為偏置置常量量(dB）;K2為距離離衰減減常數(shù)數(shù);K3為基站站天線線高度度補(bǔ)償償修正正系數(shù)數(shù);K4為多重重繞射射損耗耗修正正系數(shù)數(shù);K5為㏒(Heff)㏒d多重修修正因因子;K6為移動(dòng)動(dòng)臺(tái)天天線有有效高高度增增益修修整因因子;d為基站站到移移動(dòng)臺(tái)臺(tái)之間間的距距離（（m）;Heff為基站站天線線有效效高度度（m）;K4(Diffraction)為有障障礙物物阻擋擋時(shí)的的繞射射路徑徑損耗耗;Kclutter為地貌貌衰減減系數(shù)數(shù)（dB）;Hmeff為移動(dòng)動(dòng)臺(tái)天天線有有效高高度.無(wú)線傳傳播模模型和和校正正傳播模模型用用于預(yù)預(yù)測(cè)地地形、、障礙礙物及及人為為環(huán)境境對(duì)無(wú)無(wú)線電電波傳傳播中中路徑徑損耗耗的影影響。。傳播模模型是是移動(dòng)動(dòng)通信信網(wǎng)小小區(qū)規(guī)規(guī)劃的的基礎(chǔ)礎(chǔ)。采采用模模型的的價(jià)值值就是是在保保證精精度的的同時(shí)時(shí)節(jié)省省了人人力、、費(fèi)用用和時(shí)時(shí)間。。2.移動(dòng)通通信基基本原原理一、蜂蜂窩理理論二、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)構(gòu)三、多多址技技術(shù)四、概概念辨辨析蜂窩理理論移動(dòng)通通信網(wǎng)網(wǎng)是由由大區(qū)區(qū)制演演變成成蜂窩窩結(jié)構(gòu)構(gòu)的。。在大大區(qū)制制條件件下，，用戶戶少，，話務(wù)務(wù)量低低，頻頻率相相對(duì)豐豐富。。大區(qū)區(qū)制的的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)由一一個(gè)基基站，，功放放輸出出較大大功率率，覆覆蓋一一定的的區(qū)域域。在在此區(qū)區(qū)域內(nèi)內(nèi)，使使用信信道組組{f1、f2、f3.....fn}。蜂窩理理論隨用戶戶增多多，話話務(wù)量量增大大，網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)容容量的的增加加，原原來(lái)信信道組組（f1,f2...fn)不能滿滿足需需要，，采用用的辦辦法是是頻率率復(fù)用用蜂窩理理論網(wǎng)絡(luò)無(wú)無(wú)線設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)，將將基站站發(fā)射射功率率降低，每每一個(gè)個(gè)基站站覆蓋蓋范圍縮縮小，，原先由一一個(gè)基基站覆覆蓋的的區(qū)域域，現(xiàn)現(xiàn)在由由多個(gè)個(gè)基站站覆蓋蓋，整整個(gè)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)圖圖如同同蜂窩窩一般般。蜂窩理理論移動(dòng)通通信基基本原原理一、蜂蜂窩理理論二、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)構(gòu)三、多多址技技術(shù)四、概概念辨辨析網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)構(gòu)BTSBSCMSC/VLRBSC其它MSCBTSBTSBTSA接口Abis接口Um接口1:鑒權(quán)2:確認(rèn)3:登記4:業(yè)務(wù)權(quán)權(quán)限HLR/AC網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)構(gòu)－－3G網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)構(gòu)－－3G功能上上，3G網(wǎng)絡(luò)單單元可可以分分為無(wú)無(wú)線接接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)（（RadioAccessNetwork，RAN）和核核心網(wǎng)網(wǎng)（CoreNetwork，CN）。其中無(wú)無(wú)線接接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)用用于處處理所所有與與無(wú)線線有關(guān)關(guān)的功功能，，而CN處理UMTS系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)所有有的語(yǔ)語(yǔ)音呼呼叫和和數(shù)據(jù)據(jù)連接接與外外部網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的的交換換和路路由。。上述述的兩兩個(gè)單單元和和用戶戶設(shè)備備（UserEquipent，UE）一起起構(gòu)成成了整整個(gè)UMTS系統(tǒng)。。網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)構(gòu)－－3G移動(dòng)通通信基基本原原理一、蜂蜂窩理理論二、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)構(gòu)三、多多址技技術(shù)四、概概念辨辨析移動(dòng)通通信系系統(tǒng)的的多址址方式式FDMA??TDMA??CDMA??SDMA移動(dòng)通通信系系統(tǒng)必必須盡盡可能能有效效利用用分配配的頻頻率。。由于于頻率率資源源是有有限的的，將將有限限的資資源為為更多多的移移動(dòng)用用戶服服務(wù)是是移動(dòng)動(dòng)通信信技術(shù)術(shù)不斷斷更新新發(fā)展展的主主題。。移動(dòng)動(dòng)通信信系統(tǒng)統(tǒng)正在在采用用或研研制FDMA、TDMA、CDMA和SDMA多址方方式。。傳統(tǒng)多多址技技術(shù)時(shí)間頻率FDMA頻率時(shí)間TDMAFDMA：：FrequencyDivisionMultipleAccess頻分多多址TDMA：：TimeDivisionMultipleAccess時(shí)分多多址FDMAFDMA信道每每次只只能傳傳遞一一路電電話，，如果果一個(gè)個(gè)FDMA信道被被分配配為話話音信信道，，但沒(méi)沒(méi)有使使用，，并且且處于于空閑閑狀態(tài)態(tài)，它它不能能被其其他用用戶使使用。。在分配配成語(yǔ)語(yǔ)音信信道后后，基基站和和移動(dòng)動(dòng)臺(tái)就就會(huì)同同時(shí)地地連續(xù)續(xù)不斷斷地發(fā)發(fā)射FDMA通常是窄帶帶系統(tǒng)，TACS為代表，每每信道25kHz帶寬FDMA比TDMA簡(jiǎn)單，同步步和組幀比比特少，系系統(tǒng)開(kāi)銷小小FDMA需要精確的的RF濾波器，需需要雙工器器（單天線線）非線性效應(yīng)應(yīng)：許多信信道共享一一個(gè)天線，，功率放大大器的非線線性會(huì)產(chǎn)生生交調(diào)頻率率（IM），產(chǎn)生額額外的RF輻射TDMA多個(gè)用戶共共享一個(gè)載載波頻率，，分享不同同時(shí)隙TDMA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)據(jù)傳遞是不不連續(xù)的，，是分組發(fā)發(fā)射，可以以關(guān)閉不連連續(xù)發(fā)送，，可以利用用空閑時(shí)隙隙監(jiān)聽(tīng)其他他基站，實(shí)實(shí)現(xiàn)切換處處理即使使用FDD方式也無(wú)需需雙工器可以按照不不同的用戶戶提供不同同的帶寬TDMA的效率是指指發(fā)射的數(shù)數(shù)據(jù)中信息息所占的百百分比質(zhì)量控制通通過(guò)頻率規(guī)規(guī)劃來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)CDMA：：CodeDivisionMultipleAccess碼分多址頻率時(shí)間碼字CDMA所有用戶在在同一時(shí)間間、同一頻頻段上、根根據(jù)編碼獲獲得業(yè)務(wù)信信道SDMA(SpaceDivisionMultipleAccess)：空分多址址SDMA即在相同時(shí)時(shí)隙、相同同頻率或相相同地址碼碼的情況下下，可以根根據(jù)信號(hào)不不同的中間間傳播路徑徑而區(qū)分。。SDMA是一種信道道增容方式式，例如空空分—碼分多址（（SD-CDMA）。波束形成天天線采用智智能天線，，基站的智智能天線形形成多個(gè)波波束覆蓋整整個(gè)小區(qū)，，智能天線線可定位于于每個(gè)MS。MSMSMSBTS移動(dòng)通信基基本原理一、蜂窩理理論二、網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)構(gòu)三、多址技技術(shù)四、概念辨辨析a)話務(wù)量概念念話務(wù)量的嚴(yán)嚴(yán)格定義應(yīng)應(yīng)該叫做話話務(wù)強(qiáng)度，，是電話系系統(tǒng)業(yè)務(wù)多多少的度量量，它與單單位時(shí)間（（一般取忙忙時(shí)1小時(shí)）內(nèi)的的呼叫次數(shù)數(shù)n及呼叫占用用信道的平平均時(shí)間（（T）成正比。。A=n×T/3600系統(tǒng)忙時(shí)話話務(wù)量（A）表示系統(tǒng)統(tǒng)的繁忙程程度，又稱稱話務(wù)負(fù)荷荷，單位為為愛(ài)爾蘭Erlang，用符號(hào)Erl表示。T以秒為單位位。話務(wù)量概念念平均用戶忙忙時(shí)話務(wù)量量指一天中中話務(wù)量最最忙時(shí)間平平均每個(gè)用用戶的來(lái)話話和去話話話務(wù)量之和和。在計(jì)算算信道數(shù)時(shí)時(shí)采用忙時(shí)時(shí)話務(wù)量可可以保證除除忙時(shí)以外外的其它時(shí)時(shí)間的無(wú)線線信道呼損損率明顯低低于忙時(shí)的的指標(biāo)，這這是為了保保持一定的的服務(wù)質(zhì)量量等級(jí)所必必須的。話務(wù)量概念念－愛(ài)爾蘭B表在話務(wù)理論論中，愛(ài)爾爾蘭B函數(shù)最符合合多信道共共用電話系系統(tǒng)的實(shí)際際情況，它它有如下假假設(shè)：1、系統(tǒng)的信信道數(shù)N為有限值，，用戶數(shù)M>>N。2、單位時(shí)間間內(nèi)的呼叫叫次數(shù)與系系統(tǒng)的用戶戶數(shù)無(wú)關(guān)，，是一個(gè)獨(dú)獨(dú)立常數(shù)。。3、用戶發(fā)出出呼叫后，，沒(méi)有空閑閑信道則放放棄呼叫要要求。4、通話時(shí)間間長(zhǎng)度的概概率分布服服從指數(shù)規(guī)規(guī)律。話務(wù)量概念念－愛(ài)爾蘭B表對(duì)于這樣的的系統(tǒng)，N個(gè)信道中有有K個(gè)信道同時(shí)時(shí)被占用的的概率為Pk=(Ak/k!)/(∑Ai/i!)i從1到N其中k=1,2,3,...,N。當(dāng)N個(gè)信道都被被占用時(shí)，，再呼叫就就會(huì)呼損，，所以N個(gè)信道同時(shí)時(shí)被占用的的概率就等等效為呼損損率（GOS:Gradeofservice)，即PN=(AN/N!)/(∑Ai/i!)=Bi從1到N上式稱為愛(ài)愛(ài)爾蘭公式式話務(wù)量概念念－愛(ài)爾蘭B表根據(jù)上式可可以得到呼呼損率B、與話務(wù)量量A及信道數(shù)N之間的關(guān)系系，得到愛(ài)愛(ài)爾蘭B表。在愛(ài)爾爾蘭B表中，當(dāng)已已知話務(wù)量量和呼損率率時(shí)，可由由該表查出出需要的信信道數(shù)；已已知信道數(shù)數(shù)N和呼損率時(shí)時(shí)，可由該該表求得N個(gè)信道所負(fù)負(fù)荷的話務(wù)務(wù)量。話務(wù)量概念念－愛(ài)爾蘭B表b)dB概念介紹dBm是一個(gè)考征征功率絕對(duì)對(duì)值的值，，計(jì)算公式式為：10lgP（功率值/1mw）。dBi和dBddBi和dBd是考征增益益的值（功功率增益）），兩者都都是一個(gè)相相對(duì)值，但但參考基基準(zhǔn)不一樣樣。dBi的參考基準(zhǔn)準(zhǔn)為全方向向性天線，，dBd的參考基準(zhǔn)準(zhǔn)為偶極子子，所以兩兩者略有不不同。一般般認(rèn)為，表表示同一個(gè)個(gè)增益，用用dBi表示出來(lái)比比用dBd表示出來(lái)要要大2.15。dB是一個(gè)表征征相對(duì)值的的值，當(dāng)考考慮甲的功功率相比于于乙功率大大或小多少少個(gè)dB時(shí)，按下面面計(jì)算公式式：10lg（甲功率/乙功率）-30dBm=1mW-20dBm=10mW-10dBm=100mW-7dBm=200mW-3dBm=500mW0dBm=1mW+3dBm=2mW+7dBm=5mW+10dBm=10mW+13dBm=20mW+20dBm=100mW+30dBm=1W+40dBm=10W+50dBm=100Wb)dB概念介紹dBm是一個(gè)考征征功率絕對(duì)對(duì)值的值，，計(jì)算公式式為：10lgP（功率值/1mw）。dBi和dBddBi和dBd是考征增益益的值（功功率增益）），兩者都都是一個(gè)相相對(duì)值，但但參考基基準(zhǔn)不一樣樣。dBi的參考基準(zhǔn)準(zhǔn)為全方向向性天線，，d