第3章移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)

第2章蜂窩移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)2.1組網(wǎng)技術(shù)2.2編碼技術(shù)2.3多址接入技術(shù)2.4調(diào)制技術(shù)2.5均衡和分集技術(shù)2.6天線技術(shù)2.1移動(dòng)通信的組網(wǎng)技術(shù)

要實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶在大范圍內(nèi)進(jìn)行有序的通信，就必須解決組網(wǎng)過程中的一系列技術(shù)問題。下面主要介紹移動(dòng)通信的組網(wǎng)方式、正六邊形無線區(qū)群結(jié)構(gòu)、多信道共用技術(shù)等內(nèi)容。2.1.1組網(wǎng)方式

根據(jù)服務(wù)區(qū)覆蓋方式的不同，可將移動(dòng)通信網(wǎng)分為大區(qū)制和小區(qū)制。

1．大區(qū)制移動(dòng)通信網(wǎng)

大區(qū)制是指在一個(gè)服務(wù)區(qū)(如一個(gè)城市或地區(qū))只設(shè)置一個(gè)基站(BaseStation，BS)，并由它負(fù)責(zé)移動(dòng)通信網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)和控制。大區(qū)制移動(dòng)通信示意圖TRXTX:10～25WMS覆蓋半徑25～45km30～200mTX:25～200WTRXBS1.大區(qū)制

⑴系統(tǒng)及控制簡(jiǎn)單⑵容量小例：設(shè)大區(qū)制系統(tǒng)共有12個(gè)頻道（信道ch：channel），每信道可容納10個(gè)移動(dòng)用戶，求系統(tǒng)用戶容量。解：系統(tǒng)容量=12(ch)×10(用戶/ch)=120個(gè)用戶大區(qū)制特點(diǎn)：

大區(qū)制的主要優(yōu)點(diǎn)是：

建網(wǎng)簡(jiǎn)單、投資少、見效快，在用戶數(shù)較少的地域非常合適。

缺點(diǎn)：服務(wù)區(qū)內(nèi)的所有頻率均不能重復(fù)使用，因而頻譜利用率及用戶數(shù)都受到了限制。

為了滿足用戶不斷增長(zhǎng)的需求，在頻率有限的條件下，必須采用小區(qū)制的組網(wǎng)方式。

2．小區(qū)制移動(dòng)通信網(wǎng)

小區(qū)制就是把整個(gè)服務(wù)區(qū)域劃分為若干個(gè)無線小區(qū)，每個(gè)無線小區(qū)中分別設(shè)置一個(gè)基站，負(fù)責(zé)本小區(qū)移動(dòng)通信的聯(lián)絡(luò)和控制。同時(shí)還要在幾個(gè)小區(qū)間設(shè)置移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(MSC)。移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心統(tǒng)一控制各小區(qū)之間用戶的通信接續(xù)，以及移動(dòng)用戶與市話網(wǎng)的聯(lián)系。例如，將大區(qū)制圖的服務(wù)區(qū)域一分為五，如圖所示。小區(qū)制移動(dòng)通信示意圖

小區(qū)制的核心思想是：用許多小功率的發(fā)射機(jī)（小覆蓋區(qū)）來代替單個(gè)的大功率發(fā)射機(jī)，每一個(gè)小覆蓋區(qū)只提供服務(wù)范圍內(nèi)的一小部分覆蓋。

例：設(shè)信道總數(shù)為12個(gè)（同大區(qū)制），4個(gè)小區(qū)為1區(qū)群，共100個(gè)區(qū)群，每信道容納10個(gè)用戶,求系統(tǒng)用戶容量。解：·每組信道數(shù)＝12ch/4＝3ch·小區(qū)容量＝3ch×10用戶/ch＝30用戶·每區(qū)群容量＝4×30＝120用戶（=原大區(qū)制容量120用戶）·總?cè)萘浚?00×120＝12000用戶

圖中每個(gè)小區(qū)各設(shè)一個(gè)小功率基站(BS1～BS5)，發(fā)射機(jī)的輸出功率一般為5～10W，覆蓋半徑一般為2～20km?？山o每個(gè)小區(qū)分配不同的頻率，但這樣需要大量的頻率資源，且頻譜利用率降低。為了提高頻譜利用率，需將相同的頻率在相隔一定距離的小區(qū)中重復(fù)使用，例如小區(qū)1與小區(qū)4、小區(qū)2與小區(qū)3就可以使用相同的頻率而不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。在一個(gè)較大的服務(wù)區(qū)中，同一組信道可以多次重復(fù)使用，這種技術(shù)稱為同頻復(fù)用。此外，隨著用戶數(shù)目的增多，小區(qū)還可以進(jìn)一步劃小，即實(shí)現(xiàn)“小區(qū)分裂”，以適應(yīng)用戶數(shù)的增加。

采用小區(qū)制最大的優(yōu)點(diǎn)是有效地解決了頻道數(shù)量有限和用戶數(shù)增大之間的矛盾。其次是由于基站功率減小，也使相互之間的干擾減小了。所以，公用移動(dòng)電話網(wǎng)均采用這種體制。

在這種體制中，從一個(gè)小區(qū)到另一個(gè)小區(qū)通話，移動(dòng)臺(tái)需要經(jīng)常更換工作頻道，這樣對(duì)控制交換功能的要求提高了，加上基站的數(shù)目增多，建網(wǎng)的成本增加，所以小區(qū)范圍不宜過小，要綜合考慮而定。1、帶狀網(wǎng)帶狀網(wǎng)主要用于覆蓋公路、鐵路和海岸等?；咎炀€若用全向輻射，覆蓋區(qū)形狀是圓形；采用有向天線，則使每個(gè)小區(qū)呈扁圓形。

小區(qū)制移動(dòng)通信網(wǎng)的地域覆蓋

A

鐵路小區(qū)B

A

B

(a)小區(qū)河道A

B

C

(b)

帶狀網(wǎng)可進(jìn)行頻率復(fù)用。若以采用不同信道的兩個(gè)小區(qū)組成一個(gè)區(qū)群，稱為雙頻制。若以采用不同信道的三個(gè)小區(qū)組成一個(gè)區(qū)群，稱為三頻制。從造價(jià)和頻率資源的利用而言，當(dāng)然雙頻制最好；但從抗同頻干擾而言，雙頻制最差，還應(yīng)考慮多頻制。

A

鐵路小區(qū)B

A

B

(a)小區(qū)河道A

B

C

(b)2.

面狀服務(wù)區(qū)(1).小區(qū)形狀

確定小區(qū)形狀的準(zhǔn)則：①無空隙覆蓋全部服務(wù)區(qū)。②在服務(wù)區(qū)總面積相同時(shí)，小區(qū)（BS）數(shù)最少，系統(tǒng)最經(jīng)濟(jì)。

滿足準(zhǔn)則①的小區(qū)形狀有如下三種：虛線：小區(qū)形狀：BS圓形：BS輻射覆蓋區(qū)域；r為輻射半徑。正三角形正方形正六邊形rrr

滿足準(zhǔn)則②的小區(qū)為正六邊形：

因?yàn)檎呅巫罱咏鼒A形(BS輻射區(qū))，重疊小，在服務(wù)區(qū)總面積相同時(shí)，小區(qū)數(shù)最少。正六邊形構(gòu)成的區(qū)域復(fù)蓋形同蜂窩，故稱為蜂窩網(wǎng)。

通過表2.1的比較結(jié)果可以看出，正六邊形小區(qū)的中心距離最大，覆蓋面積也最大，重疊區(qū)面積最小，即對(duì)于同樣大小的服務(wù)區(qū)域，采用正六邊形構(gòu)成小區(qū)所需的小區(qū)數(shù)最少，從而所需的頻率個(gè)數(shù)也最少，因此采用正六邊形組網(wǎng)是最經(jīng)濟(jì)的方式。正六邊形構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)形同蜂窩，因此把小區(qū)形狀為六邊形的小區(qū)制移動(dòng)通信稱為移動(dòng)蜂窩網(wǎng)?；诜涓C狀的小區(qū)制是目前公共移動(dòng)通信網(wǎng)的主要覆蓋方式。2.1.2小區(qū)制的組網(wǎng)技術(shù)

1.信道復(fù)用技術(shù)

信道復(fù)用技術(shù)：相鄰小區(qū)不使用相同的信道組，但相隔幾個(gè)小區(qū)間隔的不相鄰小區(qū)可以重復(fù)使用同一組信道。

區(qū)群：不使用同一組信道的若干個(gè)相鄰小區(qū)就組成了一個(gè)區(qū)群。

區(qū)群的構(gòu)成應(yīng)滿足兩個(gè)條件：

①無線區(qū)群之間彼此鄰接并且無空隙地覆蓋整個(gè)面積；

②相鄰無線區(qū)群中，同頻小區(qū)之間的距離相等且為最大。滿足上述兩個(gè)條件的區(qū)群形狀和區(qū)群個(gè)數(shù)不是任意的?？梢宰C明，區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)滿足下式：式中：a、b均為正整數(shù)，且不同時(shí)為0。a、b取不同值代入可確定K?=?3，4，7，9，12，13，16，19，21，…。不同區(qū)群內(nèi)同頻小區(qū)之間最小距離為，其中K為區(qū)群內(nèi)小區(qū)數(shù)量，R為小區(qū)輻射半徑。K=3,b=1a=1K=4,b=2a=0K=7,b=2a=1……2．激勵(lì)方式

移動(dòng)通信網(wǎng)中各小區(qū)的基站可以設(shè)置在小區(qū)的不同的兩個(gè)位置上，因此就產(chǎn)生了兩種不同的激勵(lì)方式。

(1)中心激勵(lì)：基站設(shè)置在小區(qū)的中央，采用全向天線實(shí)現(xiàn)無限區(qū)的覆蓋，如圖(a)所示。

(2)頂點(diǎn)激勵(lì)：基站設(shè)置在每個(gè)小區(qū)相間的三個(gè)頂點(diǎn)上，并采用三個(gè)互成120°扇形覆蓋的定向天線，分別覆蓋三個(gè)相鄰小區(qū)的各1/3區(qū)域，每個(gè)小區(qū)由三幅120°扇形天線共同覆蓋，如圖(b)所示。無線小區(qū)的兩種激勵(lì)方式(a)中心激勵(lì)；(b)頂點(diǎn)激勵(lì)3.無線小區(qū)模型的確定

目前GSM網(wǎng)絡(luò)廣泛采用的無線小區(qū)模型有4×3復(fù)用方式和3×3復(fù)用方式等。

4×3復(fù)用方式：每4個(gè)基站為一區(qū)群，每個(gè)基站分成3個(gè)120°扇區(qū)，共需12組頻率。4.

直放站技術(shù)

在組網(wǎng)時(shí)，出于經(jīng)費(fèi)或地形地物等方面的考慮，會(huì)出現(xiàn)無線電波覆蓋不到的地區(qū)，稱之為盲區(qū)或死區(qū)，如圖所示。為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)服務(wù)區(qū)內(nèi)的通信，使死區(qū)變活，消除盲區(qū)，通常在適當(dāng)?shù)牡胤浇⒅狈耪?，以溝通盲區(qū)和死區(qū)內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)與基站之間的通信。5.多信道共用技術(shù)

所謂多信道共用，就是指移動(dòng)通信網(wǎng)內(nèi)的大量用戶共享若干無線信道(頻率、時(shí)隙、碼型)，這與市話用戶共享中繼線相類似。這種占用信道的方式相對(duì)于獨(dú)立信道來說，可以顯著提高信道利用率。

例如，一個(gè)無線小區(qū)有10個(gè)信道，110個(gè)用戶，用戶也分成10組，每11個(gè)用戶被指定一個(gè)信道，不同的信道內(nèi)的用戶不能互換信道，如圖(a)所示。這就是獨(dú)立信道方式。在這種情況下，只要有一個(gè)用戶占用了本組內(nèi)的信道，同組的其余10個(gè)用戶均不能再占用了，在它通話結(jié)束前，這10個(gè)用戶都處于阻塞狀態(tài)，無法通話。但是，如果其他組的信道處于空閑狀態(tài)，而又得不到利用，顯然，信道利用率很低。

多信道共用方式如圖(b)所示。在這種方式下，該小區(qū)內(nèi)的10個(gè)信道被110個(gè)用戶共用。當(dāng)k(k?<?10)個(gè)信道被占用時(shí)，其他需要通話的用戶可以選擇剩下的(10-k)中的任意一個(gè)空閑信道通信。因?yàn)槿魏我粋€(gè)移動(dòng)用戶選擇空閑信道和占用空閑信道的時(shí)間都是隨機(jī)的，所以，所有10個(gè)信道被同時(shí)占用的概率遠(yuǎn)小于一個(gè)信道被占用的概率。因此，多信道共用方式可大大提高信道利用率。

信道使用方式(a)獨(dú)立信道方式；(b)多信道共用方式2.2編碼技術(shù)

信源編碼及信道編碼技術(shù)是移動(dòng)通信中的兩個(gè)重要的技術(shù)領(lǐng)域。語音編碼技術(shù)屬于信源編碼，可提高系統(tǒng)的頻譜利用率和信道容量；信道編碼技術(shù)可提高系統(tǒng)的抗干擾能力，從而保證良好的通話質(zhì)量。語音編碼是為了把模擬語音轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)以便在信道中傳輸，語音編碼技術(shù)在移動(dòng)通信系統(tǒng)中與調(diào)制技術(shù)直接決定了系統(tǒng)的頻譜利用率。在移動(dòng)通信中，節(jié)省頻譜是至關(guān)重要的，移動(dòng)通信中對(duì)語音編碼技術(shù)的研究目的是在保證一定的語音質(zhì)量的前提下，盡可能地降低語音編碼的比特率。

信源編碼的目的是為了提高系統(tǒng)的有效性。

移動(dòng)通信對(duì)數(shù)字語音編碼的要求如下:·速率較低,純編碼速率應(yīng)低于16kb/s;·在一定編碼速率下的音質(zhì)應(yīng)盡可能高;·編碼時(shí)延要短,要控制在幾十毫秒之內(nèi);·編碼算法應(yīng)具有較好的抗誤碼性能,計(jì)算量小,性能穩(wěn)定;·編碼器應(yīng)便于大規(guī)模集成。

語音編碼技術(shù)通常分為三類：波形編碼、參量編碼和混合編碼。

1．波形編碼

波形編碼是將隨時(shí)間變化的信號(hào)直接變換為數(shù)字代碼，盡量使重建的語音波形保持原語音信號(hào)的波形形狀。其基本原理是對(duì)模擬語音波形信號(hào)進(jìn)行抽樣、量化、編碼而形成的數(shù)字語音信號(hào)。解碼是與其相反的過程，將收到的數(shù)字序列經(jīng)過解碼和濾波恢復(fù)成模擬信號(hào)。

為了保證數(shù)字語音信號(hào)解碼后的高保真度，波形編碼需要較高的編碼速率，一般為16～64kb/s。通信原理中講過的脈沖編碼調(diào)制(PCM)、增量調(diào)制(ΔM)以及它們的各種改進(jìn)形式—自適應(yīng)增量調(diào)制(ADM)、自適應(yīng)差分編碼調(diào)制(ADPCM)等都屬于波形編碼技術(shù)。

波形編碼有比較好的語音質(zhì)量和成熟的實(shí)現(xiàn)方法，但其所用的編碼速率比較高，占用的帶寬比較寬，因此波形編碼多用于有線通信中。

2．參量編碼

參量編碼是基于人類語言的發(fā)聲機(jī)理，找出表征語音的特征參量，對(duì)特征參量進(jìn)行編碼的一種方法，因此也稱之為聲碼器編碼。參量編碼由于只傳送語音的特征參量，因此可實(shí)現(xiàn)低速率的語音編碼，其編碼速率一般為1.2～4.8kb/s。線性預(yù)測(cè)編碼(LPC)及其變形均屬于參量編碼。參量編碼的語音可懂度較好，但有明顯的失真，不能滿足商用語音通信的要求。

3．混合編碼

混合編碼是基于參量編碼和波形編碼發(fā)展的一類新的編碼技術(shù)，它將波形編碼和參量編碼結(jié)合起來，力圖保持波形編碼語音的高質(zhì)量與參量編碼的低速率。在混合編碼信號(hào)中，既包括若干語音特征參量，也包括部分波形編碼信息。其比特率一般為4～16kb/s，語音質(zhì)量可達(dá)到商用語音通信的要求。因此，混合編碼技術(shù)在數(shù)字移動(dòng)通信中得到了廣泛的應(yīng)用。使用較多的編碼方案是規(guī)則脈沖激勵(lì)長(zhǎng)期預(yù)測(cè)編/解碼器(RPE-LTP)和碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼器(CELP)。常用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)語音編碼類型

信道編碼技術(shù)信道編碼能夠檢查和糾正接收信息流中的差錯(cuò)。信道編碼定理指出:在編碼速率小于信道容量的條件下,通過編碼可以使譯碼錯(cuò)誤概率任意小,從而達(dá)到可靠通信。該定理證明:確實(shí)存在一種編碼方式,其誤碼率隨著碼長(zhǎng)n的增長(zhǎng)趨于任意小。這說明信道編碼屬于冗余編碼,而且冗余度與誤碼率存在一定的反比關(guān)系。需要指出的是冗余度越高,誤碼率就越小,系統(tǒng)的可靠性就越高;但同時(shí),編碼位數(shù)就越多,需要的傳輸速率就越高,占用的信道帶寬就越寬。因此,必須研究編碼技術(shù),在保證系統(tǒng)可靠性的前提下,盡量降低傳輸速率,減小信道帶寬。

信道編碼的基本思想是按一定規(guī)則給數(shù)字序列m(稱為信息碼元)增加一些多余的碼元(稱為監(jiān)督碼元),使不具有規(guī)律性的信息序列m變換為具有某種規(guī)律性的數(shù)碼序列C;數(shù)碼序列中C的信息序列碼元m與多余碼元之間是相關(guān)的。接收端的譯碼器利用這種預(yù)知的編碼規(guī)則進(jìn)行譯碼,檢驗(yàn)接收到的數(shù)字序列R是否符合既定的規(guī)則,從而發(fā)現(xiàn)R中是否有錯(cuò)，甚至糾正其中的差錯(cuò)。根據(jù)相關(guān)性來發(fā)現(xiàn)和糾正傳輸過程中產(chǎn)生的差錯(cuò)就是信道編碼的基本思想。

糾錯(cuò)編碼是應(yīng)用最廣泛的編碼,又可分為如下幾類:(1)按照糾正差錯(cuò)的類型可分為糾正隨機(jī)錯(cuò)誤的編碼和糾正突發(fā)錯(cuò)誤的編碼兩種。隨機(jī)錯(cuò)誤是指碼元間的錯(cuò)誤互相獨(dú)立,即每個(gè)碼元的錯(cuò)誤概率與它前后碼元的錯(cuò)誤與否無關(guān);突發(fā)錯(cuò)誤是指一個(gè)碼元的錯(cuò)誤往往影響其前后碼元的錯(cuò)誤概率,換句話說,一個(gè)碼元產(chǎn)生錯(cuò)誤,則后面幾個(gè)碼元都可能發(fā)生錯(cuò)誤。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中,既要糾正隨機(jī)錯(cuò)誤,又要糾正突發(fā)錯(cuò)誤。(2)按照信息碼元和監(jiān)督碼元之間的約束方式不同可分為分組碼和卷積碼兩種。分組碼是指編碼的規(guī)則僅局限于本碼組之內(nèi),本碼組的監(jiān)督碼元僅和本碼組的信息碼元相關(guān);卷積碼是指本碼組的監(jiān)督碼元不僅和本碼組的信息碼元相關(guān),還與本碼組相鄰的前n-1個(gè)碼組的信息碼元相關(guān)。

(3)按照信息碼元和附加的監(jiān)督碼元之間的檢驗(yàn)關(guān)系可分為線性碼和非線性碼兩種。線性碼是指信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系為線性關(guān)系,即監(jiān)督碼元是線性碼元的線性組合,編碼規(guī)則可用線性方程來表示;非線性碼的信息碼元與監(jiān)督碼元之間不存在線性關(guān)系。

(4)按照碼字的結(jié)構(gòu)不同,可分為系統(tǒng)碼和非系統(tǒng)碼兩種。系統(tǒng)碼是指前k個(gè)碼元與信息碼組一致的編碼;非系統(tǒng)碼不具有系統(tǒng)碼的特性。(5)按照碼字中每個(gè)碼元的取值可分為二進(jìn)制碼和多進(jìn)制碼。二進(jìn)制碼的碼元有0和1兩個(gè)取值,M進(jìn)制碼的碼元有M個(gè)取值。二進(jìn)制碼是應(yīng)用最廣泛的編碼制式。

根據(jù)發(fā)送端信道編碼的特性,接收端在解碼后采取的差錯(cuò)控制方式有:·前向糾錯(cuò)(FEC)。發(fā)送端的信道編碼器將信息碼組編成具有一定糾錯(cuò)能力的碼。接收端信道譯碼器對(duì)接收碼字進(jìn)行譯碼,若傳輸中產(chǎn)生的差錯(cuò)數(shù)目在碼的糾錯(cuò)能力之內(nèi)時(shí),譯碼器對(duì)差錯(cuò)進(jìn)行定位并加以糾正。·自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)(ARQ)。用于檢測(cè)的糾錯(cuò)碼在譯碼器輸出端只給出當(dāng)前碼字傳輸是否可能出錯(cuò)的指示,當(dāng)有錯(cuò)時(shí)按某種協(xié)議通過一個(gè)反向信道請(qǐng)求發(fā)送端重傳已發(fā)送碼字的全部或部分?！せ旌霞m錯(cuò)(HEC)是FEC與ARQ方式的結(jié)合。發(fā)端發(fā)送同時(shí)具有自動(dòng)糾錯(cuò)和檢測(cè)能力的碼組,收端收到碼組后,檢查差錯(cuò)情況,如果差錯(cuò)在碼的糾錯(cuò)能力以內(nèi),則自動(dòng)進(jìn)行糾正。如果信道干擾很嚴(yán)重,錯(cuò)誤很多,超過了碼的糾錯(cuò)能力,但能檢測(cè)出來,則經(jīng)反饋信道請(qǐng)求發(fā)端重發(fā)這組數(shù)據(jù)?！ば畔⒎答?IRQ)也稱回程校驗(yàn)方式。收端把收到的數(shù)據(jù),原封不動(dòng)地通過反饋信道送回到發(fā)端,發(fā)端比較發(fā)的數(shù)據(jù)與反饋來的數(shù)據(jù),從而發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤,并且把錯(cuò)誤的消息再次傳送,直到發(fā)端沒有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤為止。

2.3多址接入技術(shù)2/1/20232.3.1多址技術(shù)的含義及分類

移動(dòng)通信系統(tǒng)是一個(gè)多信道同時(shí)工作的系統(tǒng)，具有廣播信道和大面積覆蓋的特點(diǎn)。在無線通信環(huán)境的電波覆蓋區(qū)內(nèi)，如何建立用戶之間的無線信道的連接，是多址方式的問題。解決多址方式問題的方法叫做多址技術(shù)。

多址技術(shù)是指射頻信道的復(fù)用技術(shù)，對(duì)于不同的移動(dòng)臺(tái)和基站發(fā)出的信號(hào)賦予不同的特征，使基站能從眾多的移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的信號(hào)中區(qū)分出是哪個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)，移動(dòng)臺(tái)也能識(shí)別基站發(fā)出的信號(hào)中哪一個(gè)是發(fā)給自己的。信號(hào)特征的差異可表現(xiàn)在某些特征上，如工作頻率、出現(xiàn)時(shí)間、編碼序列等，多址技術(shù)直接關(guān)系到蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的容量。

蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)中常用的多址方式有頻分多址(FDMA)、時(shí)分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)和空分多址(SDMA)。下面將分別介紹它們的原理。頻分多址(FDMA)頻分多址技術(shù)按照頻率來分割信道,即給不同的用戶分配不同的載波頻率以共享同一信道。頻分多址技術(shù)是模擬載波通信、微波通信、衛(wèi)星通信的基本技術(shù),也是第一代模擬移動(dòng)通信的基本技術(shù)。在FDMA系統(tǒng)中,信道總頻帶被分割成若干個(gè)間隔相等且互不相交的子頻帶(地址),每個(gè)子頻帶分配給一個(gè)用戶,每個(gè)子頻帶在同一時(shí)間只能供給一個(gè)用戶使用,相鄰子頻帶之間無明顯的干擾。頻分多址(FDMA)

時(shí)分多址(TDMA)時(shí)分多址技術(shù)按照時(shí)隙來劃分信道,即給不同的用戶分配不同的時(shí)間段以共享同一信道。時(shí)分多址技術(shù)是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信和第二代移動(dòng)通信的基本技術(shù)。在TDMA系統(tǒng)中,時(shí)間被分割成周期性的幀,每一幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙(地址)。無論幀或時(shí)隙都是互不重疊的。然后,根據(jù)一定的時(shí)隙分配原則,使各個(gè)移動(dòng)臺(tái)在每幀內(nèi)只能按指定的時(shí)隙向基站發(fā)送信號(hào),在滿足定時(shí)和同步的條件下,基站可以分別在各時(shí)隙中接收到各移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)而互不混擾。同時(shí),基站發(fā)向多個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)都按順序安排,在預(yù)定的時(shí)隙中傳輸。各移動(dòng)臺(tái)只要在指定的時(shí)隙內(nèi)接收,就能在合路的信號(hào)中把發(fā)給它的信號(hào)區(qū)分出來。

時(shí)分多址(TDMA)與FDMA技術(shù)相比,TDMA具有如下特性:

(1)每載頻多路。TDMA系統(tǒng)能夠在每一載頻上產(chǎn)生多個(gè)時(shí)隙,而每個(gè)時(shí)隙都是一個(gè)信道,因而能夠進(jìn)一步提高頻譜利用率,增加系統(tǒng)容量。

(2)傳輸速率高。每一載頻含有時(shí)隙多,則頻率間隔寬,傳輸速率就高。

(3)對(duì)新技術(shù)開放。例如當(dāng)因語音編碼算法的改進(jìn)而降低比特速率時(shí),TDMA系統(tǒng)的信道很容易重新配置以接納新技術(shù)

(4)共享設(shè)備,成本低。由于每一載頻為許多客戶提供業(yè)務(wù),因此TDMA系統(tǒng)共享設(shè)備的每客戶平均成本與FDMA系統(tǒng)相比是大大降低了。

(5)不存在頻率分配問題。對(duì)時(shí)隙的管理和分配通常要比對(duì)頻率的管理與分配簡(jiǎn)單而經(jīng)濟(jì)，所以,TDMA系統(tǒng)更容易進(jìn)行時(shí)隙的動(dòng)態(tài)分配。

(6)基站可以只用一臺(tái)發(fā)射機(jī)?？梢员苊庀馞DMA系統(tǒng)那樣因多部不同頻率的發(fā)射機(jī)同時(shí)工作而產(chǎn)生的互調(diào)干擾。

時(shí)分多址(TDMA)同時(shí),TDMA也具有一定的缺陷:(1)必須有精確的定時(shí)和同步。(2)移動(dòng)臺(tái)較復(fù)雜。(3)傳輸開銷大。碼分多址(CDMA)

碼分多址技術(shù)按照碼序列來劃分信道,即給不同的用戶分配一個(gè)不同的編碼序列以共享同一信道。碼分多址技術(shù)是第二代移動(dòng)通信的演進(jìn)技術(shù)和第三代移動(dòng)通信的基本技術(shù)。在CDMA系統(tǒng)中,每個(gè)用戶被分配給一個(gè)惟一的偽隨機(jī)碼序列(擴(kuò)頻序列),各個(gè)用戶的碼序列相互正交,因而相關(guān)性很小,由此可以區(qū)分出不同的用戶。與FDMA劃分頻帶和TDMA劃分時(shí)隙不同,CDMA既不劃分頻帶又不劃分時(shí)隙,而是讓每一個(gè)頻道使用所能提供的全部頻譜,因而CDMA采用的是擴(kuò)頻技術(shù),它能夠使多個(gè)用戶在同一時(shí)間、同一載頻以不同碼序列來實(shí)現(xiàn)多路通信。CDMA示意圖如圖所示。碼分多址(CDMA)

以上三種多址技術(shù)相比較,CDMA技術(shù)的頻譜利用率最高,所能提供的系統(tǒng)容量最大,它代表了多址技術(shù)的發(fā)展方向;其次是TDMA技術(shù),目前技術(shù)比較成熟,應(yīng)用比較廣泛;FDMA技術(shù)由于頻譜利用率低,將逐漸被TDMA和CDMA所取代,或者與后兩種方式結(jié)合使用,組成TDMA/FDMA、CDMA/FDMA方式?？辗侄嘀?SDMA)

空分多址(SDMA)是指利用無線電波束在空間的不重疊分割構(gòu)成不同的信道，將這些空間信道分配給不同地址的用戶使用，空間波束與用戶具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，依波束的空間位置區(qū)分來自不同地址的用戶信號(hào)，從而完成的多址連接。在移動(dòng)通信中，能實(shí)現(xiàn)空間分割的基本技術(shù)就是采用自適應(yīng)陣列天線，在不同用戶方向上形成不同的波束。SDMA系統(tǒng)的工作示意圖如圖所示。SDMA系統(tǒng)的工作示意圖SDMA使用定向波束天線來服務(wù)于不同的用戶。相同的頻率或不同的頻率用來服務(wù)于被天線波束覆蓋的這些不同區(qū)域。扇形天線可被看做是SDMA的一個(gè)基本方式。在極限情況下，自適應(yīng)陣列天線具有極小的波束和極快的跟蹤速度，它可以實(shí)現(xiàn)最佳的SDMA。將來有可能使用自適應(yīng)天線，迅速地引導(dǎo)能量沿用戶方向發(fā)送，這種天線最適合于TDMA和CDMA。

CDMA和SDMA有相互補(bǔ)充的作用，當(dāng)幾個(gè)用戶靠得很近的時(shí)候，SDMA技術(shù)無法精確分辨用戶位置，每個(gè)用戶都會(huì)因受到臨近用戶的強(qiáng)干擾而無法正常工作，所以采用CDMA的擴(kuò)頻技術(shù)可以很輕松地降低其他用戶的干擾。因此，將SDMA和CDMA技術(shù)結(jié)合起來，即SCDMA可以充分發(fā)揮這兩種技術(shù)的優(yōu)越性。2.4調(diào)制與解調(diào)技術(shù)2/1/2023無線通信系統(tǒng)框圖：信源電信號(hào)調(diào)制接收機(jī)解調(diào)發(fā)射機(jī)電信號(hào)信宿無線信道噪聲和干擾消息模擬或數(shù)字信號(hào)調(diào)制：把要傳輸?shù)男盘?hào)變換成適合信道傳輸?shù)男盘?hào)的過程。調(diào)制信號(hào)：調(diào)制器的輸入信號(hào)（調(diào)制前）。已調(diào)信號(hào)（調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相信號(hào)）：調(diào)制器的輸出信號(hào)（調(diào)制后）。模擬調(diào)制數(shù)字調(diào)制按調(diào)制信號(hào)形式劃分調(diào)幅(AM)：載波振幅調(diào)頻(FM)：載波頻率調(diào)相(PM)：載波相位隨調(diào)制信號(hào)變化參數(shù)的調(diào)制方式移動(dòng)通信信道的基本特征：帶寬有限。干擾和噪聲影響大。存在多徑衰落。對(duì)調(diào)制的要求：已調(diào)信號(hào)所占的帶寬要窄。經(jīng)調(diào)制解調(diào)后的輸出信噪比(S/N)較大或誤碼率較低。數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)

數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)通常通過功率有效性p和帶寬有效性B來反映。1.功率有效性p是反映調(diào)制技術(shù)在低功率電平情況下保證系統(tǒng)誤碼性能的能力，可表述成每比特的信號(hào)能量與噪聲功率譜密度之比：數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)

2.帶寬有效性B是反映調(diào)制技術(shù)在一定的頻帶內(nèi)數(shù)字有效性的能力，可表述成在給定帶寬條件下每赫茲的數(shù)據(jù)通過率：式中，R為數(shù)據(jù)速率（bit/s），B為調(diào)制射頻RF信號(hào)占用帶寬。

第一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)采用模擬調(diào)頻（FM）傳輸模擬語音，其信令系統(tǒng)采用2FSK數(shù)字調(diào)制。第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)傳送的語音都是經(jīng)過語音編碼和信道編碼后的數(shù)字信號(hào)。GSM系統(tǒng)采用GMSK調(diào)制；IS-54系統(tǒng)和PDC系統(tǒng)采用/4DQPSK調(diào)制；IS-95CDMA系統(tǒng)的下行信道采用QPSK調(diào)制，其上行信道采用OQPSK調(diào)制。第三代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)將采用MQAM、QPSK或8PSK調(diào)制。1.高斯最小頻移鍵控(GMSK)

最小頻移鍵控(MSK)調(diào)制是調(diào)制指數(shù)()為0.5的二元數(shù)字頻率調(diào)制,其調(diào)頻帶寬較窄,且具有恒定的包絡(luò),因而可以在接收端采用相干檢測(cè)法進(jìn)行解調(diào)。但是對(duì)于數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng),對(duì)信號(hào)帶外輻射功率的限制十分嚴(yán)格,如帶外衰減要求在70~80dB以上,再采用MSK就不能滿足要求了。這時(shí),可采用MSK的改進(jìn)型——GMSK作為替代的調(diào)制方法。高斯最小頻移鍵控(GMSK)以高斯低通濾波器的歸一化3dB帶寬BbTs為參變量(Ts為碼元寬度,T=1/fb),以歸一化頻差(f-fc)·Ts為橫坐標(biāo)(fc為載波功率)的功率譜特性曲線如圖所示。由圖可知,BbTs越小,功率譜越集中，當(dāng)BbTs=0.2時(shí),GMSK的頻譜與平滑調(diào)頻(TFM)的頻譜幾乎相同;當(dāng)BbTs=∞時(shí),GMSK就蛻變?yōu)镸SK。高斯最小頻移鍵控(GMSK)

高斯最小頻移鍵控(GMSK)

需要指出的是,GMSK信號(hào)的頻譜特性的改善是通過降低誤碼率性能換來的。前置濾波器的帶寬越窄,輸出功率譜就越緊湊,但誤碼率性能就變得越差。GMSK信號(hào)的解調(diào)可采用正交相干解調(diào),也可采用鑒相器或差分檢測(cè)器。GMSK在移動(dòng)通信中有著廣泛的應(yīng)用,如GSM系統(tǒng)就采用這種方法。GSM的信道傳輸速率1/Ts=1625/6kb/s,BbTs=0.3。研究證明,當(dāng)BbTs=0.3時(shí),GMSK的功率譜完全滿足GSM標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.四相相移鍵控(QPSK)

QPSK調(diào)制器的原理框圖如圖所示。它可以看成由兩個(gè)BPSK調(diào)制器構(gòu)成,輸入的串行二進(jìn)制信息序列經(jīng)串/并變換,分成兩路速率減半的序列,電平發(fā)生器分別產(chǎn)生雙極性電平信號(hào)I(t)和Q(t),然后分別對(duì)Acosωct和Asinωct進(jìn)行調(diào)制,相加后即得QPSK信號(hào)。四相相移鍵控(QPSK)

QPSK調(diào)制器原理框圖四相相移鍵控(QPSK)

信號(hào)波形圖

3.交錯(cuò)正交四相相移鍵控(OQPSK)

OQPSK是在QPSK調(diào)制基礎(chǔ)上演變而來的，是QPSK的改進(jìn)型，它將輸入數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)分路器分成奇偶兩路，并使其在時(shí)間上相互錯(cuò)開一個(gè)碼元間隔，然后再對(duì)兩個(gè)正交的載波進(jìn)行BPSK調(diào)制，疊加成為OQPSK信號(hào)。這樣兩個(gè)信道上的數(shù)據(jù)流，每次只有其中一個(gè)可能發(fā)生極性轉(zhuǎn)換，因此最大相位跳變?yōu)棣?2，這樣就可以避免頻譜加寬的現(xiàn)象。4.π/4-QPSK

π/4-QPSK也是QPSK的改進(jìn)型,改進(jìn)之一是將QPSK的最大相位跳變由±π降為±3/4π,從而減小了信號(hào)的包絡(luò)起伏,改善了頻譜特性。π/4-QPSK

具體來看,π/4-QPSK可以看成是在QPSK的基礎(chǔ)上,每個(gè)碼元周期內(nèi)其相位旋轉(zhuǎn)π/4而形成的。QPSK共有四個(gè)狀態(tài),由其中一個(gè)狀態(tài)可以轉(zhuǎn)換為其他三個(gè)狀態(tài)中的任何一個(gè),因而存在180°的相位變化(即相位遷移通過原點(diǎn))。π/4-QPSK共有八個(gè)狀態(tài),分為兩組,相位相差45°,在圖中分別以白點(diǎn)和黑點(diǎn)表示。π/4-QPSK矢量轉(zhuǎn)換,只能在這兩組之間進(jìn)行.π/4-QPSK

也就是說,如果現(xiàn)在的碼元周期內(nèi),相位狀態(tài)是白點(diǎn)中的一個(gè),在下一個(gè)碼元周期內(nèi)相位狀態(tài)只能是黑點(diǎn)中的某一個(gè)。可見π/4-QPSK中可能出現(xiàn)的最大相位變化是135°。因此,π/4-QPSK已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)起伏比原型QPSK要小,經(jīng)非線性放大后的頻譜特性也優(yōu)于原型QPSK。

π/4-QPSKπ/4QPSK星座圖和相位轉(zhuǎn)移圖

π/4-QPSK對(duì)QPSK的改進(jìn)之二是解調(diào)方式。QPSK只能采用相干解調(diào),而π/4-QPSK既可以采用相干解調(diào),也可以采用非相干解調(diào),如差分檢測(cè)和鑒頻器檢測(cè)等。π/4-QPSK相位調(diào)制技術(shù)是近幾年來移動(dòng)通信中使用較多的一種調(diào)制方式,美國(guó)的IS-136數(shù)字蜂窩系統(tǒng)、日本的個(gè)人數(shù)字蜂窩系統(tǒng)(PDC)和美國(guó)的個(gè)人接入通信系統(tǒng)(PACS)都采用這種調(diào)制技術(shù)。

5.正交振幅調(diào)制(QAM)

正交振幅調(diào)制是二進(jìn)制PSK和四進(jìn)制QPSK調(diào)制的進(jìn)一步推廣,通過相位和振幅的聯(lián)合控制,可以得到更高頻譜效率的調(diào)制方式,從而可在限定的頻帶內(nèi)傳輸更高速率的數(shù)據(jù)。正交振幅調(diào)制的一般表達(dá)式為Y(t)＝Amcosωt+Bmsinωt,0＜t＜Ts上式由兩個(gè)相互正交的載波構(gòu)成,每個(gè)載波被一組離散的振幅{Am}、{Bm}所調(diào)制,故稱這種調(diào)制方式為正交振幅調(diào)制。式中,Ts為碼元寬度,m＝1,2,…M;而M為Am和Bm的電平數(shù)。正交振幅調(diào)制(QAM)QAM調(diào)制和相干解調(diào)的原理框圖正交振幅調(diào)制(QAM)

經(jīng)分析可知,QAM具有更高的頻譜效率,這是由于它具有更大的符號(hào)數(shù)。對(duì)于給定的系統(tǒng),所需要的電平數(shù)為2n,這里n是每個(gè)電平的比特?cái)?shù)。每個(gè)電平包含的比特(基本信息單位)越多,效率就越高。如16QAM在25kHz信道中可實(shí)現(xiàn)64kb/s的傳輸速率,其頻譜利用率高達(dá)2.56b/s·Hz;而64QAM的頻帶利用率可達(dá)5b/s·Hz。但需要指出的是,QAM的高頻帶利用率是以犧牲其抗干擾性來獲得的,電平數(shù)越大,信號(hào)星座點(diǎn)數(shù)越多,其抗干擾性能就越差。因?yàn)殡S著電平數(shù)的增加,電平間的間隔減小,噪聲容限減小,同樣噪聲條件下誤碼也就增加。

2.5均衡與分集接收技術(shù)

為了克服信道中的碼間干擾，可在接收端抽樣判決之前附加一個(gè)可調(diào)濾波器，來校正或補(bǔ)償信號(hào)傳輸中產(chǎn)生的線性失真。這種對(duì)系統(tǒng)中的線性失真進(jìn)行校正的過程就叫做均衡，而實(shí)現(xiàn)均衡的濾波器就是均衡濾波器。均衡技術(shù)就是用來克服信道中碼

間干擾的一種技術(shù)。

分集技術(shù)就是研究如何利用多徑信號(hào)來改善系統(tǒng)的性能。它利用多條具有近似相等的平均信號(hào)強(qiáng)度和相互獨(dú)立衰落特性的信號(hào)路徑來傳輸相同信息，并在接收端對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喜?，以便大大降低多徑衰落的影響，從而改善傳輸?shù)男阅堋?/p>

下面分別介紹均衡技術(shù)和分集接收技術(shù)的工作原理。均衡技術(shù)

均衡分為頻域均衡和時(shí)域均衡兩類。

（1）頻域均衡是指使包括均衡器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的總傳輸函數(shù)滿足無失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件。

（2）時(shí)域均衡是指直接從時(shí)間響應(yīng)的角度去考慮，使均衡器與實(shí)際傳輸系統(tǒng)總和的沖擊響應(yīng)接近無碼間干擾的條件。

頻域均衡比較直觀且易于理解，常用于模擬通信系統(tǒng)中，而數(shù)字通信系統(tǒng)中常用的是時(shí)域均衡。因此，本節(jié)只介紹時(shí)域均衡的原理。

時(shí)域均衡的基本原理可通過圖2-6來說明。它利用波形補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)失真波形直接加以校正，這可以通過觀察波形的方法直接進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖2-6時(shí)域均衡的原理

圖2-6(a)所示為單個(gè)脈沖的發(fā)送波形，圖2-6(b)所示為經(jīng)過信道和接收濾波器后輸出的信號(hào)波形。由于信道特性的不理想和干擾造成了波形的失真，附加了一個(gè)“拖尾”。這個(gè)尾巴將在t0－2Tb、t0－Tb、t0+Tb、t0+2Tb各抽樣點(diǎn)上對(duì)其他碼元信號(hào)的抽樣判決造成干擾。如果設(shè)法加上一個(gè)與拖尾波形大小相等、極性相反的補(bǔ)償波形(如圖2-6(c)所示)，那么這個(gè)波形恰好就把原失真波形中多余的“尾巴”抵消掉。這樣，校正后的波形就不再有“拖尾”了，如圖2-6(d)所示，這樣就消除了該碼元對(duì)其他碼元信號(hào)的干擾，達(dá)到了均衡的目的。

接下來的問題就是如何得到補(bǔ)償波形及如何實(shí)現(xiàn)時(shí)域均衡。時(shí)域均衡所需要的補(bǔ)償波形可以由接收到的波形經(jīng)過延遲加權(quán)后得到，所以均衡濾波器實(shí)際上由一抽頭延遲線加上一些可變?cè)鲆娴姆糯笃鹘M成，如圖2-7(a)所示。圖2-7均衡濾波器它共有2N節(jié)延遲線，每節(jié)的延遲時(shí)間都等于碼元寬度Tb，在各節(jié)延遲線之間引出抽頭共(2N+1)個(gè)。每個(gè)抽頭的輸出經(jīng)可變?cè)鲆?增益可正可負(fù))放大器加權(quán)后輸出。因此，當(dāng)輸入有失真的波形x(t)時(shí)，只要適當(dāng)選擇各個(gè)可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆鍯i?(i=

－N，－N+1，…，0，…，N)，就可以使相加器輸出的信號(hào)y(t)對(duì)其他碼元波形造成的串?dāng)_最小。圖2-7(b)、(c)分別為存在碼間干擾的信號(hào)x(t)和經(jīng)過均衡后在判決時(shí)刻不存在碼間干擾的信號(hào)y(t)的波形。

理論上，拖尾只有當(dāng)t→∞時(shí)才會(huì)為0，故必須用無限長(zhǎng)的均衡濾波器才能對(duì)失真波形進(jìn)行完全校正，但事實(shí)上拖尾的幅度小于一定值時(shí)就完全可以忽略其影響了，即一般信道只需要考慮一個(gè)碼元脈沖對(duì)其臨近的有限幾個(gè)碼元產(chǎn)生串?dāng)_的情況就足夠了，故在實(shí)際中只要采用有限個(gè)抽頭的濾波器就可以了。

均衡器在實(shí)際使用過程中，通常都用示波器來觀察均衡濾波器的輸出信號(hào)的眼圖，通過反復(fù)調(diào)整各個(gè)增益放大器的增益Ci，使眼圖的眼睛達(dá)到最大且最清晰為止。2.分集接收技術(shù)

（1）分集接收的概念

所謂分集接收，是指接收端對(duì)它收到的多個(gè)衰落特性互相獨(dú)立(攜帶同一個(gè)信息數(shù)據(jù)流)的信號(hào)進(jìn)行特定的處理，以降低信號(hào)電平起伏的方法。其基本思想是：將接收到的多徑信號(hào)分離成獨(dú)立的多路信號(hào)，然后將這些多路分離信號(hào)的能量按一定規(guī)則合并起來，使接收的有用信號(hào)能量最大，數(shù)字信號(hào)誤碼率最小。

分集有兩重含義：一是分散傳輸，使接收端能獲得多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的、攜帶同一信息的衰落信號(hào)；二是集中處理，即接收機(jī)把收到的多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的衰落信號(hào)進(jìn)行合并，以降低衰落的影響。(2)分集技術(shù)的分類

a.按分集的目的分類

宏觀分集：抗慢衰落；

微觀分集：抗快衰落；

b.按信號(hào)傳輸?shù)姆绞椒诸?/p>

顯分集：比較明顯的分集信號(hào)的傳輸方式

隱分集：分集作用隱含在傳輸信號(hào)之中的方式(3)常用的顯分集及其合并技術(shù)

顯分集技術(shù)的種類有很多種，可以分為時(shí)間分集、頻率分集、空間分集和極化分集等。下面分別加以介紹。

1)時(shí)間分集

對(duì)于一個(gè)隨機(jī)衰落的信道來說，若對(duì)其振幅進(jìn)行順序取樣，那么在時(shí)間上間隔足夠遠(yuǎn)(大于相干時(shí)間)的2個(gè)樣點(diǎn)是互不相關(guān)的。這就提供了實(shí)現(xiàn)分集的一種方法——時(shí)間分集，即發(fā)射機(jī)將給定的信號(hào)在相隔一定的時(shí)間上重復(fù)傳輸M次，只要時(shí)間間隔大于相干時(shí)間，接收機(jī)就可以得到M條獨(dú)立的分集支路，接收機(jī)再將這一重復(fù)收到的多路同一信號(hào)進(jìn)行合并，就能減小衰落的影響。

時(shí)間分集主要用于在衰落信道中傳輸數(shù)字信號(hào)，這有利于克服移動(dòng)信道中因多普勒效應(yīng)而引起的信號(hào)衰落現(xiàn)象。由于它的衰落速率與移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度及工作波長(zhǎng)有關(guān)，為了使重復(fù)傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)具有獨(dú)立的特性，必須保證數(shù)字信號(hào)的重發(fā)時(shí)間間隔滿足以下關(guān)系：ΔT≥式中：fm為衰落速率；v為移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度；λ為工作波長(zhǎng)。若移動(dòng)臺(tái)處于靜止?fàn)顟B(tài)，即v=0，由式(2-1)可知，要求ΔT為無窮大，表明時(shí)間分集對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)的移動(dòng)臺(tái)無助于減小此種衰落。時(shí)間分集只需使用一部接收機(jī)和一副天線。

2)頻率分集

由于頻率間隔大于相關(guān)帶寬的兩個(gè)信號(hào)所遭受的衰落可以認(rèn)為是不相關(guān)的，因此可以用兩個(gè)以上不同的頻率傳輸同一信息，以實(shí)現(xiàn)頻率分集。

根據(jù)相關(guān)帶寬的定義有Bc=1/(2πΔ)，其中Δ為延時(shí)擴(kuò)展。例如，市區(qū)中，Δ=3μs，Bc約為53kHz，這樣頻率分集需要兩部發(fā)射機(jī)(頻率相隔

53kHz以上)同時(shí)發(fā)送同一信號(hào)，并用兩部獨(dú)立的接收機(jī)來接收信號(hào)。另外，在移動(dòng)通信中，可采用信號(hào)載波頻率跳變(調(diào)頻)技術(shù)來達(dá)到頻率分集的目的，只是要求頻率跳變的間隔應(yīng)大于信道的相關(guān)帶寬。

3)空間分集

空間分集是利用場(chǎng)強(qiáng)隨空間的隨機(jī)變化實(shí)現(xiàn)的。在移動(dòng)通信中，空間的任何變化都可能引發(fā)場(chǎng)強(qiáng)的變化。一般兩副天線間的間距越大，多徑傳播的差異也越大，接收?qǐng)鰪?qiáng)的相關(guān)性就越小，因此衰落也就很難同時(shí)發(fā)生。換句話說，利用兩副天線的空間間隔可以使接收信號(hào)的衰落降低到最小。

空間分集

移動(dòng)通信中空間分集的基本做法是在基站的接收端使用兩副相隔一定距離的天線對(duì)上行信號(hào)進(jìn)行接收，這兩幅天線分別稱為接收天線和分集接收天線。這兩副接收天線的距離相隔為d，d與工作波長(zhǎng)λ、地物及天線高度有關(guān)，在移動(dòng)信道中，通常?。?/p>

市區(qū)d=0.5λ

郊區(qū)d=0.8λ

在滿足上述條件時(shí)，兩信號(hào)的衰落相關(guān)性已很弱；d越大，相關(guān)性就越弱。

在900MHz的頻段工作時(shí)，兩副天線的間隔也只需0.27m，在小汽車的頂部安裝這樣兩副天線并不困難，因此空間分集不僅適用于基站(取d為幾個(gè)波長(zhǎng))，也可用于移動(dòng)臺(tái)。

4)極化分集

移動(dòng)環(huán)境下，兩個(gè)在同一地點(diǎn)，極化方向相互正交的天線發(fā)出的信號(hào)具有不相關(guān)的特性。利用這一點(diǎn)，在發(fā)送端同一地點(diǎn)分別裝上垂直極化天線和水平極化天線，就可得到兩路衰落特性互不相關(guān)的信號(hào)。極化分集實(shí)際上是空間分集的特殊情況，其分集支路只有兩路。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較緊湊，節(jié)省時(shí)間；缺點(diǎn)是由于發(fā)射功率要分配到兩副天線上，因此信號(hào)功率要損失3dB。

目前，可以將這種分集天線集成于一副發(fā)射天線和一副接收天線。若采用雙工器，則只需一副收/發(fā)合一的天線，但對(duì)天線要求較高。

5)分集合并方式

接收端收到M(M≥2)個(gè)分集信號(hào)后，如何利用這些信號(hào)以減小衰落的影響，這就是合并問題。一般均使用線性合并器，把輸入的M個(gè)獨(dú)立衰落信號(hào)相加后合并輸出。

假設(shè)M個(gè)輸入信號(hào)電壓為r1(t)，r2(t)，…，rM(t)，則合并器輸出電壓r(t)為式中，ak為第k個(gè)信號(hào)的加權(quán)系數(shù)。

選擇不同的加權(quán)系數(shù)ak，就可以構(gòu)成不同的合并方式。常用的合并方式有如下3種。

(1)

選擇式合并：它檢測(cè)所有分集支路的信號(hào)，以選擇其中信噪比最高的那一條支路的信號(hào)作為合并器的輸出。圖2-8所示為二重分集選擇式合并的示意圖。兩個(gè)支路的高頻信號(hào)分別經(jīng)過解調(diào)，然后進(jìn)行信噪比比較，將其中有較高信噪比的支路接到接收機(jī)的共用部分。選擇式合并又稱開關(guān)式相加。這種方法簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易。但由于未被選擇的支路信號(hào)棄之不用，因此抗衰落效果不好。圖2-8二重分集選擇式合并

(2)最大比值合并：它是一種最佳的合并方式，其方框圖如圖2-9所示。每一支路信號(hào)包絡(luò)為rk，每一支路的加權(quán)系數(shù)ak與包絡(luò)rk成正比而與噪聲功率Nk成反比，即由此可得，最大比值合并器輸出的信號(hào)包絡(luò)為式中，下標(biāo)R表征最大比值合并方式。圖2-9最大比值合并方式

(3)等增益合并：當(dāng)最大比值合并法中的加權(quán)系數(shù)ak為1時(shí)，就是等增益合并。它無需對(duì)信號(hào)加權(quán)，其方框圖如圖2-10所示。等增益合并性能僅次于最大比值合并，但由于省了加權(quán)系數(shù)的選定，實(shí)現(xiàn)起來比較容易。

等增益合并方式輸出的信號(hào)包絡(luò)為式中，下標(biāo)E表示等增益合并方式。圖2-10等增益合并方式(3)常用的隱分集技術(shù)

1）交織編碼技術(shù)

把一條消息中的相繼比特以非相繼方式被發(fā)送。這樣，在傳輸過程中即使發(fā)生了成串差錯(cuò)，恢復(fù)成一條相繼比特串的消息時(shí)，差錯(cuò)也就變成單個(gè)(或長(zhǎng)度很短)，這時(shí)再用信道編碼糾錯(cuò)功能糾正差錯(cuò)，恢復(fù)原消息。這種方法就是交織技術(shù)。

交織過程示意圖

交織排列方式應(yīng)考慮的因素交織的排列方式可以有多種方案,但在具體情況下究竟采用何種方案,要綜合考慮以下幾個(gè)因素及參數(shù):(1)信道參數(shù)電平通過率。(2)平均衰落持續(xù)時(shí)間。(3)衰落持續(xù)時(shí)間分布。(4)糾錯(cuò)能力。(5)編碼種類。(3)常用的隱分集技術(shù)

2）跳頻技術(shù)

跳頻是最常用的擴(kuò)頻方式之一，其工作原理是指收發(fā)雙方傳輸信號(hào)的載波頻率按照預(yù)定規(guī)律進(jìn)行離散變化的通信方式，也就是說，通信中使用的載波頻率受偽隨機(jī)變化碼的控制而隨機(jī)跳變。

2.6天線技術(shù)1.天線基本概念天線的方向性:指天線向一定方向輻射電磁波的能力。對(duì)接收天線表示天線對(duì)來自不同方向的電波的接收能力。方向圖：天線方向的選擇性常用方向圖來表示輻射方向圖：以天線為球心的等半徑球面上，相對(duì)場(chǎng)強(qiáng)隨坐標(biāo)變量θ和φ變化的圖形。工程設(shè)計(jì)中一般使用二維方向圖無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中