河南城建學院 (無線通信基礎及應用復習匯總)

1.1無線通信系統(tǒng)的基本構成1.2無線通信系統(tǒng)的主要規(guī)格指標1.3無線通信技術的發(fā)展1.4無線通信的發(fā)展趨勢1.5現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)實例1.6無線通信面臨的技術挑戰(zhàn)第一章緒論1

1.1無線通信系統(tǒng)的構成

無線通信系統(tǒng)的基本構成如圖1-1所示。圖1-1無線通信系統(tǒng)的基本構成2雙工器的作用：對發(fā)射機與接收機進行隔離，將來自發(fā)射機的發(fā)射信號送到天線發(fā)射出去，而不會進入接收機;同時將來自天線的接收信號送到接收機,而不進入發(fā)射機。

3按通話狀態(tài)的不同，無線通信系統(tǒng)可以分為如下三種類型。

（1）單工無線通信系統(tǒng)。只提供單向通信的系統(tǒng)。

（2）半雙工無線通信系統(tǒng)。通信雙方交替地進行收信和發(fā)信，收信和發(fā)信不能同時進行。

（3）全雙工無線通信系統(tǒng)。允許通信雙方同時進行發(fā)信和收信的無線通信系統(tǒng)。移動通信中廣泛采用的通信方式。蜂窩電話是當前典型的全雙工系統(tǒng)。無線通信系統(tǒng)的分類14實現(xiàn)全雙工系統(tǒng)采用的技術：

時分雙工(TDD)和頻分雙工(FDD)兩種。

FDD是將發(fā)射機和接收機設計在兩個不同的無線頻率上工作，從而實現(xiàn)收發(fā)隔離的雙工技術。

TDD是在同一個無線頻率信道上使通信系統(tǒng)的發(fā)射機和接收機分時工作，發(fā)射時不接收，接收時不發(fā)射，通過分時控制來避免發(fā)射機和接收機之間可能產(chǎn)生的干擾。TDD技術的優(yōu)點:

1、不需要使用成對的頻譜資源。

2、可根據(jù)業(yè)務需要動態(tài)地分配上下行鏈路的比例，適用于上下行鏈路不對稱和具有不同數(shù)據(jù)傳輸速率的業(yè)務。5按照無線小區(qū)覆蓋半徑的大小，無線通信系統(tǒng)可以分為大區(qū)制、中區(qū)制和小區(qū)制系統(tǒng)。

早期的無線通信系統(tǒng)采用大區(qū)制，一個基站的覆蓋半徑為30～50km，功率為50-200w，天線塔高大于30m

。

優(yōu)點:網(wǎng)絡結構簡單，投資少，見效快。

缺點：

(1)需使用大功率發(fā)射機，并要求天線架設得很高。

(2)覆蓋范圍有限。

(3)系統(tǒng)容量有限。

(4)BS和MS均需要有較大的發(fā)射功率。

（5）擴容非常困難。無線通信系統(tǒng)的分類26小區(qū)制就是將整個服務區(qū)劃分為若干個小區(qū)，在各小區(qū)中分別設置基站，負責本小區(qū)移動通信的聯(lián)絡和控制。

另設立移動交換中心，負責與各基站之間的聯(lián)系和對系統(tǒng)的集中控制管理。

在小區(qū)制中，可以應用頻率復用技術，提高了頻帶利用率。

優(yōu)點：大大提高系統(tǒng)容量；

缺點：技術復雜(位置等記、越區(qū)切換等)，投資相對較大。

蜂窩系統(tǒng)一般采用小區(qū)制，其覆蓋半徑一般為1～20km，在城市高密度用戶區(qū)域甚至可達到1km以下。

無線覆蓋介于大區(qū)制與小區(qū)制之間的系統(tǒng)稱為中區(qū)制系統(tǒng)。為了解決頻率資源有限與用戶數(shù)量不斷增加之間的矛盾，采用小區(qū)制覆蓋方式。7移動交換中心蜂窩A基站移動臺上行鏈路蜂窩B下行鏈路R移動臺、基站、無線小區(qū)、小區(qū)覆蓋半徑、上行鏈路、下行鏈路幾個常用術語8多址技術基本類型:目的：主要是解決多個用戶能方便地接入網(wǎng)絡，不會造成相互干擾或擁堵，并能很好的區(qū)分不同用戶?？辗侄嘀稴DMA、隨機多址等碼分多址CDMA時分多址TDMA頻分多址FDMA典型的多址方式9FDMA：利用不同用戶分配不同工作頻率的方法避免多用戶相互干擾。

TDMA：讓所有用戶工作在同一個頻率上，但在時間上分配不同的時間段（稱為時隙），由于不同用戶工作在不同的時隙，從而避免了相互間的干擾。

CDMA：也是讓所有用戶工作在同一個頻率上，但對不同用戶的信息使用不同的偽隨機碼序列進行擴頻調(diào)制，在接收端采用相同的偽隨機碼序列進行相關解調(diào)，以達到區(qū)分不同用戶的目的。

第一代模擬無線通信系統(tǒng)采用了FDMA技術。GSM系統(tǒng)采用TDMA方式，CDMA系統(tǒng)采用碼分多址接入方式。

三種工作方式既可單獨使用，也可混合使用，而且通常在無線通信中混合使用。10FDD系統(tǒng)的工作頻段是成對分配的上行890～909MHz(19MHz)移動GSM下行935～954MHz(19MHz)上行909～915MHz(6MHz)聯(lián)通GSM下行954～960MHz(6MHz)上行825～835MHz(10MHz)電信CDMA下行870～880MHz(10MHz)收發(fā)頻段間隔都是45MHz

1.2無線通信系統(tǒng)的主要規(guī)格指標

1.工作頻段及頻譜使用112.覆蓋距離和傳輸方式

無線覆蓋距離

陸地移動通信系統(tǒng)距離在50km以內(nèi)；(自由空間)

地面繞射傳播距離為200km；(地波)

對流層反射傳播距離可達幾百千米；(天波)

電離層傳播距離可達幾千千米；(天波)

衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以達到洲際無線覆蓋的范圍。

3.信道速率與傳輸質量

4.調(diào)制方式與信道編碼方式

常用的數(shù)字調(diào)制方式有MSK(最小頻移鍵控)、GMSK(高斯濾波最小頻移鍵控)、QPSK(四相相移鍵控)等。

5.多用戶接入方式121.3無線通信技術的發(fā)展數(shù)字技術的發(fā)展、程控技術的發(fā)展、蜂窩概念的提出1.4無線通信的發(fā)展趨勢

無線通信未來的發(fā)展總體上表現(xiàn)為一種融合發(fā)展的趨勢。多種通信網(wǎng)絡相融合的多媒體個人通信，其目標是實現(xiàn)：無論任何人(Whoever)在任何時候(Whenever)和在任何地方(Wherever),都能夠和另一個人(Whomever)進行任何類型(Whatever)的信息交換。(5W)13

1.5現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)實例

1.5.1無線尋呼系統(tǒng)1.5.2蜂窩電話

1.5.3集群通信系統(tǒng)

1.5.4無繩電話1.5.5無線局域網(wǎng)1.5.6個人域網(wǎng)

1.5.7固定無線接入141.5.1無線尋呼系統(tǒng)

無線尋呼是給用戶發(fā)送短消息的一種單向無線通信系統(tǒng)。特點：單向通信；小巧、便于攜帶；價格低廉；較小的頻率資源和較大的用戶容量。流行于20世紀80年代至90年代早期。151.5.2蜂窩電話

蜂窩電話的特點:能向用戶提供隨時隨地的全雙工通信。

該系統(tǒng)主要由基站（BS）、移動臺（MS）和移動業(yè)務交換中心（MSC）構成。一個MSC可以控制多個基站控制器(BSC)，一個BSC可以控制多個基站收發(fā)信機(BTS)。16

MSC是整個網(wǎng)絡的核心，其主要功能是控制整個蜂窩系統(tǒng)的工作和對用戶進行管理。

MSC配接有兩個數(shù)據(jù)庫分別稱為歸屬位置寄存器HLR和訪問位置寄存器VLR

，用于對移動用戶進行管理。當移動臺從一個基站覆蓋小區(qū)移動到另一個基站覆蓋小區(qū)時，MSC會控制基站將對移動臺的服務從一個小區(qū)轉移到另一個小區(qū)，這個過程稱為越區(qū)切換。171.5.3集群通信系統(tǒng)

集群通信是一種專門用于指揮調(diào)度的移動通信系統(tǒng)。作為某一封閉用戶群的專用網(wǎng)絡使用。用戶主要包括公安、消防、軍隊、政府部門、出租車等。

特點：用戶規(guī)模較小，用戶密度遠遠小于公眾通信的蜂窩網(wǎng)絡，因此集群通信系統(tǒng)一般都設計成中大區(qū)制。采用單工或半雙工方式。181.5.4無繩電話

無繩電話是一種全雙工系統(tǒng)，是對固定電話的移動性擴展。允許手持機用戶在一定范圍內(nèi)自由活動時進行通話。

家用型：座機、手機組成；圖1-7簡單無繩電話原理191.5.5無線局域網(wǎng)

無線局域網(wǎng)（WLAN）是采用無線鏈路實現(xiàn)通信的計算機局域網(wǎng)。

WLAN網(wǎng)絡的無線傳輸媒質包括無線電波、紅外線或激光。目前大多數(shù)WLAN都工作在2.4GHz免許可頻段。

1.5.6個人域網(wǎng)

個人域網(wǎng)（PAN）是一種覆蓋范圍比WLAN更小的無線局域網(wǎng)。其核心思想是用無線電傳輸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線電纜，實現(xiàn)個人信息終端網(wǎng)絡互聯(lián)。

主要技術包括：藍牙、紅外和HomeRF。202.1無線信道傳播概述2.2大尺度路徑損耗2.3小尺度衰落和多徑效應第二章無線通信基礎21電磁波的傳播特性主要表現(xiàn)兩個方面：大尺度衰落(慢衰落)：主要影響通信距離或覆蓋范圍。大尺度路徑損耗、陰影衰落、雨衰小尺度衰落(快衰落)：主要影響接收信號質量。多徑效應、多普勒效應無線電波的四種傳播機制：直射、反射、繞射和散射電磁場可劃分為三個不同的區(qū)域：近場區(qū)、中間區(qū)和遠場區(qū)。2.1無線信道傳播概述22表2-1無線電頻率的頻段劃分及主要應用米波2324移動通信中接收信號存在的四種效應陰影效應；多徑效應；遠近效應：收發(fā)機距離遠近的不同引起的。(功率控制)多普勒效應：用戶高速移動引起的。不同頻率的無線電波在空間有三種基本傳播方式：地球表面波傳播(中長波)、天波傳播(短波)和空間波傳播。空間波傳播時，兩點之間的最大通信距離為：252.2大尺度路徑損耗建立貼合實際的大尺度損耗模型，需要將不同的地域環(huán)境進行分類。根據(jù)地形起伏情況，分成中等起伏地形和不規(guī)則地形兩大類。中等起伏地形：指在無線傳播路徑的地形剖面圖上，地面起伏高度不超過20米，并且起伏緩慢，起伏地形最高點與最低點之間的水平距離大于它們之間的高度差。按服務區(qū)域的人口密度、建筑物密度及高度等情況進行分類：大城市、中等城市、小城鎮(zhèn)和農(nóng)村。按照地物密集程度不同可分為：開闊地、郊區(qū)、市區(qū)262.2.2自由空間傳播模型

電波向周圍空間擴散傳播時，距離越遠，單位面積上所接收的能量就越少，這種電波擴散衰耗稱為自由空間傳播損耗。

自由空間傳播的條件：理想的均勻介質；無阻擋、無反射、無繞射、無散射，無吸收。

自由空間傳播模型用于預測接收機和發(fā)射機之間完全無遮擋時的視線路徑接收信號強度。

直射波可近似按自由空間傳播模型進行預測，是電磁波傳播的最簡單情況。

27Friis公式給出了在自由空間中，距發(fā)射機d處接收天線的接收功率為：僅適用于天線遠場區(qū),遠場距離df

計算公式：（D為天線的最大物理線性尺寸）信號強度隨著距離的平方成反比衰減。以dB為單位表示，則在自由空間傳播距離d時產(chǎn)生的衰減為接收天線有效面積：Ae=Gr2/4

其中：Gr為接收天線增益，為信號波長。28以距離d0作為接收功率的參考點，距離為d處的接收功率：d0必須滿足遠場區(qū)條件。以dBm為單位表示為

式中，Pr（d0）的單位為mW。29明確幾個常用單位：損耗單位dB：dBW表示大于或小于1瓦的分貝數(shù)：dBmW（dBm）表示大于或小于1毫瓦的分貝數(shù)：0dBmW——1mW0dBW——1W302.2.4電磁波基本傳播機制

電磁波傳播四種機制：直射、反射、繞射和散射。

1.電磁波的反射和透射

反射的條件：當電波傳播中遇到兩種不同介質的光滑界面時，如果界面的尺寸遠大于電波的波長時，產(chǎn)生反射。地面反射雙線模型接收信號功率隨傳播距離的4次方成反比衰減，這表明其接收功率衰減比自由空間（2次方衰減）要快的多。31用于預測遠距離通信范圍的大尺度路徑損耗。以dB為單位表示的路徑損耗計算公式為

PL(d)=40lgd－(10lgGt+10lgGr+20lght+20lghr)衰減指數(shù)變化的拐點：32

4.電磁波的繞射

定義：電磁波被尖銳障礙物的邊緣阻擋時，阻擋面產(chǎn)生的二次波傳播到障礙物之后的現(xiàn)象。繞射損耗所研究的是以自由空間傳播損耗為基礎的附加損耗。研究結果表明，隨阻擋體高度（可以為負）的不同，繞射損耗既可以為正，也可以為負。單個障礙物刃形繞射模型繞射增益G可以通過Fresnel積分計算G（dB）=20lg|F(νF)|33Fresnel參數(shù)νF的表達式為式中：一個障礙物對信號的影響還可根據(jù)Fresnel區(qū)估算出來34信道傳播模型一、Okumura（奧村）模型二、奧村-哈塔(Okumura-Hata)路徑損耗模型多重刃形繞射情況的處理（1）Bullington方法(布靈頓)。（2）Epstein-Petersen(普斯丁-彼得森)方法。（3）Deygout(戴高特)方法。（4）國際電聯(lián)（ITU）提出的半經(jīng)驗模型。存在散射的情況下，對粗糙表面的反射系數(shù)Γ進行修正：

Γrough=ρsΓ散射損耗系數(shù)ρs：ρs=exp［－2(k0σhsinδ)2］

352.3小尺度衰落和多徑效應1、小尺度衰落：無線信號在短時間內(nèi)或短距離上傳播后，其幅度、相位或時延快速變化，以至于大尺度路徑損耗的影響可以忽略不計，又稱為多徑衰落。2、小尺度衰落產(chǎn)生的原因：多徑傳播引起的多徑效應環(huán)境物體的運動引起的多普勒頻移36結論：其中，表示多普勒頻移最大值。

多普勒頻移(基于雙線模型)多普勒頻移的大小取決于通信系統(tǒng)的工作頻率、接收機相對發(fā)射機的移動速度以及相對運動的方向。37多徑傳播分成兩種情況：

1、無主導分量的多徑傳播。當發(fā)射機與接收機之間沒有LOS路徑時，通常多徑分量中沒有幅度特別大的，則屬于無主導分量的情況。

2、有主導多徑分量的多徑傳播。當發(fā)射機與接收機之間存在視線傳播（LOS）路徑時，LOS傳播分量要強于其他多徑分量,這時LOS分量成為主導分量。3、小尺度衰落的統(tǒng)計特性38(1)無主導分量的多徑傳播。(2)有主導多徑分量的多徑傳播。幅度衰落r服從瑞利分布；相位失真θ服從均勻分布幅度衰落r服從萊斯分布；相位失真θ服從均勻分布394、電平通過率和平均衰落持續(xù)時間

是描述衰落頻率的兩個統(tǒng)計量。電平通過率平均衰落持續(xù)時間衡量多徑傳播對無線通信系統(tǒng)影響的兩個參數(shù)。402.3.2多徑信道的沖激響應模型

無線傳播信道是一種線性時變信道。

對于具有線性時變特性的無線信道，在短時間和短距離運動的情況下，相對運動的速度可以看做不變，可以用信道的沖激響應描述線性時變無線信道特性，即可用時變的沖激響應模型來描述。

【定義】線性時變信道的沖激響應是信道在t時刻對于時刻作用于信道的輸入沖激的響應。41t時刻第i多徑分量的幅度t時刻第i多徑分量的附加時延t時刻第i多徑分量的信道附加相移第i多徑分量自由空間傳播的附加相移時變多徑信道的基帶沖激響應模型為：信道測量分兩種：窄帶信道測量主要用于建立無線傳播的大尺度損耗模型。寬帶信道測量用于建立無線傳播信道的小尺度統(tǒng)計模型。寬帶信道測量：直接射頻脈沖測量、擴頻相關器測量、信道頻域測量2.3.3無線多徑信道特性測量422.3.4無線多徑信道特性參數(shù)

時間色散特性參數(shù)和頻率色散特性參數(shù)由于信號路徑的不同延遲，接收信號具有比發(fā)射信號更長的持續(xù)時間。這一現(xiàn)象稱為時間色散。

時間色散特性參數(shù)：平均附加時延、最大附加時延、時延擴展、相干帶寬等由于多徑分量引入不同的多普勒頻移，接收信號具有比發(fā)射信號更大的帶寬。這一現(xiàn)象稱為頻率色散。頻率色散特性參數(shù)：多普勒擴展、相干時間等43信道相干帶寬rms時延擴展多徑時延越大相干帶寬越窄信號帶寬Bs（符號周期）相干帶寬Bc（rms時延擴展）時間色散平坦衰落頻率選擇性衰落比較Bs<<BcBs>>Bc時間色散特性參數(shù)44相干時間多普勒擴展信號帶寬Bs（符號周期）多普勒擴展Bd（信道相干時間）頻率色散快衰落慢衰落比較Bs<BdBs>Bd頻率色散特性參數(shù)452.3信道相關函數(shù)快/慢衰落和平坦/頻率選擇性衰落之間，在概念上是平等的。小結：多普勒擴展發(fā)送信號的帶寬發(fā)送信號的帶寬相干帶寬Bs頻率選擇

慢衰落平坦慢衰落頻率選擇

快衰落平坦快衰落Bs頻域上分類46快/慢衰落和平坦/頻率選擇性衰落之間，在概念上是平等的。小結：發(fā)送信號的符號周期發(fā)送信號的符號周期rms時延擴展相干時間Ts頻率選擇

慢衰落平坦慢衰落頻率選擇

快衰落平坦快衰落TscT時域上分類473.1信源編碼

3.2信道編碼

3.3調(diào)制技術

3.4多址技術

3.5抗衰落技術第3章無線通信基本技術48

3.1信源編碼

信源編碼實質就是將信源的原始符號按一定規(guī)則進行的一種變換。

信源編碼分為有損編碼和無損編碼兩種。

無失真編碼：零失真的信源編碼；

有損編碼：失真較小并且處于可接受范圍內(nèi)的信源編碼。

3.1.1語音編碼

語音編碼器分成兩類:波形編碼器和聲碼器（參量編碼器）。

波形編碼是將時域的模擬語音信號經(jīng)過采樣、量化、編碼形成數(shù)字的語音信號的過程(將波形直接變換成數(shù)字碼流)。

參量編碼是基于人類語言發(fā)聲機理，提取表征語音的特征參量，然后對特征參量進行編碼的一種方法。49

3.2信道編碼

信道編碼：根據(jù)一定的規(guī)律，在待發(fā)送的信息碼元中人為的加入一些必要的（監(jiān)督）碼元。在接收端根據(jù)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)和糾正差錯，以提高碼元傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

按照功能和結構分類，信道編碼可以分為以下三類：檢錯編碼、糾錯編碼和混合編碼。

3.2.2線性分組碼

3.2.3循環(huán)碼

3.2.4卷積碼

交織編碼技術：把一個消息塊原來連續(xù)的比特按一定規(guī)則分開發(fā)送傳輸，使突發(fā)差錯信道變?yōu)殡x散信道。50

3.3調(diào)制技術

3.3.1調(diào)制技術概述

調(diào)制的目的就是使攜帶信息的信號與信道特性相匹配，從而有效地利用信道傳輸。

3.3.2最小頻移鍵控(MSK)

最小頻移鍵控（MSK）：調(diào)制指數(shù)為0.5的連續(xù)相位2FSK，對應2FSK信號的兩個頻率正交的最小頻率間隔。

高斯濾波最小頻移鍵控(GMSK)：將矩形脈沖信號先通過高斯低通濾波器，形成高斯形脈沖，再進行MSK調(diào)制，即在MSK調(diào)制器前加入一高斯低通濾波器來實現(xiàn)。

3.3.3π/4QPSK(π/4正交相移鍵控調(diào)制)

π/4QPSK：是兩個彼此相差/4的QPSK信號疊加形成的。513.4.1

頻分多址(FDMA)3.4.4

擴頻多址(SSMA)/碼分多址(CDMA)3.4.3

空分多址(SDMA)3.4.2

時分多址(TDMA)3.4.5

分組無線電(PR)/隨機多址(RA)3.4

多址技術521、多址技術：希望多個用戶可以同時利用同一個信道相互通信而不會相互干擾。2、常見的多址方式：時分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)、碼分多址(CDMA)和空分多址(SDMA)3、頻分多址(FDMA)頻分多址：把通信系統(tǒng)的總頻段劃分成若干個等間隔的頻道(或稱信道)分配給不同的用戶使用。

FDMA系統(tǒng)中可以同時支持的信道數(shù)：Bt是系統(tǒng)帶寬，Bg是保護帶寬，Bc是信道帶寬。53FDMA系統(tǒng)的特點：不需要信道均衡；系統(tǒng)開銷??；容易產(chǎn)生互調(diào)干擾；收發(fā)頻率間隔必須大于一定的數(shù)值。時分多址(TDMA)時分多址：把一個載波在時間上分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個時隙，然后根據(jù)一定的時隙分配原則，使各個移動臺在每幀內(nèi)只能按指定的時隙向基站發(fā)送信號。54TDMA系統(tǒng)的特點：頻譜利用率高，系統(tǒng)容量較大。移動臺的電池消耗較低。時隙分配靈活。需采用自適應均衡。系統(tǒng)開銷相對較大。TDMA系統(tǒng)的信道數(shù)：

Btot是系統(tǒng)帶寬，Bg是保護帶寬，Bc是信道帶寬。

m是每一個無線載頻所能支持的最大TDMA用戶數(shù)；55空分多址(SDMA)特點：通過空間分割來區(qū)分不同用戶方式：利用自適應天線陣列，使用定向天線服務于不同的用戶

SDMA的優(yōu)點：可以提高天線增益，從而提高系統(tǒng)容量；可以削弱來自外界的干擾。

SDMA的缺點：

SDMA的關鍵技術是智能天線技術，對多用戶的動態(tài)捕捉、識別與跟蹤以及信道的辨識等極為復雜。56擴頻多址(SSMA)/碼分多址(CDMA)原理：以擴頻技術為基礎的一種多址方式，利用不同的碼型來實現(xiàn)不同用戶的信息傳輸，又稱為碼分多址。對于擴頻碼的選擇要求：

1、要求滿足正交性，自相關性強、互相關性弱；

2、要求其能夠提供足夠多的地址碼；

3、要求周期足夠長；

4、要求地址碼類似白噪聲，以增強隱蔽性；

5、要求地址碼產(chǎn)生與捕獲容易、同步建立時間較短。

常用的基本擴頻方式有3種：直接序列擴頻、跳頻擴頻和跳時擴頻。直接序列碼分多址(DS-CDMA)

原理：將攜帶信息的窄帶信號與高速擴頻碼(PN碼)相乘而獲得的寬帶擴頻信號。57DS-CDMA系統(tǒng)的優(yōu)點：

1、具有較強的抗窄帶干擾、抗多徑衰落能力和較好的保密性。

2、許多用戶可共享頻率資源，無需復雜的頻率分配和管理；

3、具有“軟容量”特性，即在一定限度內(nèi)用戶數(shù)增加，只會使得信噪比下降，而不會終止通信，即增加用戶數(shù)目只會線性地增加系統(tǒng)噪聲。

4、具有“小區(qū)呼吸功能”，即小區(qū)負荷量可以動態(tài)控制，相鄰小區(qū)可通過覆蓋范圍的互動來重新分擔負荷；

5、可以通過“軟切換”實現(xiàn)移動臺的越區(qū)管理，保證越區(qū)時通信的連續(xù)性。DS-CDMA系統(tǒng)存在的問題：

1、多址干擾問題；2、遠近效應；583.5抗衰落技術3.5.1分集接收定義：利用多徑信號來改善系統(tǒng)性能的技術?；舅枷耄喊呀邮盏降亩鄠€多徑信號分別加以處理，然后將處理后的信號合并輸出，從而達到改善接收信號質量的目的。作用：可以減小接收信號的衰落深度和衰落的持續(xù)時間。包含兩個過程：分散傳輸和集中處理（信號合并）。針對慢衰落和快衰落，常用的分集技術可以分為宏分集和微分集。通常所說的是微分集。主要包括空間分集、頻率分集、時間分集、角度分集和極化分集；59空間分集依據(jù)：小尺度衰落的空間獨立性。特點：要求接收機至少有兩副天線，天線之間必須有足夠大的空間間隔；頻率分集依據(jù)：當載頻間隔大于相關帶寬時，兩個信號所遭受的衰落是獨立的。特點：需用兩部以上發(fā)射機同時發(fā)送信號，并用兩部以上獨立接收機接收信號；需要占用兩個以上頻帶，降低了頻譜利用率；60時間分集依據(jù)：小尺度衰落具有時間獨立性

優(yōu)點：減少了接收天線的數(shù)目；缺點：引入了信號處理時延，要占用更多的時隙資源，從而降低了傳輸效率。角度分集利用多個方向性尖銳的接收天線，分別指向不同的方向進行接收相互獨立的多徑信號。極化分集在發(fā)送端和接收端可以用兩個位置很近但極化方向相互正交的天線分別發(fā)送和接收信號，以獲得分集效果。61合并技術在接收端使用合并技術位置的不同，可以分為檢測前合并技術和檢測后合并技術；合并器中加權系數(shù)的確定依據(jù)不同，分為選擇式合并、最大比值合并和等增益合并三種方式。選擇式合并：加權系數(shù)只有一項為1，其余均為0。特點：方法簡單，實現(xiàn)容易；但性能最差。

最大比值合并：各支路的加權系數(shù)由該支路信噪比決定。特點：實現(xiàn)復雜，但性能最好。等增益合并：即將最大比值合并中各支路加權系數(shù)均取為1。特點：實現(xiàn)較容易，設備也簡單，其性能接近于最大比值合并。623.5.2均衡技術用于消除碼間干擾的各種技術3.5.3RAKE接收技術

所謂RAKE接收機，就是利用多個并行相關檢測器獲取多徑信號中的各路信號，按照一定的準則合成一路信號供解調(diào)用的接收機。是分集方式中的一種——路徑分集。

適合對象：主要是適合于直接序列擴頻通信系統(tǒng)。63第四章移動通信網(wǎng)絡技術4.1概述移動通信系統(tǒng)的基本組成移動通信系統(tǒng)的結構：移動臺(MS)、基站子系統(tǒng)(BSS)、網(wǎng)絡子系統(tǒng)。基站子系統(tǒng)：基站控制器BSC、基站收發(fā)信機BTS。BSCBSC64

4.2頻率復用技術和系統(tǒng)容量4.2.1頻率復用技術區(qū)域劃分兩大類：小容量的大區(qū)制和大容量的小區(qū)制小區(qū)制又分為2種：帶狀服務區(qū)和面狀服務區(qū)為增加用戶容量，采用小區(qū)制（蜂窩網(wǎng)），可以實現(xiàn)頻率復用；蜂窩網(wǎng)：小區(qū)形狀——正六邊形根據(jù)蜂窩小區(qū)的覆蓋半徑，蜂窩又可劃分為三類：宏蜂窩、微蜂窩和微微蜂窩。區(qū)群：由使用不同頻率組的一組小區(qū)組成。在區(qū)群之間可進行頻率復用。同一區(qū)群內(nèi)小區(qū)不能頻率復用，不同區(qū)群的小區(qū)才能頻率復用65要滿足以上兩個條件，區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)N應滿足：

N=i2+ij+j2(N=1、3、4、7、9、12、13…

)

確定最近的同頻小區(qū)的步驟：1)從當前小區(qū)開始，沿任意一條邊的垂直方向數(shù)i個小區(qū)；2)順（逆）時針方向旋轉60。，再數(shù)j個小區(qū)。則該小區(qū)為當前小區(qū)的一個相鄰同頻道小區(qū)。1j12ij66i=1，j=2,N=7N=3N=4i=1,j=1i=0,j=2

i=1,j=2，N=767相鄰同頻小區(qū)距離的計算

1）相鄰小區(qū)之間的中心距離：2）相鄰同頻道小區(qū)的距離：N為區(qū)群內(nèi)小區(qū)數(shù)目，R為小區(qū)輻射半徑D60°提高小區(qū)容量和減小同頻干擾之間相互矛盾683.信道分配信道的合理分配不僅可以降低干擾(如鄰道干擾、互調(diào)干擾)外，還可以提高系統(tǒng)的容量。主要有三種方式：①固定信道分配方式。優(yōu)點：實現(xiàn)起來比較簡單；缺點：頻率利用率不高，造成頻率資源的浪費。

②動態(tài)信道分配方式。

優(yōu)點：提高了信道利用率，可適應業(yè)務的動態(tài)變化；缺點：增加了系統(tǒng)存儲量和運算量。③固定、動態(tài)結合信道分配方式。694.2.2干擾和系統(tǒng)容量影響系統(tǒng)的主要干擾：同頻干擾、鄰道干擾和互調(diào)干擾?？赏ㄟ^合理分配信道的方式減小鄰道干擾和互調(diào)干擾；同頻干擾的定義：指兩個相同頻率的不同信號產(chǎn)生的干擾。蜂窩通信系統(tǒng)中采用頻率復用技術，同頻小區(qū)之間就會存在同頻干擾。同頻小區(qū)間的距離越近，則產(chǎn)生的同頻干擾越嚴重。同頻再用距離與小區(qū)半徑之間的關系

式中，D/r0稱為同頻再用系數(shù)。70

同頻干擾與區(qū)群大小的關系結論：給定［S/I］時就能確定區(qū)群中小區(qū)的數(shù)目。蜂窩系統(tǒng)的擴容：小區(qū)分裂：將原來擁塞的小區(qū)劃分成更小的新小區(qū)，增大相同覆蓋區(qū)內(nèi)區(qū)群的復制次數(shù)，從而提高了系統(tǒng)容量。

分裂后原基站是否可用，兩種分裂方式

裂向：依靠定向基站天線來減小同頻干擾。

微小區(qū)：將多個區(qū)域站點與一個基站相連實現(xiàn)無線設備共享。中心激勵方式和頂點激勵方式714.3移動性管理移動性管理包括：移動用戶的位置管理和越區(qū)切換管理。位置管理是保證網(wǎng)絡隨時知道移動用戶所處的位置；越區(qū)切換管理是保證用戶通信的連續(xù)性和通信質量。

724.3.1位置管理位置管理就是網(wǎng)絡跟蹤移動臺的位置變化，對移動臺位置信息進行登記、刪除和更新的過程。移動臺的位置信息存儲在兩個數(shù)據(jù)庫中：歸屬地位置寄存器HLR和訪問位置寄存器VLR。位置登記過程包括登記、修改和注銷三個步驟。位置更新的兩種情況：同一個MSC/VLR業(yè)務區(qū)內(nèi)兩個小區(qū)間的位置更新不同MSC/VLR業(yè)務區(qū)內(nèi)兩個小區(qū)間的位置更新。

掌握兩種位置更新的具體過程。

734.3.2切換控制切換是指需將移動臺正在通信的信道轉接到一條新的空閑信道，以保持通信的連續(xù)性和通信的質量的過程。移動臺在通信中從一個BS區(qū)移動到另一個BS區(qū)。由于外界干擾造成通話質量下降。切換的分類

1)按照切換目的分類

分為救援切換、邊緣切換和業(yè)務量切換三種類型。

2)按照通信鏈路的建立方式分類

分為硬切換、軟切換、更軟切換和接力切換。

3)按照切換涉及的網(wǎng)元分類

分為小區(qū)內(nèi)切換、BSC內(nèi)小區(qū)間切換、MSC內(nèi)BSC間切換、MSC間切換和網(wǎng)絡間切換等。

74越區(qū)切換準則

(1)相對信號強度準則(準則1)：

(2)具有門限規(guī)定的相對信號強度準則(準則2)(3)具有滯后余量的相對信號強度準則(準則3)(4)具有滯后余量和門限規(guī)定的相對信號強度準則(準則4)：切換控制方式主要有：移動臺控制的越區(qū)切換(MCHO)、網(wǎng)絡控制的越區(qū)切換(NCHO)和移動臺輔助的越區(qū)切換(MAHO)三種。針對既有高速用戶又有較多的低速用戶的地區(qū)，采用傘狀蜂窩小區(qū)設計，從而減小切換次數(shù)，并保證系統(tǒng)容量。針對小區(qū)拖尾現(xiàn)象，可以通過調(diào)整切換門限和無線覆蓋參數(shù)來解決。755.1GSM移動通信系統(tǒng)5.4衛(wèi)星通信5.3第三代移動通信系統(tǒng)5.2CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)5.5無線局域網(wǎng)第5章無線通信系統(tǒng)5.6其他無線通信系統(tǒng)76

5.1GSM移動通信系統(tǒng)

5.1.1概述

GSM是GlobalSystemforMobilecommunications(全球移動通信系統(tǒng))的縮寫，是第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)標準。GSM有三種不同的版本，分別是GSM900、DCS1800和PCS1900。

GSM系統(tǒng)由四部分組成，即運營支持子系統(tǒng)(OSS)，網(wǎng)絡子系統(tǒng)(NSS)和基站子系統(tǒng)(BSS)【移動臺】。77基站子系統(tǒng)BSS包括基站控制器BSC和基站收發(fā)信機BTS兩部分。每個BSS包括多個BSC，一個BSC可以控制多個BTS。

Um接口：BTS與MS之間的接口；Abis接口：BSC與BTS之間的接口；A接口：BSC與MSC之間的接口。5.1.2GSM基站子系統(tǒng)的結構原理785.1.3GSM系統(tǒng)的主要規(guī)格參數(shù)

GSM系統(tǒng)的主要規(guī)格參數(shù)如表5-1所示。795.1.4GSM邏輯信道

GSM邏輯信道分為業(yè)務信道(TCH)和控制信道(CCH)。

業(yè)務信道：傳輸用戶的數(shù)字化語音或數(shù)據(jù)，無論是上行還是下行鏈路，都有相同的格式和功能。

控制信道：傳輸系統(tǒng)的信令和同步信息，在上下行鏈路之間，不同的控制信道格式可能是不同的。

GSM系統(tǒng)中，一個時隙構成一個物理信道。

在不同的時間可以映射為不同的邏輯信道。80

1.業(yè)務信道(TCH)

TCH可分為全速率信道和半速率信道兩大類。

全速率信道：傳送信息時，用戶數(shù)據(jù)在一個時隙中傳送。

半速率信道：傳輸信息時，兩個用戶的業(yè)務數(shù)據(jù)映射到同一個時隙上，采用隔幀傳送的方式，即每個用戶的信息都是每隔一幀交替進行發(fā)送。

2.控制信道(CCH)

GSM中主要有三種控制信道：廣播信道(BCH)、公共控制信道(CCCH)和專用控制信道(DCCH)。81

1)廣播信道(BCH)

BCH是一種一點對多點的單方向控制信道，用于基站給小區(qū)內(nèi)的移動用戶提供同步信息。

BCH只用于前向鏈路。

GSM系統(tǒng)中有以下三種類型的BCH。

(1)頻率校正信道(FCCH)：該信道傳送的信令保證使MS的頻率與基站的頻率同步。

(2)同步信道(SCH)：傳送供MS對基站進行同步識別的信息。

(3)廣播控制信道(BCCH)：傳送BTS的一般信息，如小區(qū)和網(wǎng)絡的特征、小區(qū)內(nèi)其他可用的信道等。82

2)公共控制信道(CCCH)

CCCH用以發(fā)送普遍使用的控制信息，如尋呼信息、信道分配信息和用戶請求接入信息。

CCCH可分為以下三種類型：

(1)尋呼信道(PCH)：是一個前向信道，當基站尋呼MS，用于通知MS有來自網(wǎng)絡的呼叫。

(2)隨機接入信道(RACH)：是一個反向信道，用于MS對PCH的回應，或隨機提出入網(wǎng)申請，即請求分配獨立專用控制信道(SDCCH)。

(3)接入認可信道(AGCH)：是一個前向信道，用于基站對移動臺的隨機接入請求作出應答，即給移動臺分配一個SDCCH或直接分配一個TCH。

83

3)專用控制信道(DCCH)

DCCH和業(yè)務信道TCH一樣，也是雙向傳送的，在上下行鏈路中有相同的功能和格式，可存在于除了廣播信道TS0幀之外的任何時隙中。

GSM中有三種類型的專用控制信道：

(1)獨立專用控制信道(SDCCH)。用于傳送鑒權、業(yè)務信道指配信息。

(2)慢速輔助控制信道(SACCH)。SACCH是一個雙向的點對點控制信道，用于在MS和BTS之間周期性地傳送某些特定信息。

(3)快速輔助控制信道(FACCH)。當沒有為移動用戶分配SDCCH，但需要處理緊急事務時才分配。845.1.5GSM幀結構

GSM系統(tǒng)中每8個時隙組成一個TDMA幀，多個TDMA幀構成復幀。

GSM中有兩種復幀：

第一種是26幀的業(yè)務復幀，每個業(yè)務復幀包含26個TDMA幀。

第二種是51幀的控制復幀，每個控制復幀包含51個TDMA幀。

多個復幀構成超幀，超幀由51個26幀的業(yè)務復幀或者由26個51幀的控制復幀組成，因此一個超幀包含51×26=1326個TDMA幀，共占6.12s的時間長度。

2048個超幀構成超高幀。855.1.6語音編碼和信道編碼

1.語音編碼

GSM采用規(guī)則脈沖激勵-長期預測編碼(RPE-LTP)的語音編碼方式。

2.信道編碼

交織技術就是將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)碼重新排序，重新排序的結果使得突發(fā)差錯時產(chǎn)生的成串錯誤的比特位來自交織前信道編碼不同的位置，從而使連續(xù)的突發(fā)差錯就變成了離散的隨機差錯。

GSM系統(tǒng)中采用了比特交織和塊交織兩種方法。865.1.7GSM安全性管理

包括用戶鑒權、加密、移動設備識別等。

鑒權：是確認移動用戶是否有權入網(wǎng)，即鑒別移動臺傳送的IMSI是否是在入網(wǎng)時等記或簽約的。是在網(wǎng)絡MSC和用戶SIM卡之間進行的。鑒權是為了確認移動臺的合法性，

加密：是為了防止移動用戶信息被人非法竊聽。

移動設備識別：防止用戶手機被盜用，這是通過IMEI檢查來實現(xiàn)的；

87

1.鑒權過程

鑒權的過程簡述如下：

1、首先是移動交換中心MSC/VLR向移動臺發(fā)出鑒權命令信息,其中包含鑒權算法所需的隨機數(shù)(RAND)。

2、移動臺的SIM卡在收到命令之后,先將RAND與本身用戶SIM卡的密鑰Ki按照A3算法計算，得出一個響應數(shù)(SRES),MS再通過鑒權響應信息，將SRES值送回網(wǎng)絡方。

883、MSC在給移動臺發(fā)出鑒權命令的同時,也采用同樣的算法得到自己的一個響應數(shù)(SRES)。

圖5-25鑒權過程若這兩個SRES完全相同,則認為該用戶是合法用戶,鑒權成功;否則,認為是非法用戶,拒絕用戶的業(yè)務要求。89

2.GSM系統(tǒng)的加密過程

1、在鑒權過程中,移動臺在計算SRES的同時,用另一算法(A8算法)計算出加密密鑰Kc。

2、當MSC／VLR發(fā)送出加密命令(M)時,BTS先收到該命令,再傳送給MS。

3、MS將Kc和數(shù)據(jù)信息一起經(jīng)A5加密算法得到加密數(shù)據(jù),經(jīng)加密的用戶信息傳送至網(wǎng)絡方。

4、同時，網(wǎng)絡方也采用同樣的算法得到自己的加密密鑰Kc。對接收到的已加密數(shù)據(jù)，用加密密鑰Kc和算法A5進行解密，若得到正確的用戶數(shù)據(jù)，則加密成功，否則，加密失敗。90圖5-26加密過程915.1.8GPRS通用分組無線業(yè)務

1.GPRS概述

GPRS是GeneralPacketRadioService的簡稱，又稱為通用分組無線業(yè)務，是一種基于GSM的面向用戶提供移動分組的IP或者X.25連接的移動分組數(shù)據(jù)業(yè)務網(wǎng)。

GPRS采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結構、跳頻規(guī)則以及相同的TDMA幀結構。因此，在GSM系統(tǒng)的基礎上構建GPRS系統(tǒng)時，GSM系統(tǒng)中的絕大部分部件都不需要作硬件改動，只需作軟件升級。92

GPRS網(wǎng)絡是對原有GSM網(wǎng)絡的基站子系統(tǒng)以及網(wǎng)絡子系統(tǒng)的設備及功能進行改進和增強實現(xiàn)的。包括：①在網(wǎng)絡子系統(tǒng)中增加了兩個網(wǎng)絡結點:GPRS服務支持結點(SGSN)和GPRS網(wǎng)關支持結點(GGSN)。這2個結點如同Internet上的IP路由器。多個SGSN與一個GGSN構成電信網(wǎng)絡內(nèi)的一個IP網(wǎng)絡，由GGSN與外部的Internet相連接。②對HLR和VLR的功能進行擴展，以實現(xiàn)對GPRS的移動性管理和路由管理。③增強基站子系統(tǒng)的功能，以支持用戶分組數(shù)據(jù)的傳送;增加了業(yè)務信道和控制信道的種類，以支持GPRS的多種業(yè)務。

2.GPRS系統(tǒng)結構9394

5.2CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)

CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）移動通信系統(tǒng)，即碼分多址通信系統(tǒng)，是一種先進擴頻通信技術。IS-95A是最早商用CDMA移動通信空中接口標準IS-95B是IS-95A的進一步發(fā)展，主要目的是能滿足更高的比特速率業(yè)務的需求，IS-95B可提供的理論最大比特速率為115kbit/sIS-95A和IS-95B均有一系列標準，其總稱為IS-95。95

CDMA系統(tǒng)的特點如下：

(1)系統(tǒng)容量大。采用話音激活技術和扇形小區(qū)提高容量。

(2)系統(tǒng)具有“軟容量”的特性?？梢酝ㄟ^通信質量的適當下降來換取用戶數(shù)的增加。

體現(xiàn)軟容量的另一種形式是小區(qū)呼吸功能：指各個小區(qū)的覆蓋大小可動態(tài)變化。當相鄰兩個小區(qū)負荷一輕一重時，負荷重的小區(qū)通過減小導頻發(fā)射功率，使本小區(qū)的邊緣用戶由于導頻強度不足切換到鄰小區(qū)(負荷輕的小區(qū))。

(3)具有“軟切換”功能。由于CDMA相鄰小區(qū)可以使用相同頻率，因此可以方便地實現(xiàn)軟切換，降低掉話率。

(4)頻率規(guī)劃簡單。

(5)保密性強，通話不易被竊聽。96

5.2.1IS-95CDMA系統(tǒng)

IS-95窄帶碼分多址（N-CDMA）蜂窩移動通信標準，是一種直接序列擴頻的CDMA