無線傳播理論及移動(dòng)通信基礎(chǔ)知識(shí)

無線傳播理論及移動(dòng)通信基礎(chǔ)知識(shí)06年新員工培訓(xùn)系列之四2006年9月14日3/3/2024無線傳播的基本原理無線傳播環(huán)境及傳播模型

移動(dòng)通信中涉及的一些基礎(chǔ)知識(shí)提綱2無線傳播的基本原理電磁場(chǎng)基本理論電波的極化無線信號(hào)的傳播途徑提綱3麥克斯威爾方程式：式中：E為電場(chǎng)強(qiáng)度矢量；

H為磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量；

o為自由空間的導(dǎo)磁率=410-7（H/m）,

o為自由空間介電常數(shù)

10-9/36（F/m），

電磁場(chǎng)基本理論4麥克斯威爾方程式在自由空間的平面波前上E和H是互相垂直的。如果我們把坐標(biāo)設(shè)置的使x軸和E方向相吻合，而y軸和H方向相吻合，那么，電波的前進(jìn)方向就和z軸相吻合。從而麥克斯威爾方程式就可以簡(jiǎn)化為：5麥克斯威爾方程式如果我們研究的是正弦交變電場(chǎng)，那么電場(chǎng)和磁場(chǎng)的表示式可以寫成如下的形式：

式中：

=2f(f為電波的工作頻率)

為任意相位角，為簡(jiǎn)單起見，常設(shè)為0。

，在自由空間它等于2

/l。6麥克斯威爾方程式這樣對(duì)時(shí)間的微分就相當(dāng)于在前面乘一個(gè)

-j

，而對(duì)距離的微分就相當(dāng)于在前面乘一個(gè)jk。因此可以得到電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度之間非常簡(jiǎn)單的關(guān)系：這時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度的單位為V/m，磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位為A/m。而且將

o和

o的數(shù)值代入，得稱之為自由空間電阻。7波印廷矢量P=EH稱之為波印廷矢量。從其單位看

(V/m)

(A/m)=(W/m2)

即電壓（伏特）乘電流（安培）等于功率（瓦特），分母自然是平方米。但由于它們的乘法是用表示的，即矢量乘積。所以他們的乘積的幅度應(yīng)該是

而其矢量的方向應(yīng)該是垂直與x-y平面。即沿z軸方向。因此P的絕對(duì)值P就代表電波前進(jìn)方向上的功率密度。由于電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度相互垂直，所以

=90，即sin

=1?；蛘?/p>

P=Ex

Hy/2=Ex2/2(W/m2)。8波印廷矢量和功率密度P=Ex

Hy/2=Ex2/2(W/m2)分母中的2表示Ex和Hy都是正弦波的幅度，其有效值

和

所以波印廷矢量代表的功率密度就可以表示為

P=E2/

9點(diǎn)輻射源的波前與功率密度10點(diǎn)輻射源的波前與功率密度對(duì)于點(diǎn)輻射源來說，如果輻射源的總功率為Pt，向四面八方輻射出去，在均勻的介質(zhì)中它的等相位面就是一個(gè)圓球體的表面。這個(gè)表面通常就稱之為該輻射電波的“波前”。其表面積應(yīng)該為：

如果其輻射功率均勻分布在球面上，則球面上的功率密度應(yīng)該是：

P

11點(diǎn)輻射源的波前與功率密度所謂點(diǎn)輻射源，是指從一定距離以外看這個(gè)點(diǎn)時(shí)，自觀測(cè)點(diǎn)看輻射源的各點(diǎn)距離幾乎相等。而且點(diǎn)輻射源沒有方向性（即所有方向上的輻射功率密度均相等）。實(shí)際上是不存在的。如果距離輻射源（譬如說是發(fā)射天線）很遠(yuǎn)，則由于自觀測(cè)點(diǎn)至輻射源各點(diǎn)距離差可以忽略不計(jì)，因而可以把自輻射源輻射出來的電波波前看成球面。12自由空間損耗(擴(kuò)散損耗)如果接收天線和發(fā)射天線之間的距離很遠(yuǎn)，或者說自發(fā)射天線發(fā)射出來的電波波前可以近似看成平面，那么在有限的天線等效面積上的功率密度乘以接收天線的有效面積(Aeff)，就應(yīng)該是接收天線收到的信號(hào)功率。

P

13自由空間損耗(擴(kuò)散損耗)發(fā)射源為點(diǎn)源（普通天線）之自由空間損耗：點(diǎn)源輻射源實(shí)際是不存在的，只是距離輻射源很遠(yuǎn)之后，可以把輻射源看成點(diǎn)源，而采取的近似計(jì)算。14電波的極化電波的極化是指電場(chǎng)強(qiáng)度的極向，而且這種極化是相對(duì)于地面而言的。即以大地表面為水平面，做為參考面。電波極化與之垂直的稱之為“垂直極化”

，與之平行的稱之為“水平極化”

。如果電波的極化和地表面不成90度或0度的關(guān)系，稱之為斜極化。如果電波是由兩個(gè)極化不同的電波合成的，根據(jù)其相位角的差，各自的幅度等，稱之為橢圓極化，圓極化或旋轉(zhuǎn)極化。當(dāng)兩個(gè)極化波沿前進(jìn)方向相差λ/4距離，并且兩個(gè)極化波幅度相等時(shí)，稱之為圓極化。幅度不等是稱之為橢圓極化。如果水平極化在前（以前進(jìn)方向?yàn)閰⒖迹瑒t從原點(diǎn)順著前進(jìn)的方向看，極化是左旋，反之為右旋。15電波的極化EEvEhEEHHxzyxz垂直極化v水平極化h天線天線16電波的極化經(jīng)反射或繞射后會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。一般地面，墻面或金屬板面，對(duì)平行于其表面的極化波會(huì)反轉(zhuǎn)180

，而垂直于前進(jìn)方向的極化波在出射時(shí)仍舊垂直于前進(jìn)方向。如果極化對(duì)反射面而言，成一個(gè)不等于0或180度的角度，則可以分解成一個(gè)垂直于前進(jìn)方向和一個(gè)平行與反射面的方向的兩個(gè)分量。經(jīng)反射后，水平方向的分量旋轉(zhuǎn)180度，則在出射方向上，兩個(gè)分量的合成波將不同于入射波的極化。電波的極化17電波的極化如果電波的極化方向和繞射障礙物的邊緣不成90

角，經(jīng)繞射后，其極化也會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這就是在移動(dòng)通信中，電波傳播以陰影區(qū)為主的情況下，多反射或繞射波，在到達(dá)接收點(diǎn)時(shí)，其極化不一定總是天線的極化方向的原因。所以天線進(jìn)行極化分集也會(huì)發(fā)生分集效果。而且其效果不亞于空間分集。18頻譜劃分不同的頻段內(nèi)的頻率具有不同的傳播特性19直射波及地面反射波（最一般的傳播形式）對(duì)流層反射波（傳播具有很大的隨機(jī)性）山體繞射波（陰影區(qū)域信號(hào)來源）電離層反射波（超視距通訊途徑）電波的主要傳播途徑20①建筑物反射波②繞射波③直達(dá)波④地面反射波電波的主要傳播途徑21無線傳播環(huán)境及傳播模型信號(hào)衰落傳播損耗常見傳播模型舉例模型校正提綱22無線傳播環(huán)境電波傳播受地形結(jié)構(gòu)和人為環(huán)境的影響，無線傳播環(huán)境直接決定傳播模型的選取。影響環(huán)境的主要因素：

自然地形（高山、丘陵、平原、水域）人工建筑的數(shù)量、分布、材料特性該區(qū)域植被特征天氣狀況自然和人為的電磁噪聲狀況

23人為環(huán)境鄉(xiāng)村地區(qū)準(zhǔn)郊區(qū)郊區(qū)市區(qū)地形結(jié)構(gòu)開闊區(qū)平滑地形丘陵地形山區(qū)

無線傳播環(huán)境24信號(hào)衰落距離(m)接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落25慢衰落

由障礙物阻擋造成陰影效應(yīng)，接收信號(hào)強(qiáng)度下降，但該場(chǎng)強(qiáng)中值隨地理改變變化緩慢，故稱慢衰落。又稱為陰影衰落。慢衰落的場(chǎng)強(qiáng)中值服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，且與位置/地點(diǎn)相關(guān)，衰落的速度取決于移動(dòng)臺(tái)的速度?？焖ヂ?/p>

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，稱為快衰落。深衰落點(diǎn)在空間上的分布是近似的相隔半個(gè)波長(zhǎng)。因其場(chǎng)強(qiáng)服從瑞利分布，又稱為瑞利衰落，衰落的振幅、相位、角度隨機(jī)。信號(hào)衰落26抗快衰落措施－分集時(shí)間分集

符號(hào)交織、檢錯(cuò)、糾錯(cuò)編碼空間分集采用主、分集天線接收。主、分集天線的接收信號(hào)不具有同時(shí)衰減的特性?；窘邮諜C(jī)對(duì)一定時(shí)間范圍內(nèi)不同時(shí)延信號(hào)的均衡能力也是一種空間分集的形式。頻率分集

GSM通信采用跳頻信號(hào)衰落27起源于反射，主要指到達(dá)接收機(jī)的主信號(hào)和其他多徑信號(hào)在空間傳輸時(shí)間差異而帶來的同頻干擾問題發(fā)射信號(hào)來自遠(yuǎn)離接收天線的物體時(shí)間色散解決自適應(yīng)均衡技術(shù)、站址調(diào)整28Ploss=32.44+20lgfMHz+20lgdkm設(shè)f=900MHz，該傳播損耗可描述為：Ploss=91.52+20lgd=L0+10lgdL0=91.52=2 路徑損耗斜率 在實(shí)際通信環(huán)境中，

一般在3至5之間

自由空間傳播損耗傳播損耗29傳播損耗平坦地形傳播損耗Ploss=10lgd-20lghb-20lghm=4 路徑損耗斜率hb：基站天線高度hm：移動(dòng)臺(tái)高度基站天線高度增加一倍，可補(bǔ)償6dB的路徑損耗30傳播損耗準(zhǔn)平滑地形及不規(guī)則地形傳播損耗準(zhǔn)平滑地形表面起伏平緩，起伏高度小于等于20米的地形不規(guī)則地形除了準(zhǔn)平滑地形之外的其余地形，可按狀態(tài)分為：丘陵地形、孤立山岳、傾斜地形、水陸混合地形等RTTR31其它傳播損耗TRTR傳播損耗繞射損耗穿透損耗地物損耗32繞射損耗特點(diǎn)：電磁波在繞射點(diǎn)四處擴(kuò)散繞射波覆蓋除障礙物外的所有方向擴(kuò)散損耗最為嚴(yán)重計(jì)算公式復(fù)雜，隨不同繞射常數(shù)變化33XdBmWdBm穿透損耗=X-W=BdB電磁波穿透墻體的反射和折射

室內(nèi)信號(hào)取決于建筑物的穿透損耗室內(nèi)窗口處與室內(nèi)中部信號(hào)差別較大建筑物材質(zhì)對(duì)穿透損耗影響較大電磁波的入射角對(duì)穿透損耗影響較大建筑物穿透損耗34物體阻擋/穿透損耗為：隔墻阻擋：5～20dB樓層阻擋：＞20dB室內(nèi)損耗值是樓層高度的函數(shù)：-1.9dB/層家具和其它障礙物的阻擋：2～15dB

厚玻璃：6～10dB火車車廂的穿透損耗為：15～30dB電梯的穿透損耗：30dB左右茂密樹葉損耗：10dB

建筑物穿透損耗35電波傳播模型是一種根據(jù)實(shí)際測(cè)量電波傳播路徑損耗得出種種結(jié)果,總結(jié)或歸納出來的可以用數(shù)學(xué)模式計(jì)算或曲線查找的工具；在實(shí)際環(huán)境中，電波在陰影區(qū)傳播主要是由地表波，各種地物（包括山岳，建筑物，車輛，樹木以及活動(dòng)著的人群等）的反射和繞射等綜合組成的傳播效果。幾乎任何地方，任何時(shí)間都沒有固定或者相同的條件。因此任何傳播模型都只能在沒有條件進(jìn)行實(shí)際測(cè)量的情況下用來預(yù)測(cè)一下可能的傳播效果。其誤差在個(gè)別方向上或某些方面可能與實(shí)際條件下的傳播情況相差很多。無線傳播模型36無線傳播模型

Okumura(奧村)/Hata模型

適用于150~1500MHz宏蜂窩預(yù)測(cè)

COST231-Hata模型適用于1500~2000MHz宏蜂窩預(yù)測(cè)

COST231Walfish-Ikegami模型

適用于900M和1800M的微蜂窩標(biāo)準(zhǔn)宏小區(qū)（StandardMacroCellModel）模型廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具常見傳播模型37奧村模型這個(gè)模式是在1962~1965年間由日本人奧村先生領(lǐng)導(dǎo)編制的，發(fā)表于1968年。他的原形使用與距離在1~100公里，頻率適用與100~3000MHz。他的計(jì)算方法全部是查曲線，最基本的計(jì)算是準(zhǔn)平地的路徑損耗。然后在具體地形條件下，再加上各種修正系數(shù)。最主要的一條曲線是在準(zhǔn)平坦地面的市區(qū)，以基站天線高度為200米，移動(dòng)臺(tái)天線高度為3米為參考，在自由空間損耗上需要增加的損耗Am。38奧村模型39Okumura-Hata模式奧村（即Okumura)的計(jì)算方法全是查曲線，而且曲線之多顯得過于煩瑣。所以經(jīng)Hata整理成近似公式計(jì)算，以代替眾多的曲線查找。但修正系數(shù)仍舊很多。他把奧村的眾多曲線整理之后，給了一個(gè)比較簡(jiǎn)單的基本公式：40Okumura-Hata模式式中的參數(shù)如下：Lp為路徑損耗，用dB表示；fc為工作頻率，用兆赫為單位（MHz）；hb為基站天線距地面高度，用米為單位；hm為移動(dòng)臺(tái)天線高度，用米為單位；a(hm)為移動(dòng)臺(tái)天線高度校正系數(shù)；D為自觀測(cè)點(diǎn)至基站天線的距離，以米為單位。41Okumura-Hata模式其中： 適用于中小城市 適用于大城市然后加上各種修正系數(shù)。如基站天線高度修正系數(shù)，地面起伏不平修正系數(shù)，斜坡修正系數(shù)以及水面修正系數(shù)等等。42COST231-Hata模型COST231-Hata是對(duì)Okumura較高頻段的傳播曲線進(jìn)行擬合，公式為：

參數(shù)適用范圍為：頻率距離基站天線有效高度移動(dòng)臺(tái)天線高度F(MHz)d(km)hb(m)hm(m)1500~2000MHz1~20km30~200m1~10m43模型校正目的：通過連續(xù)波（CW）測(cè)試，校正傳播模型參數(shù)，增加無線覆蓋預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。即將連續(xù)波測(cè)試結(jié)果與預(yù)測(cè)結(jié)果相比較，調(diào)整模型中的K參數(shù)，使模型符合實(shí)際地理環(huán)境。采樣符合李氏定律：40波長(zhǎng)，采樣50個(gè)樣點(diǎn)校正方法：最小方差法44標(biāo)準(zhǔn)宏小區(qū)（StandardMacroCellModel）傳播模型在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中得到較普遍的應(yīng)用，該模型以Hata模型為基礎(chǔ)，并在添加了一些額外的功能，從而增強(qiáng)了模型的靈活性和精確性。該模型為宏小區(qū)設(shè)計(jì)，利用到基站的距離采用雙斜率算法。為衰減常數(shù)；為距離衰減系數(shù)；與為移動(dòng)臺(tái)天線高度修正系數(shù)；與為基站天線高度修正系數(shù)；為繞射修正系數(shù)；是衍射損耗；

是地物損耗因子。標(biāo)準(zhǔn)宏小區(qū)傳播模型45模式公式為K1為衰減常數(shù)；K2為距離衰減系數(shù)；K3與K4為移動(dòng)臺(tái)天線高度修正系數(shù)；K5與K6為基站天線高度修正系數(shù)；K7為繞射修正系數(shù)；diffn是衍射損耗；Clutter-loss是地物損耗因子。頻率距離基站天線有效高度移動(dòng)臺(tái)天線高度F(MHz)d(km)hb(m)hm(m)150~2000MHz>500m15~200m1~10m標(biāo)準(zhǔn)宏小區(qū)傳播模型46站點(diǎn)選取服務(wù)區(qū)內(nèi)具有代表性的傳播環(huán)境，如密集城區(qū)、一般城區(qū)、郊區(qū)等，分別選取測(cè)試點(diǎn)；站址的選擇原則是要使它能覆蓋足夠多的地物類型（電子地圖提供）；對(duì)每一種人為環(huán)境，最好有三個(gè)或三個(gè)以上的測(cè)試站點(diǎn)，以盡可能消除位置因素。47測(cè)試設(shè)備基站系統(tǒng)

發(fā)射天線饋線高功放高頻信號(hào)源測(cè)試系統(tǒng)

GPS

測(cè)試軟件便攜機(jī)測(cè)試接收機(jī)48天饋數(shù)據(jù)確定采用全向天線記錄天線高度、增益、基站發(fā)射功率49測(cè)試路線確定考慮點(diǎn)不同距離不同方向的測(cè)試數(shù)據(jù)某個(gè)距離至少4～5個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)以消除位置影響盡可能經(jīng)過各種地物盡量避免高速公路車速上限：Vmax=0.8λ/Tsample螺旋測(cè)試路徑50數(shù)字地圖

數(shù)字高程模型DEM

地物覆蓋模型DOM

線狀地物模型LDM

建筑物矢量模型BDM數(shù)字化地圖的數(shù)據(jù)數(shù)字化地圖的精度

城區(qū)宏蜂窩20M精度

微蜂窩預(yù)測(cè)選5M精度

郊區(qū)農(nóng)村50M/100M精度51模型校正實(shí)例

密集城區(qū)一般城區(qū)郊區(qū)k1154.6142.7129.2k23834.330.4k3-2.55-2.55-2.55k4000k5-13.82-13.82-13.82k6-6.55-6.55-6.55k70.70.70.7上海某地傳播模型校正前后的誤差圖上海地區(qū)基本校正值52移動(dòng)通信中涉及的一些基礎(chǔ)知識(shí)移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)史移動(dòng)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)移動(dòng)通信中的若干關(guān)鍵技術(shù)提綱53第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用頻分多址（FDMA），模擬系統(tǒng)代表系統(tǒng)：美國的AMPS、歐洲的TACS主要缺點(diǎn)：頻譜利用率低業(yè)務(wù)種類有限無數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)保密性差設(shè)備成本高、體積、重量大移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)史54第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用時(shí)分多址（TDMA）或窄帶碼分多址（CDMA），數(shù)字系統(tǒng)代表系統(tǒng)：美國的IS-95A（CDMA）、歐洲的GSM（TDMA）對(duì)第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)缺點(diǎn)的改進(jìn)：頻譜利用率提高-提高了2倍（GSM）或10倍（CDMA）業(yè)務(wù)種類增加-提供了較豐富的電信業(yè)務(wù)窄帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)-提供了低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（最大64kbps）保密性較好-具有良好的保密性能減小了設(shè)備成本-設(shè)備（特別是終端）成本大大降低，重量也大大減少移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)史55第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）采用寬帶碼分多址（CDMA），實(shí)現(xiàn)移動(dòng)寬帶多媒體通信3G對(duì)數(shù)據(jù)通信速率要求室內(nèi)環(huán)境至少2Mbps室內(nèi)外步行環(huán)境至少384Kbps室外車輛運(yùn)動(dòng)中至少144KbpsIMT2000推薦的3種制式：WCDMACDMA2000TD-SCDMA移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)史56移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)史三種主要技術(shù)制式比較開環(huán)，閉環(huán)(最高200Hz)，外環(huán)開環(huán)，閉環(huán)(最高800Hz)，外環(huán)開環(huán)，閉環(huán)(最高1500Hz)，外環(huán)功率控制自適應(yīng)多速率可變速率(basedonvoiceactivity)自適應(yīng)多速率(basedonRFcondition)語音編碼硬切換或接力切換軟切換，頻間切換，與IS-95間的切換軟切換，頻間切換，與GSM間的切換切換QPSKQPSK(前向)，BPSK(后向)QPSK(前向)，BPSK(后向)調(diào)制方式5ms子幀20ms等10ms幀長(zhǎng)同步同步(需GPS)異步(不需GPS)or同步基站同步方式1.28Mcps1.2288Mcps3.84Mcps碼片速率TDDFDDFDD雙工方式TDMA+CDMA單載波寬帶直接序列擴(kuò)頻cdma單載波寬帶直接序列擴(kuò)頻cdma接入方式1.6MHz1.25MHz5MHz信道間隔TD-SCDMAcdma20001XWCDMA技術(shù)特征比較57移動(dòng)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)58可靠性信道環(huán)境惡劣推動(dòng)移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)步的主要矛盾多徑慢衰落（幾秒以下——幾小時(shí)）快衰落（幾Hz左右）接收信號(hào)波形信道編碼、交織及其它眾多技術(shù)措施59a)減小蜂窩尺寸大蜂窩（nkm）小蜂窩（n百米）微小蜂窩（n十米）b)降低語音數(shù)據(jù)率64kb/s固定電話（PCM）13kb/sGSM（規(guī)則脈沖激勵(lì)型線性預(yù)測(cè)編碼）（~4.8kb/s）c)選擇好的多址體制（GSM、CDMA)大容量頻率資源有限推動(dòng)移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)步的主要矛盾60移動(dòng)通信中的若干關(guān)鍵技術(shù)當(dāng)代移動(dòng)通信系統(tǒng)是眾多通信最新技術(shù)的集成，目的就是克服惡劣的信道環(huán)境，實(shí)現(xiàn)高可靠和大容量。61PCM編碼數(shù)據(jù)率：64kb/s——未經(jīng)壓縮（采樣頻率8KHz，8比特量化）壓縮語音數(shù)據(jù)率的目的是使一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)PCM信道中能容納多個(gè)用戶，達(dá)到擴(kuò)大系統(tǒng)容量。語音編碼與壓縮62波形編碼話音質(zhì)量達(dá)到電話網(wǎng)要求（信/噪比=26db）理論極限速率=16kb/s（由信息論信源函數(shù)理論推導(dǎo)）參量編碼理論極限：以英語為例，其音素參量有128—256個(gè)，按照通常的講話速率，每秒發(fā)出10個(gè)音素。因此話音數(shù)據(jù)率的最低極限：log2(128)10=70bit/s至log2(256)10=80bit/s混合編碼以參量編碼為基礎(chǔ)+有限波形編碼算法，以達(dá)到相對(duì)低數(shù)據(jù)率和良好可懂度。壓縮方法——采用新的語音編碼方法，實(shí)現(xiàn)語音數(shù)據(jù)率的壓縮語音編碼與壓縮63幾種語音編碼方法比較表注：MIPS——百萬條指令/秒

ms——豪秒

mos——CCITT建議的五級(jí)評(píng)價(jià)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)語音編碼與壓縮64在同一信道中，準(zhǔn)許多個(gè)用戶同時(shí)通信的技術(shù)，在移動(dòng)通信中稱為多址技術(shù)。多址方式有三種：頻分（FDMA），時(shí)分（TDMA），碼分（CDMA）。多址技術(shù)FDMA——模擬移動(dòng)通信中采用（第一代）TDMA——GSM體制CDMA——IS-95CDMA——IMT2000（第三代）TD-SCDMA——碼分多址與時(shí)分多址的組合方案，“S”—表示同步（第二代）TFCT1T2…...Tn多址三維正交示意FnF2F1C1C2Cn65多址技術(shù)66時(shí)分多址在GSM中，無線路徑上是采用時(shí)分多址（TDMA）方式。每一頻點(diǎn)（頻道或叫載頻TRX）上可分成8個(gè)時(shí)隙，每一時(shí)隙為一個(gè)信道，因此，一個(gè)TRX最多可有8個(gè)移動(dòng)客戶同時(shí)使用。多址技術(shù)67a）特點(diǎn)不同用戶可以使用同一頻率（F）、同一時(shí)間（T），僅使用不同的碼型來替換不同的用戶數(shù)據(jù)：“1”和“0”，來區(qū)分不同用戶。例如：“1”用戶11001010C1（t）“1”用戶20110101

C2（t）條件：C1（t）與C2（t）互不相關(guān)（正交），即用戶1用戶2片碼（擴(kuò)頻碼）T“1”“0”碼分多址多址技術(shù)68信號(hào)的頻譜大大展寬，系統(tǒng)的抗干擾性大大增強(qiáng)，可使信噪比提高n倍。IS—95——片碼：1.2288Mb/SIMT2000——片碼：3.84Mb/S理論基礎(chǔ)：信息論中山農(nóng)信道容量定理

C=Flog2（1+S/N）式中：C——單位bit/s，信道每秒傳送信號(hào)的數(shù)據(jù)率

F——單位HZ，信號(hào)所占帶寬

S/N——信號(hào)/噪聲功率比推理：當(dāng)C一定，傳送的信號(hào)所占帶寬越寬，則容許的S/N信噪比可以越低。多址技術(shù)69

IS-95信道多址與基站多址信道多址——采用64位walsh碼，分別分配給64個(gè)信道

1個(gè)導(dǎo)頻信道——W01個(gè)同步信道——0，1相間的W327個(gè)尋呼信道——W1—W755個(gè)業(yè)務(wù)信道——W8—W31；

W33—W63；基站多址碼——采用m=215-1的15位簡(jiǎn)單偽隨機(jī)序列，前加15個(gè)0偏置。多址技術(shù)70多址技術(shù)GSM：200KHz為一個(gè)頻點(diǎn)，雙工方式：FDD71多址技術(shù)CDMA：1.23MHz為一個(gè)載頻，雙工方式：FDD在我國，目前聯(lián)通占用10M帶寬，共7個(gè)載頻41個(gè)AMPS頻點(diǎn)為1個(gè)CDMA載頻（30K*41）72信道編碼的定位CDMA系統(tǒng)信號(hào)流程信道編碼與交織編碼擴(kuò)頻調(diào)制信道編碼交織編碼射頻調(diào)制射頻解調(diào)去交織信道解碼解擴(kuò)數(shù)據(jù)碼數(shù)據(jù)碼信令信令73信道編碼與交織編碼在系統(tǒng)中的作用信道編碼的作用:抗由一切信道傳輸原因所引起的誤碼，完成對(duì)分散獨(dú)立誤碼的糾錯(cuò)。交織編碼的作用:抗信道產(chǎn)生的實(shí)發(fā)錯(cuò)誤（成片的誤碼），使移動(dòng)通信的信道變成隨機(jī)獨(dú)立差錯(cuò)信道（噪聲信道）。即：將信道引起的成片誤碼改造為分散獨(dú)立誤碼。74a)思路——增加監(jiān)督（校驗(yàn)）碼元，發(fā)現(xiàn)或糾正信息碼元的錯(cuò)誤。b)研究目標(biāo)——以最少監(jiān)督碼元為代價(jià)獲取對(duì)信息碼元最高的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力。c)信道編碼的種類——按照加入監(jiān)督碼元的規(guī)律或監(jiān)督碼元實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)、糾錯(cuò)的算法，可分為：線性編碼（線性分組碼、循環(huán)碼等）；非線性編碼（如卷積碼等）。信息碼監(jiān)督碼信息碼監(jiān)督碼信道編碼信道編碼與交織編碼75a)所有信道編碼要服從嚴(yán)格的數(shù)學(xué)關(guān)系。b)例BCH碼、RS碼、Fire碼c)線性分組碼（7，3）碼（可糾正一個(gè)錯(cuò)誤）:運(yùn)算簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)，但效率不高碼長(zhǎng)7位信息位3位監(jiān)督位4位C=（C0C1C2C3C4C5C6）BCH碼（二元循環(huán)碼）:BCH（15，5）—可糾正3個(gè)隨機(jī)獨(dú)立差錯(cuò)RS碼（非二進(jìn)制）:RS（15，9）—可糾正3個(gè)錯(cuò)誤（非二進(jìn)制）Fire碼:F（276，265）—能糾正長(zhǎng)度≤5個(gè)碼元的獨(dú)立錯(cuò)誤線性分組碼信道編碼與交織編碼76a)特點(diǎn)不對(duì)輸入分組，只是對(duì)輸入進(jìn)行一種特定卷積運(yùn)算。有記憶，如（n,k,m）卷積編碼器即在任一時(shí)刻編碼輸入的k個(gè)碼元，其輸出n不僅與當(dāng)時(shí)的k個(gè)輸入碼元有關(guān)，而且與卷積編碼器中記憶的k個(gè)碼元之前的m個(gè)碼元有關(guān)。卷積編碼（最大延時(shí)m）并/串轉(zhuǎn)換編碼輸出C信息碼k并/串轉(zhuǎn)換U1U2UkC1C2Cnn卷積碼

信道編碼與交織編碼77最簡(jiǎn)單的（2，1，2）卷積編碼器的原理圖：（2，1，2）卷積編碼2級(jí)延時(shí)輸入輸出信息碼輸入編碼輸出C寄存器寄存器⊕并/串12⊕12信道編碼與交織編碼78信道編碼——糾正隨機(jī)差錯(cuò)衰落信道——產(chǎn)生實(shí)發(fā)差錯(cuò)（連續(xù)一片誤碼）由交織編碼克服交織編碼信道編碼與交織編碼79矩陣變換設(shè)待發(fā)送信號(hào)為X

，X=（X1,X2,……X25）列寫入行讀出

X1X6X11X16X21X2X7X12X17X22

A1=X3X8X13X18X23X4X9X14X19X24X5X10X15X20X25輸出X

X=（X1,X6,X11,X16,X21,X2,……X25）當(dāng)X

在信道中傳輸，在發(fā)生一片錯(cuò)碼后，經(jīng)反交織后，成片錯(cuò)碼就分散了。優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：帶來時(shí)延可能將分散差錯(cuò)成片差錯(cuò)交織編碼原理信道編碼與交織編碼80卷積交織編碼——可減小一半的時(shí)延，抗實(shí)發(fā)差錯(cuò)能力不變。隨機(jī)交織編碼——將數(shù)據(jù)經(jīng)偽隨機(jī)排序后存儲(chǔ)，再從存儲(chǔ)器中讀出。改進(jìn)型交織編碼信道編碼與交織編碼81

GSM系統(tǒng)中的交織編碼器:交織在語音編碼后進(jìn)行4567012345670123114114114114114114114114二次交織每幀含57bit200ms話音幀456重排（交織）為8個(gè)數(shù)碼子幀GSM交織示意圖實(shí)際使用的交織編碼器信道編碼與交織編碼82

IS-95中的交織編碼器上行、下行不完全一樣基本思想：分組交織、分組長(zhǎng)度20ms、交織矩陣為32行18列32X18=576bit576bit576bit20ms20ms32行18列（行讀出）28.8kbit/s(列寫入)28.8kbit/s(交織后)IS-95交織示意圖信道編碼與交織編碼83功率控制技術(shù)-cdma走向?qū)嵱没年P(guān)鍵為什么CDMA必須有功率控制？由于所有用戶同時(shí),且在同一頻率上工作。手機(jī)→基站（上行）距基站近→達(dá)到基站的功率強(qiáng)距基站遠(yuǎn)→弱在基站接收機(jī)中產(chǎn)生遠(yuǎn)近效應(yīng)：近距離手機(jī)干擾基站對(duì)遠(yuǎn)距離手機(jī)信號(hào)的接收。基站→手機(jī)(下行）距基站近→手機(jī)接收的信號(hào)強(qiáng)。距基站遠(yuǎn)→弱，在手機(jī)中臨近的基站將干擾手機(jī)對(duì)所處基站信號(hào)的接收。結(jié)論：如不對(duì)基站的發(fā)射功率與手機(jī)的發(fā)射功率實(shí)時(shí)控制，CDMA系統(tǒng)將不能正常工作。84功率控制準(zhǔn)則：功率平衡準(zhǔn)則上行（手機(jī)→基站）：指令各手機(jī)（無論遠(yuǎn)近），發(fā)射后到達(dá)基站的功率相等（調(diào)手機(jī)稱之為反向功率控制）。下行（基站→手機(jī)）：使各手機(jī)（無論遠(yuǎn)近）接收到基站送去的信號(hào)功率相等（調(diào)基站，稱之為前向功率控制）。信號(hào)干擾比平衡準(zhǔn)則（SIR）：CDMA系統(tǒng)中，“噪聲”主要來自手機(jī)之間與基站之間產(chǎn)生的干擾。依據(jù)“信號(hào)干擾比SIR”進(jìn)行控制。上行：控制目標(biāo)是達(dá)到在基站中各手機(jī)的信號(hào)與其它手機(jī)對(duì)其產(chǎn)生的干擾比相等（調(diào)手機(jī)，稱反向功控）下行：使各手機(jī)收到的基站送去的信號(hào)與其它基站的干擾信號(hào)比相等（調(diào)基站前向功控）。IS-95中實(shí)際使用的功率控制準(zhǔn)則功率平衡準(zhǔn)則易實(shí)現(xiàn)，但性能不及SIR；SIR在上行鏈路中，可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此實(shí)際系統(tǒng)中多采用混合控制。IS—95中的功控準(zhǔn)則：改進(jìn)型的SIR即：基于SIR算法，但控制的閾值由誤幀率（FER）決定。功率控制技術(shù)85功率控制方法集中式功率控制在基站中進(jìn)行。要求在每一時(shí)刻（時(shí)間間隔內(nèi)）要計(jì)算出一個(gè)歸一化的鏈路增益矩陣。矩陣中的各元素，對(duì)應(yīng)著在基站服務(wù)區(qū)中各手機(jī)在那一時(shí)刻應(yīng)有的功率增益。問題：當(dāng)小區(qū)用戶多時(shí)，如何快速計(jì)算出鏈路的增益矩陣？分布式功率控制在手機(jī)中進(jìn)行：估計(jì)SIR并依此控制手機(jī)自身的發(fā)射功率。同時(shí)，通知基站應(yīng)送來的功率。評(píng)價(jià)：在IS-95中實(shí)際應(yīng)用，相當(dāng)有效。問題：當(dāng)對(duì)SIR估計(jì)誤差大時(shí)，系統(tǒng)性能會(huì)迅速下降。功率控制技術(shù)86基站手機(jī)閉環(huán)功控開環(huán)功控與閉環(huán)功控開環(huán)功控僅根據(jù)接收的信號(hào)質(zhì)量（無論手機(jī)或基站）而發(fā)出相應(yīng)控制指令。無反饋。問題：收、發(fā)頻率相差45MHZ，對(duì)快衰落而言，收、發(fā)信道是完全獨(dú)立的，因此開環(huán)功控對(duì)快衰落無作用,但對(duì)慢衰落（手機(jī)移動(dòng)到汽車內(nèi)、房屋后面等）作用良好。適應(yīng)：在CDMA/TDD結(jié)合的體制中，開環(huán)功控可達(dá)到高精度。閉環(huán)功控基站對(duì)手機(jī)進(jìn)行控制，并從手機(jī)送來的信號(hào)中獲得反饋量。優(yōu)點(diǎn)：精度高問題：控制時(shí)延大當(dāng)前研究：新的閉環(huán)功控方法（自適應(yīng)、自適應(yīng)+模糊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法）功率控制技術(shù)87IS-95中的功率控制參數(shù)前向功控（基站執(zhí)行）誤差源：各手機(jī)信號(hào)的誤幀率