《GSM的無線信道》課件

GSM的無線信道投稿人：什么是GSM蜂窩移動通信系統(tǒng)GSM是全球移動通信系統(tǒng)(GlobalSystemforMobileCommunications)的縮寫，是一種數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)。國際標準GSM標準由歐洲電信標準協(xié)會(ETSI)制定，成為全球移動通信的通用標準之一。GSM的網(wǎng)絡架構GSM網(wǎng)絡架構由核心網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡兩部分組成。核心網(wǎng)絡負責控制和管理整個GSM網(wǎng)絡，無線網(wǎng)絡負責無線通信。核心網(wǎng)絡主要包括以下部分：移動交換中心（MSC）歸屬位置寄存器（HLR）鑒權中心（AUC）短信中心（SMS-C）數(shù)據(jù)網(wǎng)絡節(jié)點（GPRS支持）GSM的頻段劃分900900MHz歐洲和亞洲18001800MHz歐洲和亞洲19001900MHz北美和南美GSM的信道類型流量信道用于傳輸用戶數(shù)據(jù)，例如語音、短信和數(shù)據(jù)等控制信道用于控制和管理通信過程，例如呼叫建立、身份驗證和資源分配等廣播信道用于廣播系統(tǒng)信息，例如網(wǎng)絡信息、時間和頻率等GSM的信道編碼提高可靠性信道編碼在信號傳輸過程中增加冗余信息，以便接收端能夠檢測和糾正傳輸過程中的錯誤。增強抗干擾能力編碼可以提高信號的抗噪聲性能，即使在信道條件較差的情況下也能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｌ岣哳l譜利用率信道編碼可以提高信號的傳輸效率，在相同的帶寬內(nèi)傳輸更多的數(shù)據(jù)。時隙結構時隙分配GSM每個時隙用于傳輸不同的數(shù)據(jù)，包括語音、數(shù)據(jù)和控制信息。時間同步每個時隙都具有精確的時鐘同步，確保不同用戶之間通信的準確性。幀結構時隙組合成幀，幀包含多個時隙，并由控制信息同步。時分多址技術原理將時間軸分成多個時隙，每個用戶分配一個時隙，在自己的時隙內(nèi)進行數(shù)據(jù)傳輸，不同用戶在不同時隙傳輸數(shù)據(jù)。優(yōu)點頻譜利用率高，系統(tǒng)實現(xiàn)簡單，成本較低。缺點每個用戶占用時間有限，數(shù)據(jù)傳輸速率受限，易受干擾。頻分多址技術分配頻段將無線頻譜劃分為多個獨立的頻段，并分配給不同的用戶。同時通信不同的用戶可以在不同的頻段上同時進行通信，而不會相互干擾。偽隨機碼分多址獨特碼字每個用戶分配一個唯一的偽隨機碼字，用于區(qū)分不同的用戶信號。信號擴散用戶信號通過碼字進行擴散，將窄帶信號擴展到更寬的頻帶，以減少相互干擾。碼字相關性接收機通過與用戶碼字相關的操作，可以將用戶的信號從混合信號中分離出來。無線信道的特性無線信道是移動通信系統(tǒng)中，基站與移動臺之間進行信息傳輸?shù)奈锢砻浇椤Ｅc有線信道相比，無線信道具有以下特點:存在多徑效應存在衰落效應存在干擾路徑損耗模型模型公式描述自由空間路徑損耗PL=20log10(d)+20log10(f)+32.44假設信號在空曠環(huán)境中傳播，沒有障礙物Okumura-Hata模型PL=69.55+26.16log10(f)-13.82log10(hB)-a(hM)+(44.9-6.55log10(hB))log10(d)適用于城市和郊區(qū)環(huán)境COST-231模型PL=46.3+33.9log10(d)-13.82log10(hB)-a(hM)適用于城市和郊區(qū)環(huán)境陰影衰落地形影響由于地形的影響，信號強度會發(fā)生變化，導致陰影衰落。建筑物遮擋高樓大廈的遮擋也會造成信號強度不均勻，產(chǎn)生陰影衰落。植被影響樹木、草叢等植被也會對無線信號造成衰減，影響信號強度。多徑衰落無線信道無線信道通常有多條路徑，導致信號到達接收機的時間不同，造成信號疊加。衰落時間差異會導致相位變化，進而導致信號衰減，這就是多徑衰落。多徑衰落的統(tǒng)計模型1瑞利衰落在沒有直射路徑的情況下，接收信號是由多個反射路徑疊加而成，每個反射路徑的相位和幅度都隨機變化。2萊斯衰落當存在直射路徑時，接收信號會受到直射路徑和反射路徑的共同影響，此時信號的幅度分布服從萊斯分布。3Nakagami衰落Nakagami衰落是一種更通用的衰落模型，可以描述多種不同的衰落情況，包括瑞利衰落和萊斯衰落。瑞利衰落1多徑傳播信號到達接收機時會經(jīng)歷多條路徑，導致不同路徑的信號到達時間不同，產(chǎn)生相位差。2隨機相位多徑信號相位隨機分布，導致接收信號幅度和相位隨時間快速變化。3信號衰落接收信號的幅度和相位隨機變化，導致信號強度出現(xiàn)起伏。瑞利衰落的特性信號幅度呈隨機分布，可以用瑞利分布描述。信道增益變化迅速，呈現(xiàn)快速衰落。多徑效應是主要原因，信號在不同路徑傳播，疊加后產(chǎn)生衰落。瑞利衰落的統(tǒng)計特性1概率密度函數(shù)瑞利衰落信道的包絡服從瑞利分布，其概率密度函數(shù)可以用來描述信號幅度的分布情況。2累積分布函數(shù)累積分布函數(shù)描述了信號幅度小于某個特定值的概率。3平均功率瑞利衰落信道的平均功率可以通過概率密度函數(shù)計算得到。信號的調(diào)制技術1調(diào)制概述將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為適合無線信道傳輸?shù)哪M信號。2載波頻率調(diào)制將信息信號疊加到高頻載波信號上，以便高效傳輸。3調(diào)制類型常見的調(diào)制方式包括幅度調(diào)制(AM)、頻率調(diào)制(FM)和相位調(diào)制(PM)。GMSK調(diào)制技術高斯最小頻移鍵控GMSK是一種連續(xù)相位調(diào)制技術，它使用高斯脈沖對數(shù)據(jù)進行調(diào)制。恒定包絡GMSK的信號包絡是恒定的，這使得它適合于非線性信道。頻譜效率高GMSK的頻譜效率很高，這使得它能夠在有限的帶寬內(nèi)傳輸更多數(shù)據(jù)。TDMA信號的接收機結構TDMA信號的接收機結構主要包括以下幾個部分:天線:用于接收來自基站的信號。低噪聲放大器(LNA):放大接收信號，并降低噪聲。射頻前端:將接收信號轉(zhuǎn)換為中頻信號。中頻放大器:放大中頻信號。解調(diào)器:解調(diào)接收信號，恢復原始數(shù)據(jù)。解碼器:解碼接收數(shù)據(jù)，還原發(fā)送信息。均衡器技術消除碼間干擾均衡器用于補償無線信道帶來的碼間干擾，提高信號質(zhì)量。自適應調(diào)節(jié)均衡器能夠根據(jù)信道狀態(tài)進行自適應調(diào)節(jié)，以達到最佳的均衡效果。提高數(shù)據(jù)傳輸速率通過消除碼間干擾，均衡器可以提高數(shù)據(jù)傳輸速率。等化器的分類線性均衡器用于補償線性信道失真非線性均衡器用于補償非線性信道失真自適應均衡器能夠自動調(diào)整自身參數(shù)以適應信道變化最大似然序列估計1假設已知信道特性2目標找到最有可能的發(fā)送序列3方法計算所有可能序列的似然函數(shù)，選擇似然函數(shù)最大的序列自適應均衡器自動調(diào)節(jié)自適應均衡器能夠根據(jù)信道條件的變化自動調(diào)整其參數(shù)，以補償信道引入的失真。最佳性能通過實時調(diào)整，自適應均衡器可以最大限度地提高數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，降低誤碼率，提高系統(tǒng)可靠性。信道編碼信道編碼是將信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合在噪聲信道中傳輸?shù)男问?，以提高傳輸可靠?通過添加冗余信息，可以有效地檢測和糾正傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤.信道編碼技術可以提高信號的抗干擾能力，從而提高通信系統(tǒng)性能.信道編碼的作用1提高傳輸可靠性信道編碼可以將信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成更復雜的編碼數(shù)據(jù)，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，降低誤碼率。2糾正傳輸錯誤在數(shù)據(jù)傳輸過程中，由于信道噪聲或其他干擾，可能會發(fā)生錯誤，信道編碼可以幫助接收端檢測和糾正這些錯誤。3增強抗干擾能力信道編碼可以使數(shù)據(jù)更有效地抵抗干擾，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目垢蓴_能力。信道編碼方式卷積編碼卷積編碼是一種常用的信道編碼方式，它通過對輸入數(shù)據(jù)進行卷積運算，生成冗余碼字，提高傳輸?shù)目煽啃浴７纸M碼分組碼將信息數(shù)據(jù)分成若干組，并對每組數(shù)據(jù)進行編碼，生成具有糾錯能力的碼字。例如，漢明碼、BCH碼等。線性分組碼線性分組碼是一種重要的分組碼，它滿足線性代數(shù)中的線性運算性質(zhì)，便于編碼和解碼的實現(xiàn)。卷積編碼生成多項式卷積編碼使用生成多項式來生成校驗位，這