數(shù)字移動通信的相關技術

1、主要內(nèi)容一、多址技術二、調(diào)制技術三、抗噪聲和干擾技術四、分集接收技術一、 多址技術多址技術的含義所謂多址技術就是使多個用戶接入并共享同一個無線通信信道 , 以提 高頻譜利用率的技術。思路：把同一個無線信道按照時間、 或頻率等因素進行分割 , 使不同的 用戶都能夠在不同的分割段中使用這一信道 , 而又不會明顯地感覺到他人 的存在 , 就好似自己在專用這一信道一樣。占用不同的分割段就像是擁有了不同的地址 , 使用同一信道的多個用 戶就擁有了多個不同的地址。這就是多址技術，亦稱多址接入技術。如在蜂窩移動通信系統(tǒng)中 , 多個移動用戶要同時通過一個基站和其他 移動用戶進行通信 , 就必須對基站和不同的移

2、動用戶發(fā)出的信號賦予不同 的特征 , 使基站能從眾多移動用戶的信號中區(qū)分出是哪一個移動用戶發(fā)來 的信號 , 同時各個移動用戶又能夠識別出基站發(fā)出的信號中哪個是發(fā)給自 己的。三種多址方式 TDMA FDMA CDMA一頻分多址 FDMA頻分多址技術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。頻分多址技術是模擬載波通信、 微波通信、衛(wèi)星通信的根本技術 , 也 是第一代模擬移動通信的根本技術。在FDMA系統(tǒng)中，信道總頻帶被分割成假設干個間隔相等且互不相交的子 頻帶 地址, 每個子頻帶分配給一個用戶 , 每個子頻帶在同一時間只能供 給一個用戶使用 , 相鄰子頻帶之間無明顯

3、的干擾。特點：每個載波構成一個單獨的環(huán)路， 每一頻道為一個話路的模擬或數(shù)字傳輸； 連續(xù)發(fā)射；較小的帶寬；移動臺復雜度較低相比 TDMA而言，TDMA系統(tǒng)需要均衡、幀結構同步 等復雜的技術；基站是多部不同載波頻率的發(fā)射機同時工作； 對發(fā)射信號功率控制的要求不嚴格。二時分多址 TDMA時分多址技術按照時隙來劃分信道 , 即給不同的用戶分配不同的時間 段以共享同一信道。時分多址技術是數(shù)字數(shù)據(jù)通信和第二代移動通信的根本技術。在TDMA系統(tǒng)中，時間被分割成周期性的幀，每一幀再分割成假設干個時隙(地址)。無論幀或時隙都是互不重疊的。根據(jù)一定的時隙分配原那么 , 使各個移動臺在每幀內(nèi)只能按指定的時隙向 基站

4、發(fā)送信號 , 在滿足定時和同步的條件下 , 基站可以分別在各時隙中接 收到各移動臺的信號而互不混擾?；景l(fā)向多個移動臺的信號都按順序安排 , 在預定的時隙中傳輸。 各移動臺只要在指定的時隙內(nèi)接收 , 就能在合路的信號中把發(fā)給它的信 號區(qū)分出來。特點：(1) 每載頻多個環(huán)路。TDMA系統(tǒng)能夠在每一載頻上產(chǎn)生多個時隙，而 每個時隙都是一個信道 , 因而能夠進一步提高頻譜利用率 , 增加系統(tǒng)容量。(2) 傳輸速率高。 每一載頻含有時隙多 , 那么頻率間隔寬 , 傳輸速率就 高。(3) 對新技術開放。例如當因語音編碼算法的改良而降低比特速率時 , TDMA系統(tǒng)的信道很容易重新配置以接納新技術。( 4)

5、基站發(fā)送設備在單一載波上工作，時隙(信道)的動態(tài)分配只取決 于系統(tǒng)軟件。(5) 共享設備本錢低。 由于每一載頻為許多客戶提供業(yè)務 , 因此 TDMA 系統(tǒng)共享設備的每客戶平均本錢與 FDMA系統(tǒng)相比是大大降低了。(6) 不存在頻率分配問題。對時隙的管理和分配通常要比對頻率的管理與分配簡單而經(jīng)濟，所以，TDMA系統(tǒng)更容易進行時隙的動態(tài)分配。(7) 基站可以只用一臺發(fā)射機?？梢苑乐瓜馞DMA系統(tǒng)那樣因多部不同頻率的發(fā)射機同時工作而產(chǎn)生的互調(diào)干擾。同時,TDMA也具有一定的缺陷：(1) 必須有精確的定時和同步。(2) 移動臺較復雜。(3) 傳輸開銷大。(三)碼分多址(CDMA)碼分多址技術按照碼序列

6、來劃分信道，即給不同的用戶分配一個不同的 編碼序列以共享同一信道。碼分多址技術是第二代移動通信的演進技術和第三代移動通信的根本技 術。在CDMA系統(tǒng)中，每個用戶被分配給一個惟一的偽隨機碼序列 (擴頻序 列),各個用戶的碼序列相互正交，因而相關性很小，由此可以區(qū)分出不同 的用戶。與FDMA劃分頻帶和TDMA劃分時隙不同，CDM既不劃分頻帶又不劃分時 隙，而是讓每一個頻道使用所能提供的全部頻譜，因而CDMA采用的是擴頻 技術，它能夠使多個用戶在同一時間、同一載頻以不同碼序列來實現(xiàn)多路通 信。CDMA示意圖如下圖。特點：樂 頻率和時間資源均為共享；每個載波有多個信道；帶寬相對更寬；符號帶寬窄，提高了

7、定時精度，有利于定時測量和多徑信 號恢復；樂移動臺復雜度高；四三種多址技術的比擬廳CDMA技術的頻譜利用率最高，所能提供的系統(tǒng)容量最大，它代表了 多址技術的開展方向；廉其次是TDMA技術，目前技術比擬成熟，應用比擬廣泛；議FDMA技術由于頻譜利用率低，將逐漸被TDMA和CDM所取代,或者與后兩種方式結合使用，組成TDMA/FDMA CDMA/FDM方式。二、調(diào)制技術主要內(nèi)容調(diào)制的根本概念模擬調(diào)制技術簡介數(shù)字調(diào)制技術簡介數(shù)字調(diào)制技術分類一調(diào)制的有關概念調(diào)制：把要傳輸?shù)男盘栕儞Q成適合信道傳輸?shù)男盘柕倪^程。調(diào)制信號：調(diào)制器的輸入信號調(diào)制前。已調(diào)信號調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相信號：調(diào)制器的輸出信號調(diào)制后。隨調(diào)制

8、信號變化的調(diào)制方式:調(diào)幅AM：載波振幅調(diào)頻FM:載波頻率調(diào)相PM:載波相位按調(diào)制信號形式劃分:模擬調(diào)制數(shù)字調(diào)制二模擬調(diào)制簡要介紹，引出數(shù)字調(diào)制 先將微弱的緩變信號加載到高頻交流信號中去，然后利用交流放大器進 行放大， 最后再從放大器的輸出信號中取出放大了的緩變信號。三數(shù)字調(diào)制簡介移動通信信道的根本特征:1. 帶寬有限。2. 干擾和噪聲影響大。3. 存在多徑衰落。對調(diào)制的要求:1已調(diào)信號所占的帶寬要窄。2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)制技術 數(shù)字調(diào)制一般指調(diào)制信號是離散的，而載波是連續(xù)波的調(diào)制方式。 一般而言，數(shù)字調(diào)制技術可分為兩種類型:一種是利用模擬方法去實現(xiàn)數(shù)字

9、調(diào)制，也就是把數(shù)字基帶信號當作模擬 信號的特殊情況來處理； 很少使用了另一種是利用數(shù)字信號的離散取值特點鍵控載波，從而實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制 這種技術稱為鍵控法。 移動通信常用的方法數(shù)字調(diào)制就是用基帶數(shù)字信號改變高頻載波信號的某一參數(shù)來傳遞數(shù)字 信號的過程。目前在數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中，多采用線性調(diào)制和恒定包絡調(diào)制?；鶐盘?在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，其傳輸對象通常是二進制數(shù)字信息，它可能來自計 算機、網(wǎng)絡或其它數(shù)字設備的各種數(shù)字代碼。 也可能來自數(shù)字 終端的脈 沖編碼信號。設計數(shù)字傳輸系統(tǒng)的根本考慮是選擇一組有限的離散的波形來表示數(shù)字 信息。這些離散波形可以是未經(jīng)調(diào)制的不同電平信號， 也可以是調(diào)制后的信 號形式。由于

10、未經(jīng)調(diào)制的脈沖電信號所占據(jù)的頻帶通常從直流和低頻開始。因而 稱為數(shù)字基帶信號。在某些有線信道中，特別是傳輸距離不太遠的情況下，數(shù)字基帶信號可 以直接傳送，我們稱之為數(shù)字信號的基帶傳輸 。整個傳輸過程不需要調(diào)制和解調(diào)設備。大多數(shù)局域網(wǎng)LAN使用的都是基帶傳輸。和基帶相對的是 頻帶傳輸 ，又叫模擬傳輸，是指信號在 線等這樣的 普通線路上，以正弦波形式傳播的方式。 我們現(xiàn)有的 、 模擬電視信號等， 都是屬于頻帶傳輸。雖然基帶數(shù)字信號可以在傳輸距離相對較近的情況下直接傳送， 但如果 要遠距離傳輸時， 特別是在無線或光纖信道上傳輸時， 那么必須經(jīng)過調(diào)制將信 號頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。為了使數(shù)字

11、信號在有限帶寬的高頻信道中傳輸， 必須對數(shù)字信號進行載 波調(diào)制。這種調(diào)制方式稱為數(shù)字調(diào)制。(四) 數(shù)字調(diào)制技術的分類 二進制調(diào)制與多進制調(diào)制 線性調(diào)制與非線性調(diào)制 三種根本調(diào)制方式 1二進制調(diào)制與多進制調(diào)制 在數(shù)字調(diào)制中，所選擇參量可能變化狀態(tài)數(shù)應該與信息元數(shù)相對應。 數(shù)字信息有二進制和多進制之分， 因此，數(shù)字調(diào)制可分為二進制調(diào)制和 多進制調(diào)制兩種。在二進制調(diào)制中，信息參量只有兩種可能取值。在多進制調(diào)制中，信息參量可能有 M(M>2種取值。 2線性調(diào)制與非線性調(diào)制線性調(diào)制包括各種形式的調(diào)幅(ASK)和相移鍵控(PSK),它比非線性調(diào)制 使用更少的帶寬。非線性調(diào)制包括不同形式的頻移鍵控 (

12、FSK)和最小相移鍵 控(MSK)。線性調(diào)制易受因多路平直衰減引起的振幅和相位起伏的影響， 線性調(diào)制 所使用的放大器也必須是線性的， 線性放大器比非線性放大器要貴， 而且低 效。因此，線性調(diào)制的帶寬效率是以昂貴的硬件花費、 功耗和衰減為代價的。線性調(diào)制用于大多數(shù)的無線局域網(wǎng)產(chǎn)品中， 非線性調(diào)制用于大多數(shù)的蜂 窩系統(tǒng)和廣域無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)。3三種根本調(diào)制方式 為了使數(shù)字信號在有限帶寬的高頻信道中傳輸， 必須對數(shù)字信號進行載 波調(diào)制。如同傳輸模擬信號時一樣，傳輸數(shù)字信號時也有三種根本的調(diào)制方式： 幅移鍵控ASK、頻移鍵控FSK和相移鍵控PSK。它們分別對應于用載波 正弦波 的幅度、 頻率和相位來傳遞數(shù)

13、字基帶 信號。二進制幅移鍵控 2ASK 調(diào)制信號為二進制、對應載波變化只有兩種狀態(tài) 根本原理 用數(shù)字基帶信號對載波進行線性調(diào)制二進制移頻鍵控 2FSK根本原理 用載波的頻率來傳遞數(shù)字信號， 也就是用所要傳送的數(shù)字基帶信號來 控制載波的頻率。在頻移鍵控調(diào)制中， 幅度恒定不變， 其載波信號的頻率隨著兩種可能的 狀態(tài)而切換。高頻率 數(shù)字基帶信號的 1低頻率 數(shù)字基帶信號的 02FSK可以看成2個不同頻的幅度鍵控已調(diào)信號的和；2FSK=2ASK1+2ASK2二進制移相鍵控 2PSK( BPSK)根本原理載波相位隨調(diào)制信號 1 或 0 改變，一般使用相位 0 和 180 度表示 1 和 0即 2PSK多

14、進制數(shù)字調(diào)制 多進制幅度鍵控 (MASK) 多進制頻移鍵控 (MFSK) 多進制相移鍵控 (MPSK)恒包絡調(diào)制技術( const envelope modulation ) 就是不管調(diào)制信號如何改變，都保持載波的幅度恒定。屬于恒包絡調(diào)制的有頻移鍵控(FSK、最小頻移鍵控(MS)高斯最小 頻移鍵控( GMS)K。它是一種非線性調(diào)制方式?？偨Y： 在第一代蜂窩移動通信系統(tǒng)中采用的是模擬調(diào)制傳輸語音信息，但其 信令系統(tǒng)卻是數(shù)字的，采用2FSK數(shù)字調(diào)制技術。第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)，傳輸?shù)恼Z音都是經(jīng)過數(shù)字語音編碼和 信道編碼后的數(shù)字信號；GSM系統(tǒng)采用的是GMSI調(diào)制；CDMA系統(tǒng)的下行信道采用 Q

15、PSI調(diào)制，上行信道采用OQPS調(diào)制；第三代數(shù)字蜂窩移動系統(tǒng)將采用 MQA調(diào)制、平衡四相BQM擴頻調(diào) 制、復四相擴頻調(diào)制CQ雙四相擴頻調(diào)制DQM技術。三、抗噪聲和干擾技術干擾的分類 同頻道干擾互調(diào)干擾鄰道干擾 一 同頻道干擾同信道干擾、同道干擾、同頻干擾是指相同載頻電臺之間的干擾， 在電臺密集的地方， 假設頻率管理或系 統(tǒng)設計不當，就會造成同頻干擾。在蜂窩移動通信系統(tǒng)中 , 為了提高頻率利用率 , 相隔一定距離要重復 使用相同的頻道 , 這種方法稱作同頻道再用。在同頻環(huán)境中， 當有兩條或多條同頻波道在同時進行通信時， 就會帶來 同頻干擾。再用距離越近 , 同頻道干擾越大 ; 再用距離越遠 ,

16、同頻道干擾越小 , 但頻率利用率也會降低。實際情況下 , 隨著系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大 , 頻率復用度必然增加 , 從而同 頻道干擾的產(chǎn)生機率也會大大增加。在進行無線區(qū)群的頻率分配時，兩者要兼顧考慮。此外 , 在移動信道中 , 還存在著其他各種各樣的干擾信號。但凡與有用信號具有相同頻率的無用信號(如多徑傳輸形成的多徑信號) 或者與有用信號具有不同頻率，但頻差不大，能進入同一接收機通帶的無 用信號，都能產(chǎn)生同頻道干擾。構成同頻道干擾的頻率范圍為f0 士 Bi/2, f0為載波頻率,Bi為接收機 的中頻帶寬。同頻道再用距離示意圖。假設 A站和B站使用相同的頻道，移動臺 M 正在接收基站A發(fā)射的信號，由于基

17、站天線咼度大于移動臺天線咼度， 因此 當移動臺M處于小區(qū)的邊緣時，最易受到基站 B發(fā)射的同頻干擾。假設輸入到移動臺接收機的有用信號與同頻道干擾之比等于射頻防護比，Di-被干擾接收機至干擾發(fā)射機的距離Ds-發(fā)射臺有用信號的傳播距離，即小區(qū)半徑r0。以上的估算是在僅考慮一個同頻干擾源的情況下進行的。改善同頻道干擾的措施改善同頻道干擾主要采用以下幾種措施：(1) 調(diào)整基站發(fā)射機功率或天線高度，使重疊區(qū)落在人煙稀少的地區(qū) 但實際操作很難把握(2) 斜置天線波束(3) 使用定向天線。(4) 使用黑噪聲技術。(5) 采用時延均衡技術。(二) 互調(diào)干擾 互調(diào)干擾是由發(fā)射機中的非線性電路產(chǎn)生的。例如 , 當多

18、部不同頻率的發(fā)射機設置在同一地點時 , 它們的信號都可 能通過電磁耦合或其他途徑竄入其他發(fā)射機中。在發(fā)射機非線性器件的作用下 , 會產(chǎn)生許多諧波和組合頻率分量 , 其中與接收機所需信號頻率30相鄰近的組合頻率分量會順利地進入接收機而形成干擾。近年來 , 移動通信開展迅猛 , 競爭日趨劇烈 , 為提高競爭力 , 擴大覆 蓋范圍 , 必然要增加發(fā)射機數(shù)量 , 天線架設越來越密集 , 互調(diào)干擾不可避 免。三類： 發(fā)射機互調(diào)、接收機互調(diào)、外部效應引起的互調(diào)(1) 發(fā)射機互調(diào)干擾2f2-f1=f3Lp接收機f3發(fā)射機1的頻率通過空間耦合，將進入發(fā)射機2,由于發(fā)射機2的末級工作于非線性狀態(tài)，因此將產(chǎn)生三階

19、互調(diào)產(chǎn)物f3。同樣，發(fā)射機2對發(fā)射機1產(chǎn)生三階互調(diào)f4=2f1-f2減小發(fā)射機互調(diào)干擾的措施有：(1)盡量增大基站發(fā)射機之間的耦合損耗Le(2) 改善發(fā)射機非線性器件的性能，提高其線性動態(tài)范圍。(3)在共用天線系統(tǒng)中，各發(fā)射機與天線之間參加單向隔離器(如定向耦合器)天線負載3dB定向耦合器1、3端隔離2、4端分別輸出一半的功率10log1/2=3dB發(fā)射機1發(fā)射機2(2) 接收機互調(diào)干擾一般接收機的前端射頻通帶較寬。如果有兩個或多個干擾信號同時進入 高放或混頻級，通過它們自身的非線性作用，各干擾信號就會彼此作用產(chǎn)生 互調(diào)產(chǎn)物。如果互調(diào)產(chǎn)物落入接收機的頻帶內(nèi)，就會形成接收機的互調(diào)干擾。當Es(d

20、B)-EI(dB) 三S/l(dB)時，那么不會造成干擾。Es接收機有用信號電平EI-總互調(diào)產(chǎn)物干擾電平S/I-移動臺的射頻防護比1接收機f3(3) 外部效應引起的互調(diào)干擾由于發(fā)信機高頻濾波器及天線饋線等接插件的接觸不良，或發(fā)信機拉桿天線螺栓等金屬構件的銹蝕產(chǎn)生的非線性作用，而出現(xiàn)的互調(diào)現(xiàn)象。這種現(xiàn)象只要保證接插部位接觸良好，并用良好的涂料防止金屬構件銹 蝕，便可以防止。(三)鄰道干擾指相鄰的或鄰近頻道之間的相互干擾。 因此，移動通信系統(tǒng)的信道必須 有一定寬度的頻率間隔。目前，移動通信系統(tǒng)的頻道間隔是25kHz。但是，調(diào)頻信號的頻譜是很寬的，理論上說，含有無窮多個邊頻分量， 當其中某些邊頻分量

21、落入鄰道接收機的通帶內(nèi)，就會造成鄰道干擾。當鄰頻道的載波干擾比C/1小于某個特定值時，就會直接影響到 的通話質量，嚴重的就會產(chǎn)生掉話或使 用戶無法建立正常的呼叫?？朔彽栏蓴_的措施(1) 提高接收機的頻率穩(wěn)定度和準確度(2) 移動臺發(fā)射機的瞬時頻偏不超過最大允許值(如5kHz),即限制調(diào)制信號的幅度(3) 在無線接近區(qū)設置強信號吸收裝置四、分集接收技術分集技術DT(Diversity Techniques)是提高系統(tǒng)抗多徑衰落的最有效的方法。理論根底是認為不同支路的信號所受的干擾具有分散性,即各支路信號所受的干擾情況不同，因而，有可能從這些支路信號中挑選出受干擾最輕的信號或綜合出高信噪比的信號來根本思想是利用移動通信的多徑傳播特性,在接收端通過某種合并技術將多條符合要求的支路信號合并且輸出，從而大大降低多徑衰落的影響, 改善傳輸?shù)目煽啃?。對這些支路信號的根本要求是: