第十章 無線通信技術(shù)(2015)

1、第十章 無線通信技術(shù)由NordriDesign提供10.1 無線電波傳播基礎(chǔ)3無線電波傳播基礎(chǔ)具有覆蓋的特性，很容易形成面的覆蓋。利用高度的定向天線，具有定向的特性，點(diǎn)對點(diǎn)通信的傳輸媒介。接收到的無線電波是一個隨時間變化、多路徑到達(dá)的信號，即時變多徑的特性。利用各種方法來對抗無線傳輸中的多徑時變。為了避免系統(tǒng)間的互相干擾，頻率資源統(tǒng)一劃分。4天線基本知識天線方向性天線的基本功能是把從饋線輸入的能量向周圍空間輻射出去，輻射的無線電波強(qiáng)度隨空間方位不同而不同，根據(jù)天線輻射強(qiáng)度的空間分布特點(diǎn)可分為無方向性、全向天線和定向天線。無方向性天線是指在三維空間不同方位均勻輻射的天線。全向天線指在水平方向上3

2、60度均勻輻射，而在垂直方向上非均勻輻射。定向天線泛指只在一定空間角度范圍內(nèi)具有強(qiáng)輻射的天線。全向傳播（Omnidirectional）信號沿所有方向傳播可被所有的天線接收發(fā)射設(shè)備和接收設(shè)備不必在物理上對準(zhǔn)定向傳播（directional）天線把所有的能量集中于一小束電磁波5天線基本知識天線增益在天線最大輻射方向，相同距離條件處，為產(chǎn)生相同電波強(qiáng)度，理想點(diǎn)源天線輻射所需功率與給定天線輻射所需功率比值，通常以dBi表示。波瓣寬度輻射強(qiáng)度最大的瓣稱為主瓣，在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強(qiáng)度降低3dB的兩點(diǎn)間的夾角定義為波瓣寬度。主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。天線的極化天線輻射時形成的電場強(qiáng)度方向。當(dāng)

3、電場強(qiáng)度方向垂直于地面時，稱為垂直極化波；當(dāng)場強(qiáng)方向平行于地面時，稱為水平極化波。水平極化傳播的信號受大地阻抗影響使電場信號迅速衰減，垂直極化傳播方式能避免能量的大幅衰減，故應(yīng)用廣泛。6電波的自由空間傳播自由空間指理想的電磁波傳播環(huán)境。自由空間傳播損耗的實(shí)質(zhì)是能量因電波擴(kuò)散而損失，其基本特點(diǎn)是接收電平與距離的平方成反比，與頻率的平方成反比。自由空間傳播損耗Ls可定義為以dB計，得理想情況下，無線信號在從發(fā)射器到接收器間的一條直線上傳播，稱為“視線”（line of sight, LOS）實(shí)際情況下，由于傳輸障礙物等傳輸環(huán)境的影響，無線信號的傳播將發(fā)生如下三種現(xiàn)象：反射、衍射和散射。其中物體的幾

4、何形狀決定了將產(chǎn)生哪種現(xiàn)象。2244cdfdPPLrts )(lg20)(lg204.92)(GHzfkmddBLs7反射（reflection）反射：當(dāng)信號遇到表面大于信號波長的障礙物（地球表面、高建筑物、大型墻面）導(dǎo)致信號的相位發(fā)生漂移。8衍射（Diffraction）衍射：當(dāng)信號遇到大于波長的不可穿透物的邊緣（如無線電波中途遇到的尖銳不規(guī)則的邊緣物），即使沒有來自發(fā)送器的視線信號，也可接收到信號。9散射（Scattering）散射：當(dāng)信號遇到波長更小的物體（樹葉、街牌、燈柱）就發(fā)散成幾個弱的出境信號。散射還與障礙物表面的粗糙度有關(guān)，表面越粗糙，越容易引起散射。例如，在戶外，樹木和路標(biāo)都會

5、導(dǎo)致移動電話信號的散射；在室內(nèi)，椅子、書籍和計算機(jī)都會導(dǎo)致無線信號的散射。10大氣折射與等效地球半徑在實(shí)際移動信道中，電波在低層大氣中傳播。低層大氣并不是均勻介質(zhì)，它的溫度、濕度、氣壓均隨時間和空間而變化，因此會產(chǎn)生折射及吸收現(xiàn)象。大氣不均勻?qū)е码姴◤澢?，似乎是地球的曲率發(fā)生了變化。折射定律：電波傳播速度V與大氣折射率n成反比地球等效半徑，標(biāo)準(zhǔn)大氣折射情況下，地球等效半徑為8500km（實(shí)際半徑R=6400km）ncv/rndhdnRRRke001111天線天線天線天線無線發(fā)無線發(fā)無線收無線收直射直射反射反射散射散射繞射及透射繞射及透射地面地面散射體散射體移動移動障礙物障礙物干擾干擾熱噪聲熱噪

6、聲 無線信道的物理過程12電波的多徑傳播和衰落電波在傳播中，可能受到長期慢衰落和短期快衰落的影響長期慢衰落：場強(qiáng)特性曲線的中值呈慢速變化。由傳播路徑上的固定障礙物的陰影引起，也稱為陰影衰落或大尺度衰落。衰落速率與工作頻率無關(guān)，只與周圍地形、地物的分布、高度和物體的移動速度有關(guān)。短期快衰落場強(qiáng)特性曲線的瞬時值呈快速變化。接收信號是發(fā)送信號經(jīng)過多種傳播途徑的疊加信號，具有快速時變特性，也稱為小尺度衰落。13空間傳播損耗Path loss多徑效應(yīng)：由移動體周圍的反射、散射等引起的多徑傳播，表現(xiàn)為快衰落。陰影效應(yīng)：由地形結(jié)構(gòu)引起，表現(xiàn)為慢衰落。多普勒效應(yīng)：由移動體的運(yùn)動速度和方向引起，多徑條件下，會引

7、起多普勒頻譜展寬。移動通信環(huán)境下的幾個效應(yīng)14多徑時散與相關(guān)帶寬多徑時散：多徑效應(yīng)在時域上將造成數(shù)字信號波形的展寬。假設(shè)基站發(fā)射一個極短的脈沖信號， 經(jīng)過多徑信道后，移動臺接收信號呈現(xiàn)為一串脈沖，結(jié)果使脈沖寬度被展寬了，這種因多徑傳播造成信號時間擴(kuò)散的現(xiàn)象，稱為多徑時散。15時變多徑信道響應(yīng)多徑性質(zhì)是隨時間而變化的。如果進(jìn)行多次發(fā)送脈沖試驗(yàn)，則接收到的脈沖序列是變化的，包括脈沖數(shù)目N的變化、脈沖大小的變化及脈沖延時差的變化。16相關(guān)帶寬從頻域觀點(diǎn)而言，多徑時散現(xiàn)象將導(dǎo)致頻率選擇性衰落，即信道對不同頻率成分有不同的響應(yīng)。 若信號帶寬過大，就會引起嚴(yán)重的失真。 17慢衰落與快衰落的比較快衰落產(chǎn)生的

8、原因：多徑效應(yīng)多普勒效應(yīng)慢衰落產(chǎn)生的原因：陰影效應(yīng)大氣折射（大氣介電常數(shù)變化，時變）慢衰落相對于快衰落而言是宏觀變化，快衰落是微觀變化。慢衰落的衰落速率與頻率無關(guān)，而主要取決于傳播環(huán)境，快衰落衰落速率與頻率有關(guān)。10.2 無線通信技術(shù)19目錄調(diào)制技術(shù)抗衰落及抗干擾技術(shù)分集技術(shù)信道編碼和交織技術(shù)跳頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)多載波和OFDM技術(shù)多天線和空時編碼技術(shù)多址技術(shù)20調(diào)制的意義調(diào)制就是對信號源的編碼信息進(jìn)行處理，使其變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)男问降倪^程。調(diào)制可以實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，例如頻分復(fù)用（FDMA）。調(diào)制可以降低干擾對信號傳輸?shù)挠绊?，如擴(kuò)頻調(diào)制。信號不調(diào)制進(jìn)行發(fā)射天線太長，無法架設(shè)。無線信道中傳輸信號時，利

9、用電磁場在空間的傳播，需要天線發(fā)射和接收電磁波。天線的尺寸和波長相比擬，如采用 /4天線，對于3kHz的聲音信號，天線尺寸為25km，這是無法實(shí)現(xiàn)的，如果調(diào)制在900MHz上，天線僅需8cm，易于實(shí)現(xiàn)。模擬調(diào)制指利用輸入的模擬信號直接調(diào)制(或改變)載波(正弦波)的振幅、頻率或相位， 從而得到調(diào)幅(AM)、調(diào)頻(FM)或調(diào)相(PM)信號。 數(shù)字調(diào)制指利用數(shù)字信號來控制載波的振幅、頻率或相位。常用的數(shù)字調(diào)制有： 移頻鍵控(FSK)和移相鍵控(PSK)等。21調(diào)制的表現(xiàn)形式時域特性：指的是信號的強(qiáng)度隨著時間的變化特性。這些信號最后都轉(zhuǎn)換為隨著時間而隨機(jī)變化的電壓或電流。例如通信中要處理的各種信號：語

10、音、數(shù)據(jù)、圖像和視頻等。調(diào)制在時域上是用一個低頻信號對一高頻信號某一特征參量進(jìn)行的控制。低頻信號稱為調(diào)制信號，高頻信號稱為載波，而調(diào)制出來的信號稱為已調(diào)制波。調(diào)制的過程在時域就是使載波的某一特征參量隨調(diào)制信號的變化而變化的過程。頻域特性：描述信號的另一種表示方法，描述的是信號包含哪些不同頻率分量。調(diào)制過程在頻域上是一個移頻的過程。22普通調(diào)幅23調(diào)頻波的波形24目錄調(diào)制技術(shù)抗衰落及抗干擾技術(shù)分集技術(shù)信道編碼和交織技術(shù)跳頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)多載波和OFDM技術(shù)多天線和空時編碼技術(shù)多址技術(shù)25分集技術(shù)衰落是影響通信的主要因素，分集接收是抗衰落的一種有效措施：快衰落的深度可達(dá)3040dB，利用加大發(fā)射功率

11、來克服這種深衰落是不現(xiàn)實(shí)的，而且會造成對其他電臺的干擾。分集技術(shù)是用來補(bǔ)償信道衰落影響的，通常要通過兩個或更多的接收支路來實(shí)現(xiàn)。 接收端對它收到的多個衰落特性互相獨(dú)立（攜帶同一信息）的信號進(jìn)行特定的處理，以降低信號電平起伏。 在任一瞬間，兩個非相關(guān)的衰落信號同時處于深度衰落的概率是極小的。分集有兩重含義： 一是分散傳輸，使接收端能獲得多個統(tǒng)計獨(dú)立的、攜帶同一信息的衰落信號。 二是集中處理，即接收機(jī)把收到的多個統(tǒng)計獨(dú)立的衰落信號進(jìn)行合并(包括選擇與組合)以降低衰落的影響。26分集接收的原理圖中，A與B代表兩個同一來源的獨(dú)立衰落信號。如果在任意時刻，接收機(jī)選用其中幅度大的一個信號，則可得到合成信號

12、如圖中C所示。由于在任一瞬間，兩個非相關(guān)的衰落信號同時處于深度衰落的概率是極小的，因此合成信號C的衰落程度會明顯減小。不過，這里所說的“非相關(guān)”條件是必不可少的，倘若兩個衰落信號同步起伏， 那么這種分集方法就不會有任何效果。27合并方式接收端收到M（M2）個分集信號后，如何利用這些信號以減小衰落的影響，這就是合并問題。 一般均使用線性合并器，把輸入的M個獨(dú)立衰落信號相加后合并輸出。假設(shè)M個輸入信號電壓為r1(t)，r2(t), ，rM(t)，則合并器輸出電壓r(t)為式中， ak為第k個信號的加權(quán)系數(shù)。 選擇不同的加權(quán)系數(shù)， 就可構(gòu)成不同的合并方式，常用的有三種方式。MkkkMMtratrat

13、ratratr12211)()()()()(28合并方式：選擇式合并選擇式合并是指檢測所有分集支路的信號， 以選擇其中信噪比最高的那一個支路的信號作為合并器的輸出。由上式可見， 在選擇式合并器中，加權(quán)系數(shù)只有一項(xiàng)為1， 其余均為0。29合并方式：最大比值合并最大比值合并是一種最佳合并方式。每一支路的加權(quán)系數(shù)ak與信號包絡(luò)rk成正比而與噪聲功率Nk成反比由此可得最大比值合并器輸出的信號包絡(luò)為 kkkNra MkkkMkkkkNrrar12130合并方式：等增益合并等增益合并無需對信號加權(quán)，各支路的信號是等增益相加的。 等增益合并方式實(shí)現(xiàn)比較簡單，其性能接近于最大比值合并，等增益合并器輸出的信號包

14、絡(luò)為MkkErr131分集技術(shù)分類根據(jù)信號的傳輸方式：顯分集最通用的是空間分集：幾個天線被分隔開來，連到一個公共的接收系統(tǒng)中。隱分集：分集作用隱藏于傳輸信號之中，在接收端利用信號處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)分集。只需一副天線接收信號，在數(shù)字移動通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)分集的目的：宏分集：主要用于蜂窩通信系統(tǒng)中， 也稱為“多基站”分集。 一種減小慢衰落影響的分集技術(shù)。 把多個基站設(shè)置在不同的地理位置上（如蜂窩小區(qū)的對角上）和在不同方向上，同時和小區(qū)內(nèi)的一個移動臺進(jìn)行通信（可以選用其中信號最好的一個基站進(jìn)行通信）。 微分集：減小快衰落影響的分集技術(shù)，在各種無線通信系統(tǒng)中都經(jīng)常使用。理論和實(shí)踐都表明，在空間、

15、頻率、極化、場分量、角度及時間等方面分離的無線信號， 都呈現(xiàn)互相獨(dú)立的衰落特性。無線通信系統(tǒng)中很多采用兩個接收天線達(dá)到空間分集的效果；采用編碼加交織方式實(shí)現(xiàn)時間隱分集；在無線數(shù)據(jù)傳輸中，采用多種自動重傳技術(shù)實(shí)現(xiàn)時間分集；采用跳頻擴(kuò)頻或直接序列擴(kuò)頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)頻率隱分集。32目錄調(diào)制技術(shù)抗衰落及抗干擾技術(shù)分集技術(shù)信道編碼和交織技術(shù)跳頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)多載波和OFDM技術(shù)多天線和空時編碼技術(shù)多址技術(shù)33糾錯編碼的基本原理首先用一個例子說明糾錯編碼的基本原理。 現(xiàn)在我們考察由 3 位二進(jìn)制數(shù)字構(gòu)成的碼組，它共有 23=8 種不同的可能組合，若將其全部用來表示天氣， 則可以表示 8 種不同的天氣情況，如： 0

16、00(晴)， 001(云)， 010(陰)，011(雨)， 100(雪)，101(霜)， 110(霧)，111(雹) 其中任一碼組在傳輸中若發(fā)生一個或多個錯碼，則將變成另一信息碼組，這時， 接收端將無法發(fā)現(xiàn)錯誤。若在上述 8 種碼組中只準(zhǔn)許使用 4 種來傳送消息， 譬如000 = 晴011 = 云101 = 陰110 = 雨雖然只能傳送4種不同的天氣，但是接收端卻有可能發(fā)現(xiàn)碼組中的一個錯碼。34信道編碼：分組編碼信道編碼是通過在發(fā)送信息時加入冗余的數(shù)據(jù)位來改善通信鏈路的性能的。一般分組碼用符號（N, k）表示，其中k是每組二進(jìn)制信息碼元的數(shù)目，N是編碼組的總位數(shù)，又稱為碼組的長度（碼長）。 N

17、-k=r為每碼組中的監(jiān)督碼元數(shù)目，或稱為監(jiān)督位數(shù)目。 前面 k 位（aN-1ar）為信息位， 后面附加r個監(jiān)督位（ar-1a0）。35交織編碼目的：主要用來糾正突發(fā)差錯。把一個由衰落造成的較長的突發(fā)差錯離散成隨機(jī)差錯，再用糾正隨機(jī)差錯的編碼技術(shù)消除隨機(jī)差錯。交織編碼通常與各種糾正隨機(jī)差錯的編碼（如卷積碼或其它分組碼）結(jié)合使用，從而具有較強(qiáng)的既能糾正隨機(jī)差錯又能糾正突發(fā)差錯的能力。 交織編碼不像分組碼那樣，它不增加監(jiān)督元，亦即交織編碼前后，碼速率不變，因此不影響有效性。 在移動信道中，數(shù)字信號傳輸常出現(xiàn)成串的突發(fā)差錯，因此，數(shù)字化移動通信中經(jīng)常使用交織編碼技術(shù)。36交織編碼一般在交織之前，先進(jìn)行

18、分組碼編碼，例如采用（7，3）分組碼，其中信息位為 3 比特，監(jiān)督位為 4 比特，每個碼字為 7 比特。將每個碼字按圖 4 - 18 所示的順序先存入存儲器， 即將碼字順序存入第 1 行，第 2 行， ， 第 m 行(圖中為第 1 排， 第 2 排， ， 第 m 排)， 共排成m行。然后按列順序讀出并輸出。存入順序第1排C11C12C13C14C15C16C17第2排C21C22C23C24C25C26C27第3排C31C32C33C34C35C36C37第 m排Cm1Cm2Cm3Cm4Cm5Cm6Cm7讀出順序37目錄調(diào)制技術(shù)抗衰落及抗干擾技術(shù)分集技術(shù)信道編碼和交織技術(shù)跳頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)多載波

19、和OFDM技術(shù)多天線和空時編碼技術(shù)多址技術(shù)38跳頻技術(shù)利用偽碼隨機(jī)設(shè)定頻率合成器時，發(fā)射機(jī)的振蕩頻率在很寬的頻率范圍內(nèi)不斷的改變，從而使射頻載波亦在一個很寬的范圍內(nèi)變化。簡單的頻移鍵控如2FSK， 只有兩個頻率， 分別代表傳號和空號。 而跳頻系統(tǒng)則有幾個、 幾十個甚至上千個頻率，由所傳信息與擴(kuò)頻碼的組合去進(jìn)行選擇控制， 不斷跳變。39目錄調(diào)制技術(shù)抗衰落及抗干擾技術(shù)分集技術(shù)信道編碼和交織技術(shù)跳頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)多載波和OFDM技術(shù)多天線和空時編碼技術(shù)多址技術(shù)40擴(kuò)頻原理基帶信號是欲傳輸?shù)男盘?，通過速率很高的編碼序列進(jìn)行調(diào)制將其頻譜展寬，這個過程稱作擴(kuò)頻。展寬以后的信號再對載頻進(jìn)行調(diào)制(如PSK或QP

20、SK、OQPSK等)，通過射頻功率放大送到天線上發(fā)射出去。在收端，從接收天線上收到的寬帶射頻信號， 經(jīng)過輸入電路、高頻放大器后送入變頻器，下變頻至中頻，然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端完全相同的擴(kuò)頻碼序列去解擴(kuò)，最后經(jīng)信息解調(diào)，恢復(fù)成原始信息輸出。擴(kuò)頻和調(diào)頻都可以抗多徑、抗干擾、抗衰落。41目錄調(diào)制技術(shù)抗衰落及抗干擾技術(shù)分集技術(shù)信道編碼和交織技術(shù)跳頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)多載波和OFDM技術(shù)多天線和空時編碼技術(shù)多址技術(shù)42多載波傳輸系統(tǒng)多載波傳輸首先把一個高速的數(shù)據(jù)流分解為若干個低速的子數(shù)據(jù)流（這樣每個子數(shù)據(jù)流將具有低得多的比特速率）。傳統(tǒng)多載波技術(shù)采用頻分復(fù)用方式，將高速信息利用多個獨(dú)立的載波傳輸，不同載波信號

21、間保留一定的間隔防止干擾，降低了全部的頻譜利用率。在單載波系統(tǒng)中，一次衰落或者干擾就可以導(dǎo)致整個傳輸鏈路失效，但是在多載波系統(tǒng)中，某一時刻只會有少部分的子信道會受到深衰落或干擾的影響，因此多載波系統(tǒng)具有較高的傳輸能力以及抗衰落和干擾能力。43目錄調(diào)制技術(shù)抗衰落及抗干擾技術(shù)分集技術(shù)信道編碼和交織技術(shù)擴(kuò)頻/跳頻技術(shù)多載波和OFDM技術(shù)多天線和空時編碼技術(shù)多址技術(shù)44多天線與空時編碼技術(shù)多天線技術(shù)可分為兩大類：利用接收天線估計無線電信號的來波方位角，發(fā)展成為現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)。利用多天線提高無線通信中的鏈路性能，對抗信道衰落。根據(jù)發(fā)送和接收天線的數(shù)目，可分為：多發(fā)單收MISO單發(fā)多收SIMO多發(fā)多收MIM

22、O45多發(fā)多收MIMO可以獲得天線陣的增益、分集增益和多路復(fù)用增益。多路復(fù)用增益和分集增益是折中關(guān)系。各天線的發(fā)送信號可以是多路不同的信號，通過MIMO接收機(jī)分開多路信號。成倍提高信號傳輸速率。聯(lián)合信號的空間和時間設(shè)計，以獲得多天線系統(tǒng)的分集增益和多路復(fù)用增益。按照編碼方式的不同分為兩大類：空時分組碼（STBC）和空時格形碼（STTC）。46空時分組碼（STBC）兩根發(fā)射天線，一組編碼取兩個符號，傳輸一組編碼需要兩個周期。這種方法既在空間域進(jìn)行編碼，又在時間域進(jìn)行了編碼，且天線1，2上的發(fā)射序列為：編碼矩陣具有如下特性，每個發(fā)射信號都可以獲得二重分集增益。信息源調(diào)制器12x x*1212*21

23、xxx xxx1*121,XTXxx2*212,XTXx x222212122221200HxxX XxxIxx47空時格形碼（STTC）空時分組碼提供分集增益，不提供編碼增益。空時網(wǎng)格碼是一種將差錯控制編碼、調(diào)制、發(fā)射和接收分集聯(lián)合在一起的設(shè)計。1tc2tc110,10,2,gg111,11,2,gg11,1,2,vvgg22,1,2,wwgg221,11,2,gg220,10,2,gg12,ttx x48目錄調(diào)制技術(shù)抗衰落及抗干擾技術(shù)分集技術(shù)信道編碼和交織技術(shù)跳頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)多載波和OFDM技術(shù)多天線和空時編碼技術(shù)多址技術(shù)49頻分多址FDMA50時分多址TDMA51碼分多址CDMA52空分

24、多址SDMA采用天線的波束成形技術(shù)，使不同的波束對準(zhǔn)不同的用戶，達(dá)到多用戶共享頻率資源、時間資源和碼資源。53隨機(jī)接入多址技術(shù)每個用戶可以隨機(jī)接入無線信道發(fā)送信息，如果發(fā)現(xiàn)碰撞，則采用相應(yīng)的退避算法重發(fā)，直到發(fā)送成功。具有非實(shí)時、分組、突發(fā)等特點(diǎn)。10.3.11 移動通信新技術(shù)55無線協(xié)同通信協(xié)同通信技術(shù)主要是為了解決如何利用多個單天線用戶進(jìn)行相互的配合實(shí)現(xiàn)多天線發(fā)射帶來的性能增益。中繼系統(tǒng)中的中繼節(jié)點(diǎn)只有單一的中繼功能，協(xié)同通信中，兩個移動臺既是信源，也同時是對方的中繼，兩者平等、相互配合。協(xié)同通信的前提條件：相互協(xié)同的用戶或終端自身無法支持多天線。相互協(xié)同的用戶或終端到接收機(jī)的信道衰落特性

25、應(yīng)該盡量獨(dú)立，彼此之間可以相互通信。無線協(xié)同通信在多用戶通信環(huán)境中，使用單副天線的各臨近移動用戶可按照一定方式共享彼此的天線協(xié)同發(fā)送，從而產(chǎn)生一種類似多天線發(fā)送的虛擬環(huán)境，獲得空間分集增益，提高系統(tǒng)的傳輸性能。在不增加天線數(shù)量的基礎(chǔ)上，可在傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)并獲得多天線與多跳傳輸?shù)男阅茉鲆?。?yīng)用于衰落信道中，主要目的是抗多徑衰落。56協(xié)同通信原理和分類協(xié)同分集：借助于協(xié)同伙伴的天線，與其自身天線共同構(gòu)成發(fā)射天線，并通過模仿傳統(tǒng)的多發(fā)射天線分集來獲得空間分集增益。優(yōu)點(diǎn)：如果在某個時段用戶沒有信息要發(fā)送，那么在沒有協(xié)同時，其資源只能空置，而協(xié)同時分集則可以實(shí)現(xiàn)用戶資源的充分利用。三種協(xié)同方式：放大

26、轉(zhuǎn)發(fā)、解碼轉(zhuǎn)發(fā)、編碼協(xié)同。缺點(diǎn)：在用戶資源沒有空置時，用戶既要傳送自己的信息，又要傳送其協(xié)同伙伴的信息，會犧牲一部分自己的資源。用戶也通過協(xié)同分集利用了其協(xié)同伙伴的空域資源。結(jié)論：只要合理地設(shè)計協(xié)作方案，完全可以做到協(xié)作分集帶來的增益大于其所付出的代價。綜合來講，協(xié)作分析可以更有效地利用整個網(wǎng)絡(luò)的資源，使網(wǎng)絡(luò)性能更穩(wěn)定。57網(wǎng)絡(luò)編碼的概念網(wǎng)絡(luò)編碼是指網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)不僅具有存儲、轉(zhuǎn)發(fā)與路由功能，同時還具有將接受到的多個信息流進(jìn)行編碼的功能，從而提高傳輸能力的技術(shù)。融合了路由和編碼的信息交換技術(shù)，核心思想是在網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點(diǎn)上對各條信道上收到的信息進(jìn)行線性或者非線性的處理，然后轉(zhuǎn)發(fā)給下游節(jié)點(diǎn)，中間節(jié)

27、點(diǎn)扮演著編碼器或信號處理器的角色。網(wǎng)絡(luò)編碼的特點(diǎn)：增加網(wǎng)絡(luò)流量。提高網(wǎng)絡(luò)健壯性。但帶來時延以及復(fù)雜度的提高。58網(wǎng)絡(luò)編碼的基本原理如果采用傳統(tǒng)傳輸方法，C=1.5采用網(wǎng)絡(luò)編碼后，達(dá)到速率C=259認(rèn)知無線電新的無線通信系統(tǒng)的不斷涌現(xiàn)，使得無線頻譜日益擁擠，無線頻譜資源已成為制約未來無線通信發(fā)展的主要瓶頸?，F(xiàn)有的無線通信系統(tǒng)采用的都是靜態(tài)頻譜分配方案，有些已被分配的頻譜資源并未得到充分利用。FCC于2003年底的調(diào)查指出已分配的頻段利用率在15%85%不等，某些頻段如移動手機(jī)網(wǎng)絡(luò)的頻段是超負(fù)荷的，但有些無線電頻段并沒有得到充分使用。動態(tài)共享頻譜的形式：不授權(quán)頻段多系統(tǒng)共享。授權(quán)頻段系統(tǒng)允許其他系

28、統(tǒng)共享。其他共享方式：各授權(quán)頻段系統(tǒng)聯(lián)合共享、授權(quán)頻段系統(tǒng)內(nèi)頻譜共享。為避免對現(xiàn)有無線通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，影響其使用，動態(tài)頻譜共享方式需要智能的無線電管理系統(tǒng)。Joseph Mitola博士于1999年提出通過構(gòu)造具有認(rèn)知能力的無線電系統(tǒng)即認(rèn)知無線電。認(rèn)知無線電的功能：感知認(rèn)知行為頻譜感知終端重配置資源管理頻譜共享策略10.4 數(shù)字微波通信系統(tǒng)61現(xiàn)代通信網(wǎng)中的傳輸手段62微波通信發(fā)展的歷程6364數(shù)字微波通信的基本概念微波是指頻率為0.3Hz300GHz的電磁波。 微波通信是把微波信號作為載波信號，用被傳輸?shù)哪M信號或數(shù)字信號來調(diào)制它。 微波通信使用的頻率范圍通常是3GHz30GHz。數(shù)字微波

29、通信是指利用微波頻段的電磁波傳輸數(shù)字信息的一種通信方式。由于微波頻率高、波長短、具有“似光性”，所以傳輸都是按直線進(jìn)行。微波的視距傳輸距離取決于發(fā)射天線和接收天線的高度。實(shí)際上，由于地球表面大氣層對微波的折射影響，大約可使傳播距離增加15左右。一般情況下，實(shí)際傳輸距離可達(dá)50km左右。65中繼通信實(shí)際需要的傳輸距離遠(yuǎn)大于50km，必須在收發(fā)站之間設(shè)立相互距離小于視距的多個中繼站。隨著傳輸距離的加大，所需中繼站數(shù)目將增加，而信號每一次中繼轉(zhuǎn)發(fā)都不可避免地增加失真和噪聲，因此，傳輸距離越遠(yuǎn)，通信質(zhì)量越差。為確保通信質(zhì)量，每隔一定數(shù)量的中繼站就應(yīng)設(shè)立一個可對信號進(jìn)行消除失真和噪聲的再生站，對傳輸?shù)男?/p>

30、號進(jìn)行“還原”。模擬信號沒有這種“還原能力”，只有數(shù)字信號才可以“再生”，所以，遠(yuǎn)距離的微波中繼傳輸一般都采用數(shù)字通信的方式。6667數(shù)字微波線路數(shù)字微波線路是由兩端的終端站、若干中繼站和電波傳輸空間構(gòu)成。中繼站根據(jù)對信號處理方式不同又分為中間站和再生中繼站。在兩條及兩條以上微波線路交叉點(diǎn)上的微波站又稱為樞紐站。用于溝通干線上不同方向之間的通信。68中繼方式直接中繼（射頻轉(zhuǎn)接）將收到的射頻信號直接轉(zhuǎn)移到其他射頻上，信號傳輸失真小，適于不須上下話路的無人值守中繼站。外差中繼（中頻轉(zhuǎn)接）將射頻信號進(jìn)行中頻解調(diào)，在中頻進(jìn)行放大，然后經(jīng)過上變頻調(diào)制到微波頻率，發(fā)送到下一站?；鶐е欣^（再生中繼）需要上下

31、變頻、調(diào)制解調(diào)電路，可以上下話路，可消除積累的噪聲，傳輸質(zhì)量好，為主要中繼方式。69微波站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)70微波站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微波收信機(jī)微波發(fā)信機(jī)71數(shù)字微波的波道及其射頻頻率配置為了增加微波線路的通信容量，在微波站上一般都有若干套微波收發(fā)信機(jī)同時工作，每一套微波收發(fā)信機(jī)占有一個工作頻率，構(gòu)成一條通道，稱為一個波道。為了減小波道間的相互干擾，提高微波射頻頻帶利用率，合理選擇和配置射頻頻率則是一個非常重要的問題。在一個中間中繼站，一個單向波道的收信和發(fā)信必須使用不同頻率，而且應(yīng)該有足夠大的頻率間隔以避免發(fā)送信號被本站的收信機(jī)收到，從而干擾正常的接收信號。在多波道同時工作時，相鄰波道的頻率之間必須有足夠的頻

32、率間隔以防止相互發(fā)生干擾。整個頻譜的安排必須緊湊，使給定的頻段能得到經(jīng)濟(jì)的利用。72單波道頻率配置二頻制：一個波道的收發(fā)只使用兩個不同的頻率。優(yōu)點(diǎn)：占用頻帶窄、頻譜利用率高。缺點(diǎn)：存在反向干擾、越站干擾。四頻制：每個中繼站方向收發(fā)使用四個不同的頻率，間隔一站的頻率又重復(fù)使用。優(yōu)點(diǎn)：不存在反向干擾。缺點(diǎn)：存在越站干擾，占用頻帶寬。越站干擾的解決辦法：盡量走之字路線建站。73多個波道的頻率配置兩種排列方式：收發(fā)頻率相間排列；收發(fā)頻率集中排列。74射頻波道的頻率再用頻率再用是指在相同和相近的波道頻率位置，借助于不同的極化方式來增加射頻波道安排數(shù)量的一種方式。75微波通信中的備份與切換微波通信中備份方

33、式有兩種：設(shè)備備份波道備份一般情況下主用和備用波道都同時在工作，傳輸?shù)氖峭粋€信號，接收端只接收主用波道傳來的信號，當(dāng)主用波道出現(xiàn)問題時，才切換到備用設(shè)備。數(shù)字微波作為一種無線傳輸方式，其靈活性、抗災(zāi)性和移動性方面具有光纖傳輸無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，其發(fā)展機(jī)遇可歸納如下：用于專網(wǎng)或作專網(wǎng)光纖傳輸?shù)膫浞菁把a(bǔ)充。其他微波通信方式：點(diǎn)對多點(diǎn)微波通信系統(tǒng)、應(yīng)急微波通信。10.5 衛(wèi)星通信系統(tǒng)77衛(wèi)星地面站78衛(wèi)星通信在通信網(wǎng)中的位置79衛(wèi)星通信特點(diǎn)通信距離遠(yuǎn)，通信成本與距離無關(guān)。采用靜止衛(wèi)星，只要三顆就可以基本實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。以廣播方式工作，便于實(shí)現(xiàn)多址聯(lián)接。只要同時具有收發(fā)信機(jī)，就可以在幾個地球站之間建立通信

34、聯(lián)接，提供了靈活的組網(wǎng)方式。通信容量大，傳送的業(yè)務(wù)種類多。需要采用先進(jìn)的空間電子技術(shù)。采用高增益的天線、大功率發(fā)射機(jī)、低噪聲接收設(shè)備和高靈敏度調(diào)制解調(diào)器等。需要解決信號傳播時延帶來的影響。需要解決衛(wèi)星的姿態(tài)控制問題。80系統(tǒng)組成控制與管理系統(tǒng)對衛(wèi)星跟蹤測量，控制其準(zhǔn)確進(jìn)入軌道。星上系統(tǒng)主體是通信裝置，包括轉(zhuǎn)發(fā)器和天線。地球站衛(wèi)星系統(tǒng)的地面部分，用戶通過它們接入衛(wèi)星線路。81多址技術(shù)82同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)是利用定位在地球同步軌道上的靜止衛(wèi)星進(jìn)行通信的系統(tǒng)，原則上只要三顆靜止衛(wèi)星就可以基本覆蓋地球。 所謂靜止衛(wèi)星就是指發(fā)射到赤道上空35800km附近圓形軌道上的衛(wèi)星，其運(yùn)動方向與地球

35、自轉(zhuǎn)方向一致，并且繞地球一周的時間恰好為24h，與地球自轉(zhuǎn)周期相同，因而從地球看過去，如同靜止一般，固而稱為靜止衛(wèi)星。83世界衛(wèi)星通信系統(tǒng)目前，由國際通信衛(wèi)星組織（INTELSAT）負(fù)責(zé)建立的世界衛(wèi)星通信系統(tǒng)就是利用靜止衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)全球通信的。該全球通信網(wǎng)擔(dān)負(fù)盛大約80的國際通信業(yè)務(wù)和全部國際電視轉(zhuǎn)播業(yè)務(wù)。84衛(wèi)星電視廣播85移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)是指利用衛(wèi)星轉(zhuǎn)接移動用戶間或移動用戶與固定用戶間的相互通信。陸地移動通信系統(tǒng)并沒有覆蓋全球的的所有陸地部分，為了實(shí)現(xiàn)全球個人通信的目標(biāo)，必須借助衛(wèi)星通信系統(tǒng)的全球覆蓋特點(diǎn)。未來的全球個人通信系統(tǒng)將是地面陸地移動通信系統(tǒng)、衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)與地面公共通信網(wǎng)的結(jié)合。衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的分類按業(yè)務(wù)劃分：海事衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)；航空衛(wèi)星