第二講系統(tǒng)組成與技術規(guī)范

無線通信系統(tǒng)組成及技術規(guī)范

系統(tǒng)組成

性能指標

技術體制

技術規(guī)范系統(tǒng)組成——框圖

發(fā)基帶單元發(fā)中頻單元發(fā)射頻單元發(fā)天線單元收基帶單元收中頻單元收射頻單元收天線單元無線傳播信道系統(tǒng)組成——基帶單元框圖

發(fā)端接口處理發(fā)端信道處理發(fā)端調制映射發(fā)端基帶濾波收端接口處理收端信道處理收端解調映射收端基帶濾波比特流及時鐘輸入比特流及時鐘輸出復接、分接擾碼、去擾糾錯、交織均衡、去干擾擴頻映射二進/多進映射基帶成形匹配濾波基帶復矢量信號輸出基帶復矢量信號輸入系統(tǒng)組成——中頻單元框圖

復數調制器中頻放大濾波復數解調器中頻信道處理AGC中頻放大收端中頻濾波發(fā)送中頻信號輸出接收中頻信號輸入基帶復矢量信號輸入基帶復矢量信號輸出發(fā)端中頻本振載波時鐘同步系統(tǒng)組成——射頻單元框圖

上變頻器射頻功率放大下變頻器射頻信道處理射頻前置放大收端射頻濾波發(fā)送射頻信號輸出接收射頻信號輸入接收中頻信號輸出發(fā)端射頻本振收端射頻本振發(fā)送中頻信號輸入發(fā)端射頻濾波頻率控制系統(tǒng)組成——天線單元框圖發(fā)送射頻信號輸入接收射頻信號輸出天線收發(fā)雙工FDD/TDD發(fā)射信號接收信號系統(tǒng)組成——等效基帶原理

發(fā)送信號：

s(t)=a(t)cosot+(t)=Reu(t)exp(jot)

其中：u(t)=a(t)exp(j(t))=x(t)+jy(t)叫作等效基帶信號，亦稱復包絡。正交調制及正交解調可以等效為復數乘法器。帶通濾波器可以等效為復數低通濾波器。無線傳播信道可以等效為時變的復數低通網絡。信道非線性（包括：調制、解調和放大器的非線性）也可以進行復數低通等效。帶通噪聲可以等效為復數低通噪聲系統(tǒng)組成——調制解調的基帶等效

合路costsintx(t)y(t)S(t)分路-sintS(t)=x(t)+jy(t)exp(jt)x(t)=ReS(t)exp(-jt)y(t)=ImS(t)exp(-jt)S(t)x(t)y(t)cost系統(tǒng)組成——帶通濾波的基帶等效o0H()HB()HB(－

o)=H()，0HB(－－

o)=H(－)，0H()＝HB(－

o)＋

HB(－－

o)系統(tǒng)組成——無線傳輸的基帶等效模型調制映射解調映射HT

()HR

()HC

()N(t)復數噪聲二進制碼流輸出二進制碼流輸入多進制復符號多進制復符號發(fā)端響應收端響應信道響應雙工方式調制解調方式信道編碼方式信源編碼方式發(fā)送頻譜和發(fā)送功率

業(yè)務方式多址方式

工作頻段及頻譜安排傳輸距離及傳輸方式傳輸容量和信道速率傳輸質量和誤碼門限供電方式及耗電量環(huán)境條件可靠性性能指標——概述性能指標——工作頻段及頻譜安排工作頻段：根據頻譜規(guī)劃，劃分給該項業(yè)務的工作頻率范圍。波道配置：根據頻譜規(guī)劃，在工作頻段內劃分出若干個波道，供用戶選用。收發(fā)配置：根據頻譜規(guī)劃，在工作頻段內劃分出發(fā)送和接收子頻段。頻段寬度波道間隔收發(fā)頻差ffff1f1'f1f2性能指標——傳輸距離和傳輸方式傳輸距離地面視距傳播：取決于天線高度、工作頻段和地形，一般50公里以內。地面繞射傳播：一般20公里以內。對流層傳播：一般幾百公里。電離層傳播：可達幾千公里。衛(wèi)星傳播：洲際傳播傳輸方式單工點對點方式。雙工點對點方式。中繼（或稱接力）方式有源中繼無源中繼地面點對多點方式衛(wèi)星點對多點方式平流層氣球方式傳輸容量傳輸容量指對用戶有效的傳輸信息容量傳輸容量表示方法用總的電話路數來表示，例如：M16路，PCM30路等用PDH的群路數來表示，例如：1E1，4E1等用有效傳輸的比特率來表示，如：2Mb/s，8Mb/s傳輸容量有時還要考慮一些附加的信息性能指標——傳輸容量和信道速率信道速率信道速率指在無線信道中傳送的總速率，一般用比特率表示信道比特包括：用戶信息比特和輔助信息比特輔助信息比特如：信道編碼比特勤務和監(jiān)控比特幀同步比特性能指標——傳輸質量和誤碼門限傳輸質量數字信號傳輸質量之一：誤碼，包括：長時間統(tǒng)計的零星誤碼短時間統(tǒng)計的誤碼超過某個值（如：10-3，10-6)的時間百分數數字信號傳輸質量之二：同步，包括：時鐘抖動時鐘丟失誤碼門限無線傳輸系統(tǒng)的重要性能指標為達到一定誤碼率所需要的最小接收電平，稱為該系統(tǒng)的誤碼門限誤碼門限計算公式：Pr0

=NF

kT0fb

Eb/N0

其中：NF為噪聲系數，

k為玻爾茲曼常數，T0

為絕對溫度，fb為信道速率，Eb/N0為保證一定誤碼率所需的歸一化信噪比性能指標——雙工方式頻分雙工（FDD）時分雙工（TDD）發(fā)濾波收濾波發(fā)送信號接收信號去天線發(fā)開關收開關發(fā)送信號接收信號去天線環(huán)行器TDD控制性能指標——調制解調方式調制方式模擬調制及數字調制常用數字調制方式：FSK、MSK、GMSK、TFMBPSK、QPSK、8PSK16QAM、64QAM、256QAM全數字實現方法任何調制都可以正交展開，即用復包絡表示解調方式模擬解調和數字解調數字解調相干解調非相干解調同步問題的重要性載波同步時鐘同步全數字解調算法性能指標——信道編碼方式信道編碼的目的：消除由于信道不理想所帶來的誤碼在理想信道上取得一定的功率增益考慮原則：系統(tǒng)對信道編碼的要求系統(tǒng)能提供多少冗余度常用的信道編碼：分組碼卷積碼Turbo碼糾錯編碼和交織結合糾錯編碼和調制結合代數譯碼和概率譯碼性能指標——信源編碼方式語音壓縮編碼增量調制（M） 16Kb/s，32Kb/s脈沖編碼調制（PCM） 64Kb/s自適應差分脈碼調制（ADPCM） 32Kb/s其它中低速語音編碼 16Kb/s，8Kb/s，4.8Kb/s，2.4Kb/s圖象壓縮編碼JPEG，靜止圖象 32,64,128Kb/sH.261，會議電視 64,128,384,1920Kb/sMPEG-1，存儲媒體 2Mb/s以下MPEG-2，數字電視 2Mb/s以上性能指標——發(fā)送頻譜和發(fā)送功率發(fā)送頻譜框架發(fā)送功率為了保證有一個較好的電磁環(huán)境，無線通信系統(tǒng)的發(fā)送功率有較嚴格的規(guī)定。發(fā)送功率的等級：無繩電話：毫瓦級移動電話：瓦級微波通信：十瓦級衛(wèi)星通信：百瓦級f0f主瓣寬度：BB帶外輻射：LLdB性能指標——供電方式及耗電量供電方式交流供電、直流供電間斷供電、不間斷供電各種方式：220V電網發(fā)電機太陽能蓄電池干電池耗電量無線通信系統(tǒng)的重要指標降低耗電量的方法：減少整個系統(tǒng)的傳輸損耗，減少發(fā)射功率采用效率高的功率器件提高電源變換器的效率性能指標——環(huán)境條件溫度條件保證指標的溫度范圍保證工作的溫度范圍儲存的溫度范圍濕度條件沖擊及振動條件電磁干擾條件腐蝕條件特種條件溫度條件舉例民品：

5400C保證指標

0450C保證工作

軍品10450C保證指標20500C保證工作性能指標——可靠性可靠性基本關系失效率：在單位時間內從正常轉為失效的概率平均無故障工作時間T。

T＝1/可靠度p：無故障工作的概率。

p=exp(-t)可用率P：

P＝t工作/(t工作+t中斷)無線通信的可靠性包括：設備可靠性和傳播可靠性。為提高設備可靠性：采用高可靠性的元件采用設備的備份措施為提高傳播可靠性：在傳播能力上留有余量采用抗信道衰落技術采用波道的備份措施技術體制——考慮原則有效性：在給定的頻率、功率和空間條件下實現最大的傳輸容量。可靠性：在給定的信道衰落和干擾條件下實現最好的業(yè)務質量。靈活性：為固定及移動用戶提供最靈活的無線接入手段。實用性：成本、體積、重量、耗電等。技術體制——關于有效性信源編碼技術：采用有效的信源編碼技術，在保證原始消息質量的條件下，盡可能壓縮傳輸所需的比特率。調制技術：采用高效率的調制技術（包括頻譜成形技術），盡可能壓縮傳輸給定比特率所需的帶寬。蜂窩技術：控制發(fā)射機的功率，在通信區(qū)域內劃分出許多蜂窩狀小區(qū)，從而提高無線頻譜的利用率。智能天線技術：利用天線的自動定向或扇區(qū)劃分，在通信區(qū)域內形成許多定向的小區(qū)，從而提高無線頻譜利用率。技術體制——關于可靠性冗余度技術：糾錯編碼，比特上的冗余度；擴頻與跳頻，頻率上的冗余度；電平儲備，功率上的冗余度；備份切換，設備上的冗余度。抵銷技術均衡，用頻域或時域的方法校正信道的傳遞函數；分集，用多重頻率、時間或天線接收的信號抵銷多徑效應；多用戶檢測；自適應干擾抵銷。技術體制——關于靈活性無線多路無線多路是無線通信靈活性的表現之一。無線多路一般遵循多路電話的標準，如：PDH的基群、二次群等，SDH的STM-1等。采用TDM體制。無線通信還能提供靈活的旁路業(yè)務。無線多址無線多址接入是無線通信靈活性的表現之二。采用FDMA、TDMA、CDMA、SDMA等多址接入技術。既能固定接入，也能移動接入。在蜂窩移動系統(tǒng)中，越區(qū)和漫游技術的重要性。技術體制——關于實用性便攜性便于攜帶，是無線通信作為個人通信物理層基礎的重要特點。為了滿足便攜性，對個人便攜終端（如：手機）的體積、重量、功耗都提出了很高的要求。為解決此問題需要綜合的技術。經濟性隨著個人通信的發(fā)展，無線通信已從傳統(tǒng)的投資類產品轉化為市場巨大的消費類產品。在市場競爭的推動下，無線通信產品的成本價格必須大幅度下降。降低成本的關鍵：采用系統(tǒng)集成技術和批量生產技術。技術規(guī)范——概述無線通信技術規(guī)范的重要性無線頻譜的合理使用無線系統(tǒng)的干擾協調無線用戶的入網接口無線設備的跨域漫游無線通信技術規(guī)范的核心無線傳輸技術（空中接口技術）無線入網技術技術規(guī)范——標準系列國際電聯的標準：CCIR、CCITT、ITU世界各國的地區(qū)性標準歐洲標準北美標準日本標準我國標準國家標準部門標準 技術規(guī)范——無線法規(guī)由國家無線電管理委員會制定無線電法規(guī)，作為國家行政法規(guī)頒布。各種無線產品必須符合無線法規(guī)制定的入網標準。各種無線產品的研制、生產、引進、使用都必須向主管部門（各級無委會）申報，特別是無線發(fā)射機。各項無線通信工程的設計、施工和運營都必須向主管部門（各級無委會）申報，特別是使用頻率。違反國家無線法規(guī)的行為都屬于違法行為。 技術規(guī)范——頻譜規(guī)劃無線頻譜的使用由國家無委會統(tǒng)一規(guī)劃，并實行許可證制度。頻譜規(guī)劃種類：廣播電視、射電天文、雷達定位、民用通信、軍用通信等。民用通信舉例：微波通信、衛(wèi)星通信、移動通信、無線尋呼、無繩電話、無線數據等。頻譜規(guī)劃中允許不同業(yè)務共享某個頻段，但在技術上和管理上要做好協調。技術規(guī)范——數字微波技術規(guī)范

工作頻段：2GHz，4GHz，6GHz，8GHz，11GHz等傳輸容量： 小容量2Mb/s，8Mb/s 中容量34Mb/s，68Mb/s 大容量140Mb/s，155Mb/s傳輸質量： 高誤碼，誤碼率超過110－3的時間百分數 低誤碼，誤碼率超過110－6的時間百分數 零星誤碼不超過110－9

傳輸距離： 2500Km，1000Km，300Km技術規(guī)范——擴頻微波技術規(guī)范

工作頻段：2.4-2.4835GHz,5.725-5.85GHz無需許可證頻段傳輸容量：不小于250kbits/s 擴譜方式：直接序列擴譜（DSSS），擴頻比為11 跳頻擴譜（FHSS），跳頻速率為2.5次/秒發(fā)射功率：不大于100mW峰值功率密度：不大于－10dBW/100KHz（跳頻） 不大于－20dBW/1MHz（直擴） 技術規(guī)范——移動通信技術規(guī)范模擬蜂窩TACS頻率900MHz間隔25KHz調制話音FM，信令FSK多址FDMA雙工FDD數字蜂窩GSM頻率900MHz間隔200KHz調制GMSK多址TDMA/FDMA雙工FDD數字蜂窩Q-CDMA（IS-95）間隔1.25MHz調制擴頻＋QPSK多址CDMA雙工FDD數字蜂窩D-AMPS（IS-54）頻率800M