通信工程概論課件

現(xiàn)代通信技術(shù)概論2009年8月15日第1章通信概述

1.1通信系統(tǒng)的一般構(gòu)成信源發(fā)送變換器信道接收變換器信宿噪聲聲音數(shù)據(jù)文字圖像信號信號聲音數(shù)據(jù)文字圖像1.2.3按傳輸媒介和系統(tǒng)組成的特點(diǎn)分類長波通信、短波通信、微波通信衛(wèi)星通信、光纖通信、移動通信1.2.4

按用途分類民用通信、軍事通信、氣象通信海洋通信、宇宙通信、應(yīng)急通信、

1.3通信方式概要1.3.1按通信對象的數(shù)量分類

（1）點(diǎn)對點(diǎn)：電話

（2）一點(diǎn)對多點(diǎn)：廣播、電視

（3）多點(diǎn)對多點(diǎn)：AdHoc1.3.2

按接入方式分類上行鏈路下行鏈路BS:BaseStationMS:MobileStation問題：MS用什么方法把信號發(fā)送到BS？BS用什么方法把信號發(fā)送到MS？接入方法問題1.3.3

按消息傳遞方向與時間分類（雙工方式）（1）單工方式

消息只能單向傳輸，通信雙方交替地進(jìn)行接收和發(fā)。f1f1(f2)TTRRT:Transmitter;R:Receiver

f1f1(f2)(2)半雙工方式

其中一方雙向通信，另一方交替收或發(fā)。f1f2TTRRf1f2雙工器：能夠讓發(fā)射機(jī)和接收機(jī)共用一副天線的設(shè)備。f1f2TTRRf1f2(3)全雙工方式通信雙方均可同時發(fā)送或接收可靠性：接收端恢復(fù)信息的正確程度。模擬通信用接收信號的信噪比SNR（SignaltoNoiseratio）表示數(shù)字通信用接收信號的誤碼率BER（BitErrorRate

）表示BER=接收數(shù)據(jù)中的錯誤比特數(shù)接收數(shù)據(jù)的總比特數(shù)

第2章數(shù)字通信簡介模擬傳輸與數(shù)字傳輸2.1信源編碼和信道編碼

格式化

信源編碼加密信道編碼復(fù)用

調(diào)制擴(kuò)頻多路復(fù)用發(fā)送信道

接收多路分離逆擴(kuò)散

解調(diào)分離信道譯碼解密

信源譯碼

格式化同步基帶處理載波處理2.3SignaltoNoiseratio傳輸信號的頻帶寬度數(shù)據(jù)傳輸速率(bit/s)2.4Shannon定理數(shù)字調(diào)制技術(shù)2.5.1問什么要調(diào)制？

1.天線的長度與發(fā)射信號的波長可比擬時才能有效地發(fā)射電磁波?；鶐盘柕念l率較低，必須將基帶信號的頻譜搬移到頻率很高的載波附近，該頻譜搬移過程稱為調(diào)制。2.不同的調(diào)制方式，其可靠性和有效性不同。選擇不同的調(diào)制方式滿足不同的服務(wù)品質(zhì)。2.52.5.2調(diào)制信號的一般表達(dá)式瞬時相位瞬時相位偏移瞬時振幅（包絡(luò)線振幅）2.5.3調(diào)制信號的矢量表示形式實(shí)軸(I)虛軸(Q)2.5.4幅度調(diào)制與相位調(diào)制調(diào)制信號幅度調(diào)制：瞬時幅度隨調(diào)制信號線性變化。相位調(diào)制：瞬時相位偏移隨調(diào)制信號線性變化。2.5.6PSK:PhaseShiftKeying

令則

-AAIQPSK調(diào)制的信號空間配置（PSK調(diào)制的星座圖）2.5.7QPSK:Quadrature

PhaseShiftKeying

發(fā)送數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換低通濾波器低通濾波器移相乘法器乘法器I相基帶信號Q相基帶信號QPSK調(diào)制的原理圖第5章移動通信概述移動通信的概念5.1移動通信的基本概念通信雙方至少有一方在移動的通信系統(tǒng)2.移動通信的特點(diǎn)

(1)

多經(jīng)傳輸問題

多經(jīng)傳輸引起信號衰落和時延擴(kuò)展。時延擴(kuò)展：發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)發(fā)送一個窄脈沖，由于多經(jīng)效應(yīng)，接收機(jī)接收到多個幅度不同、延遲時間也不同擴(kuò)展信號。接收機(jī)時延擴(kuò)展△時延擴(kuò)展△越大,相干帶寬BC越窄衰落分類：

快衰落和慢衰落；

平坦衰落和頻率選擇性衰落

平坦衰落:接收信號的幅度有時大有時小,但是不丟失頻率成分.

頻率選擇性衰落:接收信號不但幅度變化,而且丟失某些頻率成分.

當(dāng)發(fā)射信號的帶寬小于信道的相干帶寬時,產(chǎn)生平坦衰落;反之產(chǎn)生頻率選擇性衰落.

(2)

多普勒頻移:移動終端移動導(dǎo)致接收的頻率不等于發(fā)射頻率,這種現(xiàn)象稱為多普勒頻移.

移動通信中的特有干擾:同信道干擾.

位置登記,越區(qū)切換及漫游.

移動臺小型化問題移動通信系統(tǒng)分類5.2大區(qū)制與蜂窩(大區(qū)制與小區(qū)制)移動通信的工作方式

●單工方式●半雙工方式●全雙工方式3.移動通信的接入方式上行鏈路下行鏈路BS:BaseStationMS:MobileStation問題：MS用什么方法把信號發(fā)送到BS？BS用什么方法把信號發(fā)送到MS？接入方法問題常用的接入方式（多址技術(shù)）有：（1）頻率分割多址接入（頻分多址）FDMA：FrequencydivisionMultipleAccess（2）時間分割多址接入（時分多址）TDMA：TimedivisionMultipleAccess（3）編碼分割多址復(fù)用（碼分多址）CDMA：CodedivisionMultipleAccess

ch-1ch-2ch-3ch-N信道帶寬保護(hù)帶ch-3ch-2ch-1user1

user2

user3

user4

user5user5user4user3user2user1FDMA(FrequencyDivisionMultipleAccess)保留時間系統(tǒng)帶寬timefrequency

framejframej+1#1#2#3#N#1#2#3#N#1#2TimeTimef_uplinkf_downlinkTDMA/FDD(TimeDivisionMultipleAccess/FrequencyDivisionDuplex)

Uplink

DownlinkFrequencyFrequencyinterval

#1#2#3#N#1#2#3#N#1#2Slot

12315DownlinkUplinkDownlink

timefrequencyCodeTDDCode

timeFDDCDMATDDandFDDDownlinkUplink5M5Mfrequency移動通信系統(tǒng)的基本組成5.3BSBSBS移動交換中心

MSCPSTN移動網(wǎng)移動通信頻率分配和抗干擾技術(shù)5.4頻率分配

GSM:MSBS890MHz-915MHzBSMS935MHz-960MHz載頻間隔:200kHz,25MHz帶寬分為124個載頻頻道間隔:25kHz.中國移動：1880～1900MHz，2010～2025MHz，共35M頻率資源

中國電信：1920～1935MHz，2110～2125MHz，

共30M頻率資源中國聯(lián)通：1940～1955MHz，2130～2145MHz，

共30M頻率資源3G移動通信頻率分配2.抗干擾技術(shù)(1)發(fā)射功率控制(2)分集接收(3)跳頻技術(shù)(4)均衡技術(shù)(5)間斷傳輸?shù)?章第3代移動通信概述80年代

90年代21世紀(jì)

AMPS,NTTGSM,PDC,W-CDMATACSIS-95,PHScdma2000TD-SCDMA

黎明期成長期量變擴(kuò)展期質(zhì)變擴(kuò)展期

以語言為中心語言,低速數(shù)據(jù)~64kbit/s

語言,高速數(shù)據(jù)~384kbit/s(~2Mbit/s)手機(jī),車載電話無繩電話

1G手機(jī),車載電話短信息2G

IMT-2000

3G

6.1移動通信的時代變遷

SystembeyondIMT-20004G

寬頻帶（大于100Mbps)所有信息IMT-2000：InternationalMobileTelecommunication-2000第一代第二代第三代第四代

目標(biāo)無論何時不受時間制約無論何地不受場所制約無論何人能和多樣化媒體通信（PC,PDA,MS);無論何種媒體聲音、靜止圖像、活動圖像、數(shù)據(jù)等低廉的價格降低通信費(fèi)用分層次的通信品質(zhì)和通信費(fèi)用6.2IMT-2000的服務(wù)目標(biāo)6.3IMT-2000陸地系統(tǒng)無線接入方式IMT-2000CDMADirectSpread(W-CDMA,UTRAFDD)IMT-2000CDMAMulti-Carrier(cdma2000)IMT-2000CDMATDD(UTRATDD，TD-SCDMA)IMT-2000CDMASingle-Carrier(UWC-136)IMT-2000FDMA/TDMA(DECT)ITU-R的推薦方案ITU-R：InternationalTelecommunicationUnionRadioUTRA：UniversalTerrestrialRadioAccess

6.4

多址技術(shù)與雙工上行鏈路下行鏈路BS:BaseStationMS:MobileStation問題：MS用什么方法把信號發(fā)送到BS？BS用什么方法把信號發(fā)送到MS？接入方法問題

①

FDMA(FrequencydivisionMultipleAccess)

②TDMA/FDD(TimeDivisionMultipleAccess/FrequencydivisionDuplex)

③

TDMA/TDD(TimeDivisionMultipleAccess/TimedivisionDuplex)

④CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)

⑤

RandomAccessMethods6.4多址技術(shù)與雙工6.5蜂窩通信的概念FDMA/TDMACDMA6.6CDMA原理6.6.1擴(kuò)頻與解擴(kuò)的過程6.6.2W-CDMA收發(fā)信機(jī)結(jié)構(gòu)自適應(yīng)天線陣的方向性圖6.7自適應(yīng)天線陣列

7第4代移動通信的構(gòu)想7.1ITU的4G構(gòu)想（一）

7.2ITU的4G構(gòu)想（二）新業(yè)務(wù)平臺?新業(yè)務(wù)快速開發(fā)?新業(yè)務(wù)開發(fā)簡單化?不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)間無縫隙接續(xù)/切換100Mbps(移動環(huán)境峰值速度）1Gbps(室內(nèi)環(huán)境峰值速度）10倍以上（與3G比）每比特1/10~1/100以下AllIP（多業(yè)務(wù)質(zhì)量類，支持IPv6）50ms以下追加新功能開拓新業(yè)務(wù)

改善性能使已有業(yè)務(wù)高級化

信息速率：384kbps系統(tǒng)容量費(fèi)用基站網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)：ATM傳輸延遲IMT2000第4代移動通信系統(tǒng)（2010年左右）7.34G系統(tǒng)的主要目標(biāo)能力和性能EMC：Electro-Magnetic

CompatibilityQoS:QualityofService7.44G系統(tǒng)的無線技術(shù)課題7.54G系統(tǒng)的構(gòu)想（三)AP:AccessPoint7.6利用多跳擴(kuò)大服務(wù)區(qū)

8OFDM技術(shù)概述OFDM:OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexingLPFLPFLPF

data

data串并轉(zhuǎn)換S/P信道并串轉(zhuǎn)換P/S8.1多載波調(diào)制的概念

8.2OFDM信號的構(gòu)成OFDM信號由載波頻率不同的多個數(shù)字調(diào)制信號構(gòu)成，各個載波之間保持正交關(guān)系。設(shè)表示符號的長度，表示OFDM信號的載波間隔令則，OFDM的基本信號的復(fù)數(shù)表示形式為是對第n個載波（nf0)進(jìn)行調(diào)制的數(shù)據(jù)符號8.3OFDM的基本信號8.4OFDM基帶信號設(shè)載波數(shù)為N，則N個載波合成的基帶信號SB(t)為：注意：

1.an,bn及載波都在變化，每個載波的振幅和相位都隨調(diào)制符號an,bn變化。2.每個載波經(jīng)an,bn調(diào)制后構(gòu)成一個基本信號，每個基本信號是一個正弦信號。3.

N個基本信號合成的信號是一個不規(guī)則的像噪聲一樣的信號。OFDM信號接近隨機(jī)信號，頻譜平坦、頻譜利用率高。4.合成信號具有隨機(jī)性，但能夠利用三角函數(shù)的正交關(guān)系正確解調(diào)出an,bn8.5OFDM的頻帶信號S(t)頻帶信號基帶信號8.6多載波信號在時域的波形OFDM信號隨載波的變化關(guān)系8.7

OFDM信號的頻譜8.8OFDM信號的解調(diào)方法：同理，對所有載波作如上處理，恢復(fù)出所有符號ak,bk。在時間T（Sec）內(nèi)，同時傳輸N個載波能夠正確解調(diào)。8.9OFDM調(diào)制器的構(gòu)成構(gòu)成思想如下：設(shè)只要能生成u(t),就能生成SB(t)

8.9.1u(t)的生成方法用的間隔對取樣在一個符號長度之間采樣，得到N個樣本值dn的付氏逆變換8.9.2OFDM調(diào)制器的基本構(gòu)成符號影射串并轉(zhuǎn)換

IFFT并串轉(zhuǎn)換取實(shí)部本振BFTIFFT:InverseFastFourierTransform

9MIMO:MultipleInputMultipleOutput

用相同的無線資源，用多個發(fā)射機(jī)并行地發(fā)送多個不同的數(shù)據(jù)。用多個發(fā)送天線，發(fā)送同一個信息數(shù)據(jù)。采用空時編碼方法。發(fā)射天線的最大輻射方向?qū)?zhǔn)接收機(jī)。STBC:SpaceTimeBlockCoding