(2016年)移動通信-復習提綱

(2016年)移動通信-復習提綱第一頁，共76頁。復習提綱考試題型和比例考試注意事項各章復習要點2023/4/152第二頁，共76頁。考試題型和比例考核總成績平時成績：20％（考勤、作業(yè)）實驗成績：20％期末考試成績：60％期末考試題型填空題單項選擇題多項選擇是非判斷簡答題綜合題2023/4/153第三頁，共76頁?？荚囎⒁馐马楅]卷考試自帶計算器手機關機考試時間與地點：2016年

月

日上午:~:地點2023/4/154第四頁，共76頁。各章復習要點第一章：移動通信概述第二章：調制解調第三章：移動信道的傳播模型第四章：抗衰落技術第五章：組網技術第六章：頻分多址模擬蜂窩網第七章：時分多址數字蜂窩網第八章：碼分多址數字蜂窩網2023/4/155第五頁，共76頁。第一章移動通信概述1.1移動通信的主要特點1.2移動通信的分類1.3常用的移動通信系統(tǒng)1.4移動通信的基本技術重點：移動通信基本概念2023/4/156第六頁，共76頁。什么是移動通信移動通信概念通信雙方或至少其中一方在運動狀態(tài)中（或臨時靜止狀態(tài)）進行信息交互的通信方式。采用電磁波為傳輸媒介的無線通信2023/4/157第七頁，共76頁。1.1移動通信的主要特點必須利用無線電波傳輸信息，傳播特性差工作于復雜的干擾環(huán)境網絡結構多種多樣，網絡管理復雜可利用的頻譜資源有限，而通信業(yè)務量的需求與日俱增移動通信設備(主要是移動臺)必須適于在移動環(huán)境中使用2023/4/158第八頁，共76頁。1.2移動通信的分類移動通信的收發(fā)工作方式單工：消息只能單方向傳輸的工作方式半雙工：A可以給B發(fā)信息，B也可以給A發(fā)信息，但通信雙方收發(fā)不能同時進行，只能交替進行雙工：通信雙方收發(fā)能同時工作的方式頻分雙工（FDD：FrequencyDivisionDuplexing）：用不同頻段區(qū)分用戶的上下行鏈路。時分雙工（TDD：TimeDivisionDuplexing）：利用同一頻率，但不同的時間段區(qū)分用戶的上下行鏈路2023/4/159第九頁，共76頁。1.3移動通信的分類移動通信的典型應用系統(tǒng)陸地公眾蜂窩移動通信系統(tǒng)衛(wèi)星移動通信集群通信無繩電話寬帶無線接入無線局域網……陸地公眾蜂窩移動通信系統(tǒng)是移動通信中發(fā)展最快、規(guī)模最大的系統(tǒng)2023/4/1510第十頁，共76頁。1.4移動通信的基本技術調制技術移動信道中電波傳播特性的研究多址方式抗干擾措施組網技術2023/4/1511第十一頁，共76頁。第二章調制解調技術2.1概述2.2數字頻率調制2.3數字相位調制2.4正交振幅調制2.5擴展頻譜調制2.6多載波調制重點：?

GMSK調制方式及特點?

數字相位調制幾種方式的比較?

擴頻調制原理了解：?

調制信號的頻譜特性?

GFSK和QAM調制方式?

OFDM調制方式2023/4/1512第十二頁，共76頁。2.1概述1概念調制：把要傳輸的信號變換成適合信道傳輸信號的過程。調制信號：調制器輸入信號已調信號：調制器輸出信號分類：模擬調制：AM、PM、FM數字調制：ASK、FSK、PSK..2移動信道的基本特征及對調制的要求基本特征：帶寬有限、干擾和噪聲影響大、存在著多徑衰落要求：針對移動通信信道的特點，已調信號應具有高的頻譜利用率和較強的抗干擾、抗衰落的能力。2023/4/1513第十三頁，共76頁。2.2數字頻率調制移頻鍵控FSK最小移頻鍵控MSK高斯濾波的最小移頻鍵控GMSK：恒包絡調制掌握GMSK信號特點了解GMSK可能的相位軌跡熟悉GMSK信號調制/解調方法了解頻譜特性高斯濾波的移頻鍵控(GFSK)具有恒定的包絡特性，功率效率高，可用非線性功率放大器和可以非相干檢測。2023/4/1514第十四頁，共76頁。2.3數字相位調制BPSK:BPSK信號形式、功率譜、調制解調QPSK:信號形式、功率譜、調制解調、相位關系圖OQPSK:調制原理、與OPSK的比較π/4-QPSK：調制解調、相位跳變規(guī)則掌握:數字相位調制幾種方式的比較2023/4/1515第十五頁，共76頁。QPSK的相干解調2.3QPSK16第十六頁，共76頁。QPSK相位轉換通過0點，最大相位變化為1800

OQPSK相位轉換不通過0點，最大相位變化為900π/4QPSK相位變化不過0點，最大相位變化為1350，頻譜性能比OQPSK差，但優(yōu)于QPSK。(a)QPSK(b)OQPSK(c)/4QPSK圖3.3QPSK信號星座圖比較QPSK、OQPSK、π/4QPSK星座圖比較17第十七頁，共76頁。2.4正交振幅調制(QAM)了解調制/解調原理熟悉QAM信號的設計準則在相同信號功率條件下,選擇信號空間中信號點之間距離最大的信號結構。2023/4/1518第十八頁，共76頁。2.5擴頻調制技術了解擴頻技術的定義、擴頻通信系統(tǒng)類型熟悉擴頻系統(tǒng)的特點掌握:擴頻增益的概念直接序列擴頻的原理2023/4/1519第十九頁，共76頁。2.5擴頻技術擴頻技術的定義1)擴頻寬度遠大于所傳信息必需的最小帶寬2)頻帶的擴展通過擴頻碼序列完成，與信息數據無關3)收端用同樣的擴頻碼進行相關解擴并恢復信息數據擴頻系統(tǒng)的特點降低信號功率譜密度——抗截獲干擾抑制——抗干擾擴頻通信系統(tǒng)類型直接序列擴頻(DirectSequenceSpreadSpectrum)工作方式，簡稱直擴(DS)方式跳變頻率(FrequencyHopping)工作方式，簡稱跳頻(FH)方式跳變時間(TimeHopping)工作方式，簡稱跳時(TH)方式各種混合方式20第二十頁，共76頁。擴頻處理增益GP2023/4/1521第二十一頁，共76頁。直擴(DS)直接用具有高碼率的擴頻碼序列在發(fā)端去擴展信號的頻譜。而在收端，用相同的擴頻碼序列去進行解擴，把展寬的擴頻信號還原成原始的信息。信源擴頻編碼發(fā)生器信息接收濾波擴頻編碼發(fā)生器

同步電路直擴系統(tǒng)基本原理圖調相解調2023/4/1522第二十二頁，共76頁。2.6OFDM正交頻分復用是一種無線環(huán)境下的高速傳輸技術，將高速的數據流分解為多路并行的低速數據流，在多個載波上同時進行傳輸。正交子載波組的引入提高信道的利用率收端正交解調OFDM的快速實現（FFT/IFFT）實現簡單循環(huán)前綴的引入可以有效克服因多徑效應帶來的符號間干擾。2023/4/1523第二十三頁，共76頁。OFDM系統(tǒng)原理框圖圖2.5OFDM系統(tǒng)原理框圖2023/4/1524第二十四頁，共76頁。習題1一個擴頻系統(tǒng)基帶數據速率9600b/s，擴頻后速率9600000b/s，要求信息數據正確解調的最小的輸出信噪比(S/N)out＜10dB，系統(tǒng)損耗Ls＝3dB。求：該系統(tǒng)的處理增益；抗干擾容限解：

處理增益：

Gp=10lg(9600000/9600）=30dB

干擾容限:Mj＝30－(10+3)＝17dB2023/4/1525第二十五頁，共76頁。第三章移動通信電波傳播與預測模型3.1無線電波傳播特性分析3.2移動信道的特征3.3陸地移動信道的傳輸損耗3.4移動信道的傳播模型掌握:移動通信中電波傳播的主要方式;多徑傳播的基本特性;電波傳播損耗的預測模型;理解:描述多徑信道的參數2023/4/1526第二十六頁，共76頁。VHF\UHF電波傳播的主要方式基站散射散射直射反射移動終端（手機）衍(繞)射.......直射波（最強）反射波（次強）繞射波（次強）散射波（最弱）2023/4/1527第二十七頁，共76頁。多徑傳播的基本特性lg(d)接收功率(dBm)大尺度路徑損耗均值大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗+小尺度衰落2023/4/1528第二十八頁，共76頁。小尺度衰落掌握多徑衰落的基本特性多徑效應，多普勒效應掌握多普勒頻移熟悉多徑信道模型衰落特性參數時間色散：RMS時延擴展、相干帶寬頻率色散：多普勒擴展、相干時間空間色散：角度擴展、相干距離2023/4/1529第二十九頁，共76頁。衰落信道下的接收信號包絡的統(tǒng)計分布瑞利分布：發(fā)射信號經歷無直射路徑的N條獨立的衰落路徑，接收的合成信號包絡服從瑞利分布。萊斯分布：多徑信道中，存在一路較強信號且它占有支配地位，接收信號包絡的衰落變化服從萊斯分布.2023/4/1530第三十頁，共76頁。電波傳播損耗的預測任意地形地區(qū)的傳播損耗的中值LA=Lfs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)-KTf：載波頻率；hb：基臺天線高度；

d：傳輸距離；hm：移動臺天線高度。自由空間損耗(GbGmλ/4πd)2中等起伏地區(qū)基本衰耗中值基臺天線高度因子移動臺天線高度因子地形地物修正因子2023/4/1531第三十一頁，共76頁。習題某一移動信道，工作頻段為450MHz，基站天線高度為50m，天線增益為6dB，移動臺天線高度為3m，天線增益為0dB；在郊區(qū)工作，傳播路徑為正斜坡，且θm=15mrad，通信距離為10km。試求：(1)傳播路徑損耗中值；(2)若基站發(fā)射機送至天線的信號功率為10W，求移動臺天線得到的信號功率中值。2023/4/1532第三十二頁，共76頁。自由空間傳播損耗由圖3-23查得市區(qū)基本損耗中值2023/4/1533第三十三頁，共76頁。根據已知條件，2023/4/1534第三十四頁，共76頁。第四章抗衰落技術4.1分集技術4.2RAKE接收4.3信道編碼與交織技術4.4均衡技術掌握:分集接收的概念、方式卷積編碼、交織的原理熟悉：RAKE接收、均衡技術2023/4/1535第三十五頁，共76頁。4.1分集技術分集的原理信號經過“復制”和映射，在多個獨立信道上傳播，則各獨立信號傳播路徑同時經歷深度衰落的概率降低。概念：利用加性獨立（或至少是不相關）的衰落路徑傳送相同的信號并合并，從而提高接收信號的信噪比。本質：對同一信號在不同時間、頻率、空間、極化方向的采樣。2023/4/1536第三十六頁，共76頁。分集的種類空間分集的概念和獲取方法用不相關的兩個以上天線或者同一天線的不同極化方向傳輸同一個信號條件：各天線間距>>空間相干距離頻率分集的概念和獲取方法傳輸信息以不同的頻率進行傳輸條件：傳輸信息的頻率間距>>相干帶寬時間分集的概念和獲取方法傳輸信息在不同的時刻重復傳輸信號重發(fā)時間間隔>>相干時間2023/4/1537第三十七頁，共76頁。不同合并方式比較SC：MRC：EGC：2023/4/1538第三十八頁，共76頁。不同合并性能比較圖4.1各種合并方式平均信噪比的改善2023/4/1539第三十九頁，共76頁。4.2RAKE接收RAKE接收機：利用多個并行相關器檢測多徑信號，按照一定的準則合成一路信號供解調用的接收機。利用多徑現象來增強信號接收機單徑接收電路單徑接收電路單徑接收電路搜索器計算信號強度與時延合并合并后的信號tts(t)s(t)2023/4/1540第四十頁，共76頁。4.3信道編碼與交織信道編碼的定義在信息碼元中增加一些冗余碼元，用來在接收端檢測或糾正在有噪信道中引入的誤碼。碼率：主要分類：分組碼和卷積碼2023/4/1541第四十一頁，共76頁。卷積碼(2,1,2)卷積編碼器結構卷積碼的校驗碼元與當前k個碼元和前m段的mk個碼元有關，記為(n,k,m)卷積碼k:輸入信息長度，n:輸出碼字長度m:記憶深度，通常表示移位寄存器個數。碼率：R=k/n編碼約束長度：l=m+142第四十二頁，共76頁。最大似然譯碼最大似然譯碼（ML：MaximumLikelihood）尋找似然函數最大的碼字C(m)，則譯碼器選擇C(m)作為發(fā)送序列Viterbi硬判決譯碼：最小距離準則——尋找與接收序列漢明距最小的路徑Viterbi軟判決譯碼：最大相關準則——尋找對數似然函數最大值路徑。相當于尋找與接收序列的內積最大的碼字序列（雙極性碼元）路徑。2023/4/1543第四十三頁，共76頁。交織技術交織把一條消息中的比特以非連續(xù)方式傳送，使突發(fā)差錯信道變?yōu)殡x散信道(將突發(fā)錯誤隨機化)，便于利用糾錯碼消除隨機錯。交織深度交織前相鄰兩符號在交織后的間隔距離，要求交織深度的時間跨度>>相干時間2023/4/1544第四十四頁，共76頁。4.4均衡技術橫向濾波器結構均衡器評價均衡器性能的準則1）最小峰值失真準則使碼間干擾的峰值最小。2）最小均方畸變準則使碼間干擾的均方誤差最小。2023/4/1545第四十五頁，共76頁。均衡器系數的計算假設按最小峰值失真準則當均衡前的初始畸變D0小于1時，可用迫零算法2023/4/1546第四十六頁，共76頁。習題（2，1，2）卷積碼編碼原理圖如下所示，求：輸入信碼的編碼過程。2023/4/1547第四十七頁，共76頁。由圖得出m1m2…m7=1101001的編碼過程如下：p1=m1○+0=1○+0=1；第2位0為初始清零值p2=m2○+0=1○+0=1；第2位0為初始清零值p3=m3○+m1=0○+1=1；p4=m4○+m2=1○+1=0；p5=m5○+m3=0○+0=0；2023/4/1548第四十八頁，共76頁。p6=m6○+m4=0○+1=1；p7=m7○+m5=1○+0=1；p8=0○+m6=0○+0=0；第1位0為尾比特p9=0○+m7=0○+1=1；第1位0為尾比特編碼輸出為：m1p1m2p2……=11,11,01,10,00,01,11,00,012023/4/1549第四十九頁，共76頁。第五章蜂窩組網技術5.1概述5.2多址技術5.3區(qū)域覆蓋和信道配置5.4網絡結構5.5信令5.6越區(qū)切換和位置管理掌握：多址技術區(qū)域覆蓋與網絡結構信道的指配與選取移動性管理等內容。了解:移動通信系統(tǒng)的信令結構。

2023/4/1550第五十頁，共76頁。組網組網的目的--提高頻譜的利用率和系統(tǒng)的靈活性。組網技術的幾個主要方面：頻率資源的管理和有效利用問題；

網絡的控制問題；區(qū)域覆蓋：

無線電區(qū)（小區(qū)）：基站信號所能覆蓋的區(qū)域區(qū)域覆蓋方式：小容量的大區(qū)制,大容量的小區(qū)制第五十一頁，共76頁。5.2多址接入技術FDMA(FrequencyDivisionMultipleAccess)頻率劃分，時間共享物理信道：頻道；用戶地址：頻道號TDMA(TimeDivisionMultipleAccess)時隙劃分，時隙獨享，

頻率共享。物理信道：時隙；用戶地址：時隙號CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)碼型劃分，時隙、頻率共享物理信道：地址碼；用戶地址：碼號技術基礎：直擴2023/4/1552第五十二頁，共76頁。正交頻分多址OFDMAOFDMA(OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess)多址接入系統(tǒng):將傳輸帶寬劃分成正交的互不重疊的一系列子載波集，將不同的子載波集分配給不同的用戶實現多址。WiMax,LTE,都支持OFDMA第五十三頁，共76頁。5.3頻率復用和蜂窩小區(qū)掌握小容量的大區(qū)制和大容量的小區(qū)制的優(yōu)缺點掌握頻率復用的概念簇（區(qū)群）共同使用全部可用頻率的N個小區(qū)叫做一個簇(區(qū)群）N的典型值3、4、7、9、12、……，構成簇的基本條件1)基本圖案（簇）能彼此鄰接且無空隙地覆蓋整個

面積。2)相鄰簇中，同頻小區(qū)間距離相等，且為最大。2023/4/1554第五十四頁，共76頁。同頻小區(qū)簇間同頻小區(qū)位置的確定沿著任意一條六邊形邊的垂線方向移動i個小區(qū)，并逆時針方向旋轉60°，再移動j個小區(qū)。同頻復用距離D載干比（只考慮第一層的干擾）N：區(qū)群大??；n：路徑損耗指數L：主要同頻小區(qū)個數，全向小區(qū)時L=62023/4/1555第五十五頁，共76頁。同頻干擾與頻譜利用率的關系同頻干擾是制約系統(tǒng)容量的主要因素。同頻干擾與頻譜利用率是一對矛盾體：在小區(qū)半徑不變R的情況下，同頻復用距離D越小，同頻干擾越大，但每個區(qū)群的小區(qū)數N（區(qū)群的大小

）越小，在單位面積內可復制的區(qū)群數越多，所以頻譜利用率越高，系統(tǒng)容量越大；同頻復用距離D越大，同頻干擾越小，每個區(qū)群的小區(qū)數N越大，在單位面積內可復制的區(qū)群數越少，則頻譜利用率降低，系統(tǒng)容量越小。從提高頻譜利用率的角度，在保持滿意的通信質量的前提下，N應取最小值最好。2023/4/1556第五十六頁，共76頁。5.4蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量分析(1)Bt：系統(tǒng)占用的總帶寬Bc：信道帶寬Bc：TDMA系統(tǒng)的等效信道帶寬。N：區(qū)群的大?。繀^(qū)群中的小區(qū)數）蜂窩系統(tǒng)的通信容量的常用定義定義1：每個小區(qū)的可用信道數，即每小區(qū)允許同時工作的用戶數。定義2：單位面積內可允許同時工作的用戶數。通信容量m（定義1）FDMATDMA57第五十七頁，共76頁。蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量分析(2)CDMA系統(tǒng)的容量主要受限于系統(tǒng)內移動臺的相互干擾。單小區(qū)下的系統(tǒng)容量d：話音占空比，0.35，G為扇形分區(qū)系數多小區(qū)下的系統(tǒng)容量F為信道復用效率，0.62023/4/1558第五十八頁，共76頁。第七章時分多址蜂窩通信系統(tǒng)7.1GSM系統(tǒng)的業(yè)務及其特征7.2GSM系統(tǒng)的結構7.3GSM系統(tǒng)的信道7.4GSM的無線數字傳輸7.5GSM系統(tǒng)的接續(xù)和移動性管理7.6通用分組無線業(yè)務2023/4/1559第五十九頁，共76頁。7.2GSM系統(tǒng)的結構移動臺基站子系統(tǒng)網絡子系統(tǒng)操作子系統(tǒng)圖6.1GSM系統(tǒng)的結構60第六十頁，共76頁。7.3GSM系統(tǒng)的信道物理信道和邏輯信道物理信道：用來傳送信號或數據的物理通路每個載頻上支持的一個時隙（TS）就是一個物理信道邏輯信道：物理信道上所傳輸的內容根據物理信道所傳輸的信息種類的不同可定義不同的邏輯信道：業(yè)務信道和控制信道，根據所需完成的功能，控制信道又分為廣播信道、公共控制信道及專用控制信道2023/4/1561第六十一頁，共76頁。物理信道和邏輯信道的配置多載頻小區(qū)的映射方法：f0上的TS0用于廣播信道BCH和公共控制信道CCCH。f0上的TS1用于專用控制信道DCCH。其余（f0上的TS2~TS7，f1~fn-1上的8個時隙）用于業(yè)務信道。舉例：圖6.2BCH和CCCH在TS0上的復用62第六十二頁，共76頁。突發(fā)脈沖序列每個時隙中的信息格式稱為突發(fā)脈沖序列頻率校正突發(fā)脈沖序列：FCCH的序列結構同步突發(fā)脈沖序列：SCH的序列結構接入突發(fā)脈沖序列：RACH的序列結構常規(guī)突發(fā)脈沖序列：除FCCH、SCH、RACH的其他邏輯信道的序列結構空閑突發(fā)脈沖序列：填空。2023/4/1563第六十三頁，共76頁。定時提前量幀偏移：在基站角度，上行幀相對于下行幀來說，在時間上固定推后3個時隙。時間調整：在移動臺角度，若不加時間調整，傳輸時延的變化使移動臺之間的信息會發(fā)生重疊。需要有一個時間調整量，補償傳播時延，使基站有固定的3個時隙的幀偏移。定時提前量為：0~63bit2023/4/1564第六十四頁，共76頁。7.4GSM系統(tǒng)的無線數字傳輸無線信道對GSM系統(tǒng)性能的影響失真大時延擴展導致碼間串擾多普勒效應導致突發(fā)錯誤SNR損耗自由空間損耗、陰影衰落導致SNR損耗平坦衰落、慢衰落導致SNR損耗GSM中的抗衰落技術信道編碼（卷積編碼）、交織（塊內交織、塊間交織）、天線分集、維特比均衡、跳頻2023/4/1565第六十五頁，共76頁。7.6GSM系統(tǒng)的接續(xù)和移動性管理GSM的安全性管理（掌握）(1)接入網絡——鑒權，掌握系統(tǒng)鑒權過程。(2)無線路徑——加密(3)移動設備——設備識別(4)用戶的安全保密——臨時用戶識別碼TMSI、

SIM卡的PIN碼保護GSM的接續(xù)管理了解客戶狀態(tài)、被呼與主呼過程66第六十六頁，共76頁。GSM的移動性管理GSM的移動性管理掌握位置更新的概念與流程掌握GSM越區(qū)切換策略與切換流程硬切換：在切換過程中會發(fā)生短時中斷。切換觸發(fā)準則：具有滯后余量和門限規(guī)定的相對信號強度準則切換方式：移動臺輔助的切換切換流程2023/4/1567第六十七頁，共76頁。第八章碼分多址蜂窩通信系統(tǒng)8.1IS－95系統(tǒng)概述8.2IS－95CDMA蜂窩系統(tǒng)的無線傳輸

8.3IS－95CDMA蜂窩系統(tǒng)的控制功能掌握：多址干擾和功率控制通信容量信道組成熟悉：登記注冊、切換了解：呼叫處理流程2023/4/1568第六十八頁，共76頁。8.1CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的多址干擾和功率控制多址干擾（MAI）

CDMA系統(tǒng)是采用不同的擴頻碼字來區(qū)分用戶，這就要求各用戶的擴頻碼具有強自相關性和弱互相關性。但實際上各用戶間的互干擾不可能完全消失，所以CDMA系統(tǒng)是干擾受限系統(tǒng)，就是說來自本小區(qū)和鄰近小區(qū)用戶的干擾成了決定系統(tǒng)容量和性能的主要因素。多址干擾是CDMA系統(tǒng)所特有的一種干擾。多址干擾又分兩大類：MS收到所屬BS和臨近BS向其它MS發(fā)送的信號。BS收到本小區(qū)和臨近小區(qū)MS信號；(a)(b)第六十九頁，共76頁。遠近效應“遠近效應”

:近地強信號壓制遠地弱信號