《GSM的無線信道》課件

GSM的無線信道投稿人：什么是GSM蜂窩移動通信系統(tǒng)GSM是全球移動通信系統(tǒng)(GlobalSystemforMobileCommunications)的縮寫，是一種數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)。國際標(biāo)準(zhǔn)GSM標(biāo)準(zhǔn)由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ETSI)制定，成為全球移動通信的通用標(biāo)準(zhǔn)之一。GSM的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)GSM網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由核心網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。核心網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)控制和管理整個GSM網(wǎng)絡(luò)，無線網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)無線通信。核心網(wǎng)絡(luò)主要包括以下部分：移動交換中心（MSC）歸屬位置寄存器（HLR）鑒權(quán)中心（AUC）短信中心（SMS-C）數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（GPRS支持）GSM的頻段劃分900900MHz歐洲和亞洲18001800MHz歐洲和亞洲19001900MHz北美和南美GSM的信道類型流量信道用于傳輸用戶數(shù)據(jù)，例如語音、短信和數(shù)據(jù)等控制信道用于控制和管理通信過程，例如呼叫建立、身份驗(yàn)證和資源分配等廣播信道用于廣播系統(tǒng)信息，例如網(wǎng)絡(luò)信息、時間和頻率等GSM的信道編碼提高可靠性信道編碼在信號傳輸過程中增加冗余信息，以便接收端能夠檢測和糾正傳輸過程中的錯誤。增強(qiáng)抗干擾能力編碼可以提高信號的抗噪聲性能，即使在信道條件較差的情況下也能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。提高頻譜利用率信道編碼可以提高信號的傳輸效率，在相同的帶寬內(nèi)傳輸更多的數(shù)據(jù)。時隙結(jié)構(gòu)時隙分配GSM每個時隙用于傳輸不同的數(shù)據(jù)，包括語音、數(shù)據(jù)和控制信息。時間同步每個時隙都具有精確的時鐘同步，確保不同用戶之間通信的準(zhǔn)確性。幀結(jié)構(gòu)時隙組合成幀，幀包含多個時隙，并由控制信息同步。時分多址技術(shù)原理將時間軸分成多個時隙，每個用戶分配一個時隙，在自己的時隙內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不同用戶在不同時隙傳輸數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)頻譜利用率高，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡單，成本較低。缺點(diǎn)每個用戶占用時間有限，數(shù)據(jù)傳輸速率受限，易受干擾。頻分多址技術(shù)分配頻段將無線頻譜劃分為多個獨(dú)立的頻段，并分配給不同的用戶。同時通信不同的用戶可以在不同的頻段上同時進(jìn)行通信，而不會相互干擾。偽隨機(jī)碼分多址獨(dú)特碼字每個用戶分配一個唯一的偽隨機(jī)碼字，用于區(qū)分不同的用戶信號。信號擴(kuò)散用戶信號通過碼字進(jìn)行擴(kuò)散，將窄帶信號擴(kuò)展到更寬的頻帶，以減少相互干擾。碼字相關(guān)性接收機(jī)通過與用戶碼字相關(guān)的操作，可以將用戶的信號從混合信號中分離出來。無線信道的特性無線信道是移動通信系統(tǒng)中，基站與移動臺之間進(jìn)行信息傳輸?shù)奈锢砻浇?。與有線信道相比，無線信道具有以下特點(diǎn):存在多徑效應(yīng)存在衰落效應(yīng)存在干擾路徑損耗模型模型公式描述自由空間路徑損耗PL=20log10(d)+20log10(f)+32.44假設(shè)信號在空曠環(huán)境中傳播，沒有障礙物Okumura-Hata模型PL=69.55+26.16log10(f)-13.82log10(hB)-a(hM)+(44.9-6.55log10(hB))log10(d)適用于城市和郊區(qū)環(huán)境COST-231模型PL=46.3+33.9log10(d)-13.82log10(hB)-a(hM)適用于城市和郊區(qū)環(huán)境陰影衰落地形影響由于地形的影響，信號強(qiáng)度會發(fā)生變化，導(dǎo)致陰影衰落。建筑物遮擋高樓大廈的遮擋也會造成信號強(qiáng)度不均勻，產(chǎn)生陰影衰落。植被影響樹木、草叢等植被也會對無線信號造成衰減，影響信號強(qiáng)度。多徑衰落無線信道無線信道通常有多條路徑，導(dǎo)致信號到達(dá)接收機(jī)的時間不同，造成信號疊加。衰落時間差異會導(dǎo)致相位變化，進(jìn)而導(dǎo)致信號衰減，這就是多徑衰落。多徑衰落的統(tǒng)計(jì)模型1瑞利衰落在沒有直射路徑的情況下，接收信號是由多個反射路徑疊加而成，每個反射路徑的相位和幅度都隨機(jī)變化。2萊斯衰落當(dāng)存在直射路徑時，接收信號會受到直射路徑和反射路徑的共同影響，此時信號的幅度分布服從萊斯分布。3Nakagami衰落Nakagami衰落是一種更通用的衰落模型，可以描述多種不同的衰落情況，包括瑞利衰落和萊斯衰落。瑞利衰落1多徑傳播信號到達(dá)接收機(jī)時會經(jīng)歷多條路徑，導(dǎo)致不同路徑的信號到達(dá)時間不同，產(chǎn)生相位差。2隨機(jī)相位多徑信號相位隨機(jī)分布，導(dǎo)致接收信號幅度和相位隨時間快速變化。3信號衰落接收信號的幅度和相位隨機(jī)變化，導(dǎo)致信號強(qiáng)度出現(xiàn)起伏。瑞利衰落的特性信號幅度呈隨機(jī)分布，可以用瑞利分布描述。信道增益變化迅速，呈現(xiàn)快速衰落。多徑效應(yīng)是主要原因，信號在不同路徑傳播，疊加后產(chǎn)生衰落。瑞利衰落的統(tǒng)計(jì)特性1概率密度函數(shù)瑞利衰落信道的包絡(luò)服從瑞利分布，其概率密度函數(shù)可以用來描述信號幅度的分布情況。2累積分布函數(shù)累積分布函數(shù)描述了信號幅度小于某個特定值的概率。3平均功率瑞利衰落信道的平均功率可以通過概率密度函數(shù)計(jì)算得到。信號的調(diào)制技術(shù)1調(diào)制概述將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為適合無線信道傳輸?shù)哪M信號。2載波頻率調(diào)制將信息信號疊加到高頻載波信號上，以便高效傳輸。3調(diào)制類型常見的調(diào)制方式包括幅度調(diào)制(AM)、頻率調(diào)制(FM)和相位調(diào)制(PM)。GMSK調(diào)制技術(shù)高斯最小頻移鍵控GMSK是一種連續(xù)相位調(diào)制技術(shù)，它使用高斯脈沖對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。恒定包絡(luò)GMSK的信號包絡(luò)是恒定的，這使得它適合于非線性信道。頻譜效率高GMSK的頻譜效率很高，這使得它能夠在有限的帶寬內(nèi)傳輸更多數(shù)據(jù)。TDMA信號的接收機(jī)結(jié)構(gòu)TDMA信號的接收機(jī)結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個部分:天線:用于接收來自基站的信號。低噪聲放大器(LNA):放大接收信號，并降低噪聲。射頻前端:將接收信號轉(zhuǎn)換為中頻信號。中頻放大器:放大中頻信號。解調(diào)器:解調(diào)接收信號，恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。解碼器:解碼接收數(shù)據(jù)，還原發(fā)送信息。均衡器技術(shù)消除碼間干擾均衡器用于補(bǔ)償無線信道帶來的碼間干擾，提高信號質(zhì)量。自適應(yīng)調(diào)節(jié)均衡器能夠根據(jù)信道狀態(tài)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，以達(dá)到最佳的均衡效果。提高數(shù)據(jù)傳輸速率通過消除碼間干擾，均衡器可以提高數(shù)據(jù)傳輸速率。等化器的分類線性均衡器用于補(bǔ)償線性信道失真非線性均衡器用于補(bǔ)償非線性信道失真自適應(yīng)均衡器能夠自動調(diào)整自身參數(shù)以適應(yīng)信道變化最大似然序列估計(jì)1假設(shè)已知信道特性2目標(biāo)找到最有可能的發(fā)送序列3方法計(jì)算所有可能序列的似然函數(shù)，選擇似然函數(shù)最大的序列自適應(yīng)均衡器自動調(diào)節(jié)自適應(yīng)均衡器能夠根據(jù)信道條件的變化自動調(diào)整其參數(shù)，以補(bǔ)償信道引入的失真。最佳性能通過實(shí)時調(diào)整，自適應(yīng)均衡器可以最大限度地提高數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，降低誤碼率，提高系統(tǒng)可靠性。信道編碼信道編碼是將信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合在噪聲信道中傳輸?shù)男问剑蕴岣邆鬏斂煽啃?通過添加冗余信息，可以有效地檢測和糾正傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤.信道編碼技術(shù)可以提高信號的抗干擾能力，從而提高通信系統(tǒng)性能.信道編碼的作用1提高傳輸可靠性信道編碼可以將信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成更復(fù)雜的編碼數(shù)據(jù)，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，降低誤碼率。2糾正傳輸錯誤在數(shù)據(jù)傳輸過程中，由于信道噪聲或其他干擾，可能會發(fā)生錯誤，信道編碼可以幫助接收端檢測和糾正這些錯誤。3增強(qiáng)抗干擾能力信道編碼可以使數(shù)據(jù)更有效地抵抗干擾，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目垢蓴_能力。信道編碼方式卷積編碼卷積編碼是一種常用的信道編碼方式，它通過對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行卷積運(yùn)算，生成冗余碼字，提高傳輸?shù)目煽啃?。分組碼分組碼將信息數(shù)據(jù)分成若干組，并對每組數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，生成具有糾錯能力的碼字。例如，漢明碼、BCH碼等。線性分組碼線性分組碼是一種重要的分組碼，它滿足線性代數(shù)中的線性運(yùn)算性質(zhì)，便于編碼和解碼的實(shí)現(xiàn)。卷積編碼生成多項(xiàng)式卷積編碼使用生成多項(xiàng)式來生成校驗(yàn)位，這