移动通信重点讲解.

移动通信课程复习一、码分多址CDMA移动通信系统扩频的概念CDMA码序列码分多址技术的特征(p277-280)CDMA系统(IS-95)的无线传输Rake接收技术FDMA、TDMA、CDMA系统容量分析二、TDMA数字蜂窝网数字蜂窝移动通信网的区域结构TDMA信道概念数字化语音传输技术GSM系统的控制与管理——鉴权与加密——过区切换三、组网技术多址技术区域覆盖信道（频率）配置网络结构——包括移动台,基站子系统,网络子系统——HLR,VLR,AUC越区切换位置管理四、抗衰落技术分集接收：用来补偿衰落信道损耗分集合并的概念、分集方式、合并方式均衡：补偿时分信道中由于多径效应而产生的码间干扰（ISI）。信道编码：通过发送信息时加入冗余的数据位来改善通信链路的性能。交织编码技术把一个较长的突发差错离散成随机差错五、调制解调移动通信对数字调制和解调的要求最小频移键控（MSK）概念、MSK波形、相位轨迹图高斯滤波的最小频移键控（GMSK）概念四相相移键控（QPSK）概念、相位轨迹图/4四相相移键控（/4-QPSK）概念、相位轨迹图六、噪声与干扰在城市移动通信中不必考虑宇宙噪声,主要是受人为噪声的影响车辆点火噪声城市移动信道中主要的噪声源邻道干扰概念同频道干扰概念，会计算同频道再用距离互调干扰概念，会判断是否存在三阶互调干扰和邻道干扰近端对远端比干扰、多址干扰概念七、移动信道中的电波传播无线电波在自由空间的传播光滑平地上的反射波障碍物的影响与绕射损耗移动信道的特征传播路径和信号衰落多径效应与瑞利衰落多径时散与相关带宽多径时延扩展产生的衰落效应扩频的概念直接序列扩频（DS）通信所谓直接序列扩频，就是直接用具有高速率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱，而接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始信息。扩频的概念扩频处理增益其中在Tb一定的情况下，若伪码速率越高，亦即伪码宽度（码片宽度）Tp越窄，则扩频处理增益越大。Gp越大，抗干扰能力就越强。10lgbppTGTbpTTCDMA码序列码序列的自相关性采用二进制的码序列,长度(周期)为P的码序列x的自相关函数为:相关系数:相关系数最大值不超过1.1()PaiiiRxx11()PaiiixxPCDMA码序列码序列的互相关性采用二进制的码序列,周期均为P的两个码序列x和y,其相关函数称为互相关函数,为:互相关系数:理想情况:互相关系数=0,两个码序列完全正交.1()PciiiRxy11()PiiixyPCDMA码序列__m序列m序列__最长线性移位寄存器组成移位寄存器模2加法器反馈延迟线序列周期P=2n-1,n为移位寄存器级数需要有全0检测电路和启动电路,避免进入全0状态CDMA采用n=15的短码序列和n=42的长码序列CDMA码序列__m序列产生原理D1D2D3…Dn时钟脉冲输出C0=1Cn=1c1c2c3Cn-1•ci:反馈系数.为1表示参与反馈,为0表示无反馈连接•ci以八进制表示,如n=5,ci=45-二进制为100101c0c1c2c3c4c5CDMA码序列__m序列移位寄存器的反馈逻辑决定是否产生m序列起始状态决定m序列的起始点不同的反馈线产生不同的码序列CDMA码序列__m序列m序列的自相关函数m序列的自相关系数在τ=0处出现尖峰,并以PTC时间为周期重复出现.尖峰低宽2TCTC越小,相关峰越尖锐周期P越大,|-1/P|就越小,自相关特性就越好0-55-1/P1()a2TCPP-1P+12TC相关系数:1010,1,2,...,1pP三、CDMA码序列__Walsh函数•Walsh函数可以用Hadamard矩阵H表示，利用递推公式构成Walsh函数族。•Hadamard矩阵H是由+1和-1元素构成的正交方阵。•正交方阵：任意两行或两列都是正交的。三、CDMA码序列__Walsh函数1000111122HH或011011001010000011111111111111112222224或HHHHHH4444448HHHHHHNNNNNNNHHHHHH2导频信道同步信道寻呼信道正向业务信道反向业务信道接入信道CDMA系统(IS-95)的无线传输CDMA系统(IS-95)的无线传输CDMA前向信道导频信道同步信道寻呼信道寻呼信道…业务信道业务信道业务信道业务信道…………业务数据功率控制子信道W0W32W1W7W8W9W62W63125455CDMA反向信道接入信道接入信道…1n业务信道1业务信道2业务信道55………用户地址长码业务数据CDMA系统(IS-95)的无线传输IS-95系统扩频编码的设计：采用3层结构底层是正交扩频编码，码长64，提供CDMA信道，不同的正交码作为不同的信道。第2层是基站码，也是扩频编码，码长为215-1,不同的基站使用具有不同相位状态的扩频码。第3层是移动用户码，一个用户一个，各不相同，它是由相当长的扩频码（240-1～242-1）加上移动用户自身代码复合而成的。这3层编码中，对通信特性影响最大的是底层正交扩频编码的选取。RAKE接收机…Path1Path2PathNtccosc1(t)c1(t-⊿1)c1(t-⊿N-1)…∫Tb∫∫HolduntilTb+⊿NHolduntilTb+⊿NHolduntilTb+⊿NTbTb+⊿1Tb+⊿N-1……∑decide•Multipathhasbeentreatedascausingdelayedversionsofthesignaltoaddtothesystemnoisewhenthedifferentialdelayexceedsthechiptime.•Substantialperformanceimprovementcanoccurbydetectingeachadditionalpathseparately,therebyenablingthesignalstobecombined例：两路RAKE接收机DownlinkMultiuserwithTwoEqualStrengthPathst=0y(t)y(t-2tc)z(t)例：两路RAKE接收机DownlinkMultiuserwithTwoEqualStrengthPathst=0z(t)c1(t)Tb2Tb3Tb4Tb5Tbt01100z(t)c1(t)01例：两路RAKE接收机DownlinkMultiuserwithTwoEqualStrengthPathst=0z(t)c1(t-2Tc)Tb2Tb3Tb4Tb5Tbt01100z(t)c1(t-2Tc)2Tc例：两路RAKE接收机Bit1Bit2Bit3Bit4Bit5Path1integratoroutput+4+4-8+8+12Path2integratoroutput+8-8-12-4+12Sumofintegratoroutputs12-4-20+4+24Detectedbitvalues01100rDD1D2共道小区以某一小区为中心可分成许多层：第一层6个半径为D第二层6个半径为D1第三层6个半径为D2来自第一层共道小区的干扰最强可只考虑这6个共道小区所产生的干扰。小区半径为r，两个相邻共道小区的距离D=共道干扰抑制因子rNr213NrD3蜂窝系统的通信容量_FDMAC是信号功率，n0背景噪声功率（在此忽略）假如传播损耗与传播距离的4次方成比例，接收到的信号功率与第i个共道小区的干扰功率可分别为：C=Ar-4Ii=ADi-4A为比例常数061nICICii6144iiDrIC蜂窝系统的通信容量_FDMA蜂窝系统的通信容量_FDMA令Di=D6144iiDrICSICDrIC461SICN632NrD3因所以当蜂窝系统的总频道数M=W/B（W为频段宽度，B为频道间隔）和区群小区数N确定后，每一小区的可用频道数:SSICMICBWNBWn3232从上式可知：蜂窝系统可以分配给每个小区的信道数除了取决于总信道之外，还取决于要求的载干比。基站若采用定向天线把小区分成多扇区进行工作，可以减小系统中的共道干扰。提高系统的通信容量。蜂窝系统的通信容量_FDMA蜂窝系统的通信容量_TDMATDMA系统的频道宽度为B，而每一频道包含m个时隙，信道总数为M=mW/BGSM系统容量632510810002001010004250483MN信道总数时，每小区信道数（ch/cell）250每扇区信道数=3蜂窝系统的通信容量_CDMA一般扩频通信系统的通信容量：bbbbRWIEWIERIC/00Eb是信息的一比特能量，Rb是信息的比特率，I0是干扰的功率谱密度（每赫干扰功率），W是总频段宽度n个用户共用一个无线频道：（不加功率控制）11nIC或01IERWnbb根据CDMA蜂窝系统的特征逐步修正其容量公式1．话音激活期的影响令话音的占空比为ddIERWnbb102．扇区的作用令扇区数为GdGIERWnbb03．邻近小区的干扰令信道再用效率为FdGFIERWnbb0蜂窝系统的通信容量_CDMA几种蜂窝通信系统的通信容量的比较模拟FDMATDMACDMA总频段宽度1.25MHz1.25MHz1.25MHz频道间隔30kHz30kHz1.25MHz每载频时隙数33信道数目41.7125每区群小区数74扇形分区数3通信容量（ch/cell）631.25120小区：一个基站或该基站的一部分（扇形天线）所覆盖的区域基站区：由一个基站的所有小区所覆盖的区域位置区：移动台可以任意移动不需要进行位置更新的区域数字蜂窝移动通信网的区域结构数字蜂窝移动通信网的区域结构MSC区：一个MSC所管辖的所有小区共同覆盖的区域服务区：移动台可获得服务的区域，即PLMN、PSTN或ISDN用户无须知道移动台实际位置而可与之通信的区域。TDMA信道概念•物理信道•一个物理信道就为一个时隙(TS)•逻辑信道•根据BTS与MS之间传递的信息种类的不同而定义的不同逻辑信道。•这些逻辑信道映射到物理信道上传送。•从BTS到MS的方向称为下行链路，相反的方向称为上行链路。逻辑信道逻辑信道又分为两大类，业务信道和控制信道。①业务信道（TCH）：用于传送编码后的话音或用户数据，在上行和下行信道上，点对点（BTS对一个MS，或反之）方式传播。②控制信道（CCH）：用于传送信令或同步数据。根据所需完成的功能又把控制信道定义成广播、公共及专用三种控制信道。---独立专用控制信道（SDCCH）：用在分配TCH之前呼叫建立过程中传送系统信令。例如登记和鉴权在此信道上进行。上行和下行信道，点对点方式传播。---寻呼信道（PCH）：用于寻呼（搜索）MS。下行，点对多点方式传播。---随机接入信道（RACH）：MS通过此信道申请分配一个独立专用控制信道（SDCCH），可作为对寻呼的响应或MS主叫／登记时的接入。上行信道，点对点方式传播。---允许接人信道（AGCH）：用于为MS分配一个独立专用控制信道（SDCCH）。下行信道，点对点方式传播。逻辑信道数字化语音传输技术•自适应均衡:抗多径造成的时散现象•卷积码:纠随机错误•交织:抗突发错误•跳频:提高抗干扰性能,每帧改变频率•调制:GMSK调制方式•采用话音激活技术，进一步提高频谱利用率。GSM系统的控制与管理——鉴权与加密GSM采取的安全措施：•接入网路：对客户鉴权•无线路径：对通信信息加密•移动设备：设备识别•对用户识别码：用临