移动通信复习知识要点

第一部分概述1.了解移动通信的发展情况古代移动通信-萌芽阶段-开拓阶段-商业阶段-蜂窝思想-第一代移动通信系统-数字化-第二代移动通信系统-宽带、多媒体-第三代移动通信系统-广带IP多媒体-第四代移动通信系统（1897年，马可尼完成莫尔斯电码无线通信实验，标志无线电通信的开始，开创了海上通信业）（1928年，美国底特律警察局率先使用装备贝茨发明的能适应移动车辆震动影响的无线电收发信机——超外差AM接收机的警用车辆无线电移动系统（单向），标志移动通信开始）（1935年，阿姆斯特朗发明了FM方式无线电，是移动通信中的第一个大分水岭）（早在40年代末，美国Bell实验室提出蜂窝构想；1974年正式提出了蜂窝移动通信的概念。）2.了解通信系统的分类按工作方式分类---单工双工(TDD,FDD)半双工按信号形式分类---模拟网和数字网按覆盖范围分类---城域网,局域网和个域网按服务特性分类---专用网,公用网按多址方式分类---FDMA,TDMA,CDMA,SDMA按使用对象分类---民用系统、军用系统按业务类型分类---电话网、数据网、综合业务网、多媒体按使用环境分类---陆地通信、海上通信、空中通信依据通话状态和频率使用方法，可分为单向和双向单工和双工3.了解双工方式双工通信的特点是:同普通有线电话很相似,使用方便。其缺点是:在使用过程中,不管是否发话,发射机总是工作的,故电能消耗很大,这对以电池为能源的移动台是很不利的。针对此问题的解决办法是:要求移动台接收机始终保持在工作状态,而令发射机仅在发话时才工作。这样构成的系统称为准双工系统,也可以和双工系统兼容。这种准双工系统目前在移动通信系统中获得了广泛的应用。第二部分移动通信的传播特性1.了解电波的传播方式1)直射波：电波传播过程中没有遇到任何的障碍物,直接到达接收端的电波,称为直射波。直射波更多出现于理想的电波传播环境中。2)反射波：电波在传播过程中遇到比自身的波长大得多的物体时,会在物体表面发生反射,形成反射波。反射常发生于地表、建筑物的墙壁表面等。3)绕射波：电波在传播过程中被尖利的边缘阻挡时,会由阻挡表面产生二次波,二次波能够散布于空间,甚至到达阻挡体的背面,那些到达阻挡体背面的电波就称为绕射波。由于地球发射机接收机f1基站送话器受话器f2发射机接收机f1移动台送话器受话器f2双工器f1f2表面的弯曲性和地表物体的密集性,使得绕射波在电波传播过程中起到了重要作用。4)散射波：电波在传播过程中遇到障碍物表面粗糙或者体积小但数目多时,会在其表面发生散射,形成散射波。散射波可能散布于许多方向,因而电波的能量也被分散于多个方向。2.了解无线电波的自由传播损耗其中,d的单位是km，f的单位是MHz．ＧＴ，ＧＲ为１．3.了解无线信号的大尺度模型和小尺度模型所指的是什么；大尺度传播模型：用于预测平均场强并用于估计无线覆盖范围的传播模型。由于描述的是发射机与接收机（T-R）之间长距离（几百米—几千米）上的场强变化，所以被称作大尺度传播模型。小尺度衰减模型：描述短距离（几个波长），或短时间（秒级）内的接收场强快速波动的传播模型，称为小尺度衰减模型。4.了解移动通信信道的四种效应移动信道四大效应（阴影效应、多径效应、多普勒效应、远近效应）多径效应：阴影效应：当电波在传播路径上受到起伏地形、建筑物、植被等障碍物的阻挡时，会产生电磁场的半盲区。远近效应：由于接收用户的随机移动性，移动用户与基站间的距离也是随机地变化，若各移动用户发射功率一样，那么到达基站的信号强弱不同，离基站近信号强，离基站远信号弱。通信系统的非线性则进一步加重，出现强者更强、弱者更弱和以强压弱的现象。多普勒效应：由于处于接收状态的移动用户高速运动而引起传播频率的扩散。其扩散程度与用户运动速度成正比。5.了解移动通信信道的三大损耗移动信道三大损耗（路径损耗、慢衰落、快衰落（频率选择性衰落、时间选择性衰落、空间选择性衰落））自由空间传播损耗（路径损耗）：理想传播条件，电波在自由空间传播时，不存在电波的反射、折射、绕射、色散、吸收等现象。但由于辐射能量的扩散而引起衰减。慢衰落损耗：它反映了中等范围内数百波长量级接收电平的均值缓慢变化而产生的损耗（宏观变化），近似服从对数正态分布。产生原因：阴影效应大气折射2;RRTRRRPSAPdAGG2接收天线获得的功率：（）4其中：－接收天线的增益4lg(/)20lg()32.4420lg20lgfsTRdLPPdf4传输损耗：[]=10,;fsfsLdfdfL可见：[]～或增加一倍，[]增加6dB快衰落损耗：反映了微观小范围内数十波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗。其变化率比慢衰落快。产生原因：多径效应多普勒效应6.了解三种选择性衰落的概念，掌握相干时间、相干带宽、相干距离的概念；三类主要快衰落（空间选择性衰落，频率选择性衰落，时间选择性衰落）空间选择性衰落：在不同地点（空间）信号衰落特性不一样。频率选择性衰落：信号在不同的频率衰落特性不一样。结论：由于时延扩散引起了频率选择性衰落。时间选择性衰落：信号在不同的时间衰落特性不一样。结论：由于变速移动引起的频率扩散，在接收点波形产生了时间选择性衰落。相干时间：Tc≈1/fd，当信号码元周期TC时，发生时间选择性衰落。相关带宽：常用最大时延的倒数来规定相关带宽。即信号带宽大于相关带宽时，该信号在信道中传输则会产生频率选择性衰落。相干距离：第三部分抗衰落技术1.了解三种主要的抗衰落的技术手段分集：用来补偿衰落信道损耗,它通常要用两个或更多的接收天线来实现；cB2πΔ1＝均衡:可以补偿信道中由于多径效应而产生的码间干扰（幅度和时延)；信道编码：通过在发送信息时加入冗余的数据位来改善通信链路的性能。2.了解什么是分集，了解主要的分集技术宏分集：蜂窝小区的顶点上设立多个基站，从不同方向同时与一个移动台通信。微分集：利用信号在空间,频率,极化，场强，角度和时间上的相互独立性来减小快衰落的分集技术。（空间分集，极化分集，场分量分集,角度分集,时间分集。）3.了解分集常见的三种信号合并方式，并知道它们性能优劣最大比值合并,选择式合并,等增益合并选择式合并：比较并选择信噪比最大的支路作为输出。所以又称开关式相加，方法简单，容易实现。设有M个独立的Rayleigh衰落信道，每个信道称作一个分集支路，通信中断的条件是所有支路的信号的信噪比全部小于解调门限。最大比值合并：最佳合并方式。i)每个支路有一个加权因子ⅱ)各路信号迭加时要保证同相位(与选择分集不同),因而要求每个支路有放大和调相电路。等增益合并：各支路信号等增益相加。其性能接近最大比值合并，且容易实现。因为有时按需要权重可调并不方便，因而出现了等增益合并：各支路信号同相后再迭加，但各支路权重相同。其性能比最大比率合并差一些，但比选择性分集要好很多。三种合并法平均信噪比比较:在相同分集重数（即M相同）的情况下，以最大比值合并方式改善信噪比最大，等增益合并方式次之；分集重数M较小时，等增益合并的信噪比接近最大比值合并，选择式合并所得到的信噪比改善量最少，原因在于合并器输出只利用了最强的一路信号，而其他各支路都没有被利用。4.了解时间分集以及相应的交织编码技术时间分集：利用信号在时间上的独立性发射和接收时实现分集。行列交织卷积交织随机交织RAKE接收－－利用扩频码的相关特性进行多径分离与合并，实现时间分集5.了解频率分集以及相应的扩频技术载波信号的频率随时间而变化，扩频技术：第四部分组网技术1.了解三种多址接入技术频分多址FDMA在频分多址(FDMA)系统中不同信道占用不同带宽•FDMA是将给定的频谱资源划分为不同频道分配给每一个用户使用；FDMA特点：•FDMA每个频道只传送一路电话；•连续传输,一旦给移动台分配了频道，移动台和基站同时连续不断发射；•信道带宽较窄（25kHz或30kHz），即FDMA通常使用窄带系统；•传输速率低。码元持续时间较长,与平均延迟扩展相比很大,这意味着码间干扰低，不需要均衡；•与TDMA相比,FDMA系统简单的多；•基站共用设备成本高，因为每路载波单路设计，需收发设备以及带通滤波器滤除杂波干扰;•移动台需要双工器，增加了费用；•需要精确的RF滤波器消除邻频干扰。时分多址TDMA在时分多址中不同信道占用一个周期性重复的时隙•TDMA将无线频谱按时隙划分，分配给不同用户；TDMA系统主要应考虑的问题：控制信令的传输同步抗多径干扰主要措施：1、在每个时隙中，划出专门的比特用于控制和信令的传输。2、为便于接收端利用均衡器克服多径引起的码间干扰，在时隙中插入自适应均衡器所需的训练序列。3、在上行链路的每个时隙中留出一定的保护间隔。4、为便于接收端的同步，在每个时隙中要传输同步序列。TDMA的特点:•TDMA使几个用户共享一个载波频率,每个用户利用不同时隙。•数据传送不连续，采用分组发送。因而电池消耗低，切换容易；•TDMA系统必须有精确的定时和同步。•TDMA系统可动态分配时隙,有话音时分配时隙，无话音时不分配时隙，有利于提高系统容量。码分多址CDMA在码分多址(CDMA)中,指定给每个用户一个唯一的PN代码，而且与其他用户代码正交•以信号波形（代码序列）不同区分不同用户称作CDMA连接。CDMA系统特点：•CDMA蜂窝系统与FDMA系统或TDMA系统相比具有更大的通信容量•CDMA系统中信道数据率很高,码片时长很短，由于PN序列的低自相关性，将超过一个码片的多径信号视为噪声，所以可以使用RAKE接收机，以提高系统的信噪比。•CDMA系统具有“软切换”功能•设备简单2.了解蜂窝网和频率复用的概念利用频率复用的概念，将整个服务区域划分成若干个小区，每个小区分别设置一个低发射功率的基站，负责本小区的通信。优点：提高频率利用率，组网灵活缺点：网络构成复杂频率复用：N个相邻的小区组成一个区群(簇)将可供使用的频道划分成N组区群内的每个小区使用不同的频率组相邻区群重复使用相同的频率组分配模式。3.了解区群的概念簇（区群）：共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇(区群)）若N越小，则系统中区群复制得越多，系统容量越大，频率的利用率越高。N叫做区群的大小，典型值3、4、7、9、12、……构成蜂窝网的二次几何图形构成簇的基本条件：基本图案（簇）能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积。相邻单元（簇）中，同频道的小区间距离相等，且为最大。满足上述两个条件的簇的形状和簇内小区数N是有限的，并且N应该满足下式：N=a^2+ab+b^24.能够画出移动通信网络的基本架构，了解其中各个网元的作用移动用户－－基站－－交换机－－固定网络－－固定用户移动用户－－基站－－交换机－－基站－－移动用户1）MSC是移动业务交换中心，是无线电系统和公共电话交换网络之间的设备，完成必须的信令功能以建立与移动台的往来呼叫。主要责任：路由选择管理；计费和费率管理；业务量管理；向HLR发送有关业务量的信息和计费信息。2）2、HLR为原籍位置寄存器，每个移动用户必须在HLR中注册，HLR中存储的用户信息分两类：a：有关用户的参数信息；b：关于用户当前位置的信息，以及建立至移动台的呼叫路由。功能:负责移动台数据库管理，主要责任：用户参数的管理、修改等；计费管理；VLR的更新。3）访问位置寄存器（VLR）是存储用户信息的动态数据库。漫游登记一个VLR可以服务若干个MSC。主要责任是：移动台漫游号管理；临时移动台标志管理；访问的移动台用户管理；HLR的更新；管理MSC区，位置区和基站区等；4）认证中心是认证移动用户的身份以及产生相应认证参数的功能实体，进行用户鉴权和认证。上述功能实体可以有多种配置方式：MSC-VLRHLR-AUC-EIR等5.了解什么是移动通信中的切换将一个正处于呼叫建立状态或忙状态的MS转换到新的业务信道（新的小区）上的过程称为“切换”目的：实现蜂窝移动通信的“无缝隙”覆盖，保证移动台跨区时通信的连续性。GSM决定切换的三个指标1）WEI(WordErrorIndicator)移动台测当前突发