移动通信课件553——第二章无线传输理论及无线信号的流程

1第二章无线传输环境和无线通信的流程2.1、无线传播理论2.1.1无线传播的基本理论2.1.2无线传播的环境2.2、无线通信的基本流程2.2.1无线信号传输的基本流程2.2.2信源编码2.2.3信道编码2.2.4调制解调2一、无线传播基本原理二、无线传播环境信号衰落传播损耗无线传播理论提纲3直射波及地面反射波（最一般的传播形式）对流层反射波（传播具有很大的随机性）山体绕射波（阴影区域信号来源）电离层反射波（超视距通讯途径）无线传播基本原理——传播途径4①建筑物反射波②绕射波③直达波④地面反射波无线传播基本原理——传播途径5无线传播理论提纲一、无线传播基本原理二、无线传播环境信号衰落传播损耗6无线传播环境电波传播受地形结构和人为环境的影响，无线传播环境直接决定传播模型的选取。影响环境的主要因素：•自然地形（高山、丘陵、平原、水域）•人工建筑的数量、分布、材料特性•该区域植被特征•天气状况•自然和人为的电磁噪声状况7•人为环境乡村地区准郊区郊区市区•地形结构开阔区平滑地形丘陵地形山区无线传播环境8无线传播理论提纲一、无线传播基本原理二、无线传播环境信号衰落传播损耗9无线传播环境——信号衰落距离(m)接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落10无线传播环境——信号衰落抗快衰落措施－分集•时间分集符号交织、检错、纠错编码•空间分集采用主、分集天线接收。主、分集天线的接收信号不具有同时衰减的特性。基站接收机对一定时间范围内不同时延信号的均衡能力也是一种空间分集的形式。•频率分集GSM通信采用跳频11起源于反射，主要指到达接收机的主信号和其他多径信号在空间传输时间差异而带来的同频干扰问题发射信号来自远离接收天线的物体无线传播环境——时间色散解决自适应均衡技术、站址调整12无线传播理论提纲一、无线传播基本原理二、无线传播环境信号衰落传播损耗13Ploss=32.44+20lgfMHz+20lgdkm设f=900MHz，该传播损耗可描述为：Ploss=91.52+20lgd=L0+10lgdL0=91.52=2路径损耗斜率在实际通信环境中，一般在3至5之间自由空间传播损耗无线传播环境——传播损耗14无线传播环境——传播损耗平坦地形传播损耗Ploss=10lgd-20lghb-20lghm=4路径损耗斜率hb：基站天线高度hm：移动台高度基站天线高度增加一倍，可补偿6dB的路径损耗15无线传播环境——传播损耗准平滑地形及不规则地形传播损耗准平滑地形表面起伏平缓，起伏高度小于等于20米的地形不规则地形除了准平滑地形之外的其余地形，可按状态分为：丘陵地形、孤立山岳、倾斜地形、水陆混合地形等RTTR16其它传播损耗TRTR无线传播环境——传播损耗•绕射损耗•穿透损耗•地物损耗17无线传播理论——绕射损耗特点电磁波在绕射点四处扩散绕射波覆盖除障碍物外的所有方向扩散损耗最为严重计算公式复杂，随不同绕射常数变化18无线传播理论——建筑物穿透损耗（一）θθε0μ0εμε0μ0dDw1w2E1E2XdBmWdBm穿透损耗=X-W=BdB电磁波穿透墙体的反射和折射室内信号取决于建筑物的穿透损耗室内窗口处与室内中部信号差别较大建筑物材质对穿透损耗影响较大电磁波的入射角对穿透损耗影响较大19无线传播理论——建筑物穿透损耗（二）•物体阻挡/穿透损耗为：隔墙阻挡：5～20dB楼层阻挡：＞20dB，室内损耗值是楼层高度的函数，-1.9dB/层家具和其它障碍物的阻挡：2～15dB厚玻璃：6～10dB火车车厢的穿透损耗为：15～30dB电梯的穿透损耗：30dB左右茂密树叶损耗：10dB20无线传播理论——反射损耗地面性质水面稻田田野城市、山地、森林等效地面反射系数0.9～10.6～0.80.3～0.50.1～0.2反射损耗（dB）0～12～46～1014～2021•2.2无线通信的基本原理•2.2.1无线通信的处理流程语音编码语音信道编码调制功率放大接收解调信道解码语音解码语音无线传输存在于基站与移动终端的通信过程中的点对点通信，包括了编码、调制、同步、均衡等基本通信技术。22•2.2.2语音编码–语音数码化阶段：抽样、量化、编码–编码方式：时域编码：PCM、ADPCM方式等，如PHS系统；频域（参数）编码：线性预测码等；混合编码：如RPE-LTP（GSM）、CELP（CDMA）。23话音编码技术•话音编码技术：有波形编码、参量编码和混合编码三大类☆波形编码技术是通过对话音波形进行采样、量化，然后用二进制码表示出来。这种技术包括PCM、DPCM和DM，以及自适应量化的ADPCM、ADM技术和ATC（自适应变换编码）、SBC（子带编码）技术。☆参量编码技术是以话音信号产生的数学模型为基础，根据输入语音信号分析出模型参数（主要是表征声门振动的激励参数和表征声道特性的声道参数），然后在解码端根据这些模型参数来恢复话音。☆混合编码技术兼有波形编码和声源编码的优点，它也是目前使用最多的编码技术。随着研究的深入，话音编码的研究也在不断引进新的分析技术，如非线性预测、多精度时频分析技术（包括子波分析技术）、高阶统计分析技术等。24–信道编码常采用纠错编码，其基本方式为：发送端在发送的信息上附加上一些监督码元，这些多余的码元与信息码元之间以某种确定的规则相互关联。接收端按照既定的规则检查信息码元与监督码元之间的关系，若传输过程中发生差错，两者间的约束关系就会受到破坏，接收端从而可以发现甚至纠正错误。–常用纠错码：循环冗余校验码CRC(PHS,CDMA)、卷积码(GSM,CDMA)、交织码(GSM,CDMA)、扰码(CDMA).•2.2.3信道编码25交织技术•在陆地移动通信这种变参信道上，比特差错经常是成串发生的。这是由于持续较长的深衰落谷点会影响到相继一串的比特。然而，信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才有效。为了解决这一问题，希望能找到把一条消息中的相继比特分散开的方法，即一条消息中的相继比特以非相继方式被发送。这样，在传输过程中即使发生了成串差错，恢复成一条相继比特串的消息时，差错也就变成单个(或长度很短)，这时再用信道编码纠错功能纠正差错，恢复原消息。这种方法就是交织技术。26•2.2.4调制和解调–定义：利用数字信号来控制载波的振幅、频率或相位，可分为移幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK);–各系统采用的方式：PHS：/4-QPSK；GSM：GMSK（高斯滤波的最小移频键控）；CDMA：QPSK/OQPSK–解调方式：相干解调：利用本地同频率/相位的载波；非相干解调：微分电路+包络检波；27调制技术概念：调制是为了使信号特性与信道特性相匹配数字调制是用基带数字信号改变高频载波信号的某一参数来传递数字信号的过程。※目前在数字蜂窝系统中，多采用线性调制和恒定包络调制28数字调制的分类TFM(平滑调频)—非线性连续相位路径数字调制GMSK(高斯型MSK)—非线性连续相位路径数字调制MSK(最小频移键控)—线性连续相位路径数字调制CPM(连续相位调制)QPSK(正交四相移相键控)DQPSK(相对QPSK)OQPSK(参差QPSK)DPSK(相对移相键控)BPSK(二进制移相键控)MFSK(多进制移频键控)BFSK(二进制移频键控)PSK(移相键控非连续相位路径数字调制)FSK(移频键控)恒定包络MQAM(星座调制)不恒定包络QAM(正交幅度调制)ASK(幅度键控)数字调制4—QPSK•数字调制的分类29思考题•点对点无线通信过程中，话音从一方传递到另一方需要经过哪些环节？•谈谈信源编码与信道编码的意义和目的。•现有的移动通信系统的采用了哪些无线信号调制的方式？•信道的快衰落和慢衰落现象有何不同，是由哪些原因造成的？30下一章的思考•1.GSM系统的网络结构•2.移动台主叫(被叫)的呼叫流程•3.GSM系统中有哪些主要号码?它们的主要作用是什么?•4.GSM中有哪些控制信道?它们的主要作用是什么?•5.GPRS主要有哪些应用?•6.3G中三种制式的主要区别是什么?