移动通信课程总结

移动通信MobileCommunications课程总结Chapter1Introduction2所谓移动通信，是指通信双方或至少一方处于运动中进行信息交换的通信方式。移动通信解决因为人的移动而产生的动中通问题终端的移动性三大通信手段：移动，卫星，光纤3移动通信的传输信道必须使用无线电波传播，而无线电波传播特性复杂电波随传播距离的增加而发生弥散和损耗受地形、地物的影响而发生阴影效应多径传播造成瑞利衰落通信中移动台的移动会产生多普勒频移衰落的原因接收机运动→多普勒频移信号多条路径传播→多径效应多径信号相位相反→合成信号的幅度快速变化多径信号传播路径不同→时延散布无线电波散射→路径损耗建筑物阻挡→阴影效应强信号抑制弱信号→远近效应移动通信发展历史45关于双工复用模式(DuplexMethodsofRadioLinks)频分双工FDD(FrequencyDivisionDuplex)按频率划分为上行链路和下行链路信道WCDMA,CDMA2000时分双工TDD(TimeDivisionDuplex)上行链路和下行链路使用相同的频率，允许上行链路在当前时隙内使用该频率，而下行链路在下一时隙内使用该频率TD-SCDMA6MobileStationBaseStationMobileStationMobileStationMobileStationForwardlinkReverselink无线通信的多址接入方式MultipleAccessmode主要解决的问题是：多用户如何高效共享给定频谱资源7频分多址接入FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess)1G时分多址接入TDMA(TimeDivisionMultipleAccess)2G:GSM码分多址接入CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)3G:WCDMA,CDMA2000,TD-SCDMA空分多址接入SDMA(SpaceDivisionMultipleAccess)3GBasicMultipleAccessmodeChapter2PropagationModelingRadioWavePropagation无线电波传播发射源所发射的无线电波通过自然条件下的媒质到达接收天线的过程称为无线电波传播。thePropagationModeofRadioWave无线电波传播主要方式地波传播对流层电波传播天波传播卫星通信8RadioPropagationofLandMobileChannel基站散射阴影衰落散射反射移动终端（手机）衍(绕)射.......直射波（最强）反射波（次强）绕射波（次强）散射波（最弱）图陆地移动信道的电波传播机制LineofSight,LOS是指视距范围内无遮挡的传播。直射波传播的信号最强。可按自由空间传播来考虑。Reflection当电磁波遇到比波长大得多的物体时发生反射，反射发生于地球表面、建筑物和墙壁表面。反射波的信号强度仅次于直射波。Diffraction收发之间的传输路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射，信号能量绕过障碍物传播，绕射波信号强度与反射波相当。Scattering当电波传播遇到小于信号波长的障碍物或粗糙表面时引起的漫反射后到达接收点的传播机制，散射波信号强度最弱。10RadioPropagationofLandMobileChannelLog-normalShadowingandSmall-scaleFading大尺度路径损耗和小尺度衰落Log-normalShadowing用于描述发射机与接收机之间的长距离（几百或几千米）上信号强度的变化。small-scaleFading用于描述发射机与接收机之间的短距离（几个波长）或短时间（秒级）内信号强度的快速变化。移动台运动的小区域基站小尺度衰落r0(t)大尺度路径损耗m(t)图衰减区域12lg(d)接收功率(dBm)自由空间传播损耗大尺度路径损耗大尺度路径损耗+小尺度衰落图2.31大尺度路径损耗和小尺度衰落00lglglgrtmtrtrtmtrt自由空间的电波传播自由空间：充满均匀、线性、各向同性理想机制的无限大空间。自由空间传播损耗：电波通过自由空间介质传播时所生的损耗222432.4520lg120lg1,rttrtrPPGGLdfMHdzGGdkmf200rrdPdPdd202ddD反射T发射机R接收机dthrhdd221e4rtrtjRPPGGd反射波成分直射波成分2244401lg20lg20lgtrtrrttrtrhhddPPGGLGhdGh20trhhd双线地面反射模型14绕射绕射(diffraction)波长越大，绕射能力越强电波主要通过第一菲涅耳区传播至观察点1d2dh1d2d0h1hF12EE121ddFd1d2dh1hFh：障碍物顶到直射路径的距离16PropagationPathLoss路径传播损耗（Log-normalShadowing,大尺度损耗）电磁波在空间传播的损耗SlowFading慢衰落损耗（中尺度损耗）阴影衰落，服从正态分布（高斯分布）FastFading快衰落损耗（小尺度损耗）多径衰落，服从瑞利分布Space-SelectiveFading空间选择性快衰落Frequency-SelectiveFading频率选择性快衰落Time-selectivefading时间选择性快衰落PropagationLossDopplerFrequencyShift多普勒频移由于接收机和发射机之间的相对运动而引起接收信号频率与发送频率不同，产生了偏移v：移动台的移动速度(米/秒)：入射波与移动台移动方向的夹角；d：运动距离；vdXYSlZ多普勒频移示意图TheDopplereffect(orDopplershift)isthechangeinfrequencyofawave(orotherperiodicevent)foranobservermovingrelativetoitssource.1cos2dvft多普勒频移mvf最大多普勒频移MultipathFading多径衰落Small-scaleFading是一种小尺度衰落，快衰落：反映了微观小范围内（波长量级）接收电平的均值变化而产生的损耗。Cause：发射电波经历了不同路径，导致传播时间和相位均不相同合成的接收信号幅度在较短时间内急剧变化，产生了衰落MultipathFadingMultipathfadingaffectsmostformsofradiocommunicationslinksinoneformoranother.19多径效应引起的时延扩展，导致了发送信号产生平坦衰落(Frequencyflatfading)或频率选择性衰落判定：由信道和信号两方面决定多径时延扩展引起的衰落效应分类不同频率分量的衰落信号波形频率选择性衰落不一致失真非频率选择性衰落（平坦衰落）相关的一致的不失真Chapter3ModulationTechniquesforMobileCommunication20ModulationistheprocessofencodinginformationfromamessagesourceinamannersuitablefortransmissionItinvolvestranslatingabasebandmessagesignaltoabandpasssignalatfrequenciesthatareveryhighcomparedtothebasebandfrequency.BasebandsignaliscalledmodulatingsignalBandpasssignaliscalledmodulatedsignal调制的实质——将调制信号的频谱搬移到所希望的频率范围，使其转换成适合信道传输的已调信号，同时有利于实现频分复用21DigitalModulationMethodAnalogModulationDigitalkeyingmethodBinarymodulationM-aryModulationAmplitude2ASKMASK、QAMFrequency2FSKMFSK、MSKPhase2PSK、2DPSKQPSK,8PSK衡量数字通信系统性能的指标有效性（频带利用率）可靠性（误码率）22频谱效率Spectrumefficiency单位带宽传输频道上每秒可传输的比特数，单位是bit/s/Hz。Multi-narydigitalmodulation多进制数字调制对于BPSK或2ASK，理论最高频谱效率为1bit/s/HzQPSK的理论最高频谱效率为2bit/s/Hz；32QAM的理论最高频谱效率达5bit/s/Hz；即对于M进制数字调制MPSK或MQAM，其理论最高频谱效率为log2M(bit/s/Hz)。BandwidthEfficiency→abilityofamodulationtechniquetoaccommodatedatainalimitedBWBandwidthefficiencyreflecthowefficientlytheallocatedbandwidthisutilized23Bbps/HzBRBR:datarateB:bandwidthoccupiedbythemodulatedRFsignalShannon’sBoundafundamentalupperboundonachievablebandwidthefficiencyShannon’stheoremgivestherelationshipbetweenthechannelbandwidthandthemaximumdataratethatcanbetransmittedoverthischannelconsideringalsothenoisepresentinthechannel.24max2log(1)BCSBNchannelcapacity(maximumdata-rate)(bps)RFbandwidthsignal-to-noiseratio(nounit)Nyquist’sBandwidth奈奎斯特带宽TheNyquistrate,Rs,istwicethebandwidthWofabandlimitedfunctionorabandlimitedchannel.理论上无码间串扰ISI的基带系统，若每秒传输Rs个码元，需要最小带宽是Hz2sRmax22logRBMM-aryModulations25Nyquisttransmissionrate奈奎斯特传输速率，是指假设已知系统传输信号的信道带宽（通频带）时，数字上等于信道带宽的符号传输速率。高阶调制在3G,4G中的应用高阶调制在高速数据传输系统中应用相当多TD-SCDMA采用了比较低阶的QPSK的调制方案,WCDMA也采用了低阶的上行BPSK方式和下行QPSK方式。无论是TDD系统还是FDD系统都引入了高阶的16QAM的方式。LTE是发展的一个热点，为了达到5bps/Hz的频谱利用率，更是采用了64QAM的调制方式。可以看出，更高阶的调制方式一般都是采用QAM的形式，因为它既能有效地利用频谱空间又能保持良好的误码性能。cdma20001x也采用了QPSK的方式，当它演进到EV-DO阶段，也引入了8PSK，16QAM，64QAM等高阶调制方式。2627Chapter4Anti-FadingTechniques移动信道三大