-新一代移动通信工程教学PPT第2章移动通信系统的基本技术课件-.docx

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1、“新一代移动通信工程教学PPT第2章移动通信系统的基本技术课件”1、本章内容本章内容2.12.1无线电波传播理论与特征无线电波传播理论与特征2.22.2抗衰落技术抗衰落技术2.32.3调制技术调制技术2.42.4多址技术多址技术2.52.5蜂窝掩盖技术蜂窝掩盖技术2.62.6信道配置信道配置2.72.7话务量话务量2.82.8综合工程案例综合工程案例2.12.1无线电波传播理论与特征无线电波传播理论与特征从某种意义上来说，对移动无线电波传播特性的讨论就是对移动信道特性的讨论。在传播过程中，无线电波主要受三种物理现象的影响：反射、绕射和散射。图2.1描述了电波的三种传播方式。2.12.1无线电波

2、传播理论与特征无线电波传播2、理论与特征图图2.12.1电波的传播方式电波的传播方式2.12.1无线电波传播理论与特征无线电波传播理论与特征反射反射反射是指电磁波在传播的过程中遇到一个尺寸远大于其波长的物体（如地球、建筑物和墙壁表面）而产生的物理现象。绕射绕射/衍射衍射绕射/衍射是指放射机和接收机之间的无线路径被尖锐、不规章的物体表面或小的缺口（洞）阻挡而发生的物理现象。2.12.1无线电波传播理论与特征无线电波传播理论与特征散射散射散射是由一个或者多个尺寸远小于其波长的本地障碍物引起电磁波偏离原来传播方向的物理现象。2.12.1无线电波传播理论与特征无线电波传播理论与特征无线信道的一个典型特

3、征是“衰落衰3、落现象，即信号幅度在时间和频率上的波动。衰落的一般表现：随信号传播距离变化而导致的传播损耗和弥散；由于传播环境中的地形起伏、建筑物及其他障碍物对电磁波的遮挡所引起的衰落，一般称为阴影衰落；2.12.1无线电波传播理论与特征无线电波传播理论与特征无线电波在传播路径上受到四周环境中地形地物的作用而产生的反射、绕射和散射，使得其到达接收机时是从多条路径传来的多个信号的叠加，这种多径传播所引起的信号在接收端幅度、相位和到达时间的随机变化将导致严峻的衰落，即所谓多径衰落。2.12.1无线电波传播理论与特征无线电波传播理论与特征多普勒频移：多普勒频移：移动台在传播径向方向的运动将使接收信号

4、产生多4、普勒（DoPPIer）效应，其结果会导致接收信号在频域的扩展，同时转变了信号电平的变化率。2.1 2.1无线电波传播理论与特征无线电波传播理论与特征移动移动传播模型传播模型：大尺度传播模型大尺度模型主要用于描述放射机与接收机之间长距离（几百或几千米）上信号强度的变化，主要包括路径传输损耗和阴影衰落。小尺度传播模型小尺度模型主要用于描述短距离（几个波长）或短时间（秒级）内接收信号强度的快速波动，主要是无线信道的多径导致的。2.12.1无线电波传播理论与特征无线电波传播理论与特征移动移动传播模型传播模型：大尺度传播模型表征了接收信号在肯定时间内随传播距离和环境的变化而呈现的变化，一般变化

5、较为5、缓慢。小尺度传播模型主要效应表现为：经过短距和短时传播后信号强度的急速变化，在不同多径信号上存在时变的多普勒频移引起的随机频率调制，多径传播时延引起的时间弥散。2.12.1无线电波传播理论与特征无线电波传播理论与特征n2.22.2抗衰落技术抗衰落技术LL分集技术分集技术分集就是在独立的衰落路径上发送相同的数据，由于独立路径在同一时刻经受深衰落的概率很小，因此经过适当的合并后，接收信号的衰落程度就会减小。2.22.2抗衰落技术抗衰落技术分集有两重含义含义:一是分散传输二是集中处理2.22.2抗衰落技术抗衰落技术分集技术的分类有多种方式。根据接收信号样值的结构与统计特性，可分为6、空间、频

6、率、时间3大基本类型；按集合、合并方式划分，可分为选择合并、等增益合并与最大比值合并；其他2.22.2抗衰落技术抗衰落技术2.2.均衡技术均衡技术均衡技术是指各种用来处理码间干扰（ISl）的算法和实现方法。均衡可以分为时域均衡和频域均衡。时域均衡的目的是使总的冲激响应满意无码间干扰的条件。频域均衡的目的是使总的传输函数（信道传输函数和均衡器传输函数）满意无失真传输条件，即校正幅频特性和群时延特性。2.22.2抗衰落技术抗衰落技术2.2.均衡技术均衡技术I时域均衡器一般可以分为线性与非线性两大类。两大类均衡器的差别主要在于均衡器输出被用于反馈掌握的方法。2.22.2抗衰落技术7、抗衰落技术22均

7、衡技术均衡技术常用的非线性均衡器类型有判决反馈均衡器（DFE）、最大似然序列估量器（MLSE）、最大似然符号检测器（MLSD）。非线性均衡器的性能一般比线性均衡器的性能更好，特殊是在信道中存在深度衰落导致失真严峻时。2.22.2抗衰落技术抗衰落技术2.2.均衡技术均衡技术I根据均衡器的结构形式划分，主要分为横向均衡器、格形均衡器等。I根据均衡器的准则来划分，主要有最小均方误差准则MMSE.破零准则ZF、最大似然序列估量准则MLSE等。I根据均衡算法来划分,有最小均方算法LMS,递归最小二乘算法RLS、快速递归最小乘法、均方根递归最小二乘算法、梯度递归最小二乘算法。2.28、2.2抗衰落技术抗衰

8、落技术2.2.均衡技术均衡技术目前采纳频域均衡的技术有单载波和多载波两种。常用的频域均衡方法是迫零均衡和最小均方误差均衡。2.22.2抗衰落技术抗衰落技术22均衡技术均衡技术自适应均衡器是一个时变滤波器，它必需动态地调整其特性和参数，使其能够跟踪信道的变化，通过在自适应过程中进行变换产生期望响应的估量，使滤波器输出尽量靠近盼望回复的信号。2.22.2抗衰落技术抗衰落技术3.RAKE3.RAKE接收机接收机由于在多径信号中含有可以利用的信息，所以CDMA接收机可以通过合并多径信号来改善接收信号的信噪比。2.2 2.2抗衰落技术抗衰落技术3.RAKE3.RAK9、E接收机接收机RAKE接收机的原理

9、就是使用相关接收机组，对每个路径使用一个相关接收机,各相关接收机与同一期望（被接收的）信号的一个延迟形式（即期望信号的多径重量之一）相关，然后这些相关接收机的输出（称为耙齿输出）依据它们的相对强度进行加权，并把加权后的各路输出相加,合成一个输出。2.22.2抗衰落技术抗衰落技术44信道编码技术信道编码技术信道编码通过在传输数据中引入冗余来避开数字数据在传输过程中消失差错。用于检测差错的信道编码称为检错编码，而既可检错又可纠错的信道编码称为纠错编码。2.22.2抗衰落技术抗衰落技术4.4.信道编码技术信道编码技术信道编码通过在传输数据中引入冗余来避开10、数字数据在传输过程中消失差错。用于检测差

10、错的信道编码称为检错编码，而既可检错又可纠错的信道编码称为纠错编码。检错码和纠错码有三种基本类型：分组码、卷积码和Turbo码。2.32.3调制技术调制技术1.高阶调制技术高阶调制高阶调制的优势：它能够在有限带宽下很好地实现高速数据传输，并且可以在很大程度上提高频谱利用率。M进制的数字调制,一般可以分为MASK、MPSK、MQAM和MFSK,它们属于无记忆的线性调制。一般认为在阶数M8时为高阶调制。2.32.3调制技术调制技术在将来移动通信的进展中，高阶调制也必定是一种提高频谱利用率的有力措施。eg.LTE采纳了64QAM的调制方式。2.32.11、3调制技术调制技术2.扩频通信技术扩频通信（

11、SpreadSpectrum,SS）是指在发送端用宽带高速伪随机码对窄带低速信息数据进行调制，使其带宽被扩展；在接收端使用相同伪随机码与收到的宽带信号作相关运算，还原出窄带信息数据的处理过程。扩频和解扩的过程如图2.2所示。2.32.3调制技术调制技术发送端的处理称为扩频，接收端的处理称为解扩。2.32.3调制技术调制技术2.32.3调制技术调制技术扩频通信系统有三种实现方式I直接序列扩频(DirectSequenceSpreadSpectrum,DSSS)I调频扩频(Frequency-HoppingSpreadSpec12、trum,FHSS)I跳时扩频(Time-HoppingSprea

12、dSpectrum,THSS)o2.32.3调制技术调制技术CDMA采纳直接序列扩频通信技术,CDMA扩频通信系统组成如图2.3所示。2.32.3调制技术调制技术3.0FDM技术正交频分复用(OFDM)技术是一种多载波传输调制技术。OFDM技术的原理是将高速数据流通过串并转换，安排到传输速率相对较低的若干个相互正交的子信道中进行传输。2.32.3调制技术调制技术3.0FDM技术由于每个子信道中的符号周期会相对增加，因此可以减轻由无线信道的多径扩展带来的影响，并且可以在OFDM符号之间插入爱护间隔，使爱护间隔大于无13、线信道的最大时延扩展,从而最大限度消退由于多径带来的符号间干扰(ISI),而

13、且采纳循环前缀作为爱护间隔，从而可以避开多径带来的子载波间干扰(ICI)。2.32.3调制技术调制技术3.0FDM技术图2.4所示为LTE下行物理信道的基带信号处理流程。2.32.3调制技术调制技术3.0FDM技术图2.5为LTE下行多址接入方式OFDMA的示意图。2.32.3调制技术调制技术3.0FDM技术LTE上行多址方式如图2.6所示。2.32.3调制技术调制技术4.5G中的调制技术非正交多址技术（Non-OrthogonalMultipleAccess,NOMA）是在OFDM的基础上增加了一14、个维度功率域。新增这个功率域的目的是，利用每个用户不同的路径损耗实现多用户复用。近两年来资

14、源非独占的用户多址接入方式广受关注。在这种多址接入方式下，没有任何一个资源维度下的用户是具有独占性的，因此在接收端必需进行多个用户信号的联合检测。2.32.3调制技术调制技术4.5G中的调制技术5G新型多址的设计将从物理层最基本的调制映射等模块动身，引入功率域和码域的混合非正交编码叠加，同时在接收端引入多用户联合检测来实现非正交数据层的译码，其统一框架如图2.7所示。（a）现有4G网络正交多址接入物理层过程2.32.3调制技术调制技术4.5G中的调制技术（b）将来5G网络码域和功率域非正交多址接入15、物理层过程2.42.4多址技术多址技术多址多址是多用户共享同一开放信道资源，在区分各自用户的

15、同时，尽可能降低用户之间的干扰的一种多用户通信方式。实现多址的方法基本上有三种：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。这三种方式分别从频率、时间或扩频码等方面区分不同的用户。2.42.4多址技术多址技术LL频分多址频分多址频分多址指通信资源的共享通过安排频带来完成。eg日常生活中使用的收音机就是FDMA的应用范例。2.42.4多址技术多址技术1.1.频分多址频分多址在蜂窝移动通信系统总，FDMA把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的互不重叠的频道，每个频道可以16、传输一路话音信息，下图是FDMA的示意图。信道1信道2信道3信道N功率频率时间2.42.4多址技术多址

16、技术LL频分多址频分多址FDMA的主要技术特点：1每个信道传送一路电话，带宽较窄。I可以连续传输，只要给移动台安排了信道，移动台与基站之间会连续不断收、发信号。I实现简洁。2.42.4多址技术多址技术2.2.时分多址时分多址时分多址指通信资源的共享通过安排给用户不同的时隙来完成。这种技术是在发送端对所发送信号的时间参量进行正交分割，形成很多互不重叠的时隙,如图所示。功率频率时间信道1信道2信道3信道N2.42.4多址技术多址技术2.2.时分多址时分多址TDMA数字移动通信系统与17、FDMA模拟移动通信系统相比，主要有以下特点：TDMA通信系统的基站只用一部放射机，可以避开FDMA通信系统多部不同频率放射机同时工作而产生的互调干扰。TDMA通信系统不存在频率安排问题，对时隙的管理和安排对比频率的管理和安排简洁而经济。移动台只在指定的时隙中接收信息，有利于通信网络的掌握和管理，可保证移动台越区切换功能的牢靠实现。2.42.4多址技术多址技术2.2.时分多址时分多址可同时供应多种业务，使