现代通信技术第3版魏东兴移动CH12章节
68页1、第12章 移动通信基本技术,12.1 数字调制解调技术 12.2 扩频(SS)技术 12.3 组网技术 12.4 双工技术 12.5 抗衰落技术 12.6 正交频分复用(OFDM)技术 12.7 语音编码技术 12.8 网络安全技术,本章主要内容,概述,无线通信技术的研究范畴主要包括: 调制技术及多址技术:研究频谱效率高、抗干扰能力强的数字调制技术和多址接入方式。 信源编码和信道编码技术:研究高效率的语音压缩编码方法和纠错能力强的差错控制编码方法。 信号接收技术:包括对抗信道衰落的分集接收和自适应均衡技术。 信息安全技术:包括无线接入用户的合法性鉴别和通信信息的加密。 空中无线接口:研究移动终端和基站之间的开放接口。 组网技术:研究高效灵活的组网方法,以实现频率资源再用、提高服务质量(QoS)。,移动通信必须采用无线通信技术,12.1 数字调制解调技术,1. 频谱利用率高。数字调制的频谱利用率是指在单位频带内能传输的信息比特率。提高频谱利用率(即频谱效率)的措施很多,但最基本的方法是采用窄带调制,减少信号所占带宽。要求频谱的主瓣窄,使主要能量集中在频带之内,而带外的剩余分量应尽可能低。
2、 2. 对移动路径的适应能力强。移动通信环境以衰落、噪声、干扰为特点,包括多径瑞利衰落、频率选择性衰落、多普勒频移和障碍物阻挡的综合影响。因此,必须根据抗衰落和抗干扰能力来优选调制方案。 3. 能使用差分方式实现解调,易于接收。由于移动通信信道的衰落和时变特性,相干解调性能明显变差,而差分检测不需要载波恢复,能实现快速同步,获得好的误码性能。因而采用差分检测的数字调制方案被越来越多地应用于数字蜂窝移动通信系统。 4. 功率效率高。允许功率放大电路工作在非线性模式下,性能恶化轻,效率高。,12.1.1移动通信对数字调制的要求,12.1.2 恒包络调制技术,1. 最小频移键控(MSK),MSK调制电路(严格按时域表达式),(12-8),图中的x(t)、y(t)由式(12-9)给出,MSK解调电路,t2kTS,(2k+2)TS (12-9),MSK的特点, 已调信号的包络是恒定的; 信号的频率相对中心频率的偏移严格等于1/(4TS); 以载波相位为基准的信号相位在一个码元宽度内准确地线性变化/2; 在一个码元宽度的时域波形应包括1/4载波周期的整数倍; 在码元转换时刻的相位是连续的,没有相位
3、的突变。,2. GMSK,由MSK派生而来:,高斯滤波器的单位冲激响应:,其传递函数 :, 在接收端对GMSK已调信号解调既可以像FSK那样采用非相干解调,也可以像MSK那样采用相干解调。 它仍然是恒包络的信号波形, GMSK最显著的优点是其功率利用率和频带利用率都很高。,因而在目前的移动通信系统(如GSM)中获得了广泛应用。,GMSK的特点,12.1.3 线性及恒包络混合调制方式,幅度相位联合键控方式(APK),最常用QAM,M进制QAM已调信号的时域表达式: Y(t)=Amcos(ct)+Bmsin(ct) 0tT,16-QAM已调信号的相位路径,12.2 扩频(SS)技术,扩频方式有: 跳频扩频(FH-SS) 跳时扩频(TH-SS) 直接序列扩频(DS-SS) 习惯上将DS-SS系统称为CDMA系统,单用户来说,扩频技术的频带利用率是极低的. 但在多用户情况下,会大大提高频带利用率,12.2.1 基本原理,1. 理论依据SHANNON 信道容量公式,式中,B表示信道带宽;S/N为信道输出的信号噪声功率比;C为连续信道的信道容量。该式假设信道的噪声为高斯加性白噪声。, 信道带宽B越
4、大,信道容量C 越大; 信噪比S/N越大,信道允许传输的信息量越大 S/N1时,C并不为0,表明信道仍有传输信息的能力,即在弱信号下仍然具有通信的可能; 因为高斯噪声是最恶劣的信道噪声干扰,所以对于其它类型的噪声来说,该公式仍然适用; 信道带宽B可与信噪比S/N互换,如果S/N太小,可通过提高B获得所需的信道容量C, 扩频通信正是利用了这个结论。,由SHANNON 公式得到的有关结论:,2. 伪随机(PN)码,伪随机码又称为伪噪声码或伪随机序列,它是一组近似于随机产生的二进制序列。 在扩频系统中,通常使用PN码作为扩频地址码,用于区分用户的地址。,PN码应具备以下几个随机特征 均衡性,“1”和“0”等概,即:“0”、“1”的个数基本相等; 游程(Run-length)分布,数字序列中取值(“0”、“1”)相同的连在一起的元素合称为一个游程,PN码中游程长度为1的游程个数占游程总数的1/2,长度为2的游程个数占游程总数的1/4,长度为k的游程个数占游程总数的2-k,并且“0”游程和“1”游程各占游程总数的一半; 相关函数,具有周期性 移位特性 PN码移位后所得序列与原序列的相关函数为0,
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