(移动通信)总复习2005.ppt

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1、考试要求6.24号上午9：0011：00闭卷题型：填空、判断、选择、计算、简答 第1章 概论 第2章 调制解调 第3章 移动信道中的电波传播与分集接收 第4章 噪声与干扰 第5章 组网技术 第9章 时分多址数字蜂窝网 总复习第1章 概论移动通信概念：至少有一方处于移动状态下进行信息交换的通信。 “移动”的含义：终端的移动性；个人的移动性；业务的移动性移动通信的主要特点：5方面单、双工通信的区别按信号形式移动网可分为哪两类网?数字通信系统的主要优点是什么? P4，6方面常用的移动通信系统：无线电寻呼系统：向双向发展蜂窝移动通信系统：规模最大，用户最多无绳电话系统：向公用发展集群移动通信系统：专用

2、移动卫星通信系统：铱星，全球星分组无线网：ALOHA；ARDIS；CDPD等移动通信的基本技术：调制：移动通信中对调制技术的要求？电波传播特性多址方式：FDMA；TDMA；CDMA；ALOHA；CSMA；混合多址抗干扰的措施：纠错编码，交织编码，分集技术，自适应均衡，抗干扰的调制技术，扩频、跳频技术，扇区天线，干扰抵消和多用户检测技术(CDMA)。组网技术注：第1章的题型以填空题为主，注重基本概念，基本技术和系统框架，注意从总体上把握。第2章 调制解调概述：移动通信信道的基本特征主要有哪些?移动通信中对调制解调技术的要求是什么?模拟移动通信系统：FM数字移动通信系统：数字调制技术如何定义已调信

3、号的带宽? 如何计算FM信号的带宽? 模拟调频FM数字频率调制FSK MSK GMSKFMFM信号展开：)(cos)(0duktUtutmfccFMmmfffccFMmmUkmtmtUtutUtusincos)(cos)(假设 则 式中， .)2sin()()2sin()()sin()()sin()(sin)()(22110tmJtmJtmJtmJtmJUtucfcfcfcfcfcFM若以90%能量所包括的谱线宽度(以载频为中心)作为调频信号的带宽，则可以证明调频信号的带宽为下式所示。式中，Fm=/2为调制频率，fm=mfFm为调制频偏。若以99%能量计算，则调频信号的带宽为)(2) 1(2m

4、mmfFfFmBmffFmmB)1 (2Uc/2UcJ2(mf)J1(mf)J0(mf)J1(mf)J2(mf)0c2B=2( mf+1)振幅FM的抗噪性能在大信噪比情况下，即UcV(t) ：小信噪比情况下，即UcV(t) 1(3/2ffininoutoutmmNSNSG门限A M同步检波FMoSoutNoutdBSinNindBFSK信号表示功率谱的表达式)cos()()cos()()(2211tnTtgbtnTtgbtssnsnn)()()0(161)()(161)()()0(161)()(161)(222222211222121ffffGfffGffGfffffGfffGffGffPss

5、sssFSK信号频谱带宽：Ps( f )f0=（f1+f2）2f2 f1f1 fsf1f0f2f2 fsosfffB212FSK特点：由于相邻码元相位不连续，频率跳变将引起较大的功率谱旁瓣，频谱效率低，因而只能应用于低速传输系统中。移动通信中采用的是特殊的FSK：MSK、GMSKMSKMSK是一种特殊形式的FSK，其频差是满足两个频率相互正交(即相关函数等于0)的最小频差，并要求FSK信号的相位连续。传号频率fm= fc+fd ；空号频率fs=fc- fd要求码元转换时刻相位连续必须有：两个载频信号在一个码元周期内累积的相位差必须严格的等于的整数倍，最小为。因而可推出频移量fd= 1/(4Tb

6、)= rb /4；则MSK信号的频差f=fm-fs =2fd =1/2Tb；即调制指数为h=0.5。MSK的信号表达式： kkbcxtaTttS2cos)(MSK波形与相位：2)(11kaaxxkkkk3/2/20-/2-3/2-2-5/2-31 1 1 1 1 1 1 1 1Tb2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb7Tb8Tb9Tb0-2-3-3-34-4akxk (t)t可能的轨迹/20-/2-3/2-2Tb2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb7Tb8Tb9Tb (t)t223/2MSK信号的特点：恒定包络信号码元转换时刻，相位连续，以载波相位为基准的信号相位在一个码元期间内线形变化/2在一个码元期间

7、，信号应包括四分之一载波周期的整数倍，信号的频率偏移fd= 1/(4Tb)= rb /4，调制指数为h=0.5MSK信号的正交展开：ttTxattTxxtaTttScbkkcbkkkbcsin2sincoscos2coscos2cos)(122221212coscoscoscosllllllxxxaxacos（ t）2Tbcosctsin（ t）2Tbsinct串/并TbTb差分编码akakyMSK(t)+-MSK的输入数据与各支路数据及基带波形的关系012345678910 11 1213 1415 16-1 +1+1 -1 -1-1 -1 +1+1 +1 +1-1 +1-1 -1 -1+1

8、-1 -1+1 -1 +1+1 +1 -1+1 +1 +1-1 -1-1 +1 +1-100-2 -3 -3 -3 4 -4 -4 -4 777 -7 -7 9-1 -1+1 +1 -1-1 -1 -1+1 +1 +1+1 +1+1 -1 -1+1+1 +1+1 -1 -1-1 -1 +1+1 +1 +1-1 -1-1 -1 -1-1Tb2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb7Tb8Tb9Tb10Tb11Tb12Tb13Tb14Tb15Tb16Tb2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb7Tb8Tb9Tb10Tb11Tb12Tb13Tb14Tb15Tb16TbTbkdkakxkcosxkcosxkcost2Tb

9、akcosxksint2TbakcosxkMSK信号的单边功率谱：)(2cos)(161 8)(2222bcbcbMSKTffTffTfP-60-50-40-30-20-1001.02.03.04.0（ f fc） TbMSKOPSK功率谱密度/dB功率谱特点：MSK 主瓣谱能量大，主瓣宽，说明MSK信号的功率谱更加紧凑。旁瓣下降快适合于非线形的，邻道抑制严格的移动信道应用仍不够理想，移动通信中要求邻道衰减60dB以上，需要平滑相位路径。GMSK产生原理对预调制滤波器的特性的要求带宽窄，带外截至尖锐脉冲响应的过冲较小滤波器输出的脉冲响应曲线的面积对应于/2的相移量预调制滤波器FM调制器输入数据

10、调制指数为0.5不归零(NRZ)高斯滤波器的矩形脉冲响应GMSK的信号表达式GMSK信号的相位设码元被扩展为3Tb，则当前码元影响前后各一个码元，前后各一个码元也影响当前码元。GMSK在一个码元期间的附加相位增量，随着输入序列的不同而不同，可能有五种情况，与相邻三个码元有关。dTnTgaTttStbbnbc22cos)(GMSK信号的功率谱例1一个模拟调频信号，音频带宽为5KHz，调制指数为3，问需要多大的带宽？如果调制指数提高到5，输出SNR能提高多少？为此折衷付出的带宽是多少？解：由卡森公式，调制指数为3时，调频信号带宽为： B2（mf+1）Fm=40KHz 当调制指数为3时，输出SNR增

11、益为： G3mf2（mf+1）10820.33dB 当调制指数为5时，输出SNR增益为： G3mf2（mf+1）45026.53dB 调制指数从3到5，输出SNR提高了6.2dB，这种提高是以带宽为代价的。调制指数为3、5时的带宽分别为40KHz和60KHz，付出的带宽代价为20kHz。例2如果一无线通信链路的SNR为20dB，RF带宽为200kHz，计算理论上可以传输的最大数据率，并与GSM标准比较。解： 由Shannon信道容量公式，可能的最大数据率（容量）为：GSM的数据率为270.833 kbps, 是理论极限值的四分之一。kbpsNSBC6.1331)1001(log10200)1(

12、log232max信例3用MSK调制码元序列，设输入数据速率为rb=20kb/s，载频为35kHz，若输入序列为：001101101001，试求传号频率fm（传1的载波频率）和空号频率fs（传1或0的载波频率），并画出MSK的相位轨迹和MSK信号的波形。解：fd=1/4Tb=rb/4=5khz fm=35+5=40khz fs=35-5=30khz m=2 s=3/2 例4虚载频fc10.7MHz，数据比特率为rb=16kb/s的一个MSK信号，问其传号频率fm和空号频率fs各为多少？在一个码元期间内，各包含多少个高频周期？解：fm10700+16/4=10704 fs10700-16/4=1

13、0696 m=10704/16=669 s= 10696/16=668.5例5GMSK信号和MSK信号相比，在信号的形成、相位路径、频谱特性方面有何异同？为什么GMSK的频谱特性得到了改善？解：高斯滤波器 连续；平滑 GMSK：主瓣窄，旁瓣衰减快，频谱利用率高 通过高斯滤波器，引入了可控的码间干扰，平滑了相位路径，消除了MSK在码元转换时刻的相位转折点。压缩了调制信号的频谱。例6数字移动通信中为什么用GMSK，而不用一般的FSK？GSM中为什么要采用BbTb0.3的GMSK?解： FSK由于相邻码元相位不连续，频率跳变将引起较大的功率谱旁瓣，频谱效率低，因而只能应用于低速传输系统中。GMSK在

14、MSK的基础上，通过引入可控的码间干扰，平滑了相位路径，压缩了调制信号的频谱，其主瓣窄，旁瓣衰减快，频谱利用率高。 在GSM系统中，要求在归一化频率为1.5时功率谱密度低于60dB，也就是要求邻道衰减在60dB以上，根据41页GMSK功率谱图215可知， BbTb0.3时GMSK的功率谱可满足上述要求。第3章 移动信道中的电波传播与分集接收3.1 VHF、UHF电波传播特性 3.2 移动信道的特征 3.3 陆地移动信道的场强估算 3.4 其它移动信道的传输特点 3.5 分集接收3.1 VHF、UHF电波传播特性直射波：直射波：可按自由空间传播来考虑 自由空间传播损耗Lfs为：24dPPLRTf

15、s)(201)(20144.32)(zfsMHgfkmgddBL大气中的电波传播大气中的电波传播大气折射：其对电波传播的影响，在工程上通常用“地球等效半径”来表征，即认为电波依然按直线方向行进，只是地球的实际半径R0变成了等效半径Re视线传播极限距离：在标准大气折射情况下，Re=8500km, 故 dhdnRRRke0011)(221rtehhRddd)(12. 4rthhd绕射绕射惠更斯菲涅尔定理菲涅尔区：从发射机到接收机次级波路径比视线路径长n/2的连续区域。不阻挡第一菲涅尔区时绕射损耗最小。菲涅尔区半径为：菲涅尔余隙与绕射损耗：P64例题312121ddddnxn由障碍物引起的绕射损耗与

16、菲涅尔余隙的关系如图 3 - 4 所示21211ddddx结论： 当x/x10.5时，附加损耗约为0dB，即障碍物对直射波传播基本上没有影响。为此，在选择天线高度时，根据地形尽可能使服务区内各处的菲涅尔余隙x0.5x1; 当x0，即直射线低于障碍物顶点时，损耗急剧增加； 当x=0时，即TR直射线从障碍物顶点擦过时，附加损耗约为6dB。 反射波反射波不同界面的反射特性用反射系数R表征TaobcRhrd1d2htjeRR反射波和入射波的合成接收场强E：v反射波与入射波的路径差v路径差导致的附加相移v合成接收场强dhhdrt2dd2)(00)1 ()Re1 (jjeREEE3.2 移动信道的特征传播路径与信号衰落传播路径与信号衰落传播路径合成场强dd1d2hmhb)1(2102221djdjeaeaEE瞬时值的变化：快衰落 局部中值的变化：慢衰落 全局中值：局部中值的平均值多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落基站发射的信号 经反射(或散射)到达接收天线的第i个信号为Si(t)，其振幅为i,相移为i。假设Si(t)与移动台运动方向之间的夹角为i, 其多普勒频移值为 )(exp0000tjaSi