版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡介
4.1無線通信的困惑411 困惑1:基站如何區(qū)分手機(jī)
一個墻上的插口通常只能對應(yīng)一部電話,基站的一面天線要同時(shí)接收很多手機(jī)的信號,如何區(qū)分哪個信號來自哪個手機(jī)?在固話時(shí)代,要識別一路語音信號來自哪部電話是一件很簡單的事情,看看它來自墻上的哪個接口,通過哪根電話線送到電話轉(zhuǎn)接箱即可,轉(zhuǎn)接箱的上面標(biāo)簽會寫得清清楚楚(圖4-2)。無線通信時(shí)代就沒有那么幸運(yùn)了,空中接口沒有一個實(shí)實(shí)在在的插口,就是用一面天線接收所有的信號,但是所有的手機(jī)都向天線發(fā)射電磁波,基站如何判斷誰是誰呢?(圖4-3)下一頁返回4.1無線通信的困惑那么當(dāng)基站和很多臺手機(jī)同時(shí)通信時(shí)是如何區(qū)分不同手機(jī)的呢?眾所周知,一男一女合唱,他們的聲音是很容易分辨的,因?yàn)槁暡üぷ髟诓煌l段,人類說話的頻率在200~3400Hz之間,而女性的聲音一般頻率比較高,所以可以很容易區(qū)分男女的聲音。同樣地,基站也是一樣,但是基站可比人強(qiáng)多了,基站的濾波器對頻率區(qū)分的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于人耳。所以,可以讓手機(jī)工作在不同的頻率上用以區(qū)分它們。此外,在不同頻率的基礎(chǔ)上還可以用時(shí)間來區(qū)分,比如把一小段連續(xù)的時(shí)間分成好幾段,讓不同的手機(jī)工作在不同時(shí)間段。因此,在無線通信里,對手機(jī)的區(qū)分有個專業(yè)術(shù)語,叫作多址或者復(fù)用,是無線通信里面非常重要的概念。上一頁下一頁返回4.1無線通信的困惑412 困惑2:手機(jī)如何找到基站
對于固定電話而言,要想找到通信網(wǎng)絡(luò)很簡單,只要找到電話線就可以了。而對于手機(jī)而言,要想找到移動通信網(wǎng)絡(luò)則要復(fù)雜得多,因?yàn)槭謾C(jī)并不知道要建立聯(lián)系的基站在哪里,這就需要建立一個機(jī)制讓手機(jī)找到基站(圖4-4)。上一頁下一頁返回4.1無線通信的困惑手機(jī)是如何找到基站的呢?說起來和大家一起去報(bào)團(tuán)旅游差不多,導(dǎo)游經(jīng)常都會站在一個高的地方,用大喇叭廣播:“去×××地方玩的朋友們注意了,大家往這里走,往這里走。”基站的處理方式也差不多,它總是一刻不停地向外廣播信息,以方便手機(jī)找到它。那么手機(jī)又是如何聽到基站的廣播信息呢?不同的基站廣播信息時(shí)所使用的頻率不同,這樣手機(jī)就要掃描整個頻段,按照信號的強(qiáng)度從最強(qiáng)的信號開始逐一檢查,直至找到合適基站的廣播信息。這很有點(diǎn)像在學(xué)校里面聽廣播,人們拿著收音機(jī)調(diào)節(jié)頻道,調(diào)到一個信號最強(qiáng)的臺然后收聽廣播。不過人們是手動調(diào)臺,手機(jī)是自動調(diào)臺。上一頁下一頁返回4.1無線通信的困惑那么基站都廣播一些什么內(nèi)容呢?由于手機(jī)需要調(diào)整接收頻率以正確接收廣播信息,首先就需要廣播頻率校正信號。接下來還要把手機(jī)和基站的時(shí)間進(jìn)行同步,所以還有同步信息,當(dāng)然還會有一些其他信息,如基站的標(biāo)識、空中接口的結(jié)構(gòu)參數(shù)(比如這個基站都使用了哪些頻率、屬于哪個位置區(qū)、手機(jī)選擇該小區(qū)的優(yōu)先級等)。上一頁下一頁返回4.1無線通信的困惑413 困惑3:基站如何找到手機(jī)
對于固定通信而言,它知道自己的用戶在哪里,因?yàn)橛脩舻奈恢檬枪潭ǖ?;而對于移動通信而言,則完全不是這么回事。手機(jī)始終都是處于移動狀態(tài),由于基站的覆蓋范圍有限,因此必然出現(xiàn)手機(jī)從一個基站的覆蓋范圍移動到另一個基站覆蓋范圍的情況。如果手機(jī)每次移動到另一個基站的覆蓋范圍后,基站都要找到手機(jī)的話就太沒效率了(圖4-5)。上一頁下一頁返回4.1無線通信的困惑無線通信系統(tǒng)把一個城市規(guī)劃為若干個位置區(qū)(類似城市的片區(qū)劃分,如福州市的鼓樓區(qū)、臺江區(qū)、倉山區(qū)等),如圖4-6所示。手機(jī)通過廣播消息得知自己所在的位置,如果位置發(fā)生了變化,就主動聯(lián)系無線網(wǎng)絡(luò),上報(bào)自己的位置(類似于到了一個新的地方后就向家里報(bào)平安,告知自己所在的位置)。無線網(wǎng)絡(luò)收到手機(jī)發(fā)來的位置變更消息后,就把它記入數(shù)據(jù)庫里,這個數(shù)據(jù)庫稱為位置寄存器。等以后無線網(wǎng)絡(luò)收到對該手機(jī)的被叫請求后,就首先查找位置寄存器,確定手機(jī)當(dāng)前所處的位置區(qū),再將被叫的請求發(fā)送到該位置區(qū)的基站,由這些基站對手機(jī)進(jìn)行尋呼。因此,位置區(qū)的劃分需要尋找一個平衡點(diǎn)。劃得太大了浪費(fèi)尋呼資源,劃得太小了手機(jī)要經(jīng)常上報(bào)位置區(qū)變更情況,同樣浪費(fèi)系統(tǒng)資源。上一頁下一頁返回4.1無線通信的困惑414困惑4:基站如何識別手機(jī)用戶的身份對于通信網(wǎng)絡(luò)而言,識別用戶的身份至關(guān)重要。那么運(yùn)營商如何對通信用戶進(jìn)行收費(fèi)呢?在這方面,固網(wǎng)有天然的優(yōu)勢,固網(wǎng)的中斷一般直接安裝在用戶家里或者公司里,跑得了和尚跑不了廟,沒有必要去確認(rèn)用戶的身份,接口就在用戶的家里,接口就是身份,對于移動網(wǎng)絡(luò)就不一樣了,用戶隨時(shí)在移動,用戶可能就找不到了。上一頁下一頁返回4.1無線通信的困惑因此,對于移動通信用戶必須進(jìn)行標(biāo)識,把它叫做IMSI(InternationalMobileSubscriberIdentity,國際移動用戶識別號)??梢园阉斫鉃樯矸葑C,全球唯一。存儲在手機(jī)卡里(就是用戶去營業(yè)廳買的手機(jī)卡),手機(jī)卡可以獨(dú)立于終端。另外,無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部也存儲了IMSI號,這樣就可以與SIM卡中的信息進(jìn)行對比。這樣手機(jī)卡上的IMSI會不會被盜用呢?一旦被盜用,后果很嚴(yán)重。所以需要一個防衛(wèi)機(jī)制,即手機(jī)在打電話和上網(wǎng)之前,首先要向移動網(wǎng)絡(luò)提供自己的用戶標(biāo)識和密碼,移動網(wǎng)絡(luò)收到后與后臺數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對比,如果一致,就認(rèn)為該用戶是合法用戶,然后才可以打電話,當(dāng)然這里所說的提供標(biāo)識和密碼,不是說要用戶自己手動來提供,在用戶用手機(jī)撥號時(shí),手機(jī)實(shí)際上自己就完成了和基站的這一通信過程,這個過程在無線通信中叫作鑒權(quán),如圖4-7所示。上一頁下一頁返回4.1無線通信的困惑415 困惑5:如何保證對話不被他人竊聽
無線通信另一個要解決的問題就是要防止被他人竊聽,無線電波在空中是往四面八方傳播的,只要有一個接收機(jī),就可以接收到基站發(fā)出的電磁波以及人們手機(jī)發(fā)出來的電磁波。在第一代模擬通信時(shí)代這是一個無解的難題,比如對講機(jī)之間的通信,由于沒有任何加密手段,只要把對講機(jī)調(diào)到相應(yīng)頻率,就能聽到對應(yīng)頻道上所有人說話的內(nèi)容,如圖4-8所示。上一頁下一頁返回4.1無線通信的困惑如果是在戰(zhàn)爭年代,雙方的無線電通信都是能被對方截獲的,所以沒有人敢用不加密的明文,都是通過密碼本把它編譯成另一串符號再發(fā)送出去,如表4-1所示。然而,進(jìn)入數(shù)字通信時(shí)代后,由于數(shù)字通信的信號是一串串的比特流,像01010110,人們完全可以拿這一串比特流與另一串比特流進(jìn)行與、或、非、異或等邏輯運(yùn)算(可以理解為加密過程),從而產(chǎn)生一串新的數(shù)字序列。這樣在接收端用相同的這一串加密比特流再運(yùn)算一次就能還原出原來的數(shù)據(jù)。這樣,就算電磁信號被人截獲,只要其他人不知道其加密算法(也就是密鑰),就算知道了加密過的數(shù)據(jù)比特流,也無法還原出原來的信號,也就沒辦法解密。上一頁下一頁返回4.1無線通信的困惑比如第二代數(shù)字通信GSM就是這樣操作的,核心網(wǎng)利用算法給不同的手機(jī)下發(fā)不同的一串比特流,手機(jī)利用這串比特流與自己的用戶通話數(shù)據(jù)進(jìn)行一次異或操作(這個操作就是一種加密算法),就生成了加密信號,如圖4-9所示。416 困惑6:如何保證移動著打電話沒問題
在固定電話時(shí)代,基本是站著不動打電話的,用戶能移動的范圍取決于用戶家電話線的長度有多長,邊走邊聊是不可能的。這與移動通信完全不同,之所以叫移動通信,就是因?yàn)橛脩粼谕ㄔ掃^程中位置會不斷地改變,而每一個基站的覆蓋范圍是有限的,用戶總會從一個基站覆蓋的范圍轉(zhuǎn)移到另一個基站的覆蓋范圍,那么用戶與一個基站的通信也不可避免地要轉(zhuǎn)到另一個基站上去,這個過程叫作切換,如圖4-10所示。上一頁下一頁返回4.1無線通信的困惑那么當(dāng)用戶從一個基站移動到另一個基站時(shí),什么時(shí)刻會發(fā)生切換呢?通常用兩個參數(shù)來判決是否需要切換,即接收信號的強(qiáng)度和通話質(zhì)量。手機(jī)是有一定靈敏度的,信號太弱了將無法工作。通常信號越強(qiáng),通話質(zhì)量就越好。因此信號強(qiáng)度是決定切換的一個很重要的指標(biāo),在通話時(shí),用戶的手機(jī)會實(shí)時(shí)向基站上報(bào)用戶當(dāng)前的信號及通話質(zhì)量,基站再將這個信息上報(bào)給基站控制器,由基站控制器來決定用戶這臺手機(jī)需不需要進(jìn)行切換,要切換到具體哪一個基站。所以用戶的手機(jī)是完全被動的。上一頁返回4.2現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)421 現(xiàn)代無線通信發(fā)展史
1887年,德國物理學(xué)家赫茲就在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了電磁波的存在。1896年5月24日,莫爾斯用自制的無線電發(fā)報(bào)機(jī)發(fā)出并接收了世界上第一份無線電報(bào):“上帝創(chuàng)造了何等的奇跡?!保保福梗鼓?,馬可尼首次實(shí)現(xiàn)了英吉利海峽兩岸的無線電通信,同年,馬可尼在美國成立了第一個無線電通信公司“美國馬可尼無線電報(bào)公司”。兩年后,他終于和弗萊明一起完成了歷史上第一次跨越大西洋(約2897km)的無線電發(fā)射實(shí)驗(yàn)。下一頁返回4.2現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)1921年,美國底特律警察局成功安裝了第一套移動無線電發(fā)報(bào)系統(tǒng)。1970年,美國首先開通了針對警察和醫(yī)生的無線尋呼系統(tǒng),后來得到了廣泛應(yīng)用,它滿足了人們在移動狀態(tài)下進(jìn)行信息接收的需要,無線尋呼是一種單向移動通信方式。1979年美國開通了雙向的移動通信,由于該系統(tǒng)是將模擬語音信號直接進(jìn)行調(diào)頻調(diào)制傳播,因此被稱為模擬通信系統(tǒng),是第一代移動通信技術(shù),簡稱1G(俗稱“大哥大”)。模擬移動通信系統(tǒng)存在安全保密性差、系統(tǒng)容量小、終端功能弱等缺點(diǎn)。為克服以上缺點(diǎn),人們開始研究第二代移動通信系統(tǒng)。數(shù)字第二代移動通信技術(shù)主要包括北美的CDMA(IS-95)、歐洲的移動通信系統(tǒng)(GSM),將語音信號進(jìn)行數(shù)字化后在空中傳播,大大增加了通信的保密性,提高了系統(tǒng)容量,至今仍被廣泛應(yīng)用。上一頁下一頁返回4.2現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)除語音通信外,第二代移動通信還提供了一些數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),如WAP和短消息業(yè)務(wù)等GSM之類技術(shù),其中GSM技術(shù)在全球應(yīng)用最為廣泛,推動了移動通信技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展,目前第三代移動通信技術(shù)(3G)、LTE已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。但是值得注意的是,LTE并非人們普遍認(rèn)為的4G技術(shù),而是3G與4G技術(shù)之間的一個過渡,是39G的全球標(biāo)準(zhǔn),是在2000MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mb/s與上行50Mb/s的峰值速率。上一頁下一頁返回4.2現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)422 第一代移動通信系統(tǒng)
人們所稱的第一代移動通信系統(tǒng)(1G)誕生于20世紀(jì)70—80年代,當(dāng)時(shí)集成電路技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)和微處理技術(shù)快速發(fā)展,美國貝爾實(shí)驗(yàn)室推出了蜂窩式模擬移動通信系統(tǒng),使移動通信真正進(jìn)入了個人領(lǐng)域。423 第二代移動通信系統(tǒng)
第二代移動通信系統(tǒng)俗稱2G(SecondGeneration),代表制式有GSM和CDMA,以數(shù)字語音傳輸技術(shù)為核心。上一頁下一頁返回4.2現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)1GSMGSM(GlobalSystemforMobilecommunications)中文名稱為全球移動通信系統(tǒng),俗稱全球通,該手機(jī)實(shí)物如圖4-14所示。2CDMACDMA(CodeDivisionMultipleAccess),中文為碼分多址,該手機(jī)實(shí)物如圖4-15所示。上一頁下一頁返回4.2現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)424 第三代移動通信系統(tǒng)
第三代移動通信系統(tǒng)是在第二代移動通信技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步演進(jìn)的,以寬帶CDMA技術(shù)為主,并能同時(shí)提供語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的移動通信系統(tǒng),是一代有能力徹底解決第一、二代移動通信系統(tǒng)主要弊端的先進(jìn)的移動通信系統(tǒng)。第三代移動通信系統(tǒng)的目標(biāo)是提供包括語音、數(shù)據(jù)、視頻等豐富內(nèi)容的移動多媒體業(yè)務(wù)(圖4-16)。上一頁下一頁返回4.2現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)1基本特征(1)具有全球范圍設(shè)計(jì)的、與固定網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)及用戶互聯(lián)、無線接口的類型盡可能少和高度兼容性。(2)具有與固定通信網(wǎng)絡(luò)相比擬的高語音質(zhì)量和高安全性。(3)具有在本地采用2Mb/s高速率接入和在廣域網(wǎng)采用384kb/s接入速率的數(shù)據(jù)率分段使用功能。(4)具有在2GHz左右的高效頻譜利用率,且能最大限度地利用有限帶寬。(5)移動終端可連接地面網(wǎng)和衛(wèi)星網(wǎng),可移動使用和固定使用,可與衛(wèi)星業(yè)務(wù)共存和互聯(lián)。(6)能夠處理包括國際互聯(lián)網(wǎng)和視頻會議、高數(shù)據(jù)率通信和非對稱數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆纸M和電路交換業(yè)務(wù)。上一頁下一頁返回4.2現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)(7)支持分層小區(qū)結(jié)構(gòu),也支持包括用戶向不同地點(diǎn)通信時(shí)瀏覽國際互聯(lián)網(wǎng)的多種同步連接。(8)語音只占移動通信業(yè)務(wù)的一部分,大部分業(yè)務(wù)是非話數(shù)據(jù)和視頻信息。(9)一個共用的基礎(chǔ)設(shè)施,可支持同一地方的多個公共的和專用的運(yùn)營公司。(10)手機(jī)體積小、重量輕,具有真正的全球漫游能力。(11)具有根據(jù)數(shù)據(jù)量、服務(wù)質(zhì)量和使用時(shí)間為收費(fèi)參數(shù),而不是以距離為收費(fèi)參數(shù)的新收費(fèi)機(jī)制。CDMA的三大標(biāo)準(zhǔn)如表4-2所示。上一頁下一頁返回4.2現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)2中國3G牌照的發(fā)放中國3G牌照發(fā)放如圖4-17所示。425 第四代移動通信系統(tǒng)
14G簡介第四代移動電話行動通信標(biāo)準(zhǔn),指的是第四代移動通信技術(shù),即4G。該技術(shù)包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式(嚴(yán)格意義上來講,LTE只是39G,盡管被宣傳為4G無線標(biāo)準(zhǔn),但它其實(shí)并未被3GPP認(rèn)可為國際電信聯(lián)盟所描述的下一代無線通信標(biāo)準(zhǔn)IMT-Advanced,因此在嚴(yán)格意義上其還未達(dá)到4G的標(biāo)準(zhǔn)。只有升級版的LTEAdvanced才滿足國際電信聯(lián)盟對4G的要求)。上一頁下一頁返回4.2現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)24G性能4G是集3G與WLAN于一體,并能夠快速傳輸數(shù)據(jù)、高質(zhì)量音頻/視頻和圖像等。第四代移動通信系統(tǒng)可稱為廣帶(Broadband)接入和分布網(wǎng)絡(luò),具有非對稱的超過2Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸能力,數(shù)據(jù)率超過UMTS,是支持高速數(shù)據(jù)率(2~20Mb/s)連接的理想模式,上網(wǎng)速度從2Mb/s提高到100Mb/s,具有不同速率間的自動切換能力。第四代移動通信系統(tǒng)是多功能集成的寬帶移動通信系統(tǒng),在業(yè)務(wù)上、功能上、頻帶上都與第三代系統(tǒng)不同,會在不同的固定和無線平臺及跨越不同頻帶的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中提供無線服務(wù),比第三代移動通信更接近于個人通信。上一頁下一頁返回4.2現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)4G移動通信技術(shù)的信息傳輸級數(shù)要比3G移動通信技術(shù)的信息傳輸級數(shù)高一個等級(圖4-18)。第四代移動電話不僅音質(zhì)清晰,而且能進(jìn)行高清晰度的圖像傳輸,用途十分廣泛。
圖4-19所示為4G手機(jī)實(shí)物。34G在中國2013年12月4日下午,工業(yè)和信息化部(以下簡稱“工信部”)向中國移動、中國電信、中國聯(lián)通正式發(fā)放了第四代移動通信業(yè)務(wù)牌照(即4G牌照),中國移動、中國電信、中國聯(lián)通三家均獲得TD-LTE牌照,此舉標(biāo)志著中國電信產(chǎn)業(yè)正式進(jìn)入了4G時(shí)代。上一頁下一頁返回4.2現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)426 第五代移動通信系統(tǒng)
15G簡介第五代移動電話行動通信標(biāo)準(zhǔn),也稱為第五代移動通信技術(shù),即5G。它是4G之后的延伸,正處在研究中。目前還沒有任何電信公司或標(biāo)準(zhǔn)制定組織(像3GPP、WiMAX論壇及ITU-R)的公開規(guī)格或官方文件提到5G。中國(華為/中興)、韓國(三星電子)、日本、歐盟都在投入相當(dāng)?shù)馁Y源研發(fā)5G網(wǎng)絡(luò)。2017年2月9日,國際通信標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP宣布了“5G”的官方標(biāo)志(Logo),如圖4-20所示。上一頁下一頁返回4.2現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)25G發(fā)展概況2013年2月,歐盟宣布,將撥款5000萬歐元。加快5G移動技術(shù)的發(fā)展,計(jì)劃到2020年推出成熟的標(biāo)準(zhǔn)。2013年5月13日,韓國三星電子有限公司宣布,已成功開發(fā)第5代移動通信(5G)的核心技術(shù),這一技術(shù)預(yù)計(jì)將于2020年開始推向商業(yè)化。我國5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)在2016—2018年進(jìn)行,分為5G關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)、5G技術(shù)方案驗(yàn)證和5G系統(tǒng)驗(yàn)證3個階段實(shí)施。上一頁下一頁返回4.2現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)35G在中國繼中興、大唐等國內(nèi)系統(tǒng)設(shè)備廠商相繼完成5G第一階段關(guān)鍵技術(shù)測試后,華為牽頭的PolarCode(極化碼)被3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織采納為5G的控制信道編碼方案。在多年跟跑之后,中國逐漸躋身于5G研發(fā)第一陣營。2016年12月2日和3日,在未來移動通信論壇主辦的5G信息通信技術(shù)研討會上,工信部副部長劉利華透露,當(dāng)前5G標(biāo)準(zhǔn)化工作已全面拉開序幕,研發(fā)實(shí)驗(yàn)工作也已進(jìn)入攻堅(jiān)階段,中國將于2020年啟動5G商用。上一頁下一頁返回4.2現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)談及下一步中國5G發(fā)展,劉利華建議協(xié)同國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)界全力推動5G全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的形成,加強(qiáng)頻率協(xié)調(diào);同時(shí),加快推進(jìn)5G技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā),針對無線傳輸和新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)攻克關(guān)鍵技術(shù),以實(shí)驗(yàn)帶動研發(fā),并進(jìn)一步加強(qiáng)5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等融合創(chuàng)新的研究,開展關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)與應(yīng)用示范驗(yàn)證,支持電信企業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)行業(yè)用戶加強(qiáng)合作,積極探索和發(fā)展新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式。2~5G速度對比如圖4-22所示。上一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)431 雙工技術(shù)
根據(jù)信息的傳送方向,通信可以分為單工、半雙工和全雙工3種方式。單工:信息只能單向傳送。半雙工:信息能雙向傳送,但不能同時(shí)雙向傳送。全雙工:信息能夠同時(shí)雙向傳送。雙工方式又可以根據(jù)時(shí)間和頻率來分類,具體如下。(1)FDD:頻分雙工(用頻段的不同來區(qū)分上下行)。(2)TDD:時(shí)分雙工(上下行通信采用同一個頻段,但以不同的時(shí)隙進(jìn)行收發(fā))。下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)432 多址技術(shù)在無線通信環(huán)境中的電波覆蓋區(qū)內(nèi),如何建立用戶之間的無線信道的連接,這便是多址連接問題。在移動通信中,也稱多址接入問題。解決多址連接問題的方法叫多址接入技術(shù)。當(dāng)以傳輸信號的載波頻率不同來區(qū)分信道建立多址接入時(shí),稱為頻分多址方式(FDMA);當(dāng)以傳輸信號存在的時(shí)間不同來區(qū)分信道建立多址接入時(shí),稱為時(shí)分多址方式(TDMA);當(dāng)以傳輸信號的碼型不同來區(qū)分信道建立多址接入時(shí),稱為碼分多址方式(CDMA)。圖4-23和圖4-24分別給出了N個信道的FDMA和CDMA的示意圖。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)目前在移動通信中的多址方式有頻分多址(FDMA)、時(shí)分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)及其應(yīng)用方式等。下面將分別介紹他們的原理。1.頻分多址系統(tǒng)頻分多址(FDMA)系統(tǒng)為每一個用戶指定了特定信道,這些信道按要求分配給請求服務(wù)的用戶。在呼叫的整個過程中,其他用戶不能共享這一頻段。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)2時(shí)分多址系統(tǒng)時(shí)分多址(TDMA)系統(tǒng)是在一個寬帶的無線載波上,把時(shí)間分成周期性的幀,每一幀再分割成若干時(shí)隙(無論是幀還是時(shí)隙都是互不重疊的),每個時(shí)隙就是一個通信信道,分配給一個用戶。系統(tǒng)根據(jù)一定的時(shí)隙分配原則,使各個移動臺在每幀內(nèi)只能按指定的時(shí)隙向基站發(fā)射信號(突發(fā)信號),在滿足定時(shí)和同步的條件下,基站可以在各時(shí)隙中接收到各移動臺的信號而互不干擾。同時(shí),基站發(fā)向各個移動臺的信號都按順序安排在預(yù)定的時(shí)隙中傳輸,各移動臺只要在指定的時(shí)隙內(nèi)接收,就能在合路的信號(TDM信號)中把發(fā)給它的信號區(qū)分出來。所以時(shí)分多址系統(tǒng)發(fā)射數(shù)據(jù)是用緩存—突發(fā)法,因此對任何一個用戶而言,發(fā)射都是不連續(xù)的。這就意味著數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和數(shù)據(jù)調(diào)制必須與時(shí)分多址一起使用,而不采用模擬FM的FDMA系統(tǒng)。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)3碼分多址系統(tǒng)碼分多址(CDMA)系統(tǒng)為每個用戶分配了各自特定的地址碼,利用公共信道來傳輸信息。碼分多址系統(tǒng)的地址碼相互具有準(zhǔn)正交性,以區(qū)別地址,而在頻率、時(shí)間和空間上都可能重疊。系統(tǒng)的接收端必須有完全一致的本地地址碼,用來對接收的信號進(jìn)行相關(guān)檢測。其他使用不同碼型的信號因?yàn)楹徒邮諜C(jī)本地產(chǎn)生的碼型不同而不能被解調(diào)。它們的存在類似于在信道中引入了噪聲或干擾,通常稱之為多址干擾。在碼分多址蜂窩通信系統(tǒng)中,用戶之間的信息傳輸也是由基站進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和控制的。為了實(shí)現(xiàn)雙工通信,正向傳輸和反向傳輸各使用一個頻率,即通常所謂的頻分雙工。無論是正向傳輸還是反向傳輸,除了傳輸業(yè)務(wù)信息外,還必須傳送相應(yīng)的控制信息。為了傳送不同的信息,需要設(shè)置相應(yīng)的信道。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)43種多址技術(shù)的特點(diǎn)比較1)頻分多址系統(tǒng)的特點(diǎn)(1)頻分多址信道每次只能傳送一個電話。(2)每個信道占用一個載頻,每個信道對應(yīng)的每一載波僅支持一個電路連接。所以頻分多址通常在窄帶系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。(3)每個信道只傳送一路數(shù)字信號,信號速率低,一般在25kb/s以下,遠(yuǎn)低于多徑時(shí)延擴(kuò)展所限定的100kb/s,所以在窄帶頻分多址系統(tǒng)中無須自適應(yīng)均衡。(4)基站系統(tǒng)龐大復(fù)雜,因?yàn)椋拢佑卸嗌傩诺谰托枰嗌俨渴眨l(fā)信機(jī)。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)(5)頻分多址系統(tǒng)每載波單個信道的設(shè)計(jì),使得在接收設(shè)備中必須使用帶通濾波器,以便指定信道里的信號通過。(6)越區(qū)切換較為復(fù)雜和困難。2)碼分多址系統(tǒng)的特點(diǎn)(1)突發(fā)傳輸?shù)乃俾矢?,遠(yuǎn)大于語音編碼速率。碼分多址系統(tǒng)中需要較高的同步開銷。(2)發(fā)射信號速率隨N的增大而提高,如果達(dá)到100kb/s以上,碼間串?dāng)_就將加大,必須采用自適應(yīng)均衡。(3)基站復(fù)雜性減小。N個時(shí)分信道共用一個載波,占據(jù)相同帶寬,只需一部收/發(fā)信機(jī),互調(diào)干擾小。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)(4)抗干擾能力強(qiáng),頻率利用率高,系統(tǒng)容量大。(5)越區(qū)切換簡單。越區(qū)切換時(shí)不必中斷信息的傳輸,即使傳輸數(shù)據(jù)也不會因越區(qū)切換而丟失。3)時(shí)分多址系統(tǒng)的特點(diǎn)(1)時(shí)分多址系統(tǒng)的許多用戶共享同一頻率,不管使用的是TDD還是FDD技術(shù)。(2)通信容量大。(3)容量具有軟特性。(4)平滑的軟切換和有效的宏分集。(5)低信號功率譜密度,使其有兩方面好處:具有較強(qiáng)的抗窄帶干擾能力;對窄帶系統(tǒng)的干擾很小,有可能與其他系統(tǒng)共用頻段,使有限的頻譜資源得到更充分的使用。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)433 復(fù)用技術(shù)
1提出信道(多路)復(fù)用技術(shù)的基本原因通信線路的架設(shè)費(fèi)用較高,需要盡可能地充分使用每個信道的容量,盡可能不重復(fù)建設(shè)通信線路。一個物理信道(傳輸介質(zhì))所具有的通信容量往往大于單個通信過程所需要的容量要求,如果一個物理信道僅為一個通信過程服務(wù),必然會造成信道容量資源的浪費(fèi)。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)2信道(多路)復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)的基本原理把一個物理信道按一定的機(jī)制劃分為多個互不干擾、互不影響的邏輯信道,每個邏輯信道各自為一個通信過程服務(wù),每個邏輯信道均占用物理信道的一部分通信容量。3實(shí)現(xiàn)信道多路復(fù)用技術(shù)的關(guān)鍵(1)發(fā)送端如何把多個不同通信過程的數(shù)據(jù)(信號)合成在一起送到信道上一并傳輸。(2)接收端如何把從信道上收到的復(fù)合信號中分離出屬于不同通信過程的信號(數(shù)據(jù))。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)4實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用技術(shù)的核心設(shè)備(1)多路復(fù)用器(Multiplexer)。在發(fā)送端根據(jù)某種約定的規(guī)則把多個低速(低帶寬)的信號合成一個高速(高帶寬)的信號。(2)多路分配器(Demultiplexer)。在接收端根據(jù)同一規(guī)劃把高速信號分解成多個低速信號。(3)多路復(fù)用器和多路分配器統(tǒng)稱為多路器(MUX)。在半雙工和全雙工通信系統(tǒng)中,參與多路復(fù)用的通信設(shè)備通過一定的接口連接到多路器上,利用多路器中的復(fù)用器和分配器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收,如圖4-25所示。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)5信道復(fù)用技術(shù)的類型信道復(fù)用技術(shù)類型如圖4-26所示。1)FDM技術(shù)(1)頻分多路復(fù)用(FrequencyDivisionMultiplexing,FDM)技術(shù)的適用領(lǐng)域。采用頻帶傳輸技術(shù)的模擬通信系統(tǒng),如廣播電視系統(tǒng)、有線電視系統(tǒng)、載波電話通信系統(tǒng)等。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)(2)FDM技術(shù)的基本原理如下。把物理信道的整個帶寬按一定的原則劃分為多個子頻帶,每個子頻帶用作一個邏輯信道傳輸一路數(shù)據(jù)信號,為避免相鄰子頻帶之間的相互串?dāng)_影響,一般在兩個相鄰的子頻帶之間留出一部分空白頻帶(保護(hù)頻帶);每個子頻帶的中心頻率用作載波頻率,使用一定的調(diào)制技術(shù)把需要傳輸?shù)男盘栒{(diào)制到指定的子頻帶載波中,再把所有調(diào)制過的信號合成在一起進(jìn)行傳輸,如圖4-27所示。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)2)TDM技術(shù)(1)十分多路復(fù)用(TimeDivisionMultiplexing,TDM)技術(shù)的適用領(lǐng)域。采用基帶傳輸?shù)臄?shù)字通信系統(tǒng),如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)等。(2)TDM技術(shù)的基本原理。由于基帶傳輸系統(tǒng)采用串行傳輸?shù)姆椒▊鬏敂?shù)字信號,不能在寬帶上劃分。TDM技術(shù)在信道使用時(shí)間上進(jìn)行劃分,按一定原則把信道連續(xù)使用時(shí)間劃分為一個個很小的時(shí)間片,把各個時(shí)間片分配給不同的通信過程使用。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)由于時(shí)間片的劃分一般較短暫,可以想象成把整個物理信道劃分成了多個邏輯信道交給各個不同的通信過程來使用,相互之間沒有任何影響,相鄰時(shí)間片之間沒有重疊,一般也無須隔離,信道利用率更高。TDM技術(shù)分為STDM和ATDM,如圖4-28所示。數(shù)據(jù)幀走向如圖4-29、圖4-30所示。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)3)WDM技術(shù)(1)波分多路復(fù)用(WaveDivisionMultiplexing,WDM)技術(shù)的適用領(lǐng)域。使用光纖傳輸介質(zhì)的光信號通信系統(tǒng)。(2)WDM技術(shù)的基本原理如下。類似于FDM,采用波長分割技術(shù)實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用,實(shí)現(xiàn)時(shí)采用光學(xué)系統(tǒng)的衍射光柵原理進(jìn)行不同波長的光波信號的合成與分解,這是光通信網(wǎng)絡(luò)的基本核心技術(shù),如圖4-31所示。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)434 編碼技術(shù)
1編碼技術(shù)研究的意義及發(fā)展現(xiàn)狀近些年來,隨著數(shù)字通信的快速發(fā)展,傳統(tǒng)的模擬通信逐漸淡出人們的視野。人們對通信質(zhì)量的要求也日益苛刻,希望找到一種方法,在保證數(shù)據(jù)傳輸一定有效性的情況下,設(shè)計(jì)出一種減小誤碼率的方案,提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。因而在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中差錯控制是核心部分。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)近年來,在信道編碼定理的指引下,人們一直致力于尋找能滿足現(xiàn)代通信業(yè)務(wù)要求、性能優(yōu)越的一種編碼方式,并對線性分組碼、卷積碼、Turbo碼經(jīng)過長期的研究終于得到了許多性能優(yōu)良的編碼方法,如LDPC碼、分組-卷積級聯(lián)碼等,在這些編碼技術(shù)中糾錯性能最好的編碼方式包括級聯(lián)碼、TCM技術(shù)和軟判決譯碼。雖然上述編碼技術(shù)都對信道編碼的設(shè)計(jì)和發(fā)展產(chǎn)生了重大影響,但是其增益與香農(nóng)理論極限始終都存在一定的差距。20世紀(jì)90年代以后,以迭代譯碼為基礎(chǔ)的高效差錯控制編碼成為主要研究對象,不再將精力放在以代數(shù)為基礎(chǔ)的代數(shù)碼上,而是尋找新的糾錯碼的編碼方式。其中有以Tanner圖為基礎(chǔ)發(fā)展起來的編譯碼的可視化方法??傊?,為實(shí)現(xiàn)高效糾錯,不是采用級聯(lián)方式構(gòu)造隨機(jī)長碼,就是采用迭代譯碼,或兩者均采用,以逼近香農(nóng)限。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)數(shù)字通信的基本特征是:具有離散的特性,從而使數(shù)字通信具有許多特殊的問題。數(shù)字通信系統(tǒng)模型如圖4-32所示。2無線信道通信中的無線信道其實(shí)是物理介質(zhì),它主要起到一種橋梁的作用,將信源輸出的信號發(fā)送給信宿,信道的一般組成如圖4-33所示。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)3信道編碼1)信道編碼簡介及其意義數(shù)字信號在傳輸中往往由于各種原因,使傳送的數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤碼,從而使接收端產(chǎn)生圖像跳躍、不連續(xù)等現(xiàn)象。所以通過信道編碼這一環(huán)節(jié),對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理,使系統(tǒng)具有一定的檢錯糾錯能力和抗干擾能力,可最大限度地避免誤碼的發(fā)生。2)信道編碼的分類差錯控制的基本方式大概可以分成兩大類。第一類是反饋方式,包括自動反饋重發(fā)(ARQ)和混合糾錯(HEC)等方式,反饋方式比前向糾錯要簡單得多,但必須有反饋信道。第二類被稱為前向糾錯(FEC)方式,FEC為單向傳輸且構(gòu)造十分復(fù)雜。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)(1)自動反饋重發(fā)(ARQ)。發(fā)送端經(jīng)過簡單編碼后發(fā)送出碼元,這些碼元是在信息碼元中添加了少許的冗余碼元,利用這些冗余碼元能夠檢查錯誤,接收端接收這些碼元并對它們進(jìn)行檢測。如果檢查出錯誤,就利用反饋信道通知發(fā)送端重新發(fā)送。這個動作是不斷重復(fù)的,并一直持續(xù)到接收端接收到正確的信息才結(jié)束。分析上述過程,因?yàn)樾枰褂梅聪蛐诺腊l(fā)送反饋應(yīng)答信號,所以成本和復(fù)雜度均會較高,且實(shí)時(shí)性也較差。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)(2)混合糾錯(HEC)。發(fā)送端經(jīng)過編碼后發(fā)出的碼組具有檢錯、糾錯的能力。在接收端接收到的碼組中存在少量錯誤的時(shí)候,混合糾錯方式能夠自動完成糾錯,在能檢測到錯誤的前提下,若出現(xiàn)的差錯量超出了糾錯能力范圍,則接收端利用反饋信道發(fā)送反饋信息。發(fā)送端接收到反饋信息后將重新發(fā)送信息。HEC方式可以理解為是FEC方式與ARQ方式的結(jié)合。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)4線性分組碼1)線性分組碼的特點(diǎn)(n,k)線性分組碼就是把信息序列分組,且每組含有k個碼元,最后一組的碼元不夠k個時(shí)則補(bǔ)零,每個小段信息在經(jīng)過編碼器編碼時(shí),編碼器依照某種既定規(guī)律使其產(chǎn)生r個監(jiān)督碼元,從而得到長度為n=k+r的碼字,對于任一個(n,k)線性分組碼,當(dāng)最小漢明距離為dmin時(shí),其檢錯、糾錯能力很容易求得。2)線性分組碼的基本概念差錯控制編碼在數(shù)字通信中利用編碼方法對傳輸中產(chǎn)生的差錯進(jìn)行控制,以提高傳輸正確性和有效性的技術(shù)。差錯控制編碼包括差錯檢測、前向糾錯(FEC)和自動請求重發(fā)(ARQ)。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)3)線性分組碼的基本原理及編碼方法實(shí)際信號傳輸由于噪聲等干擾因素必然存在傳輸誤差。表征差錯程度的主要參數(shù)就是差錯概率。5卷積碼1)卷積碼編碼概述卷積碼非常適用于糾正隨機(jī)錯誤,但是解碼算法本身的特性卻是:如果在解碼過程中發(fā)生錯誤,解碼器可能會導(dǎo)致突發(fā)性錯誤。為此在卷積碼的上部采用RS碼,RS碼適用于檢測和校正那些由解碼器產(chǎn)生的突發(fā)性錯誤。所以卷積碼和RS碼結(jié)合在一起可以起到相互補(bǔ)償?shù)淖饔?。上一頁下一頁返回?3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)2)卷積碼基本原理在一個二進(jìn)制分組碼(n,k)中,包含k個信息位,碼組長度為n,每個碼組的n-k個校驗(yàn)位僅與本碼組的k個信息位有關(guān),而與其他碼組無關(guān)。為了達(dá)到一定的糾錯能力和編碼效率η=k/
n,分組碼的碼組長度n通常都比較大。編譯碼時(shí)必須把整個信息碼組存儲起來,由此產(chǎn)生的延時(shí)隨著n的增加而線性增加。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)6Turbo碼1)Turbo碼概述糾錯碼技術(shù)在過去的數(shù)年中發(fā)生了翻天覆地的變化。自1993年Turbo碼被CBerrou等人提出以來,Turbo碼就以其優(yōu)異的性能和通俗易懂、簡單可行的編譯碼算法引起了許多專家的興趣。如果采用大小為65535的隨機(jī)交織器,并且進(jìn)行18次迭代,碼率為1/2的Turbo碼在AWGN信道上的誤比特率(BER)≤10-5的條件下,Turbo碼離香農(nóng)限僅相差07dB,而傳統(tǒng)的編譯碼方案要與香農(nóng)限相差3~6dB,從中可以看出Turbo編碼方案的明顯優(yōu)越性。1993年誕生的Turbo碼,單片Turbo碼的編/解碼器,運(yùn)行速率達(dá)40Mb/s。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)2)Turbo碼的編碼原理典型的Turbo碼編碼器原理框圖如圖4-34所示,它由兩個反饋的編碼器通過一個交織器Ⅰ并行連接而成。如果有必要,由成員編碼器輸出的序列經(jīng)過刪余陣,從而可以產(chǎn)生一系列不同碼率的碼元。例如,對生成矩陣為g=[g1,g2]的(2,1,2)卷積碼編碼后,如果進(jìn)行刪余,則得到碼率為1/2的編碼輸出序列;如果不進(jìn)行刪余,則得到的碼率為1/3。一般情況下,Turbo碼成員編碼器是RSC編碼器(因?yàn)檫f歸編碼器可以改善碼的比特誤碼率性能)。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)435 多載波技術(shù)
多載波調(diào)制的基本思想是將傳輸比特分成多個子比特流,再調(diào)制到不同的子載波上進(jìn)行傳輸,從而減小碼間串?dāng)_(ISI)。當(dāng)子信道重疊時(shí),為了能在接收端恢復(fù)發(fā)送的信號,實(shí)現(xiàn)信道的正交復(fù)用,必須要求子載波相互正交,這也正是多載波調(diào)制和信道正交復(fù)用中的關(guān)鍵要素。436 多路輸入輸出技術(shù)
多路輸入輸出(MIMO)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在許多現(xiàn)代通信標(biāo)準(zhǔn)中,特別是消費(fèi)領(lǐng)域。原因是相對于單路輸入輸出(SISO),MIMO技術(shù)有很明顯的優(yōu)勢。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)1多天線技術(shù)在發(fā)送和接收側(cè)的多天線引入了信號自由度的概念,這在SISO系統(tǒng)中是沒有的。這里的自由度主要指的是空間自由度。這種空間自由度可以被定義3種,分別為分集、復(fù)用以及這兩種的組合。2分集簡單來說,分集(Diversity)意味著重復(fù)。舉個例子,多根天線接收同一個信號,就代表發(fā)射分集。由于每根天線在接收數(shù)據(jù)時(shí)也接收到了各自的噪聲,但由于各個噪聲的不相關(guān)性,合并多個天線信號能夠消除部分噪聲,從而得到質(zhì)量更好的信號。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)3空間復(fù)用第二個主要的多路輸入輸出技術(shù)為空間復(fù)用(SpatialMultiplexing),空間復(fù)用可以在不增加帶寬和發(fā)送功率的情況下通過成對的多路輸入輸出發(fā)送、接收來增加系統(tǒng)吞吐量??臻g復(fù)用增加的吞吐量與發(fā)送或接收天線數(shù)目(較少的那個)成線性關(guān)系??臻g復(fù)用中,每個傳輸天線發(fā)送不同的比特流信息,每個接收天線收到來自所有傳輸天線的線性綜合信息。這樣,整個無線信道構(gòu)成一個矩陣,由發(fā)射和接收天線陣列組成,反射和散射等信道傳輸因素也考慮在其中。而當(dāng)這個多路輸入輸出系統(tǒng)在一個散射特別強(qiáng)的環(huán)境中運(yùn)行時(shí),信道矩陣就可逆(這是因?yàn)樨S富的散射讓矩陣行列不相關(guān)),這樣接收譯碼出來的信號就有多路增益。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)4多路輸入輸出技術(shù)現(xiàn)代多路輸入輸出技術(shù)中,使用較多和較為成熟的是特征波束成形、空時(shí)編碼技術(shù)以及空間復(fù)用技術(shù)。1)特征波束成形在傳輸和接收端都可以使用特征波束成形(Eigen-Beamforming)。通常情況下,使用高增益的定向天線,可以增強(qiáng)系統(tǒng)的增益。但特征波束成形技術(shù)可以獲得相同的增益,同時(shí)不需要考慮天線的方向和周邊環(huán)境散射等因素。提到特征波束成形,很多人都想到了軍用的相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng),相控陣系統(tǒng)將許多天線組成一個天線簇,然后通過控制天線簇的方位,針對某個方向形成發(fā)送或者接收的“波束”。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)相控陣看上去很高大上,因?yàn)樗迷诤芏喾浅0嘿F的軍事系統(tǒng)中,但實(shí)際上它就是實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代多路輸入輸出技術(shù)中較為簡單的波束成形的功能。相控陣系統(tǒng)通過有限的相位偏移和合并多個模擬域信號來完成波束成形。它存在幾個不足,首先是它的性能增益隨著帶寬的增加而減少,另外就是它只能實(shí)現(xiàn)視距條件下的波束成形,非視距條件下的散射和反射都會導(dǎo)致信號急劇衰減。而多路輸入輸出特征波束成形是從數(shù)字域?qū)λ刑炀€的信號進(jìn)程處理,使用了最為成熟的數(shù)字信號處理技術(shù),甚至多路輸入輸出特征波束成形可以單獨(dú)處理每個窄帶子載波(OFDM)。多路輸入輸出系統(tǒng)的波束成形就是特征波束成形,它不是簡單地局限在一個三維空間內(nèi)塑造一個波束,也不會被散射和多徑反射所干擾。當(dāng)一個特征波束成形器從有效天線方向圖上面接收到的一個非視距的、帶有多種反射的信號時(shí),特征波束成形器就根據(jù)收到信號進(jìn)行處理,從各路反射上獲得多路增益。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)2)空時(shí)編碼技術(shù)在多天線的發(fā)射端采用空時(shí)編碼技術(shù)(Space-TimeCoding),可以讓單接收天線獲得和多接收天線相同的增益??諘r(shí)編碼技術(shù)將原本在單天線上傳輸?shù)男盘?,通過信號處理手段得到經(jīng)過數(shù)學(xué)變化后的信號,再讓額外的天線來發(fā)送這些信號,這樣可以提高接收端從噪聲中提取有用信號的能力??諘r(shí)編碼是波束成形或者分集接收的很好對端匹配。舉個例子,車載無線設(shè)備一般都有4根天線,而手持型設(shè)備一般只有1~2根天線。如果手持設(shè)備通過單天線傳輸,車載設(shè)備可以通過接收分集或者波束成形來增加接收增益;反過來,空時(shí)編碼可以讓車載設(shè)備通過4根天線發(fā)射數(shù)據(jù),手持型設(shè)備單天線接收空時(shí)編碼后的數(shù)據(jù)也能產(chǎn)生增益。這樣使得鏈路更加對稱,同時(shí)也保證了雙向通信。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)3)空間復(fù)用技術(shù)這是比較難理解的多路輸入輸出技術(shù)。這種多路輸入輸出技術(shù)在不同的天線,同一頻點(diǎn)上傳輸多個獨(dú)立的數(shù)據(jù)流。接收端必須使用不少于數(shù)據(jù)流數(shù)目的接收天線才能譯碼正確,這樣在頻點(diǎn)資源一定的情況下能提高整個系統(tǒng)的吞吐量。4×4的多路輸入輸出系統(tǒng)最多能同時(shí)支持4個數(shù)據(jù)流,這樣它的吞吐量是同樣帶寬的單路輸入輸出系統(tǒng)的4倍。假設(shè)有4個數(shù)據(jù)流需要傳輸(A、B、C和D),這些數(shù)據(jù)流在空間疊加到達(dá)接收端后變成wA+xB+yC+zD,這里x、y、w和z分別代表每根天線上由于多徑導(dǎo)致的信道變化。接收端可以通過線性代數(shù)的方法,解一個四元四次方程組,從而恢復(fù)A、B、C和D這4個原始值。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)437 超寬帶頻譜
隨著計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的不斷發(fā)展,無線傳輸技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用,而超帶寬(UWB)技術(shù)作為一種新型短距離高速無線通信技術(shù)正占據(jù)主導(dǎo)地位。超帶寬技術(shù)不需載波,能直接調(diào)制脈沖信號,產(chǎn)生帶寬高達(dá)幾兆赫茲的窄脈沖波形,其帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前任何商業(yè)無線通信技術(shù)所占用的帶寬。超帶寬信號的寬頻帶、低功率譜密度的特性,目前使超帶寬技術(shù)在商業(yè)多媒體設(shè)備、家庭和個人網(wǎng)絡(luò)方面的應(yīng)用不斷發(fā)展。超帶寬技術(shù)又稱為脈沖無線發(fā)射技術(shù),是指占用帶寬大于中心頻率的1/4或帶寬大于15GHz的無線發(fā)射方案。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)超寬帶通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)如下。1脈沖成形技術(shù)脈沖成形的主要目的是要發(fā)射信號的功率譜密度滿足美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)的規(guī)定,同時(shí)要盡可能地利用規(guī)定的頻譜空間以求盡可能大地發(fā)射功率。脈沖成形技術(shù)中最具代表性的無載波脈沖是高斯單周脈沖。高斯單周脈沖是高斯脈沖的各階導(dǎo)數(shù),各階脈沖波形可由高斯一階導(dǎo)數(shù)通過逐次求導(dǎo)得到。隨著脈沖信號階數(shù)的增加,過零點(diǎn)數(shù)逐漸增加,信號中心頻率向高頻移動,但信號的帶寬無明顯變化,相對帶寬逐漸下降,早期超帶寬系統(tǒng)采用1階、2階脈沖,信號頻率成分從直流延續(xù)到2GHz,按照FCC對超帶寬的新定義,必須采用4階以上的亞納秒脈沖方能滿足輻射譜要求。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)2調(diào)制技術(shù)調(diào)制方式是指信號以何種方式承載信息,它不但決定著通信系統(tǒng)的有效性和可靠性,也影響信號的頻譜結(jié)構(gòu)、接收機(jī)復(fù)雜度。在UWB系統(tǒng)中常用的調(diào)制方式可以分為兩大類,即基于超寬帶脈沖的調(diào)制、基于OFDM的正交多載波調(diào)制。其中基于超帶寬脈沖的調(diào)制常用的有脈位調(diào)制(PPM)和脈幅調(diào)制
(PAM)。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)3脈位調(diào)制脈位調(diào)制(PPM)調(diào)制方式一般和跳時(shí)TH(TimeHoping)方式結(jié)合,適用于低速通信系統(tǒng)。PAM是數(shù)字通信系統(tǒng)最為常用的調(diào)制方式之一。在UWB系統(tǒng)中,考慮到實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度和功率的有效性,不宜采用多進(jìn)制PAM(MPAM)。UWB系統(tǒng)常用的PAM有兩種方式,即開關(guān)鍵控(OOK)和二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)。OOK可以采用非相干檢測降低接收機(jī)復(fù)雜度,而BPSK采用相干檢測可以更好地保證傳輸可靠性。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)4多址技術(shù)在超帶寬系統(tǒng)中,多址技術(shù)方式與調(diào)制方式有密切聯(lián)系。當(dāng)系統(tǒng)采用脈位調(diào)制方式時(shí),多址輸入方式多采用跳時(shí)多址。若系統(tǒng)采用BPSK方式,則多址接入方式通常有兩種,即直序方式和跳時(shí)方式?;谏鲜鰞煞N基本的多址方式,許多其他多址方式陸續(xù)被提出,如偽混沌跳時(shí)多址方式、DS-BPSK/TH混合多址方式等。由于超帶寬脈沖信號具有極低的占空比,其頻譜能夠達(dá)到吉赫茲數(shù)量級,因而超帶寬在時(shí)域中具有其他調(diào)制方式所不具有的特性。當(dāng)多個用戶的超帶寬信號被設(shè)計(jì)成不同的具有正交波形時(shí),根據(jù)多個超帶寬用戶時(shí)域發(fā)送波形的正交性,以區(qū)分用戶“實(shí)現(xiàn)多址”,這被稱為波分多址技術(shù)。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)5天線的設(shè)計(jì)能夠有效輻射時(shí)域短脈沖的天線是超帶寬研究的另一個重要方面。超帶寬天線應(yīng)該達(dá)到以下要求:一是輸入阻抗具有超帶寬特性;二是相位中心具有超寬頻帶不變特性。即要求天線的輸入阻抗和相位中心在脈沖能量分布的主要頻帶上保持一致,以保證信號的有效發(fā)射和接收。對于時(shí)域短脈沖輻射技術(shù),早期采用雙錐天線、V錐天線、扇形偶極子天線,這幾種天線存在饋電難、輻射效率低、收發(fā)耦合強(qiáng)、無法測量時(shí)域目標(biāo)的特性,只能用作單收發(fā)用途。隨著微波集成電路的發(fā)展,研制出了超帶寬平面槽天線,它的特點(diǎn)是能產(chǎn)生對稱波束,可平衡超帶寬饋電,具有超帶寬特性。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)6信號檢測與接收技術(shù)目前,超帶寬接收機(jī)結(jié)構(gòu)主要有Rake接收機(jī)、發(fā)射-參考(TR)接收機(jī)、差分接收機(jī)和能量接收機(jī)。后3種接收機(jī)的原理相似,結(jié)構(gòu)要比Rake接收機(jī)簡單,而且大部分模塊可以用模擬器件實(shí)現(xiàn),對同步精度要求不高。但這3種都屬于非相干接收機(jī),比相干接收機(jī)有3dB的性能損耗,傳輸速率不高。當(dāng)然可以通過多進(jìn)制調(diào)制,增加占空比,提高數(shù)據(jù)的傳輸速率,但同時(shí)會造成性能的惡化。對于高速數(shù)據(jù)傳輸還是要選擇相干接收機(jī)。全數(shù)字Rake接收機(jī)能達(dá)到很高的速率、可靈活重新配置和調(diào)整,但目前硬件難以實(shí)現(xiàn)。另一種選擇是用模擬/數(shù)字混合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)Rake接收機(jī),在前段采用模擬的匹配濾波器以降低采樣率和對DSP的處理能力的要求。上一頁下一頁返回4.3無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)超帶寬具有因抗干擾性能強(qiáng)、傳輸速率高、帶寬極寬等優(yōu)勢,被廣泛應(yīng)用于室內(nèi)通信、高速無線LAN等領(lǐng)域。但對于其主要的技術(shù)還有待改進(jìn)和進(jìn)一步優(yōu)化,如克服多徑、降低系統(tǒng)誤判、減小同步系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度是超帶寬同步系統(tǒng)研究的主要方向。上一頁返回4.4無線通信系統(tǒng)架構(gòu)441 交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)
交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)主要完成交換功能和客戶數(shù)據(jù)與移動性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能。NSS由一系列功能實(shí)體所構(gòu)成,各功能實(shí)體介紹如下。(1)MSC:是GSM系統(tǒng)的核心,是對位于它所覆蓋區(qū)域中的移動臺進(jìn)行控制和完成話路交換的功能實(shí)體,也是移動通信系統(tǒng)與其他公用通信網(wǎng)之間的接口。它具有網(wǎng)絡(luò)接口、公共信道信令系統(tǒng)和計(jì)費(fèi)等功能,還具有BSS、MSC之間的切換和輔助性的無線資源管理、移動性管理等功能。另外,為了建立至移動臺的呼叫路由,每個MS還應(yīng)具有入口MSC(GMSC)的功能,即查詢位置信息的功能。下一頁返回4.4無線通信系統(tǒng)架構(gòu)(2)VLR:是一個數(shù)據(jù)庫,是存儲MSC為了處理所管轄區(qū)域中MS(統(tǒng)稱拜訪客戶)的來話、去話呼叫所需檢索的信息,如客戶的號碼、所處位置區(qū)域的識別、向客戶提供的服務(wù)等參數(shù)。(3)HLR:是一個數(shù)據(jù)庫,是存儲管理部門用于移動客戶管理的數(shù)據(jù)。每個移動客戶都應(yīng)在其歸屬位置寄存器(HLR)注冊登記,它主要存儲兩類信息:一是有關(guān)客戶的參數(shù);二是有關(guān)客戶目前所處位置的信息,以便建立至移動臺的呼叫路由,如MSC、VLR地址等。上一頁下一頁返回4.4無線通信系統(tǒng)架構(gòu)(4)AUC:用于產(chǎn)生為確定移動客戶的身份和對呼叫保密所需鑒權(quán)、加密的三參數(shù)(隨機(jī)號碼RAND以及符合響應(yīng)SRES、密鑰Kc)的功能實(shí)體。(5)EIR:是一個數(shù)據(jù)庫,存儲有關(guān)移動臺設(shè)備參數(shù)。主要具有對移動設(shè)備的識別、監(jiān)視、閉鎖等功能,以防止非法移動臺的使用。上一頁下一頁返回4.4無線通信系統(tǒng)架構(gòu)442 無線基站子系統(tǒng)
BSS系統(tǒng)是在一定的無線覆蓋區(qū)中由MSC控制,與MS進(jìn)行通信的系統(tǒng)設(shè)備,它主要具有完成無線發(fā)送、接收和無線資源管理等功能。功能實(shí)體可分為基站控制器(BSC)和基站收發(fā)信臺(BTS)。443 移動臺
移動臺就是移動客戶設(shè)備部分,它由兩部分組成,即移動終端(MS)和客戶識別卡(SIM)。移動終端就是“機(jī)”,它可完成語音編碼、信道編碼、信息加密、信息的調(diào)制和解調(diào)、信息發(fā)射和接收。上一頁返回4.5無線通信系統(tǒng)頻譜劃分451 全球無線頻譜劃分
國際《無線電規(guī)則》廣播業(yè)務(wù)頻率劃分見表4-3。表4-4所示為部分國家及地區(qū)電視頻道與頻段劃分和接收機(jī)中頻。無線電波波段劃分見表4-5和圖4-35。下一頁返回4.5無線通信系統(tǒng)頻譜劃分452中國無限頻譜劃分1GSM900/1800雙頻段數(shù)字蜂窩移動臺1)核準(zhǔn)頻率范圍Tx:885~915MHz/1710~1785MHz。Rx:930~960MHz/1805~1880MHz.2)說明1800MHz移動臺傳導(dǎo)雜散發(fā)射值。1.710~1.755GHz<=-36dBm。1.755~12.75GHz<=-30dBm。2GSM900/1800雙頻段數(shù)字蜂窩基站1)核準(zhǔn)頻率范圍Tx:930~960MHz/1805~1880MHz。上一頁下一頁返回4.5無線通信系統(tǒng)頻譜劃分Rx:885~915MHz/1710~1785MHz。2)說明1800MHz基站傳導(dǎo)雜散發(fā)射限值。1805~1850MHz≤-36dBm/30/100kHz。1852~1855MHz≤-30dBm/30kHz。1855~1860MHz≤-30dBm/100kHz。1860~1870MHz≤-30dBm/300kHz。1870~1880MHz≤-30dBm/1MHz。1880~1275GHz≤-30dBm/3MHz。1710~1755MHz≤-98dBm/100kHz。上一頁下一頁返回4.5無線通信系統(tǒng)頻譜劃分3GSM直放機(jī)1)核準(zhǔn)頻率范圍下行:930~960MHz/1805~1880MHz。上行:885~915MHz/1710~1785MHz。2)說明上行:885~909MHz、909~915MHz。下行:930~954MHz、954~960MHz分別測試。其帶外也是分別指885~909MHz、909~915MHz、930~954MHz、954~960MHz的帶外。上一頁下一頁返回4.5無線通信系統(tǒng)頻譜劃分4800MHzCDMA數(shù)字蜂窩移動臺核準(zhǔn)頻率范圍如下。Tx:825~835MHz。Rx:870~880MHz。5800MHzCDMA數(shù)字蜂窩基站1)核準(zhǔn)頻率范圍Tx:870~880MHz。Rx:825~835MHz。2)說明關(guān)于800MHz頻段CDMA系統(tǒng)基站在帶外各頻段雜散發(fā)射的核準(zhǔn)限值見表4-6。上一頁下一頁返回4.5無線通信系統(tǒng)頻譜劃分6800MHzCDMA直放機(jī)1)核準(zhǔn)頻率范圍上行:825~835MHz。下行:870~880MHz。2)說明800MHz頻段CDMA系統(tǒng)直放機(jī)在帶外各頻段雜散發(fā)射的核準(zhǔn)限值見表4-7。上一頁下一頁返回4.5無線通信系統(tǒng)頻譜劃分7調(diào)頻收發(fā)信機(jī)調(diào)頻收發(fā)信機(jī)使用的頻率范圍為31~35MHz、138~167MHz、351~358MHz、358~361MHz、361~368MHz、372~379MHz、379~382MHz382~389MHz、403~420MHz、450~470MHz。上一頁下一頁返回4.5無線通信系統(tǒng)頻譜劃分8無線尋呼發(fā)射機(jī)核準(zhǔn)頻率范圍為138~167MHz、279~281MHz。9模擬集群基站和移動臺核準(zhǔn)頻率范圍如下。移動臺:351~358MHz、372~379MHz、806~821MHz?;荆海常叮薄常?/p>
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 鐵路安檢培訓(xùn)資料制作
- 電廠工作負(fù)責(zé)人培訓(xùn)課件
- 濾棒成型培訓(xùn)課件
- 2025 小學(xué)六年級數(shù)學(xué)上冊圓的針葉林區(qū)域規(guī)劃課件
- 2025 小學(xué)六年級數(shù)學(xué)上冊圓的盆地范圍設(shè)計(jì)課件
- 2025年黑山縣事業(yè)編考試真題及答案
- 鐵路安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化培訓(xùn)課件
- 鐵路安全生產(chǎn)專題培訓(xùn)課件
- 滑冰安全知識課件
- 2025 小學(xué)六年級數(shù)學(xué)上冊分?jǐn)?shù)除法島嶼數(shù)據(jù)計(jì)算課件
- GB 46768-2025有限空間作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范
- 壓力變送器培訓(xùn)
- 體檢中心科主任述職報(bào)告
- 春之聲圓舞曲課件
- 酸銅鍍層晶體生長機(jī)制探討
- 2025年8月30日四川省事業(yè)單位選調(diào)面試真題及答案解析
- 油氣井帶壓作業(yè)安全操作流程手冊
- 認(rèn)知障礙老人的護(hù)理課件
- 麻醉科業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)課件
- 綠色低碳微晶材料制造暨煤矸石工業(yè)固廢循環(huán)利用示范產(chǎn)業(yè)園環(huán)境影響報(bào)告表
- QHBTL01-2022 熱力入口裝置
評論
0/150
提交評論