[精品]移动通信技术.doc

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移动通信技术一：移动通信基础1.无线通信基础知识1」无线通信网的构成，主要是由用户终端、传输线路、交换设备、通信协议和标准。1.2无线通信网的特点，它与有线通信是有区别的，主要有以下儿个方面：（1）无线网络需要一个连接基站和用户的无线接口，特别是无线信道的恶劣环境和随机性特点，其无线接口是相对不稳定的。（2）无线网络提供给用户的带宽受到射频带宽资源的限制。（3）对于无线网络中的蜂気网络，由于用户的位置总是在变化的，无线网络必须在很短的时间就要为其用戶重新配置一次，以保证用户移动时能实现漫游和越区切换。用八的位置变化使得无线网络各个环节都需要更多的信息，从而增加了无线网络的复杂性。2.移动通信的特点：（1）电波传播条件复杂、恶劣。忖前，移动通信主要使用WIF和UIIF频段，电波在这两个频段传播的特点是：视距传播且以地面波、电离层反射和散射波等方式传播，受地型地物影响很大。移动通信系统多建于市区内，城市内的建筑群或障碍物等待部使移动通信传播路径进一步复杂，这就造成了移动体接收信号的强度是由育射波和反射波等合成的。在接收屮为各个波的合成矢量，各个相位和幅度均不同，所以合成强度不同，造成电平起伏不定，最严重的可相差30dB以上，这种现彖称为衰落，它严重影响着通话质量。（2）具有多普勒效应。速度越快相位角越小，频移越大。（3）在强干扰下工作。通信质量的好坏不仅取决于设备性能，还与外部的噪声及干扰有关，能产生频率的都多多少少都能干扰，还有互调干扰、邻道干扰和同频干扰。（4）通信系统复杂。由于移动台在通信区域随时运动，需要随机选用无线信道频率和功率控制，以及位置登记、越区切换及漫游访问等交换技术，使其信令备类比规定电话网要复杂得多。此外对入网和计费方式也有特殊的要求。因此，移动通信系统相对于固定电话系统要复杂一些。3.移动通信的主要业务（1）电话服务。（2）短消息服务（3）语音信箱服务（4）传真、数据服务（5）查询服务4.移动通信的无线信道4・1无线电波的传播方式（1）地波传播（2）电离层传播（3）自由空间传播（4）对流层的传播（5）外层空问传播4.2移动通信电波传播的主要方式：（1）直射。电波传播过程屮没有遇到任何障碍物，直接到达接收端。 （2）反射。电波在传播过程屮遇到障碍物时会在物体表面发生反射，形成反射波。（3）绕射波。电波在传播过程屮被尖利的边缘阻扌当时，会由阻扌半表面产生二次波，二次波能够散布于空间，茯至到达阻挡体的背血，那到达阻挡体背血的电波就称为绕射波。（4）散射波。电波在传播过程屮遇到障碍物表面粗糙或者体积小但数目多时，会在其表面发生散射，形成散射波。散射波可能散布于许多方向，因而电波的能量也被分散于多个方向。4.3移动无线信道电波传播的衰落特性（1）多径效应。（2）多普勒频移（3）阴影效应（4）延时扩展（5）相关带宽5抗衰落技术由于无线通信的条件相当恶劣，诸多素的影响会造成功率的大量损耗，其屮既有白由空间传播造成的损耗和色散，又有由地形起伏和障碍物的遮挡等所引起的阴影衰落，还有市各种反射物和散射体产生的直射波、反射波和散射波的相互干涉和串扰以及移动台运动和传播媒质随时间变化带来的频移等产生的多径衰落，且衰落深度可达30-40dBo若通过加大发射功率来克服这种深度衰落是不现实的，这样会造成对其他用户的干扰。为了提高移动通信系统的性能获得良好的通信质量，使用分集技术、均衡技术和信道编码技术来改迸•接收信号的质量。5.1分集技术的基木原理分集技术是一种利用多径信号来改善系统性能的技术。其理论基础是认为不同支路的信号所受的干扰具有分散性，即各支路信号所受的干扰情况不同，因而，有可能从这些支路信号屮挑选出来受干扰授轻的信号或综合岀高信噪比的信号来。在接收端通过某种合并技术将多条符合要求的支路信号合并且输出，从而大大降低多径衰落的影响，改善传输的可靠性。在移动通信屮可能用到两类分集方式：一类称为宏分集；另一类称为微分集。宏分集主要用于蜂贞移动通信系统，也称为多基站分集，这是一种慢衰落影响的分集技术，通常是把多个基站设置在不同的地理位置上和不同方向上，同时和小区的一个移动台通信，移动台可以选用基中信号最好的一个基站进行通信。显然，只要在各个方向上的信号传播不是同时受到阴影效賊或地形的影响而出现严重的慢衰落，这种方法就能保证通信不会中断。微分集是一种减少快衰落影响的分集技术，在备种无线通信系统屮都经常使用，微分集可分为时间分集、角度分集、空间分集、频率分集。（1）空间分集空间分集分为空间发送和空间接收两个系统。在空间不同的垂肓高度上设置几副天线,同时接收一个移动台的信号，然后合成或选择其屮一个强信号。接收端的天线Z间距离d2§/2（§为工作波长）以保证接收天线输出信号的衰落特性是相互独立的，所以空间分集是利用场强随空间的随机变化而实现的。由于空间的任何变化部可能引起发射场强的变化，因此在移动通信系统屮通常使用两副天线实现空间分集。（2）极化分集在移动环境屮，两个在同一地点且极化方向相互正交的天线发出的信号呈现互不相关的衰落特性。利用这一特性，在发送端同一位置分别装上垂肓极化天线和水平极化天线,在接收端同一位置也分别装上垂直极化和水平极化夭线，就可得到两路衰落特性不相关的信号。（3）频率分集频率分集是采用两个或两个以上具有一定间隔的频率同时发送和接收同一信息,然后进 行合成或选择，以减轻衰落影响的工作方式。（4）时间分集经过移动通信信道的信号通常是随机衰落的信号,若对其振幅进行顺序取样，则时间间隔足够远的两个样点是互不相关的，这就是时间分集的概念。所谓时间分集是将给定的信号在时间上相差一定的间隔重复传输N次，只要时间间隔满足要求，就可以得到N条独立的分集支路。6移动通信的噪声与干扰6.1移动通信的噪声移动信道对信号传输的限制除了损耗和衰落Z外，另一个重要的限制因素是噪声与干扰。根据移动信道屮噪声来源的不同，噪声可分为内部噪声和外部噪声，它们都属于随机噪声。外部噪声又包括自然噪声和人为噪声。自然噪声主要有天电噪声、太阳噪声及银河噪声等。人为噪声就是各种电气设备中电流或电压发生急剧变化而形成的电磁辐射。内部噪声是指移动通信设备本身产生的各种噪声。在移动通信中，内部噪声主要是指众多移动台发送的含有噪声的信号互相干扰，以及各种寄生辐射。发射机即使未加入调制信号，也存在以载频为屮心、分布频率范围相当宽的噪声，这种噪声称为发射机边带噪声，简称发射机噪声。发射机噪声主要包括振荡器噪声、倍频器噪声及调制器噪声等。在移动通信信道屮主要考虑人为噪声和内部噪声对通信信道的干扰。图教P356.2移动通信的干扰干扰是指无线电台间（移动台与基站）的相互干扰，包括电台木身产生的干扰，如邻道干扰、同频干扰、互调干扰以及远近效应引起的近端无用信号对远端有用信号的干扰等。随着无线电台大量投入使用，电台之间的干扰口趋严重。尤其是陆地移动通信，由于电台移动性，分布随机性，干扰信号电平比有用信号电平有时高出几十分贝。因此对移动信道设计时，必须研究噪声和干扰的特征以及它们对信号传输的影响，并采取必要的措施，以减小它们对通信质量的影响。6.2.1互调干扰互调干扰是指儿个不同频率的信号通过非线性电路时，会产生与有用信号频率想同的或相近的频率组合，而对通信系统构成一种干扰。当有多个频率信号通过非线性电路时,会相互调制产生互调失真，以二阶和三阶失真幅度为最大，阶数越高，失真越小。6.2.2邻道干扰邻道干扰是指相邻的或邻近的信道（频道）Z间的干扰，是由于一个强信号串入弱信号中干扰弱信号而造成的干扰。图技P756.2.3同频干扰同频干扰是指相同载频电台Z间的干扰，它是蜂窝式移动通信所特有的干扰，由频道重复利用所造成。在移动通信屮，若频率管理或系统设计不当，如同频电台Z间的距离不够大,而使空间隔离小，就会造成同频干扰。6.2.4远近效应在移动通信中，移动台可能在小区的边缘，可能远离基站，也可能离基站很近，有些用户可能在小区的屮部，如果在任何距离上的所有移动台同时发送信息，且备移动台均以相同功率发射信号，基站接收到的近处移动台发射的信号功率远大于远处移动台发射的信号功率，若两者频率相近，将导致强信号掩盖弱信号。因此远近效应就是指近处大功率信号对远处小功率信号产生的很强干扰。 6.2.5白动功率控制自动功率控制（APC）的忖的就是克服远近效应，使所有工作的移动台到达基站的功率基木一致，使系统既能维护高质量的通信，又不对其他用户产生不应有的干扰。