《数字移动通信基础知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字移动通信基础知识（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、数字移动通信基础知识1移动通信的发展11移动通信的定义现代社会是信息的社会，而信息的转输需要进行大量的通信。由于人们对通信的要求越来越高，任何时间、任何地点、向任何个人提供快速可靠的通信服务已成为未来通信的目标。要实现这个目标，移动通信起到了非常重要的作用。所谓移动通信，指移动体之间或移动体与固定体之间的通信，即通信中至少有一方可移动。常见的移动通信系统有：无线寻呼、无绳电话、对讲机、集群系统、蜂窝移动电话（包括模拟移动电话、GSM数字移动电话等）、卫星移动电话等。移动通信经历了近一百年的发展，特别是近十年来，其发展速度惊人。移动通信从最初的单电台对讲方式发展到现在的系统和网络方式；从小容量到
2、大容量；从模拟方式到数字方式。可以说，现代的通信是当代电子技术、计算机技术、无线通信、有线通信和网络技术的产物。12模拟移动通信系统的现状模拟移动通信技术的发展大致经历了以下几个阶段：第一阶段在本世纪40年代，其代表是美国底特律市警察使用的车载无线电系统，工作频率在2MHz，属于专用移动系统。第二阶段从40年代到60年代，从专用移动网向公用移动网过渡，采用人工接续，容量小。第三阶段从60年代到70年代中期，实现了无线频道自动选择，自动接续，采用小区制，容量大，管理完善，提供的服务多。到94年底，全世界模拟移动电话用户超过3000万。目前，模拟蜂窝移动通信系统主要有三种制式：TACS（ETACS
3、）、AMPS、NMT450900。这三种制式的用户数占整个模拟移动用户的90以上。系统名称技术特征AMPSTACSNMT450900工作频段（MHz）890890825845945950890905464467.5453457.5935960890915频道间隔（kHz）30252512.5频道总数（对）666（2个系统各用333）600（2个系统各用300）1801999基站有效辐射功率（W）最大10010050100移动台发射功率（W）371015车台：6手持台：1基站覆盖区或小区半径（km）2202201400.520音频信号调制方式PMPMPMPM控制信号调制方式FSKFSKFFSKF
4、SK控制信号码型曼彻斯特码曼彻斯特码NRZNRZ信号传输速率（kbit/s）1081.21.2有效信息传输速率0.271.20.220.96约0.46约0.46虽然模拟蜂窝网络取得了很大的成功，但也逐渐暴露不少问题，如：安全保密性差，数据承载业务难开展，特别是随着用户数增加，其容量已无法适应市场需求，因此模拟蜂窝系统已逐渐被数字蜂窝移动通信所取代。13数字移动通信的现状及发展70年代末，由于考虑到模拟蜂窝系统存在的问题，一些发达国家着手数字蜂窝移动通信系统的研究。80年代中期，欧洲首先推出GSM数字通信网系统。随后，美国（ADC）、日本（JDC）也制定了各自的数字通信体系。由于数字通信系统的优
5、点，如：频谱效率高、容量大、业务种类多、保密性好、话音质量好、网络管理能力强等，使得数字通信网得到迅猛发展。特别是GSM系统，技术成熟、管理灵活、有完善的技术规范，在泛欧取得很大的成功之后，在世界许多国家更是得到广泛的应用，已成为陆地公用移动通信的主要系统。与其它现代技术的发展一样，移动通信技术的发展呈加快趋势。在数字蜂窝网正刚刚进入实用阶段时，对未来移动通信的研究已开展。不同厂家提出了不同的方案，都想主导未来的个人通信。到底采用那种技术，那种方案，目前尚未清楚，但有一点可以肯定，未来的通令要求真正实现任何时间，任何地点，向任何人提供通信这一最高目标。项目GSMADCJDC工作频段BS发935
6、9608698941477148994095615011513MS发8909158248491429144181082614531465频段宽度（MHz）25251624多址方式TDMATDMATDMA传输方式FDDFDDFDD载频间隔（kHz）2003025每载频信道数8（16）3（6）3（6）频道数据速率270.8kbit.s48.6kbit/s42kbit/s调制方式GMSKBbTb0.3/4DQPSKa=0.25/4DQPSKa=0.5频谱效率（bit/s.Hz）1.351.621.68话音编码RPELPTLPC13kbit/sVSELPC8kbit/sVSELP6.59.6kbit/
7、s信道编码卷积码卷积码卷积码编码语音速率22.8kbit/s13kbit/s11.2kbit/s频率复用模式444帧长度（ms）4.6152020帧内时隙数866小区半径（km）最大（最大）35（0.5）20（0.5）20（0.5）国际漫游能力有有有2蜂窝移动通信21大区制移动通信系统早期蛛移动通信系统都采用大区制场强覆盖区，一个基站覆盖很大的服务区，半径约30km50km。这使使得基站、手机的发射功率要很大，基站的发射功率高达几十到几百瓦，且要很高的天线塔。大区制系统的特点是：整体覆盖范围小、频道数目少（容量小）、移动台体积大，特别是用户密度高，业务量大时，整个系统根本无法满足用户要求。22
8、蜂窝小区移动通信系统为了提高系统容量，有效利用频率资源，现代移动通信在场强覆盖区的规划上多采用小区蜂窝结构。其特点是：小区覆盖半径小，一般为1km20km，所以可用较小的发射功率实现双向通信。若干个小区构成大面积的覆盖，相距足够远（即同频干扰足够小）的小区可重复使用通信频率，即频率复用。采用这种方法，可以对无限广大的地域进行覆盖，从而提高了频谱的利用率。MS移动台BS基站MSC移动交换中心小区制蜂系统的最大优点是频率复用，使系统容量大大提高，有效地利用了频率资源。但伴随而来的是技术实现上的复杂性，主要包括以下几个方面：（1/*1数字化 数字化是当代通信技术发展的总趋势，在数字通信中，信息的传输
9、是以数字信号的形式进行的。在移动通信系统中，最基本的业务是传递话音。对于话音的传递来说，在发送端必须将模拟话音信号变为数字话音信号，通过射频电路调制后发射出去；在接收端通过相应的解调电路将数字话音信号还原成模拟话音信号。数字通信与模拟通信相比有许多显著优点：（1）数字信号传输性能好，能提供高质量服务。（2）用户信息保密好。（3）能提供多种服务，包括话音与非话音服务。2语音编码技术模拟话音信号变为数字信号涉及到语音编码技术。众所周知，在数字移动通信系统中，频率资源非常有限。对GSM系统来说，收信频段在935MHz960MHz，若语音编码的数字信号速率太高，会占用过宽的频段，无疑会降低系统容量。但
10、若语音编码的速率过低，又会使话音质量降低，所以采用一种高质量低速率的语音编码技术是是非常关键的。对欧洲的GSM系统来说，采用的是一种称为规则脉冲激励长期预测的语音编码方案（RPELTP）。语音编码技术有三种类型：波形编码、参量编码和混合编码。波形编码：是在时域上对模拟话音的电压波形按一定的速率抽样，再将幅度量化，对每个量化点用代码表示。解码是相反过程，将接收的数字序列经解码和滤波后恢复成模拟信号。波形编码能提供很好的话音质量，但编码信号的速率较高，一般应用在信号带宽要求不高的通信中。脉冲编码调制（PCM）和增量调制（M）常见的波形编码，其编码速率在16kbit/s64kbit/s。参量编码：又
11、称声源编码，是以发音模型作基础，从模拟话音提取各个特征参量并进行量化编码，可实现低速率语音编码，达到2kbit/s4.8kbit/s。但话音质量只能达到中等。混合编码：是将波形编码和参量编码结合起来，既有波形编码的高质量优点又有参量编码的低速率优点。其压缩比达到4kbit/s16kbit/s。泛欧GSM系统的规则脉冲激励长期预测编码（RPELTP）就是混合编码方案。在语音编码中，对话音质量的评价一般按听音者的主观感觉来定级。质量等级分数收听注意力等级优5可完全松驰，不需要注意力良4需要注意，但不需要明显集中注意力满意（正常）3需要中等程度注意力差2需要集中注意力劣1即使努力去听，也很难听懂上面
12、提到的RPELTP编码可达到4分。（1）脉冲编码调制（PCM编码）脉冲编码调制有如下三个步骤：1）抽样抽样定理：对一个时间上连续的信号，若频带限制在Fm内，要完全恢复原信号，必须以大于或等于2Fm的频率进行抽样。例如，一般话音的频率为300Hz3400Hz，如要完全不失真恢复话音信号，抽样频率至少为6800Hz，为保险起见，一般取8000Hz。2）量化模拟信号经抽样后在时间上是离散的，但其幅度的取值仍是连续的，为了使模拟信号变成数字信号，还必须将幅度离散化，即将幅度用有限个电平来表示，实现样值幅度离散化的过程称为量化。量化犹如数学上的四舍五入，即将样值幅度用规定的量化电平表示。3）编码将模拟信
13、号抽样量化再编码成数字代码，称为脉冲编码调制（PCM）。64kbit/s的PCM是最成熟的数字语音系统，主要用于有线电话网，它的话音质量好，可与模拟语音相比，其抽样速率为8kHz，每个抽样脉冲用八位二进制代码表示，每一路标准话路的比特率为8000864kbit/s。对无线传输系统来说，由于频带的限制，必须采用低速高质的编码技术。（2）参量编码前面所述的波形编码的话音质量较高，技术实现上也较简单，但其速率较高。这意味着信号所占频带较宽，严重影响系统的容量，不能应用于频率资源有限的无线通信系统。为提高系统容量，必须采用低速高质的语音编码方法。人们对语音的研究发现，提取出语音信号的特征参量进行编码，而不是对语音信号的时域波形本身编码，可以大大降低编码信号的速率，这种语音编码方式称为参量编码。参量编码的基础是语音信号特征参量的提取与语音信号的恢复，这涉及到语音产生的物理模型。为提取特征参量作语音分析，利用了语音信号的平稳特征，即认为语音在10ms20ms的时间内其特征参数不变。这样，可将实际语音信号划分为10ms20ms的时间段，对每个段内分别进行参量提取。参量编码可达到很低的速率，但其语音质量较差，主观评定等级低于3分。（3）混合编码这是近年来发展的一类新的语音编码技术。在这种编码信号中，既含有语音特征参
