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1、<p><p>&lt;p&gt;移动通信中的若干关键技术（上） 黄载禄 首页 1 移动通信中若干关键技术（上） 序 言 1. 移动通信发展史 1897年： M.马可尼发明无线通讯 固定站 拖船 1946年： 车载移动通信 F：3040MHz（美） 1960-1970年：小容量、大区制移动电话 F：150450MHz（美、法、德、英） 1978年： 模拟蜂窝（Amps） （第一代） F：450M频段、900M频段（美、欧、日） 1991年： GSM系统投入商用（欧） 1995年： CDMA IS-95商用（美） （第二代） 1
2、8海里 2 移动通信中若干关键技术（上） 2. 本讲“关键技术（上）”提纲 一、移动通信系统的构成 二、推动移动通信技术进步的主要矛盾 三、移动通信中的若干关键技术 3。1 语音编码与压缩 3。2 多址技术 3。3 信道编码与交织 （其它技术安排在移动通信中若干关键技术（下） 序 言 3 移动通信中若干关键技术（上） 三大部分： 手机（移动台） 基站：（天线、无线电信号的接收、发射设备及基站控制器等 ） 交换网络（移动交换机、跨地区间的中继传送设备等） 一、移动通信系统的构成 4 移动通信中若干关键技术（上） 基 站 交换网 络 基 站 基 站 信道 图1 系统构成 5 移动通信中若干关键技术
3、（上） 可靠性 信道环境恶劣 大容量 频率资源有限 二、推动移动通信技术进步的主要矛盾 6 移动通信中若干关键技术（上） 1）资源 GSM900兆频段： 880915MHz（手机发 基站收），F=25M 935960MHz（基站发 手机收），（125个频道） GSM1800兆频段： 17101785MHz（手机发 基站收），F=75M 18051880MHz（基站发 手机收），（375个频道） CDMA800兆频段： 824849MHz（手机发 基站收） 869894MHz（基站发 手机收） IMT2000（第三代）： 18852025MHz（手机发 基站收） 21102200MHz（基站发
4、手机收） GSM系统相临基站的工作频道必须隔开 CDMA系统相临基站可工作于同一频道 2.1 我国移动通信系统的频率1）资源 7 移动通信中若干关键技术（上） a) 减小蜂窝尺寸 大蜂窝（nkm） 小蜂窝（n百米） 微小蜂窝（n十米 ） b) 降低语音数据率 64kb/s 固定电话（PCM） 13kb/s GSM（规则脉冲激励型线性预测编码） （4.8kb/s） 2) 频率资源有限与大容量矛盾解决方案： 8 移动通信中若干关键技术（上） 克服恶劣的信道环境，获得通信的高可靠 推动移动通信技术进步的关键因素 2.2 移动通信的信道环境特征 9 移动通信中若干关键技术（上） 传播机制与频率的关系：
5、 ?长波（520KHz以下）地波 ?中波（5351605KHz）地波 ?短波（1605KHz30MHz）天波（电离层反射） ?超短波（30700MHz） ?微波（700以上）直射、反射、绕射、散射 移动通信的电波传播： 直射 反射 散射 绕射 图3 电波传播模型 天线 基站 散 射 体 1）移动通信的电波传播机制 10 移动通信中若干关键技术（上） 多径 慢衰落（几秒以下几小时） 快衰落（几Hz左右） 当代移动通信系统是众多通信最新技术的集成，目的是对付衰落信道， 实现高可靠和大容量。 图4 接收信号波形 2）移动通信的接收信号特征 11 移动通信中若干关键技术（上） 三、移动通信中的若干关键
6、技术 12 移动通信中若干关键技术（上） 1）PCM编码 数据率：64kb/s未经压缩（采样频率8KHz，8比特量化 ） 压缩语音数据率的目的是使一个标准PCM信道中能容纳多个 用户，达到扩大系统容量。 3.1 语音编码与压缩1）PCM编码 13 移动通信中若干关键技术（上） 采用新的语音编码方法，实现语音数据率的压缩 a) 波形编码 话音质量达到电话网要求（信/噪比=26db） 理论极限速率=16kb/s（由信息论信源函数理论推导） b) 参量编码 理论极限：以英语为例，其音素参量有128256个，按照通常的讲话 速率，每秒发出10个音素。因此话音数据率的最低极限： log2(128)10=
7、70bit/s 至 log2(256)10=80bit/s c) 混合编码 以参量编码为基础+有限波形编码算法 达到相对低数据率，良好 可懂度 2）压缩方法 14 移动通信中若干关键技术（上） 表1 几种语音编码方法比较表 注： MIPS百万条指令/秒 ms豪秒 mosCCITT建议的五级评价评分标准 3）几种编码方案的性能比较 15 移动通信中若干关键技术（上） a) 方案： QCELP方案（码激励线性预测的可变速率混合编码） 可变速率传输：分9.6kb/s，4.8kb/s，2.4kb/s，1.2kb/s 4档速率 （1，1/2，1/4，1/8），根据信/噪比背景改变速率。 4）IS-95
8、CDMA中的语音编码a) 方案 16 移动通信中若干关键技术（上） 伪随机 信号矢 量 矢量 码表 音调合 成滤波 线性预 测编码 滤波 自适应 滤波 增益 控制 合成语音输出滤波参数 1,2,. 12 音调参数 L、b 增益G 其他 码速 T激励 图5 QCELP方案图 1/8码速 清/浊 b) QCELP实现原理： 17 移动通信中若干关键技术（上） ? 首先对模拟话音按8KHz采样 ? 将采样按每20ms划分为一个话音帧（含160个采样点） ? 分析这160个采样点生成3个参数矢量 滤波参数： 1,2,12（20ms更新一次） 音调参数：L、b 码表参数：T 系统发送的是参数：1,2,1
9、2；L、b；T；G 等 手机中根据参数生成语音 依速率调整更新快慢 c) 实现流程 18 移动通信中若干关键技术（上） 在同一信道中，准许多个用户同时通信的技术， 在移动通信中称为多址技术。 3.2 多址技术 19 移动通信中若干关键技术（上） 多址方式只有三种：频分（FDMA），时分（TDMA），码分（CDMA） 。 FDMA模拟移动通信中采用（第一代） TDMAGSM 体制 CDMAIS-95 CDMATMT2000 （第三代） TD-SCDMA码分多址与时分多址的组合方案，“S”表示同步 （第二代 ） T F C T1 T2 . Tn 图6 多址三维正交示意 Fn F2 F1 C1 C2
10、 Cn 1）多址方式 20 移动通信中若干关键技术（上） a）特点 ? 不同用户可以使用同一频率（F）、同一时间（T），仅使用不同的 码型来替换不同的用户数据：“1”和“0”，来区分不同用户。 例如： CDMA又称扩频通信 “1”用户1 1001010 C1（t） “1”用户2 0110101 C2（t） 条件： C1（t）与C2（t）互不相关（正交），即 用户1 用户2 片码（扩频码） T “1” “0” 2）码分多址（CDMA）a）特点 21 移动通信中若干关键技术（上） ? 信号的频谱大大展宽（F1/T， Fen/T ）（n填充码的个数）， 系统的抗干扰性大大增强，可使信噪比提高n倍。
11、IS95片码：1.2288Mb/S IMT2000片码：3.84Mb/S 理论基础：信息论中山农信道容量定理 C = F log2（1+S/N） 式中： C单位bit/s，信道每秒传送信号的数据率 F单位HZ，信号所占带宽 S/N信号/噪声功率比 推理：当C一定，传送的信号所占带宽越宽，则容许的S/N信噪比可以越低 。 b）CDMA的关键技术 22 移动通信中若干关键技术（上） ? 寻找扩频码CN（t） 要求：（1） C1（t）, C2（t）, Ci（t）CN（t） N越大越好，以容纳更多用户 （2）它们之间的互相关函数 0（越小越好） （实际上0，而形成用户间的干扰） （3）发送端容易产生
12、（4）接收端容易捕捉与同步产生，此为CDMA研究的一个重要方面 23 移动通信中若干关键技术（上） ? LasCDMA 宣称找到了构造大容量但完全不相关的CN（t）扩频码的方法， 又称TDLAS技术，两级扩频编码 优点： （1）消除原CDMA系统用户间的干扰，以构造出干扰不受限的CDMA系统。 （2）简化系统，使原CDMA系统中用于对抗用户间干扰的措施成为无必要。 （宣称无需复杂功率控制、无需智能天线、无需软切换、无需多用户 检测等） CN1（t ） CN2（t ） LasCDMA 信号 扩频信号 LA LS 24 移动通信中若干关键技术（上） ? 信道多址与基站多址 信道多址采用64位wal
13、sh码，分别分配给64个信道 1个导频信道W0 1个同步信道0，1相间的W32 7个寻呼信道W1W7 55个业务信道W8W31； W33W63； 基站多址码采用m=215-1的15位简单伪随机序列，前加15个0偏置。 ? 跳频与跳时 25 移动通信中若干关键技术（上） 1）信道编码的定位 图7 CDMA系统信号流程 3.3 信道编码与交织编码1）信道编码的定位 扩频 调制 信道 编码 交织 编码 射频 调制 射频 解调 去 交织 信道 解码 解 扩 数据 码 数据 码 信令信令 26 移动通信中若干关键技术（上） 信道编码的作用 抗由一切信道传输原因所引起的误码，完成对分散独立误码的纠错。 交
14、织编码的作用 抗信道产生的实发错误（成片的误码），使移动通信的信道变成随机 独立差错信道（噪声信道）。即：将信道引起的成片误码改造为分散 独立误码。 2）在系统中的作用 27 移动通信中若干关键技术（上） a) 思路 增加监督（校验）码元，发现或纠正信息码元的错误。 b) 研究目标 以最少监督码元为代价获取对信息码元最高的检错和纠错能力。 c) 信道编码的种类 按照加入监督码元的规律或监督码元实现检错、纠错的算法， 可分为：线性编码（线性分组码、循环码等）； 非线性编码（如卷积码等）。 信息码监督码信息码 监督码 3）信道编码 28 移动通信中若干关键技术（上） a) 所有信道编码要服从严格的
15、数学关系。 b) 例BCH码、RS码、Fire码 c) 线性分组码 ?（7，3）码（可纠正一个错误） 码长 7位 信息位 3位 监督位 4位 C=（C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6） 4）线性分组码 29 移动通信中若干关键技术（上） ?编码方程 C0=U0 C1=U1 C2=U2 C3=U0U2 C4=U0U1U2 C5=U0U1 C6=U1U2 数学表达式 C=（C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6） 1 0 0 1 1 1 0 =（U0 U1 U2） 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 U G=（I Q）生成矩阵 =UG 信息位 监督位 30 移动通信&lt;/p&gt;</p></p>
