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1、第五章 无线接入技术n5.1 无线接入信道的电波传播5.2 无线接入的基本技术5.3 3.5GHz固定无线接入5.4 无线ATM接入5.5 无线接入新技术n 无线接入系统采用无线传输技 术，通过空间电磁波来传输信息，无线 传输所占用的信道即称为无线信道。n5.1.1 反射、衍射和散射n 在无线信道中，视线方向上存 在很多的障碍物，电磁波在传播时，如 果遇到障碍物，并且此障碍物大小与波 长相比很大，那么电磁波就会发生反射 。5.1 无线接入信道的电波传播n5.1.2 衰落与多径传播n 在无线信道中，电磁波传播时由于各种反射、衍射和散射，会产生大 量的传播路径。在接收端来自不同方向 、通过不同传播
2、路径的电磁波经由同一 天线接收，会在天线处通过矢量叠加得 到合成信号，形成多径传播。n一、影响衰落的因素n 无线信道中很多的因素会影响衰落，其中包括以下几种。n1多径传播n2移动台的移动速度n3信道中障碍物的移动速度n4信号的带宽n二、多径传播n 无线信道中多径传播会引起接收信 号短期起伏，也即小尺度衰落或快衰落。n1时延扩展（时间扩散参数）n 由于多径反射，发射天线发出的无 线信号沿不同路径传播到接收机处时，每条路 径长度不同，信号到达接收机时间也不同，因 而信号轮廓不清或被扩展，这种现象称为时延 扩展。n2相干带宽n 相干带宽（Bc）是频率范围的统计测 量值。n3多普勒（Doppler）扩
3、展和相干时间n 在移动接入中，接收天线和发射天 线之间的相对运动会引起Doppler频移。频移 的大小与相对运动速度和运动方向以及载波频 率有关。具体公式如下：nfd fm cos （5.3）n 其中，fd为Doppler频移（多普勒功率 谱宽度），v为相对运动速度，为运动速度与 电磁波传播方向之间的夹角；fm为 0时， Doppler频移的最大值。从上面的公式可以看 出，Doppler频移可以为负值。n三、衰落类型n 信道参数（时延和Doppler扩展 ）以及信号参数（带宽、符号间隔）共 同决定了发射信号所经历的衰落特性， 根据这些参数可以将信道进行分类。n1多径时延扩展产生的衰落效应n 多
4、径时延产生的衰落分为两类 ，即平坦衰落和频率选择性衰落。n（1）平坦衰落n（2）频率选择性衰落n2Doppler扩展引起的衰落效应n 根据发送信号与信道变化相对的快 和慢，可以将信道分为快衰落信道和慢衰落信 道。n（1）快衰落n 如果信道的相干时间比发射信号的 信号周期短，那么此信道就是快衰落信道。在 快衰落信道中，信道的脉冲响应在一个符号周 期内变化很快。快衰落信道的条件为：nTsTc, BsBc（5.9）n（2）慢衰落n慢衰落信道的条件是：nTsTc, BsBD（5.10）n5.1.3 路径损耗模型n一、无线环境n 无线接入系统的工作环境包括各种各样建筑物结构的大城市和小城市、郊区、农村地
5、区、沙漠地区和山区。n1车载无线环境n 车载无线环境的特征是宏小区和大的发射功率，也称为宏小区环境。n2室外到室内和步行者的无线环境n 该环境的特征是微小区和低的发射功率。n3室内办公无线环境n 在室内办公无线环境中，发射功率较小，基站和用户均在室内。n二、路径损耗模型n1车载无线环境n 车载无线环境对应于宏小区， 通常采用Hata传播模型。Hata传播模型 适用的频率为150155 MHz，可以在城市地区应用。其公式为：nLmacro 10 log d（ 5.11）n2室外到室内和步行者的无线环境n 在这种环境中，考虑了视距传播和非视距传播两种情况，也就是存在障碍物，属 于微小区类型。n3室
6、内办公无线环境n 在室内办公无线环境中，对于有障碍的传播路径会产生瑞利衰落，对于视距（ LOS）路径则是莱斯衰落，与建筑物类型无关。5.2 无线接入的基本技术n5.2.1 信源编码与信道编码技术n一、信源编码技术n 信源编码就是将来自模拟信源或离散信源的信号变换为适合于在数字通信系统中传输的数字信号。n1规则脉冲激励长时预测（RPE-LTP） 编码n RPE-LTP编码方案是以若干间 距相等、相位与幅度优化的脉冲序列作 为RPE（规则脉冲激励），使合成波形 接近于原信号。n 线性预测编码（LPC）分析主 要目的是提取LPC滤波器的系数。n 短时分析滤波器使用LPC的系 数，以5ms子帧为间隔，
7、求出预测值并 由预测值产生短时残差。n长时预测（LTP）分析在5ms子帧内计算 一次对长时分析滤波器的修正值，利用残差信 号的相关性可使对输出残差信号的估值更为优 化。nRPE-LTP话音编码器将LAR参数、RPE参 数及LTP参数等三种参数编码比特进行复合， 获得13kbit/s话音编码输出信号；加上前向纠 错监督位后为22.8kbit/s；再加上其他控制信号 及保护间隔，每话路传输速率为24.7kbit/s。可 以得到较好的话音质量，同时抗误码性能也较 好。n2矢量和激励线性预测（VSELP）编码n 矢量和激励线性预测（VSELP）编码是码激励线性预测（Code Excited Linea
8、r Prediction，CELP）编码的一种。n二、信道编码技术n 信道编码就是在数据发送之前，在信息码元中再增加冗余码元（即监督码元），用来供接收端纠正或检出信息在信道传输中产生的误码。n1分组码n 在分组码中，监督码元只与本组的信息码元有关。n（1）循环码n 循环码是分组码的一个重要分支， 其特点是循环码中的任何一个码字向左或向右 循环移位后，仍是该码字集合中的码字。n（2）BCH码n BCH码是一种能纠正多个随机差错 的特殊循环码，其码长为n2m1或是2m1 的因子，m为正整数。n（3）R-S码n R-S是Reed-Solomon码的缩写，是一 种多进制的BCH码。一个M进制码元有M个
9、二 进制码元。n2交织编码n 对于突发错误，交织码是一种有效的纠错码。交织编码是将已编码的码字交织， 使突发误码转换为一个纠错码字内的随机误码 。n3卷积码n 分组码为达到一定的纠错能力和编 码效率，码组长度通常都比较大，时延随着n的增加而线性增加。n4Turbo码n Turbo码包含重复解码、软入/软出解码、递归系统卷积编码和非均匀交织等概念。Turbo码编码基本结构如图5.7所示，它包含两个并联的相同递归系统卷积编码器，中间由一个交织器分隔。n5.2.2 多址接入技术n 目前无线接入系统中常用的多 址方式有：频分多址（FDMA）、时分 多址（TDMA）、码分多址（CDMA） 和空分多址（S
10、DMA）等。n一、频分多址（FDMA）n 频分多址（Frequency Division Multiple Access，FDMA）是把通信系统 的总频段划分成若干个等间隔的频道（ 或称信道），分配给不同的用户使用。n二、时分多址（TDMA）n 时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）是把无线频谱按时隙划分，若干个时隙组成一帧。n三、码分多址（CDMA）n 码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）是使用扩展频谱技术的一种多址技术。n四、空分多址（SDMA）n 空分多址（Space Division Multiple
11、 Access，SDMA）是通过控制用户的空间辐射能量来提供多址接入能力的，通过分割空间信道分离同一时隙和同一频道上的多个用户信号。n5.2.3 数字调制与扩频技术n一、数字调制技术n 无线接入系统在无线传输中一般多使用频谱效率高、抗干扰能力强的数字调制技术。n1线性调制技术n 线性调制方案有PSK，QPSK， DQPSK，OQPSK，/4QPSK，MPSK 及MQAM等。n（1）二相相移键控（2PSK）n 绝对相移键控（BPSK）n 差分相移键控（DPSK）n（2）四相相移键控（QPSK）n 交错QPSK（OQPSK）n /4-QPSKn2恒包络调制技术n（1）二相频移键控（2FSK）n（2
12、）最小频移键控（MSK）n（3）高斯滤波最小频移键控（GMSK）n 高斯滤波最小频移键控（ GMSK）是指在MSK调制器前面加入高斯低通预调制滤波器的调制方式，如图 5.11所示。图5.11 GMSK调制器n二、扩频调制技术n 扩展频谱通信的理论基础是仙农（Shannon）公式：nC（5.33）n式中，C为信道容量，单位为bit/s；W为带宽；S为信号功率；N为噪声功率。n1直接序列扩频n 直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS）是指在发信端直接用伪随机序列（Pseudo-Noise，PN）去扩展信号的频谱；在收信端，用相同的扩频码序列进行解扩，
13、将展宽的频谱扩展信号还原成原始信息。n2跳频扩频n 跳频扩频（Frequency Hopping Spread Spectrum，FHSS）是指传输信号载波按照预 定规律进行离散变化的通信方式，即通信使用 的载波频率受一组快速变化的伪随机码控制而 随机的跳变。n3跳时扩频n 跳时扩频（Time Hopping Spread Spectrum，THSS）是指将时间按帧分成若干 个时隙，由扩频码序列去控制帧内各个时隙的 信号发射。n5.2.4 抗衰落技术n一、分集技术n 分集技术（Diversity Techniques）就是利用多条具有近似相等的平均信号强度和相 互独立衰落特性的信号路径来传输相
14、同信息， 并在接收端对这些信号进行合并（Combining），以便降低多径衰落的影响，改善传输的可 靠性。n1空间分集n 空间分集（Space Diversity）是在发 端使用一副发射天线，接收端使用多副接收天 线，并且接收端天线的间隔足够大（d/2） ，从而保证各接收天线输入信号的衰落特性相 互独立。n2时间分集n 时间分集（Time Diversity）就是将 给定的信号在时间上相隔一定的间隔重复传输 多次，只要时间间隔大于相干时间，就可以得 到多条独立的分集支路。n3频率分集n 频率分集（Frequency Diversity ）是将要传输的信息分别以不同的载频 发射出去，只要载频的间
15、隔大于相干带 宽，那么在接收端就可以得到衰落特性 不相关的信号。n 在接收端取得多条相互独立的支 路信号后，可以通过合并技术来得到分 集增益。合并技术有选择式合并、最大 比合并、等增益合并以及开关合并。n二、自适应均衡技术n 码间干扰是在移动无线信道中传输高 速率数据的主要障碍，是由无线信道的时变多 径传播引起的，采用自适应均衡技术可以克服 码间干扰。n 均衡的算法有多种，即最小均方误差 算法（Least Mean Square Error，LMSE）、递 归最小二乘法（Recursive Least Square，RLS ）、快速递归最小二乘法（Fast RLS）、平方 根递归最小二乘法（Square Root RLS）和梯度 递归最小二乘法（Gradient RLS）等。n5.2.
