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1、无线通信基础知识,课程说明, 面向对象：初级无线设计人员 课程目标： 熟悉无线电波传播特性； 掌握移动通信基本概念； 了解移动通信常用技术； 熟悉天馈知识；,目录,1.1：无线电波传播方式 1.2：无线电波衰落 1.3：多径效应、阴影效应、多谱勒频移,无线电波传播方式,无线通信网络使用特高频率：,频谱划分,无线电波传播方式,运营商各系统使用频率,无线电波传播方式,无线电波是一种信号和能量的传播形式，在传播过程中，电场和磁场在空间中相互垂直，且都垂直于传播方向。,无线电波的传播方向 正交特性；电生磁、磁生电,无线电波传播方式,直射波及地面反射波 （最一般的传播形式）,对流层反射波 （传播具有很大
2、的随机性）,山体绕射波 （阴影区域信号来源）,电离层反射波 （超视距通讯途径）,传播途径,无线电波衰落,自由空间损耗： Ploss=32.4+20lgf+20lgd,传播途径,无线电波衰落,衰落：移动台接收到的电波一般是直射波和随时变化的绕射波、反射波、散射波的叠加，这样就造成所接收信号的电场强度起伏不定，这种现象称为衰落,衰落类型,慢衰落 由障碍物阻挡造成阴影效应，接收信号强度下降，场强中值服从对数正态分布。由功控克服。,快衰落（瑞丽衰落） 由合成波的振幅和相位随移动台的运动起伏变化很大，服从瑞利分布 时间选择性衰落 空间选择性衰落 频率选择性衰落,多径及衰落,多径效应、阴影效应、多谱勒频移
3、,多径效应是由于山丘、建筑物等的反射、散射或绕射，使得移动台与基站之间的信号传播途径有多条，此时接收到的信号是发射信号经过若干次反射、绕射或散射后的叠加，影响接收端对信号的判别和提取。,多径效应,多径效应、阴影效应、多谱勒频移,阴影效应（Shadow Effect）：在无线通信系统中，移动台在运动的情况下，由于大型建筑物和其他物体对电波的传输路径的阻挡而在传播接收区域上形成半盲区，从而形成电磁场阴影，这种随移动台位置的不断变化而引起的接收点场强中值的起伏变化叫做阴影效应。阴影效应是产生慢衰落的主要原因。,阴影效应,多径效应、阴影效应、多谱勒频移,当移动台以恒定的速率沿某一方向移动时，由于传播路
4、程差的原因，会造成相位和频率的变化。造成的发射和接收的频率之差。,运动中的移动台，实际合成后的工作频率与运动速度有关，运动速度越高影响越大， 根据理论分析和仿真测试，当列车时速达到300 公里以上时，系统性能有比较明显的恶化，而当列车时速达到600 公里以上时，900MHz 手机就无法解出相邻小区的信息； 随着移动台的靠近和远离基站，合成频率会在中心频率上下偏移； 高度运动的列车会频繁改变其余基站的距离，频移现象严重，必需采取有效果措施降低干扰。,多普勒频移,小结,1.移动通信电波传播特性 1.1：无线电波传播方式 无线电波有哪些传播方式？ 移动通信网络电波属于那个频段？ 各系统的频段 1.2
5、：无线电波衰落 衰落是什么意思？ 衰落形成过程？ 衰落分类及特性？ 1.3：多径效应、阴影效应、多谱勒频移 多径效应的概念及特性？ 阴影效应的概念及特性？ 多普勒频移的原因及计算公式？,目录,2.1： 移动通信系统构成 2.2： 移动通信系统工作过程 2.3： 多址接入、其他基本概念,移动通信系统构成,多种标准共存、汇聚集中 多个频段共存 移动网络宽带化、IP化趋势,发展历程,移动通信系统的构成,典型2G网络结构：主要包括BTS、BSC、MSC等网元。主设备目前大都使用分布式设备。,2G网络结构,MS：移动台 BTS：基站收发信台 BSC：基站控制器 OMC：操作维护中心 MSC：移动业务交换
6、中心 VLR：来访用户位置寄存器 HLR：归属用户位置寄存器 AUC：鉴权中心 EIR：移动设备识别寄存器 PSPDN：分组交换公用数据网 PSTN：公用电话网 ISDN：综合业务数字网,移动通信系统的构成,核心网分组域（PS）,典型3G网络结构：主要包括NodeB、RNC等网元。,3G网络结构,NodeB：由控制子系统、传输子系统、射频子系统、中频/基带子系统、天馈子系统等部分组成，即3G无线通信基站;RNC：Radio Network Controller(无线网络控制器)，用于提供NodeB移动性管理、呼叫处理、链接管理和切换机制，即3G基站控制器;Iub：Iub接口是RNC和NodeB
7、之间的逻辑接口，完成RNC和NodeB之间的用户数据传送、用户数据及信令的处理;CS：Circuit Switch(电路交换)，属于电路域，用于TDM语音业务;PS：Packet Switch(分组交换)，属于分组域，用于IP数据业务,移动通信系统的构成,E-UTRAN中只有一种网元eNode B 演进分组核心网EPC 演进分组系统EPS,4G网络结构,移动通信系统的构成,4G网络结构,eNB功能： 无线资源管理相关的功能，包括无线承载控制、接纳控制、连接移动性管理、上/下行动态资源分配/调度等； IP头压缩与用户数据流加密； UE附着时的MME选择； 提供到S-GW的用户面数据的路由； 寻呼
8、消息的调度与传输； 系统广播信息的调度与传输； 测量与测量报告的配置。 MME功能： 寻呼消息分发，MME负责将寻呼消息按照一定的原则分发到相关的eNB； 安全控制； 空闲状态的移动性管理； EPC承载控制； 非接入层信令的加密与完整性保护。 SGW功能： 终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包； 支持由于UE移动性产生的用户平面切换。 PGW功能： 逐用户数据包的过滤和检查 用户IP分配,移动通信系统的构成,2G/3G与LTE/EPC的比较,移动通信系统工作过程,通信系统工作过程,信源编码,信道编码交织,加扰,扩频,调制,射频发射,信源解码,去交织信道编码,解扰,解扩,解调,射频接受,语音信号
9、（模拟信号）通过采样和量化变成数字信号,对信息进行编码，达到纠错和抗干扰的目的,对信息进行加扰,加入用于识别用户的信息，将窄带信号拓宽,将数字信号调制程模拟信号,将模拟信号加到载波上进行发射,移动通信系统工作过程,信源编码,把语言、图像等原始信号转为数字信号进行的编码。,常见的语言编码方式：,移动通信系统工作过程,信道编码,信道编码是为了保证通信系统的传输可靠性，克服信道中的噪声和干扰而专门设计的一类抗干扰技术和方法 它根据一定的监督规律在待发送的信息码元中（人为的）加入一些必要的监督码元，在接收端利用这些监督码元与信息码元之间的监督规律，发现和纠正差错，以提高信息码元传输的可靠性。,卷积编码
10、,卷积码的监督码元不仅与本组的信息元有关，而且还与前若干组的信息元有关。这种码的纠错能力强，不仅可纠正随机差错，而且可纠正突发差错。卷积码根据需要，有不同的结构及相应的纠错能力，但其编码规律都是相同的。 适用于语音数据在内的速率相对较低的业务数据编码,移动通信系统工作过程,Turbo编码,编码器通过交织器把两个分量编码器进行并行级联，两个分量编码器分别输出相应的校验位比特；译码器在两个分量译码器之间进行迭代译码，分量译码器之间传递去掉正反馈的外信息。 适用于传输速率高但实时性要求不高的业务数据编码,移动通信系统工作过程,调制分类,数字信号三种最基本的调制方法（调幅、调频和调相）英文简写为ASK
11、、FSK和PSK，其他各种调制方法都是以上方法的改进或组合； 正交振幅调制QAM是调幅和调相的组合； MSK是FSK的改进；GMSK是MSK的一种改进，是在MSK（最小频移键控）调制器之前插入了高斯低通预调制滤波器，从而可以提高频谱利用率和通信质量；,移动通信系统工作过程,MSK和GMSK调制,MSK一是连续相位调制技术，在码元转换期间无相位突变 实现MSK调制的过程为：先将输入的基带信号进行差分编码，然后将其分成I、Q两路，并互相交错一个码元宽度，再用加权函数cos（t/2Tb）和sin（t/2Tb）分别对I、Q两路数据加权，最后将两路数据分别用正交载波调制。MSK使用相干载波最佳接收机解调
12、。 GMSK：使用高斯滤波器的连续相位移频键控，在MSK调制器的基础上增加前置滤波器,移动通信系统工作过程,BPSK调制,BPSK使用了基准的正弦波和相位反转的波浪，使一方为0，另一方为1，从而可以同时传送接受2值(1比特)的信息,移动通信系统工作过程,QPSK调制,QPSK是在M=4时的调相技术，它规定了四种载波相位，分别为45，135，225，315，调制器输入的数据是二进制数字序列，为了能和四进制的载波相位配合起来，则需要把二进制数据变换为四进制数据，这就是说需要把二进制数字序列中每两个比特分成一组，共有四种组合，即00，01，10，11，其中每一组称为双比特码元。每一个双比特码元是由两
13、位二进制信息比特组成，它们分别代表四进制四个符号中的一个符号。QPSK中每次调制可传输2个信息比特，这些信息比特是通过载波的四种相位来传递的。解调器根据星座图及接收到的载波信号的相位来判断发送端发送的信息比特。,移动通信系统工作过程,QAM调制,QAM是用两路独立的基带信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波双边带调幅，利用这种已调信号的频谱在同一带宽内的正交性，实现两路并行的数字信息的传输。 该调制方式通常有二进制QAM（4QAM）、四进制QAM（l6QAM）、八进制QAM（64QAM），对应的空间信号矢量端点分布图称为星座图，分别有4、16、64个矢量端点。,移动通信系统工作过程,各系统调
14、制方式,GSM系统：GSMK CDMA系统：BPSK，QPSK LTE系统：BPSK，QPSK，16QAM，64QAM（其中上下行数据信道采用QPSK，16QAM，64QAM ，下行控制信道采用BPSK ，上行控制信道采用QPSK）,多址接入、其他基本概念,单工,半双工,全双工,单工： 单工就是指A只能发信号，而B只能接收信号，通信是单向的。 半双工： 半双工就是指A能发信号给B，B也能发信号给A，但这两个过程不能同时进行。 全双工： 全双工比半双工又进了一步。在A给B发信号的同时，B也可以给A发信号,多址接入、其他基本概念,双工方式,TDD（时分双工）： 上下行传输信号在同一频带内，通过将信
15、号调度到不同时隙，采用非连续方式发送，并设置一定的时间间隔方式以避免上下行信号间的干扰。 FDD（频分双工）： 其上下行传输信号在不同的频带内，采用连续发射方式发送信号，并在上下行信号间设置一定的频带间隔方式，以避免相互间干扰。,多址接入、其他基本概念,多址接入,基本概念 实现不同地点、不同用户接入网络的技术，如何建立用户之间的无线信道的连接，是多址接入方式的问题。解决多址接入问题的方法叫多址接入技术 无线信道： 无线信道就是常说的通道（Channel），它是以无线电波信号作为传输媒体的数据信号传送通道，信道具有一定的频率带宽;多址方式： 频分多址（FDMA）：频带划分，频带独享，时间共享 时
16、分多址（TDMA）：时隙划分，时隙独享，频率共享 码分多址（CDMA）：码型划分，时隙、频率共享 空分多址（SDMA）：空间角度划分，频率、时隙、码共享,多址接入、其他基本概念,频分多址（FDMA）,每个用户使用不同的频率一个信道对应一个频率,多址接入、其他基本概念,时分多址（TDMA）,每个用户使用不同的时隙一个信道就是特定频率的特定时,多址接入、其他基本概念,码分多址（CDMA）,一个信道对应一种独特的码序列。 每个用户使用相同的频率，但采用不同的编码序列来区分，或者说靠不同的波形区分,多址接入、其他基本概念,正交频分复用（OFDM）,正交频分复用技术，多载波调制的一种，将一个宽频信道分成若干个正交子信道，将高速数据转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输； 因为是多载波调制，当各个子载波相位相同或者相近时，叠加信号便会受到相同初始相位信号的调制，从而产生较大的瞬时功率峰值，有较高的峰均比。,
