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1、移动通信第二章无线传输理论及无线信号的流程 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望一、无线传播基本原理二、无线传播环境 信号衰落 传播损耗无线传播理论提纲无线传播理论提纲2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）无线传播基本原理无线传播基本原理传播途径传播途径3建筑物反射波建筑物反射波绕射波绕射波直达波直达波地面反射波地面反射波无线传播基本原理无线传播基本原理传播
2、途径传播途径4无线传播理论提纲无线传播理论提纲一、无线传播基本原理一、无线传播基本原理二、无线传播环境二、无线传播环境 信号衰落信号衰落 传播损耗传播损耗5无线传播环境无线传播环境电波传播受地形结构和人为环境的影响，无线传播环境直接决定传播模型的选取。影响环境的主要因素：自然地形（高山、丘陵、平原、水域）人工建筑的数量、分布、材料特性 该区域植被特征 天气状况 自然和人为的电磁噪声状况 6 人为环境 乡村地区 准郊区 郊区 市区 地形结构 开阔区 平滑地形 丘陵地形 山区 无线传播环境无线传播环境7无线传播理论提纲无线传播理论提纲一、无线传播基本原理二、无线传播环境 信号衰落 传播损耗8无线传
3、播环境无线传播环境 信号衰落信号衰落距离距离(m)接收功率接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落慢衰落快衰落快衰落9无线传播环境无线传播环境 信号衰落信号衰落抗快衰落措施分集时间分集 符号交织、检错、纠错编码空间分集 采用主、分集天线接收。主、分集天线的接收信号不具有同时衰减的特性。基站接收机对一定时间范围内不同时延信号的均衡能力也是一种空间分集的形式。频率分集 GSM通信采用跳频10起源于反射，主要指到达接收机的主信号和其他多径信号在空间传输时间差异而带来的同频干扰问题 发射信号来自远离接收天线的物体无线传播环境无线传播环境 时间色散时间色散解解 决决自适应均衡技术、站址调整
4、自适应均衡技术、站址调整11无线传播理论提纲无线传播理论提纲一、无线传播基本原理一、无线传播基本原理二、无线传播环境二、无线传播环境 信号衰落信号衰落 传播损耗传播损耗12Ploss=32.44+20lgfMHz+20lgdkm设f=900MHz，该传播损耗可描述为：Ploss=91.52+20lgd =L0+10lgdL0=91.52=2路径损耗斜率在实际通信环境中，一般在3至5之间 自由空间传播损耗自由空间传播损耗无线传播环境无线传播环境 传播损耗传播损耗13无线传播环境无线传播环境 传播损耗传播损耗平坦地形传播损耗平坦地形传播损耗Ploss=10lgd-20lghb-20lghm=4 路
5、径损耗斜率hb：基站天线高度hm：移动台高度基站天线高度增加一倍，可补偿6dB的路径损耗14无线传播环境无线传播环境 传播损耗传播损耗准平滑地形及不规则地形传播损耗准平滑地形及不规则地形传播损耗准平滑地形表面起伏平缓，起伏高度小于等于20米的地形不规则地形除了准平滑地形之外的其余地形，可按状态分为：丘陵地形、孤立山岳、倾斜地形、水陆混合地形等RTTR15其它传播损耗其它传播损耗TRTR无线传播环境无线传播环境 传播损耗传播损耗 绕射损耗 穿透损耗 地物损耗16无线传播理论无线传播理论 绕射损耗绕射损耗特点电磁波在绕射点四处扩散绕射波覆盖除障碍物外的所有方向扩散损耗最为严重计算公式复杂，随不同绕
6、射常数变化17无线传播理论无线传播理论 建筑物穿透损耗（一）建筑物穿透损耗（一）XdBmWdBm穿透损耗穿透损耗=X-W=B dB电磁波穿透墙体的反射和折射 室内信号取决于建筑物的穿透损耗 室内窗口处与室内中部信号差别较大 建筑物材质对穿透损耗影响较大 电磁波的入射角对穿透损耗影响较大18无线传播理论无线传播理论 建筑物穿透损耗（二）建筑物穿透损耗（二）物体阻挡/穿透损耗为：隔墙阻挡：520dB 楼层阻挡：20dB，室内损耗值是楼层高度的函数，-1.9dB/层 家具和其它障碍物的阻挡：215dB 厚玻璃：610dB 火车车厢的穿透损耗为：1530dB 电梯的穿透损耗：30dB左右 茂密树叶损耗
7、：10dB19无线传播理论无线传播理论 反射损耗反射损耗地面性质水面稻田田野城市、山地、森林等效地面反射系数0.910.60.80.30.50.10.2反射损耗（dB）01246101420202.2 无线通信的基本原理无线通信的基本原理2.2.1 无线通信的处理流程无线通信的处理流程语音编码语音信道编码调制功率放大接收解调信道解码语音解码语音无线传输 存在于基站与移动终端的通信过程中的点对点通信，存在于基站与移动终端的通信过程中的点对点通信，包括了编码、调制、同步、均衡等基本通信技术。包括了编码、调制、同步、均衡等基本通信技术。212.2.2 语音编码语音编码 语音数码化阶段：语音数码化阶段
8、：抽样、量化、编码抽样、量化、编码 编码方式：编码方式：时域编码：时域编码：PCM、ADPCM方式等，如方式等，如PHS系统；系统；频域（参数）编码：线性预测码等；频域（参数）编码：线性预测码等；混合编码：如混合编码：如RPE-LTP（GSM）、）、CELP（CDMA）。）。22话音编码技术话音编码技术：有有波形编码、参量编码和和混合编码三大类三大类波形编码技术是是通通过过对对话话音音波波形形进进行行采采样样、量量化化，然然后后用用二二进进制制码码表表示示出出来来。这这种种技技术术包包括括PCMPCM、DPCMDPCM和和DMDM，以以及及自自适适应应量量化化的的ADPCMADPCM、ADMA
9、DM技技术术和和ATCATC（自自适适应应变变换编码）、换编码）、SBCSBC（子带编码）技术。（子带编码）技术。参量编码技术是是以以话话音音信信号号产产生生的的数数学学模模型型为为基基础础，根根据据输输入入语语音音信信号号分分析析出出模模型型参参数数（主主要要是是表表征征声声门门振振动动的的激激励励参参数数和和表表征征声声道道特特性性的的声声道道参参数数），然然后后在在解码端根据这些模型参数来恢复话音。解码端根据这些模型参数来恢复话音。混合编码技术兼兼有有波波形形编编码码和和声声源源编编码码的的优优点点，它它也也是是目目前前使使用用最最多多的的编编码码技技术术。随随着着研研究究的的深深入入，
10、话话音音编编码码的的研研究究也也在在不不断断引引进进新新的的分分析析技技术术，如如非非线线性性预预测测、多精度时频分析技术（包括子波分析技术）、高阶统计分析技术等。多精度时频分析技术（包括子波分析技术）、高阶统计分析技术等。23 信信道道编编码码常常采采用用纠纠错错编编码码，其其基基本本方方式式为为：发发送送端端在在发发送送的的信信息息上上附附加加上上一一些些监监督督码码元元，这这些些多多余余的的码码元元与与信信息息码码元元之之间间以以某某种种确确定定的的规规则则相相互互关关联联。接接收收端端按按照照既既定定的的规规则则检检查查信信息息码码元元与与监监督督码码元元之之间间的的关关系系，若若传传
11、输输过过程程中中发发生生差差错错，两两者者间间的的约约束束关关系系就就会会受受到到破破坏坏，接收端从而可以发现甚至纠正错误。接收端从而可以发现甚至纠正错误。常常用用纠纠错错码码：循循环环冗冗余余校校验验码码CRC(PHS,CDMA)、卷卷积积码码(GSM,CDMA)、交织码交织码(GSM,CDMA)、扰码扰码(CDMA).2.2.3 信道编码信道编码24交织技术交织技术在陆地移动通信这种变参信道上，比特差错在陆地移动通信这种变参信道上，比特差错经常是成串发生的。这是由于持经常是成串发生的。这是由于持 续较长的深续较长的深衰落谷点会影响到相继一串的比特。然而，衰落谷点会影响到相继一串的比特。然而
12、，信道编码仅在检测和信道编码仅在检测和 校正单个差错和不太长校正单个差错和不太长的差错串时才有效。为了解决这一问题，希的差错串时才有效。为了解决这一问题，希望能找到望能找到 把一条消息中的相继比特分散开的把一条消息中的相继比特分散开的方法，即一条消息中的相继比特以非相继方方法，即一条消息中的相继比特以非相继方式被发送。这样，在传输过程中即使发生了式被发送。这样，在传输过程中即使发生了成串差错，恢复成一条相继比特串的消息时，成串差错，恢复成一条相继比特串的消息时，差错也就变成单个差错也就变成单个(或长度很短或长度很短)，这时再用信，这时再用信道编码纠错功能纠正差错，恢复原消息。这道编码纠错功能纠
13、正差错，恢复原消息。这种方法就是交织技术。种方法就是交织技术。252.2.4 调制和解调调制和解调定义：利用数字信号来控制载波的振幅、频率或相位，可分为移幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK);各系统采用的方式：PHS：/4-QPSK；GSM：GMSK（高斯滤波的最小移频键控）；CDMA：QPSK/OQPSK 解调方式：相干解调：利用本地同频率/相位的载波；非相干解调：微分电路+包络检波；26调制技术概念：调制是为了使信号特性与信道特性相匹配是为了使信号特性与信道特性相匹配 数字调制是用基带数字信号改变高频载波信号的某一参是用基带数字信号改变高频载波信号的某一参数来传递数字信
14、号的过程。数来传递数字信号的过程。目前在数字蜂窝系统中，多采用目前在数字蜂窝系统中，多采用线性调制和和恒定包络调制 27数字调制的分类数字调制的分类数字调制的分类数字调制的分类 28思考题点对点无线通信过程中，话音从一方传递到另一方需要经点对点无线通信过程中，话音从一方传递到另一方需要经过哪些环节？过哪些环节？谈谈信源编码与信道编码的意义和目的。谈谈信源编码与信道编码的意义和目的。现有的移动通信系统的采用了哪些无线信号调制的方式？现有的移动通信系统的采用了哪些无线信号调制的方式？信道的快衰落和慢衰落现象有何不同，是由哪些原因造成信道的快衰落和慢衰落现象有何不同，是由哪些原因造成的？的？29下一章的思考下一章的思考1.GSM系统的网络结构系统的网络结构2.移动台主叫移动台主叫(被叫被叫)的呼叫流程的呼叫流程3.GSM系统中有哪些主要号码系统中有哪些主要号码?它们的主要作它们的主要作用是什么用是什么?4.GSM中有哪些控制信道中有哪些控制信道?它们的主要作用是它们的主要作用是什么什么?5.GPRS主要有哪些应用主要有哪些应用?6.3G中三种制式的主要区别是什么中三种制式的主要区别是什么?30