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1、移动通信技术移动通信技术21世纪高职高专电子信息类规划课程第第2章移动通信的基本技术章移动通信的基本技术 2.1 语音压缩编码技术2.2信道编码技术2.3数字调制技术2.4多址技术 2.5分集接收技术2.6组网技术2.7用户占用信道的方式2.1 语音压缩编码技术语音压缩编码技术随着随着通信通信、计算机网络计算机网络等技术的飞速发展，语音压缩编码等技术的飞速发展，语音压缩编码技术得到了快速发展和广泛应用，尤其是最近技术得到了快速发展和广泛应用，尤其是最近20年，语音年，语音压缩编码技术在移动通信、卫星通信、多媒体技术以及压缩编码技术在移动通信、卫星通信、多媒体技术以及IP电话通信中得到普遍应用，
2、起着举足轻重的作用。电话通信中得到普遍应用，起着举足轻重的作用。2.1.1模拟信号数字传输系统模拟信号数字传输系统2.1.2语音编码技术的分类语音编码技术的分类语音的压缩编码方法归纳起来可以分为三大类：语音的压缩编码方法归纳起来可以分为三大类：波形编码、参数编码和混合编码。波形编码、参数编码和混合编码。波形编码比较简单，失真最小，方法简单，但数码率比较高。波形编码比较简单，失真最小，方法简单，但数码率比较高。参数编码的编码速率可以很低，但音质较差，只能达到合成语音参数编码的编码速率可以很低，但音质较差，只能达到合成语音质量，其次是复杂度高。质量，其次是复杂度高。混合编码吸收了波形编码和参数编码
3、的优点，从而在较低的比特混合编码吸收了波形编码和参数编码的优点，从而在较低的比特率上获得较高的语音质量，当前受到人们较大的关注。率上获得较高的语音质量，当前受到人们较大的关注。2.2信道编码技术信道编码技术为了与信道的统计特性相匹配，并区分通路和提高通信的为了与信道的统计特性相匹配，并区分通路和提高通信的可靠性，而在信源编码的基础上，按一定规律加入一些新可靠性，而在信源编码的基础上，按一定规律加入一些新的监督码元，以实现纠错的编码。的监督码元，以实现纠错的编码。通过通过信道编码信道编码器和译码器实现的用于提高信道可靠性的理器和译码器实现的用于提高信道可靠性的理论和方法。论和方法。信息论信息论的
4、内容之一。信道编码大致分为两类的内容之一。信道编码大致分为两类：信道编码定理，从理论上解决理想编码器、译码器的信道编码定理，从理论上解决理想编码器、译码器的存在性问题，也就是解决信道能传送的最大信息率的可能存在性问题，也就是解决信道能传送的最大信息率的可能性和超过这个最大值时的传输问题。性和超过这个最大值时的传输问题。构造性的编码方法构造性的编码方法以及这些方法能达到的性能界限。以及这些方法能达到的性能界限。2.2.1信道编码技术的分类信道编码技术的分类检错信道编码检错信道编码前向纠错（前向纠错（FEC）信道编码）信道编码既有检错又有纠错信道编码既有检错又有纠错信道编码 2.2.2移动通信系统
5、中的信道编码移动通信系统中的信道编码 GSM系统GSM系统全称为全球移动通信系统系统全称为全球移动通信系统(Global System for Mobile Communication，GSM)，俗称，俗称“全球通全球通”，它，它依照欧洲通信标准化委员会依照欧洲通信标准化委员会(ETSI)制定的制定的GSM规范研制而规范研制而成，是第二代移动通信技术（成，是第二代移动通信技术（2G）。其开发目的是让全）。其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球，具有广阔的发展前景。一部手机就能行遍全球，具有广阔的发
6、展前景。IS-95系统系统IS-95，是由高通公司(Qualcomm)发起的第一个基于CDMA的数字蜂窝标准。基于 IS-95的第一个品牌是cdmaOne。IS-95也叫做 TIA-EIA-95。它是一个使用CDMA的 2G移动通信标准，一个数据无线电的多接入方案，其用来发送声音，数据和在无线电话和蜂窝站点间发信号数据（如被拨的电话号码）。IS-95是TIA为最主要的基于CDMA技术的2G移动通信的空中接口标准分配的编号，IS的全称为Interim Standard，即暂时标准。它也经常做为整个系列的名称使用。CDG为该技术申请了cdmaOne的商标。IS-95及其相关标准是最早商用的基于CD
7、MA技术的移动通信标准，它或者它的后继CDMA2000也经常被简称为CDMA。第三代移动通信系统第三代移动通信系统-CDMA2000和和WCDMA国际电信联盟1985年开展研究的移动通信系统。主要技术标准有三种：欧洲的WCDMA系统、美国的CDMA2000系统和中国的TD-SCDMA系统。第三代移动通信系统IMT2000，是国际电信联盟（ITU）在1985年提出的，当时称为陆地移动系统（FPLMTS）。1996年正式更名为IMT2000。与现有的第二代移动通信系统相比，其主要特点可以概括为：l 全球普及和全球无缝漫游 l 具有支持多媒体业务的能力，特别是支持Internet的能力 l 便于过渡
8、和演进 l 高频谱利用率 l 能够传送高达2Mbit/s的高质量图象 2.3数字调制技术数字调制技术2.3.1数字调制数字调制/解调的分类解调的分类 频移键控调制频移键控调制FSK（Frequency-shift keying）是信息传输中使用得较）是信息传输中使用得较早的一种调制方式早的一种调制方式,它的主要优点是它的主要优点是:实现起来较容易实现起来较容易,抗噪抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。的应用。最常见的是用两个频率承载二进制最常见的是用两个频率承载二进制1和和0的双频的双频FSK系系统。统。相移键控调制相
9、移键控调制移相键控方法是通过改变载波信号的相位值来表示数字信移相键控方法是通过改变载波信号的相位值来表示数字信号号 1，0的。如果用相位的的。如果用相位的绝对值绝对值表示数字信号表示数字信号1，0，则，则称为绝对调相。如果用想对偏移值表示数字信号称为绝对调相。如果用想对偏移值表示数字信号1.0，则，则成为相对调相。成为相对调相。幅移键控调制AsK:幅移键控ASK(Amplitude Shift Keying)ASK指的是振幅键控方式。这种调制方式是根据信号的不同，调节正弦波的幅度。幅度键控可以通过乘法器和开关电路来实现。载波在数字信号1或0的控制下通或断，在信号为1的状态载波接通，此时传输信道
10、上有载波出现；在信号为0的状态下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送。那么在接收端我们就可以根据载波的有无还原出数字信号的1和0。对于二进制幅度键控信号的频带宽度为二进制基带信号宽度的两倍。2.3.2最小移频键控和高斯滤波最小移频键控最小移频键控和高斯滤波最小移频键控 最小移频键控最小移频键控最小移频键控最小移频键控(MSK)是移频键控是移频键控(FSK)的一种改进型。的一种改进型。在在FSK方式中，相邻码元的频率不变或者跳变一个固定值。方式中，相邻码元的频率不变或者跳变一个固定值。在两个相邻的频率跳变的码元之间，其相位通常是不连续在两个相邻的频率跳变的码元之间，其相位通常是不连续的。的。M
11、SK是对是对FSK信号作某种改进，使其相位始终保持连信号作某种改进，使其相位始终保持连续不变的一种调制。续不变的一种调制。最小移频键控又称快速移频键控最小移频键控又称快速移频键控(FFSK)。这里。这里“最小最小”指的是能以最小的调制指数指的是能以最小的调制指数(即即0.5)获得正交信号获得正交信号;而而“快速快速”指的是对于给定的频带，它能比指的是对于给定的频带，它能比PSK传送更高的比传送更高的比特速率。特速率。高斯高斯滤波最小频移键控滤波最小频移键控（GaussianFilteredMinimumShiftKeying），这是），这是GSM系统系统采用的调制方式。数字调制解调技术是数字峰
12、窝采用的调制方式。数字调制解调技术是数字峰窝移动通信系统移动通信系统空中接口的重要组成部分。空中接口的重要组成部分。GMSK调制是在调制是在MSK（最小频移键控）调制器之前插入高斯低通预调制滤（最小频移键控）调制器之前插入高斯低通预调制滤波器这样一种调制方式。波器这样一种调制方式。GMSK提高了数字移动通信的频提高了数字移动通信的频谱利用率和通信质量。谱利用率和通信质量。2.3.3正交相移键控调制正交相移键控调制(QPSK)它分为绝对相移和相对相移两种。由于绝对相移方式存在相位模糊问题，所以在实际中主要采用相对移相方式QDPSK。它具有一系列独特的优点，目前已经广泛应用于无线通信中，成为现代通
13、信中一种十分重要的调制解调方式。2.3.4交错正交交错正交(或四相或四相)相移键控相移键控(OQPSK)偏移四相相移键控信号简称偏移四相相移键控信号简称“O-QPSK”。全称为。全称为offset QPSK，也就是相对移相方式，也就是相对移相方式OQPSK。它具有一系列独。它具有一系列独特的优点，已经广泛应用于特的优点，已经广泛应用于无线通信无线通信中，成为现代通信中中，成为现代通信中一种十分重要的调制一种十分重要的调制解调解调方式。方式。在数字信号的调制方式中在数字信号的调制方式中QPSK四相移键控是最常用四相移键控是最常用的一种卫星数字信号调制方式的一种卫星数字信号调制方式,它具有较高的频
14、谱利用率、它具有较高的频谱利用率、较强的较强的抗干扰性抗干扰性、在电路上实现也较为简单。、在电路上实现也较为简单。2.3.5/4-DQPSK调制调制 2.3.6正交复四相相移键控调制正交复四相相移键控调制 在移动通信中在移动通信中,功率放大器是典型的非线性放大器功率放大器是典型的非线性放大器,为提高为提高功率放大器的效率和抑制带外功率辐射功率放大器的效率和抑制带外功率辐射,要求调制信号的峰要求调制信号的峰均比尽可能地小。均比尽可能地小。CQPSK调制方案是一个应用于调制方案是一个应用于W-CDMA和和CDMA2000前向链路中的调制技术前向链路中的调制技术,能有效地降能有效地降低峰均比低峰均比
15、,提高功率放大器的效率提高功率放大器的效率,降低带外辐射功率。降低带外辐射功率。2.4多址技术多址技术 多址技术分为频分多址（多址技术分为频分多址（FDMA）、）、时分多址时分多址（TDMA）、）、码分多址（码分多址（CDMA）、）、空分多址空分多址(SDMA)。频分多址是以。频分多址是以不同的频率信道实现通信。时分多址是以不同的时隙实现不同的频率信道实现通信。时分多址是以不同的时隙实现通信。码分多址是以不同的代码序列来实现通信的。空分通信。码分多址是以不同的代码序列来实现通信的。空分多址是以不同的方位信息实现多址通信的。多址是以不同的方位信息实现多址通信的。2.4.1频分多址频分多址FDMA
16、，频分多址，频分多址（frequencydivisionmultipleaccess），是把分配给无），是把分配给无线蜂窝电话通讯的线蜂窝电话通讯的频段频段分为分为30个信道，每一个信道都能够个信道，每一个信道都能够传输语音通话、数字服务和数字数据。频分多址是模拟高传输语音通话、数字服务和数字数据。频分多址是模拟高级移动电话服务级移动电话服务(AMPS)中的一种基本的技术，是北美地中的一种基本的技术，是北美地区应用最广泛的区应用最广泛的蜂窝电话系统蜂窝电话系统。采用频分多址，每一个信。采用频分多址，每一个信道每一次只能分配给一个用户。频分多址还用于道每一次只能分配给一个用户。频分多址还用于全接
17、入通全接入通信系统信系统(TACS)。2.4.2时分多址时分多址时分多址时分多址(Time Division Multiple Access)是把是把时间分割时间分割成周期性的帧成周期性的帧(Frame)每一个帧再分割成若干个时隙向基每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。同时，基在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在予定的时隙中站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在予定的时隙中传输，各移动终端只要在指定的时隙内接
18、收，就能在合路传输，各移动终端只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。的信号中把发给它的信号区分并接收下来。2.4.3码分多址码分多址CDMA:CDMA是码分多址的英文缩写(Code Division Multiple Access)，它是在数字技术的分支-扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄
19、带信号即解扩，以实现信息通信。2.4.4空分多址空分多址SDMA是空分复用接入（是空分复用接入（Space Division Multiple Access）是一种卫星通信模式，它利用碟形天线的方向）是一种卫星通信模式，它利用碟形天线的方向性来优化无线频域的使用并减少系统成本。这种技术是利性来优化无线频域的使用并减少系统成本。这种技术是利用空间分割构成不同的信道。用空间分割构成不同的信道。FDMA、TDMA和和CDMA的区别的区别 频分多址(FDMA)是采用调频的多址技术。业务信道在不同的频段分配给不同的用户。如TACS系统、AMPS系统等。时分多址(TDMA)是采用时分的多址技术。业务信道在
20、不同的时间分配给不同的用户。如GSM、DAMPS等。CDMA(码分多址)是采用扩频的码分多址技术。所有用户在同一时间、同一频段上，根据不同的编码获得业务信道。2.5分集接收技术分集接收技术2.5.1分集接收技术的概念分集接收技术的概念2.5.2分集技术分集技术空间分集空间分集频率分集频率分集时间分集时间分集2.5.3合并技术合并技术最大比合并最大比合并等增益合并等增益合并选择式合并选择式合并开关式合并开关式合并2.6组网技术组网技术2.6.1移动通信网的制式 大区制大区制在一个比较大的区域中，只用一个基站覆盖全地区的在一个比较大的区域中，只用一个基站覆盖全地区的;单工或双工工作，单信道或多信道
21、单工或双工工作，单信道或多信道.大区制的特点大区制的特点 只有一个基站，服务（覆盖）面积大，因此所需的发射功率也较大;大区制多用于专用网或小城市的公共网;由于只有一个基站，其信道数有限（因为可用频率带宽有限），因此容量较小，一般只能容纳数百至数千个用户。小区制小区制将所要覆盖将所要覆盖移动通信移动通信网络的地区划分为若干小区，每个小区的半径可网络的地区划分为若干小区，每个小区的半径可视用户的分布密度在视用户的分布密度在110公里左右，在每个小区设立一个基站为本公里左右，在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务。小区范围内的用户服务。小区制的特点小区制的特点 本小区内能服务的用户数仍由这个
22、基站的信道数来决定。本小区内能服务的用户数仍由这个基站的信道数来决定。每一个小区和其它小区可再重复使用这些频率，称为频率再用每一个小区和其它小区可再重复使用这些频率，称为频率再用（frequency reuse）。）。(由于相隔远了，同信道干扰降至可以接受的由于相隔远了，同信道干扰降至可以接受的程度，所以用有限的频率数就可以服务多个小区。程度，所以用有限的频率数就可以服务多个小区。)构成大区域大容量的移动通信系统，还可以形成全省，全国或更构成大区域大容量的移动通信系统，还可以形成全省，全国或更大的系统。大的系统。2.6.2无线区群的组成无线区群的组成 无线小区形状的选择无线小区形状的选择单位无线区群的组成条件单位无线区群的组成条件无线小区的激励方式无线小区的激励方式2.6.3不同情况下无线小区的划分不同情况下无线小区的划分用户密度不同时用户密度不同时带状服务区带状服务区直放站直放站2.6.4数字蜂窝移动通信的基本网络结构数字蜂窝移动通信的基本网络结构2.7用户占用信道的方式用户占用信道的方式动态信道分配法动态信道分配法多信道共用多信道共用信道的选择方式信道的选择方式End