移动通信第二章无线传输理论及无线信号的流程

• 人为环境 乡村地区 准郊区 郊区 市区
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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
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无线传播环境
接收功率(dBm)
——信号衰落
-20
快衰落
慢衰落
-40
-60
10
20
30
距离(m)
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无线传播环境
——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
☆混合编码技术兼有波形编码和声源编码的优点，它也是目前使用最多的编码技术 。随着研究的深入，话音编码的研究也在不断引进新的分析技术，如非线性预测 、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。
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•2.2.3 信道编码
– 信道编码常采用纠错编码，其基本方式为：发送端在
发送的信息上附加上一些监督码元，这些多余的码元与 信息码元之间以某种确定的规则相互关联。接收端按照 既定的规则检查信息码元与监督码元之间的关系，若传 输过程中发生差错，两者间的约束关系就会受到破坏， 接收端从而可以发现甚至纠正错误。
准平滑地形
T
表面起伏平缓，起伏高度小于
R
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 T 态分为：丘陵地形、孤立山岳、倾斜地形、
水陆混合地形等
R
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无线传播环境
——传播损耗 其它传播损耗
• 绕射损耗 T
• 穿透损耗
R T
R
• 地物损耗
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无线传播理论
特点
——绕射损耗
电磁波在绕射点四处扩散
信号衰落 传播损耗
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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
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无线传播环境
• 地形结构 开阔区 平滑地形 丘陵地形 山区
过哪些环节？
• 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？ • 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？
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下一章的思考
• 1.GSM系统的网络结构 • 2.移动台主叫(被叫)的呼叫流程 • 3.GSM系统中有哪些主要号码?它们的主要
信道 解码
解调
功率 放大
无 线 传 输
接收
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。
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•2.2.2 语音编码
– 语音数码化阶段：
抽样、量化、编码
– 编码方式： 时域编码：PCM、ADPCM方式等，如PHS系统； 频域（参数）编码：线性预测码等； 混合编码：如RPE-LTP（GSM）、CELP（CDMA）。
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调制技术
概念：
调制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
数来传递数字信号的过程。
※目前在数字蜂窝系统中，多采用线性调制和恒定包络 调制
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数字调制的分类
不恒 定 包络
A S K (幅度 键控) QA M(正交幅度调制) MQA M(星座 调 制 )
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，随不同绕射常数变化
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无线传播理论
——建筑物穿透损耗（一）
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
d w1 D w2
E2
ε 0μ 0 ε μ ε 0μ 0
• 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
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无线传播环境
——时间色散
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
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•2.2.4 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；
FSK
BFSK(二进 制 移 频 键 控 )
数字
(移频键控) MFSK(多进 制 移 频 键 控 )
调制
P SK (移相键 控
BP SK(二进 制 移 相 键 控 ) DP SK相( 对 移 相 键 控 )
源自文库
恒定 包络
非连 续相 位路 径数 字调 制)
QP SK ( 正交四 相
OQ P SK参( 差QP SK)
4
—Q P
SK
移相 键控)
DQ P SK相( 对QP SK)
CP M ( 连续相 位调制 )
MSK (最小频移键控) —线性连续相位路径数字调制 GMSK(高斯型MSK ) —非线性连续相位路径数字调制 TFM(平滑调频) —非线性连续相位路径数字调制
• 数字调制的分类
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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
θ
WdBm XdBm
θ E1
穿透损耗=X-W=B dB
电磁波穿透墙体的反射和折射
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无线传播理论
——建筑物穿透损耗（二）
• 物体阻挡/穿透损耗为： 隔墙阻挡：5～20dB 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： 2～15dB 厚玻璃： 6～10dB 火车车厢的穿透损耗为：15～30dB 电梯的穿透损耗： 30dB左右 茂密树叶损耗：10dB
在实际通信环境中，一般在3至5之间
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无线传播环境
——传播损耗 平坦地形传播损耗
Ploss = 10lgd -20lghb - 20lghm = 4 路径损耗斜率 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
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无线传播环境
——传播损耗
准平滑地形及不规则地形传播损耗
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话音编码技术
• 话音编码技术 ：有波形编码、参量编码和混合编码三大类
☆波形编码技术是通过对话音波形进行采样、量化，然后用二进制码表示出来。这 种技术包括PCM、DPCM和DM，以及自适应量化的ADPCM、ADM技术和ATC（自适应变 换编码）、SBC（子带编码）技术。
☆参量编码技术是以话音信号产生的数学模型为基础，根据输入语音信号分析出模 型参数（主要是表征声门振动的激励参数和表征声道特性的声道参数），然后在 解码端根据这些模型参数来恢复话音。
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无线传播基本原理——传播途径
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） 3
无线传播基本原理——传播途径
①建筑物反射波 ②绕射波 ③直达波 ④地面反射波
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无线传播理论提纲
一、无线传播基本原理 二、无线传播环境
第二章 无线传输环境和无线通信的流程
2.1、无线传播理论 2.1.1无线传播的基本理论 2.1.2无线传播的环境
2.2、无线通信的基本流程 2.2.1 无线信号传输的基本流程 2.2.2 信源编码 2.2.3 信道编码 2.2.4 调制解调
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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
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无线传播理论
——反射损耗
地面性质
等效地面反射系数 反射损耗（dB）
水面
0.9～1 0～1
稻田
0.6～0.8 2～4
田野
0.3～0.5 6～10
城市、山地、 森林
0.1～0.2
14～20
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•2.2 无线通信的基本原理 •2.2.1 无线通信的处理流程
语音
语音 编码
信道 编码
调制
语音
语音 解码
作用是什么?
• 4.GSM中有哪些控制信道?它们的主要作用
是什么?
• 5.GPRS主要有哪些应用? • 6.3G中三种制式的主要区别是什么?
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– 常用纠错码：循环冗余校验码CRC(PHS,CDMA)、卷
积 码 ( GSM,CDMA)、 交 织 码 ( GSM,CDMA)、 扰 码 (CDMA).
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交织技术
• 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 续较长的深 衰落谷点会影响到相继一串的比特。然而， 信道编码仅在检测和 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 望能找到 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 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 ，差错也就变成单个(或长度很短)，这时再 用信道编码纠错功能纠正差错，恢复原消息 。这种方法就是交织技术。
解 决 自适应均衡技术、站址调整
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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
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无线传播环境
——传播损耗
自由空间传播损耗
Ploss=32.44+20lgfMHz+20lgdkm 设f=900MHz，该传播损耗可描述为： Ploss=91.52+20lgd
=L0+10lgd L0=91.52 = 2 路径损耗斜率