移动通信原理及WCDMA技术特点(无线部分)
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含义：每个用户占用一个频率 用户识别：频道号
特点：1、简单，容易实现，适用于模拟和数字信号。2、以频率复用为基础，
以频带划分各种小区。3、需要严格的频率规划，是频率受限和干扰受限 系统。4、以频道区分用户地址，一个频道传输一路模拟/数字话路。 5、对功控的要求不严，硬件设备取决于频率规划和频道设置。6、基站由 多部不同载波频率的发射机同时工作。7、不适宜大容量系统使用
传播模型
A(t) G(t)
B(t)
基站发信序列 M
RBS
移动台接收序列 N
3 57 1 26 1 57 3
相关器
比较 最小值 原则
信道模型
移动台码发生器
3
？
1 26
？
13
接收码输出
跳频
瑞利衰落的衰落图形是与频率相关的，即衰落谷点将因频率不 同而发生在不同的地点。这样如果在呼叫期间，让载波频率在几 个频率点上变化，并假定只在一个频率上有一衰落谷点，那么仅 会损失呼叫的一小部分，而采用复杂的信号处理过程能重新恢复 全部信息内容。这种方法称为跳频。跳频主要改善上下行快衰落。 在呼叫期间，载波频率在几个频率上变化，以克服瑞利衰落。 因瑞利衰落谷点只是对某一个频点有效，对另一个频点无效。 结论 从用户角度来看，跳频改善了话音质量，从运营者角度看， 跳频提供以下好处： 1、提供一个可靠的可预测的无线环境 2、向用户提供更稳定的话音质量 3、减少小区范围，采用更紧凑的频率复用方案增加容量。 跳频的作用：1）克服衰落 2）干扰平均
交织
在实际应用中，比特差错经常成串发生。这是由于持续时间较长的 衰落谷点会影响到几个连续的比特。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是最有效的。采用交织技术，即是将 码流以非连续的方式发送出去，使成串的比特差错能够被间隔开来， 再由信道编码进行纠错和检错。交织可以纠正突发性差错
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
消息分组
1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4
1 ×3 4 1× 3 4 1× 3 4 1× 3 4
交织后消息分组 去交织消息分组
天线（空间）分集接收
空间分集主要改善慢衰落。 GSM中的实现分集的方法是使用两个接收天线，它们 受到的衰落影响是不相关的。它们两者在某一时该经受某 很深衰落点影响的可能性很小。利用两付接收天线来接收 信号，它们独立接收同一信号，并因此受到衰落包络的不 同影响，两路信号进入接收机中，接收机对它们进行选择性 丢弃。在900MHz频段，天线间距5米~6米，可得到6dB左 右的增益。在1800MHz频段，由于波长较短，所以天线间 距可以缩短。——空间分集可以减轻衰落现象。
或反之将自由空间中的电磁波转化为传输线中的高频 电磁能。
导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能 力与导线的长短和形状有关. 如果导线位置如由于两导线的距离 很近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很 微弱。如果将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由 两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。当导线的 长度ｌ远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱. 当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就 大大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐 射的直导线称为振子。
• 天线的工作频率范围(带宽)： 无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率 范围内工作的。通常，工作在中心频率时天线所能输送的功率最 大，偏离中心频率时它所输送的功率都将减小，据此可定义天线 的频率带宽。
在移动通信系统中，指在规定的驻波比下天线的工作频 带宽度。具体的说，就是当天线的输入驻波比≤ 1.5 时，天线的 工作带宽。
第三代数字蜂窝移动通信系统
3G的主要特点： 1、支持移动多媒体业务 3、 高频谱效率
2、宽带CDMA技术 4、 FDMA/TDMA/CDMA
5、 从电路交换到分组交换 6、 从媒体(media) 到 多媒体 (Multi-media) 7、 高保密性
8、全球范围无缝漫游系统 9、 微蜂窝结构 • 3G的主流技术： WCDMA cdma2000 TD-SCDMA
应用：模拟/数字蜂窝移动通信系统。
Power Time
FDMA
Frequency
时分多址（TDMA）技术
含义：每个用户占用一个时隙 用户识别：时隙
特点：1、以频率复用为基础，小区内以时隙区分用户。2、每个时隙传输一
路数字信号，软件对时隙动态配置。3、 系统要求严格的系统定时同步 4、对功控的要求不严。5、是时隙受限和干扰受限系统。6、TDD模式下， 上下型信道信息可以共享
1.2 无线接入原理
• • • • •
1、无线电波的基本传播机制 2、无线电波传输的特点及存在问题 3、无线电波传输存在问题的解决方法 4、多址技术 5、蜂窝移动通信的基本概念
1.2.1 无线电波的基本传拨机制
• 无线电波的基本传拨机制 1、反射 2、绕射 3、散射
反射、散射
基站天线
反射波
直射波
当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降，在天线 工作频带内,天线性能下降不多,仍然是可以接受的。
极化分极： *极化天线增益<=空间分集增益（有极化损耗，在室内和车内差不多） *在干扰限制的环境下，双极化分集比空间分集优越（相关性小） *+/-45度的极化比垂直极化天线要有1.5dB的额外损耗 *双极化天线的隔离度为30dB 双极化天线：
均衡器
用于消除时间色散，当出现反射信号时，移动台收到的可能是 直射信号和反射信号，按一比特1.1公里计算，两种信号的路径 差距是1.1公里时，移动台收到的可能是两个比特，如0和1，这 时移动台无法取舍。 假设基站的发信序列为A（t），无线信道的规律为G（t）， 移动台的接收到的序列为B（t）。如果我们知道了无线信道的规 律G（t），并且知道移动台的接收序列B（t），那么可以计算出 基站的发信序列A（t）。 基站的发信序列A经无线信道的传输后到达移动台，移动台所 接收的序列为B，B序列中的26个训练比特被提出来后经相关器 的计算形成信道模型的控制参数去控制信道模型，使道模型与实 际的无线信道相似，然后码发生器产生可能出现的基站发信序列 经信道模型后与接收到的实际接收序列相比较，经比较后，差值 最小的码发生器所产生的序列作为接收到的数据输出。
接收信道统计分析曲线
• 多径传播导致瑞利衰落和时间色散 • 采用分集接收技术和跳频克服衰落
时间色散
010101 010101
1.2.3 无线电波传输存在问题的解决方法
• • • • •
1、信道编码 2、交织 3、天线分集（空间和极化分集） 4、自适应均衡 5、跳频
信道编码
作用：克服无线信道中传输过程的误码。可以纠正随 机性的差错 由于在GSM系统中的无线信道为变参信道，传输时的 误码较为严重，采用信道编码能够检出和校正接收比特流 中的差错，克服无线信道的高误码缺点。信道编码的纠错 和检错原理可以从下面简单的例子看出： 发 0 1 添加比特 000 111 接收比特 0001或1110 0011或1100
第二代数字蜂窝移动通信系统-GSM
历史回顾：1992年，第一个数字蜂窝移动通信系统——欧洲的GSM（Global System for Mobile Communication）网络在欧洲开始铺设，由于其优越的 性能，在全球范围内以惊人的速度得以扩张，目前已是全球最大的蜂窝 通信系统。1993年，中国的第一个全数字移动电话GSM系统建成开通， 之后中国电信和中国联通都采用了GSM。 主要特点： 微蜂窝小区结构 数字化技术---语音信号数字化 新的调制方式---GMSK、QPSK等 FDMA/TDMA 频谱利用率高，系统容量大 便于实现通信安全保密
移动通信基础知识及WCDMA 技术特点
内容提要
第一章 • • 第二章 第三章 移动通信基础 智能天线 3G 无线部分
第一章 移动通信基础
1、移动通信系统的发展 2、无线接入原理
1.1 移动通信系统的发展
第一代模拟蜂窝移动通信系统
历史回顾：1978年，美国的贝尔实验室成功开发了AMPS（Advance Mobile Phone Service）系统，实现了真正意义上的可以随时随地通信的大容量的 蜂窝移动通信系统。1987年，中国首个TACS制式模拟移动电话系统建成 商用，之后AMPS也曾被引入中国。 主要标准：美国的AMPS、欧洲的TACS、英国的ETACS、欧洲的NMT-450和 NMT-900、日本的NTT和JTACS/NTACS 主要特点： 用户的接入方式采用频分多址（FDMA），当一个呼叫建立后，该用户在 其呼叫结束以前一直占用一个频段 调制方式：FM 业务的种类单一，主要是话音业务 系统的保密性较差 频谱效率较低，有限频谱资源和无限用户 容量之间的矛盾十分突出
应用：IS-95 CDMA 系统、cdma2000系统、WCDMA系统 Time
Power
CDMA
Frequency
空分多址（SDMA）技术
依靠智能天线实现
1.2.5 蜂窝移动通信的基本概念
蜂窝系统---“小区制”系统
- 将所要覆盖的地区划分为若干个小区，每个小区的半径可视用户的分布密 度在 1-10km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。
应用：GSM系统
Power Time
FDMA/TDMA
Frequency
码分多址（CDMA）技术
含义：每个用户使用一个码型，频率/时间共享
用户识别：码型
特点：1、每个基站只需一个射频系统。2、 每个码传输一路数字信号。
3、每个用户共享时间和频率。4、是一个多址干扰受限系统。 5、需要严格的功率控制。6、需要定时同步。 7、软容量、软切换，系统容量大。8、抗衰落、抗多径能力强。
移动台天线
地面散射波
绕射
基站天线
绕射波
山峰
1.2.2无线电波传输的特点及存在问题
• 无线电波传输的场强特性 • 无线电波传输的特点及存在问题： • 1、路径损耗 • 2、阴影效应 • 3、多径衰落（瑞利衰落和时间色散） • 4、时间色散
• 移动环境的场强特性：
移动通信环境下场强变化剧烈 场强变化的平均值随距离增加而衰减 场强特性曲线的中值呈慢速变化（慢衰落） 场强特性曲线的瞬时值呈快速变化（快衰落）
纠一位错 检两位错
假定要发送的信息是一个“0”或是一个“1”。为了提高 保护能力，以这样简单的方式添加3个比特，对于每一个比 特（0或1），只有一个有效的编码组（0000或1111）。如 果收到的不是0000或1111，就说明传输期间出现了差错， 差错的情况有三种，错一个比特、错二个比特和错三或四个 比特。由图例可见，错一个比特可以校正；错二个比特时不 能够校正，但能够检出；错三或四个比特才发生误码。所以， 这个简单的编码方式能够校正一个差错和检出二个差错。由 此例可见信道编码可以纠错和检错。
- “频率复用”的概念 - 特点：用户容量大，服务性能较好，频谱利用率较高，用户终端小巧且电池使 用时间长，辐射小等 - 问题：系统复杂，越区切换，漫游，位置登记；更新和管理以及系统鉴权等
蜂窝分类
宏蜂窝 (Macro-cell) 2-20km 微蜂窝 (Micro-cell) 0.4－2 km 微微蜂窝 (Pico-cell) <400m 分层蜂窝 (由多种蜂窝组成)
1.2.4 多址技术
分类：
频分多址 (FDMA)---按频道划分用户，频带独享，时间共享 时分多址 (TDMA)---按时隙划分用户，时隙独享，频率共享 码分多址 (CDMA)---按码型划分用户，时隙/频率共享 空分多址 (SDMA)---按空间角度划分用户，频率/时隙/码型共享
频分多址（FDMA）技术
第二章
• 天线的基本知识
智能天线
• 智能天线介绍
Biblioteka Baidu.1 天线的基本知识
• • • • • • • 1、天线的概念 2、振子 3、带宽 4、极化 5、隔离 6、定向 7、馈线
天线的概念：
1、把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间 • 2、收集无线电波并产生电信号
• 将传输线中的高频电磁能 转成为自由空间的电磁波，
特点：1、简单，容易实现，适用于模拟和数字信号。2、以频率复用为基础，
以频带划分各种小区。3、需要严格的频率规划，是频率受限和干扰受限 系统。4、以频道区分用户地址，一个频道传输一路模拟/数字话路。 5、对功控的要求不严，硬件设备取决于频率规划和频道设置。6、基站由 多部不同载波频率的发射机同时工作。7、不适宜大容量系统使用
传播模型
A(t) G(t)
B(t)
基站发信序列 M
RBS
移动台接收序列 N
3 57 1 26 1 57 3
相关器
比较 最小值 原则
信道模型
移动台码发生器
3
？
1 26
？
13
接收码输出
跳频
瑞利衰落的衰落图形是与频率相关的，即衰落谷点将因频率不 同而发生在不同的地点。这样如果在呼叫期间，让载波频率在几 个频率点上变化，并假定只在一个频率上有一衰落谷点，那么仅 会损失呼叫的一小部分，而采用复杂的信号处理过程能重新恢复 全部信息内容。这种方法称为跳频。跳频主要改善上下行快衰落。 在呼叫期间，载波频率在几个频率上变化，以克服瑞利衰落。 因瑞利衰落谷点只是对某一个频点有效，对另一个频点无效。 结论 从用户角度来看，跳频改善了话音质量，从运营者角度看， 跳频提供以下好处： 1、提供一个可靠的可预测的无线环境 2、向用户提供更稳定的话音质量 3、减少小区范围，采用更紧凑的频率复用方案增加容量。 跳频的作用：1）克服衰落 2）干扰平均
交织
在实际应用中，比特差错经常成串发生。这是由于持续时间较长的 衰落谷点会影响到几个连续的比特。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是最有效的。采用交织技术，即是将 码流以非连续的方式发送出去，使成串的比特差错能够被间隔开来， 再由信道编码进行纠错和检错。交织可以纠正突发性差错
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
消息分组
1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4
1 ×3 4 1× 3 4 1× 3 4 1× 3 4
交织后消息分组 去交织消息分组
天线（空间）分集接收
空间分集主要改善慢衰落。 GSM中的实现分集的方法是使用两个接收天线，它们 受到的衰落影响是不相关的。它们两者在某一时该经受某 很深衰落点影响的可能性很小。利用两付接收天线来接收 信号，它们独立接收同一信号，并因此受到衰落包络的不 同影响，两路信号进入接收机中，接收机对它们进行选择性 丢弃。在900MHz频段，天线间距5米~6米，可得到6dB左 右的增益。在1800MHz频段，由于波长较短，所以天线间 距可以缩短。——空间分集可以减轻衰落现象。
或反之将自由空间中的电磁波转化为传输线中的高频 电磁能。
导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能 力与导线的长短和形状有关. 如果导线位置如由于两导线的距离 很近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很 微弱。如果将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由 两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。当导线的 长度ｌ远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱. 当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就 大大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐 射的直导线称为振子。
• 天线的工作频率范围(带宽)： 无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率 范围内工作的。通常，工作在中心频率时天线所能输送的功率最 大，偏离中心频率时它所输送的功率都将减小，据此可定义天线 的频率带宽。
在移动通信系统中，指在规定的驻波比下天线的工作频 带宽度。具体的说，就是当天线的输入驻波比≤ 1.5 时，天线的 工作带宽。
第三代数字蜂窝移动通信系统
3G的主要特点： 1、支持移动多媒体业务 3、 高频谱效率
2、宽带CDMA技术 4、 FDMA/TDMA/CDMA
5、 从电路交换到分组交换 6、 从媒体(media) 到 多媒体 (Multi-media) 7、 高保密性
8、全球范围无缝漫游系统 9、 微蜂窝结构 • 3G的主流技术： WCDMA cdma2000 TD-SCDMA
应用：模拟/数字蜂窝移动通信系统。
Power Time
FDMA
Frequency
时分多址（TDMA）技术
含义：每个用户占用一个时隙 用户识别：时隙
特点：1、以频率复用为基础，小区内以时隙区分用户。2、每个时隙传输一
路数字信号，软件对时隙动态配置。3、 系统要求严格的系统定时同步 4、对功控的要求不严。5、是时隙受限和干扰受限系统。6、TDD模式下， 上下型信道信息可以共享
1.2 无线接入原理
• • • • •
1、无线电波的基本传播机制 2、无线电波传输的特点及存在问题 3、无线电波传输存在问题的解决方法 4、多址技术 5、蜂窝移动通信的基本概念
1.2.1 无线电波的基本传拨机制
• 无线电波的基本传拨机制 1、反射 2、绕射 3、散射
反射、散射
基站天线
反射波
直射波
当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降，在天线 工作频带内,天线性能下降不多,仍然是可以接受的。
极化分极： *极化天线增益<=空间分集增益（有极化损耗，在室内和车内差不多） *在干扰限制的环境下，双极化分集比空间分集优越（相关性小） *+/-45度的极化比垂直极化天线要有1.5dB的额外损耗 *双极化天线的隔离度为30dB 双极化天线：
均衡器
用于消除时间色散，当出现反射信号时，移动台收到的可能是 直射信号和反射信号，按一比特1.1公里计算，两种信号的路径 差距是1.1公里时，移动台收到的可能是两个比特，如0和1，这 时移动台无法取舍。 假设基站的发信序列为A（t），无线信道的规律为G（t）， 移动台的接收到的序列为B（t）。如果我们知道了无线信道的规 律G（t），并且知道移动台的接收序列B（t），那么可以计算出 基站的发信序列A（t）。 基站的发信序列A经无线信道的传输后到达移动台，移动台所 接收的序列为B，B序列中的26个训练比特被提出来后经相关器 的计算形成信道模型的控制参数去控制信道模型，使道模型与实 际的无线信道相似，然后码发生器产生可能出现的基站发信序列 经信道模型后与接收到的实际接收序列相比较，经比较后，差值 最小的码发生器所产生的序列作为接收到的数据输出。
接收信道统计分析曲线
• 多径传播导致瑞利衰落和时间色散 • 采用分集接收技术和跳频克服衰落
时间色散
010101 010101
1.2.3 无线电波传输存在问题的解决方法
• • • • •
1、信道编码 2、交织 3、天线分集（空间和极化分集） 4、自适应均衡 5、跳频
信道编码
作用：克服无线信道中传输过程的误码。可以纠正随 机性的差错 由于在GSM系统中的无线信道为变参信道，传输时的 误码较为严重，采用信道编码能够检出和校正接收比特流 中的差错，克服无线信道的高误码缺点。信道编码的纠错 和检错原理可以从下面简单的例子看出： 发 0 1 添加比特 000 111 接收比特 0001或1110 0011或1100
第二代数字蜂窝移动通信系统-GSM
历史回顾：1992年，第一个数字蜂窝移动通信系统——欧洲的GSM（Global System for Mobile Communication）网络在欧洲开始铺设，由于其优越的 性能，在全球范围内以惊人的速度得以扩张，目前已是全球最大的蜂窝 通信系统。1993年，中国的第一个全数字移动电话GSM系统建成开通， 之后中国电信和中国联通都采用了GSM。 主要特点： 微蜂窝小区结构 数字化技术---语音信号数字化 新的调制方式---GMSK、QPSK等 FDMA/TDMA 频谱利用率高，系统容量大 便于实现通信安全保密
移动通信基础知识及WCDMA 技术特点
内容提要
第一章 • • 第二章 第三章 移动通信基础 智能天线 3G 无线部分
第一章 移动通信基础
1、移动通信系统的发展 2、无线接入原理
1.1 移动通信系统的发展
第一代模拟蜂窝移动通信系统
历史回顾：1978年，美国的贝尔实验室成功开发了AMPS（Advance Mobile Phone Service）系统，实现了真正意义上的可以随时随地通信的大容量的 蜂窝移动通信系统。1987年，中国首个TACS制式模拟移动电话系统建成 商用，之后AMPS也曾被引入中国。 主要标准：美国的AMPS、欧洲的TACS、英国的ETACS、欧洲的NMT-450和 NMT-900、日本的NTT和JTACS/NTACS 主要特点： 用户的接入方式采用频分多址（FDMA），当一个呼叫建立后，该用户在 其呼叫结束以前一直占用一个频段 调制方式：FM 业务的种类单一，主要是话音业务 系统的保密性较差 频谱效率较低，有限频谱资源和无限用户 容量之间的矛盾十分突出
应用：IS-95 CDMA 系统、cdma2000系统、WCDMA系统 Time
Power
CDMA
Frequency
空分多址（SDMA）技术
依靠智能天线实现
1.2.5 蜂窝移动通信的基本概念
蜂窝系统---“小区制”系统
- 将所要覆盖的地区划分为若干个小区，每个小区的半径可视用户的分布密 度在 1-10km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。
应用：GSM系统
Power Time
FDMA/TDMA
Frequency
码分多址（CDMA）技术
含义：每个用户使用一个码型，频率/时间共享
用户识别：码型
特点：1、每个基站只需一个射频系统。2、 每个码传输一路数字信号。
3、每个用户共享时间和频率。4、是一个多址干扰受限系统。 5、需要严格的功率控制。6、需要定时同步。 7、软容量、软切换，系统容量大。8、抗衰落、抗多径能力强。
移动台天线
地面散射波
绕射
基站天线
绕射波
山峰
1.2.2无线电波传输的特点及存在问题
• 无线电波传输的场强特性 • 无线电波传输的特点及存在问题： • 1、路径损耗 • 2、阴影效应 • 3、多径衰落（瑞利衰落和时间色散） • 4、时间色散
• 移动环境的场强特性：
移动通信环境下场强变化剧烈 场强变化的平均值随距离增加而衰减 场强特性曲线的中值呈慢速变化（慢衰落） 场强特性曲线的瞬时值呈快速变化（快衰落）
纠一位错 检两位错
假定要发送的信息是一个“0”或是一个“1”。为了提高 保护能力，以这样简单的方式添加3个比特，对于每一个比 特（0或1），只有一个有效的编码组（0000或1111）。如 果收到的不是0000或1111，就说明传输期间出现了差错， 差错的情况有三种，错一个比特、错二个比特和错三或四个 比特。由图例可见，错一个比特可以校正；错二个比特时不 能够校正，但能够检出；错三或四个比特才发生误码。所以， 这个简单的编码方式能够校正一个差错和检出二个差错。由 此例可见信道编码可以纠错和检错。
- “频率复用”的概念 - 特点：用户容量大，服务性能较好，频谱利用率较高，用户终端小巧且电池使 用时间长，辐射小等 - 问题：系统复杂，越区切换，漫游，位置登记；更新和管理以及系统鉴权等
蜂窝分类
宏蜂窝 (Macro-cell) 2-20km 微蜂窝 (Micro-cell) 0.4－2 km 微微蜂窝 (Pico-cell) <400m 分层蜂窝 (由多种蜂窝组成)
1.2.4 多址技术
分类：
频分多址 (FDMA)---按频道划分用户，频带独享，时间共享 时分多址 (TDMA)---按时隙划分用户，时隙独享，频率共享 码分多址 (CDMA)---按码型划分用户，时隙/频率共享 空分多址 (SDMA)---按空间角度划分用户，频率/时隙/码型共享
频分多址（FDMA）技术
第二章
• 天线的基本知识
智能天线
• 智能天线介绍
Biblioteka Baidu.1 天线的基本知识
• • • • • • • 1、天线的概念 2、振子 3、带宽 4、极化 5、隔离 6、定向 7、馈线
天线的概念：
1、把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间 • 2、收集无线电波并产生电信号
• 将传输线中的高频电磁能 转成为自由空间的电磁波，