通信原理-发射机原理和射频指标

通信的定义：
传输信息 ——将信息从发端迅速准确地传递到收端。
基础——信号与系统及信息论：
• 什么是信息，如何用数学方式进行表示、变换？
通信原理的研究内容：
• 怎么进行变换才能达到迅速准确？——如何构建通信系统
下面以GSM手机系统为例对通信系统的构建进行简介。
移动终端系统框图：
话音 信号
话音 拾取
3. 信道编码：
ห้องสมุดไป่ตู้
话音 信号
话音 拾取
基带信号处理
语音 编码
信道 编码
交织
104Kbps
260bit， 13Kbps
456bit， 22.8Kbps
突发 序列
射频 发射 前端
1）原理 • 为了提高系统的可靠性，现代数字通信系统往往采用信道编译 码技术——差错控制编码。
• 在信息序列上附加上一些监督码元；
• 帧传输时需要等待自身发送时隙（TIME SLOT）的到来。
（1）TDMA和FDMA系统：
FDMA
TDMA
• 相邻两频道间隔为200kHz，每个频道采用时分多址接入（TDMA）方式， 分为8个时隙，即8个信道（全速率）； • 基波为突发帧形式，每突发帧的周期为4.615ms，频率即为217hz； • 每帧持续时间为4.615/8=577us，即一个time slot。则数据的比特率为：
• 基带处理部分(了解） • 射频处理部分（重点）
1. 话音拾取：
话音 信号
话音 拾取
基带信号处理
语音 编码
信道 编码
交织
突发 序列
射频 发射 前端
104Kbps
1） 原理：
此过程可参看PCM编码的例子： PCM
2） 实现方法：
分为送话器电路与模/数转换器两部分 （1）送话器电路：
该电路将模拟的声音信号转换为模拟的话音电信号，并通过一个话音 频带形成电路,取300～3400Hz的信号送到模/数转换器； （2）模/数转换器：
（1）首先对它进行内部交织，即将456个比特分成8帧，每帧57比特；
（2）然后将一组57比特与下20ms的一组57比特，两两进行块状交织。
（3）将数据话音比特组成突发帧，以业务信道(TCH)传输中所用的普通突 发帧为例——156.25比特：
• 这样一个20ms的话音8帧分别插入8个不同普通突发脉冲序列中，然 后一个一个突发脉冲序列发送，这样即使在传输中丢失一个脉冲串，只 影响每一话音比特数的12.5％，而这能通过信道编码加以校正。
• 使原来不规律的或规律性不强的原始数字信号变为有规律的数字信号； • 译码利用此规律性来检错及纠错。
• 差错控制编码主要分为：分组码和卷积码
2） 实现方法：
GSM系统中，既有分组编码也有卷积编码，采用了两次编码： （1）对上述的50个very important bits加上3个奇偶检验比特——分组 编码 （2）这53个比特同132个重要比特与4个尾比特一起卷积编码，比率1： 2，因而得378个比特，另外78个比特不予保护。
2）实现方法——规则脉冲激励＋长期预测编码(RPE-LTP) 以20ms为为一帧，进行语音压缩编码，输出260bits。比特
率降为13Kbit/s。
• 根据重要性不同，输出的260 比特分成182bits和78bits两类。 较重要的182bits又可以进一步细 分出50个最重要的比特（如右图）； • 与传统的PCM线路上语声的直 接编码传输相比，GSM的13Kbps 的话音速率要低得多。
话音信号通过模/数转换器，将模拟的话音电信号转换为数字语音信号： 经过8KHz抽样，量化值为13bit，相当于每125us输出13bit的码流，比特率 为13×8KHz=104Kbit/s；
2. 信源编码——语音压缩编码
1）原理
• 为了提高系统的有效性，现代数字通信系统往往采用话音压缩编码 技术。它利用语声编码器为人体喉咙所发出的音调和噪声，以及人的口 和舌的声学滤波效应建立模型，这些经滤波后的压缩数据将通过TCH （业务信道）信道进行传送。
语音 编码
信道 编码
Baseband
交织
调制
同步
前端 处理
发射
RF
无线 传输
话音 信号
话音 还原
语音 解码
信道 译码
Baseband
解交织
解调
前端 处理
接收
RF
• 移动终端，主要分为baseband基带信号处理和RF射频信号处理两
大部分。可完成话音编解码、信道编解码、信息的调制解调、信息发 射和接收。 • 除信道译码外，接收基本上为发射的反过程。我们下面着重对信 号的发射过程进行介绍。
通信原理与GSM手机终端系统
9. 2019
• 目的：
• 考虑到我们日常工作中会遇到一些模糊不清的概念，
如什么是恒包络调制、GMSK频偏为什么为1/4数据速率 等等问题。 • 本次讲座基于我们熟悉的GSM移动终端系统，对整个 通信系统的架构进行一个总体介绍。 • 对哪些部分有兴趣和问题，再以专题形式进行深入 探讨。 • 在报告最后，会给出《通信原理》课程的学习提纲， 便于日后探讨。
交织
104Kbps
260bit， 13Kbps
456bit， 22.8Kbps
突发 序列
射频 发射 前端
1） 原理：
• 在陆地移动通信这种变参信道上（瑞利衰落），比特差错经常是 成串发生的。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——随机错误。 • 为了解决这一问题，就要把一条消息中的相继比特分散开，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
• 二次交织经得住丧失一整个突发脉冲串的打击，但增加了系统时延。
5. 突发序列的建立：
话音 信号
话音 拾取
基带信号处理
语音 编码
信道 编码
交织
104Kbps
260bit， 13Kbps
456bit， 22.8Kbps
突发
射频
序列
前端
156.25bit， 270.833Kbps
发射
1） 原理：
• GSM系统采用TDMA与FDMA的方式进行多路复用传输。
输入
189bits—>378bits,k=1/2的卷积编码
输出 （3）由上知，经信道编码每20ms输出456bits，码率变为22.8Kbit/s。
采用“两次”编码的好处是： 在有差错时，便于校正(利用卷积编码特性)和检测(利用分组编码特性)。
4. 交织：
话音 拾取
基带信号处理
语音 编码
信道 编码
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。——将突发错误转化为随机错误。 • 这种方法就是交织技术。
2） 实现方法：
在GSM系统中，信道编码后进行交织，交织分为两次，第一次交织为内 部交织，第二次交织为块间交织。