移動通信第四章

1、移動通信教學中心移動通信教學中心第四章第四章 數字移動通信主要技術數字移動通信主要技術移移 動動 通通 信信 技術技術移動通信教學中心移動通信教學中心數字移動通信主要技術數字移動通信主要技術多址接入技術多址接入技術調制與解調技術調制與解調技術信源編碼技術信源編碼技術信道編碼技術信道編碼技術交織技術交織技術分集技術分集技術功率控制技術功率控制技術本章要求：本章要求：掌握幾種多址接入方式、了解典型移動通信系統(tǒng)掌握幾種多址接入方式、了解典型移動通信系統(tǒng)采用的語音編碼技術、調制技術及信道編碼技術；了解交織采用的語音編碼技術、調制技術及信道編碼技術；了解交織技術原理、交織的作用；了解幾種分集接收技術，掌

2、握技術原理、交織的作用；了解幾種分集接收技術，掌握GSMGSM系統(tǒng)、系統(tǒng)、CDMACDMA系統(tǒng)中分別采用了哪些分集技術；掌握幾種功率系統(tǒng)中分別采用了哪些分集技術；掌握幾種功率控制技術。控制技術。移動通信教學中心移動通信教學中心多址接入技術多址接入技術 所謂多址技術就是使多個用戶接入并共享同一個無線所謂多址技術就是使多個用戶接入并共享同一個無線通信信道通信信道, , 以提高頻譜利用率的技術。即把同一個無線信以提高頻譜利用率的技術。即把同一個無線信道按照時間、頻率等進行分割道按照時間、頻率等進行分割, , 使不同的用戶都能夠在不使不同的用戶都能夠在不同的分割段中使用這一信道同的分割段中使用這一信道

3、, , 而又不會明顯地感覺到他人而又不會明顯地感覺到他人的存在的存在, , 就好像自己在專用這一信道一樣。就好像自己在專用這一信道一樣。 占用不同的分占用不同的分割段就像是擁有了不同的地址割段就像是擁有了不同的地址, , 使用同一信道的多個用戶使用同一信道的多個用戶就擁有了多個不同的地址。這就是多址技術就擁有了多個不同的地址。這就是多址技術, , 亦稱多址接亦稱多址接入技術。入技術。 在蜂窩移動通信系統(tǒng)中在蜂窩移動通信系統(tǒng)中, , 多個移動用戶要同時通過一多個移動用戶要同時通過一個基站和其他移動用戶進行通信個基站和其他移動用戶進行通信, , 就必須對基站和不同的就必須對基站和不同的移動用戶發(fā)出

4、的信號賦予不同的特征移動用戶發(fā)出的信號賦予不同的特征, , 使基站能從眾多移使基站能從眾多移動用戶的信號中區(qū)分出是哪一個移動用戶發(fā)來的信號動用戶的信號中區(qū)分出是哪一個移動用戶發(fā)來的信號, , 同同時各個移動用戶又能夠識別出基站發(fā)出的信號中哪個是發(fā)時各個移動用戶又能夠識別出基站發(fā)出的信號中哪個是發(fā)給自己的。給自己的。 移動通信教學中心移動通信教學中心實現多址技術的主要方式實現多址技術的主要方式多址方式的基本類型有三種，即多址方式的基本類型有三種，即頻分多址頻分多址（FDMAFDMA）、時分多址（時分多址（TDMATDMA）和和碼分多址碼分多址（CDMACDMA及它們的混合應用。及它們的混合應用。

5、 移動通信教學中心移動通信教學中心頻分多址（頻分多址（FDMAFDMA）以頻率區(qū)分信道以頻率區(qū)分信道FDMAFDMA是以不同的頻率是以不同的頻率信道來實現多址通信信道來實現多址通信 頻分多址技術按照頻率來分割信道頻分多址技術按照頻率來分割信道, , 即給不同的用戶分配不同即給不同的用戶分配不同的載波頻率以共享同一信道。的載波頻率以共享同一信道。 頻分多址技術是模擬載波通信、頻分多址技術是模擬載波通信、 微波微波通信、衛(wèi)星通信的基本技術通信、衛(wèi)星通信的基本技術, , 也是第一代模擬移動通信的基本技術。也是第一代模擬移動通信的基本技術。 在在FDMAFDMA系統(tǒng)中系統(tǒng)中, , 信道總頻帶被分割成若

6、干個間隔相等且互不相交信道總頻帶被分割成若干個間隔相等且互不相交的子頻帶的子頻帶( (地址地址), ), 每個子頻帶分配給一個用戶每個子頻帶分配給一個用戶, , 每個子頻帶在同一時每個子頻帶在同一時間只能供給一個用戶使用間只能供給一個用戶使用, , 相鄰子頻帶之間無明顯的干擾。相鄰子頻帶之間無明顯的干擾。 移動通信教學中心移動通信教學中心NoImageFDMA通信系統(tǒng)的工作示意圖通信系統(tǒng)的工作示意圖移動通信教學中心移動通信教學中心時分多址（時分多址（TDMATDMA）TDMATDMA是以不同的時隙實現多址通信是以不同的時隙實現多址通信時分多址技術按照時隙來劃分信道時分多址技術按照時隙來劃分信道

7、, , 即給不同的用戶分即給不同的用戶分配不同的時間段以共享同一信道。配不同的時間段以共享同一信道。 時分多址技術是數字數據時分多址技術是數字數據通信和第二代移動通信的基本技術。通信和第二代移動通信的基本技術。 在在TDMATDMA系統(tǒng)中系統(tǒng)中, , 時間被分割成周期性的幀時間被分割成周期性的幀, , 每一幀再每一幀再分割成若干個時隙分割成若干個時隙( (地址地址) )。 無論幀或時隙都是互不重疊的。無論幀或時隙都是互不重疊的。然后然后, , 根據一定的時隙分配原則根據一定的時隙分配原則, , 使各個移動臺在每幀內只使各個移動臺在每幀內只能按指定的時隙向基站發(fā)送信號能按指定的時隙向基站發(fā)送信號

8、, , 在滿足定時和同步的條件在滿足定時和同步的條件下下, , 基站可以分別在各時隙中接收到各移動臺的信號而互不基站可以分別在各時隙中接收到各移動臺的信號而互不混擾。同時混擾。同時, , 基站發(fā)向多個移動臺的信號都按順序安排基站發(fā)向多個移動臺的信號都按順序安排, , 在在預定的時隙中傳輸。各移動臺只要在指定的時隙內接收預定的時隙中傳輸。各移動臺只要在指定的時隙內接收, , 就就能在合路的信號中把發(fā)給它的信號區(qū)分出來。能在合路的信號中把發(fā)給它的信號區(qū)分出來。移動通信教學中心移動通信教學中心NoImage 時分多址（時分多址（TDMA）通信系統(tǒng)的工作示意圖）通信系統(tǒng)的工作示意圖移動通信教學中心移動

9、通信教學中心與與FDMAFDMA技術相比技術相比, TDMA, TDMA具有如下特性具有如下特性: :(1)(1)每載頻多路。每載頻多路。TDMATDMA系統(tǒng)能夠在每一載頻上產生多個時隙系統(tǒng)能夠在每一載頻上產生多個時隙, , 而每個時而每個時隙都是一個信道隙都是一個信道, , 因而能夠進一步提高頻譜利用率因而能夠進一步提高頻譜利用率, , 增加系統(tǒng)容量。增加系統(tǒng)容量。(2)(2)傳輸速率高。傳輸速率高。 每一載頻含有時隙多每一載頻含有時隙多, , 頻率間隔寬頻率間隔寬, , 傳輸速率就高。傳輸速率就高。 (3)(3)對新技術開放。例如當因語音編碼算法的改進而降低比特速率時對新技術開放。例如當因

10、語音編碼算法的改進而降低比特速率時, , TDMATDMA系統(tǒng)的信道很容易重新配置以接納新技術。系統(tǒng)的信道很容易重新配置以接納新技術。(4)(4)共享設備成本低。共享設備成本低。 由于每一載頻為許多客戶提供業(yè)務由于每一載頻為許多客戶提供業(yè)務, , 因此因此TDMATDMA系統(tǒng)共享設備的每客戶平均成本與系統(tǒng)共享設備的每客戶平均成本與FDMAFDMA系統(tǒng)相比是大大降低了。系統(tǒng)相比是大大降低了。(5)(5)動態(tài)信道分配易實現。對時隙的管理和分配通常要比對頻率的管理動態(tài)信道分配易實現。對時隙的管理和分配通常要比對頻率的管理與分配簡單而經濟，所以與分配簡單而經濟，所以, TDMA, TDMA系統(tǒng)更容易進

11、行時隙的動態(tài)分配。系統(tǒng)更容易進行時隙的動態(tài)分配。(6)(6)基站使用用發(fā)射機數目減少?；臼褂糜冒l(fā)射機數目減少。 可以避免像可以避免像FDMAFDMA系統(tǒng)那樣因多部不系統(tǒng)那樣因多部不同頻率的發(fā)射機同時工作而產生的互調干擾。同頻率的發(fā)射機同時工作而產生的互調干擾。 時分多址時分多址(TDMA)(TDMA)移動通信教學中心移動通信教學中心同時同時, TDMA也具有一定的缺陷也具有一定的缺陷:(1) 必須有精確的定時和同步。必須有精確的定時和同步。 (2) 移動臺較復雜。移動臺較復雜。 (3) 傳輸開銷大。傳輸開銷大。 移動通信教學中心移動通信教學中心 碼分多址技術按照碼序列來劃分信道碼分多址技術按

12、照碼序列來劃分信道, , 即給不同的用即給不同的用戶分配一個不同的編碼序列以共享同一信道。戶分配一個不同的編碼序列以共享同一信道。 碼分多址碼分多址技術是第二代移動通信的演進技術和第三代移動通信的基技術是第二代移動通信的演進技術和第三代移動通信的基本技術。本技術。 在在CDMACDMA系統(tǒng)中系統(tǒng)中, , 每個用戶被分配給一個唯一的偽隨機每個用戶被分配給一個唯一的偽隨機碼序列碼序列( (擴頻序列擴頻序列), ), 各個用戶的碼序列相互正交各個用戶的碼序列相互正交, , 因而相因而相關性很小關性很小, , 由此可以區(qū)分出不同的用戶。由此可以區(qū)分出不同的用戶。 與與FDMAFDMA劃分頻帶和劃分頻帶

13、和TDMATDMA劃分時隙不同劃分時隙不同, CDMA, CDMA既不劃分既不劃分頻帶又不劃分時隙頻帶又不劃分時隙, , 而是讓每一個用戶使用系統(tǒng)所能提供而是讓每一個用戶使用系統(tǒng)所能提供的全部頻譜的全部頻譜, , 因而因而CDMACDMA采用擴頻技術能夠使多個用戶在同采用擴頻技術能夠使多個用戶在同一時間、同一載頻以不同碼序列來實現多路通信。一時間、同一載頻以不同碼序列來實現多路通信。 CDMACDMA示意圖如圖所示。示意圖如圖所示。 碼分多址（碼分多址（CDMACDMA）移動通信教學中心移動通信教學中心碼分多址（碼分多址（CDMACDMA）時間頻率CDMA碼CDMACDMA以不同的碼序列來實現

14、多址通信以不同的碼序列來實現多址通信移動通信教學中心移動通信教學中心13 NoImage基 站CmC2C1移 動 臺碼 Cm碼 C3碼 C2fW碼 C1TW 碼分多址（碼分多址（CDMA）通信系統(tǒng)的工作示意圖）通信系統(tǒng)的工作示意圖移動通信教學中心移動通信教學中心 以上三種多址技術相比較以上三種多址技術相比較, CDMA技術的頻譜利用技術的頻譜利用率最高率最高, 所能提供的系統(tǒng)容量最大所能提供的系統(tǒng)容量最大, 它代表了多址它代表了多址技術的發(fā)展方向技術的發(fā)展方向; 其次是其次是TDMA技術技術, 目前技術比目前技術比較成熟較成熟, 應用比較廣泛應用比較廣泛; FDMA技術由于頻譜利用技術由于頻譜

15、利用率低率低, 將逐漸被將逐漸被TDMA和和CDMA所取代所取代, 或者與后或者與后兩種方式結合使用兩種方式結合使用, 組成組成TDMA/FDMA、 CDMA/FDMA方式。方式。 移動通信教學中心移動通信教學中心FDMAFDMA、TDMATDMA、CDMACDMA三種系統(tǒng)容量比較三種系統(tǒng)容量比較2 2）無線小區(qū)容量的）無線小區(qū)容量的m m計算計算 m = B/(Nm = B/(N* *f ) f ) ( (單位為：信道單位為：信道/ /小區(qū)小區(qū)) )其中其中B B為頻帶寬帶，為頻帶寬帶， f f為頻道間隔，為頻道間隔，N N為為clustercluster中小中小區(qū)數。區(qū)數。a a）模擬模擬

16、TACSTACS系統(tǒng)（系統(tǒng)（FDMAFDMA） 信道間隔信道間隔 25 25KHzKHz 信道總數信道總數 1.25MHz / 25KHz = 501.25MHz / 25KHz = 50 簇內小區(qū)數簇內小區(qū)數 N = 7N = 7 系統(tǒng)容量系統(tǒng)容量 m mFDMAFDMA = 50 / 7 = 7.1 = 50 / 7 = 7.1（信道（信道/ /小區(qū)）小區(qū)）1)1)系統(tǒng)容量的定義：系統(tǒng)容量的定義：指能容納的用戶總數或系統(tǒng)最大容指能容納的用戶總數或系統(tǒng)最大容納的信道數或系統(tǒng)輸入話務量（愛爾蘭）。納的信道數或系統(tǒng)輸入話務量（愛爾蘭）。假設假設B=1.25MHz,B=1.25MHz,則：則：移動

17、通信教學中心移動通信教學中心b b）數字）數字GSMGSM系統(tǒng)，采用系統(tǒng)，采用TDMATDMA方式方式 信道間隔信道間隔 200200kHzkHz 每載頻時隙數每載頻時隙數 8 8 信道總數信道總數 （1.25MHz / 200 KHz 1.25MHz / 200 KHz ）8 8 = 50= 50 簇內小區(qū)數簇內小區(qū)數 N = 4N = 4 系統(tǒng)容量系統(tǒng)容量 m mTDMATDMA = 50 / 4= 12.5 = 50 / 4= 12.5 （信道（信道/ /小區(qū)）小區(qū)）c c）數字）數字CDMACDMA系統(tǒng)，采用擴頻技術系統(tǒng)，采用擴頻技術FDMAFDMA、TDMATDMA、CDMACDMA

18、三種系統(tǒng)容量比較三種系統(tǒng)容量比較為了進一步說明為什么采用擴頻技術以支持為了進一步說明為什么采用擴頻技術以支持 CDMACDMA，從，從而贏得系統(tǒng)容量和質量，我們來看一下而贏得系統(tǒng)容量和質量，我們來看一下擴頻技術原理：擴頻技術原理：兩種類型擴頻：兩種類型擴頻：直接擴頻直接擴頻DSDS，跳頻，跳頻FHFH移動通信教學中心移動通信教學中心A A點點b(tb(t) )為基帶信號，為基帶信號，B B點信號為基帶信號經過地址碼擴頻和點信號為基帶信號經過地址碼擴頻和PSKPSK調制后的調制信號，調制后的調制信號，C C點信號是點信號是B B點信號不失真?zhèn)鬏斠牒軓姷恼瓗Ц蓴_的信號，點信號不失真?zhèn)鬏斠牒軓姷?/p>

19、窄帶干擾的信號，D D點信號經過擴頻解擴。點信號經過擴頻解擴。從頻譜來看，傳輸過程中引入的窄帶干擾，在接收端經過解擴以后干擾功率被分散從頻譜來看，傳輸過程中引入的窄帶干擾，在接收端經過解擴以后干擾功率被分散而有用信號被正確恢復。而有用信號被正確恢復。移動通信教學中心移動通信教學中心cbbcswTTRRBBSF22擴頻增益擴頻增益GpGp定義為：定義為：)(lg10dBSFGp 一般認為擴頻解調增益一般認為擴頻解調增益C0/Ci=1C0/Ci=1，所以，所以: :（6-26-2）為擴頻信號帶寬，為擴頻信號帶寬， 為信息帶寬。為信息帶寬。 WBSB擴頻因子擴頻因子SFSF定義為輸出端與輸入端載噪比

20、之比值定義為輸出端與輸入端載噪比之比值: :siwioBCBCNCNCSF0擴頻解調器輸入端擴頻解調器輸出端（6-16-1）移動通信教學中心移動通信教學中心FDMAFDMA、TDMATDMA、CDMACDMA三種系統(tǒng)容量比較三種系統(tǒng)容量比較（6-36-3）（6-46-4） CDMACDMA系統(tǒng)總要采用功率控制技術，對于基站來講，系統(tǒng)總要采用功率控制技術，對于基站來講，不管不管MSMS在小區(qū)的任何位置，總會使所有在小區(qū)的任何位置，總會使所有MSMS發(fā)送功率到達發(fā)送功率到達基站接收機輸入端功率相等。基站接收機輸入端功率相等。 CDMACDMA系統(tǒng)的主要干擾為多址干擾，系統(tǒng)的主要干擾為多址干擾，基站

21、接收機的輸基站接收機的輸入載干比為：入載干比為： 1-m1) 1(CmCNC由式（由式（6-16-1）可知）可知 SF/E(C/N)0b0NSFNCm m為保證接收機載干比滿足要求時，小區(qū)內同時工作的最大用戶數。為保證接收機載干比滿足要求時，小區(qū)內同時工作的最大用戶數。移動通信教學中心移動通信教學中心 10NEBBmbswFDMAFDMA、TDMATDMA、CDMACDMA三種系統(tǒng)容量比較三種系統(tǒng)容量比較（6-56-5）IS-95CDMAIS-95CDMA系統(tǒng)，系統(tǒng)，RcRc = 1.2288Mcps, = 1.2288Mcps, R Rb b = 8kb/s , = 8kb/s , E Eb

22、 b/N/N0 0 = 7dB = 7dB，則代入公式（則代入公式（6-56-5）得）得: m = 32.25 (: m = 32.25 (信道信道/ /小區(qū)）小區(qū)）由上面各式可得：由上面各式可得：移動通信教學中心移動通信教學中心考慮實際影響因素后，容量計算公式要做相應修正：考慮實際影響因素后，容量計算公式要做相應修正：I I）采用話音激活技術提高了系統(tǒng)容量）采用話音激活技術提高了系統(tǒng)容量 d1) 1 (0NERBmbsw式中式中d d為話音占空比，通常為為話音占空比，通常為0.350.35IIII）利用扇形劃分提高系統(tǒng)容量）利用扇形劃分提高系統(tǒng)容量 dG) 1 (0NERBmbsw式中式中G

23、 G是扇形分區(qū)系數，通常為是扇形分區(qū)系數，通常為2.552.55IIIIII）鄰近蜂窩小區(qū)的干擾對系統(tǒng)容量的影響）鄰近蜂窩小區(qū)的干擾對系統(tǒng)容量的影響 dGF) 1 (0NERBmbsw式中式中F F為信道復用效率，通常為為信道復用效率，通常為0.60.6FDMAFDMA、TDMATDMA、CDMACDMA三種系統(tǒng)容量比較三種系統(tǒng)容量比較移動通信教學中心移動通信教學中心 所謂信源編碼是指將信號源中多余的信息除去所謂信源編碼是指將信號源中多余的信息除去, , 從而形成一個從而形成一個適合用來傳輸的信號的過程。信源編碼的目的是提高系統(tǒng)傳輸效率適合用來傳輸的信號的過程。信源編碼的目的是提高系統(tǒng)傳輸效率

24、, , 去除冗余度。去除冗余度。 語音編碼屬于信源編碼，移動通信中采用的語音編碼方法主要語音編碼屬于信源編碼，移動通信中采用的語音編碼方法主要取決于無線移動信道的條件取決于無線移動信道的條件: : 由于頻率資源十分有限由于頻率資源十分有限, , 因此要求編因此要求編碼信號的速率較低碼信號的速率較低; ; 由于移動信道的傳播條件惡劣由于移動信道的傳播條件惡劣, , 因而編碼算法因而編碼算法應有較好的抗誤碼特性。應有較好的抗誤碼特性。 另外另外, , 從用戶的角度出發(fā)從用戶的角度出發(fā), , 還應有較好的還應有較好的話音質量和較短的時延。移動通信對數字語音編碼的要求如下話音質量和較短的時延。移動通信

25、對數字語音編碼的要求如下: : 速率較低速率較低, , 純編碼速率應低于純編碼速率應低于16 kb/s; 16 kb/s; 在一定編碼速率下的音質應盡可能高在一定編碼速率下的音質應盡可能高; ; 編碼時延要短編碼時延要短, , 要控制在幾十毫秒之內要控制在幾十毫秒之內; ; 編碼算法應具有較好的抗誤碼性能編碼算法應具有較好的抗誤碼性能, , 計算量小計算量小, , 性能穩(wěn)定性能穩(wěn)定; ; 編碼器應便于大規(guī)模集成。編碼器應便于大規(guī)模集成。 信源編、信源編、 解碼解碼移動通信教學中心移動通信教學中心1 1）波形編碼）波形編碼 根據模擬話音信號的波形，采取抽樣、量化、編碼，形成數字語音根據模擬話音信

26、號的波形，采取抽樣、量化、編碼，形成數字語音信號。信號。話音編碼類型話音編碼類型包括包括PCMPCM、ADPCMADPCM等；等；編碼速率高編碼速率高16k-64kbps, 16k-64kbps, 語音質量最高；語音質量最高；占用帶寬大，適合有線，不適于直接用于移動通信。占用帶寬大，適合有線，不適于直接用于移動通信。3 3）混合編碼）混合編碼 綜合波形編碼和聲源編碼方式形成的編碼器。綜合波形編碼和聲源編碼方式形成的編碼器。2 2）聲源編碼（參量編碼）聲源編碼（參量編碼） 在發(fā)端提取產生話音信號的特征參數并進行傳輸，在收端由參數在發(fā)端提取產生話音信號的特征參數并進行傳輸，在收端由參數恢復話音?；?/p>

27、復話音。 編碼速率較低，編碼速率較低，1.2-4.8kps;1.2-4.8kps; 包括各種線性預測編碼（包括各種線性預測編碼（LPCLPC）和余弦聲碼器；）和余弦聲碼器； 語音質量較差，不滿足商用要求，適用于軍事和保密通信語音質量較差，不滿足商用要求，適用于軍事和保密通信編碼速率中等，話音質量介于以上兩者之間，主要用于移動通信；編碼速率中等，話音質量介于以上兩者之間，主要用于移動通信；包括包括GSMGSM采用的采用的RPE-LTPRPE-LTP編碼（編碼（13kbps13kbps）和）和CDMACDMA采用的采用的QCELPQCELP（可變速率編碼，包括四種速率）；（可變速率編碼，包括四種速

28、率）；移動通信教學中心移動通信教學中心信源編、信源編、 解碼解碼常用數字移動通信系統(tǒng)語音編碼類型常用數字移動通信系統(tǒng)語音編碼類型 移動通信教學中心移動通信教學中心衡量話音編碼器的主要指標衡量話音編碼器的主要指標1 1）比特率（）比特率（bit/s)bit/s) 度量信源壓縮率和通信系統(tǒng)性能的主要指標度量信源壓縮率和通信系統(tǒng)性能的主要指標 比特率比特率 壓縮率壓縮率 有效性有效性 話音質量話音質量 2 2）質量（質量（MOSMOS評分）評分） 國際流行的國際流行的MOSMOS法，法，5 5級評分制；級評分制；3 3）復雜度）復雜度 指完成語音編碼所需的加法、乘法的運算次數，一指完成語音編碼所需的

29、加法、乘法的運算次數，一 般可用般可用MIPSMIPS表示。表示。4 4）處理時延）處理時延 復雜度越大，運算時間越長，處理時延越大。復雜度越大，運算時間越長，處理時延越大。移動通信教學中心移動通信教學中心由于通信信道由于通信信道, , 尤其是無線通信信道尤其是無線通信信道, , 容易受到外界容易受到外界干擾和噪聲的影響干擾和噪聲的影響, , 因此導致信息在傳輸過程中發(fā)生改變因此導致信息在傳輸過程中發(fā)生改變, , 從而在接收端接收不到完全正確的信息。為了保證通信的從而在接收端接收不到完全正確的信息。為了保證通信的可靠性可靠性, , 必須采用信道編碼。信道編碼能夠檢查和糾正接必須采用信道編碼。信

30、道編碼能夠檢查和糾正接收信息流中的差錯。收信息流中的差錯。 信道編碼定理指出信道編碼定理指出: : 在編碼速率小于信道容量的條件在編碼速率小于信道容量的條件下下, , 通過編碼可以使譯碼錯誤概率任意小通過編碼可以使譯碼錯誤概率任意小, , 從而達到可靠從而達到可靠通信。該定理證明通信。該定理證明: : 確實存在一種編碼方式確實存在一種編碼方式, , 使誤碼率隨使誤碼率隨著碼長著碼長n n的增長趨于任意小。這說明信道編碼屬于冗余編的增長趨于任意小。這說明信道編碼屬于冗余編碼碼, , 而且冗余度與誤碼率存在一定的反比關系。需要指出而且冗余度與誤碼率存在一定的反比關系。需要指出的是冗余度越高的是冗余

31、度越高, , 誤碼率就越小誤碼率就越小, , 系統(tǒng)的可靠性就越高系統(tǒng)的可靠性就越高; ; 但同時但同時, , 編碼位數就越多編碼位數就越多, , 需要的傳輸速率就越高需要的傳輸速率就越高, , 占用占用的信道帶寬就越寬。的信道帶寬就越寬。 因此因此, , 必須研究信道編碼技術必須研究信道編碼技術, , 在在保證系統(tǒng)可靠性的前提下保證系統(tǒng)可靠性的前提下, , 盡量降低傳輸速率盡量降低傳輸速率, , 減小信道減小信道帶寬。帶寬。信道編、信道編、 解碼解碼移動通信教學中心移動通信教學中心信道編碼的基本思想是按一定規(guī)則給信息碼元序信道編碼的基本思想是按一定規(guī)則給信息碼元序列列m m增加一些多余的碼元增

32、加一些多余的碼元( (稱為監(jiān)督碼元稱為監(jiān)督碼元), ), 使不具使不具有規(guī)律性的信息序列有規(guī)律性的信息序列m m變換為具有某種規(guī)律性的數變換為具有某種規(guī)律性的數碼序列碼序列C; C; 數碼序列中數碼序列中C C的信息序列碼元的信息序列碼元m m與監(jiān)督碼與監(jiān)督碼元之間是相關的。元之間是相關的。 接收端的譯碼器利用這種預知接收端的譯碼器利用這種預知的編碼規(guī)則進行譯碼的編碼規(guī)則進行譯碼, , 檢驗接收到的數字序列檢驗接收到的數字序列R R是是否符合既定的規(guī)則否符合既定的規(guī)則, , 從而發(fā)現從而發(fā)現R R中是否有錯，甚至中是否有錯，甚至糾正其中的差錯。糾正其中的差錯。 根據相關性來發(fā)現和糾正傳輸根據相

33、關性來發(fā)現和糾正傳輸過程中產生的差錯就是信道編碼的基本思想。過程中產生的差錯就是信道編碼的基本思想。 信道編、信道編、 解碼解碼移動通信教學中心移動通信教學中心糾錯編碼是應用最廣泛的編碼糾錯編碼是應用最廣泛的編碼, 又可分為如下又可分為如下幾類幾類: (1) 按照糾正差錯的類型可分為糾正隨機錯誤的按照糾正差錯的類型可分為糾正隨機錯誤的編碼和糾正突發(fā)錯誤的編碼兩種。隨機錯誤是指碼編碼和糾正突發(fā)錯誤的編碼兩種。隨機錯誤是指碼元間的錯誤互相獨立元間的錯誤互相獨立, 即每個碼元的錯誤概率與它即每個碼元的錯誤概率與它前后碼元的錯誤與否無關前后碼元的錯誤與否無關; 突發(fā)錯誤是指一個碼元突發(fā)錯誤是指一個碼元

34、的錯誤往往影響其前后碼元的錯誤概率的錯誤往往影響其前后碼元的錯誤概率, 換句話說換句話說, 一個碼元產生錯誤一個碼元產生錯誤, 則后面幾個碼元都可能發(fā)生錯則后面幾個碼元都可能發(fā)生錯誤。誤。 在移動通信系統(tǒng)中在移動通信系統(tǒng)中, , 既要糾正隨機錯誤（由信既要糾正隨機錯誤（由信道編碼糾正）道編碼糾正）, , 又要糾正突發(fā)錯誤（由交織技術來又要糾正突發(fā)錯誤（由交織技術來糾正）。糾正）。信道編、信道編、 解碼解碼移動通信教學中心移動通信教學中心 (2) (2) 按照信息碼元和監(jiān)督碼元之間的約束方式不同可按照信息碼元和監(jiān)督碼元之間的約束方式不同可分為分為分組碼分組碼和和卷積碼卷積碼兩種。分組碼是指編碼的

35、規(guī)則僅局兩種。分組碼是指編碼的規(guī)則僅局限于本碼組之內限于本碼組之內, , 本碼組的監(jiān)督碼元僅和本碼組的信息本碼組的監(jiān)督碼元僅和本碼組的信息碼元相關碼元相關; ; 卷積碼是指本碼組的監(jiān)督碼元不僅和本碼組卷積碼是指本碼組的監(jiān)督碼元不僅和本碼組的信息碼元相關的信息碼元相關, , 還與本碼組相鄰的前還與本碼組相鄰的前n-1n-1個碼組的信息個碼組的信息碼元相關。碼元相關。 (3) (3) 按照信息碼元和附加的監(jiān)督碼元之間的檢驗關按照信息碼元和附加的監(jiān)督碼元之間的檢驗關系可分為系可分為線性碼線性碼和和非線性碼非線性碼兩種。線性碼是指信息碼元兩種。線性碼是指信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關系為線性關系與監(jiān)督碼元

36、之間的關系為線性關系, , 即監(jiān)督碼元是信息即監(jiān)督碼元是信息碼元的線性組合碼元的線性組合, , 編碼規(guī)則可用線性方程來表示編碼規(guī)則可用線性方程來表示; ; 非線非線性碼的信息碼元與監(jiān)督碼元之間不存在線性關系。性碼的信息碼元與監(jiān)督碼元之間不存在線性關系。信道編、信道編、 解碼解碼移動通信教學中心移動通信教學中心(4) 按照碼字的結構不同按照碼字的結構不同, 可分為可分為系統(tǒng)碼系統(tǒng)碼和和非系統(tǒng)碼非系統(tǒng)碼兩種。兩種。 系統(tǒng)碼是指前系統(tǒng)碼是指前k個碼元與信息碼組一致的編碼個碼元與信息碼組一致的編碼; 非系統(tǒng)碼不非系統(tǒng)碼不具有系統(tǒng)碼的特性。具有系統(tǒng)碼的特性。 (5) 按照碼字中每個碼元的取值可分為按照碼

37、字中每個碼元的取值可分為二進制碼二進制碼和和多進多進制碼制碼。 二進制碼的碼元有二進制碼的碼元有0和和1兩個取值兩個取值, M進制碼的碼元進制碼的碼元有有M個取值。個取值。 二進制碼是應用最廣泛的編碼制式。二進制碼是應用最廣泛的編碼制式。 信道編、信道編、 解碼解碼移動通信教學中心移動通信教學中心根據發(fā)送端信道編碼的特性根據發(fā)送端信道編碼的特性, 接收端在解碼接收端在解碼后采取的差錯控制方式后采取的差錯控制方式有有: 前向糾錯前向糾錯(FEC)。發(fā)送端的信道編碼器將信。發(fā)送端的信道編碼器將信息碼組編成具有一定糾錯能力的碼。接收端信道息碼組編成具有一定糾錯能力的碼。接收端信道譯碼器對接收碼字進行

38、譯碼譯碼器對接收碼字進行譯碼, 若傳輸中產生的差若傳輸中產生的差錯數目在碼的糾錯能力之內時錯數目在碼的糾錯能力之內時, 譯碼器對差錯進譯碼器對差錯進行定位并加以糾正。行定位并加以糾正。 自動請求重發(fā)自動請求重發(fā)(ARQ)。用于檢測的糾錯碼在。用于檢測的糾錯碼在譯碼器輸出端只給出當前碼字傳輸是否可能出錯譯碼器輸出端只給出當前碼字傳輸是否可能出錯的指示的指示, 當有錯時按某種協(xié)議通過一個反向信道當有錯時按某種協(xié)議通過一個反向信道請求發(fā)送端重傳已發(fā)送碼字的全部或部分。請求發(fā)送端重傳已發(fā)送碼字的全部或部分。 信道編、信道編、 解碼解碼移動通信教學中心移動通信教學中心 混合糾錯混合糾錯(HEC)是是FE

39、C與與ARQ方式的結合。方式的結合。發(fā)端發(fā)送同時具有自動糾錯和檢測能力的碼組發(fā)端發(fā)送同時具有自動糾錯和檢測能力的碼組, 收端收到碼組后收端收到碼組后, 檢查差錯情況檢查差錯情況, 如果差錯在碼如果差錯在碼的糾錯能力以內的糾錯能力以內, 則自動進行糾正。如果信道干則自動進行糾正。如果信道干擾很嚴重擾很嚴重, 錯誤很多錯誤很多, 超過了碼的糾錯能力超過了碼的糾錯能力, 但能但能檢測出來檢測出來, 則經反饋信道請求發(fā)端重發(fā)這組數據。則經反饋信道請求發(fā)端重發(fā)這組數據。 信息反饋信息反饋(IRQ)也稱回程校驗方式。收端把也稱回程校驗方式。收端把收到的數據收到的數據, 原封不動地通過反饋信道送回到發(fā)原封不

40、動地通過反饋信道送回到發(fā)端端, 發(fā)端比較發(fā)的數據與反饋來的數據發(fā)端比較發(fā)的數據與反饋來的數據, 從而發(fā)從而發(fā)現錯誤現錯誤, 并且把錯誤的消息再次傳送并且把錯誤的消息再次傳送, 直到發(fā)端直到發(fā)端沒有發(fā)現錯誤為止。沒有發(fā)現錯誤為止。 信道編、信道編、 解碼解碼移動通信教學中心移動通信教學中心移動通信教學中心移動通信教學中心移動通信教學中心移動通信教學中心功率效率功率效率(Power Efficiency)(Power Efficiency)：反映了在低功率電：反映了在低功率電平情況下，調制技術保證數字信息可靠傳輸的能力。平情況下，調制技術保證數字信息可靠傳輸的能力。定義為每比特的信號能量和噪聲功率

41、譜密度之比。定義為每比特的信號能量和噪聲功率譜密度之比。帶寬效率帶寬效率(Spectral Efficiency): (Spectral Efficiency): 反映了調制技反映了調制技術在一定的帶寬內可容納傳輸數據率的能力。定義術在一定的帶寬內可容納傳輸數據率的能力。定義為在給定的帶寬內，每為在給定的帶寬內，每HzHz所能夠承載的數據率。所能夠承載的數據率。數字調制的性能指標數字調制的性能指標移動通信教學中心移動通信教學中心高斯最小頻移鍵控高斯最小頻移鍵控(GMSK) 最小頻移鍵控最小頻移鍵控(MSK)(MSK)調制是調制指數為調制是調制指數為0.50.5的二進制的二進制頻率調制頻率調制,

42、 , 其調頻帶寬較窄其調頻帶寬較窄, , 且具有恒定的包絡且具有恒定的包絡, , 因而因而可以在接收端采用相干檢測法進行解調。可以在接收端采用相干檢測法進行解調。 但是對于數但是對于數字移動通信系統(tǒng)字移動通信系統(tǒng), , 對信號帶外輻射功率的限制十分嚴格對信號帶外輻射功率的限制十分嚴格, , 如帶外衰減要求在如帶外衰減要求在70-80 dB70-80 dB以上以上, ,因此采用因此采用MSKMSK就不能滿就不能滿足要求了。這時足要求了。這時, , 可采用可采用MSKMSK的改進型的改進型GMSKGMSK作為替作為替代的調制方法。代的調制方法。 前 置濾 波 器輸 入MSK調 制 器輸 出移動通信

43、教學中心移動通信教學中心交織技術交織技術1. 1. 功能功能 針對移動信道的干擾、衰落等往往產生較長的針對移動信道的干擾、衰落等往往產生較長的突發(fā)錯突發(fā)錯誤誤情況，采用交織技術以使誤碼離散化，致使突發(fā)差錯情況，采用交織技術以使誤碼離散化，致使突發(fā)差錯變?yōu)殡x散差錯，再利用接收端糾正隨機差錯功能，就可變?yōu)殡x散差錯，再利用接收端糾正隨機差錯功能，就可以改善整個數據序列傳輸質量。以改善整個數據序列傳輸質量。2. 2. 實現方法（交織原理）實現方法（交織原理）移動通信教學中心移動通信教學中心交織技術交織技術移動通信教學中心移動通信教學中心分集技術分集技術 分集技術分集技術(Diversity Techn

44、iques)(Diversity Techniques)是一種利用多徑信是一種利用多徑信號來改善系統(tǒng)性能的技術。其理論基礎是認為不同支路的號來改善系統(tǒng)性能的技術。其理論基礎是認為不同支路的信號所受的干擾具有分散性信號所受的干擾具有分散性, , 即各支路信號所受的干擾情即各支路信號所受的干擾情況不同況不同, , 因而因而, , 有可能從這些支路信號中挑選出受干擾最有可能從這些支路信號中挑選出受干擾最輕的信號或綜合出高信噪比的信號來。其基本思想是利用輕的信號或綜合出高信噪比的信號來。其基本思想是利用移動通信的多徑傳播特性移動通信的多徑傳播特性, , 在接收端通過某種合并技術將在接收端通過某種合并技

45、術將多條符合要求的支路信號合并輸出多條符合要求的支路信號合并輸出, , 從而大大降低多徑衰從而大大降低多徑衰落的影響落的影響, , 改善傳輸的可靠性。對這些支路信號的基本要改善傳輸的可靠性。對這些支路信號的基本要求是求是: : 傳輸相同信息、具有近似相等的平均信號強度和相傳輸相同信息、具有近似相等的平均信號強度和相互獨立衰落特性。互獨立衰落特性。 目前，分集接收技術由于其能夠提高系統(tǒng)的抗衰落性目前，分集接收技術由于其能夠提高系統(tǒng)的抗衰落性能，已被廣泛應用于移動通信以及其它短波通信系統(tǒng)。能，已被廣泛應用于移動通信以及其它短波通信系統(tǒng)。 移動通信教學中心移動通信教學中心分集技術分集技術包含兩重含義

46、：包含兩重含義：分散傳輸：分散傳輸：使接收端能夠獲得多個攜帶同一信息使接收端能夠獲得多個攜帶同一信息但統(tǒng)計獨立的衰落信號；但統(tǒng)計獨立的衰落信號；集中處理：集中處理：把接收到的多個統(tǒng)計獨立的衰落信號把接收到的多個統(tǒng)計獨立的衰落信號進行適當的合并（或選擇），從而降低衰落的影進行適當的合并（或選擇），從而降低衰落的影響，改善系統(tǒng)的接收性能響，改善系統(tǒng)的接收性能。分集技術種類分集技術種類1）空間分集）空間分集2）頻率分集）頻率分集3）時間分集）時間分集移動通信教學中心移動通信教學中心空間分集空間分集 在移動通信中在移動通信中, , 空間略有變動就可能出現較大的場強變化空間略有變動就可能出現較大的場強變

47、化, , 空間分集就是利用場強隨空間的隨機變化而實現的。空間距離越空間分集就是利用場強隨空間的隨機變化而實現的?？臻g距離越大大, , 多徑傳播的差異就越大多徑傳播的差異就越大, , 通過各徑所接收信號場強的相關性通過各徑所接收信號場強的相關性就越小。就越小。 具體來講具體來講, , 空間分集是在發(fā)射端采用一副發(fā)射天線空間分集是在發(fā)射端采用一副發(fā)射天線, , 接收端接收端采用多副接收天線。只要接收端天線之間的間隔采用多副接收天線。只要接收端天線之間的間隔d d足夠大足夠大, , 就能就能保證各接收天線輸出信號衰落特性的相互獨立性。經過測試和統(tǒng)保證各接收天線輸出信號衰落特性的相互獨立性。經過測試和

48、統(tǒng)計計, , 為了獲得滿意的分集效果為了獲得滿意的分集效果, , 接收天線之間的間距應大于接收天線之間的間距應大于0.60.6個波長個波長, , 即即d d0.6, 0.6, 并且最好選在并且最好選在/4/4的奇數倍附近。的奇數倍附近。 當然當然, , 在實際環(huán)境中在實際環(huán)境中, , 接收天線之間的間距要視地形、地物接收天線之間的間距要視地形、地物等具體情況而定。等具體情況而定。 空間分集的原理如圖所示。對于空間分集而空間分集的原理如圖所示。對于空間分集而言言, , 分集的支路數分集的支路數m m越大越大, , 分集效果越好。分集效果越好。 但當但當m m較大較大( (如如m3)m3)時時,

49、, 分集的復雜度增加分集的復雜度增加, , 分集增益的增加隨著分集增益的增加隨著m m增大而變得緩慢。增大而變得緩慢。 空間分集是移動通信系統(tǒng)中最常用的分集技術?？臻g分集是移動通信系統(tǒng)中最常用的分集技術。 移動通信教學中心移動通信教學中心空間分集空間分集發(fā) 射 天 線發(fā) 射 端接 收 天 線 1接 收 端分 集 接 收d接 收 天 線 2接 收 天 線移動通信教學中心移動通信教學中心頻率分集頻率分集頻率分集就是在發(fā)射端將要傳輸的信息分別以不同頻率分集就是在發(fā)射端將要傳輸的信息分別以不同的載頻發(fā)射出去的載頻發(fā)射出去, , 只要載頻之間的間隔足夠大只要載頻之間的間隔足夠大( (大于大于相相干帶寬干

50、帶寬), ), 那么在接收端就可以得到衰落特性互不相關那么在接收端就可以得到衰落特性互不相關的信號的信號, , 從而減小信號的衰落從而減小信號的衰落, , 提高通信質量。相干帶提高通信質量。相干帶寬指的是頻帶最大帶寬寬指的是頻帶最大帶寬, , 在此帶寬內在此帶寬內, , 兩個信號的傳輸兩個信號的傳輸系數的統(tǒng)計特性是強相關的系數的統(tǒng)計特性是強相關的, , 但當兩個頻率之間的間隔但當兩個頻率之間的間隔超過相干帶寬時就不相關了。超過相干帶寬時就不相關了。 相干帶寬相干帶寬BcBc可用下式估可用下式估計計: : 21cB式中式中, 為多徑時延擴展的脈沖展寬時間。為多徑時延擴展的脈沖展寬時間。 移動通信

51、教學中心移動通信教學中心頻率分集頻率分集發(fā) 射 機1發(fā) 射 機2接 收 機12接 收 機 移動通信移動通信900MHz900MHz頻段，典型的最大多徑時延擴展為頻段，典型的最大多徑時延擴展為5 5微秒，對應的相關帶寬為微秒，對應的相關帶寬為200kHz200kHz，因此為了獲得頻率分，因此為了獲得頻率分集，各個載頻的頻率間隔必須大于集，各個載頻的頻率間隔必須大于200KHz200KHz，對于，對于CDMACDMA系系統(tǒng)來說，其擴頻信道帶寬為統(tǒng)來說，其擴頻信道帶寬為1.25MHz1.25MHz，這個帶寬已遠遠大，這個帶寬已遠遠大于相干帶寬，因此，于相干帶寬，因此，CDMACDMA系統(tǒng)本身具有頻率

52、分集的功能。系統(tǒng)本身具有頻率分集的功能。移動通信教學中心移動通信教學中心 時間分集是將給定的信號在時間上相隔一定時間分集是將給定的信號在時間上相隔一定的間隔的間隔TT重復發(fā)送重復發(fā)送(m(m次次),),只要這些時間間隔大只要這些時間間隔大于信道的于信道的相干時間相干時間, , 就能保證信號衰落的不相關就能保證信號衰落的不相關性性, , 從而在接收端得到條獨立的分集支路。從而在接收端得到條獨立的分集支路。RAKERAKE接收是時間分集在移動通信系統(tǒng)中的典型應用。接收是時間分集在移動通信系統(tǒng)中的典型應用。 時間分集的原理如圖所示。時間分集的原理如圖所示。 時間分集時間分集接 收 機存 儲 器比 較

53、移動通信教學中心移動通信教學中心 時間分集有利于克服移動通信中由多卜勒效應引起時間分集有利于克服移動通信中由多卜勒效應引起的信號衰落現象。的信號衰落現象。 由于多卜勒效應與移動臺的運動速度由于多卜勒效應與移動臺的運動速度及工作波長有關及工作波長有關, , 因此為了保證重復發(fā)送的信號具有相互因此為了保證重復發(fā)送的信號具有相互獨立性獨立性, , 必須要使信號的重發(fā)時間間隔必須要使信號的重發(fā)時間間隔TT滿足如下關系滿足如下關系: : 時間分集時間分集/2121vfTm式中式中, , f fm m為多卜勒頻移為多卜勒頻移, , v v為車速為車速, , 為工作波長。為工作波長。可見可見, , 當移動臺

54、處于靜止狀態(tài)當移動臺處于靜止狀態(tài)( (即即v v=0)=0)時時, , 要求要求T T為無為無窮大窮大, , 因而此時的時間分集基本上是沒有用處的。因而此時的時間分集基本上是沒有用處的。 CDMACDMA系統(tǒng)中采用的系統(tǒng)中采用的RAKERAKE接收機就是時間分集的一種接收機就是時間分集的一種形式。形式。 移動通信教學中心移動通信教學中心合并技術合并技術 接收端接收到接收端接收到m(m2)個分集信號后個分集信號后, 如何利用這些信如何利用這些信號以減小衰落的影響號以減小衰落的影響, 這就是合并問題。這就是合并問題。 對分散的信號進行合并的方法通常有以下幾種對分散的信號進行合并的方法通常有以下幾種: (1) 最佳選擇式最佳選擇式: 從幾個分散的信號中選擇信噪比最好的從幾個分散的信號中選擇信噪比最好的一個作為接收信號。一個作為接收信號。 (2) 等增益相加式等增益相加式: 把幾個分散信號以相同的支路增益直把幾個分散信號以相同的支路增益直接相加的結果作為接收信號。接相加的結果作為接收信號。 (3) 最大比值合并最大比值合并: 控制各支路增益控制各支路增益, 使它們分別與本支使它們分別與本支路的信噪比成正比路的信噪比成正比, 即根據