第三代移動通信講義(專業(yè)碩士)20140508

1、2第三代移動通信第三代移動通信p第三代移動通信概述第三代移動通信概述p移動通信技術(shù)基礎(chǔ)移動通信技術(shù)基礎(chǔ)pcdma2000cdma2000技術(shù)技術(shù)pWCDMAWCDMA技術(shù)技術(shù)pTD-SCDMATD-SCDMA技術(shù)技術(shù)pLTE/4GLTE/4G技術(shù)簡介技術(shù)簡介3移動通信的發(fā)展移動通信的發(fā)展AMPSTACSNMT其它GSMCDMA IS95TDMAIS-136PDC第一代 80年代模擬第二代 90年代數(shù)字第三代 IMT-2000UMTSWCDMACDMA2000需求驅(qū)動需求驅(qū)動需求驅(qū)動需求驅(qū)動模擬技術(shù)數(shù)字技術(shù)語音業(yè)務(wù)寬帶業(yè)務(wù)TD-SCDMA4p模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)模擬蜂窩移動通信系統(tǒng) 1978年：

2、美國貝爾實驗室開發(fā)成功AMPS系統(tǒng) 1987年：中國首個TACS制式模擬移動電話系統(tǒng)建成商用 國際主要標(biāo)準(zhǔn)： 美國AMPS、 歐洲TACS、NMT450/900、日本NTT/JTACS等。 主要技術(shù)特點 頻分多址接入方式，以頻段區(qū)分用戶； 調(diào)制方式：FM 業(yè)務(wù)種類單一：話音業(yè)務(wù) 保密性較差 設(shè)備成本高、體積、重量大第一代移動通信系統(tǒng)第一代移動通信系統(tǒng)5p數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)-GSM-GSM 1982年，第一個數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)-GSM在歐洲投入商用，目前是全球最大的蜂窩移動通信系統(tǒng) 1994年，中國第一個全數(shù)字移動電話GSM系統(tǒng)建成開通p主要技術(shù)特點：主要技術(shù)特點： 頻分

3、多址結(jié)合時分多址接入方式，以頻段和時隙區(qū)分用戶 數(shù)字調(diào)制方式：GMSK、QPSK等 宏蜂窩/微蜂窩小區(qū)架構(gòu) 業(yè)務(wù)種類逐漸豐富：話音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 通信安全保密性高 頻譜效率高，系統(tǒng)容量大第二代移動通信系統(tǒng)第二代移動通信系統(tǒng)6p數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)-CDMA-CDMA 1995年，美國高通公司（Qualcomm）提出的碼分多址技術(shù)的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)cdma IS-95在中國香港投入運營 2002年，中國聯(lián)通CDMA移動通信網(wǎng)正式開通 使用地區(qū)：北美、韓國、中國等地區(qū)p主要技術(shù)特點主要技術(shù)特點 碼分多址接入方式 軟容量、軟切換 話音激活、功率控制等技術(shù) 通信安全保密性高 頻

4、譜效率高、系統(tǒng)容量大、終端功耗低第二代移動通信系統(tǒng)第二代移動通信系統(tǒng)7第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng)q3G3G基本概念基本概念第三代移動通信系統(tǒng)是一種采用寬帶碼分多址（CDMA），能提供多種類型、高質(zhì)量的移動寬帶多媒體業(yè)務(wù)；第三代移動通信系統(tǒng)能實現(xiàn)全球無縫覆蓋，具有全球漫游能力，與因特網(wǎng)相兼容，并以小型便攜式終端在任何時候、任何地點進(jìn)行任何種類的通信系統(tǒng)。q3G3G主流標(biāo)準(zhǔn)主流標(biāo)準(zhǔn)WCDMAcdma2000TD-SCDMAWiMax8q3G3G主要特點主要特點寬帶CDMA技術(shù)支持移動多媒體業(yè)務(wù)高頻譜效率FDMA/TDMA/CDMA從電路交換到分組交換從媒體（media）到多媒體（Mult

5、i-media）高保密性全球范圍無縫漫游系統(tǒng)微蜂窩結(jié)構(gòu)第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng)9q全球統(tǒng)一頻段、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、無縫覆蓋、全球漫游全球統(tǒng)一頻段、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、無縫覆蓋、全球漫游.q滿足各種運動狀態(tài)（靜止、步行和車載）下的多媒體滿足各種運動狀態(tài)（靜止、步行和車載）下的多媒體業(yè)務(wù)需求業(yè)務(wù)需求q更高的頻譜利用率更高的頻譜利用率q提供提供QoSQoS保障的業(yè)務(wù)保障的業(yè)務(wù)q降低終端功耗、成本降低終端功耗、成本q保密性能進(jìn)一步提高保密性能進(jìn)一步提高q保證一定后向兼容保證一定后向兼容3G目標(biāo)與基本要求目標(biāo)與基本要求10時延誤碼率后臺類會話類流媒體交互類q根據(jù)根據(jù)QoSQoS的不同，的不同，3G3G可以支持

6、不同種類的業(yè)務(wù)，也可可以支持不同種類的業(yè)務(wù)，也可以支持不同種類業(yè)務(wù)的組合以支持不同種類業(yè)務(wù)的組合3G業(yè)務(wù)類型業(yè)務(wù)類型語音業(yè)務(wù)和視頻電話業(yè)務(wù)，要求實時性強，端到端時延小視頻流和音頻流等單向且無交互業(yè)務(wù)，要求實時性，時延抖動小WEB瀏覽、網(wǎng)絡(luò)游戲，下載和即使通信類業(yè)務(wù)，要求低丟包率。后臺Email接收、SMS、多媒體彩信和FTP等背景類業(yè)務(wù)，對丟包率要求高。11p支持多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)支持多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 室內(nèi)環(huán)境至少室內(nèi)環(huán)境至少2Mbps2Mbps 室內(nèi)外步行環(huán)境至少室內(nèi)外步行環(huán)境至少384kbps384kbps 室外車輛運動中至少室外車輛運動中至少144kbps144kbps 衛(wèi)星移動環(huán)境至少衛(wèi)星移

7、動環(huán)境至少9.6kbps9.6kbpsp支持可變速率語音支持可變速率語音 AMR: 4.7Kb/s - 12.2Kb/sAMR: 4.7Kb/s - 12.2Kb/sp傳輸速率能夠按需分配傳輸速率能夠按需分配p滿足不同業(yè)務(wù)的延時要求滿足不同業(yè)務(wù)的延時要求p適應(yīng)上下行鏈路不對稱需求適應(yīng)上下行鏈路不對稱需求3G 對無線傳輸技術(shù)提出的要求對無線傳輸技術(shù)提出的要求123G標(biāo)準(zhǔn)化歷程標(biāo)準(zhǔn)化歷程q19851985年，年，ITUITU提出提出FPLMTS-Future Public Land Mobile FPLMTS-Future Public Land Mobile Telecommunication

8、SystemTelecommunication System（第三代移動通信系統(tǒng)）（第三代移動通信系統(tǒng)）q世界無線電大會世界無線電大會WRC92WRC92在在2GHz2GHz頻段分配了頻段分配了230MHz230MHz頻段頻段1885 MHz 2025 MHz1885 MHz 2025 MHz2110 MHz 2200 MHz2110 MHz 2200 MHzq19961996年，年，F(xiàn)PLMTSFPLMTS正式更名為正式更名為IMT-2000(3G)IMT-2000(3G)工作在工作在2000MHz2000MHz左右頻段左右頻段最高數(shù)據(jù)速率最高數(shù)據(jù)速率2000 Kbps2000 Kbps預(yù)期

9、預(yù)期20002000年左右商用年左右商用q19981998年年6 6月月3030日前，日前，ITUITU收到收到IMT-2000IMT-2000的的1010種種RTTRTT提案提案q19991999年年1111月月5 5日，日，ITUITU在赫爾辛基會議通過在赫爾辛基會議通過5 5種種RTTRTT技術(shù)。技術(shù)。13IS-136DECTIMT-DS CDMA DSCDMA 2000TD-SCDMAIMT-TD CDMA TDDIMT-MC CDMA MCWCDMAUMTS FDDUMTS TDDIMT-SC TDMA SCIMT-FT FDMA/TDMAIMT 2000 無線接口標(biāo)準(zhǔn)無線接口標(biāo)準(zhǔn)W

10、imaxIEEE802.16x14三種主要技術(shù)體制比較三種主要技術(shù)體制比較制式制式WCDMAcdma2000TD-SCDMA采用國家歐洲，日本美國，韓國中國繼承基礎(chǔ)GSM窄帶CDMAGSM同步方式異步同步同步碼片速率3.84 McpsN1.2288 Mcps1.2288 Mcps信號帶寬5 MHzN1.25 MHz1.6 MHz空中接口WCDMACdma200兼容IS-95TD-SCDMA核心網(wǎng)GSM MAPANSI-41GSM MAP15第四代移動通信系統(tǒng)第四代移動通信系統(tǒng)qLTELTE與與4G4G概念概念LTE(Long Term Evolution,LTE(Long Term Evolu

11、tion,長期演進(jìn)長期演進(jìn)) 3G) 3G的演進(jìn)的演進(jìn); ;20042004年年1111月月3GPP3GPP多倫多會議啟動多倫多會議啟動LTELTE項目。項目。LTELTE是是3G3G與與4G4G技術(shù)之間的一個過渡，是技術(shù)之間的一個過渡，是3.9G3.9G的全球標(biāo)準(zhǔn)的全球標(biāo)準(zhǔn), ,它改進(jìn)并增它改進(jìn)并增強了強了3G3G的空中接入技術(shù)的空中接入技術(shù); ;采用采用OFDMOFDM和和MIMOMIMO作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn); ;4G4G：IMT-AdvanceIMT-Advance或或LTE-ALTE-A1616增強小區(qū)覆蓋峰值速率DL: 100MbpsUL: 50M

12、bps減少時延CP: 100msUP: 5ms更低的OPEX和CAPEX支持不同帶寬增強頻率效率LTE特征LTE特征特征17p在在20MHz20MHz頻譜帶寬頻譜帶寬: :下行下行100Mbps100Mbps、上行、上行50Mbps50Mbps峰值速率；峰值速率；p改善小區(qū)邊緣用戶的性能；改善小區(qū)邊緣用戶的性能；p提高小區(qū)容量；提高小區(qū)容量；p降低系統(tǒng)延遲，用戶平面內(nèi)部單向傳輸時延低于降低系統(tǒng)延遲，用戶平面內(nèi)部單向傳輸時延低于5ms5ms，控，控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時間低于制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時間低于50ms50ms，從駐，從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時間小于留狀態(tài)到激活狀態(tài)

13、的遷移時間小于100ms100ms；p支持支持100Km100Km半徑的小區(qū)覆蓋；半徑的小區(qū)覆蓋；p能夠為能夠為350Km/h350Km/h高速移動用戶提供高速移動用戶提供100kbps100kbps的接入服務(wù)；的接入服務(wù)；p支持成對或非成對頻譜，靈活配置支持成對或非成對頻譜，靈活配置1.4-20MHz1.4-20MHz多種帶寬。多種帶寬。 LTE主要性能目標(biāo)主要性能目標(biāo)18LTE關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)p頻譜靈活頻譜靈活 支持更多的頻段（支持更多的頻段（ 1.1.4 4 MHz, MHz, 1.6 MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 1.6 MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10

14、 MHz, 15 MHz and 20 MHz MHz, 15 MHz and 20 MHz ） 靈活的帶寬靈活的帶寬 靈活的雙工方式（靈活的雙工方式（TDD/FDDTDD/FDD）p先進(jìn)的天線解決方案先進(jìn)的天線解決方案 分集技術(shù)分集技術(shù) MIMOMIMO技術(shù)技術(shù) BeamformingBeamforming技術(shù)技術(shù)p新的無線接入技術(shù)新的無線接入技術(shù) OFDMAOFDMA SC-FDMASC-FDMA19ITU 日本日本 韓國韓國 中國中國 美國美國 歐洲歐洲 美國美國移動通信標(biāo)準(zhǔn)化組織移動通信標(biāo)準(zhǔn)化組織20移動通信標(biāo)準(zhǔn)化組織移動通信標(biāo)準(zhǔn)化組織p標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)化組織 3GPP3GPP和和3GP

15、P23GPP2兩個標(biāo)準(zhǔn)化組織推動制定和實施移動通信國際標(biāo)準(zhǔn)兩個標(biāo)準(zhǔn)化組織推動制定和實施移動通信國際標(biāo)準(zhǔn)p3GPP (3th Generation Partner Project)3GPP (3th Generation Partner Project) 成立于成立于19981998年年1212月，總部在歐洲月，總部在歐洲 研究制定基于研究制定基于UMTSUMTS的移動通信標(biāo)準(zhǔn)的移動通信標(biāo)準(zhǔn) 成員單位包括：歐洲成員單位包括：歐洲ETSIETSI、日本、日本ARIBARIB和和TTC TTC 、韓國、韓國TTATTA、美國的、美國的T1P1T1P1及中國的及中國的CCSACCSA等等p3GPP23

16、GPP2 成立于成立于19991999年年1 1月，總部在美國月，總部在美國 研究制定基于研究制定基于ANSI-41ANSI-41的的3G/4G3G/4G標(biāo)準(zhǔn)；標(biāo)準(zhǔn)； 成員單位包括：歐洲成員單位包括：歐洲ETSIETSI、日本、日本ARIBARIB和和TTCTTC、韓國、韓國TTATTA、美國的、美國的TIATIA及中國的及中國的CCSACCSA（中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會）等。（中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會）等。21中國的中國的3G/4G頻段頻段q20022002年中國無線電委員會根據(jù)年中國無線電委員會根據(jù)ITUITU的建議，結(jié)合本國國情，頒布了用的建議，結(jié)合本國國情，頒布了用于于3G3G及未來及未來4G4G

17、頻段：頻段：60 MHz30 MHz FDDTDD100 MHz15MHz 40 MHz 155MHz178518501755188019201980201020252110217022002400 Satellite Empty Satellite 2300q中國移動：中國移動：1880-1900MHz1880-1900MHz和和2010-2025MHz2010-2025MHz（TD-SCDMATD-SCDMA）；）；q中國電信：中國電信：1920-1935MHz1920-1935MHz（上行）和（上行）和2110-2125MHz2110-2125MHz（下行）；（下行）；q中國聯(lián)通：中國聯(lián)

18、通：1940-1955MHz 1940-1955MHz （上行）和（上行）和2130-2145MHz 2130-2145MHz （下行）；（下行）；q中國移動獲中國移動獲130M TD-LTE130M TD-LTE頻譜，含頻譜，含1900MHz 1900MHz （F F頻段）、頻段）、 2300MHz 2300MHz （E E頻段）頻段） 及及D D頻段（頻段（25002500 2690MHz2690MHz）的）的60M60M頻譜。頻譜。q中國電信和中國聯(lián)通各獲得中國電信和中國聯(lián)通各獲得40M TD-LTE40M TD-LTE頻譜，其中用于室內(nèi)覆蓋的頻譜，其中用于室內(nèi)覆蓋的E E頻頻段各段各2

19、0M20M，D D頻段各頻段各20M20M。 22運營商移動頻譜分配運營商移動頻譜分配23移動寬帶化，寬帶移動化移動寬帶化，寬帶移動化IMT-Advanced(4G):高速移動環(huán)境，支持100Mbps; 低速移動環(huán)境，支持約1Gbps趨勢：趨勢：移動化、寬帶化、移動化、寬帶化、 IPIP化化24我們的移動通信需要有我們的移動通信需要有F 更高的頻譜效率更高的頻譜效率F 更高的業(yè)務(wù)質(zhì)量更高的業(yè)務(wù)質(zhì)量F 多種多樣的業(yè)務(wù)多種多樣的業(yè)務(wù)F 支持移動多媒體支持移動多媒體需求需求移動通信發(fā)展的源動力移動通信發(fā)展的源動力25第三代移動通信第三代移動通信p第三代移動通信概述第三代移動通信概述p移動通信技術(shù)基礎(chǔ)

20、移動通信技術(shù)基礎(chǔ)pcdma2000cdma2000技術(shù)技術(shù)pWCDMAWCDMA技術(shù)技術(shù)pTD-SCDMATD-SCDMA技術(shù)技術(shù)pLTE/4GLTE/4G技術(shù)簡介技術(shù)簡介26移動通信技術(shù)基礎(chǔ)移動通信技術(shù)基礎(chǔ)p移動通信業(yè)務(wù)處理流程移動通信業(yè)務(wù)處理流程p語音編碼語音編碼p信道編碼信道編碼p調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)p雙工技術(shù)雙工技術(shù)p多址技術(shù)多址技術(shù)pCDMACDMA通信原理通信原理27語音語音編碼編碼信道信道編碼編碼功率功率放大放大射頻射頻發(fā)射發(fā)射調(diào)制調(diào)制接收接收放大放大業(yè)務(wù)的處理流程業(yè)務(wù)的處理流程解調(diào)解調(diào)語音語音解碼解碼信道信道解碼解碼射頻射頻接收接收語音數(shù)據(jù)語音數(shù)據(jù)28語音編碼語音編碼p概念 語音編

21、碼是將模擬話音信號轉(zhuǎn)換為適于數(shù)字系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)字信號的過程，是移動通信數(shù)字化的基礎(chǔ) 。p語音編碼的意義 提高通話質(zhì)量（數(shù)字化+信道編碼糾錯）； 提高頻譜利用率和系統(tǒng)容量（低碼率，語音激活技術(shù)） ；p移動通信對語音編碼的要求 編碼速率低，語音質(zhì)量好； 有較強的抗噪聲干擾和抗誤碼的性能； 編譯碼延時小，總延時在 65ms 以內(nèi)； 編譯碼器復(fù)雜度低，便于大規(guī)模集成化； 功耗小，便于應(yīng)用于手持機。29語音編碼類型語音編碼類型p波形編碼器 根據(jù)話音信號的波形，采取抽樣、量化、編碼。其逼真程度好、速率高、但占用帶寬大，不適于直接用于移動通信。 例子：PCM64kb/s, ADPCM32kb/sp聲源編碼器

22、 在發(fā)端提取產(chǎn)生話音信號的特征參數(shù)，在收端由編碼參數(shù)重新獲得話音。 比特速率可以壓縮的很低，但語音質(zhì)量較差；p混合編碼 綜合波形編碼和聲源編碼方式形成的編碼器。 適于編碼速率中等的場合（適于移動通信） GSM ：RPE-LTP CDMA：CELP/EVRC30CDMA語音編碼語音編碼 pQCELP Qualcomm公司的碼激勵線性預(yù)測編碼（Qualcomm Code Excited Linear Predictive Coding，QCELP）8-kbps 聲碼器, 簡稱Qcelp8k。 Qcelp8k 語音編碼采用可變速率的編碼算法，可用速率有全速率、半速率、1/4速率和 1/8 速率，分別

23、對應(yīng) 9600bps、4800 bps、2400bps 和 1200bps 的幀速率。 Qcelp8k 性能較為優(yōu)異，成為 IS-95 CDMA 系統(tǒng)的語音服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)選項 1，也是 CDMA2000 的語音編解碼器標(biāo)準(zhǔn)之一。pEVRC 1996 年 9 月正式推出的 EVRC（Enhanced Variable Rate Codec）聲碼器（IS-127），具有良好的抗干擾能力,以 8kbps 的比特速率獲得了接近于 Qcelp13k 的語音質(zhì)量，從而成為CDMA IS-95 的可選服務(wù)標(biāo)準(zhǔn) 3（Service Option 3），進(jìn)而也和 Qcelp8k 同時成為 CDMA2000 的語音服務(wù)

24、標(biāo)準(zhǔn)。31信道編碼信道編碼p定義定義 對一個具有確定長度的數(shù)字信號序列對一個具有確定長度的數(shù)字信號序列m m，人為地按一，人為地按一定規(guī)則加進(jìn)非定規(guī)則加進(jìn)非信息數(shù)字序列，以構(gòu)成一個碼字，然后經(jīng)調(diào)制器變換為適合信道傳輸?shù)男畔?shù)字序列，以構(gòu)成一個碼字，然后經(jīng)調(diào)制器變換為適合信道傳輸?shù)男盘柕倪^程。信號的過程。p功能功能 顯著改善數(shù)字信息在數(shù)字移動變參信道傳輸過程中由于各種噪顯著改善數(shù)字信息在數(shù)字移動變參信道傳輸過程中由于各種噪聲和干擾而造成的誤碼，提高系統(tǒng)的可靠性。聲和干擾而造成的誤碼，提高系統(tǒng)的可靠性。32信道編碼信道編碼p數(shù)字傳輸差錯概念 隨機錯誤：每個碼元錯誤概率與前后碼元無關(guān)，是獨立錯誤；

25、突發(fā)錯誤：一個碼元錯誤往往影響前后碼元的錯誤概率。p差錯控制方式 前向糾錯（FEC） 發(fā)端發(fā)送具有糾錯性能的碼，如果在傳輸過程中產(chǎn)生的錯誤屬于該糾錯碼能糾的類型，則收端譯碼器不僅能檢錯，而且能自動糾錯。在移動通信系統(tǒng)中，幾乎都采用FEC方法，實現(xiàn)方法：線性分組碼：BCH、FIRE、RS非線性碼：卷積碼（糾隨機錯誤） 反饋重傳（ARQ） 混合糾錯33信道編碼信道編碼p信道編碼的基本原理 根據(jù)一定的規(guī)律，在待發(fā)送的信息碼元中加入一些冗余的碼元，以換取信息碼元在傳輸中的可靠性突發(fā)錯誤： 冗余碼元：監(jiān)督（校驗）碼元 信道編碼的目的：以加入最少的冗余碼元為代價，換取提高最大的可靠性； 按照加入冗余碼元的

26、規(guī)律，信道編碼可以分為線性和非線性兩大類，分別稱為線性碼和非線性碼； 按照監(jiān)督位完成的功能可劃分為僅具發(fā)現(xiàn)差錯功能的檢錯碼和具有糾正差錯功能的糾錯碼兩類。34信道編碼類型信道編碼類型p線性分組碼 按照代數(shù)規(guī)律構(gòu)造，故又稱為代數(shù)編碼。一般可記為（n, k）碼，其中 k 為信息碼長度，n 為碼組長度，而監(jiān)督位長度為 n-k。編碼時按每 k個信息碼元一組進(jìn)行。p卷積碼 一種非線性的有記憶編碼，是以編碼規(guī)則遵從卷積運算而得名； 卷積碼可記為（n, k, m）碼，其中 k 表示輸入信息的路數(shù)，n 表示碼元輸出的路數(shù)， m 表示編碼器中寄存器得節(jié)數(shù)。輸出碼元 n 不僅與輸入信息位 k有關(guān)，而且與編碼器中記

27、憶的 m 位有關(guān)，通常稱 K = m+1 為約束長度（記憶長度）。p數(shù)字移動通信信道編碼 GSM 和 IS-95：卷積碼 3G：話音采用卷積碼，數(shù)據(jù)既可采用卷積碼也可采用 TURBO 碼。35調(diào)制調(diào)制技術(shù)技術(shù)p調(diào)制的概念 數(shù)字調(diào)制與檢測，就是基本的信息符號與適合信道傳輸?shù)牟ㄐ沃g的轉(zhuǎn)換。目的是為了使待傳輸信號的特性與傳輸信道特性匹配。p移動通信對調(diào)制的要求 可靠性：即抗干擾性能，要求選擇誤碼率低的調(diào)制方式 有效性：要求選擇功率譜密度集中在主瓣內(nèi)、且頻譜效率高的調(diào)制方式； 易于工程實現(xiàn)：要求實現(xiàn)簡單可靠、體積小、成本低。36調(diào)制的基本性能調(diào)制的基本性能p抗干擾特性 調(diào)制最主要的特性，一般用誤碼率

28、 Pe 來衡量；p頻譜效率（系統(tǒng)有效性） 調(diào)制的另一個主要特性，采用單位頻帶在單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?（bps/Hz）來衡量；p功率效率（系統(tǒng)可靠性） 可用已調(diào)信號的平均功率、及其與峰值功率的比值（峰均比）來衡量，直接影響高功率放大器的線性度要求和動態(tài)范圍要求等工程實現(xiàn)性能。37BPSK 和和 QPSK 調(diào)制調(diào)制p二相相移（BPSK）p四相相移（QPSK）串并變換串并變換 cos( ct)sin( ct)+-anS(t)TbI支路支路Q支路支路cos( ct)S(t)an38BPSK 和和 QPSK 調(diào)制調(diào)制pQPSK 信號可以看成是兩個BPSK 信號之和，具有 BPSK 信號的頻譜特征和誤碼

29、率。pBPSK和QPSK 信號的星座圖QPSK+1BPSK-1QI+1+1-10-139IQPNi1.2288McpsPNq1.2288Mcps基帶濾波基帶濾波Cos(2fct)Sin(2fct)I(t)Q(t)s(t)A9595前向前向IS-95 調(diào)制方式：調(diào)制方式：QPSK40p95反向采用OQPSK調(diào)制pOQPSK阻止信號過零，大大減小調(diào)制信號動態(tài)范圍，降低輸出功率峰均比p降低對移動臺功放的線性要求IQPNi1.2288McpsPNq1.2288Mcps基帶濾波基帶濾波Cos(2fct)Sin(2fct)I(t)Q(t)s(t)A1/2chip9595反向反向IS-95 調(diào)制方式：調(diào)制方

30、式：OQPSK41移動通信的雙工技術(shù)移動通信的雙工技術(shù)f收信收信f發(fā)信發(fā)信f收發(fā)信收發(fā)信T收信收信T發(fā)信發(fā)信tttFDDTDD42p什么是多址技術(shù)？許多移動用戶共用一個寬帶信道。即其中任意兩用戶通過在射頻信道上的復(fù)用即共用一個載頻，從而建立各自的信道，實現(xiàn)相互通信，不影響其他用戶的通信方式。為了實現(xiàn)多址通信所采用的技術(shù)措施叫多址技術(shù)。p 多址技術(shù)實現(xiàn)的條件多址技術(shù)是建立在信號可以分割的理論上的，它包括在發(fā)射端信號的復(fù)合，接收端信號的有效分離有效分離。保證接收端信號的有效分離的條件是：確保已混合的信號內(nèi)的各個已調(diào)信號必須相互線性無關(guān)相互線性無關(guān)，且相互正交相互正交線性無關(guān)：指各個已調(diào)信號在信道中

31、互相疊加時不會發(fā)生相互抵 消而使接收端所需信號為零。相互正交：表示信號僅與本信號點積時有輸出，而與其他信號點 積時輸出為零。多址技術(shù)多址技術(shù)43p技術(shù)要點：每個用戶占用一個頻率技術(shù)要點：每個用戶占用一個頻率p用戶識別：頻道號用戶識別：頻道號p主要技術(shù)特點：主要技術(shù)特點： 頻分多址接入方式，以頻段區(qū)分用戶 簡單，容易實現(xiàn)，適用于模擬和數(shù)字信號 以頻率復(fù)用為基礎(chǔ)，以頻帶劃分各種小區(qū) 需要嚴(yán)格的頻率規(guī)劃，是頻率受限和干擾受限系統(tǒng) 以頻道區(qū)分用戶地址，一個頻道傳輸一路模擬/數(shù)字話路 對功率控制的要求不嚴(yán)，硬件設(shè)備取決于頻率規(guī)劃和頻道設(shè)置 基站由多部不同載波頻率的發(fā)射機同時工作 不適宜大容量系統(tǒng)使用p典

32、型應(yīng)用：模擬典型應(yīng)用：模擬/ /數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)頻分多址（頻分多址（FDMA）技術(shù)）技術(shù)44p技術(shù)要點：每個用戶占用一個時隙技術(shù)要點：每個用戶占用一個時隙p用戶識別：時隙用戶識別：時隙p主要技術(shù)特點：主要技術(shù)特點： 系統(tǒng)要求嚴(yán)格的系統(tǒng)定時同步 以頻率復(fù)用為基礎(chǔ)，小區(qū)內(nèi)以時隙區(qū)分用戶 每個時隙傳輸一路數(shù)字信號，軟件對時隙動態(tài)配置 對功率控制的要求不嚴(yán) 是時隙受限和干擾受限系統(tǒng) TDD模式下，上下行信道可以共享p典型應(yīng)用：典型應(yīng)用：GSMGSM系統(tǒng)系統(tǒng)時分多址（時分多址（TDMA）技術(shù)）技術(shù)45pCDMACDMA屬于二維（時、頻域）劃分屬于二維（時、頻域）劃分p用戶識別：碼

33、字用戶識別：碼字p技術(shù)要點：每個用戶使用一個碼字，時間技術(shù)要點：每個用戶使用一個碼字，時間/ /頻率共享頻率共享p主要技術(shù)特點：主要技術(shù)特點： 每個基站只需一個射頻系統(tǒng) 每個碼傳輸一路數(shù)字信號 每個用戶共享時間和頻率 是一個多址干擾受限系統(tǒng) 需要嚴(yán)格的功率控制 需要定時同步 軟容量、軟切換，系統(tǒng)容量大 抗衰落、抗多徑能力強p典型應(yīng)用：典型應(yīng)用： IS-95 CDMAIS-95 CDMA系統(tǒng)、系統(tǒng)、TD-SCDMATD-SCDMA系統(tǒng)、系統(tǒng)、WCDMAWCDMA系統(tǒng)、系統(tǒng)、 cdma2000cdma2000系統(tǒng)系統(tǒng)碼分多址（碼分多址（CDMA）技術(shù)）技術(shù)46qCDMA (Code Divisio

34、n Multiple AccessCDMA (Code Division Multiple Access，碼分多址，碼分多址) ) 利用不同的編碼序列識別不同用戶，即使用不同的信號波形利用不同的編碼序列識別不同用戶，即使用不同的信號波形區(qū)分不同的用戶。區(qū)分不同的用戶。q擴(kuò)頻通信擴(kuò)頻通信 發(fā)端采用擴(kuò)頻碼調(diào)制，使信號所占的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信發(fā)端采用擴(kuò)頻碼調(diào)制，使信號所占的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必須的帶寬息必須的帶寬 收端采用與發(fā)端相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)解調(diào)和解擴(kuò)，恢復(fù)所收端采用與發(fā)端相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)解調(diào)和解擴(kuò)，恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。傳信息數(shù)據(jù)。CDMA通信原理通信原理發(fā)端發(fā)端接收端接收端擴(kuò)頻序列擴(kuò)

35、頻序列擴(kuò)頻序列擴(kuò)頻序列輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)( (基帶基帶) )恢復(fù)出的數(shù)據(jù)恢復(fù)出的數(shù)據(jù)( (基帶基帶) )擴(kuò)頻后的數(shù)據(jù)流擴(kuò)頻后的數(shù)據(jù)流 ( (基帶信號基帶信號 + + 擴(kuò)頻序列擴(kuò)頻序列) )47Shanon公式 C=B*log2(1+S/N)C：信道容量，單位b/s B：信號頻帶寬度，單位HzS：信號平均功率，單位WN：噪聲平均功率，單位W結(jié)論結(jié)論l 在信道容量在信道容量C C不變的情況下，信號頻帶寬度不變的情況下，信號頻帶寬度B B與信噪比與信噪比S/NS/N完全完全可以互相交換可以互相交換l可以通過增大傳輸系統(tǒng)的帶寬以在較低信噪比的條件下獲得比可以通過增大傳輸系統(tǒng)的帶寬以在較低信噪比的條件下獲

36、得比較滿意的傳輸質(zhì)量較滿意的傳輸質(zhì)量擴(kuò)頻通信理論基礎(chǔ)擴(kuò)頻通信理論基礎(chǔ)48擴(kuò)頻通信系統(tǒng)快速擴(kuò)頻序列快速擴(kuò)頻序列發(fā)送的慢速信息發(fā)送的慢速信息TX接收的慢速信息接收的慢速信息RX快速擴(kuò)頻序列快速擴(kuò)頻序列寬帶信號寬帶信號CDMA直接序列擴(kuò)頻直接序列擴(kuò)頻49User 1 Code 1CompositeTimeFrequency+=Direct Sequence CDMA單元二 CDMA基本原理擴(kuò)頻、解擴(kuò)中頻域時域的變化擴(kuò)頻、解擴(kuò)中頻域時域的變化50擴(kuò)頻抗干擾原理擴(kuò)頻抗干擾原理p擴(kuò)頻解調(diào)器利用本地地址碼的相關(guān)性作解擴(kuò)處理，有用信號頻譜被恢復(fù)為窄帶譜; 窄帶干擾信號則在解擴(kuò)過程中被擴(kuò)展成為寬帶譜。解調(diào)后有用

37、信號為窄帶譜，無用信號和干擾為寬帶譜，可以借助于解調(diào)后濾波器去除帶外的無用信號，帶內(nèi)的信噪比就可以大大提高，起到了抑制干擾和無用信號的目的。擴(kuò)頻調(diào)制擴(kuò)頻調(diào)制信道信道擴(kuò)頻解調(diào)擴(kuò)頻解調(diào)d (t)d (t)c (t)c (t)-Rb (t)-Rb (t)Rb (t)Rb (t)-Rc (t)Rc (t)干擾干擾-Rc (t)Rc (t)AABBCCDDy (t)yr (t)干擾干擾51q擴(kuò)頻增益擴(kuò)頻增益 擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾性能 Bw / Bs 定義：GP=Bw / Bs 擴(kuò)頻系統(tǒng)的處理增益，反映了擴(kuò)頻系統(tǒng)信噪比的改善程度。q抗干擾容限抗干擾容限 M = Gp L + (S / N0)o 物理意義：正常

38、通信條件下，系統(tǒng)能承受的干擾高出信號的分貝數(shù)； CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)正常工作的最低信噪比要求為7 dB。擴(kuò)頻增益與抗干擾容限擴(kuò)頻增益與抗干擾容限52p隱蔽性和保密性p抗干擾和抗多徑衰落能力強p實現(xiàn)多址技術(shù)、增加容量、提高頻率復(fù)用 率。p占用頻帶較寬，系統(tǒng)復(fù)雜性增加。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的主要技術(shù)特點擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的主要技術(shù)特點53CDMA 多址方式多址方式qCDMACDMA多址方式的特征多址方式的特征 不同的高速擴(kuò)頻碼作為不同用戶的地址碼序列 地址碼相互正交 CDMA信號在頻率、時間和空間上重疊不同用戶使用不同用戶使用不同的擴(kuò)頻碼不同的擴(kuò)頻碼54碼道碼道時間時間頻率頻率CDMAFDMA碼道碼道時

39、間時間頻率頻率CDMAFDMATDMACDMA 多址方式多址方式（a） cdma2000 / WCDMA 多址方式結(jié)構(gòu)多址方式結(jié)構(gòu)（b） TD-SCDMA多址方式結(jié)構(gòu)多址方式結(jié)構(gòu)55q具有抗干擾和抗多徑衰落的能力q系統(tǒng)容量大q覆蓋廣q小區(qū)呼吸功能q軟容量q不需要復(fù)雜的頻率分配和管理q軟切換q無需均衡器q安全、保密q存在多址干擾和遠(yuǎn)近效應(yīng)CDMA碼分多址技術(shù)特點碼分多址技術(shù)特點繼續(xù)繼續(xù)56p地址碼類型地址碼類型 用戶地址：區(qū)分不同的移動用戶用戶地址：區(qū)分不同的移動用戶 用戶地址碼的數(shù)量要求用戶地址碼的數(shù)量要求 各用戶間地址的正交（準(zhǔn)正交）性能要求各用戶間地址的正交（準(zhǔn)正交）性能要求 多速率（多媒

40、體）業(yè)務(wù)地址：用于多媒體業(yè)務(wù)中區(qū)分不同類多速率（多媒體）業(yè)務(wù)地址：用于多媒體業(yè)務(wù)中區(qū)分不同類型速率的業(yè)務(wù)；型速率的業(yè)務(wù)； 質(zhì)量的要求，滿足不同速率業(yè)務(wù)之間的正交性能；質(zhì)量的要求，滿足不同速率業(yè)務(wù)之間的正交性能； 信道地址：用于區(qū)分每個小區(qū)的不同信道；信道地址：用于區(qū)分每個小區(qū)的不同信道； 質(zhì)量的要求，各信道之間正交、互不干擾；質(zhì)量的要求，各信道之間正交、互不干擾； 基站地址：用于區(qū)分不同基站與扇區(qū)基站地址：用于區(qū)分不同基站與扇區(qū) 數(shù)量上有一定的要求，要求各基站間正交減少基站間干擾。數(shù)量上有一定的要求，要求各基站間正交減少基站間干擾。CDMA地地址碼類型址碼類型57pm m序列序列pGolden

41、Golden序列序列pWalshWalsh函數(shù)列函數(shù)列 固定序列長度的固定序列長度的walshwalsh序列；序列； 變長序列長度的變長序列長度的walshwalsh序列；序列；p正交可變擴(kuò)頻因子碼（正交可變擴(kuò)頻因子碼（OVSFOVSF）常用常用CDMA地地址碼址碼58pm序列：最長線性反饋移位寄存器序列。pm序列組成：n 級移位寄存器、適當(dāng)抽頭反饋和模2加法器；pN 級移位寄存器產(chǎn)生的最大長度的碼序列：P = 2n 1位n級移位寄存器： 2n 1個狀態(tài)（除去全零狀態(tài)）p生成多項式Gn(x) = C0X0 + C1X1 + C2X2 + + CnXnm 序列概念序列概念D1 D2 D3 Dn

42、P = 2n 1 59Out001110p 長碼發(fā)生器組成最大移位寄存器序列+掩碼 p 輸出序列周期為242-1 （沒有全0狀態(tài)）p 當(dāng)掩碼不同時，輸出相位不同p長碼的作用 長碼在前向用作擾碼加密 控制功率控制比特的插入 長碼在反向提供信道化m- 序列序列IS-95 長碼序列的產(chǎn)生長碼序列的產(chǎn)生60p 短碼短碼為一周期215 的M-序列 在m-序列中增加了一個全0狀態(tài) 每個基站在短碼中指配一個時間偏置 系統(tǒng)利用PN短碼的時間偏置來區(qū)別小區(qū) 可允許所有Walsh碼在各小區(qū)復(fù)用 系統(tǒng)規(guī)定PN碼最小偏移值為64chips，可以有512個時間偏置來作小區(qū)識別p導(dǎo)頻偏置 每個基站利用導(dǎo)頻信號PN序列的時

43、間偏置來識別一個前向CDMA信道 相同的導(dǎo)頻信號PN序列在一個基站用于所有CDMA信道。PNaPNcPNbIS-95 短碼與導(dǎo)頻偏置短碼與導(dǎo)頻偏置61p一種一種m m序列的復(fù)合碼序列的復(fù)合碼 將周期相等，并經(jīng)過優(yōu)選的兩個m序列進(jìn)行模2加組合形成新的序列；p2 2n n + 1 + 1個個GoldGold序列序列 兩個m序列共有2n 1不同的相對位移 兩個產(chǎn)生Gold序列的m序列優(yōu)選對pWCDMAWCDMA使用使用GoldGold序列作為擾碼（上行序列作為擾碼（上行2525階，下行階，下行1818階）階）Gold 序列序列碼發(fā)生器 1碼發(fā)生器 2時鐘62q一種非正弦的完備正交函數(shù)系一種非正弦的完

44、備正交函數(shù)系 兩種取值（-1、+1或0、1） 沃爾什函數(shù)族中，兩兩之間的互相關(guān)函數(shù)為“0”，它們之間是完全正交的。q哈達(dá)碼矩陣H與沃爾什函數(shù)沃爾什函數(shù) +l和 -l元素構(gòu)成的正交方陣 H中任意兩行或兩列這些函數(shù)互相正交 一般關(guān)系式Walsh（沃爾什）函數(shù)（沃爾什）函數(shù) 2NNNNNHHHHH1000 111122HH或，WALSH CODES # - 64-Chip Sequence - 0 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 1 01010101010101010101010101010101010

45、10101010101010101010101010101 2 0011001100110011001100110011001100110011001100110011001100110011 3 0110011001100110011001100110011001100110011001100110011001100110 4 0000111100001111000011110000111100001111000011110000111100001111 5 0101101001011010010110100101101001011010010110100101101001011010 6

46、0011110000111100001111000011110000111100001111000011110000111100 7 0110100101101001011010010110100101101001011010010110100101101001 8 0000000011111111000000001111111100000000111111110000000011111111 9 010101011010101001010101101010100101010110101010010101011010101010 00110011110011000011001111001100

47、0011001111001100001100111100110011 011001101001100101100110100110010110011010011001011001101001100112 000011111111000000001111111100000000111111110000000011111111000013 010110101010010101011010101001010101101010100101010110101010010114 0011110011000011001111001100001100111100110000110011110011000011

48、15 011010011001011001101001100101100110100110010110011010011001011016 000000000000000011111111111111110000000000000000111111111111111117 010101010101010110101010101010100101010101010101101010101010101018 001100110011001111001100110011000011001100110011110011001100110019 01100110011001101001100110011

49、0010110011001100110100110011001100120 000011110000111111110000111100000000111100001111111100001111000021 010110100101101010100101101001010101101001011010101001011010010122 001111000011110011000011110000110011110000111100110000111100001123 0110100101101001100101101001011001101001011010011001011010010

50、11024 000000001111111111111111000000000000000011111111111111110000000025 010101011010101010101010010101010101010110101010101010100101010126 001100111100110011001100001100110011001111001100110011000011001127 011001101001100110011001011001100110011010011001100110010110011028 00001111111100001111000000

51、0011110000111111110000111100000000111129 010110101010010110100101010110100101101010100101101001010101101030 001111001100001111000011001111000011110011000011110000110011110031 011010011001011010010110011010010110100110010110100101100110100132 0000000000000000000000000000000011111111111111111111111111

52、11111133 010101010101010101010101010101011010101010101010101010101010101034 001100110011001100110011001100111100110011001100110011001100110035 011001100110011001100110011001101001100110011001100110011001100136 000011110000111100001111000011111111000011110000111100001111000037 01011010010110100101101

53、0010110101010010110100101101001011010010138 001111000011110000111100001111001100001111000011110000111100001139 011010010110100101101001011010011001011010010110100101101001011040 000000001111111100000000111111111111111100000000111111110000000041 0101010110101010010101011010101010101010010101011010101

54、00101010142 001100111100110000110011110011001100110000110011110011000011001143 011001101001100101100110100110011001100101100110100110010110011044 000011111111000000001111111100001111000000001111111100000000111145 010110101010010101011010101001011010010101011010101001010101101046 00111100110000110011

55、1100110000111100001100111100110000110011110047 011010011001011001101001100101101001011001101001100101100110100148 000000000000000011111111111111111111111111111111000000000000000049 010101010101010110101010101010101010101010101010010101010101010150 0011001100110011110011001100110011001100110011000011

56、00110011001151 011001100110011010011001100110011001100110011001011001100110011052 000011110000111111110000111100001111000011110000000011110000111153 010110100101101010100101101001011010010110100101010110100101101054 001111000011110011000011110000111100001111000011001111000011110055 01101001011010011

57、0010110100101101001011010010110011010010110100156 000000001111111111111111000000001111111100000000000000001111111157 010101011010101010101010010101011010101001010101010101011010101058 001100111100110011001100001100111100110000110011001100111100110059 0110011010011001100110010110011010011001011001100

58、11001101001100160 000011111111000011110000000011111111000000001111000011111111000061 010110101010010110100101010110101010010101011010010110101010010162 001111001100001111000011001111001100001100111100001111001100001163 011010011001011010010110011010011001011001101001011010011001011063Walsh 001020304

59、05060IS-95 CDMA Walsh碼碼Walsh 6364pIS-95前向鏈路采用64階Walsh函數(shù)作為擴(kuò)頻函數(shù)，Walsh碼是正交碼；pIS-95在反向鏈路上采用Walsh碼作為正交多進(jìn)制調(diào)制； 由編碼器輸出的數(shù)據(jù)每六個比特對應(yīng)一個Walsh碼（6符號變換到64個符號） 數(shù)據(jù)由28.8kbps擴(kuò)展到307.2kbps6 symbol64*64矩陣64iw2012345DDDDDDi 01010164 階正交階正交Walsh 函數(shù)函數(shù)Walsh函數(shù)函數(shù)65全正交可變長度擴(kuò)頻碼（全正交可變長度擴(kuò)頻碼（OVSF） WCDMAWCDMA系統(tǒng)為了支持多速率、多業(yè)務(wù)，只有通過可變擴(kuò)頻比才能達(dá)到

60、系統(tǒng)為了支持多速率、多業(yè)務(wù)，只有通過可變擴(kuò)頻比才能達(dá)到同一要求的信道速率。同一要求的信道速率。 同一小區(qū)中，各移動用戶可在相同頻段同時發(fā)送不同的多媒體業(yè)務(wù)同一小區(qū)中，各移動用戶可在相同頻段同時發(fā)送不同的多媒體業(yè)務(wù)（速率不一樣），為防止多用戶信道之間的干擾，必須設(shè)計一類適（速率不一樣），為防止多用戶信道之間的干擾，必須設(shè)計一類適合于多速率業(yè)務(wù)和不同擴(kuò)頻比的正交信道地址碼，即合于多速率業(yè)務(wù)和不同擴(kuò)頻比的正交信道地址碼，即OVSFOVSF碼。碼。 OVSFOVSF碼是碼是WCDMAWCDMA系統(tǒng)的地址碼，用于擴(kuò)頻操作。系統(tǒng)的地址碼，用于擴(kuò)頻操作。 OVSFOVSF碼是一組長短不同的碼，低速率的擴(kuò)頻比