第章移動(dòng)通信基本技術(shù)及原理

2.1電波傳播特性與信道建模技術(shù)移動(dòng)信道是一個(gè)時(shí)變的隨參信道，這是由于一方面移動(dòng)通信雙方都有可能處于高速移動(dòng)狀態(tài)，另一方面移動(dòng)通信收發(fā)信機(jī)之間的傳播環(huán)境處于動(dòng)態(tài)變化中，最終使無(wú)線傳播路徑復(fù)雜多變，整個(gè)無(wú)線信道參數(shù)處于時(shí)變狀態(tài)。移動(dòng)通信中的各類(lèi)新技術(shù)，都是針對(duì)移動(dòng)信道的動(dòng)態(tài)時(shí)變特性，為解決移動(dòng)通信中的有效性、可靠性和安全性的基本指標(biāo)而設(shè)計(jì)的。因此，分析移動(dòng)信道的特點(diǎn)是解決移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)的前提，也是產(chǎn)生移動(dòng)通信中各類(lèi)新技術(shù)的源泉?，F(xiàn)在是1頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2.1.1無(wú)線電波傳播特性無(wú)線電波傳播有天波、地波、視距傳播等主要方式，而在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，由于受到不同的環(huán)境影響，如城區(qū)的高層建筑、郊區(qū)的山體、其他電磁輻射影響等干擾，使得無(wú)線電波傳播出現(xiàn)明顯的多徑效應(yīng)，引起多徑衰落。現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四發(fā)射機(jī)天線發(fā)出的無(wú)線電波，可由不同的路徑到達(dá)接收機(jī)，當(dāng)頻率f>30MHz時(shí)，典型的傳播通路如圖2-1所示。直射、反射、繞射是主要形式，有時(shí)穿透直射波與散射波的影響也需要適當(dāng)考慮。(1)(3)(2)圖2-1無(wú)線傳播路徑現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四對(duì)無(wú)線電波傳播模型的研究，傳統(tǒng)上集中于距發(fā)射機(jī)一定距離處平均接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的預(yù)測(cè)，以及特定位置附近信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的變化。對(duì)于預(yù)測(cè)平均信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)并用于估計(jì)無(wú)線覆蓋范圍的傳播模型，由于它們描述的是發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間長(zhǎng)距離（T-R）長(zhǎng)距離（幾百米或是幾千米）上的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)變化，所以稱(chēng)為大尺度傳播模型；另一方面，描述無(wú)線電信號(hào)在短距離或短時(shí)間傳播后其幅度、相位或多徑時(shí)延快速變化的稱(chēng)為小尺度衰落傳播模型。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在極小范圍內(nèi)移動(dòng)時(shí)，可能引起瞬時(shí)接收?qǐng)鰪?qiáng)的快速波動(dòng)，即小尺度衰落，其原因是接收信號(hào)由不同方向信號(hào)合成。小尺度衰落也稱(chēng)為快衰落。由于小尺度衰落變化速度較快，以至于大尺度路徑損耗的影響可以忽略不計(jì)。這種衰落是由于同一傳播信號(hào)沿兩個(gè)或多個(gè)路徑傳播，以微小的時(shí)間差到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)相互干擾所引起的。大尺度衰落與小尺度衰落現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2.1.2移動(dòng)信道特征1．傳播特征⑴傳播的開(kāi)放性。無(wú)線信道都是基于電磁波在空間的傳播來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式信息傳輸?shù)?。它不同于固定的有線通信，是基于全封閉式的傳輸線來(lái)實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)?。⑵接收環(huán)境的復(fù)雜性。接收點(diǎn)地理環(huán)境的復(fù)雜多樣，一般可將接收點(diǎn)地理環(huán)境分為高樓林立的城市繁華區(qū)、以一般性建筑為主的近郊區(qū)、以山區(qū)和湖泊等為主的農(nóng)村及遠(yuǎn)郊區(qū)。⑶通信用戶(hù)的隨機(jī)移動(dòng)性。用戶(hù)通信一般有3種狀態(tài)：準(zhǔn)靜態(tài)的室內(nèi)用戶(hù)通信、慢速步行用戶(hù)通信、高速車(chē)載用戶(hù)通信。。

現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四3種損耗⑴路徑損耗：即電波在空間中傳播產(chǎn)生的損耗。它反映出電波在宏觀范圍內(nèi)的空間距離上接收信號(hào)電平平均值的變化趨勢(shì)。⑵慢衰落損耗：主要是指電波在傳播路徑上受到建筑物等阻擋所產(chǎn)生陰影效應(yīng)時(shí)的損耗。它反映出電波在中等范圍內(nèi)的接收信號(hào)點(diǎn)評(píng)平均值起伏變化趨勢(shì)。⑶快衰落損耗：它是反映微觀小范圍接收電平平均值的起伏變化趨勢(shì)。其電平幅度分布一般遵從瑞利分布、萊斯分布和納卡伽米分布，變化速度比慢衰落快，因此稱(chēng)為快衰落?？焖ヂ溥€可分為：空間選擇性衰落、頻率選擇性衰落和時(shí)間選擇性衰落?，F(xiàn)在是6頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四4種效應(yīng)⑴陰影效應(yīng)：由于大型建筑物和其他物體遮擋，在電波傳播的接收區(qū)域產(chǎn)生傳播半盲區(qū)。⑵遠(yuǎn)近效應(yīng)：由于接收用戶(hù)的隨機(jī)移動(dòng)性，移動(dòng)用戶(hù)與基站之間的距離也在隨機(jī)的變化，若各種移動(dòng)用戶(hù)發(fā)射信號(hào)的功率一樣，那么到達(dá)基站時(shí)信號(hào)的強(qiáng)弱將不同，離基站近的信號(hào)強(qiáng)，反之則弱。⑶多徑效應(yīng)：由于接收者所處地理環(huán)境復(fù)雜性，使得接收到的信號(hào)不僅有直射波的主徑信號(hào)，還有從不同建筑物反射及繞射過(guò)來(lái)的多條不同路徑信號(hào)，而且它們到達(dá)時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度、到達(dá)時(shí)間及到達(dá)時(shí)的載波相位都不一樣。所接收到的信號(hào)實(shí)際上是各路徑信號(hào)的矢量和。多徑效應(yīng)是移動(dòng)信道中較主要干擾。⑷多普勒效應(yīng)：它是由于接收用戶(hù)處于高速移動(dòng)中，比如車(chē)載通信時(shí)傳播頻率的擴(kuò)散而引起的，其擴(kuò)散程度與用戶(hù)運(yùn)動(dòng)速度成正比。這一現(xiàn)象只在高速車(chē)載通信時(shí)出現(xiàn)。現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2．主要快衰落圖2-3空間選擇性衰落信道原理圖現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四圖2-4頻率選擇性衰落信道原理圖現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四圖2-5時(shí)間選擇性衰落信道原理圖現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四3．多普勒頻移無(wú)線電波從源S出發(fā)，在X點(diǎn)與Y點(diǎn)分別被移動(dòng)臺(tái)接收時(shí)所走的路徑差為在這里Δt是移動(dòng)臺(tái)從X運(yùn)動(dòng)到Y(jié)所需的時(shí)間，θ是X和Y與入射波的夾角。由于源端距離很遠(yuǎn)，可以假設(shè)X、Y處的θ是相同的。所以，由路徑差造成的接收信號(hào)相位變化值為

由此可以得出頻率變化值，即多普勒頻移fd為

圖2-6多普勒效應(yīng)示意圖現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2.1.3移動(dòng)信道建模技術(shù)移動(dòng)通信信道模型作為推動(dòng)整個(gè)移動(dòng)通信發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)設(shè)計(jì)中關(guān)鍵點(diǎn)與難點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外都對(duì)它做了大量的研究，并得到了一些成果，已建立的移動(dòng)信道模型從建模方法上分為幾何模型、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c概率模型3類(lèi)（參見(jiàn)8.3節(jié)），從研究角度分為空域模型、時(shí)域模型和時(shí)空域模型3類(lèi)。在移動(dòng)通信發(fā)展初期，接收天線大都只考慮接收信號(hào)的平均功率，對(duì)信道模型，對(duì)其研究時(shí)主要是考慮電磁波在傳播過(guò)程中的損耗，以便預(yù)測(cè)基站的無(wú)線覆蓋范圍，用于頻率規(guī)劃設(shè)計(jì)。隨移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，用戶(hù)數(shù)量急劇增加，要求移動(dòng)通信在有限的頻率資源上極大地提高系統(tǒng)容量，于是便引進(jìn)了分析接收信號(hào)幅度分布情況（即衰落分布情況）、多普勒頻移情況，模型要能更多地描述傳播信道的空時(shí)特性，以便尋找更多的應(yīng)對(duì)措施（新技術(shù)）以提高移動(dòng)通信質(zhì)量，并擴(kuò)大其通信能力?，F(xiàn)在是12頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2.2多址技術(shù)2.2.1多址方式多址技術(shù)與通信中的信號(hào)多路復(fù)用是一樣的，實(shí)質(zhì)上都屬于信號(hào)的正交劃分與設(shè)計(jì)技術(shù)。不同點(diǎn)是多路復(fù)用的目的是區(qū)別多個(gè)通路，通常是在基帶和中頻上實(shí)現(xiàn)的，而多址技術(shù)是區(qū)分不同的用戶(hù)地址，通常需要利用射頻頻段輻射的電磁波來(lái)尋找動(dòng)態(tài)用戶(hù)地址，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)多址信號(hào)之間不相互干擾，信號(hào)之間必須滿(mǎn)足正交特性。多址技術(shù)把處于不同地點(diǎn)的多個(gè)用戶(hù)接入一個(gè)公共傳輸媒介，實(shí)現(xiàn)各用戶(hù)之間通信，因此，多址技術(shù)又稱(chēng)為“多址連接”技術(shù)。從本質(zhì)上講，多址技術(shù)是研究如何將有限的通信資源在多個(gè)用戶(hù)之間進(jìn)行有效的切割與分配，在保證多用戶(hù)之間通信質(zhì)量的同時(shí)盡可能地降低系統(tǒng)的復(fù)雜度并獲得較高系統(tǒng)容量的一門(mén)技術(shù)。移動(dòng)通信中常用的多址技術(shù)有3類(lèi)，即FDMA、TDMA、CDMA，實(shí)際中也常用到這3種基本多址方式的混合多址方式?，F(xiàn)在是13頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四FDMA在頻分多址通信網(wǎng)絡(luò)中，將可使用的頻段按一定的頻率間隔（如25kHz或30kHz）分割成多個(gè)頻道。眾多的移動(dòng)臺(tái)共享整個(gè)頻段，根據(jù)按需分配的原則，不同的移動(dòng)用戶(hù)占用不同的頻道。各個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)在頻譜上互不重疊，其寬度能傳輸一路話音信息，而相鄰頻道之間無(wú)明顯干擾。為了實(shí)現(xiàn)雙工通信，信號(hào)的發(fā)射與接收就使用不同的頻率（稱(chēng)之為頻分雙工）。收發(fā)頻率之間有一定的間隔，以防同一部電臺(tái)的發(fā)射機(jī)對(duì)接收機(jī)的干擾。這樣，在頻分多址中，每個(gè)用戶(hù)在通信時(shí)要用一對(duì)頻率（稱(chēng)之為一對(duì)信道）?，F(xiàn)在是14頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四TDMA現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四CDMA現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四其他多址技術(shù)在3G系統(tǒng)中，為進(jìn)一步擴(kuò)展容量，也輔助使用SDMA（空分多址）技術(shù)，當(dāng)然它需要智能天線技術(shù)的支持。在蜂窩系統(tǒng)中，隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求日益增長(zhǎng)，另一類(lèi)隨機(jī)多址方式如ALOHA和CSMA等也得到了廣泛應(yīng)用。4G系統(tǒng)中，使用了OFDMA多址等多址接入技術(shù)。而之后移動(dòng)通信系統(tǒng)研究中將FBMC（基于濾波器組的多載波）等先進(jìn)多址技術(shù)納入考慮。5G通信系統(tǒng)中將考慮采用非正交多址技術(shù)（NOMA），其基本思想是在發(fā)送端采用非正交發(fā)送，主動(dòng)引入干擾信息，在接收端通過(guò)串行干擾刪除（SIC）接收機(jī)實(shí)現(xiàn)正確解調(diào)。雖然采用SIC技術(shù)的接收機(jī)復(fù)雜度有一定的提高，但是可以很好的提高頻譜效率。用提高接收機(jī)的復(fù)雜度來(lái)?yè)Q取頻譜效率，這就是NOMA技術(shù)的本質(zhì)。還可采用射束分割（BDMA）多址技術(shù)。當(dāng)基站與移動(dòng)臺(tái)之間產(chǎn)生通信連接時(shí)，一個(gè)正交的射束就會(huì)被分配給每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)。目前的射束分割多址技術(shù)主要內(nèi)容是根據(jù)移動(dòng)臺(tái)的位置，將一個(gè)天線射束分割，并允許移動(dòng)臺(tái)提供多個(gè)信道，這樣會(huì)有效地提高系統(tǒng)的容量。現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2.2.2擴(kuò)頻通信1．?dāng)U頻通信系統(tǒng)類(lèi)型

信息信息信息調(diào)制擴(kuò)頻調(diào)制射頻調(diào)制變頻解擴(kuò)信息解調(diào)擴(kuò)頻碼發(fā)生器射頻發(fā)生器本地?cái)U(kuò)頻碼發(fā)生器本地射頻發(fā)生器圖2-9擴(kuò)頻通信原理框圖現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四擴(kuò)頻通信與普通的數(shù)字通信比較，多了擴(kuò)頻調(diào)制和解調(diào)部分。按照擴(kuò)展頻譜的方式不同，目前的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)可分為：直接序列（DS）擴(kuò)展、跳頻（FH）、跳時(shí)（TH）、線性調(diào)頻（chirp）以及這幾種方式的組合。圖2-10直接序列擴(kuò)頻示意圖現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2．偽隨機(jī)序列二進(jìn)制m序列是一種重要的偽隨機(jī)序列，有優(yōu)良的自相關(guān)特性，有時(shí)稱(chēng)為偽噪聲（PN）序列。m序列具有周期性，易于產(chǎn)生和復(fù)制，但其隨機(jī)性接近于噪聲和隨機(jī)序列。m序列在擴(kuò)頻通信及碼分多址中有著廣泛的應(yīng)用，并且在m序列基礎(chǔ)上還能構(gòu)成其他碼序列。m序列是最長(zhǎng)線性移位寄存器的簡(jiǎn)稱(chēng)，即由多級(jí)移位寄存器或其延遲原件通過(guò)線性反饋產(chǎn)生的最長(zhǎng)序列。擴(kuò)頻通信中常用的碼序列除了m序列之外，還有M序列、Gold序列、R-S碼等，在CDMA移動(dòng)通信中還使用相互正交的Walsh函數(shù)現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四Gold序列Gold序列的周期互相關(guān)性比m序列更好。Gold序列是由m序列“優(yōu)選對(duì)”組成的。所謂優(yōu)選對(duì)是指m序列中互相關(guān)值為｛-1,-t(n),t(n)-2｝的一隊(duì)序列，其中例如，若n=10，則t(10)=26+1=65，周期互相關(guān)性的三個(gè)取值為｛-1,-65,63｝。因此，這樣的m序列的最大互相關(guān)Rc,max=65，而由10級(jí)具有不同反饋連接的移位寄存器產(chǎn)生的60種可能的m序列族的峰值互相關(guān)性卻是383，是65的近6倍?，F(xiàn)在是21頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四M序列M序列也是由反饋移位寄存器產(chǎn)生的，是一種非線性反饋移位寄存器序列，其長(zhǎng)度為2n，達(dá)到了n級(jí)反饋移位寄存器能夠得到的最長(zhǎng)周期，因而也稱(chēng)為全長(zhǎng)序列。M序列與m序列相比，在級(jí)數(shù)n相同的條件下，能得到更多的序列。

表2-1M序列與m序列數(shù)目比較級(jí)數(shù)n245678910m序列226618164860M序列2現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2.3調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信對(duì)調(diào)制技術(shù)的要求:⑴調(diào)制頻譜的旁瓣應(yīng)該盡量小，避免對(duì)鄰近信道的干擾。⑵調(diào)制頻譜效率高，即要求單位帶寬傳送的比特速率高。⑶能適應(yīng)瑞利衰落信道，抗衰落性能好。即在瑞利衰落環(huán)境中，達(dá)到規(guī)定的誤碼率要求，解調(diào)時(shí)所需的信噪比低。⑷調(diào)制和解調(diào)的電路容易實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在是23頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2.3.1基本數(shù)字調(diào)制技術(shù)目前移動(dòng)通信系統(tǒng)的常用調(diào)制方式有以BPSK、QPSK、OQPSK和π/4QPSK等為代表的線性調(diào)制和以MSK、TFM和GMSK等為代表的恒包絡(luò)調(diào)制；也考慮綜合利用線性調(diào)制技術(shù)和恒包絡(luò)技術(shù)的多載波調(diào)制方式，主要有多電平PSK、QAM等。而在較先進(jìn)的移動(dòng)通信系統(tǒng)中還使用了OFDM調(diào)制來(lái)提高頻率利用率。以前，人們認(rèn)為移動(dòng)通信中應(yīng)主要采取恒包絡(luò)調(diào)制，以減少衰落信道對(duì)振幅的影響。但實(shí)用化的線性高功放在1986年取得了突破性的進(jìn)展后，人們又重新對(duì)簡(jiǎn)單易行的BPSK和QPSK等線性調(diào)制方式予以重視，并在它們的基礎(chǔ)上改善峰均比以提高頻譜利用率，改進(jìn)的調(diào)制方式有：OQPSKCQPSK和HPSK等。同樣，以前認(rèn)為采用多進(jìn)制調(diào)制會(huì)使誤碼率升高，導(dǎo)致接收時(shí)需要更高的信噪比，因此不傾向在移動(dòng)通信中使用這種調(diào)制方式；但隨著移動(dòng)通信中傳輸數(shù)據(jù)速率的提高，頻帶利用率要求提高，更多的移動(dòng)通信系統(tǒng)考慮采用這一類(lèi)調(diào)制方式，并采用更好的信道編碼技術(shù)，減少誤碼率，從而克服其自身缺點(diǎn)?，F(xiàn)在是24頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2．?dāng)?shù)字相位調(diào)制1）二進(jìn)制絕對(duì)移相鍵控和相對(duì)移相鍵控二進(jìn)制絕對(duì)移相鍵控（2PSK）利用載波的初始相位“0”或“π”來(lái)表示信號(hào)“1”或“0”，在解調(diào)時(shí)只能用相干解調(diào)方法，利用相干載波來(lái)恢復(fù)調(diào)制信號(hào)。如果解調(diào)時(shí)載波的相位發(fā)生變化，如由0相位變?yōu)棣邢辔换蚍粗?，則在恢復(fù)信號(hào)過(guò)程中，就會(huì)發(fā)生誤判現(xiàn)象。二進(jìn)制差分相移鍵控簡(jiǎn)稱(chēng)為二相相對(duì)調(diào)相（2DPSK）。它不是利用載波相位的絕對(duì)數(shù)值傳送數(shù)字信息，而是用前后碼元的相對(duì)載波相位值傳送數(shù)字信息，其中，相對(duì)載波相位是指本碼元初相與前一碼元初相之差?，F(xiàn)在是25頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2）正交移相鍵控（QPSK）圖2-12直接調(diào)相法產(chǎn)生QPSK（4PSK）信號(hào)原理框圖

現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四圖2-13QPSK的相干解調(diào)原理框圖現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2.3.2π/4DQPSK調(diào)制π/4DQPSK調(diào)制是一種正交差分相移鍵控調(diào)制，它的最大相位跳變值介于OQPSK和QPSK之間。QPSK最大相位跳變值為180°，而QPSK調(diào)制的最大相位跳變值為90°，π/4DQPSK調(diào)制則為135°，這種方法是之前兩種方法的折中，一方面它保持了信號(hào)包絡(luò)基本不變的特性，降低了對(duì)于射頻器件的工藝要求；另一方面它可以采用非相干解調(diào)，從而簡(jiǎn)化了接收機(jī)的復(fù)雜程度。但采用差分解調(diào)方法，其性能比相干解調(diào)的QPSK要差，可采用Viterbi算法來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)?，F(xiàn)在是28頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四π/4DQPSK的調(diào)制方式可表示為式中，表2-2π/4DQPSK信號(hào)相位映射

信息比特和相位偏移

信息比特和

相位偏移11000110現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四圖2-14π/4DQPSK調(diào)制星座圖

現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2.3.3GMSK調(diào)制MSK調(diào)制是一種恒包絡(luò)調(diào)制，這是因?yàn)镸SK是屬于二進(jìn)制連續(xù)相位移頻鍵控(CPFSK)的一種特殊的情況，它不存在相位躍變點(diǎn)，因此在限帶系統(tǒng)中，能保持恒包絡(luò)特性。恒包絡(luò)調(diào)制可提供以下優(yōu)點(diǎn)：極低的旁瓣能量；可使用高效率的丙類(lèi)高功率放大器；容易恢復(fù)用于相干解調(diào)的載波；已調(diào)信號(hào)峰均比低。

圖2-15GMSK信號(hào)的不同BT值的射頻功率譜

現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四圖2-16采用直接FM構(gòu)成的GMSK發(fā)射機(jī)的框圖圖2-17GMSK正交相干檢測(cè)器框圖現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2.3.4多進(jìn)制調(diào)制多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

⑴在碼元速率（傳碼率）相同條件下，可以提高信息速率（傳信率），使系統(tǒng)頻帶利用率增大。碼元速率相同時(shí)，M進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的信息速率是二進(jìn)制的log2M倍。在實(shí)際應(yīng)用中，通常取M=2k，k為大于1的正整數(shù)。⑵在信息速率相同條件下，可以降低碼元速率，以提高傳輸?shù)目煽啃?。信息速率相同時(shí)，M進(jìn)制的碼元寬度是二進(jìn)制的log2M倍，這樣可以增加每個(gè)碼元的能量，并能減小碼間串?dāng)_影響等?，F(xiàn)在是33頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2.3.5OFDM調(diào)制1．OFDM消除碼間串?dāng)_OFDM技術(shù)提供了讓數(shù)據(jù)以較高的速率在較大延遲的信道上傳輸?shù)牧硪环N途徑。其基本原理是將高速的數(shù)據(jù)路分接為多路并行的低速數(shù)據(jù)流，在多個(gè)正交載波上同時(shí)進(jìn)行傳輸，對(duì)于低速并行的子載波而言，由于符號(hào)周期展寬，多徑效應(yīng)造成時(shí)延擴(kuò)展變小。當(dāng)每個(gè)OFDM符號(hào)中插入一定的保護(hù)時(shí)間后，其碼間串?dāng)_就可以忽略了。一個(gè)OFDM信號(hào)由頻率間隔為Δf的N個(gè)子載波構(gòu)成，因此系統(tǒng)總帶寬B被分成N個(gè)等距離的子信道，所有子載波在一個(gè)間隔長(zhǎng)度Ts=1/Δf的時(shí)間內(nèi)相互正交。第k個(gè)子載波信號(hào)用函數(shù)，k=1,2,…，N-1來(lái)描述。保護(hù)間隔的作用是為了避免多徑信道上產(chǎn)生的碼間串?dāng)_。只要保護(hù)時(shí)間大于多徑時(shí)延擴(kuò)展，則一個(gè)符號(hào)的多徑分量不會(huì)干擾相鄰符號(hào)。

現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四圖2-18保護(hù)時(shí)間內(nèi)發(fā)送全0信號(hào)由于多徑效應(yīng)造成的子載波間干擾圖2-19OFDM符號(hào)的循環(huán)前綴結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2．OFDM對(duì)抗頻率選擇性衰落（a）傳統(tǒng)的頻分復(fù)用（FDM）多載波技術(shù)（b）OFDM多載波調(diào)制技術(shù)圖2-20OFDM技術(shù)節(jié)省帶寬示意圖現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四3．OFDM系統(tǒng)基本模型圖2-21OFDM系統(tǒng)框圖

現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2.4抗衰落、抗干擾技術(shù)移動(dòng)通信系統(tǒng)中由于多徑衰落和多普勒頻移的影響，移動(dòng)無(wú)線信道及其易變。這些影響對(duì)于任何調(diào)制技術(shù)來(lái)說(shuō)都會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的負(fù)面效應(yīng)。為了克服這些衰落，傳統(tǒng)的方法有分集接收、均衡技術(shù)和信道編碼技術(shù)?，F(xiàn)在是38頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2.4.1分集技術(shù)分集接收就是為了克服各種衰落，提高無(wú)線傳輸系統(tǒng)性能而發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)重要技術(shù)。分集接收的基本思想是：將接收到的多徑信號(hào)分離成不相干（獨(dú)立）的多路信號(hào)，然后將這些多路信號(hào)的能量按照一定規(guī)則合并起來(lái)，使接收的有用信號(hào)能量最大，從而提高接收端的信噪功率比。分集的種類(lèi)繁多，按分集目的可以分為宏觀分集和微觀分集；按信號(hào)傳輸方式可以分為顯分集和隱分集；按獲取多路信號(hào)的方式又可以分為時(shí)間分集、頻率分集和空間分集；空間分集還包括接收分集、發(fā)射分集、角度分集和極化分集等?，F(xiàn)在是39頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四圖2-22空間分集原理圖現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2．合并技術(shù)合并技術(shù)通常是應(yīng)用在空間分集中的。在接收端取得N條相互獨(dú)立的支路信號(hào)以后，可以通過(guò)合并技術(shù)來(lái)得到分集增益。根據(jù)在接收端使用合并技術(shù)的位置不同，可以分為檢測(cè)前合并技術(shù)和檢測(cè)后合并技術(shù)。現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四1）最大比值合并（MRC）圖2-23最大比值合并原理圖現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2）等增益合并（EGC）若在最大比值合并中，?。?，當(dāng)…，N，即為等增益合并。等增益合并實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單。現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四3）選擇式合并（SC）圖2-24選擇式合并原理圖

現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四3種主要合并方式的性能比較a：最大比值合并b：等增益合并c：選擇式合并圖2-253種合并方式平均信噪比的改善程度

現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2.4.2均衡技術(shù)均衡器分類(lèi)⑴頻域均衡，它主要從頻域角度來(lái)滿(mǎn)足無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件，它是通過(guò)分別校正系統(tǒng)的幅頻特性和群時(shí)延特性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。主要用于早期的固定式有線傳輸網(wǎng)絡(luò)中。⑵時(shí)域均衡，它主要從時(shí)間響應(yīng)考慮以使包含均衡器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)滿(mǎn)足理想的無(wú)碼間串?dāng)_的條件。目前廣泛利用橫向?yàn)V波器來(lái)實(shí)現(xiàn)，它可以根據(jù)信道的特性的變化而不斷的進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)比頻域方便，性能一般也比頻域好，故得到廣泛的應(yīng)用。一般滿(mǎn)足條件Tb<τm，必須使用自適應(yīng)均衡技術(shù)?，F(xiàn)在是46頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四圖2-26時(shí)域均衡器的分類(lèi)示意圖現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2.4.3信道編碼技術(shù)從結(jié)構(gòu)和規(guī)律上可分為兩類(lèi)。⑴線性碼：監(jiān)督關(guān)系方程是線性方程的信道編碼，目前大部分應(yīng)用的信道編碼屬于線性碼，如線性分組碼、線性卷積碼。⑵非線性碼：一切監(jiān)督關(guān)系方程不滿(mǎn)足線性規(guī)律的信道編碼均稱(chēng)為非線性碼。從功能上可以分為3類(lèi)。⑴只有檢錯(cuò)功能的檢錯(cuò)碼，如循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC碼、自動(dòng)請(qǐng)求重傳ARQ。⑵具有自動(dòng)糾錯(cuò)功能的糾錯(cuò)碼，如循環(huán)碼中的BCH碼、RS碼及卷積碼、級(jí)聯(lián)碼、Turbo碼等。⑶既能檢錯(cuò)又能糾錯(cuò)的信道編碼，最典型是HARQ（混合ARQ）?，F(xiàn)在是48頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四1．線性分組碼它又稱(chēng)為代數(shù)編碼，一般是按照代數(shù)規(guī)律構(gòu)造的。線性分組碼中的分組是指編碼方法是按信息分組來(lái)進(jìn)行的，而線性則是指編碼規(guī)律即監(jiān)督位（校驗(yàn)位）與信息位之間的關(guān)系遵從線性規(guī)律。線性分組碼一般可記為（n，m）碼，即m位信息碼元為一個(gè)分組，編成n位碼元長(zhǎng)度的碼組，而n-m位為監(jiān)督碼元長(zhǎng)度?，F(xiàn)在是49頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四以最簡(jiǎn)單的（7，3）線性分組碼為例編碼的線性方程組

G為生成矩陣，可見(jiàn)，由信息碼組與生成矩陣即可生成碼字。監(jiān)督矩陣H可表示輸出碼組中信息位與監(jiān)督位的對(duì)應(yīng)關(guān)系，滿(mǎn)足其中，是H的轉(zhuǎn)置，表示0向量。現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2）循環(huán)碼的生成多項(xiàng)式和監(jiān)督多項(xiàng)式現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2．卷積碼卷積碼是一類(lèi)具有記憶的非分組碼，卷積碼一般可以表示為（n，k，m）碼。其中，k表示編碼器輸入端信息數(shù)據(jù)位，n表示編碼器輸出端碼元數(shù)，而m表示編碼器中寄存器的級(jí)數(shù)。從編碼器輸入端看，卷積碼仍然是每k位數(shù)據(jù)一組，分組輸入，從輸出端看，卷積碼是非分組的，它輸出的n位碼元不僅與當(dāng)時(shí)輸入的k位數(shù)據(jù)有關(guān)，而且還進(jìn)一步與編碼器中寄存器以前分組的m位輸入數(shù)據(jù)有關(guān)。所以它是一個(gè)有記憶的非分組碼。卷積碼的典型結(jié)構(gòu)可看作是一個(gè)有k個(gè)輸入端，且具有m節(jié)寄存器構(gòu)成的一個(gè)有限狀態(tài)，或有記憶系統(tǒng)，也可看作一個(gè)有記憶的時(shí)序網(wǎng)絡(luò)。它的典型編碼器結(jié)構(gòu)如圖2-27所示。卷積碼的描述可分為兩大類(lèi)：①解析法，它可以直接用數(shù)學(xué)公式直接表達(dá)，包括離散卷積法、生成矩陣法、碼生成多項(xiàng)式法；②圖形法，包括狀態(tài)圖、樹(shù)圖及格圖（籬笆圖）。卷積碼的譯碼既可以用與分組碼類(lèi)似的代數(shù)譯碼方法，也可以采用概率譯碼方法，兩類(lèi)方法中概率方法更常用。而且在概率譯碼方法中，最常用的是具有最大似然特性的Viterbi譯碼算法。現(xiàn)在是52頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四圖2-27典型卷積編碼器結(jié)構(gòu)圖現(xiàn)在是53頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四3．級(jí)聯(lián)碼圖2-28兩級(jí)串聯(lián)級(jí)聯(lián)碼的結(jié)構(gòu)圖現(xiàn)在是54頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四4．Turbo碼編碼器1編碼器2交織器打孔結(jié)構(gòu)復(fù)接器輸入數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)圖2-29Turbo碼編碼器結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是55頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四解交織交織器交織器軟判決輸出卷積解碼器Ⅰ軟判決輸出卷積解碼器Ⅱ判決器譯碼輸出數(shù)據(jù)序列校驗(yàn)序列Ⅰ校驗(yàn)序列Ⅱ似然值Ⅰ似然值Ⅱ外信息外信息圖2-30Turbo碼譯碼器結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在是56頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四5．交織編碼交織編碼的作用是改造信道，其實(shí)現(xiàn)方式有很多，有塊交織、幀交織、隨機(jī)交織、混合交織等。這里將以最簡(jiǎn)單的塊交織為例來(lái)說(shuō)明其實(shí)現(xiàn)的基本原理，圖2-31是其實(shí)現(xiàn)框圖。圖2-31塊交織實(shí)現(xiàn)框圖現(xiàn)在是57頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四假設(shè)在突發(fā)信道中受到兩個(gè)突發(fā)干擾：第一個(gè)干擾影響3位，即產(chǎn)生于x1至x9；第二個(gè)突發(fā)信號(hào)干擾4位，即產(chǎn)生于x11至x8。則突發(fā)信道的輸出端的輸出信號(hào)X1可表示為：現(xiàn)在是58頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四寫(xiě)入順序讀出順序經(jīng)過(guò)去交織存儲(chǔ)器去交織以后的輸出信號(hào)為X4，則X4為現(xiàn)在是59頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2.5信源編碼與數(shù)據(jù)壓縮信源編碼主要是利用信源的統(tǒng)計(jì)特性，借助信源相關(guān)性，去掉信源冗余信息，從而達(dá)到壓縮信源輸出的信息率，提高系統(tǒng)有效性的目的。移動(dòng)通信中從第二代數(shù)字式移動(dòng)通信系統(tǒng)開(kāi)始，就應(yīng)用了信源編碼技術(shù)。第二代移動(dòng)通信主要是語(yǔ)音業(yè)務(wù)，所以信源編碼主要是指語(yǔ)音壓縮編碼。第三代、第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)則除語(yǔ)音業(yè)務(wù)外還有大量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括圖像、視頻以及其他多媒體信息的處理，所以其信源編碼還包括了多媒體信息的壓縮技術(shù)等內(nèi)容?，F(xiàn)在是60頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2.5.1語(yǔ)音壓縮編碼語(yǔ)音編碼技術(shù)有多種，歸納起來(lái)大致可分為3類(lèi)，即波形編碼、參量編碼和混合編碼。PCM/線性碼轉(zhuǎn)換定標(biāo)因子自適應(yīng)圖2-32ADPCM編碼器原理框圖現(xiàn)在是61頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四圖2-33ADPCM譯碼器原理框圖

現(xiàn)在是62頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四2．參量編碼A/D圖2-34聲碼器編譯碼器結(jié)構(gòu)圖

現(xiàn)在是63頁(yè)\一共有72頁(yè)\編輯于星期四3．混合編碼當(dāng)前，由參量編碼與波形編碼相結(jié)合的混合編碼的