移動通信原理重點.doc

. 例 某一移動信道，工作頻段為450MHz，基站天線高度為200m，天線增益為6dB，移動臺天線高度為3m，天線增益為 0dB；在市區(qū)工作，傳播路徑為中等起伏地，通信距離為 10km。試求： (1) 傳播路徑損耗中值； (2) 若基站發(fā)射機送至天線的信號功率為 10W， 求移動臺天線得到的信號功率中值。解 (1) 根據已知條件， KT=0, LA=LT， 首先計算自由空間傳播損耗 Lfs = 32.44+20lgf+20lgd = 32.44+20lg450+20lg10 = 105.5dB 由圖 2 15 (P42) 查得市區(qū)基本損耗中值 Am(f,d) = 25dB 由圖 2 - 16可得基站天線高度增益因子 Hb ( hb, d ) = -0dB 移動臺天線高度增益因子 Hm ( hm, f ) = 0dB 把上述各項代入式(3 - 68)， 可得傳播路徑損耗中值為 LA = LT = 105.5+25= 130.5dB 頻率復用因子（frequency reuse factor）：N每小區(qū)只分配給可用信道的1/N,若N大，則分配給每小區(qū)的信道數就少。每簇小區(qū)數N滿足：，此處，i,j為非負整數。 N=9+6+4=19 N=4+2+1=7尋找最近的同信道鄰近小區(qū)：（1）沿六角形的中心連線移i個小區(qū)（2）逆時針轉60，再移j個小區(qū) 每簇小區(qū)數(N)計算所以對于7/21復用方式（即7個基站，21個小區(qū)使用21組頻率），則復用保護距離D為同理，對4/12復用方式，D=6R；對3/9復用方式，D5.2R?？梢?，區(qū)群內小區(qū)數k越大，同信道小區(qū)的距離就越遠，抗同頻干擾的性能也就越好。但區(qū)群內小區(qū)數k也不是越大越好，k大了以后，反而每個小區(qū)內分得的頻點數少了，結果致使小區(qū)的容量下降。所以，k到底取多少，還是要綜合考慮各方面的因素。信道復用與多址通信的異同點： 1、目的相同：充分利用信道資源，提高傳輸的有效性。2、數學基礎相同：信號正交分割原理，即信道分割理論先賦予各個信號不同的特征，然后根據每個信號特征之間的差別來區(qū)分信號，從而實現(xiàn)互不干擾的通信。不同點：1、信道復用是在兩點之間的信道中同時傳送互不干擾的多個相互獨立的用戶信號，而多址通信則是在多點之間實現(xiàn)互不干擾的多方通信。 2、信號復用的目的在于區(qū)分多路， 而多址通信的目的在于區(qū)分多個動態(tài)地址(例如用戶號碼等)；3、復用技術通常在中頻或基帶上實現(xiàn)，而多址技術通常在射頻上實現(xiàn)，它利用射頻輻射的電磁波來尋找識別動態(tài)地址；4、復用技術是一個點對點傳輸問題，而多址技術則是一個點對多點的通信問題。 OFDM調制原理：設OFDM系統(tǒng)中有N個子信道，第K個子信道采用的子載波為：OFDM信號 N路子信號之和一個碼元時間 內任意兩個子載波正交條件： 子載頻條件：子載頻最小間隔：頻率規(guī)劃的基本原則(1) 同基站內不允許存在同頻、鄰頻頻點;(2) 同一小區(qū)內BCCH和TCH的頻率間隔最好在400K以上;(3) 沒有采用跳頻時,同一小區(qū)的THC間的頻率間隔最好在400K以上;(4) 直接鄰近的基站應避免同頻(即使其天線主瓣方向不同,旁瓣及 背瓣的影響也會帶來較大的干擾);(5) 考慮到天線掛高和傳播環(huán)境的復雜性,距離較近的基站應盡量避免同頻、鄰頻相對(含斜對);(6) 通常情況下,1x3復用應保證參與跳頻的頻點應是參與跳頻載頻數的二倍以上;(7) 重點關注同頻復用,避免在鄰近區(qū)域存在同BCCH同BSIC的情況。頻率復用分析例1,整個33MHz分配給一個FDD蜂窩系統(tǒng)。使用2個25 KHz的上、下行信道構成全雙工的話音或控制信道，計算每小區(qū)可用信道數:（a）4-小區(qū)復用；（b）7-小區(qū)復用；（c）12-小區(qū)復用； (d)若1MHz的頻譜專用做控制信道，確定在以上三種系統(tǒng)中，每小區(qū)的控制與話音信道均勻分配的方案。解：總信道數： 660(a) N=4, 660/4=165 信道(b) N=7, 660/7=95 信道(c) N=12, 660/12=55 信道(d)可用控制信道數： 20將每個小區(qū)盡可能分配相同的信道數,則總話音信道數為：32000/50640 i. 當N=4時 ：控制： 20/45，（實際上，每小區(qū)只需分配一個信令信道）話音： 640/4160ii. 當N=7時 ：控制：20/7=3 （ 20=63+21）話音：640/791 （640=491+392 或=925+902） 即：控制：6個小區(qū)，每個為3；1個小區(qū)，每個為2；話音：4個小區(qū)，每個為91；3個小區(qū)每個為92； （或5個小區(qū)，每個92；2個小區(qū)，每個90）；實際上，每小區(qū)只分配一個控制信道。 iii. 當N=12時： 控制 20/12=1，（ 20=8241），話音640/14=53，（640=538544） 即控制：8小區(qū)，每個 2；4小區(qū)，每個 1； 話音：8小區(qū)，每個53；4小區(qū) 每個 54；實際上，每小區(qū)只分配一個控制信道。 MRP頻載分組CDMA碼CDMA碼序列 地址碼：目前用的是Walsh碼，該碼是正交碼，具有良好的自相關特性和處處為零的互相關特性；但該碼組內的各碼由于所占頻譜帶寬不同等原因，又不能用作擴頻碼。擴頻碼：偽隨機碼（或同時用作地址碼）具有類似白噪聲的特性。此類碼具有良好的相關特性：自相關值與互相關值比較有較大的隔離度；同一碼組內的各碼占據的頻帶可以做到很寬且相等。但其互相關值不是處處為零。偽隨機碼（PN）的概念在通信理論中，白噪聲是一種隨機過程，它的瞬時值是服從正態(tài)分布的，其功率譜在極寬范圍內是均勻的。若擴頻后的信號具有白噪聲性能是最理想的，但產生和復制白噪聲是不現(xiàn)實的，實際工程中，采用逼近白噪聲的偽隨機序列作為擴頻碼序列。定義：偽隨機碼又稱偽隨機序列，它是具有類似隨機序列基本特性的確定序列。通常采用二進制序列，它由兩個元素0，1或1，-1組成，序列中不同位置的元素取值相互獨立，概率相等均為1/2。線性反饋移位寄存器由于帶有反饋，因此在移位脈沖作用下，移位寄存器各級的狀態(tài)將不斷變化，通常移位寄存器的最后一級做輸出，輸出序列為輸出序列是一個周期序列。其特性由移位寄存器的級數、初始狀態(tài)、反饋邏輯以及時鐘速率(決定著輸出碼元的寬度)所決定。當移位寄存器的級數及時鐘一定時，輸出序列就由移位寄存器的初始狀態(tài)及反饋邏輯完全確定。當初始狀態(tài)為全零狀態(tài)時，移位寄存器輸出全 0 序列。為了避免這種情況，需設置全 0 排除電路。線性反饋移位寄存器的遞推關系式遞推關系式又稱為反饋邏輯函數或遞推方程。設圖1 所示的線性反饋移位寄存器的初始狀態(tài)為(a0 a1 an-2 an-1)， 經一次移位線性反饋，移位寄存器左端第一級的輸入為若經k次移位，則第一級的輸入為 其中，l=n+k-1n, k=1,2,3, 線性反饋移位寄存器的特征多項式用多項式f(x)來描述線性反饋移位寄存器的反饋連接狀態(tài)：若一個n次多項式f(x)滿足下列條件：(1) f(x)為既約多項式(即不能分解因式的多項式)；(2) f(x)可整除(xp+1), p=2n-1;(3) f(x)除不盡(xq+1), qp。則稱f(x)為本原多項式。 m序列產生器 現(xiàn)以n=4為例來說明m序列產生器的構成。用 4 級線性反饋移位寄存器產生的m序列，其周期為p=24-1=15，其特征多項式f(x)是 4 次本原多項式，能整除(x15+1)。先將(x15+1)分解因式，使各因式為既約多項式，再尋找f(x)。 1000011000111001111101111101110101m 序列的性質1 、均衡特性(平衡性)m序列每一周期中 1 的個數比 0 的個數多 1 個。 由于p=2n-1 為奇數，因而在每一周期中 1 的個數為(p+1)/2=2n-1為偶數，而0 的個數為(p-1)/2=2n-1-1 為奇數。上例中p=15, 1 的個數為 8，0 的個數為 7。當p足夠大時，在一個周期中 1 與 0 出現(xiàn)的次數基本相等。 2、游程特性(游程分布的隨機性)我們把一個序列中取值(1 或 0)相同連在一起的元素合稱為一個游程。在一個游程中元素的個數稱為游程長度。例如圖 2 中給出的m序列 ak= 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 在其一個周期的 15 個元素中，共有 8 個游程， 其中長度為 4 的游程一個， 即 1 1 1 1; 長度為 3 的游程 1 個， 即 0 0 0； 長度為 2 的游程2個， 即1 1 與 0 0； 長度為 1 的游程 4 個， 即 2 個 1 與 2 個 0。 m序列的一個周期(p=2n-1)中，游程總數為2n-1。其中長度為 1 的游程個數占游程總數的 1/2；長度為 2 的游程個數占游程總數的1/22=1/4；長度為 3 的游程個數占游程總數的 1/23=1/8； 一般地，長度為k的游程個數占游程總數的 1/2k=2-k，其中 1k(n-2)。而且，在長度為k 游程中，連 1游程與連 0 游程各占一半，長為(n-1)的游程是連 0 游程， 長為 n 的游程是連 1 游程。 3 、移位相加特性(線性疊加性)m序列和它的位移序列模二相加后所得序列仍是該m序列的某個位移序列。 設mr是周期為p的m序列mp r次延遲移位后的序列， 那么 其中ms為mp某次延遲移位后的序列。 例如，mp=0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1, mp延遲兩位后得mr, 再模二相加 mr=0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0, ms=mp +mr=0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 , 可見，ms=mp+mr為mp延遲 8 位后的序列。 4 、自相關特性m序列具有非常重要的自相關特性。在m序列中，常常用+1代表 0，用-1代表 1。 此時定義：設長為 p的m序列， 記作經過j次移位后，m序列為 其中ai+p=ai(以 p 為周期)，以上兩序列的對應項相乘然后相加， 利用所得的總和 來衡量一個m序列與它的j次移位序列之間的相關程度，并把它叫做m序列(a1,a2,a3,ap)的自相關函數。記作 當采用二進制數字 0 和 1 代表碼元的可能取值時 由移位相加特性可知，仍是m序列中的元素， 所以式(10-7)分子就等于m序列中一個周期中 0 的數目與 1 的數目之差。 另外由m序列的均衡性可知， 在一個周期中 0 比 1 的個數少一個， 故得A-D=-1(j為非零整數時)或p(j為零時)。 因此得 m序列的自相關函數只有兩種取值(1和-1/p)。R(j)是一個周期函數，式中，k=1,2, p=(2n-1)為周期。 而且R(j)是偶函數， 即 ，J=整數5 偽噪聲特性如果我們對一個正態(tài)分布白噪聲取樣， 若取樣值為正， 記為+1，取樣值為負，記為-1，將每次取樣所得極性排成序列， 可以寫成+1,-1,+1,+1,+1,-1,-1,+1,-1,這是一個隨機序列，它具有如下基本性質：(1) 序列中+1 和-1 出現(xiàn)的概率相等；(2) 序列中長度為 1 的游程約占 1/2， 長度為 2 的游程約占 1/4，長度為 3 的游程約占 1/8, 一般地， 長度為k的游程約占1/2k，而且+1, -1 游程的數目各占一半；(3) 由于白噪聲的功率譜為常數，因此其自相關函數為一沖擊函數()。 小區(qū)制式、頻率復用、多信道都能提高頻譜利用率；最小區(qū)群的N值越大，頻率利用率越高； MS發(fā)，BTS收的傳輸鏈路稱為下行鏈路； GSM中，BCCH既是上行信道，又是下行信道； 模擬移動網采用的多址技術是TDMA；PCH為尋呼信道，移動臺申請入網時，利用它向基站發(fā)送入網請求信號強度排列如下：直射波；反射波、繞射波、散射波；MSC至BSC的接口稱為 A 接口，BSC至BTS的接口稱為 Abis；OFDM是一種載波調制技術； 我國第一個TACS通信系統(tǒng)于1987年建成并投入商用； 5W+4Z的通信，其中5W是指whoever whenever wherever whatever whomever；移動通信終端設備正朝著智能化，寬帶化，標準化的方向發(fā)展；電波的傳播方式有直射波、反射波、地面波和電離層波；NSS包括、AUC、EIR以及SC等6個功能單元；CDMA有兩種主要形式： GSM系統(tǒng)中頻段寬度、載波間隔CCH可分為BCH、；擴頻通信可行性的理論基礎(1)、信息論中關于信息容量的香農(Shannon)公式為： 式中：C為信道容量(用傳輸速率度量)，W 為信號頻帶寬度， S為信號功率，N為白噪聲功率。 香農公式表明，在給定信號功率和白噪聲功率的情況下，只要采用某種編碼系統(tǒng)，就能以任意小的差錯概率，以接近于信道容量C的傳輸速率來傳送信息；在給定的傳輸速率C不變的條件下，頻帶寬度W和信噪比SN是可以互換的。即可通過增加頻帶寬度的方法，在較低的信噪比SN情況下，傳輸可靠的信息。 (2) 擴頻通信可行性的另一理論基礎，是柯捷爾尼可夫關于信息傳輸差錯概率的公式：式中：Pe為差錯概率