移动通信复习纲要.docx

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移动通信复习纲要

第一章：

1.移动通信的主要特点：

（1）移动通信必须利用无线电波进行信息传输

（2）移动通信是在复杂的干扰环境中运行的

（3）移动通信可以利用的频谱资源非常有限，而移动通信业务量的需求却与日俱增

（4）移动通信系统的网络结构多种多样，网络管理和控制必须有效

（5）移动通信设备（主要是移动台）必须适于在移动环境中使用

2、移动通信系统按多址方式可分为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）等；

3、工作方式

单工通信----是指通信双方电台交替地进行收信和发信

双工通信----是指通信双方可同时进行传输消息的工作方式

半双工通信----移动台采用单工的“按讲”方式，即按下按讲开关，发射机才工作，而接收机总是工作的

4.数字通信系统的主要优点;

（1）频谱利用率高，有利于提高系统容量

（2）能提供多种业务服务，提高通信系统的通用性

（3）抗噪声、抗干扰和抗多径衰落的能力强

（4）能实现更有效、灵活的网络管理和控制

（5）便于实现通信的安全保密

（6）可降低设备成本以及减小用户手机的体积和重量

5.常用移动通信系统

（1）无线电寻呼系统

（2）蜂窝移动通信系统

蜂窝通信网络把整个服务区域划分成若干个较小的区域（Cell,在蜂窝系统中称为小区），各小区均用小功率的发射机（即基站发射机）进行覆盖，许多小区像蜂窝一样能布满（即覆盖）任意形状的服务地区,

通常，相邻小区不允许使用相同的频道，否则会发生相互干扰,但由于各小区在通信时所使用的功率较小，因而任意两个小区只要相互之间的空间距离大于某一数值，即使使用相同的频道，也不会产生显著的同道干扰，为此，把若干相邻的小区按一定的数目划分成区群（Cluster）,并把可供使用的无线频道分成若干个（等于区群中的小区数）频率组，区群内各小区均使用不同的频率组，而任一小区所使用的频率组，在其它区群相应的小区中还可以再用，这就是频率再用。

七个小区构成一个区群。

小区编号代表不同的频率组。

小区移动交换中心（MSC）相连。

MSC在网中起控制和管理作用，对所在地区已注册登记的用户实施频道分配，建立呼叫，进行频道切换，提供系统维护和性能测试，并存储计费信息等。

当移动台从一个小区进入另一相邻的小区时，其工作频率及基站与移动交换中心所用的接续链路必须从它离开的小区转换到正在进入的小区，这一过程称为越区切换。

越区切换控制机理----当通信中的移动台到达小区边界时，该小区的基站能检测出此移动台的信号正在逐渐变弱，而邻近小区的基站能检测出这个移动台的信号正在逐渐变强，系统收集来自这些有关基站的检测信息，进行判决，当需要实施越区切换时，就发出相应的指令，使正在越过边界的移动台将其工作频率和通信链路从离开的小区切换到进入的小区。

（3）无绳电话系统

（4）集群移动通信系统

●集群系统主要以无线用户为主，即以调度台与移动台之间的通话为主。

●集群通信系统一般采用半双工工作方式

蜂窝通信系统中，可以采用频道再用技术来提高系统的频率利用率；而在集群系统中，主要是以改进频道共用技术来提高系统的频率利用率的。

集群方式：

消息集群，传输集群，准传输集群

（5）移动卫星通信系统

（6）分组无线网

分组无线网是一种利用无线信道进行分组交换的通信网络，即网络中传送的信息要以“分组”或称“信包”（有时简称“包”）为基本单元。

6.移动通信的基本技术

（1）调制技术

数字调制技术的主要要求是：

已调信号的频谱窄和带外衰减快（即所占频带窄，或者说频谱利用率高）；易于采用相干或非相干解调；抗噪声和抗干扰的能力强；以及适宜在衰落信道中传输。

数字信号调制的基本类型分为振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）

两类用得最多的数字调制方式：

线性调制技术，恒定包络（连续相位）调制技术

（2）多径衰落----在移动信道中，发送到接收机的信号会受到传播环境中地形、地物的影响而产生绕射、反射或散射，因而形成多径传播。

多径传播将使接收端的合成信号在幅度、相位和到达时间上发生随机变化，严重地降低接收信号的传输质量，这就是所谓的多径衰落。

（3）抗干扰措施主要有：

利用信道编码进行检错和纠错，

分集技术，自适应均衡技术和选用具有抗码间干扰和时延扩展能力的调制技术

采用扩频和跳频技术

采用扇区天线、多波束天线和自适应天线阵列

（4）数字蜂窝通信系统组成部分为：

移动交换中心（MSC），基站分系统（BSS）、移动台（MS），归属位置寄存器（HLR），访问位置寄存器（VLR），设备标志寄存器（EIR），认证中心（AUC）和操作维护中心（OMC）。

（5）无线接口Um采用开放系统互连（OSI）参考模型分作三层，第一层（最低层）L1是物理层。

第二层L2是数据链路层。

第三层L3是网络层。

第二章

1调制的目的是把要传输的模拟信号或数字信号变换成适合信道传输的高频信号。

接收端需将已调信号还原成要传输的原始信号，该过程称为解调

2常用的数字调制有：

移频键控（FSK）和移相键控（PSK）等

3　FSK可采用包络检波法、相干解调法和非相干解调法等方法解调

4FSK的相干解调框图

5、最小移频键控（MSK）调制调制指数为0.5

与FSK性能相比，由于各支路的实际码元宽度为2Tb，其对应的低通滤波器带宽减少为原带宽的1/2，从而使MSK的输出信噪比提高了一倍。

差分译码后的误比特率为

6高斯滤波的最小移频键控信号是为了满足功率谱在相邻频道取值（即邻道辐射）低于主瓣峰值60dB以上的要求，在产生MSK信号的FM调制器前加入高斯低通滤波器而产生的。

GMSK信号一般采用：

一比特延迟差分检测和二比特延迟差分检测解调。

7高斯滤波的移频键控（GFSK）调制，调制指数在0.4~0.7之间即可满足要求

8数字相位调制：

（1）移相键控（PSK）调制差分相干解调图

（2）四相移相键控（QPSK）调制和交错四相移相键控（OQPSK）调制

（3）π/4-DQPSK调制一种线性调制。

它具有较高的频谱利用率，但其包络不恒定

π/4-DQPSK可以采用相干检测、差分检测或鉴频器检测。

10.鉴频器检测一般有：

基带差分检测、中频差分检测

鉴频器检测

11扩频通信技术是一种信息传输方式，在发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必需的带宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解扩以恢复所传信息数据。

12扩频调制

直接序列（DS）扩频就是直接用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱

跳频是用一定码序列进行选择的多频率频移键控。

也就是说，用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变，因此称为跳频。

跳时（TH，TimeHopping）是指使发射信号在时间轴上跳变

13多载波传输首先把一个高速的数据流分解为若干个低速的子数据流（这样每个子数据流将具有低得多的比特速率），然后，每个子数据流经过调制（符号匹配）和滤波（波形形成g（t）），去调制相应的子载波，从而构成多个并行的已调信号，经过合成后进行传输。

14正交频分复用（OFDM）调制

在OFDM系统中，将系统带宽B分为N个窄带的信道，输入数据分配在N个子信道上传输。

所有的子载波在Ts内是相互正交的

15.常用的减小峰均比PAR的方法大概可以被分为三类：

第一类是信号预畸变技术.

第二类是编码方法

第三类就是利用不同的加扰序列对OFDM符号进行加权处理，从而选择PAR较小的OFDM符号来传输

第3章移动信道的传播特性

1电波传播方式

①从发射天线直接到达接收天线的电波称为直射波，②电波经过地面反射到达接收机，称为地面反射波；③电波沿地球表面传播，称为地表面波。

2各向同性天线（亦称全向天线或无方向性天线）的辐射功率为PT瓦，则距辐射源dm处的电场强度有效值E0为

3自由空间传播损耗Lfs可定义为

［Lfs］（dB）=32.44+20lgd（km）+20lgf（MHz）（3-13）

4大气折射对电波传播的影响，在工程上通常用“地球等效半径”来表征R0（6.37×106m）

等效地球半径系数k=4/3，等效地球半径Re=8500km

5视线传播的极限距离d为

6

x表示障碍物顶点P至直射线TR的距离，称为菲涅尔余隙。

当x/x1＞0.5时，附加损耗约为0dB

当x=0时，即TR直射线从障碍物顶点擦过时，附加损耗约为6dB

7.在陆地移动通信中，移动台往往受到各种障碍物和其它移动体的影响，以致到达移动台的信号是来自不同传播路径的信号之和

8.例3-1设图3-3（a）所示的传播路径中，菲涅尔余隙x=-82m,d1=5km,d2=10km,工作频率为150MHz。

试求出电波传播损耗。

解先由式（3-13）求出自由空间传播的损耗Lfs为

［Lfs］=32.44+20lg（5+10）+20lg150=99.5dB

由式（3-21）求第一菲涅尔区半径x1为

式中，λ=c/f,c为光速，f为频率

由图3-4查得附加损耗（x/x1≈-1）为16.5dB,因此电波传播的损耗L为

 ［L］=［Lfs］+16.5=116.0dB

9.对于地面反射，当工作频率高于150MHz（λ＜2m）时，θ＜1°即反射波场强的幅度等于入射波场强的幅度，而相差为180°。

10.信号电平发生快衰落的同时，其局部中值电平还随地点、时间以及移动台速度作比较平缓的变化，其衰落周期以秒级计，称作慢衰落或长期衰落。

11.若接收机的输入电阻为Ri且Ri=Rs，则接收机输入端的端电压U=Us/2，相应的输入功率P=U2s/4R。

由于Ri=Rs=R是接收机和信号源满足功率匹配的条件，因此U2s/4R是接收机输入功率的最大值，常称为额定输入功率

12.阻抗匹配时，半波振子天线的有效长度为λ/π。

这样半波振子天线的感应电压Us为

13.为了计算移动信道中信号电场强度中值（或传播损耗中值），可将地形分为两大类，即中等起伏地形和不规则地形，所谓中等起伏地形，是指在传播路径的地形剖面图上，地面起伏高度不超过20m，且起伏缓慢，峰点与谷点之间的水平距离大于起伏高度。

14.按照地物的密集程度不同可分为三类地区：

①开阔地。

②郊区。

③市区。

15传播损耗预测模型：

①Hata模型市区的传播损耗模型

②COST-231／Walfish／Ikegami模型用于微小区的实际工程设计

③室内（办公室）路径损耗的基础是COST-231模型

第4章抗衰落技术

1.什么是分集接收

　　所谓分集接收，是指接收端对它收到的多个衰落特性互相独立（携带同一信息）的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏的办法。

2.分集有两重含义：

一是分散传输，使接收端能获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号；二是集中处理，即接收机把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并（包括选择与组合）以降低衰落的影响。

一类称为“宏分集”；另一类称为“微分集”。

3“宏分集”主要用于蜂窝通信系统中，也称为“多基站”分集。

这是一种减小慢衰落影响的分集技术，其作法是把多个基站设置在不同的地理位置上（如蜂窝小区的对角上）和在不同方向上，同时和小区内的一个移动台进行通信（可以选用其中信号最好的一个基站进行通信）。

4“微分集”是一种减小快衰落影响的分集技术，

在空间、频率、极化、场分量、角度及时间等方面分离的无线信号，都呈现互相独立的衰落特性。

据此，微分集又可分为下列六种。

　3.合并方式

（1）选择式合并。

选择式合并是指检测所有分集支路的信号，以选择其中信噪比最高的那一个支路的信号作为合并器的输出。

（2）最大比值合并。

最大比值合并是一种最佳合并方式，每一支路的加权系数ak与信号包络rk成正比而与噪声功率Nk成反比，与选择是合并分集系统相比，最大比值合并分集系统具有较强的抗衰落性能。

（3）等增益合并。

等增益合并无需对信号加权，各支路的信号是等增益相加的。

误码率的改善以最大比值合并为最好，选择式合并最差。

5RAKE接收

所谓RAKE接收机，就是利用多个并行相关器检测多径信号，按照一定的准则合成一路信号供解调用的接收机。

需要特别指出的是，一般的分集技术把多径信号作为干扰来处理，而RAKE接收机采取变害为利的方法，即利用多径现象来增强信号。

由于相位的随机性，其最佳非相干接收机的结构由匹配滤波器和包络检波器组成。

6．一般分组码用符号（N,k）表示，其中k是每组二进制信息码元的数目，N是编码组的总位数，又称为码组的长度（码长）。

N-k=r为每码组中的监督码元数目，或称为监督位数目

一种编码的最d0=1时，没有检、纠错能力；d0=2时，具有检查一个差错的能力；d0=3时，用于检错时具有检查两个差错的能力，用于纠错时具有纠正一个差错的能力。

小码距d0的大小直接关系着这种编码的检错和纠错能力。

（1）为检测e个错码，要求最小码距

　　d0≥e+1　

换句话说，若要求检测e个错码，则最小码距d0应不小于（e+1）

（2）为纠正t个错码，要求最小码距

　　　d0≥2t+1　

为纠正t个错码，同时检测e个错码，要求最小码距

d0≥e+t+1（e＞t）

4.3.2常用的检错码

1.奇偶校验码

最简单的单比特奇偶校验码，它使得生成的码字（信息比特+校验比特）所含“1”的个数为偶数

2.CRC（循环冗余校验）

3.卷积码与交织编码

卷积码也是分组的，但它的监督元不仅与本组的信息元有关，而且还与前若干组的信息元有关。

这种码的纠错能力强，不仅可纠正随机差错，而且可纠正突发差错。

交织编码交织编码主要用来纠正突发差错，即使突发差错分散成为随机差错而得到纠正。

通常，交织编码与上述各种纠正随机差错的编码（如卷积码或其它分组码）结合使用，从而具有较强的既能纠正随机差错又能纠正突发差错的能力。

4.4均衡技术

均衡技术是指各种用来处理码间干扰（ISI）的算法和实现方法。

自适应均衡技术

自适应均衡器是一个时变滤波器，它必须动态地调整其特性和参数，使其能够跟踪信道的变化，在任何情况下都能够使均衡器按照某种最佳的准则达到最佳的匹配

第5章组网技术

1试图解决以下几个方面的问题：

（1）对于给定的频率资源，大家如何来共享?

即采用什么样的多址技术，使得有限的资源能传输更大容量的信息?

（2）区域覆盖要解决要多少个基站，基站之间如何分配频率资源。

（3）移动通信应采用什么样的网络结构?

即如何实现有效的越区切换？

如何解决移动性管理的问题？

移动通信网中应采用什么样的信令系统?

2一个典型的数字蜂窝移动通信系统由下列主要功能实体组成（如图1-16所示）：

移动台（MS）、基站分系统（BSS）（包括基站收发信机（BTS）和基站控制器（BSC））、移动交换中心（MSC）、原籍（归属）位置寄存器（HLR）、访问位置寄存器（VLR）、设备标识寄存器（EIR）、认证中心（AUC）和操作维护中心（OMC）。

3.空中接口包括无线物理层、链路层和网络层，链路层还进一步分为介质接入控制层和数据链路层，物理层是最低层，

5.2多址技术

5.2.1频分多址（FDMA）

频分多址是指将给定的频谱资源划分为若干个等间隔的频道（或称信道）供不同的用户使用。

空闲信道的选取方式主要可以分为两类：

一类是专用呼叫信道方式（或称“共用信令信道”方式）；另一类是标明空闲信道方式。

标明空闲信道方式。

标明空闲信道方式可分为“循环定位”、“循环不定位”、

5.2.2时分多址（TDMA）

时分多址是指把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的）。

在频分双工（FDD）方式中，上行链路和下行链路的帧分别在不同的频率上。

在TDMA系统中，每帧中的时隙结构（或称为突发结构）的设计通常要考虑三个主要问题：

一是控制和信令信息的传输；二是信道多径的影响；三是系统的同步

　为了解决上述问题，采取以下四方面的主要措施：

一是在每个时隙中，专门划出部分比特用于控制和信令信息的传输。

二是为了便于接收端利用均衡器来克服多径引起的码间干扰，在时隙中要插入自适应均衡器所需的训练序列。

训练序列对接收端来说是确知的，接收端根据训练序列的解调结果，就可以估计出信道的冲击响应，根据该响应就可以预置均衡器的抽头系数，从而可消除码间干扰对整个时隙的影响。

三是在上行链路的每个时隙中要留出一定的保护间隔（即不传输任何信号），即每个时隙中传输信号的时间要小于时隙长度。

这样可以克服因移动台至基站距离的随机变化，而引起移动台发出的信号到达基站接收机时刻的随机变化，从而保证不同移动台发出的信号，在基站处都能落在规定的时隙内，而不会出现相互重叠的现象。

四是为了便于接收端的同步，在每个时隙中还要传输同步序列。

同步序列和训练序列可以分开传输，也可以合二为一。

5.2.3码分多址（CDMA）

在FH-CDMA系统中，每个用户根据各自的伪随机（PN）序列，动态改变其已调信号的中心频率。

各用户的中心频率可在给定的系统带宽内随机改变，该系统带宽通常要比各用户已调信号（如FM、FSK、BPSK等）的带宽宽得多。

在DS-CDMA系统中，所有用户工作在相同的中心频率上，输入数据序列与PN序列相乘得到宽带信号。

不同的用户（或信道）使用不同的PN序列。

5.2.4空分多址（SDMA）

空分多址是通过空间的分割来区别不同的用户。

ALOHA协议是一种最简单的数据分组传输协议。

5.2.5随机多址

1.时隙ALOHA2.载波侦听多址（CSMA）3.预约随机多址

5.3区域覆盖和信道配置

1.带状网2.蜂窝网

5.3.2信道（频率）配置

1.分区分组配置法所遵循的原则是：

尽量减小占用的总频段，以提高频段的利用率；同一区群内不能使用相同的信道，以避免同频干扰；小区内采用无三阶互调的相容信道组，以避免互调干扰。

2.等频距配置法是按等频率间隔来配置信道的，只要频距选得足够大，就可以有效地避免邻道干扰。

5.4.1基本网络结构

1.数字信令

常用的信令格式如图5-21所示，它包括前置码（P）、字同步（SW）、地址或数据（A或D）、纠错码（SP）等四部分

　2.音频信令

1）带内单音频信令

2）带外亚音频信令

3）双音频拨号信令

5.6越区切换和位置管理

越区（过区）切换（Handover或Handoff）是指将当前正在进行的移动台与基站之间的通信链路从当前基站转移到另一个基站的过程。

越区切换包括三个方面的问题：

①越区切换的准则，也就是何时需要进行越区切换；

②越区切换如何控制；

③越区切换时的信道分配。

越区切换分为两大类：

一类是硬切换，另一类是软切换。

硬切换是指在新的连接建立以前，先中断旧的连接。

而软切换是指既维持旧的连接，又同时建立新的连接，并利用新旧链路的分集合并来改善通信质量，当与新基站建立可靠连接之后再中断旧链路。

1.越区切换的准则

在决定何时需要进行越区切换时，通常根据移动台处接收的平均信号强度来确定，也可以根据移动台处的信噪比（或信号干扰比）、误比特率等参数来确定

（1）相对信号强度准则（准则1）：

在任何时间都选择具有最强接收信号的基站。

（2）具有门限规定的相对信号强度准则（准则2）：

仅允许移动用户在当前基站的信号足够弱（低于某一门限），且新基站的信号强于本基站的信号情况下，才可以进行越区切换

（3）具有滞后余量的相对信号强度准则（准则3）

（4）具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则

2.越区切换的控制策略

（1）移动台控制

（2）网络控制

（3）移动台辅助

3.位置管理包括两个主要的任务：

位置登记（LocationRegistration）和呼叫传递（CallDelivery）。

第6章频分多址（FDMA）模拟蜂窝网

控制信号及其功能

1.监测音SAT（SupervisoryAudioTone）

2.信令音ST（SignallingTone）

3.定位与过境切换

4.寻呼与接入

5.冲突退避

第7章时分多址（TDMA）数字蜂窝网

GSM蜂窝系统的主要组成部分可分为移动台、基站子系统和网络子系统。

移动台的另外一个重要组成部分是用户识别模块（SIM），亦称SIM卡

其中包含与用户有关的无线接口的信息，也包括鉴权和加密的信息

2.基站子系统（BSS）

基站子系统（BSS）是GSM系统的基本组成部分。

它通过无线接口与移动台相接，进行无线发送、接收及无线资源管理，另一方面，基站子系统与网络子系统（NSS）中的移动交换中心（MSC）相连，实现移动用户与固定网络用户之间或移动用户之间的通信连接。

3.网络子系统（NSS）

网络子系统对GSM移动用户之间通信和移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用。

其主要功能包括：

交换、移动性管理与安全性管理等。

（1）移动用户识别码。

在GSM系统中，每个用户均分配一个惟一的国际移动用户识别码（IMSI）。

（3）国际移动设备识别码。

国际移动设备识别码（IMEI）是区别移动台设备的标志，可用于监控被窃或无效的移动设备。

（4）移动台的号码。

移动台的号码类似于PSTN中的电话号码，是在呼叫接续时所需拨的号码，其编号规则应与各国的编号规则相一致。

　2.业务定义

（1）电话业务。

电话业务是GSM系统提供的最主要业务。

（2）紧急呼叫业务。

在紧急情况下,移动用户通过一种简单的拨号方式即可拨通紧急服务中心。

（3）短消息业务。

短消息业务包括移动台之间点对点短消息业务以及小区广播短消息业务。

（4）可视图文接入。

可视图文接入是一种通过网络完成文本、图形信息检索和电子函件功能的业务。

（5）智能用户电报传送。

智能用户电报传送能够提供智能用户电报终端间的文本通信业务。

此类终端具有文本信息的编辑、存储和处理等能力。

（6）传真。

语言和3类传真交替传送的业务。

1.TDMA/FDMA接入方式

GSM系统中，由若干个小区（3个、4个或7个）构成一个区群，区群内不能使用相同的频道，同频道距离保持相等，每个小区含有多个载频，每个载频上含有8个时隙，即每个载频有8个物理信道，因此，GSM系统是时分多址/频分多址的接入方式

2.频率与频道序号

GSM系统工作在以下射频频段：

上行（移动台发、基站收）890～915MHz

下行（基站发、移动台收）935～960MHz

收、发频率间隔为45MHz。

3.调制方式GSM的调制方式是高斯型最小移频键控（GMSK）方式

2.信道分类

（1）业务信道

（2）控制信道

控制信道（CCH）用于传送信令和同步信号，主要分为三种：

广播信道（BCH）、公共控制信道（CCCH）和专用控制信道（DCCH）。