移动通信系统抗干扰技术研究毕业设计论文.docx

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移动通信系统抗干扰技术研究毕业设计论文

重庆邮电大学移通学院

毕业设计（论文）

设计（论文）题目：

移动通信系统抗干扰技术研究

单位（系别）：

电子工程系

学生姓名：

专业：

电子信息工程

班级：

学号：

指导教师：

答辩组负责人：

填表时间：

2013年5月

重庆邮电大学移通学院教务处制

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）任务书

设计（论文）题目移动通信系统抗干扰技术研究

学生姓名系别电子工程系专业电子信息工程班级

指导教师职称助教联系电话

教师单位移通学院电子工程系下任务日期_2013__年_1_月__5_日

主

要

研

究

内

容

、

方

法

和

要

求

内容：

1.了解移动通信系统抗干扰技术；

2．研究移动通信系统抗干扰的项目设计和规划；

3．分析抗干扰技术的应用；

方法：

1．在图书馆和网上查找有关资料；

2．消化资料，与导师沟通获得建议，对课题进行研究。

要求：

通过查找资料了解移动通信系统的网络结构，理解移动通信系统抗干扰规划设计的流程、方法以及项目工程的实施，从而加深对移动通信的认识。

进

度

计

划

第4周：

接受任务，查找有关资料；

第5周：

消化资料，撰写开题报告；

第6周-第10周：

消化资料，与导师沟通；

第11周-第12周：

在导师的指导下，完成论文一稿；

第14周：

根据导师的修改意见，对论文进行修改，完成论文二稿；

第15周：

对论文再次修改，定稿，准备答辩。

主

要

参

考

文

献

[1]王志勤，万屹，魏贵明．3G技术实验及标准研究进展介绍[J]．电信网技术，2003．

[2]曹志刚，钱亚生．现代通信原理[M]．北京：

清华大学出版社，1992．

[3]RodgerE．Ziemer，RogerL．Peterson．数字通信基础[M]．北京：

机械工业出版社，2005．

[4]袁超伟，陈德荣，冯志勇．CDMA蜂窝移动通信[M]．北京：

北京邮电大学出版社，2003．

指导教师签字：

2013年1月6日

教研室主任签字：

2013年1月8日

备注：

此任务书由指导教师填写，并于毕业设计（论文）开始前下达给学生。

摘要

在第三代移动通信系统中除了大量的环境噪声和干扰以外，还有大量的电台产生的干扰，如邻道干扰、公道干扰和互调干扰，更重要的是第三代移动通信系统的主流标准（WCDMA、CDMA2000等）都采用了码分多址方式，CDMA码分多址系统是一个干扰受限制系统，在信息的传输中，存在着多址干扰，多径干扰和远近效应。

那么为了保证网络的畅通运行，我们也采用了第三代移动通信系统采用的相关抗干扰技术进行处理。

首先本文就移动通信系统做了系统的阐述比如集群移动通信，也称大区制移动通信；蜂房移动通信，也称小区制移动通信；卫星移动通信；无绳电话。

并对其中存在的干扰做了简单的分析如常见的同频干扰、邻频干扰和互调干扰，和在CDMA系统中的多址干扰，其次本文就传统的抗干扰措施做了介绍其中这些技术就包括跳频技术和扩频技术这两种为大众所熟知的抗干扰技术并分析了其中的利与弊，而后本文重点介绍了新型的抗干扰措施这些技术用于减少CDMA码分多址系统的各种干扰，提高系统容量。

比如智能天线，RAKE以及联合检测并对这些新型技术和传统技术做了详细的对比，分析其中的优劣做出科学合理的结论。

最后本文猜测了未来第三代移动通信系统中所常用的技术联合检测技术，并对这技术做了详细的介绍。

【关键词】跳频技术扩频技术智能天线RAKE接收

ABSTRACT

Inthethirdgenerationmobilecommunicationsysteminadditiontoalargenumberofenvironmentalnoiseandinterference，therearealotofradiointerference，suchasfairofadjacent-channelinterference，interferenceandintermodulationinterference，moreimportantisthethirdgenerationmobilecommunicationsystemofthemainstreamstandard（WCDMA，CDMA2000，etc．）haveadoptedcodedivisionmultipleaccess，CDMAcodedivisionmultipleaccesssystemisaninterferencelimitedsystem，inthetransmissionofinformation，therearemultipleaccessinterferenceandmultipathinterferenceandnear-fareffect．Theninordertoensurethatthenetworkisworking，wealsoadoptthethirdgenerationmobilecommunicationsystemadoptsanti-interferencetechniquesrelatedtoprocessing．

Firstsystematicexpatiationismadeinthispaper，themobilecommunicationsystem，suchasclustersofmobilecommunication，alsocalledregionalsystemformobilecommunications;Honeycombmobilecommunication，alsoknownascellmobilecommunicationsystem;Satellitemobilecommunications;Cordlessphones．Andthattherewasmadeasimpleanalysissuchascommonsamefrequencyinterference，adjacentfrequencyinterferenceandintermodulationinterference，andthemultipleaccessinterferenceinCDMAsystem，secondly，inthispaper，theanti-interferencemeasuresoftraditionaldidtheintroductionofthesetechnologiesincludingfrequencyhoppingtechnologyandspreadspectrumtechnologybothfortheknownastheanti-interferencetechnologyandanalysestheadvantagesanddisadvantages，andthenthispapermainlyintroducesthenewtypeofanti-interferencemeasuresthesetechniquesusedtoreducevariousinterferenceofCDMAcodedivisionmultipleaccesssystem，improvethesystemcapacity．Suchassmartantenna，RAKEandjointdetectionandthenewtechnologyandtraditionaltechnologymadeadetailedcomparisonandanalysisoftheprosandconstomakescientificandrationalconclusion．Attheendofthepaperspeculatedthatthefutureofthethirdgenerationmobilecommunicationsystemcommonlyusedinthejointdetectiontechnology，theperformanceofthistechnologyinparticularsystemaresimulated．

【Keywords】Real-timefrequencyselectionHighfrequencyadaptiveFrequencyhoppingtechnology

前言

近些年来，为应对通信干扰，已经出现了许多成熟的无线通信抗干扰技术，例如：

实时选频、高频自适应、跳频技术、扩频等。

在CDMA系统中，除上述干扰外，还存在一种需要关注的干扰就是多址干扰，在用户数较多时，多址干扰是最主要的干扰。

由于频分、时分划分的正交性，在FDMA系统和TDMA系统中，多址干扰小到可忽略的程度。

而CDMA由于在码组设计时，不可避免地存在码组间的互相关性不理想问题，也就是码间不能完全正交，这就会造成多个用户间的相互干扰，即多址干扰。

在实际系统中，小区内的多址干扰约占总多址干扰的60%。

另外，由于移动通信是靠无线电波传播的，当空中某些电波如工业干扰、电源火花干扰、天电干扰等干扰信号的强度达到一定程度时，也会影响移动通信系统的正常工作。

由于互调及频率规划中存在的问题，也可引起系统与系统之间的干扰，如GSM系统的上行信道干扰CDMA系统，或CDMA干扰GSM的上行信道正常工作。

第一章移动通信系统概述

第一节移动通信系统简述

移动通信的种类繁多。

按使用要求和工作场合不同可以分为：

①集群移动通信，也称大区制移动通信；

②蜂房移动通信，也称小区制移动通信；

③卫星移动通信；

④无绳电话。

现有的大量的移动通信都持用模拟识别信号，称为模拟移动通信。

但为了解决容量增加，提高通信质量和增加服务功能，目前已开始应用数字识别信号，即数字移动通信。

在制式上则有时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）两种。

总的趋势是数字移动通信将取代模拟移动通信。

CDMA体制将更占优势。

而移动通信将向个人通信发展。

移动通信系统是采用多信道共用技术，在一个无线小区内，同时通信者会有成百上千，基站会有多部收发信机同时在同一地点工作，会产生许多干扰信号，还有各种工业干扰和认为干扰。

归纳起来有通道干扰、互调干扰、邻道干扰、多址干扰等，以及近基站强信号会压制远基站弱信号，这种现象称为远近效应。

在移动通信中，将采用多种抗干扰、抗衰落技术措施以减少这些干扰信号的影响。

移动通信的运行环境十分复杂，电波不仅会随着传播距离的增加而发生弥散消耗，并且会受到地形、地物的遮蔽而发生阴影效应，而且信号经过多点反射，会从多条路径到达接收地点，这种多径信号的幅度、相位和到达时间都不一样，它们互相叠加会产生电平衰落和时延扩展。

移动通信与固定物体之间的通信比较起来，具有一系列的特点，主要是：

移动性。

就是要保持物体在移动状态中的通信，因而它必须是无线通信，或无线通信与有线通信的结合[1]。

①电波传播条件复杂。

因移动体可能在各种环境中运动，电磁波在传播时会产生反射、折射、绕射、多卜勒效应等现象，产生多径干扰、信号传播延迟和展宽等效应；

②噪声和干扰严重。

在城市环境中的汽车火花噪声、各种工业噪声，移动用户之间的互调干扰、邻道干扰、同频干扰等；

③系统和网络结构复杂。

它是一个多用户通信系统和网络，必须使用户之间互不干扰，能协调一致地工作。

此外，移动通信系统还应与市话网、卫星通信网、数据网等互连，整个网络结构是很复杂的；

④要求频带利用率高、设备性能好。

第二节移动通信系统发展历史及趋势

一、移动通信系统的发展历史

移动通信技术可以说从无线电通信发明之日就产生了。

而现代移动通信技术的发展始于上世纪20年代，大致经历了五个发展阶段。

第一阶段从上世纪20年代至40年代，为早期发展阶段。

第二阶段从上世纪40年代中期至60年代初期。

第三阶段从上世纪60年代中期至70年代中期。

第四阶段从上世纪70年代中期至80年代中期。

这是移动通信蓬勃发展时期。

　　1978年底，美国贝尔试验室研制成功先进的移动电话系统（AMPS），建成了蜂窝状移动通信网，大大提高了系统容量。

该阶段称为1G（第一代移动通讯技术），主要采用的是模拟技术和频分多址（FDMA）技术。

Nordic移动电话（NMT）就是这样一种标准，应用于Nordic国家、东欧以及俄罗斯。

这一阶段的特点是蜂窝状移动通信网成为实用系统，并在世界各地迅速发展。

移动通信大发展的原因，除了用户要求迅猛增加这一主要推动力之外，还有几方面技术进展所提供的条件。

首先，微电子技术在这一时期得到长足发展，这使得通信设备的小型化、微型化有了可能性，各种轻便电台被不断地推出。

其次，提出并形成了移动通信新体制。

随着用户数量增加，大区制所能提供的容量很快饱和，这就必须探索新体制。

在这方面最重要的突破是贝尔试验室在70年代提出的蜂窝网的概念，解决了公用移动通信系统要求容量大与频率资源有限的矛盾。

第三方面进展是随着大规模集成电路的发展而出现的微处理器技术日趋成熟以及计算机技术的迅猛发展，从而为大型通信网的管理与控制提供了技术手段。

以AMPS和TACS为代表的第一代移动通信模拟蜂窝网虽然取得了很大成功，但也暴露了一些问题，比如容量有限、制式太多、互不兼容、话音质量不高、不能提供数据业务、不能提供自动漫游、频谱利用率低、移动设备复杂、费用较贵以及通话易被窃听等，最主要的问题是其容量已不能满足日益增长的移动用户需求[2]。

第五阶段从上世纪80年代中期开始。

这是数码移动通信系统发展和成熟时期。

该阶段可以再分为2G、2.5G、3G、4G等。

二、移动通信系统的发展趋势

从服务的角度看，虽然移动通信最初是为了在移动环境中打电话而发明的，但是21世纪的移动通信绝不是单单为了打电话，必须要有新的服务增长点。

因此，3G一开始就定位于多媒体业务。

除了多媒体业务，未来移动通信还要实现两个重要方面，即提供无所不在的服务和全球性的服务。

　　多媒体业务将向用户提供声、像、图、文并茂的多种业务，使网上的业务量大大增加。

无所不在的服务意指要把通信服务的对象从人扩展到任何一件东西。

例如，可以把一个非常小的无线芯片贴在一只正在投递的袋子上，那么就可以对此袋子进行跟踪，更好地完成对整个投递过程的管理。

因此，如果任何一件移动的东西都成为移动通信的对象的话，移动通信终端的数量将大大增加，网上流量也将剧增。

全球性服务即通过全球范围的标准化，实现移动通信的全球化。

为了在多媒体业务、无所不在的服务和全球性服务这三个方面取得成功，有许多技术问题和管理问题需要解决，尤其在多媒体和无所不在这两方面存在的问题更是突出。

在具有先进多媒体和无所不在服务的环境中，计算机和通信设备将遍布所有地方，通信方式不仅是人与人之间，而且还包括人、机之间和机、机之间的通信。

为了促进在这种环境下的多媒体移动通信，需要给所有移动物体赋予无线通信功能；给所有难以安装固定线路的地方赋予无线通信功能；给所有执行命令、验证和控制功能的用户随身配件赋予无线通信功能[3]。

3G定位于多媒体IP业务，传输容量更大，灵活性更高，形成了家族式的世界单一标准，并将引入新的商业模式。

前一阶段，由于面临标准不稳定、产品不成熟、资金不充足、服务不摸门等困难，3G的发展并不顺利。

2004年将是3G走向大规模商用的关键年。

在21世纪，预计移动通信在信息通信领域的发展将达到顶峰，世界各国的用户数将继续增长。

移动通信将成为宽带信息通信的使能器，使无所不在的通信成为现实。

为了使移动多媒体得到充分的发展，除了在每个国家及时引入和不断扩展ITM-2000之外，还需要不断改进无线系统和核心网，开拓新的服务应用，开发小型高功能终端。

技术创新和挑战在未来必将接二连三。

为了迎接挑战，实现人类的目标，全世界从事移动通信的研究人员和工程师必须互相交流、共同合作，在全球范围内一起推动研发工作和标准化工作的开展，携手共进。

第三节本章小结

移动通信系统中的主要干扰包括同频干扰、邻频干扰和互调干扰。

本文在第一章开篇就介绍了移动通信系统的发展史以及未来的发展方向。

第二章着重介绍了通信系统中的主要干扰包括同频干扰、邻频干扰和互调干扰。

第三章则介绍了为了应对通信中的干扰我们所采用的日益更新的技术。

第四章则对空分多址（SDMA）智能天线技术，用于抗多径干扰的RAKE接收技术，抗多址干扰的联合检测技术，做介绍并对这些技术在特定系统中的性能进行了仿真。

第二章移动通信系统中的干扰

第一节通信系统中的干扰

移动通信系统必须采用无线传输技术才能实现在移动中的信息交换，而无线传输极易受到各种其他无线电波的干扰。

不管是GSM系统还是CDMA系统，都是干扰受限系统，干扰的大量存在会极大地影响网络的通信质量和系统的容量。

分析移动通信系统中存在的干扰并采取相应的措施，对网络运营者提出了很高的要求。

一、移动通信系统中的主要干扰

移动通信系统中的主要干扰包括同频干扰、邻频干扰和互调干扰。

由于目前移动通信系统均采用小区制结构，以同频复用方式来提高频率利用率，每隔一定的距离，小区可重复使用同一频率。

在满足一定的距离间隔的条件下，系统内的同频干扰不会对正常通信产生太大的影响。

移动通信的运行环境十分复杂，电波不仅会随着传播距离的增加而发生弥散消耗，并且会受到地形、地物的遮蔽而发生阴影效应，而且信号经过多点反射，会从多条路径到达接收地点，这种多径信号的幅度、相位和到达时间都不一样，它们互相叠加会产生电平衰落和时延扩展。

移动通信常常在快速移动中进行，这不仅会引起多普勒频移，产生随机调频，而且会使得电波传输特性发生快速的随机起伏，严重影响通信质量。

故移动通信系统须根据移动信道的特征，进行合理的设计。

在CDMA系统中，除上述干扰外，还存在一种需要关注的干扰就是多址干扰，在用户数较多时，多址干扰是最主要的干扰。

由于频分、时分划分的正交性，在FDMA系统和TDMA系统中，多址干扰小到可忽略的程度。

而CDMA由于在码组设计时，不可避免地存在码组间的互相关性不理想问题，也就是码间不能完全正交，这就会造成多个用户间的相互干扰，即多址干扰。

在实际系统中，小区内的多址干扰约占总多址干扰的60%。

另外，由于移动通信是靠无线电波传播的，当空中某些电波如工业干扰、电源火花干扰、天电干扰等干扰信号的强度达到一定程度时，也会影响移动通信系统的正常工作。

由于互调及频率规划中存在的问题，也可引起系统与系统之间的干扰，如GSM系统的上行信道干扰CDMA系统，或CDMA干扰GSM的上行信道正常工作[4]。

二、避免或减少移动通信中的干扰的措施

在移动通信系统中常用的抗干扰技术有：

跳频技术、功率控制技术、间断传输技术、扩频技术和多用户检测技术等。

（一）跳频技术

跳频就是使通信中的工作载频在几个频点上跳变，跳频可起到频率分集的作用，改善由衰落造成的误码特性，但跳频也可起到干扰源分集作用。

在业务密集区，GSM系统的容量受频率复用产生的干扰限制，相对载干比可能在呼叫之间有很大的变化。

载波电平一般随移动台与基站的距离及相互间的障碍情况变化而变化。

而干扰电平则在很大程度上依赖于邻近小区的同频干扰。

由于系统的目标是尽可能满足更多用户的要求，当不选用跳频时，若某一频点出现干扰，当某用户占用该频点时就会造成通话质量下降，而使用户难以接受，若干扰是连续的，很容易造成质量差掉话。

当使用跳频时，该干扰情况就会被该载波的其他呼叫所共享，干扰被平均了，干扰不再处于连续状态，而处于突发状态，整个网络的性能将得到很大提高[5]。

经分析，使用跳频的网络可比不采用跳频的网络高3dB的增益。

GSM系统中采用慢跳频技术，跳频速率为217跳/秒，跳频在两个时隙间进行，一个时隙内用固定频率收发，下一时隙用另一频率收发，以减小干扰的影响。

（二）功率控制技术

功率控制是在一定范围内，用无线电方式改变移动台或基站的传输功率。

功率控制可在保证良好接收的条件下，尽量减少发射功率，改善对其他呼叫的干扰。

功率控制有前向功率控制、反向功率控制，而反向功率控制又分为仅由移动台参与的开环功率控制和移动台、基站共同参与的闭环功率控制。

对于由远近效应引起的邻频干扰，采用功率控制技术可获得很好的改善。

当移动台与基站间的距离变近时，降低移动台的发射功率可减少对其他用户的干扰，当距离变远时可增加移动台的发射功率，克服所增加的路径衰耗，使移动台发射的信号在到达基站时有尽可能相等的信号强度。

在GSM系统中主要采用反向闭环功率控制，移动台根据接收到的从BSC送来的功率控制指令调整自身的发射功率，从而减小对其他用户的干扰。

功率控制技术在减小远近效应的同时，还可以在一定程度上减少多址干扰的影响。

在3G中采用开环功率控制和闭环功率控制，为了克服宽带CDMA系统的远近效应，需要动态范围达±80dB的功率控

基本

制[6]。

（三）间断传输技术（DTX）和数字话音插空技术

间断传输技术（DSI）就是在通话的有声段传输话音编码，在通话的无声段，发射机停止工作，而由接收机根据在发射机停发前所送来的噪声特性参数自行产生舒适的背景噪声。

对移动用户来说，平均的说话时间在40%以下，采用话音间断传输技术可降低空中的总的干扰电平（约能降低网络干扰功率的40%），提高频率利用率，还可节省移动台发射机的耗电。

数字话音插空技术是指在有话音时分配信道，无话音时系统收回信道分配给其他用户使用。

在FDMA系统和TDMA系统中很难实现在有话音时分配频率或时隙，在CDMA中使用实现则很方便。

在无声期间收回信道可减少对其他用户的干扰，接收端的信干比提高，表明系统还可允许新用户接入，增加了系统容量。

话音间断传输技术应用于GSM系统，数字话音插空技术应用于CDMAIS-95系统，均可实现减少干扰影响的目的。

（四）扩频技术

扩频技术作为信息传输方式，在发送端对发送信息用扩频码进行扩频调制，将原始信号带宽展宽，在接收端对接收信息用相同的扩频码进行相干解扩，恢复信息数据。

扩频技术将发送信息频谱展宽，传输到收端后解扩时，可将在传输过程中加入的干扰信号频谱展宽而降低了干扰信号的强度。

信息

图2.1扩频技术

扩频技术作为信息传输方式，在发送端对发送信息用扩频码进行扩频调制，将原始信号带宽展宽，在接收端对接收信息用相同的扩频码进行相干解扩，恢复信息数据。

扩频技术将发送信息频谱展宽，传输到收端后解扩时，可将在传输过程中加入的干扰信号频谱展宽而降低了干扰信号的强度。

扩频通信中，扩展频谱越宽，抗干扰能力越强。

扩频技术应用于CDMA（IS-95）系统以提高系统的抗干扰能力。

在码分系统中，网内所有用户使用同一载波，各用户可同时进行收发，接收机的输入信号干扰比将远小于1，传统的调制解调方式无能为力。

要把用户间的相互干扰降到最低，且使各个用户的信号占用相同的带宽，码