1、第一节第一节 天线技术天线技术第二节第二节 调制技术调制技术第三节第三节 抗衰落及抗干扰技术抗衰落及抗干扰技术第四节第四节 多址技术多址技术 无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线(电缆电缆)输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来电磁波到达接收地点后，由天线接下来(仅仅接收很仅仅接收很小一部分功率小一部分功率)，并通过馈线送到无线电接收机。可，并通过馈线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就
2、没有无线电通信。天线对于无设备，没有天线也就没有无线电通信。天线对于无线通信来说，起着举足轻重的作用，如果天线的选线通信来说，起着举足轻重的作用，如果天线的选择择(类型、位置类型、位置)不好，或者天线的参数设置不当，都不好，或者天线的参数设置不当，都会直接影响通信质量。会直接影响通信质量。 发射天线有两种基本功能：一是把从馈线取得发射天线有两种基本功能：一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去；二是把大部分能量朝的能量向周围空间辐射出去；二是把大部分能量朝所需的方向辐射。根据天线的方向性分为全向天线所需的方向辐射。根据天线的方向性分为全向天线和方向性和方向性(或定向或定向)天线。全向天线在水平
3、方向图上天线。全向天线在水平方向图上表现为表现为360都均匀辐射，也就是平常所说的无方都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下，波瓣宽度越小，增益越大；定向天线，一般情况下，波瓣宽度越小，增益越大；定向天线，在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性，在垂直方向图上表现为有一平常所说的有方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，同全向天线一样，波瓣宽度越小，定宽度的波束，同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。增益越大。 方向图通常都有两
4、个或多个瓣，其中辐射强度最方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。在主瓣大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低最大辐射方向两侧，辐射强度降低3 dB(功率密度降功率密度降低一半低一半)的两点间的夹角定义为波瓣宽度的两点间的夹角定义为波瓣宽度(又称波束宽又称波束宽度、主瓣宽度或半功率角度、主瓣宽度或半功率角)。波瓣宽度越窄，方向性。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。 天线增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理天线增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天
5、线与理想的球型辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之想的球型辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。可以这样来理解增益的物理含义增益越高。可以这样来理解增益的物理含义为在相同距离为在相同距离上某点产生相同大小信号所需发送信号的功率比。表征天线增上某点产生相同大小信号所需发送信号的功率比。表征天线增益的参数为益的参数为dBi。dBi是相对于在各方向的辐射是
6、均匀的点源天是相对于在各方向的辐射是均匀的点源天线的增益。线的增益。 如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要100 W的的输入功率，而用增益为输入功率，而用增益为G=13dB=20的某定向天线作为发射天的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需线时，输入功率只需10020=5 w。换言之，就其最大辐射方。换言之，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，某天线的增益，即为与无方向性的理想向上的辐射效果来说，某天线的增益，即为与无方向性的理想点源相比把输入功率放大的倍数。点源相比把输入功率放大的倍数。 所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场所谓天线的极化，
7、就是指天线辐射时形成的电场强度方向。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就强度方向。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。由于电波的特性，决定了水电波就称为水平极化波。由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电场信号迅速衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大
8、幅衰减，保证了信号的有效流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。传播。 无线通信信道的基本特征主要表现在三个方面：一是带无线通信信道的基本特征主要表现在三个方面：一是带宽有限，它取决于可使用的频率资源和信道的传播特性；二是宽有限，它取决于可使用的频率资源和信道的传播特性；二是干扰和噪声影响大，这主要是无线通信工作的电磁环境所决定干扰和噪声影响大，这主要是无线通信工作的电磁环境所决定的；三是在移动通信中存在多径衰落，在移动环境下，接收信的；三是在移动通信中存在多径衰落，在移动环境下，接收信号起伏变化。号起伏变化。 在移动通信环境中，移动台的移动使电波传播条件恶化，在移动通信环境中，移
9、动台的移动使电波传播条件恶化，特别是快衰落的影响使接收场强急剧变化。在选择调制方式时，特别是快衰落的影响使接收场强急剧变化。在选择调制方式时，必须考虑采取抗干扰能力强的调制方式，能适用于快衰落信道，必须考虑采取抗干扰能力强的调制方式，能适用于快衰落信道，占有较小的带宽以提高频谱利用率，并且带外辐射要小，以减占有较小的带宽以提高频谱利用率，并且带外辐射要小，以减小对邻近波道的干扰。小对邻近波道的干扰。 模拟基带信号的调制有调幅模拟基带信号的调制有调幅(AM)和调频和调频(FM)两种。大部两种。大部分模拟无线通信系统采用分模拟无线通信系统采用FM方式。数字基带信号的调制方式方式。数字基带信号的调制
10、方式有幅度键控有幅度键控(ASK)、频移键控、频移键控(FSK)、相移键控、相移键控(PSK)和正交幅和正交幅度调制度调制(QAM)等。等。 频谱利用率常用单位频带内能传输的比特率来表征频谱利用率常用单位频带内能传输的比特率来表征(bitsHz)。高的频谱利用率要求已调信号所占的带宽窄。它意味着。高的频谱利用率要求已调信号所占的带宽窄。它意味着已调信号频谱的主瓣要窄，同时副瓣的幅度要低，即辐射到邻信已调信号频谱的主瓣要窄，同时副瓣的幅度要低，即辐射到邻信道的功率小。道的功率小。 应用于无线通信的数字调制技术，按信号相位是否连续可分应用于无线通信的数字调制技术，按信号相位是否连续可分为相位连续的
11、调制和相位不连续的调制；按信号包络是否恒定可为相位连续的调制和相位不连续的调制；按信号包络是否恒定可分为恒定包络和非恒定包络调制。如果采用恒定包络调制，可工分为恒定包络和非恒定包络调制。如果采用恒定包络调制，可工作于线性放大区，它具有较高的功率效率，但会引起大的带外辐作于线性放大区，它具有较高的功率效率，但会引起大的带外辐射。为了获得高的频谱利用率，可选用多电平调制，已调波的包射。为了获得高的频谱利用率，可选用多电平调制，已调波的包络变化大，由于要求线性放大，因此会使功率效率降低。络变化大，由于要求线性放大，因此会使功率效率降低。 目前，在目前，在GSM数字蜂窝移动通信系统中选用高斯滤波最小移
12、数字蜂窝移动通信系统中选用高斯滤波最小移频键控频键控(GMSK)调制，调制，GMSK调制基于调制基于MSK调制，而调制，而MSK调制是调制是连续相位频移键控连续相位频移键控(CPFSK)的一种特殊情况。在很多无线系统中，的一种特殊情况。在很多无线系统中，大都使用了大都使用了BPSK或或QPSK以及多进制以及多进制PSK或或QAM方式。方式。 分集技术是用来补偿信道衰落影响的，它通常分集技术是用来补偿信道衰落影响的，它通常要通过两个或更多的接收支路来实现。基站和移动要通过两个或更多的接收支路来实现。基站和移动台的接收机都可以应用分集技术。由于在任一瞬间，台的接收机都可以应用分集技术。由于在任一瞬
13、间，两个非相关的衰落信号同时处于深度衰落的概率是两个非相关的衰落信号同时处于深度衰落的概率是极小的，因此合成信号的衰落程度会明显减小。极小的，因此合成信号的衰落程度会明显减小。 分集有两重含义：一是分散传输，使接收端能分集有两重含义：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；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，以降低衰落的影响。衰落信号进行合并，以降低衰落的影响。 1 1分集的接收合并方式分集的接收合并方式 分集的接收合并方式主要有选择性合并、最大比合并和
14、等增益合并三种。分集的接收合并方式主要有选择性合并、最大比合并和等增益合并三种。 设分集重数为设分集重数为L L，则合并的信号的表示为：，则合并的信号的表示为： s(ts(t)=k)=k1 1s s1 1(t)+k(t)+k2 2s s2 2(t)+(t)+k kL Ls sL L(t(t) )式中，式中，k ki i为加权系数，为加权系数，i=0i=0，1 1，2 2，3,3,，L L。选择不同的加权系数就形成。选择不同的加权系数就形成了不同的合并方法。了不同的合并方法。 (1)(1)选择性合并选择性合并 选择性合并方法是在多支路选择性合并方法是在多支路( (子信道子信道) )接收信号中，选
15、择信噪比最高的支接收信号中，选择信噪比最高的支路的信号作为输出信号。路的信号作为输出信号。 (2) (2)最大比合并最大比合并 每一支路有一个加权每一支路有一个加权( (放大器增益放大器增益) )，加权的权重依各支路信噪比来分配，加权的权重依各支路信噪比来分配，信噪比大的支路权重大，信噪比小的支路权重小。信噪比大的支路权重大，信噪比小的支路权重小。 (3)(3)等增益合并等增益合并 当最大比合并中的加权系数为当最大比合并中的加权系数为1 1时，就是等增益合并。理论分析表明，最时，就是等增益合并。理论分析表明，最大比合并的性能最好，其次是等增益合并。大比合并的性能最好，其次是等增益合并。 2 2
16、分集技术的种类分集技术的种类 (1) (1)按信号的传输方式分类按信号的传输方式分类 按信号的传输方式分，可分为以下两大类：按信号的传输方式分，可分为以下两大类： 一是显分集。显分集最通用的分集技术是空间分集，即几一是显分集。显分集最通用的分集技术是空间分集，即几个天线被分隔开来，并被连到一个公共的接收系统中。当一个个天线被分隔开来，并被连到一个公共的接收系统中。当一个天线未检测到信号时，另一个天线却有可能检测到信号的峰值，天线未检测到信号时，另一个天线却有可能检测到信号的峰值，而接收机可以随时选择接收到的最佳信号作为输入。其他的显而接收机可以随时选择接收到的最佳信号作为输入。其他的显分集技术
17、包括天线极化分集、频率分集和时间分集等。分集技术包括天线极化分集、频率分集和时间分集等。 二是隐分集。隐分集主要是指把分集作用隐蔽于传输信号二是隐分集。隐分集主要是指把分集作用隐蔽于传输信号之中之中( (如交织编码、直接序列扩频技术等如交织编码、直接序列扩频技术等) )，在接收端利用信号，在接收端利用信号处理技术实现分集。隐分集只需一付天线来接收信号，因此在处理技术实现分集。隐分集只需一付天线来接收信号，因此在数字移动通信系统中得到了广泛的应用。例如码分多址数字移动通信系统中得到了广泛的应用。例如码分多址(CDMA)(CDMA)系统通常使用系统通常使用RAKERAKE接收机，它能够通过时间分集
18、来改善链路性接收机，它能够通过时间分集来改善链路性能。能。 (2)(2)按分集的目的分类按分集的目的分类 按分集的目的分，可以分为以下两大类：按分集的目的分，可以分为以下两大类： 一是宏分集。宏分集主要用于蜂窝移动通信系统中，也称为一是宏分集。宏分集主要用于蜂窝移动通信系统中，也称为多基站分集。这是一种减少慢衰落影响的分集技术，其作法是把多基站分集。这是一种减少慢衰落影响的分集技术，其作法是把多个基站设备在不同的地理位置上和在不同方向上，同时和小区多个基站设备在不同的地理位置上和在不同方向上，同时和小区内的一个移动台进行通信，接收机可选择其中一个信号最好的基内的一个移动台进行通信，接收机可选择
19、其中一个信号最好的基站进行通信。站进行通信。 二是微分集。微分集是一种减少快衰落的分集技术，依获得二是微分集。微分集是一种减少快衰落的分集技术，依获得分支的方法不同，可分为空间分集、频率分集、极化分集、场分分支的方法不同，可分为空间分集、频率分集、极化分集、场分集、角度分集和时间分集等。常用的分集技术有天线分集技术、集、角度分集和时间分集等。常用的分集技术有天线分集技术、时间分集技术、频率隐分集技术和多径分集技术等。时间分集技术、频率隐分集技术和多径分集技术等。 在无线通信系统中，很多都采用两个接收天线，以达到空间在无线通信系统中，很多都采用两个接收天线，以达到空间分集的效果；采用编码加交织方
20、式实现时间隐分集的作用。在无分集的效果；采用编码加交织方式实现时间隐分集的作用。在无线数据传输中，采用多种自动重传技术实现时间分集；采用跳频、线数据传输中，采用多种自动重传技术实现时间分集；采用跳频、扩频或直接序列扩频技术实现频率隐分集作用。扩频或直接序列扩频技术实现频率隐分集作用。 信道编码是通过在发送信息时加入冗余的数据位来改善通信信道编码是通过在发送信息时加入冗余的数据位来改善通信链路的性能的。在发射机的基带部分，信道编码器把一段数字序链路的性能的。在发射机的基带部分，信道编码器把一段数字序列映射成另一段包含更多数字比特的码序列。然后，把已被编码列映射成另一段包含更多数字比特的码序列。然
21、后，把已被编码的码序列进行调制，以便在无线信道中传送。的码序列进行调制，以便在无线信道中传送。 接收机可以用信道编码来检测或纠正由于在无线信道中传输接收机可以用信道编码来检测或纠正由于在无线信道中传输而引人的一部分或全部的误码。由于解码是在接收机进行解调之而引人的一部分或全部的误码。由于解码是在接收机进行解调之后执行的，所以编码被看作是一种后检测技术。由于编码而附加后执行的，所以编码被看作是一种后检测技术。由于编码而附加出来的数据比特会降低在信道中传输的原始数据速率，也就是会出来的数据比特会降低在信道中传输的原始数据速率，也就是会扩展信道的带宽。信道编码通常有两类：分组编码和卷积编码。扩展信道
22、的带宽。信道编码通常有两类：分组编码和卷积编码。 交织编码的目的是把一个由衰落造成的较长的突发差错离散交织编码的目的是把一个由衰落造成的较长的突发差错离散成随机差错，再用纠正随机差错的编码成随机差错，再用纠正随机差错的编码(FEC)技术消除随机差错。技术消除随机差错。以线性分组码为例，先将以线性分组码为例，先将k位信息编成具有位信息编成具有t位纠错能力的位纠错能力的n位码位码字的分组码字的分组码(n，k，t)，再将其编码码字序列构成交织编码矩阵。，再将其编码码字序列构成交织编码矩阵。1 1跳频抗多径跳频抗多径 跳频抗多径的原理是：若发射的信号载波频率为跳频抗多径的原理是：若发射的信号载波频率为
23、，当存在多，当存在多径传播环境时，因多径延迟的不同，信号到达接收端的时间有先有径传播环境时，因多径延迟的不同，信号到达接收端的时间有先有后。若接收机在收到最先到达的信号之后立即将载波频率跳变到另后。若接收机在收到最先到达的信号之后立即将载波频率跳变到另一频率一频率1 1上，则可避开由于多径延迟对接收信号的干扰。为此，要上，则可避开由于多径延迟对接收信号的干扰。为此，要求跳频信号驻留时间小于多径延迟时间差，换句话说，要求跳频的求跳频信号驻留时间小于多径延迟时间差，换句话说，要求跳频的速率应足够得快。比如，若多径延迟时间差为速率应足够得快。比如，若多径延迟时间差为1s1s，则要求跳频速，则要求跳频
24、速率为率为10106 6跳秒。目前，要实现这样高的跳频速率，跳频通信系统在跳秒。目前，要实现这样高的跳频速率，跳频通信系统在技术上尚存在困难。所以目前在数字蜂窝移动通信中采用跳频技术技术上尚存在困难。所以目前在数字蜂窝移动通信中采用跳频技术的目的主要用于抗干扰和抗衰落。的目的主要用于抗干扰和抗衰落。 2 2跳频抗同频干扰跳频抗同频干扰 移动通信系统中，地理位置上不同的用户可能使用相同的频率移动通信系统中，地理位置上不同的用户可能使用相同的频率资源。这样，这些用户之间会产生干扰，即同频干扰。采用跳频图资源。这样，这些用户之间会产生干扰，即同频干扰。采用跳频图案的正交性组成正交跳频网，从而避免频率
25、重用引起的同频干扰。案的正交性组成正交跳频网，从而避免频率重用引起的同频干扰。即使利用跳频技术构成准正交跳频网，也能使同频干扰离散化，即即使利用跳频技术构成准正交跳频网，也能使同频干扰离散化，即减少同频干扰的重合次数，从而减少同频干扰的影响。减少同频干扰的重合次数，从而减少同频干扰的影响。 3 3跳频抗衰落跳频抗衰落 跳频抗衰落是指抗频率选择性衰落。跳频抗衰落的原理是：跳频抗衰落是指抗频率选择性衰落。跳频抗衰落的原理是：当跳频的频率间隔大于信道相关带宽时，可使各个跳频驻留时当跳频的频率间隔大于信道相关带宽时，可使各个跳频驻留时间内的信号相互独立。换句话说，在不同的载波频率上同时发间内的信号相互
26、独立。换句话说，在不同的载波频率上同时发生衰落的可能性很小。生衰落的可能性很小。 对于快跳频系统，应满足传输的符号速率小于跳频速率这对于快跳频系统，应满足传输的符号速率小于跳频速率这一条件，即一位符号是在多个跳频载波上传输。这相当于对符一条件，即一位符号是在多个跳频载波上传输。这相当于对符号的频率分集。因为跳频是在时间频率域上进行的，所以每一号的频率分集。因为跳频是在时间频率域上进行的，所以每一位符号还是在不同时隙中传输的，这又相当于对符号的时间分位符号还是在不同时隙中传输的，这又相当于对符号的时间分集。因此快跳频技术同时具有频率分集和时间分集。集。因此快跳频技术同时具有频率分集和时间分集。
27、对于慢跳频系统，传输的符号速率大于跳频速率，即在一对于慢跳频系统，传输的符号速率大于跳频速率，即在一跳驻留时间内传输多个符号。因此慢跳频不能起到对符号的频跳驻留时间内传输多个符号。因此慢跳频不能起到对符号的频率分集作用。但是采用慢跳频可将深衰落的影响分散开来，从率分集作用。但是采用慢跳频可将深衰落的影响分散开来，从而减轻深衰落对传输的影响。为了更好地发挥跳频抗衰落的作而减轻深衰落对传输的影响。为了更好地发挥跳频抗衰落的作用，可将慢跳频技术与交织编码技术相结合，构成具有时间分用，可将慢跳频技术与交织编码技术相结合，构成具有时间分集和频率分集作用的隐分集。集和频率分集作用的隐分集。 基带信号的信码
28、是欲传输的信号，它通过速率很高的编码序列基带信号的信码是欲传输的信号，它通过速率很高的编码序列( (通常用伪随机序列通常用伪随机序列) )进行调制，将其频谱展宽，这个过程称作扩频。进行调制，将其频谱展宽，这个过程称作扩频。频谱展宽后的序列被进行射频调制频谱展宽后的序列被进行射频调制( (通常多采用通常多采用PSKPSK调制调制) )，其输出，其输出则是扩展频谱的射频信号，经天线辐射出去。则是扩展频谱的射频信号，经天线辐射出去。 在接收端，射频信号经混频后变为中频信号，它与本地的发端在接收端，射频信号经混频后变为中频信号，它与本地的发端相同的编码序列反扩展，将宽带信号恢复成窄带信号，这个过程称相
29、同的编码序列反扩展，将宽带信号恢复成窄带信号，这个过程称为解扩。解扩后的中频窄带信号经普通信息解调器进行解调，恢复为解扩。解扩后的中频窄带信号经普通信息解调器进行解调，恢复成原始的信码。成原始的信码。 如果将扩频和解扩这两部分去掉，该系统就变成普通的数字调如果将扩频和解扩这两部分去掉，该系统就变成普通的数字调制系统。因此扩频和解扩是扩展频谱调制的关键过程。制系统。因此扩频和解扩是扩展频谱调制的关键过程。 扩展频谱的特扩展频谱的特f f生取决于所采用的编码序列的码型和速率。为生取决于所采用的编码序列的码型和速率。为了获得具有近似噪声的频谱，均采用伪噪声序列作为扩频系统的编了获得具有近似噪声的频谱
30、，均采用伪噪声序列作为扩频系统的编码序列。在接收端，将同样的编码序列与所接收的信号进行相关接码序列。在接收端，将同样的编码序列与所接收的信号进行相关接收，完成解扩过程。因此对伪噪音序列的相关性还有特殊的要求。收，完成解扩过程。因此对伪噪音序列的相关性还有特殊的要求。 1 1直接扩频抗多径直接扩频抗多径 直接扩频抗多径的原理是：当发送的直接序列扩频信号的码片直接扩频抗多径的原理是：当发送的直接序列扩频信号的码片(chip)(chip)宽度宽度T TC C等于或小于最小多径时延差时，接收端利用直扩信号的自相关特性进行相关解扩等于或小于最小多径时延差时，接收端利用直扩信号的自相关特性进行相关解扩后，
31、将有用信号检测出来，从而具有抗多径的能力。若最小多径延迟时间差为后，将有用信号检测出来，从而具有抗多径的能力。若最小多径延迟时间差为1s1s，则要求直扩信号的码片宽度，则要求直扩信号的码片宽度T TC C等于或小于等于或小于1s1s，即要求码片速率，即要求码片速率RCRC等于或等于或大于大于1 1 Mchip/sMchip/s。在窄带。在窄带CDMACDMA数字蜂窝移动通信系统的标准数字蜂窝移动通信系统的标准IS-95IS-95中，采用的码片中，采用的码片速率速率RCRC为为1.23 1.23 Mchip/sMchip/s。因此它可抗。因此它可抗1s1s的多径干扰。的多径干扰。 若利用直接扩频
32、技术进行多径的分离与合并时，则可构成若利用直接扩频技术进行多径的分离与合并时，则可构成RAKERAKE接收机，从而接收机，从而实现时间分集的作用。实现时间分集的作用。 2 2直接扩频抗干扰直接扩频抗干扰 直接扩频抗蜂窝系统内部和外部干扰的原理，也是利用直扩信号的自相关特直接扩频抗蜂窝系统内部和外部干扰的原理，也是利用直扩信号的自相关特性，经相关接收和窄带通滤波后，将有用信号检测出来，而那些窄带干扰和多址性，经相关接收和窄带通滤波后，将有用信号检测出来，而那些窄带干扰和多址干扰都被处理为背景噪声。其抗干扰的能力可用直接扩频处理增益来表征。干扰都被处理为背景噪声。其抗干扰的能力可用直接扩频处理增益
33、来表征。 3 3直接扩频抗衰落直接扩频抗衰落 直接扩频抗衰落是指抗频率选择性衰落。当直扩信号的频谱扩展宽度远大于直接扩频抗衰落是指抗频率选择性衰落。当直扩信号的频谱扩展宽度远大于信道相关带宽时，其频谱成份同时发生衰落的可能性很小，接收端通过对直接扩信道相关带宽时，其频谱成份同时发生衰落的可能性很小，接收端通过对直接扩频信号的相关处理，则起到频率分集的作用。换句话说，这种宽带扩频信号本身频信号的相关处理，则起到频率分集的作用。换句话说，这种宽带扩频信号本身就具有频率分集的属性。就具有频率分集的属性。 智能天线利用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线智能天线利用数字信号处理技术，产生空间定向
34、波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号，并删除或抑制干扰信号的目的。达到充分高效利用移动用户信号，并删除或抑制干扰信号的目的。 智能天线分为开关多波束智能天线与自适应阵智能天线两大类，智能天线分为开关多波束智能天线与自适应阵智能天线两大类，简称开关多波束天线和自适应阵天线。简称开关多波束天线和自适应阵天线。 1开关多波束天线开关多波束天线 开关多波束天线利用多个并行波束覆盖整个用户区，每个波束开关多波束天线利用多个并行波束覆盖整个用户区，每个波束的指向是固定的，波束宽度也随
35、阵元数目的确定而确定。随着用户的指向是固定的，波束宽度也随阵元数目的确定而确定。随着用户在小区中的移动，基站选择不同的相应波束，使接受信号最强。因在小区中的移动，基站选择不同的相应波束，使接受信号最强。因为用户信号并不一定在固定波束的中心处，当用户位于波束边缘，为用户信号并不一定在固定波束的中心处，当用户位于波束边缘，干扰信号位于波束中央时，接收效果最差。所以多波束天线不能实干扰信号位于波束中央时，接收效果最差。所以多波束天线不能实现信号最佳接收，一般只用作接收天线。但是与自适应阵天线相比，现信号最佳接收，一般只用作接收天线。但是与自适应阵天线相比，多波束天线具有结构简单、无需判定用户信号到达
36、方向的优点。多波束天线具有结构简单、无需判定用户信号到达方向的优点。 2 2自适应阵天线自适应阵天线 自适应阵天线一般采用自适应阵天线一般采用4 41616天线阵元结构，阵元间距天线阵元结构，阵元间距1 12 2波长。若阵元间距过大，则接收信号彼此相关程度降低；太小，波长。若阵元间距过大，则接收信号彼此相关程度降低；太小，则会在方向图形成不必要的栅瓣，故一般取半波长。阵元分布则会在方向图形成不必要的栅瓣，故一般取半波长。阵元分布方式有直线型、圆环型和平面型。自适应天线是智能天线的主方式有直线型、圆环型和平面型。自适应天线是智能天线的主要类型，可以实现全向天线，完成用户信号接收和发送。自适要类型
37、，可以实现全向天线，完成用户信号接收和发送。自适应阵天线系统采用数字信号处理技术识别用户信号到达方向，应阵天线系统采用数字信号处理技术识别用户信号到达方向，并在此方向形成天线主波束。自适应阵天线根据用户信号的不并在此方向形成天线主波束。自适应阵天线根据用户信号的不同空间传播方向提供不同的空间信道，等同于信号有线传输的同空间传播方向提供不同的空间信道，等同于信号有线传输的线缆，有效克服了干扰对系统的影响。线缆，有效克服了干扰对系统的影响。 智能天线采用数字方法对阵元接收信号加权处理形成天线智能天线采用数字方法对阵元接收信号加权处理形成天线波束，使主波束对准用户信号方向，而在干扰信号方向形成天波束
38、，使主波束对准用户信号方向，而在干扰信号方向形成天线方向图零陷或较低的功率方向图增益，达到抑制干扰的目的。线方向图零陷或较低的功率方向图增益，达到抑制干扰的目的。均衡可以补偿时分信道中由于多径效应而产生的码间干扰均衡可以补偿时分信道中由于多径效应而产生的码间干扰(ISI)(ISI)。如果调制带宽超过了无线信道的相干带宽，将会产生码。如果调制带宽超过了无线信道的相干带宽，将会产生码间干扰，并且调制信号将会展宽。而接收机内的均衡器可以对信间干扰，并且调制信号将会展宽。而接收机内的均衡器可以对信道中幅度和延迟进行补偿。同分集技术一样，它不用增加传输功道中幅度和延迟进行补偿。同分集技术一样，它不用增加
39、传输功率和带宽即可改善移动通信链路的传输质量。分集技术通常用来率和带宽即可改善移动通信链路的传输质量。分集技术通常用来减少接收时衰落的深度和持续时间；而均衡技术用来消弱码间干减少接收时衰落的深度和持续时间；而均衡技术用来消弱码间干扰的影响。由于无线信道具有未知性和多变性，因而要求均衡器扰的影响。由于无线信道具有未知性和多变性，因而要求均衡器是自适应的。是自适应的。 均衡是指对信道特性的均衡，即接收端的均衡器产生与信道均衡是指对信道特性的均衡，即接收端的均衡器产生与信道相反的特性，用来抵消信道的时变多径传播特性引起的码间干扰。相反的特性，用来抵消信道的时变多径传播特性引起的码间干扰。换句话说，通
40、过均衡器消除信道的频率和时间的选择性。由于信换句话说，通过均衡器消除信道的频率和时间的选择性。由于信道是时变的，要求均衡器的特性能够自动适应信道的变化而均衡，道是时变的，要求均衡器的特性能够自动适应信道的变化而均衡，故称自适应均衡。故称自适应均衡。 多载波传输把数据流分解成若干个子比特流，这样，每个多载波传输把数据流分解成若干个子比特流，这样，每个子数据流将具有低得多的比特速率，用这样的低比特率形成的子数据流将具有低得多的比特速率，用这样的低比特率形成的低速率、多状态符号再去调制相应的子载波，从而构成多个低低速率、多状态符号再去调制相应的子载波，从而构成多个低速率符号并行发送的传输系统。传统多
41、载波技术采用频分复用速率符号并行发送的传输系统。传统多载波技术采用频分复用方式，将高速信息利用多个独立的载波传输，这样可以降低每方式，将高速信息利用多个独立的载波传输，这样可以降低每个载波上的信息传送量。个载波上的信息传送量。 正交频分复用正交频分复用(OFDM)(OFDM)系统是一种特殊的多载波传输方案，系统是一种特殊的多载波传输方案，它可以被看作是一种调制技术，也可以被当作是一种复用技术。它可以被看作是一种调制技术，也可以被当作是一种复用技术。正交频分复用是对多载波调制正交频分复用是对多载波调制(MCM)(MCM)的一种改进。它的特点是的一种改进。它的特点是各子载波相互正交，于是扩频调制后
42、的频谱可以相互重叠，这各子载波相互正交，于是扩频调制后的频谱可以相互重叠，这不但减小了子载波间的相互干扰，还大大提高了频谱利用率。不但减小了子载波间的相互干扰，还大大提高了频谱利用率。 在无线通信系统中，是以信道来区分通信对象的。一个信在无线通信系统中，是以信道来区分通信对象的。一个信道只容纳一个用户进行通话，许多同时通话的用户，可以共享道只容纳一个用户进行通话，许多同时通话的用户，可以共享无线媒体，用某种方式可区分不同的用户，这就是多址方式。无线媒体，用某种方式可区分不同的用户，这就是多址方式。在无线通信环境的电波覆盖区内，如何建立用户之间的无线信在无线通信环境的电波覆盖区内，如何建立用户之
43、间的无线信道的连接，是多址接入方式的问题。解决多址接入问题的方法道的连接，是多址接入方式的问题。解决多址接入问题的方法叫多址接入技术。叫多址接入技术。 多址接入方式的数学基础是信号的正交分割原理。多址接入方式的数学基础是信号的正交分割原理。 当以传输信号的载波频率不同来区分信道建立多址接入时，当以传输信号的载波频率不同来区分信道建立多址接入时，称为频分多址方式称为频分多址方式(FDMA)(FDMA)；当以传输信号存在的时间不同来区；当以传输信号存在的时间不同来区分信道建立多址接入时，称为时分多址方式分信道建立多址接入时，称为时分多址方式(TDMA)(TDMA)；当以传输；当以传输信号的码型不同
44、来区分信道建立多址接入时，称为码分多址方信号的码型不同来区分信道建立多址接入时，称为码分多址方式式(CDMA)(CDMA)。 1 1FDMAFDMA系统原理系统原理 频分多址为每一个用户指定了特定信道，这些信道按频分多址为每一个用户指定了特定信道，这些信道按要求分配给请求服务的用户。在呼叫的整个过程中，其他要求分配给请求服务的用户。在呼叫的整个过程中，其他用户不能共享这一频段。用户不能共享这一频段。 前向与反向信道的频带分割，是实现频分双工通信的前向与反向信道的频带分割，是实现频分双工通信的要求；频道间隔要求；频道间隔( (例如为例如为25 kHz)25 kHz)是保证频道之间不重叠的是保证频
45、道之间不重叠的条件。条件。 2 2FDMAFDMA系统中的干扰问题系统中的干扰问题 所谓互调干扰是指系统内由于非线性器件产生的各种所谓互调干扰是指系统内由于非线性器件产生的各种组合频率成分落入本频道接收机通带内造成对有用信号的组合频率成分落入本频道接收机通带内造成对有用信号的干扰；所谓邻道干扰是指相邻波道信号中存在的寄生辐射干扰；所谓邻道干扰是指相邻波道信号中存在的寄生辐射落人本频道接收机带内造成对有用信号的干扰。落人本频道接收机带内造成对有用信号的干扰。 3 3FDMAFDMA系统的特点系统的特点 FDMA FDMA系统具有如下特点：系统具有如下特点： (1) (1)每信道占用一个载频，相邻
46、载频之间的间隔应满足传输信号带宽的要每信道占用一个载频，相邻载频之间的间隔应满足传输信号带宽的要求。为了在有限的频谱中增加信道数量，系统均希望间隔越窄越好。求。为了在有限的频谱中增加信道数量，系统均希望间隔越窄越好。FDMAFDMA信信道的相对带宽较窄，每个信道的每一载波仅支持一个电路连接，也就是说道的相对带宽较窄，每个信道的每一载波仅支持一个电路连接，也就是说FDMAFDMA通常在窄带系统中实现。通常在窄带系统中实现。 (2) (2)符号时间与平均延迟扩展相忧较是很大的。符号时间与平均延迟扩展相忧较是很大的。FDMAFDMA方式中，每信道只传方式中，每信道只传送一路数字信号，信号速率低，一般
47、在送一路数字信号，信号速率低，一般在25kbit/s25kbit/s以下，远低于多径时延扩展以下，远低于多径时延扩展所限定的所限定的100 100 kbit/skbit/s。所以在数字信号传输中，由码间干扰引起的误码极小，。所以在数字信号传输中，由码间干扰引起的误码极小，因此在窄带因此在窄带FDMAFDMA系统中无需自适应均衡。系统中无需自适应均衡。 (3) (3)基站复杂庞大，重复设置收发信设备。基站有多少信道，就需要多少基站复杂庞大，重复设置收发信设备。基站有多少信道，就需要多少部收发信机，同时需用天线共用器，功率损耗大，易产生信道间的互调干扰。部收发信机，同时需用天线共用器，功率损耗大，
48、易产生信道间的互调干扰。 (4)FDMA (4)FDMA系统每载波单个信道的设计，使得在接收设备中必须使用带通滤系统每载波单个信道的设计，使得在接收设备中必须使用带通滤波器允许指定信道里的信号通过，滤除其他频率的信号，从而限制临近信道波器允许指定信道里的信号通过，滤除其他频率的信号，从而限制临近信道间的相互干扰。间的相互干扰。 (5) (5)越区切换较为复杂和困难。因在越区切换较为复杂和困难。因在FDMAFDMA系统中，分配好语音信道后，基系统中，分配好语音信道后，基站和移动台都是连续传输的，所以在越区切换时，必须瞬时中断传输数十至站和移动台都是连续传输的，所以在越区切换时，必须瞬时中断传输数
49、十至数百毫秒，以把通信从一频率切换到另一频率。对于话音，瞬时中断问题不数百毫秒，以把通信从一频率切换到另一频率。对于话音，瞬时中断问题不大，对于数据传输，则将带来数据的丢失。大，对于数据传输，则将带来数据的丢失。 在模拟蜂窝系统中，采用频分多址方式是唯一的选择。而在数字蜂窝中，在模拟蜂窝系统中，采用频分多址方式是唯一的选择。而在数字蜂窝中，则很少采用纯频分的方式。则很少采用纯频分的方式。 1 1TDMATDMA系统原理系统原理 时分多址是在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期时分多址是在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙性的帧，每一帧再分割成若干时隙( (无论帧
50、或时隙都是互不重无论帧或时隙都是互不重叠的叠的) )，每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户。系统，每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户。系统根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发射信号定的时隙向基站发射信号( (突发信号突发信号) )，在满足定时和同步的，在满足定时和同步的条件下，基站可以在各时隙中接收到各移动台的信号而互不条件下，基站可以在各时隙中接收到各移动台的信号而互不干扰。同时，基站发向各个移动台的信号都按顺序安排在预干扰。同时，基站发向各个移动台的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动台只要
