现代通信技术思维导图模板_ProcessOn思维导图、流程图

第一讲通信概论

模拟通信的缺点

传输通信有限，可以中继放大，但同时放大了噪声

适合传输语音，应用其他业务（图像和数据）困难

模拟器件不便集成化，系统维护困难

模拟信号不易保密

数字通信系统基本结构

模拟信源f(t)

抽样

量化编码

数字信源

信源编码

信道编码

数字调制

信道

数字调制

信道译码

信源解码

反量化

低通滤波

无噪声条件下的容量

奈奎斯特抽样定理

分支主题

低通信道，单边带宽B，无噪声干扰

最多能通过同样带宽的低通信号，无失真恢复需要2B次抽样，若每个样点可能有V个量化电平，则信道容量（最大传输速率）为C=2Blog2V

调制解调器

电话线信道带宽B=4000Hz，话音用PCM编码，每个样点8bits量化，V=256，故最大可达速率为C=2Blog2V=64kbps

有的地区会从8bit中取一位检错（校验位），故实际最高可达速率为56kbps

如何提高信道容量

提高量化电平数V

缺点

电平数越大能耗越高

电平间隔越小对噪声越敏感

提高传输带宽B

ADSL(非对称数字用户线路)信道特性和载波分配

将1.1MHz频谱分为256个子频带，每个宽4kHz

子带0用于话音，1–5用于保护，剩余250个有2个传信令，248个传数据

因衰减不同，各信道传输的速率不尽相同

信道容量不能无限提高

受自然条件、器件的物理特性影响，带宽B有限

实际信号的功率受限，即最大电平幅度有限

在确定功率条件下，受噪声和干扰影响，电平间隔不能太小，否则可能误码，所以V得最大值也有限

香农公式定量描述了噪声影响下的信道容量

消息和信息的区别

消息表现为信号：信号携带消息

消息的出现是随机的、无法预知的

消息出现的可能性越小，则此消息携带的信息就越多

当消息的持续时间增加时，其信息量也随之增加

若干独立消息之和的信息量应该是每个消息所含信息量的线性叠加，即信息具有相加性

随着消息长度的增加，其信息量应该以指数形式增长

信息是抽象的、本质的内容

IEEE 802.11a标准，最低6Mbps，最高54Mbps

有噪条件下：香农定理

分支主题

达到香农限的方法

信源编码：去除冗余降码率

分支主题

哈弗曼编码

将较长的码字分配给较小可能的信源符号，将较短的码字分配给较大可能的信源符号

变长码，非前缀码

提高编码效率

对多个连续符号进行编码

有损编码

语音、图像、视频等信源的信息量巨大，采用熵编码则码率很高

损失部分信息是可以接受的

有损编码的本质是量化！即多对一映射

假设噪声也有意义，则去除噪声意味着损失信息

信道编码：增加冗余抗干扰

克服非理想信道导致的误码

发端加入冗余，收端进行校验，检测甚至纠正误码

重复编码

汉明码

本质

噪声干扰是一对多的映射，除正确的码字之外，还有多种错误模式

信道译码是多对一的映射，将多种错误模式映射为正确码字，进而恢复原空间的信息码

错误模式均匀的聚集在正确码字周围，形成错误球

能抵抗的错误模式越多，错误球越大，正确码字越少

特点

码率（编码效率）和纠错能力成反比

随着分组长度增加，编码效率逐渐提高，极限就是香农限

调制解调：适应信道特性，提高带宽利用率

目的

调制：将0/1映射为连续时间信号

分支主题

解调：将连续时间信号映射为0/1

进一步要求

调制：将0/1映射为连续时间信号，希望其频谱受限在特定频带，带外能量尽可能小

解调：将噪声污染的波形映射为0/1，误码率尽可能低

减少相位突变引起带外能量

CPFSK

分支主题

GMSK

分支主题

正交频分复用OFDM

原理图

分支主题

优点

带宽利用率高

分支主题

抗多径（频率选择性信道）

分支主题

易实现

调制：IFFT

解调：FFT

缺点

峰均比太大，功率利用率不高

峰均比太大，对功放线性要求苛刻

同步要求高，频偏影响是单载波的N倍

要求载波正交，受多普勒频移影响严重

蜂窝网

传统组网方式

可用带宽B，每个六边形内有一个用户

每个用户都可以和其他用户通信，其功率要覆盖到全部区域

每个用户的可用带宽是B/14

蜂窝网（小区）方式

小区中心设基站，基站之间用有线网连接，用户减小功率，只和自己的基站通信

相邻小区分配不同的频带，不相邻小区复用相同频带

每个用户的可用带宽是B/3

加密与签名

安全模型及其要求

保密性：窃听者不能获取信息，或不能了解信息的真实含义

真实性：对信息的来源进行判断，能对伪造来源予以鉴别

完整性：能够发现被非法用户篡改的数据

时效性：保证消息在有效期内，防止窃听者重传攻击、延迟等

不可抵赖性：发送方不得否认其行为（数字签名）

传统密码的缺点

保密系统的安全完全取决于算法的保密方式

保密性不够，算法频繁更换

不能进行质量控制和标准化，不能批量生产

基于密匙的保密体制

算法公开，密匙空间很大，”抗穷举攻击”

应用

加密解密

对称密匙：用于加密和解密的密匙相同

非对称密匙：公匙和私匙（安全证书，CA）

消息摘要

明文空间远大于密文空间（MD5算法，数据结构里的Hash算法）

数字签名，保护用户的密码

多用户接入

解决接入冲突

抢占方式：以太网的总线结构

载波侦听多路访问/冲突避免（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，CSMA/CA）

非抢占方式：没有冲突，保证通信质量

FDMA（频分多址）

TDMA（时分多址）

CDMA（码分多址）Code Division Multiple Access

考虑用户需求

信道可以公平分配，但用户需求是不平衡的

每个用户有自己的发送队列，队列长度和用户需求有关，可用带宽与网络当前状态有关，很复杂。

排队论

用户需求会影响网络状态，网络状态反馈给用户调整需求，更加复杂

利用网络优化点对点传输

传输一定有衰减，真空中衰减正比于距离平方

多跳中继，减小功率！

继续增加中继节点，引发路由问题！

第二讲基本概念

历史

环境

资源紧张

有效性

环境恶劣

可靠性

无限通信的频谱

长波 30~300 KHz 10-1km

中波 0.3~1.5 MHz 1000-200m

短波 1.5~30 MHz 200-10m

超短波:

米波 30~300 MHz 10-1m

微波：

分米波 0.3~3 GHz 100-10cm

厘米波 3~30 GHz 10-1cm

毫米波 30~300 GHz 10-1mm

亚毫米波 300~3000 GHz 1-0.1mm

光波：

红外光 3e3~3e5 GHz 100-1mm

可见光 3e5~3e6 GHz 0.8-0.4μm

无线通信的传播信道

无线传播环境的复杂性

天波（电离层、对流层）

地波（直射、反射、绕射）

信道的分类

带宽受限信道和功率受限信道

色散信道（时间扩展信道）

由于传播的多径效应引起的

分支主题

时变信道（频率扩展信道）

由于传播的多普勒效应引起的

分支主题

弥散信道（空间扩展信道）

由于传播的多径效应引起的

分支主题

性能

工作频段

根据频谱规划，划分给该项业务的工作频率范围

分支主题

波道配置

根据频谱规划，在工作频段内划分出若干个波道，供用户选用

分支主题

收发配置

根据频谱规划，在工作频段内划分出发送和接收子频段

分支主题

传播距离

地面视距传播

取决于天线高度、工作频段和地形，一般50公里以内

地面绕射传播

一般20公里以内

对流层传播

一般几百公里

电离层传播

可达几千公里

卫星传播

洲际传播

传输方式

单工点对点方式

双工点对点方式

中继（或称接力）方式

有源中继

无源中继

地面点对多点方式

卫星点对多点方式

平流层气球方式

传输容量

传输容量指对用户有效的传输信息容量

传输容量表示方法

传输容量有时还要考虑一些附加的信息

信道速率

信道速率指在无线信道中传送的总速率，一般用比特率表示

信道比特包括：用户信息比特和辅助信息比特

辅助信息比特

信道编码比特

勤务和监控比特

帧同步比特

传输质量

误码

长时间统计的零星误码

短时间统计的误码超过某个值

同步

时钟抖动

时钟丢失

误码门限（接收机灵敏度）

无线传输系统的重要性能指标

为达到一定误码率所需要的最小接收电平，称为该系统的误码门限

Pr0 = kT0 ×Nf × fb × Eb/N0 =-114dBm+Nf(dB)+10lgfb（Mb/s)+Eb/N0(dB)

参数

k为玻尔兹曼常数

T0 为绝对温度(室温取2900K）

Nf为噪声系数

fb 为信道速率

Eb/N0 为保证一定误码率所需要的归一化信噪比

双工方式

频分双工（FDD）

分支主题

时分双工（TDD）

分支主题

调制方式

模拟调制及数字调制

常用数字调制方式

FSK、MSK、GMSK、TFM

BPSK、QPSK、8PSK

16QAM、64QAM、256QAM

全数字调制方法

任何调制都可以正交展开，即用同相/正交分量表示

解调方式

模拟解调和数字解调

数字解调

相干解调

非相干解调

同步问题的重要性

载波同步

时钟同步

全数字解调方法

信道编码方式

目的

消除零星误码

取得功率增益

考虑原则

系统对信道编码的要求

系统能提供多少冗余度

常用的信道编码

分组码

卷积码

Turbo码、LDPC码

纠错编码和交织结合

纠错编码和调制结合

代数译码和概率译码

语音压缩编码

增量调制（M）

16Kb/s，32Kb/s

脉冲编码调制（PCM）

64Kb/s

自适应差分脉码调制（ADPCM）

32Kb/s

其它中低速语音编码

16Kb/s，8Kb/s，4.8Kb/s，2.4Kb/s

图象压缩编码

JPEG

MPEG - 1, 2, 4

H. 261, 262, 264

发送频谱

分支主题

发送功率等级

无绳电话

毫瓦级

移动电话

瓦级

微波通信

十瓦级

卫星通信

百瓦级

体制

考虑原则

有效性

解释：在给定的频率、功率和空间条件下实现最大的传输容量

信源编码技术

采用有效的信源编码技术，在保证原始消息质量的条件下，尽可能压缩传输所需的比特率

调制技术

采用高效率的调制技术（包括频谱成形技术），尽可能压缩传输给定比特率所需的带宽

蜂窝技术

控制发射机的功率，在通信区域内划分出许多蜂窝状小区，从而提高无线频谱的利用率

智能天线技术

利用天线的自动定向或扇区划分，在通信区域内形成许多定向的小区，从而提高无线频谱利用率

可靠性

解释：在给定的信道衰落和干扰条件下实现最好的业务质量

冗余度技术

纠错编码

比特上的冗余度

扩频跳频

频率上的冗余度

电平储备

功率上的冗余度

备份切换

设备上的冗余度

抵销技术

均衡

用频域或时域的方法校正信道的传递函数

分集

用多重频率、时间或天线接收的信号抵销多径效应

多用户检测

自适应干扰抵销

灵活性

解释：为固定及移动用户提供最灵活的无线接入手段

无线多路

无线多路是无线通信灵活性的表现之一。

无线多路一般遵循多路电话的标准，如：PDH的基群、二次群等，SDH的STM-1等。采用TDM体制。

无线通信还能提供灵活的旁路业务。

无线多址

无线多址接入是无线通信灵活性的表现之二。

采用FDMA、TDMA、CDMA、SDMA等多址接入技术。

既能固定接入，也能移动接入。

在蜂窝移动系统中，越区和漫游技术的重要性。

规范

标准化

准备工作（Homework）

仿真

提出创新方案

标准化会议和协调工作

标准化的阶段划分

需求制定（Requirement）

核心技术讨论（Study Item ）

标准完成（Work Item）

无线通信技术规范的重要性

无线频谱的合理使用

无线系统的干扰协调

无线用户的入网接口

无线设备的跨域漫游

无线通信技术规范的核心

无线传输技术（空中接口技术）

无线入网技术

标准系列

国际电联的标准：CCIR、CCITT、ITU

3GPP/3GPP2

ETRI/IEEE

世界各国的地区性标准

欧洲标准

北美标准

日本标准

我国标准

国家标准

部门标准

无线法规

由信息产业部无线电管理局（原国家无委会）制定无线电法规，作为国家行政法规颁布。

美国FCC

各种无线产品必须符合无线法规制定的入网标准。

各种无线产品的研制、生产、引进、使用都必须向主管部门（各级无委会）申报，特别是无线发射机。

各项无线通信工程的设计、施工和运营都必须向主管部门（各级无委会）申报，特别是使用频率。

违反国家无线法规的行为都属于违法行为。

频谱规划

无线频谱的使用由无线电管理局统一规划，并实行许可证制度。

频谱规划种类：广播电视、射电天文、雷达定位、民用通信、军用通信等。

民用通信举例：微波通信、卫星通信、移动通信、无线寻呼、无绳电话、无线数据等。

频谱规划中允许不同业务共享某个频段，但在技术上和管理上要做好协调。

无线固定接入的频率规划

①

450.5～452.5MHz/460.5～462.5MHz

FDD模式

窄带无线接入

1800～1805MHz

S-CDMA TDD模式

公众网或专用网无线接入

1900～1920MHz

TDD模式

用于PHS、DECT、TDMA/CDMA TDD、Cordless DECT

2400～2483.5MHz及5725～5850MHz

ISM频段扩频SS系统接入及Bluetooth/Pico-cell无线接入

3400～3430MHz/3500～3530MHz

FDD模式

中高速无线接入

24/26GHz及38GHz

FDD模式

LMDS宽带无线接入

②

数字蜂窝GSM

885-915/930-960MHz

数字蜂窝DCS-1800

1710-1755/1805-1850MHz

数字蜂窝IS-95

825-835/870-880MHz

数字集群

806-821/851-866MHz

3G-FDD（主要频段）

1920-1980/2110-2170MHz

3G-FDD（补充频段）

1755-1785/1850-1880MHz

3G-TDD（主要频段）

1880-1920，2010-2025MHz

3G-TDD（补充频段）

2300-2400MHz

4G-LTE频谱规划-FDD

分支主题

第一代移动通信技术规范

模拟蜂窝TACS

－频率 900MHz

－间隔 25KHz

－调制话音FM，信令FSK

－多址 FDMA

－双工 FDD

模拟蜂窝AMPS

－频率 800MHz

－间隔 30KHz

－调制话音FM，信令FSK

－多址 FDMA

－双工 FDD

第二代移动通信技术规范

数字蜂窝GSM

－频率 900MHz

－间隔 200KHz

－调制 GMSK

－多址 TDMA/FDMA

－双工 FDD

数字蜂窝Q-CDMA(IS-95)

－频率 800MHz

－间隔 1.25MHz

－调制扩频＋QPSK

－多址 CDMA/FDMA

－双工 FDD

第三代移动通信技术规范

WCDMA

－频率 2GHz

－间隔 5MHz

－码片 3.84Mcps

－多址 CDMA

－双工 FDD

cdma2000

－频率 2GHz

－间隔 1.25MHz

－码片 1.2288Mcps

－多址 CDMA

－双工 FDD

TD-SCDMA

－频率 2GHz

－间隔 1.6MHz

－码片 1.28Mcps

－多址 CDMA/TDMA

－双工 TDD

第四代移动通信技术规范演进

什么是LTE？

长期演进LTE (Long Term Evolution)是3GPP主导的无线通信技术的演进

LTE与SAE是3GPP当年的两大演进计划，LTE负责无线空口技术演进，SAE (System Architecture Evolution)负责整个网络架构的演进

为什么需要LTE？

保持 3GPP与WIMAX/3GPP2的竞争优势

顺应宽带移动数据业务的发展需要

移动通信数据化，宽带化，IP化

高吞吐率 = 高频谱效率 + 大带宽

低时延 = 扁平化的网络架构

LTE设计目标

带宽灵活配置：支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz带宽

峰值速率(20MHz带宽）：下行100Mbps，上行50Mbps

控制面时延小于100ms，用户面时延(单向)小于5ms

能为速度>350km/h的用户提供100kbps的接入服务

支持增强型MBMS（E-MBMS）

取消CS域，CS域业务在PS域实现，如VOIP

支持与现有3GPP和非3GPP系统的互操作

系统结构简单化，低成本建网

发展

面向21世纪通信的重大变革

20世纪

业务方式

以音频为主的单媒体

干线传输

微波

用户传输

有线

复接方式

PDH

交换模式

STM

网络方式

三网鼎立

21世纪

业务方式

以视频为主的单媒体

干线传输

光纤

用户传输

无线

复接方式

SDH

交换模式

ATM

网络方式

三网融合

面向21世纪通信的三大革命

以干线传输光纤化为标志的光纤革命

以SDH、ATM和IP为标志的数字革命

以个人通信和无线接入为标志的无线革命

面向21世纪通信的两大平台

光纤通信平台

无线通信平台

面向21世纪通信的基本框架

20世纪通信网的基本框架

中继线无线为主（微波、卫星）天上

包括部分有线（电缆）

用户线有线为主（市话电缆）地下

包括部分无线（无线电话）

21世纪通信网的基本框架

中继线有线为主（光缆）地下

包括部分无线（微波、卫星）

用户线无线为主天上

包括部分有线

第三讲无线信道

有线与无线

无线信道

无线通信

利用空间电磁波的辐射，实现信息传输的一种通信方式

无线信道

辐射电磁波的空间

信号载体

电磁场

有线信道

电缆等导体

信号载体

电流、电压

传播信道考虑问题

1、多条路径的问题

2、移动及时变的问题

3、随机的问题

4、干扰的问题

四种基本传播机制

分支主题

直射

自由空间传播

反射

当电磁波遇到比波长大得多的物体时，发生反射。

反射发生在地表、建筑和墙表。

绕射

当发射机和接收机之间的传播路由被尖锐的边缘阻挡时，发生绕射。

散射

当电磁波的传播路由上存在小于波长的物体、并且单位体积内这种障碍物体的数目非常巨大时，发生散射。

散射发生在粗糙表面、小物体或其它不规则物体，如：树叶、街道标志和灯柱等。

无线信道分类

分支主题

理想无线信道

阻挡

无衰落

无时变

无干扰

非理想无线信道

分支主题

固定无线信道

移动无线信道

分支主题

视距无线信道

地面视距

卫星

非视距无线信道

地面绕射

对流层散射

电离层折射

分支主题

有干扰无线信道

系统内部的干扰

系统外部的非敌意干扰

敌意干扰

无干扰无线信道

无线信道的参数

一阶参数

传播衰减

－衰减的平均值

－衰减的最大值

－衰减的统计特性

传播时延

－时延的平均值

－时延的最大值

－时延的统计特性

传播方向

二阶参数

时间扩展

－对信道色散效应的描述

频率扩展

－对信道时变效应的描述

空间扩展

－对信道弥散效应的描述

干扰参数

干扰的性质

干扰的强度

自由空间传播

自由空间特点(理想情况)

无任何大气衰减

无任何地形阻挡

无任何传播多径的空间

自由空间传播的能量扩散

LS = (4πfd/c) ^2

自由空间传播衰减，和通信距离的二次方成比例。

自由空间传播衰减，和工作频率的二次方成比例。

自由空间传播衰减是无线通信计算路径衰减的基础。

在计算实际路径的传播衰减时，还要考虑多径、阻挡、移动及地形、气候等因素。

信道确定性模型

忽略因素

信道干扰噪声的影响

信道的随机性

三个效应

色散效应

频率

分支主题

输入

时域δ函数，频域均匀谱

输出

时域有扩展，频域有起伏

时变效应

时间

分支主题

输入

频域δ函数，时域单频等幅载波

输出

时域包络有起伏，频域有扩展（多普勒扩展）

弥散效应

空间

分支主题

输入

角度域δ函数，时域单频等幅载波

输出

角度域有扩展，空间域有起伏

物理解释

1、无线电波在传播过程中产生角度扩展的现象，称为弥散。

2、如果发送天线能够形成δ波束，则即使存在多径，也不会出现弥散。

3、弥散只会出现在发送天线为非δ波束的情况，这时产生弥散的原因有

发送天线本身的角度扩展

多径传播引入的角度扩展

6个参数

各自都组成傅里叶变换的关系

τ ←→ f

色散效应的时间（时间响应）及频率（频率响应）

频率选择性

t ←→ν

时变效应的时间（时间变化）及频率（多普勒频移）

时间选择性

φ ←→ r

弥散效应的角度及距离

空间选择性

H(φ, r, t, v, τ, f )

三维傅里叶变换

分支主题

信道随机性一阶模型

一阶统计特性的要点

暂不考虑信道干扰噪声的影响

暂不考虑信道传播方向的影响

主要考虑信道的两个参数：

传播衰减

传播时延

传播时延会影响与系统同步有关的性能，在讨论信道的一阶统计特性时暂时不于考虑。

载波同步

时钟同步

时隙同步

传播衰减会影响接收信号强度，进而影响通信距离及覆盖范围，是信道一阶统计特性讨论的重点。

传播衰减

定义方法

由于传播衰减是一个随机过程，其一阶统计特性可以用幅度平均值及幅度分布函数来表示。

幅度平均值（中值衰减）主要和传播距离、工作频率及地形、气候等条件有关，一般表示成和距离及频率的多少次方成比例，并加上地形及气候等因子，在自由空间传播衰减的基础上进行修正。

幅度分布函数和传播机理有关：

阴影及传播阻挡

对数正态分布

多径及相位干涉

瑞利分布或莱斯分布

幅度平均值

在给定的时间内，有50%时间的场强（或称传播衰减）超过某个数值，则这个数值就称为场强中值（或衰减中值）

衰减中值可以近似衰减统计平均值

幅度分布函数

阴影效应

对数正态分布

多径效应

瑞利衰落

相位失真服从均匀分布

相位失真与幅度衰落相互独立

莱斯衰落

幅度衰减概率密度：莱斯分布

分支主题

信道随机性二阶模型

简化广义平稳非相关散射（WSSUS）信道

先不考虑传播的弥散效应，只考虑色散和时变效应

时变多径信道的冲激效应 H1~H8 → h(τ, t)

两点假定

－信道的冲激响应h(τ, t)是广义平稳的随机过程；

－对任意 t 及τ 1≠τ 2， h(τ 1, t)和h(τ 2, t)是不相关的。

信道相干带宽

分支主题

信道相干时间

分支主题

总结

分支主题

衰落信道的分类

基于多径时延扩展

平衰落

信号带宽<相干带宽

时延扩展<符号周期

频率选择性衰落

信号带宽>相干带宽

时延扩展>符号周期

基于多普勒扩展

分支主题

时间选择性衰落（快衰落）

信号带宽<多普勒扩展

相干时间<符号周期

频率选择性衰落（慢衰落）

信号带宽>多普勒扩展

相干时间>符号周期

地面视距传播

简介

地面微波通信属于视距传播。

视距传播的主要特点是收发天线都在视距范围内。

视距传播要考虑大气效应和地面效应。

大气效应

吸收衰减

主要发生在高频段

对于12GHz(2.5cm)以下的频率，大气吸收衰减小于0.015dB/km。

雨雾衰减

在10GHz以下频段，不严重，只有几dB。

在10GHz以上频段，严重，达到几dB/km。

下雨衰减是限制高频段微波传播距离的主要因素。

大气折射

由于空气的折射率随高度变化引起的。

电磁波在传播过程中向下弯曲

超越视距范围的接收点也能收到信号功率

引入等效地球半径

地面效应

余隙hc及费涅尔损耗

分支主题

遇到障碍物额外损耗

地面反射

分支主题

反射相位不同随机性

增强

抵消

地面超视距传播

对流层散射传播

散射

利用部分散射体内介质的前向散射信号

典型的多径信道

散射信道不存在电波的直射分量

典型的瑞利衰落信道

克服方法：分集接收技术

电离层反射传播

严重的多径效应

严重的时变性

包含最高可用频率

多种附加损耗

吸收损耗

地面反射损耗

系统额外损耗

严重的干扰

大气噪声

工业干扰

天线干扰

其他电台干扰

技术措施

自适应均衡

自动线路建立

分集

流星余迹传播

利用流星余迹的散射和反射进行通信

传输速率低

用于突发通信

卫星传播

静止卫星

信道稳定，可以按照自由空间传播损耗计算

长延时，要考虑对话音质量和通信协议的影响

移动卫星

要考虑地面的影响，包括多径和遮蔽

接收信号电平服从莱斯分布

要考虑多普勒频移

移动传播

信道的时变增益g(t)

小尺度（或短期）衰落成分

大尺度（或长期）衰落成分

移动传播的小尺度模型

小尺度多径衰落传播模型

概述

信道增益的“微观值”

与发射机和接收机之间的距离无关

描述移动台在极小范围内移动时，短距离或短时间接收场强的快速变化

用于确定移动通信系统应该采取的技术措施

主要针对设备制造商

一阶统计特性

计算损耗值

在一个较小空间或较小时间内统计得到的损耗值

由于多径效应及相位干涉引起

统计距离为几十波长以下

二阶统计特性

自相关函数或功率谱

信道参数随时、频、空变化快慢

时域的二阶衰落统计特性

电平交叉率（LCR）

单位时间内幅度低于给定门限的平均次数

平均衰落持续时间（AFD）

接收信号幅度低于给定门限的持续时间之平均值

频域的二阶衰落统计特性

频域上的电平交叉率

单位频带内幅度低于给定门限的平均次数

平均衰落持续带宽

空域的二阶衰落统计特性

空域上的电平交叉率

单位距离内幅度低于给定门限的平均次数

平均衰落持续距离

理想模型

瑞利分布

莱斯分布

对数正态分布

经验模型

Nakagami-m分布

移动传播的大尺度模型

大尺度多径衰落传播模型

概述

信道增益的“宏观值”

与发射机和接收机之间的距离有关，也和传播环境有关

是路径损耗在一定距离或一定时间内的平均

用于预测平均场强并估计无线覆盖范围

主要针对系统运营商

大尺度传播损耗

分支主题

在一个较大空间或较大时间内统计得到的衰减值

损耗成分

由于路径衰减及多径效应引入的损耗

影响因素

传播距离

工作频率

传播环境

由于传播阻挡及阴影效应引入的损耗

特点

变化速率低于信息传输速率

经验模型

Egli（艾格里）模型

Okumura（奥村）模型

预测城区信号

Hata(哈塔）模型

适用于宏蜂窝（小区r>1km）的路径损耗预测

Okumura-Hata模型

COST-231 Hata模型

室内模型

情况更复杂

更严重阻挡

更严重多径

更严重变化

分类

室外向室内穿透损耗

同楼层的分隔损耗

楼层间的分隔损耗

同一室内无障碍物损耗

同一室内有障碍物损耗

其他：隧道

第四讲传输技术1

数字信息表示法

抽象代码

一组数字或文字符号

传输代码

一组电脉冲波形

二进制

非归零码

归零码

多进制

信息量

I ＝ log2(M) 比特

码元速率

Baud

信息速率

bits/s

基带传输过程

基带传输

特点

数字信号电脉冲不对载波进行调制

直接送往信道进行传输的方法

基带重要性

一个载波传输系统和基带传输过程十分相似

编码

译码

滤波

判决

抽样

再生

载波传输系统在一定条件下完全可以用等效基带传输系统来代替

功率谱密度

比特差错率

基带传输过程

分支主题

发端滤波器

基带信道

噪声与干扰

收端滤波器

再生器

传输过程的畸变

干扰与噪声

波形失真

定性描述

眼图

质量参数

眼图开启度U0/Um

眼皮厚度Δu/Um

交叉点发散度ΔT/TS

比特差错率（BER）

其他名称

误码率

误字率

码元差错率

比特差错率

符号差错率

功率谱密度

定义

自相关函数的傅里叶变换

平稳随机序列

数字信息的抽象代码是平稳的随机序列

映射成传输代码，却不是平稳的随机过程

传输代码的自相关函数在一个码元内和时间起点有关

广义周期平稳随机过程

非平稳

分支主题

计算方法

自相关函数法

样本统计法

奈奎斯特准则

含义

数字波形在无噪声线性信道上传输时的无失真条件

奈奎斯特第一准则

抽样点无失真准则，或无码间串扰（ISI Free)准则

奈奎斯特第二准则

转换点无失真准则，或无抖动（Jitter Free）准则

奈奎斯特第三准则

波形面积无失真准则。

第n时隙的波形面积，只决定于该时隙码元的取值，而和其它时隙的码元无关。

由于一般的数字信号不可能是冲激响应，而是矩形脉冲，为了满足第一准则，实际上都需要采用第三准则滤波器。

网孔滤波器

最佳检测准则

基带传输模型

分支主题

收发滤波器满足共轭相等条件

分支主题

基带信号在AWGN信道上实现最佳检测的条件是收发滤波器共轭匹配，这时抽样点的信噪比取得最大值，并等于归一化信噪比。

分支主题

比特差错率

计算时假设

传输信道是AWGN信道

传输信道是线性信道

收发滤波器满足无码间串扰条件，并且共轭匹配

双极性二进制码

分支主题

单极性二进制码

分支主题

误码率计算公式说明

正态分布函数

分支主题

互补正态分布函数

分支主题

误差函数

分支主题

互补误差函数

分支主题

第五讲传输技术2

采用载波传输原因

1、有线通信的载体是电流、电压，无线通信的载体是电磁场，根据电磁场理论，只有交变的电场和磁场才能相互激发并在空间传播。

2、无线通信必须采用天线才能实现电流、电压和电磁场的变换，而天线增益正比于天线尺寸和波长的比值。

3、为了充分利用空间的电磁波频谱资源，必须采用不同载波进行复用，即将基带信号调制到某个载波上。

以正弦波为载波的调制

模拟调制

调幅

调相

调频

数字调制

调制

分类

调幅ASK

调相PSK

调频FSK

指标

频谱性能

包络性能

解调

分类

相干解调

非相干解调

指标

误码性能

复包络分析法

移相键控

多相移相键控

正交移幅键控

连续相位移频键控

复数调制器

调制过程

分支主题

解调过程

分支主题

多相移相键控

绝对移相

分支主题

相对移相

分支主题

相干解调

分支主题

延时相干解调

分支主题

多相键控信号的矢量表示

分支主题

相位逻辑

自然码

格雷码

差分编码

优点

克服在接收端进行相干解调时存在的参考载波相位含糊度

缺点

引起误码扩散

其它移相键控技术

O-QPSK（Offset QPSK）

/4-QPSK

正交移幅键控

矢量表示

分支主题

复包络表示法

u(t) = x(t) + j y(t)

QPSK：±1

16QAM：±1, ±3

64QAM：±1, ±3, ±5, ±7

功率谱密度与误码率

分支主题

二进制和多进制的转换：电平逻辑

自然码电平逻辑

格雷码电平逻辑

连续相位移频键控

多相移相、正交移幅键控问题

频谱利用率和功率利用率的矛盾

频谱利用率和恒定包络的矛盾

目标

同时具有较好的频谱利用率、功率利用率、恒定包络

出现连续相位移频键控

最小移频键控（MSK）

分支主题

相位变化轨迹

分支主题

高斯预滤波最小移频键控（GMSK）

相位函数的导数是频率函数

GMSK误码特性比QPSK约恶化1dB

载波同步

实现位置

插入载波的信号中

抑制载波的信号中

分支主题

经过非线性处理，从接收到的已调信号中消除调制，恢复出无调制的载波，即可实现载波同步。

QPSK信号的载波同步

逆调制环

判决反馈环

通用环

时钟同步

从数字信号中提取时钟同步

分支主题

经过非线性处理，从接收到的数字信号中恢复出一定波形的归零码，即可从中提取时钟信号。

微分－全波整流法

分支主题

中频检波法

分支主题

第六讲抗衰落技术1

衰落

定义

在无线通信的信道传输过程中

由于大气及地面的影响

而发生传播损耗及传播延时随时间变化的现象

按时间特性分类

快衰落

慢衰落

按频率特性分类

非频率选择性衰落（又称平衰落）

频率选择性衰落

影响

接收电平降低，无法保证正常通信。

接收波形畸变，产生严重的误码。

传播延时变化，破坏与时延有关的同步。

在快衰落情况下，由于信道特性变化迅速，影响对信道的估计及跟踪。

对抗衰落

减少通信距离

增加发送功率

调整天线高度

选择合适路由。

在移动通信中采用微蜂窝、直放站。

采用抗衰落技术

分集技术

均衡技术

瑞克技术

编码技术

电平储备

非频率选择性衰落主要体现为接收电平的降低

统计特性

平均接收电平

抗衰落原理

衰落储备法

实际无线传播信道是有衰落的，因此在没有衰落时的平均接收电平必需大于门限接收电平，才能保证可靠通信

通过选择足够的衰落储备来保证接收电平降低到门限以下（这种事件可以称为中断）的概率小于某个值

工程设计方法

根据中断概率U中断→确定衰落深度Fd→根据R≥Fd→确定衰落储备R

实现方法

增加发送功率

提高天线增益

减少通信距离

降低噪声系数及对归一化信噪比的要求等

存在问题

大多数时间的储备电平都是浪费的

在多址或多用户场合，将产生严重的多址或多用户干扰

功率控制

原理框图

分支主题

开环功率控制

分支主题

不同信道适用情况

对于无衰落信道

开环控制适用于FDD及TDD。

对于频率衰落信道

开环控制适用于TDD，不适用于FDD。

对于时间衰落信道

开环控制适用于FDD，不适用于TDD。

对于双衰落信道

开环控制都不适用。

闭环功率控制

分支主题

分集技术

分集原理

分支主题

利用无线传播环境中来自不同途径（支路）的多径信号的统计独立性进行合并

步骤

首先要找出来自不同途径（支路）的多径信号

这些途径（支路）可以是不同的频率、不同的时间、不同的空间、不同的极化、不同的角度等

其次要以某种方法进行合并

优点

不仅能改善非频率选择性衰落

同时也能改善频率选择性衰落

分集方式

频率分集

不同频率的接收信号相互独立；

相互独立的条件

各个载频之间的间隔大于信道的相干带宽

代价

降低频谱利用率

时间分集

不同时间的接收信号相互独立；

相互独立的条件

各个时段之间的间隔大于信道的相干时间

代价

降低信道利用率

引入传输时延

空间分集

不同天线的接收信号相互独立；

相互独立的条件

各个天线之间的间隔大于信道的相干距离

天线的空间间隔一般取：半个载波波长（对于瑞利衰落信道），或10个载波波长（考虑到阴影效应）。

代价

采用额外的天线

极化分集

水平极化和垂直极化的信号相互独立，是空间分集的特例；

角度分集

不同方向的接收信号相互独立，是空间分集的特例。

合并方式

选择式合并

选择最好的支路作为输出，其它支路丢弃。

分支主题

原则

最大接收信号强度

最大接收信噪比

最小误码率为准则

优点

实现简单灵活

可以在接收机的射频、中频、基带或数字流的任何层次上进行选择切换。

当某些支路发生深衰落时，这种选择式分集的效果较好。

分支主题

最大增益合并

调整各个支路主径的相位，使之同相，然后进行等增益相加。

分支主题

这种合并必须在解调判决以前进行

缺点

当发生深衰落时，这种合并会引入噪声的影响。

不能抵销色散的影响。

分支主题

最小色散合并

调整各个支路次径的相位及幅度，使之反相抵消。

这种合并必须在解调判决以前进行

特点

对于简单多径比较有效，如：两径模型

如果多径比较复杂，效果就不好

分支主题

最大比合并

在最大增益合并的基础上调整各个支路的相位，使之同相，然后按照各个支路的信噪比数值进行加权相加。

分支主题

这种合并必须在解调判决以前进行

特点

当发生深衰落时，这种合并可以消除噪声的影响

不能抵消色散的影响

分支主题

分集性能分析

选择分集

分支主题

最大比合并

分支主题

对比分析

当分集阶数较低（L＝1，2）时，选择式合并、最大比合并的性能差别不大。

当分集阶数较高（L＝3，4，….）时，最大比合并明显优于选择式合并。

分集误码性能

当发生瑞利衰落时，如果不加分集，系统的误码性能将严重恶化。

当分集阶数L从1到2时，误码性能改善最为明显。

当分集阶数L无限增加时，误码性能将趋近于AWGN信道的误码性能。

第七讲抗衰落技术2

均衡技术

抗色散原理

思路

色散问题

通过构建有效均衡器解决色散

抗色散原理

分支主题

无色散信道

HT(f)和HR(f)满足奈奎斯特第一准则及匹配滤波准则

在AWGN信道上的误码性能可以最佳

理想信道

HC(f) = 1，信道无色散

HT(f)× HR(f) = N1(f)，收发滤波满足奈奎斯特第一准则

HT(f) = HR(f) ，收发滤波满足(共轭)匹配滤波准则

有色散信道

由发送滤波器和传播信道构成一个发送端的综合滤波器

误码性能严重恶化

采用均衡器

发送均衡器

分支主题

优点

令其频域响应为1/HC(f)，就可以完全抵销信道色散的影响

整个系统还是满足奈奎斯特第一准则及匹配滤波准则

在AWGN信道上的误码性能可以最佳

缺点

在无线传播场合，信道特性是时变的，无法在发送端完全准确预测信道的传递响应HC(f)，因而就无法在发送端构建一个有效的均衡器1/HC(f) 来抵销信道色散的影响。

接收均衡器

分支主题

优点

令其频域响应为1/HC(f)，就可以完全抵销信道色散的影响

在无线传播场合，这是抗色散的一种常用方法，能够取得较好的效果

缺点

整个系统只满足奈奎斯特第一准则，不满足匹配滤波准则

在AWGN信道上的误码性不是最佳

有色散信道的最佳接收机

分支主题

组成

匹配滤波器

用来动态跟踪发送滤波器和色散信道的综合响应，使之匹配。

最大似然估计

用来消除码间干扰。

缺点

即使在采用维特比算法的情况下，最大似然估计还是十分复杂

均衡原理

均衡器分类

分支主题

频域均衡器

时域均衡器

分支主题

线性均衡器

非线性均衡器

分支主题

固定均衡器

自适应均衡器

均衡器实现方法

中频均衡器

基带均衡器

均衡器是传输信道的逆滤波器

自适应均衡器

传输信道的时变性

均衡器的效果

补偿信道的频率选择性

使衰落趋于平坦、相位趋于线性

均衡器不能抵销平衰落(缺点)

时域均衡器

线性均衡器

横向滤波均衡器

特点

适用于衰落深度不是很大的情况

对深衰落的频谱及邻近频谱产生很大增益，从而增加噪声

结构简单

分支主题

非线性均衡器

特点

适用于衰落深度很大的情况

算法相对复杂

稳定性差和收敛时间长

算法

判决反馈均衡器（DFE）

最大似然符号检测（ML）

最大似然序列检测（MLSE）

分支主题

频域均衡器

一般在中频上实现

分支主题

均衡器算法分类

迫零算法

操作

调整抽头系数，使信道和均衡器综合输出响应完全消除码间串扰，即除中心点外，其它抽样点的数值全部为0。

优点

简单

均衡效果较好

缺点

没有考虑噪声的影响

在深衰落的频率点处，会出现很大的噪声增益

不太适用于在无线信道

最小均方算法

操作

调整抽头系数，使信道和均衡器综合输出的期望值和实际值之间的均方误差最小。

优点

最简单的均衡算法

算法的稳定性好

缺点

收敛速度不高

均衡能力有限

在无线中适用于较慢的、不太深的衰落

递归最小二乘算法

操作

调整抽头系数，使信道和均衡器综合输出的累计平方误差最小。

优点

收敛速度快

跟踪性能好

在无线中适用于快衰落信道

缺点

算法较复杂

还要较好的考虑稳定性问题

其它算法

瑞克技术

抗多径技术对比

时域均衡适合于信号不可分离多径的场合，在接收端解决符号间干扰问题。

一般分集适合于能建立多个相互独立的支路，在接收端进行最佳合并。

瑞克技术既不同于均衡，也不同于分集，它由多径分离和多径合并两部分组成。

形象理解

将各个多径信号“耙”出来，然后加以收集。

多径信号的分离

利用宽带扩频信号的相关性理论，将连续多径效应产生的时延功率谱分离成几条离散的路径。

多径信号的合并

在瑞克接收过程中，多径信号的合并方法和分集接收过程的方法相同

分类

（1）选择式合并

（2）最大增益合并

（3）最大比合并（常用）

瑞克接收机构造

先相关后合并

分支主题

先合并和相关

分支主题

交织编码技术

交织原理

分支主题

交织概念

将传输的码流截取长度为Td的一段，进行时隙重组，只要Td大于信道的相干时间，则在Td内的每一个码元其幅度和相位在衰落过程中是相互独立的。

通过重组时隙以获得时间分集的方法称为交织。

交织的总长度Ti称为交织深度

交织一般和信道编码一起考虑。

交织对于移动通信克服快衰落及突发干扰有很好的效果

交织实现

分组交织

卷积交织

交织与编码组合

分支主题

交织效果

对抗深度衰落

对抗突发干扰

空时编码技术

MIMO技术

定义

一个在发送端和接收端都采用多天线的链路系统

优点

提高传输质量

技术

智能天线

空时码

Alamouti

一种空时分组码（STBC）

分支主题

二发一收

空间分集

送端如何对信息符号进行编码并形成发送序列

接收端如何对接收到的信号进行合成

分支主题

提高传输效率

技术

BLAST

第八讲抗干扰技术

噪声和干扰

分支主题

噪声

内部噪声

接收机内部的噪声

噪声谱密度为Nf kT0

接收机前端电路引入的噪声

一般用噪声系数描述

噪声系数的引入，也可以等效成噪声温度的提高

噪声温度从T0提高到Ta＝NfT0

外部噪声

接收机外部引入的噪声

可以把外部噪声折合成接收机的内部噪声，并看成噪声系数的提高。

分类

自然噪声

大气噪声

宇宙噪声

太阳噪声

人为噪声

汽车噪声

电器噪声

放电噪声

干扰

加性干扰

和有用信号无关的各种干扰

信号及干扰可以表示为：s(t)+nI(t)

分类

非敌意干扰

凡是通信方及干扰方不是以对抗为目的，并且相互可以进行协调的

例子

通信系统本身

寄生辐射

组合频率

非线性交调

通信系统之间

邻道干扰

同频干扰

多址干扰

敌意干扰

凡是通信方及干扰方以对抗为目的，并且相互不能进行协调的（电子对抗）

乘性干扰

和有用信号有关的干扰

其干扰强度随有用信号的增加而增加

信号及干扰可以表示为：s(t)[1+nI(t)]

典型乘性干扰

由于传播信道的频率选择性衰落而产生的码间干扰

谱密度

分支主题

α为码间干扰系数， Eb为每比特的信号能量

噪声及对抗技术

噪声及接收机灵敏度

噪声对无线传输的影响，表现在接收机灵敏度的恶化。

接收机灵敏度有各种表示方法

用输入功率表示

分支主题

其中fb为传输速率，Nf为噪声系数，Eb/N0为归一化信噪比

用输入电压表示

以输出端开路电压e定义

用电场强度表示

接收天线上无线电波的能量密度

外部噪声

接收机外部引入的噪声

可以把外部噪声折合成接收机的内部噪声，并看成噪声系数的提高。

分类

自然噪声

天电噪声

宇宙噪声

大气噪声

太阳射电噪声

热噪声

人为噪声

汽车点火系统火花产生的噪声；

电力机车或无轨电车等受电弓接触处火花产生的噪声；

微波炉、高频焊接机、高频热合机等高频设备产生的噪声；

电钻、电动、刮脸刀、霓虹灯广告等电动机、发电机和断续接点器械产生的噪声；

高压输配电线及输电配电所的电晕放电产生的噪声；

地下铁道运输车辆区域辐射而形成的自动点火噪声。

分支主题

人为噪声电平随频率升高而呈对数线性下降

超短波频段

特别在大城市中心，人为噪声电平已大大超过自然噪声的电平，成为主要制约实际灵敏度的因素。

微波频段

人为噪声不占主要地位

内部噪声逐渐成为主要干扰源

对抗噪声的技术

减少接收机的内部噪声

降低噪声系数

减少接收机的外部噪声

工作频段

工作环境

天线方位

降低对归一化信噪比的要求

纠错

干扰及对抗技术

乘性干扰

由于码间干扰引起的乘性干扰，主要影响是出现误码平台。

对抗方法

均衡技术

分集技术

纠错技术

加性干扰（非敌意）

分类

同频干扰

蜂窝系统频率再用引起的同频干扰。

邻道干扰

相邻或相近波道之间由于滤波器不理想引入的干扰。

互调干扰

发射机、接收机及天馈线的非线性引入的干扰。

杂散干扰

设备内部的杂散辐射引入的干扰。

对抗方法

做好蜂窝系统频率规划。

提高滤波器的防护性能。

提高放大电路的线性。

减少振荡电路的杂散。

军用无线通信的抗干扰

信息战

电子对抗

电磁波的侦测与隐蔽

通信干扰与抗干扰

雷达干扰与抗干扰

网络对抗

计算机病毒

软件攻击

消息对抗

加密与解密

消息的收集与欺骗

特点

高度的对抗性

极端的机密性

应用的综合性

对实战环境的依赖性

采用新技术的超前性

通信对抗分类

通信侦察

使用通信侦察设备来探测、搜索、截获敌方的无线通信信号

对信号进行测量、分析、识别、监视以及测向和定位

以获取信号频率、电平、调制方式等技术参数以及电台位置、通信方式、通信特点、网络结构和属性等情报。

通信干扰

使用通信干扰设备发射专门的干扰信号

破坏或扰乱敌方的无线通信，是通信对抗的进攻手段。

通信抗干扰

在军事通信设备及系统中采用的通信反侦察、反干扰措施

是通信对抗的防御手段。

军事通信的干扰环境

干扰种类

设备内部的干扰

收发干扰

邻道干扰

现场非敌意干扰

多径干扰

多用户干扰

环境噪声干扰

其它电台的干扰

现场的敌意干扰

指敌方为电子战需要而施放的干扰

通信抗干扰

主要指对抗敌方的有意干扰

敌意干扰的式样

阻塞干扰

跟踪干扰

通信抗干扰性能

信号隐蔽性

无线信号的隐蔽性

单位面积天线，在单位带宽中所能截获的信号功率

信号方式的隐蔽性

双工方式

调制方式

多路方式

编码方式

同步方式

信号参数的隐蔽性(特别是与抗干扰有关的参数)

扩频序列

跳频序列

同步参数

信令参数

信号鲁棒性

用干扰容限定义

PJ/PS(条件：设备性能、工作环境、干扰性质）

三个层次的条件

a、设备性能

比特差错率

语音质量

同步及信令性能

网络性能

可以定一个门限，在此门限以下用户不能接受

b、工作环境

单台设备还是多台设备

有无天线抗干扰措施

干扰源是否升空

c、干扰性质

干扰性质

干扰强度

干扰时间

通信抗干扰方法

频率域

采用频率域处理

直扩

分支主题

无论是多用户干扰还是热噪声干扰都会“吃掉”一些干扰容限

只有在单用户及忽略热噪声的情况下，才可能达到干扰容限的最大值。

直扩在AWGN信道上无任何增益

跳频

分支主题

跳扩

分支主题

增益G = N × fc / fb

时间域

采用时间域处理

瞬时

潜艇通信常用的方法

先进行信息压缩，然后以很短的时间发送出去。

特点

（1）隐蔽性好；

（2）抗干扰能力强；

（3）信息速率低；

（4）延时大，非实时业务。

跳时

基本是一个TDM或TDMA系统；

时隙不用满，按某种跳时图案在各个时隙上进行跳时；

有一定的隐蔽性和抗干扰性；

目前使用不多。

空间域

采用空间域处理

定向天线

天线波束越窄，电波隐蔽性好，抗干扰性也强。

从抗干扰角度，全向天线不如定向天线。

采用毫米波频段，天线方向性很好，有利于通信抗干扰。

自适应调零天线

利用相控阵天线原理，在干扰源方向形成波束零点；

利用数字信号处理技术对干扰信号进行识别和检测；

利用自适应技术自动调整天线波束的零点指向，使干扰信号最小；

不足：在零点方向形成盲区，影响这个区域内用户的正常通信。

其它数字处理

干扰抵销

纠错编码

抗干扰体制的比较

阻塞干扰

分类

窄带

部分带

梳状干扰

性能

一般跳频优于一般直扩

直扩增益一般都小于滤波器的防护度

跳频最好再加上纠错编码措施

某些跳频点碰上干扰，可以通过纠错消除误码。

跳频最好再加上自适应调零天线

增加对抗特强干扰的能力

跟踪干扰

对信号进行侦测、分析，引导干扰机跟上信号

快跳频是对付跟踪干扰的最好方法

临界跳速＝150KHz / d(km)

如果跳速做不快，可以采用跳扩结合的方法

因为扩频增加了信号的隐蔽性，不容易被跟踪。

从抗干扰的角度，很少采用直扩。

关键技术

1、自适应抗干扰技术

2、空间域抗干扰技术

3、最低限度通信技术

4、关键元件器件技术

第九讲多址技术1

冲突

无冲突多址接入

分类

正交多址技术

频分多址（FDMA）

原理

频率域上的正交分割

信号集采用在频谱上互不重叠载频

算符集采用不同载频的带通滤波器

分支主题

技术特点

FDMA通常在窄带系统实现；

符号时间远大于延时扩展，几乎不需要均衡；

不间断发送，系统额外开销少；

系统简单，但需要双工器，同时需要精确的射频带通滤波器来消除相邻信道干扰，消除基站的杂散辐射。

信道非线性是FDMA系统的主要矛盾。

非线性效应

频谱展宽

单载波的发送信号经过非线性信道，会产生频谱展宽，并将对相邻信道造成干扰。

信号抑制

多载波的发送信号经过非线性信道，会产生大信号抑制小信号的现象，影响通信效果。

交调噪声

多载波的发送信号经过非线性信道，在发送信号频率以外会产生交调噪声，并将对其它的业务信道造成干扰。

关键技术问题

目标

希望保持发送频谱的形状，主瓣不展宽，旁瓣不隆起；

此外，不会在其它频率上产生交调频率分量。

方法

（1）采用高线性度的功率放大器；

（2）合理配置频率避开交调分量；

（3）功率放大器的输出功率回退法；

（4）功率放大器的非线性补偿法。

卫星通信载荷发展趋势

目前在轨的卫星转发器主要为透明转发器

星上再生全解调转发器

系统性能/资源利用率高

载荷资源约束大

技术体制难以升级换代，滞后于地面系统发展

可重构软转发器/”柔性”信道化转发器

以软件无线电技术为核心

在轨升级

保持系统灵活性

提高资源利用率

上下变频方案选择

采用数字上、下变频方案，可较好避免相位误差导致的信号失真，提高系统性能，适合数字信道化器实现。

通过在轨配置柔性载荷，提高系统频谱效率和功率效率

时分多址（TDMA）

原理

时间域上的正交分割

信号集按不同的时隙进行分割

各个地址的信号在时间上互不重叠

算符集采用相应时隙的选择开关

分支主题

技术特点

多用户共享一个载波频率，时隙数取决于有效带宽和调制技术等；

数据分组发送，不连续发送，需开关；

由于速率相对较高，往往需要采用均衡器；

GSM的TDMA帧

系统开销大，包括保护时隙、同步时隙等；

采用时隙重新分配的方法，可以为用户提供所需要的”动态”带宽。

关键技术问题

数据缓冲技术

实现均匀→突发和突发→均匀的变换

分支主题

突发解调技术

关键技术是解调过程中的载波快速同步与时钟快速同步。

载波快速同步

延时相干解调

分支主题

时钟快速同步

步进相位选择

分支主题

分帧同步技术

指标

建立时间

保持时间

同步精度

重要性

分帧同步质量影响保护时隙多少，因而影响系统效率

为了减少传播延时变化所带来的影响，需要采用自适应延时调整技术

分支主题

实例

GSM数字蜂窝系统，总带宽25MHz，一个信道200KHz，具有8个TDMA用户，未设保护带宽，求总用户数。

解：Bc＝200KHz，m=8，Btot=25MHz

N＝8×25×106 /200×103＝1000

码分多址（CDMA）

原理

子码域上的正交分割

信号集采用互相正交的地址码序列

算符集采用地址码相关器

分支主题

码分多址的首要问题是选择尽量好的正交码组

DS-CDMA关键技术

地址码的选择

地址码的捕获与跟踪

分支主题

（1）确定地址码的相位，称为捕获。

匹配滤波器

（2）维持地址码相位的同步，称为跟踪。

延迟锁定环

远近效应与功率控制

远近效应概念

来自不同地址的码型噪声由于传输距离不同（即传输衰减不同）就会有很大的差别

距离近用户

码型噪声很大

接收干扰变大

有效用户数降低

距离远用户

码型噪声很小

远近效应解决

功率控制

开环功率控制

闭环功率控制

分支主题

两个概念

扩频：信息带宽扩展

码分：实现用户，信道和基站的标识问题

实现基站的码分选址

用不同移相的PN序列

实现信道的选择

用正交的Walsh函数

实现用户的识别和多速率业务的识别

用周期足够长的PN序列，如N-CDMA，2^42-1

设计要求

用户地址码

地址码数量，码间的正交性

多速率业务地址码

质量，即满足不同速率业务之间的正交性能

信道地址

质量，各信道之间正交、互不干扰

基站地址

数量，其次质量要求正交性

各类地址码要求不一致，很难采用同一类正交码或伪码(PN码) 能同时满足数量与质量上矛盾的要求

设计思路

措施：解决数量上矛盾

典型m序列有限，扩展m序列到Gold序列

M序列

概念

最长线性反馈移位寄存器序列的简称。

容易产生，规律性强，有很好的自相关性和较好的互相关特性；

在IS-95的反向信道中，选择了m序列的PN码作为地址码，利用不同相位m序列几乎正交的特性来为每个用户的业务信道分配了一个相位。

特性

1、均衡性

在一个周期中，m序列中“1”的个数比“0”的个数多1个

2、游程特性

状态“0”或“1”连续出现的段称为游程。

游程分布的随机性

长度为k的游程数占游程总数的1/2^k

一个周期中长度为1的游程数占游程总数的1/2；长度为2的游程数占游程总数的1/4；其中1≤k≤n-1.

3、移位相加特性

一个m序列与其循环移位逐位比较，相同码的位数与不同码的位数相差1位。

m序列和其移位后的序列逐位模2加，所得的序列还是m序列，只是起始位不同而已。

4、自相关特性

Gold序列

Gold序列是m序列的复合码，由2个码长相等、码时钟速率相同的m序列优选对模2加组成

分支主题