移动通信原理重点.doc

例 某一移动信道，工作频段为450MHz，基站天线高度为200m，天线增益为6dB，移动台天线高度为3m，天线增益为 0dB；在市区工作，传播路径为中等起伏地，通信距离为 10km。试求：
(1) 传播路径损耗中值；
(2) 若基站发射机送至天线的信号功率为 10W， 求移动台天线得到的信号功率中值。
解
(1) 根据已知条件， KT=0, LA=LT，
· 首先计算自由空间传播损耗
［Lfs］ = 32.44+20lgf+20lgd
= 32.44+20lg450+20lg10
= 105.5dB
· 由图 2 – 15 (P42) 查得市区基本损耗中值 
Am(f,d) = 25dB
· 由图 2 - 16可得基站天线高度增益因子 
Hb ( hb, d ) = -0dB
· 移动台天线高度增益因子
  Hm ( hm, f ) = 0dB
· 把上述各项代入式(3 - 68)， 可得传播路径损耗中值为
LA = LT = 105.5+25= 130.5dB

频率复用因子（frequency reuse factor）：N
　　每小区只分配给可用信道的1/N,若N大，则分配给每小区的信道数就少。
每簇小区数N满足：，此处，i,j为非负整数。

N=9+6+4=19 N=4+2+1=7
寻找最近的同信道邻近小区：
（1） 沿六角形的中心连线移i个小区
（2）逆时针转60⁰，再移j个小区

每簇小区数(N)计算
所以

对于7/21复用方式（即7个基站，21个小区使用21组频率），则复用保护距离D为

同理，对4/12复用方式，D=6R；对3/9复用方式，D≈5.2R。
可见，区群内小区数k越大，同信道小区的距离就越远，抗同频干扰的性能也就越好。但区群内小区数k也不是越大越好，k大了以后，反而每个小区内分得的频点数少了，结果致使小区的容量下降。所以，k到底取多少，还是要综合考虑各方面的因素。

信道复用与多址通信的异同点：
1、目的相同：充分利用信道资源，提高传输的有效性。
2、数学基础相同：信号正交分割原理，即信道分割理论
先赋予各个信号不同的特征，然后根据每个信号特征之间的差别来区分信号，从而实现互不干扰的通信。
不同点：
1、信道复用是在两点之间的信道中同时传送互不干扰的多个相互独立的用户信号，而多址通信则是在多点之间实现互不干扰的多方通信。
2、信号复用的目的在于区分多路， 而多址通信的目的在于区分多个动态地址(例如用户号码等)；
3、复用技术通常在中频或基带上实现，而多址技术通常在射频上实现，它利用射频辐射的电磁波来寻找识别动态地址；
4、复用技术是一个点对点传输问题，而多址技术则是一个点对多点的通信问题。

OFDM
调制原理：
设OFDM系统中有N个子信道，第K个子信道采用的子载波为：

OFDM信号 N路子信号之和

一个码元时间 内任意两个子载波正交条件：

子载频条件： 子载频最小间隔：

频率规划的基本原则
(1) 同基站内不允许存在同频、邻频频点;
(2) 同一小区内BCCH和TCH的频率间隔最好在400K以上;
(3) 没有采用跳频时,同一小区的THC间的频率间隔最好在400K以上;
(4) 直接邻近的基站应避免同频(即使其天线主瓣方向不同,旁瓣及 背瓣的影响也会带来较大的干扰);
(5) 考虑到天线挂高和传播环境的复杂性,距离较近的基站应尽量避免同频、邻频相对(含斜对);
(6) 通常情况下,1x3复用应保证参与跳频的频点应是参与跳频载频数的二倍以上;
(7) 重点关注同频复用,避免在邻近区域存在同BCCH同BSIC的情况。
频率复用分析
例1,   整个33MHz分配给一个FDD蜂窝系统。使用2个25 KHz的上、下行信道构成全双工的话音或控制信道，计算每小区可用信道数:
（a）4-小区复用；（b）7-小区复用；（c）12-小区复用；
(d)若1MHz的频谱专用做控制信道，确定在以上三种系统中，每小区的控制与话音信道均匀分配的方案。
解：总信道数： ＝ ＝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)可用控制信道数： ＝20
　　将每个小区尽可能分配相同的信道数,则总话音信道数为：32000/50＝640
i. 当N=4时 ：
控制： 20/4＝5，（实际上，每小区只需分配一个信令信道）
话音： 640/4＝160
ii. 当N=7时 ：
控制：20/7=3 （ 20=6×3+2×1）
话音：640/7＝91 （640=4×91+3×92 或=92×5+90×2）
即：控制：6个小区，每个为3；1个小区，每个为2；
话音：4个小区，每个为91；3个小区每个为92； （或5个小区，每个92；2个小区，每个90）；
实际上，每小区只分配一个控制信道。
iii. 当N=12时：
控制 20/12=1，（ 20=8×2＋4×1），话音640/14=53，（640=53×8＋54×4）
即控制：8小区，每个 2；4小区，每个 1；
话音：8小区，每个53；4小区 每个 54；
实际上，每小区只分配一个控制信道。

MRP频载分组

CDMA码

CDMA码序列
地址码：目前用的是Walsh码，该码是正交码，具有良好的自相关特性和处处为零的互相关特性；但该码组内的各码由于所占频谱带宽不同等原因，又不能用作扩频码。
扩频码：伪随机码（或同时用作地址码）具有类似白噪声的特性。此类码具有良好的相关特性：自相关值与互相关值比较有较大的隔离度；同一码组内的各码占据的频带可以做到很宽且相等。但其互相关值不是处处为零。
伪随机码（PN）的概念
在通信理论中，白噪声是一种随机过程，它的瞬时值是服从正态分布的，其功率谱在极宽范围内是均匀的。若扩频后的信号具有白噪声性能是最理想的，但产生和复制白噪声是不现实的，实际工程中，采用逼近白噪声的伪随机序列作为扩频码序列。
定义：伪随机码又称伪随机序列，它是具有类似随机序列基本特性的确定序列。通常采用二进制序列，它由两个元素0，1或1，-1组成，序列中不同位置的元素取值相互独立，概率相等均为1/2。
线性反馈移位寄存器

由于带有反馈，因此在移位脉冲作用下，移位寄存器各级的状态将不断变化，通常移位寄存器的最后一级做输出，输出序列为
输出序列是一个周期序列。其特性由移位寄存器的级数、初始状态、反馈逻辑以及时钟速率(决定着输出码元的宽度)所决定。当移位寄存器的级数及时钟一定时，输出序列就由移位寄存器的初始状态及反馈逻辑完全确定。当初始状态为全零状态时，移位寄存器输出全 0 序列。为了避免这种情况，需设置全 0 排除电路。
线性反馈移位寄存器的递推关系式
递推关系式又称为反馈逻辑函数或递推方程。设图1 所示的线性反馈移位寄存器的初始状态为(a0 a1 …an-2 an-1)， 经一次移位线性反馈，移位寄存器左端第一级的输入为

若经k次移位，则第一级的输入为
其中，l=n+k-1≥n, k=1,2,3,…

线性反馈移位寄存器的特征多项式
用多项式f(x)来描述线性反馈移位寄存器的反馈连接状态：

若一个n次多项式f(x)满足下列条件：
(1) f(x)为既约多项式(即不能分解因式的多项式)；
(2) f(x)可整除(xp+1), p=2n-1;
(3) f(x)除不尽(xq+1), q<p。
则称f(x)为本原多项式。
m序列产生器
现以n=4为例来说明m序列产生器的构成。用 4 级线性反馈移位寄存器产生的m序列，其周期为p=24-1=15，其特征多项式f(x)是 4 次本原多项式，能整除(x15+1)。先将(x15+1)分解因式，使各因式为既约多项式，再寻找f(x)。

1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
0
1
0
1
…
m 序列的性质
1 、均衡特性(平衡性)
m序列每一周期中 1 的个数比 0 的个数多 1 个。 由于p=2n-1 为奇数，因而在每一周期中 1 的个数为(p+1)/2=2n-1为偶数，而0 的个数为(p-1)/2=2n-1-1 为奇数。上例中p=15, 1 的个数为 8，0 的个数为 7。当p足够大时，在一个周期中 1 与 0 出现的次数基本相等。
2、游程特性(游程分布的随机性)
我们把一个序列中取值(1 或 0)相同连在一起的元素合称为一个游程。在一个游程中元素的个数称为游程长度。例如图 2 中给出的m序列
{ak}= 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 …
在其一个周期的 15 个元素中，共有 8 个游程， 其中长度为 4 的游程一个， 即 1 1 1 1; 长度为 3 的游程 1 个， 即 0 0 0； 长度为 2 的游程2个， 即1 1 与 0 0； 长度为 1 的游程 4 个， 即 2 个 1 与 2 个 0。
m序列的一个周期(p=2n-1)中，游程总数为2n-1。其中长度为 1 的游程个数占游程总数的 1/2；长度为 2 的游程个数占游程总数的1/22=1/4；长度为 3 的游程个数占游程总数的 1/23=1/8； ……一般地，长度为k的游程个数占游程总数的 1/2k=2-k，其中 1≤k≤(n-2)。而且，在长度为k 游程中，连 1游程与连 0 游程各占一半，长为(n-1)的游程是连 0 游程， 长为 n 的游程是连 1 游程。
3 、移位相加特性(线性叠加性)
m序列和它的位移序列模二相加后所得序列仍是该m序列的某个位移序列。 设mr是周期为p的m序列mp r次延迟移位后的序列， 那么
其中ms为mp某次延迟移位后的序列。 例如，mp=0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1, …
mp延迟两位后得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 , … 可见，ms=mp+mr为mp延迟 8 位后的序列。
4 、自相关特性
m序列具有非常重要的自相关特性。在m序列中，常常用+1代表 0，用-1代表 1。 此时定义：设长为 p的m序列， 记作
经过j次移位后，m序列为
其中ai+p=ai(以 p 为周期)，以上两序列的对应项相乘然后相加， 利用所得的总和

来衡量一个m序列与它的j次移位序列之间的相关程度，
并把它叫做m序列(a1,a2,a3,…,ap)的自相关函数。记作

当采用二进制数字 0 和 1 代表码元的可能取值时

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序列中一个周期中 0 的数目与 1 的数目之差。 另外由m序列的均衡性可知， 在一个周期中 0 比 1 的个数少一个， 故得A-D=-1(j为非零整数时)或p(j为零时)。 因此得

m序列的自相关函数只有两种取值(1和-1/p)。R(j)是一个周期函数，
式中，k=1,2,…, p=(2n-1)为周期。 而且R(j)是偶函数， 即 ，J=整数
5 伪噪声特性
如果我们对一个正态分布白噪声取样， 若取样值为正， 记为+1，取样值为负，记为-1，将每次取样所得极性排成序列， 可以写成
…+1,-1,+1,+1,+1,-1,-1,+1,-1,…
这是一个随机序列，它具有如下基本性质：
(1) 序列中+1 和-1 出现的概率相等；
(2) 序列中长度为 1 的游程约占 1/2， 长度为 2 的游程约占 1/4，长度为 3 的游程约占 1/8, … 一般地， 长度为k的游程约占1/2k，而且+1, -1 游程的数目各占一半；
(3) 由于白噪声的功率谱为常数，因此其自相关函数为一冲击函数δ(τ)。
小区制式、频率复用、多信道都能提高频谱利用率；
最小区群的N值越大，频率利用率越高； MS发，BTS收的传输链路称为下行链路；
GSM中，BCCH既是上行信道，又是下行信道； 模拟移动网采用的多址技术是TDMA；
PCH为寻呼信道，移动台申请入网时，利用它向基站发送入网请求
信号强度排列如下：直射波；反射波、绕射波、散射波；
MSC至BSC的接口称为 A 接口，BSC至BTS的接口称为 Abis； OFDM是一种载波调制技术；
我国第一个TACS通信系统于1987年建成并投入商用；
5W+4Z的通信，其中5W是指whoever whenever wherever whatever whomever；
移动通信终端设备正朝着智能化，宽带化，标准化的方向发展；
电波的传播方式有直射波、反射波、地面波和电离层波；
NSS包括、AUC、EIR以及SC等6个功能单元；
CDMA有两种主要形式：
GSM系统中频段宽度、载波间隔
CCH可分为BCH、；
扩频通信可行性的理论基础
(1)、信息论中关于信息容量的香农(Shannon)公式为：
式中：C为信道容量(用传输速率度量)，W 为信号频带宽度， S为信号功率，N为白噪声功率。
香农公式表明，在给定信号功率和白噪声功率的情况下，只要采用某种编码系统，就能以任意小的差错概率，以接近于信道容量C的传输速率来传送信息；在给定的传输速率C不变的条件下，频带宽度W和信噪比S／N是可以互换的。即可通过增加频带宽度的方法，在较低的信噪比S／N情况下，传输可靠的信息。
(2) 扩频通信可行性的另一理论基础，是柯捷尔尼可夫关于信息传输差错概率的公式：
式中：Pe为差错概率，E为信号能量，n。为噪声功率谱密度，f为某一函数。
结论：信噪比和带宽是可以互换的，它同样指示了用增加带宽的方法可以换取信噪比上的降低。
BTS：Base Transceiver Station基站收发信机；
TC：Trans Coder码型变换器；
BIE：Base Station Interface Equipment基站接口设备；
BSC：Base Station Controller基站控制器
GSM通信系统的NB作用

用于携带TCH\FACCH\SACCH\SDCCH\BCCH\PCH\AGCH信道信息
m序列的应用 扩展频谱通信

m序列的应用 码分多址(CDMA)通信