移动通信中的若干关键技术(下)

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移动通信中的若干关键技术(下)

黄载禄

移动通信中的若干关键技术(下)

上一讲主要内容回顾

推动移动通信技术进步的主要矛盾大容量 ←→ 频率资源有限 减小蜂窝尺寸 降低语音(图象)数据率 选择好的多址体制(GSM、CDMA、 LAS-CDMA) 高可靠←→信道传播环境恶劣 信道编码、交织, 其它众多技术措施

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发 业务数据 交换网

接收 收

射频解调

解

解 交织

信道 解码

数

扩

据

信令

功 放

射频 调制

扩频

交 织

信道 编码

业务数据

信令

基站

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发射 信令 收

语音

语音编码

信道编码

交织

扩 频

射频调制

功 放

语音 语音 解码

信道 解码

解交织

解 扩

射频

放大

解调

手机

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上一讲提纲一、移动通信系统的构成 二、推动移动通信技术进步的主要矛盾 三、移动通信中的若干关键技术 3.1 语言编码与压缩 3.2 多址技术 3.3 信道编码与交织

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3.4 射频调制 1) 作用: 将经交织处理后待传送的信息码加载到某一指定频道的中心频率上。

2)

调制方式a) 模拟信号调制：AM(调幅) FM(调频) b) 数字信号的基本调制方式： ASK (幅度键控) FSK (移频键控制) PSK (移相键控制)用基本调制方式，可组合成复合调制和多进制调制。

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3)a)

GSM中的射频调制——MSK与GMSKx (t ) A cos [ 0t k (t )] k t t ( k 1)T T 码元周期 k 第k个码元

MSK的数学表达式

0 某频道的中心频率d k (t ) k d , dt

k 1,

d 某一特定最小频偏小瞬时频率当 0 d

d 1 b , 4

b 2

1 T

调制数码速率

称符合上述参数条件的FSK为MSK

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b)

MSK的特点 在一个码元周期内的射频信号包含有1/4个载波周期 的整数倍 在码元转换时，射频信号的相位是连续的，无突变。 MSK信号的功率谱密度较集中。

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归 0 一 化 -10 功 率 -20 谱 密-30 度 -40 -50

MSK QPSK

-600.5 图14 1.0 1.5 2.0

2.5 归一化频率

MSK与QPSK功率谱图

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c) GMSK GSM参数：频道间隔=200KHZ

GMSK:将MSK信号，经一高斯滤波进一步压缩高 频分量后输出，MSK特性不变，性能约损失1db,功 率谱更集中。d) GMSK的解调 ——由速率为1 bT2

的时钟采样判决。

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4)CDMA中的调制器CDMA的调制器包含二次调制：扩频调制和射频调制。 a) BQM(平衡四相调制) 在直扩(DS-SS)系统中应用。 ● BQM调制器

m(t)基带信号2 S1 (t ) 2

cos 0t

x(t)至功放

2 SQ (t ) 2

sin 0t图15 BQM调制器

SI(t)、SQ(t)——扩频码 W0——频道中心频率

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BQM解调器低通

y(t)=x(t)+n(t)接收放大输出

1 T 0

T

rI(t) r(t) 至

cos 0t低通

si (t )T 1 T 0

rQ(t)

解交织

sin 0t

sQ (t )

图16 BQM解调器

IS-95中采用BQM

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b) DQM和CQMDQM——

双四相调制CQM——复四相调制 在BQM基础的改进

DQM和CQM频谱利用效率比BQM高一倍，而SNR与Pe可保持与BQM一样。 CQM性能最优，拟在IMT2000中采用。2 s1 (t ) 2

+ m(t) 串 并 变 换 cos 0t2 sQ (t ) 2

x(t)

/

sin 0t

+

+2 s1 (t ) 2

图17 CQM复四相调制器

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si (t )低通

fI(t)

T 1 T 0

+ +

rI(t) r(t)

cos 0t

T 1 T 0

y(t)

sQ (t )

T 1 T 0

低通

fQ(t)sin 0ts I (t )图18 CQM复四相解调器原理图

1 T 0

T

-

rQ(t)

+

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3.5 功率控制技术——CDMA走向实用化的关键1) 为什么CDMA必须有功率控制——由于所有用户同时,且在同一频率上工作。a)

距基站近→达到基站的功率强 距基站远→弱 在基站接收机中产生远近效应：近距离手机干扰基站对远距 离手机信号的接收。b) 基站→手机(下行)

手机→基站(上行)

距基站近→手机接收的信号强。 距基站远→弱，在手机中临近的基站将干扰手机对所处基站 信号的接收。

结论：如不对基站的发射功率与手机的发射功率实时控制，CDMA系统将不能正常工作。

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2) 功率控制准则功率平衡准则 信号干扰比平衡准则 a) 功率平衡准则 – 上行(手机→基站):指令各手机(无论远近),发射后到达基站 的功率相等(调手机称之为反向功率控制)。 – 下行(基站→手机):使各手机(无论远近)接收到基站送去的信 号功率相等(调基站，称之为前向功率控制)。 b) 信号干扰比平衡准则(SIR) CDMA系统中，“噪声”主要来自手机之间与基站之间产生的干扰。 依据“信号干扰比SIR”进行控制。 – 上行：控制目标是达到在基站中各手机的信号与其它手机对

其产生的干扰比相等(调手机，称反向功控) – 下行：使各手机收到的基站送去的信号与其它基站的干扰信 号比相等(调基站前向功控)。IS-95中实际使用的功率控制准则 – 功率平衡准则易实现，但性能不及SIR; – SIR在上行链路中，可能导致系统不稳定，因此：实际系统中

c)

多采用混合控制。– IS—95中的功控准则：改进型的SIR即：基于SIR算法，但控制的阈

值由误帧率(FER)决定。

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3) 功率控制方法a)

集中式功控与分布式功控 ● 集中式功率控制 在基站中进行。要求在每一时刻(时间间隔内)要计算出一个归一化的链 路增益矩阵。矩阵中的各元素，对应着在基站服务区中各手机在那一时刻 应有的功率增益。 问题：当小区用户多时，如何快速计算出链路的增益矩阵？ ● 分布式功率控制 在手机中进行：估计SIR并依此控制手机自身的发射功率。同时，通知基站 应送来的功率。 评价：在IS-95中实际应用，相当有效。 问题：当对SIR估计误差大时，系统性能会迅速下

降。 b) 开环功控与闭环功控 ● 开环功控 仅根据接收的信号质量(无论手机或基站)而发出相应控制指令。 无反馈。 问题：收、发频率相差45MHZ,对快衰落而言，收、发信道是完全独立的，因 开环功控对快衰落无作用,但对慢衰落(手机移动到汽车内、房屋后面等 作用良好。 适应：在CDMA/TDD结合的体制中，开环功控可达到高精度。

此

)

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闭环控制基站 手机

图19闭环功控

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