移动通信重点总结

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移动通信重点总结

第一章

  1. 移动通信的概念、特点；
    • 概念：所谓移动通信，是指通信双方或至少有一方处于移动中进行信息传输和交换的通信方式。
    • 移动通信的特点：
      • 移动通信利用无线电波进行信息传输；
      • 移动通信是在复杂的干扰环境中运行；
      • 随着业务量的增加，可利用的频谱资源会出现受限；
      • 对移动台的要求高；
      • 通信容量有限；
      • 通信系统复杂

  2. 移动通信的发展历程及发展趋势；

  3. 无线频谱的规划及第四代移动通信的工作频段；
    • TD-LTE频段：中国移动分配130MHz带宽，分别为1880-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635MHz；中国联通分配40MHz带宽，分别为2300-2320MHz、2555-2575MHz；中国电信分配40MHz带宽，分别为2370-2390MHz、2635-2655MHz.
    • FDD LTE频段：中国电信分配1.8GHz频段（1755-1785MHZ/1850-1880MHz），中国联通分配2.1GHz频段（1955-1980MHz/2145-2170MHz）
  4. 移动通信的几种工作方式；
    • 单工：同频单工、双频单工
    • 双工：通信双方均同时进行收发工作。即任一方讲话时，可以听到对方的话音。
    • 半双工：通信双方中，一方使用双频双工方式，即收发信机同时工作；另一方使用双频单工方式，即收发信机交替工作。
    • 移动中继：增加通信距离
  5. 移动通信的应用系统。
    • 蜂窝式公用移动通信系统
    • 集群调度移动通信系统
    • 无绳电话系统
    • 无线电寻呼系统
    • 卫星移动通信系统
    • 无线LAN/WAN

第二章

  1. 电波传播的基本特性；
    • 移动通信信道
    • 衰落的原因
    • 无线电波传播方式:直射、反射绕射和散射以及它们的合成
    • 衰落的表现：传播损耗和弥散
      • 阴影衰落
      • 多径衰落
      • 多普勒频移
  2. 3种电波传播的机制；
    • 反射：阻挡体比传输波长大的多的物体
    • 绕射：阻挡体为尖利边缘
    • 散射：产生于粗糙表面、小物体或其它不规则物体

  3. 对数距离路径损耗模型及参数；

    • 其中，\(d_0\)是一个参考距离，在参考距离或接近参考距离的位置，路径损耗具有自由空间损耗的特点；\(d\)是发射天线到接收天线间的距离；是路径损耗指数，表明路径损耗随距离增长的速率，其取值主要取决于传播环境，其变化范围为2~6

  4. 多径衰落信道的主要参数及多径衰落信道分类、多径信道的统计分析；

    • 多径信道的主要参数:

      1. 时间色散参数和相关带宽：
        1. （1）时间色散参数
        2. （2）相关带宽
      2. 频率色散参数和相关时间
        1. （1）多普勒扩展
        2. （2）相关时间
      3. 角度色散参数和相关距离
        1. （1）角度扩展
        2. （2）相关距离

    • 分类：

      1. 1.平坦衰落和频率选择性衰落:

        1. 平坦衰落:\(B_{\mathrm{s}} \ll B_{\mathrm{c}},T_{\mathrm{s}} \gg \sigma_\tau\)

          \(T_s\)为信号周期（信号带宽\(B_s\)的倒数）；\(\sigma_\tau\)是信道的时延扩展；\(B_c\)为相关带宽

      2. 2.快衰落和慢衰落

        1. 快衰落:\(\begin{aligned} & T_{\mathrm{s}}>T_{\mathrm{c}} \\ & B_{\mathrm{s}}<B_{\mathrm{D}}\end{aligned}\)

          \(B_D\)为多普勒扩展，\(T_c\)为发送信号的周期

    • 多径信道的统计分析

      1. 1.瑞利分布：1.发射机和接收机之间没有直射波路径；有大量的反射波存在，且到达接收机天线的方向角是随机的（0一2π均匀分布）；各个反射波的幅度和相位都是统计独立的。
      2. 2.莱斯分布:视距信号成为主接收信号分量
      3. 3.Nakagami-m分布
  5. 自由空间和阴影衰落的概念；
    • 阴影衰落：地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波传播路径的阻挡而形成
    • 自由空间：在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，只存在电磁波能量扩散而引起的传播损耗。（不发生反射、折射、绕射、散射和吸收现象）

  6. 多径衰落的特性和多普勒频移；

    多径衰落的特性

    1. 幅度衰落
    2. 时延扩展

    多普勒频移：\(f_d=\frac{v}{\lambda} \cos \alpha\)

  7. 课上习题。

第三章

  1. 信源编码的目的；
    1. 信源编码的目的：将信源中的冗余信息进行压缩
    2. 调制目的：是使携带信息的信号与信道特性相匹配以及有效地利用信道。
  2. 影响调制方式选择的主要因素；
    1. 频带利用率：\(\eta_b=R_b / B\)。其中\(R_b\)为比特速率
    2. 功率效率:指保持信息精确度的情况下所需的最小信号功率或者说最小信噪比
    3. 己调信号恒包络:具有恒包络特性的信号对放大器的非线性不敏感，功率效率高。
    4. 易于解调：相干解调和非相干解调
    5. 带外辐射：一般要求达到-60到-70dB

  3. 2FSK、CPFSK信号及特点；

    1. 2FSK:
    \[ \left.\begin{array}{ll} a_k=+1: & s_{F S K}(t)=\cos \left(\omega_1 t+\varphi_1\right) \\ a_k=-1: & s_{F S K}(t)=\cos \left(\omega_2 t+\varphi_2\right) \end{array}\right\} \quad\left(k T_b \leq t \leq(k+1) T_b\right) \]

    1. cpfsk:即要求当前码元的初相位由前一码元的初相位、当前码元\(a_k\)和前一码元\(a_{k-1}\)来决定，该关系称为相位约束条件 \[ \varphi_k=\left(a_{k-1}-a_k\right) \pi h \cdot k+\varphi_{k-1} \]

    2. 总结：可以发现，在相同的调制指数h情况下，CPFSK的带宽要比一般的 2FSK带宽要窄。这意味着前者的频带效率要高于后者。所以，在移动通信 系统中，2FSK调制常常采用相位连续的调制方式

      随着调制指数h的增加，信号的带宽也在增加。从频带效率考虑，调 制指数h不宜太大。但过小又因两个信号频率过于接近而不利于信号的检测。 所以应当从它们的相关系数以及信号的带宽综合考虑进行选择

  4. MSK信号的相位路径、频率关系及功率谱特点；

    1. 相位路径:由于h=0.5，MSK的相位约束条件：

    \[ \varphi_k=\left(a_{k-1}-a_k\right) \frac{\pi}{2} \cdot k+\varphi_{k-1} \]

    1. 频率关系 \[ \left.\begin{array}{l} f_c=m \cdot R_b / 4 \\ f_2=(m+1) R_b / 4 \\ f_1=(m-1) R_b / 4 \end{array}\right\} \] 载波频率fc应当是Rb/4的整数倍

    2. 功率谱特点

      由图可见，MSK信号比一般2FSK信号有更高的带宽效率。MSK旁瓣辐射功率仍然较大，会造成邻道干扰

  5. GMSK信号特点和功率谱特性

    • GMSK信号:GMSK是基带信号经过高斯低通滤波器的MSK

    • 功率谱特性:

      1. MSK引入高斯滤波器后，平滑了相位路径，使得信号的频率变化平稳，大大减少了发射信号频谱的边带辐射。高斯低通滤波器的通带越窄，对邻信道的干扰越小

      2. GMSK 最吸引人的地方是具有恒包络特性，功率效率高，可用非线性功率放大器和非相干检测。GMSK 的缺点是频谱效率还不够高。当频率资源紧缺
      3. 归一化3dB带宽:\(x_b=B_b / R_b=B_b T_b\)

      4. 随着xb 的减小频谱效率越高，但xb过小会使码间干扰（ISI）增加(基带信号高斯滤波后，使波形在时间上扩展，引入了ISI）。

  6. 正交频分复用原理、优缺点、框图；

    1. 概念：系统把整个可用信道频带Ｂ划分为N个带宽为△f 的子信道。把N个串行码元变换为N个并行的码元，分别调制这N 个子信道载波进行同步传输，这就是频分复用。

    2. 正交频分复用的原理：如果子载波的间隔等于并行码元长度的倒数1/Ts，使用相干检测，采用子载波的频谱重叠可以使并行系统获得更高的带宽效率，这就是正交频分复用。

    3. 框图：

    4. 优缺点
      1. 优点：
        1. OFDM有比较高的带宽效率
        2. 瑞利衰落对码元的损伤较单载波容易恢复
        3. 系统因时延所产生的码间干扰不那么严重
        4. 当信道在某个频率出现较大幅度衰减或较强的窄带干扰时，只是影响个别的子信道
        5. 由于可以采用DFT实现OFDM信号，极大简化了系统的硬件结构
      2. 缺点：
        1. OFDM存在发射信号的峰值功率和平均功率比值（PAR）过大的问题和由于多谱勒频谱扩展破坏子载波正交的问题。

  7. 课上习题。

第四章

  1. 分集接收技术的基本思想；

    在移动环境中，通过不同途径所接收到的多个信号其衰落情况是不同的、衰落独立的。设其中某一信号分量的强度低于检测门限的概率为\(p\)，则所有\(M\)个信号分量的强度都低于检测门限的概率\(p^M\)远低于\(p\)。综合利用各信号分量，就有可能明显地改善接收信号的质量，这就是分集接收的基本思想。分集接收的代价是增加了接收机的复杂度，因为要对各径信号进行跟踪并及时对更多的信号分量进行处理，但它可以提高通信的可靠性.

    • 宏观分集—对抗阴影衰落
    • 微观分集—对抗多径衰落
  2. 微观分集的类型；
    1. 时间分集:移动的时间足够长（或移动的距离足够大），大于信道的相干时间。
    2. 频率分集:两个载波的间隔大于信道的相干带宽。举例：跳频通信。
    3. 空间分集:相隔足够大的距离，信号衰落相互独立。实际测量表明，通常在市区，取天线距离d=0.5，在郊区可以取d=0.81。

  3. 分集的合并方式；

    1. 选择合并:在所接收的多路信号中，合并器选择信噪比最高的一路输出这相当于在M个系数（中，只有一个等于1，其余的为0。)
    2. 最大比值合并和:在信号合并前，对各路载波相位进行调整并使之同相，然后相加。合并器输出信号
    3. 等增益合并:等增益合并器的各路加权系数均为1，合并器输出的信号
    4. 性能比较：最大比值合并改善最多，其次是等增益合并，最差是选择合并，这是因为选择合并只利用其中一个信号，其余没有被利用，而前两者使各支路信号的能量都得到利用

  4. 分组码的编译码原理；

  5. 卷积码的编译码原理；

  6. 状态图、网格图、卷积码编码器框图、维特比译码；

  7. CRC编码；

  8. 生成多项式、生成矩阵、监督矩阵；

  9. 直接序列扩频技术原理、抗多径衰落原理、框图；

    直接序列扩频原理：

  10. m序列的随机性质

    1. （1）平衡特性：在m序列的一个完整周期N=2m一1内，0的个数和1的个数总是相差1。

    2. （2）游程特性：在每个周期内，符号1或0连续相同的一段子序列称为一个游程。连续相同符号的个数称为游程的长度。m序列游程总数为（N十1）/2。其中长度为1的游程数等于游程总数的1/2；长度为2的游程数等于游程总数的1/4；长度为3的游程数等于游程总数的1/8，等等。最长的游程是m个连1（只有一个），最长连0的游程长度为m一1（也只有一个）。

    3. 相关特性：m序列的自相关函数是周期性的二值函数。可以证明，对长度为N的m序列都有结果： \[ R_{a, a}(n)=\left\{\begin{array}{lll} 1 & n=l \cdot N \quad l=0, \pm 1, \pm 2, \ldots \\ \frac{-1}{N} & \text { 其余 } n \end{array}\right. \]

  11. 课上习题。

第五章

第六章

第七章

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第九章

第十章