北京交通大学无线通信第九章
内容
均衡
无线通信基础
无线通信基础 学科组
无线通信概论 无线信道传播机制 无线信道的统计描述 宽带和方向性信道的特性 信道模型 无线信道容量 数字调制解调 信道编码 分集 均衡 扩展频谱系统 正交频分复用 多天线系统
概述 线性均衡器 判决反馈均衡器 最大似然序列估计-Viterbi检测 均衡器结构的比较 分数间隔均衡器 盲均衡
d
s2
最小均方算法
最小均方算法
最小均方算法
均方误差定义为期望数据码元与估计数据码元差的平方的数学期望 。通过最小化均方误差(mean-square error, MSE)求出抽头系数 {en}，可以构造出鲁棒性更强的均衡器。
ˆi c
R为的自相关矩阵
ruu (1) ruu ( M 1) ruu (0) r (1) ruu (0) ruu ( M 2) uu (1 ) (2 ) (0) r M r M r uu uu uu
采用2K+1个抽头的有限冲激滤波器FIR(横向滤波器)，消除ISI
ˆi c
n K
eu
K
采用有限长滤波器，第n个抽头系数用en表示，共有(2K+1)个，均衡器 的输出信号采样ci等于输入信号{Ui}与抽头系数序列{en}的卷积，表示 为： K
ˆi c
n K
n i n
eu
n i n
迫零算法的缺点
C UE
E U C
由于理想的基于迫零算法的均衡器的频率响应E(z)=1/F(z)是信 道的折叠频率响应的倒数，因此迫零算法可能造成在折叠信道频 响的深衰落处出现极大噪声增益 由于迫零均衡器完全忽略噪声的影响，无线通信链路中不常用， 在SNR高的静态信道中表现较好
求解方程，可得到{en} ，滤波器的长度（抽头系数的个数）取决于信 道产生干扰的程度。
p为u与c互相关矢量
ruc (0) r (1) uc p E u* i ci ruc (1 M )
T R E u* i ui
n K
eu
2
K
n i n
ˆi i ci c
MSE E{ i } E c(n)
无码间干扰, 白噪声
等效离散时间表示
有信道h(t)
跟踪模式
有码间干扰, 非白噪声
若要白化噪声
(t ) h(t ) g (t )
ψi = ci ς0 +
1 ˆ ∑c ς + n ς0 n≠i n i -n i
ςi 的 (t )自相关函数的采样值 ˆ i 是噪声自相关函数的卷积 n
噪声白化滤波器
信道响应模型
信道估计
GSM的信道估计
采用白化噪声滤波器的等效离散时间表示
通过训练序列估计信道冲激响应
已知PN序列 其时间翻转序列 bi 两个序列循环卷积bi
帧结构
表示为
ui f n ci n ni
n 0
Lc
有码间干扰, 白噪声
bi per bi i nN
在不考虑噪声影响的情况下，有
若传输信道是频率选择性的，那么均衡器将增强频率衰落大的频 谱部分，而削弱频率衰落小的部分，以使收到信号频谱的各部分 衰落趋于平坦，相位趋于线性 若传输信道是时延色散的,那么均衡器通过调整滤波器系数削弱采 样时刻符号间的干扰
符号间干扰和噪声使被传输的信号产生变形，从而在接 收时发生误码，特别是在高速无线移动数据通信中，符 号间干扰是降低误码率的主要障碍 均衡技术是对付符号间干扰的有效手段
0 e1 0 u (0) u (1) u (2) e1 0.9 0.2 1 u (1) u (0) u (1) e 0.3 0.9 0.2 e 0 0 0 u (2) u (1) e1 0.1 0.3 0.9 u (0) e1 e1 0.2140 e 0.9631 0 e1 0.3448
由Lucky在1965年针对有线通信系统开发
离散时间信道和均衡器级联，可等效成一滤波器，其输出响应：
qi
n
e
n0
n i n
f
其第i阶采样值：
ˆi q0 ci cn qi n en ni n c
n
一种是确定性方法，称为迫零法(Zero-Forcing)； 另一种是统计方法，称为最小均方误差法(MMSE)。
0 0 u ( K ) u ( K 1) u ( K ) 0 U u(K ) u ( K 1) u ( K 2) 0 0 0 0 0 0
u ( K 1) u ( K ) u(K ) u ( K 1) 0 u(K ) 0 0 0
10
缺点
5
时隙长度为156.25比特，保护段8.25比特
效率下降 噪声敏感 过时估计
0
-5
-10 10 15 20 25 30 35
均衡
线性均衡原理
线性均衡原理
概述 线性均衡器 判决反馈均衡器 最大似然序列估计-Viterbi检测 均衡器结构的比较 分数间隔均衡器 盲均衡
其Z变换
Q( z ) E ( z ) F ( z ) 1
迫零算法
ˆ UE C
例：迫零算法
ˆ E U 1C
迫零算法
截去U矩阵的前K行和后K行，将F变为2K+1阶方阵，因而C变为2K+1 维，带入上式得到2K+1个方程联立的确定性方程组。 迫零法通过选择{en}的加权，迫使均衡器的输出信号在期望脉冲的两 侧各K个采样值为0(名称的由来），即选择抽头系数使下式成立：
频域均衡
自适应均衡(Adaptive Equalization)
信道响应模型
信道响应模型
自适应均衡(Adaptive Equalization)的两种基 本工作模式
PAM的最佳接收机
自相关函数的采样值
Ξ(z) = F(z)F*(z-1 )
训练模式
发射机发射一个已知的训练序列(Training Sequence)，用 户数据紧跟在训练序列之后 接收机的均衡器收到训练序列后，通过某种均衡算法评估信道 特性h(t)，修正滤波器系数e(t)使之接近最佳值，从而对信道 做出补偿 在接收用户数据时，均衡器通过自适应算法不断改变其滤波特 性从而跟踪不断变化的信道
1 i 0 ˆi c 0 i 0
三抽头的迫零均衡器：分析发送单训练脉冲以获得滤波器抽头系数 的问题。假设均衡器有3个抽头，接收失真信号的采样值为0.0、0.2 、0.9、－0.3、0.1，试用迫零法求解加权值{en}，使得均衡后脉冲采 样{C l}的值分别为C(-1)=0, C(0)=1, C(1)=0，并计算此时在采样时刻 l= ±2, ±3时均衡脉冲的ISI值，造成ISI的最大采样幅值。 解 1 ˆ ˆ
为什么要使用均衡技术?
时域与频域均衡
时域与频域均衡
在带宽受限且时间扩散的信道中，多径效导致符号间干 扰(ISI)
若发送信号表示为:
s (t ) ci g (t iT )
i
均衡器与信道传输特性有关
均衡器的冲激响应为e(t)，信道冲激响应为h(t)，则均衡器的输出为
ˆ (t ) s (t ) h(t ) e(t ) n(t ) e(t ) d
Байду номын сангаас
2
-2Ree p e Re
T T
per
PN的自相关
当序列通过冲激响应为f的信道
fn
离散信道响应系数
Lc ISI扩展长度
fˆ b
i
i
per bi fi
采用均衡器E(Z)，消除ISI
实际不发送PN的周期延拓,只发一个, 为避免有效的未知比特对相关的影 响,PN序列有前后的保护比特
GSM的信道估计
h(t ) g (t ) e(t ) t iT
s
1 i 0 0 其他
时域均衡
H ( )G ( ) E ( ) 常量
这就是均衡器消除ISI 的数学解释
移动衰落信道具有随机性和时变性，要求均衡器必须能够 实时跟踪通信信道的时变特性，这种均衡器又被称为自适 应均衡器
26比特的训练序列
[0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 1]
取出中间16比特作相关运算
15
尾比特 训练序列 空闲 突 发（DB） 尾比特
加密比特 尾比特 填充比特
保护段 尾比特
{C l}在l=-3,-2,-1,0,1,2,3点的值分别是，0.0000-0.0428,0.0000,1.0000,0.0000,-0.0071,0.0345
(e jTs )
1 Ts
n
2 n ˆ Ts
均衡
无线通信基础
无线通信基础 学科组
无线通信概论 无线信道传播机制 无线信道的统计描述 宽带和方向性信道的特性 信道模型 无线信道容量 数字调制解调 信道编码 分集 均衡 扩展频谱系统 正交频分复用 多天线系统
概述 线性均衡器 判决反馈均衡器 最大似然序列估计-Viterbi检测 均衡器结构的比较 分数间隔均衡器 盲均衡
d
s2
最小均方算法
最小均方算法
最小均方算法
均方误差定义为期望数据码元与估计数据码元差的平方的数学期望 。通过最小化均方误差(mean-square error, MSE)求出抽头系数 {en}，可以构造出鲁棒性更强的均衡器。
ˆi c
R为的自相关矩阵
ruu (1) ruu ( M 1) ruu (0) r (1) ruu (0) ruu ( M 2) uu (1 ) (2 ) (0) r M r M r uu uu uu
采用2K+1个抽头的有限冲激滤波器FIR(横向滤波器)，消除ISI
ˆi c
n K
eu
K
采用有限长滤波器，第n个抽头系数用en表示，共有(2K+1)个，均衡器 的输出信号采样ci等于输入信号{Ui}与抽头系数序列{en}的卷积，表示 为： K
ˆi c
n K
n i n
eu
n i n
迫零算法的缺点
C UE
E U C
由于理想的基于迫零算法的均衡器的频率响应E(z)=1/F(z)是信 道的折叠频率响应的倒数，因此迫零算法可能造成在折叠信道频 响的深衰落处出现极大噪声增益 由于迫零均衡器完全忽略噪声的影响，无线通信链路中不常用， 在SNR高的静态信道中表现较好
求解方程，可得到{en} ，滤波器的长度（抽头系数的个数）取决于信 道产生干扰的程度。
p为u与c互相关矢量
ruc (0) r (1) uc p E u* i ci ruc (1 M )
T R E u* i ui
n K
eu
2
K
n i n
ˆi i ci c
MSE E{ i } E c(n)
无码间干扰, 白噪声
等效离散时间表示
有信道h(t)
跟踪模式
有码间干扰, 非白噪声
若要白化噪声
(t ) h(t ) g (t )
ψi = ci ς0 +
1 ˆ ∑c ς + n ς0 n≠i n i -n i
ςi 的 (t )自相关函数的采样值 ˆ i 是噪声自相关函数的卷积 n
噪声白化滤波器
信道响应模型
信道估计
GSM的信道估计
采用白化噪声滤波器的等效离散时间表示
通过训练序列估计信道冲激响应
已知PN序列 其时间翻转序列 bi 两个序列循环卷积bi
帧结构
表示为
ui f n ci n ni
n 0
Lc
有码间干扰, 白噪声
bi per bi i nN
在不考虑噪声影响的情况下，有
若传输信道是频率选择性的，那么均衡器将增强频率衰落大的频 谱部分，而削弱频率衰落小的部分，以使收到信号频谱的各部分 衰落趋于平坦，相位趋于线性 若传输信道是时延色散的,那么均衡器通过调整滤波器系数削弱采 样时刻符号间的干扰
符号间干扰和噪声使被传输的信号产生变形，从而在接 收时发生误码，特别是在高速无线移动数据通信中，符 号间干扰是降低误码率的主要障碍 均衡技术是对付符号间干扰的有效手段
0 e1 0 u (0) u (1) u (2) e1 0.9 0.2 1 u (1) u (0) u (1) e 0.3 0.9 0.2 e 0 0 0 u (2) u (1) e1 0.1 0.3 0.9 u (0) e1 e1 0.2140 e 0.9631 0 e1 0.3448
由Lucky在1965年针对有线通信系统开发
离散时间信道和均衡器级联，可等效成一滤波器，其输出响应：
qi
n
e
n0
n i n
f
其第i阶采样值：
ˆi q0 ci cn qi n en ni n c
n
一种是确定性方法，称为迫零法(Zero-Forcing)； 另一种是统计方法，称为最小均方误差法(MMSE)。
0 0 u ( K ) u ( K 1) u ( K ) 0 U u(K ) u ( K 1) u ( K 2) 0 0 0 0 0 0
u ( K 1) u ( K ) u(K ) u ( K 1) 0 u(K ) 0 0 0
10
缺点
5
时隙长度为156.25比特，保护段8.25比特
效率下降 噪声敏感 过时估计
0
-5
-10 10 15 20 25 30 35
均衡
线性均衡原理
线性均衡原理
概述 线性均衡器 判决反馈均衡器 最大似然序列估计-Viterbi检测 均衡器结构的比较 分数间隔均衡器 盲均衡
其Z变换
Q( z ) E ( z ) F ( z ) 1
迫零算法
ˆ UE C
例：迫零算法
ˆ E U 1C
迫零算法
截去U矩阵的前K行和后K行，将F变为2K+1阶方阵，因而C变为2K+1 维，带入上式得到2K+1个方程联立的确定性方程组。 迫零法通过选择{en}的加权，迫使均衡器的输出信号在期望脉冲的两 侧各K个采样值为0(名称的由来），即选择抽头系数使下式成立：
频域均衡
自适应均衡(Adaptive Equalization)
信道响应模型
信道响应模型
自适应均衡(Adaptive Equalization)的两种基 本工作模式
PAM的最佳接收机
自相关函数的采样值
Ξ(z) = F(z)F*(z-1 )
训练模式
发射机发射一个已知的训练序列(Training Sequence)，用 户数据紧跟在训练序列之后 接收机的均衡器收到训练序列后，通过某种均衡算法评估信道 特性h(t)，修正滤波器系数e(t)使之接近最佳值，从而对信道 做出补偿 在接收用户数据时，均衡器通过自适应算法不断改变其滤波特 性从而跟踪不断变化的信道
1 i 0 ˆi c 0 i 0
三抽头的迫零均衡器：分析发送单训练脉冲以获得滤波器抽头系数 的问题。假设均衡器有3个抽头，接收失真信号的采样值为0.0、0.2 、0.9、－0.3、0.1，试用迫零法求解加权值{en}，使得均衡后脉冲采 样{C l}的值分别为C(-1)=0, C(0)=1, C(1)=0，并计算此时在采样时刻 l= ±2, ±3时均衡脉冲的ISI值，造成ISI的最大采样幅值。 解 1 ˆ ˆ
为什么要使用均衡技术?
时域与频域均衡
时域与频域均衡
在带宽受限且时间扩散的信道中，多径效导致符号间干 扰(ISI)
若发送信号表示为:
s (t ) ci g (t iT )
i
均衡器与信道传输特性有关
均衡器的冲激响应为e(t)，信道冲激响应为h(t)，则均衡器的输出为
ˆ (t ) s (t ) h(t ) e(t ) n(t ) e(t ) d
Байду номын сангаас
2
-2Ree p e Re
T T
per
PN的自相关
当序列通过冲激响应为f的信道
fn
离散信道响应系数
Lc ISI扩展长度
fˆ b
i
i
per bi fi
采用均衡器E(Z)，消除ISI
实际不发送PN的周期延拓,只发一个, 为避免有效的未知比特对相关的影 响,PN序列有前后的保护比特
GSM的信道估计
h(t ) g (t ) e(t ) t iT
s
1 i 0 0 其他
时域均衡
H ( )G ( ) E ( ) 常量
这就是均衡器消除ISI 的数学解释
移动衰落信道具有随机性和时变性，要求均衡器必须能够 实时跟踪通信信道的时变特性，这种均衡器又被称为自适 应均衡器
26比特的训练序列
[0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 1]
取出中间16比特作相关运算
15
尾比特 训练序列 空闲 突 发（DB） 尾比特
加密比特 尾比特 填充比特
保护段 尾比特
{C l}在l=-3,-2,-1,0,1,2,3点的值分别是，0.0000-0.0428,0.0000,1.0000,0.0000,-0.0071,0.0345
(e jTs )
1 Ts
n
2 n ˆ Ts
合集下载
RBC原理
定位基准及运行方向等信息由线路上安装的应答器提供 Ø RB C提供行车许可，即为自己管辖区域内的列车提供目标距离、
线路信息、限速等信息
LOGO
C3级列控与C2级列控的比较
(1) 地面设备增加无线闭塞中心RBC、 GSM-R无线通信网络；
(2) 车载设备增加GSM-R无线通信单元 及天线；
(3) 车载设备根据RBC的行车通许G信S模M可-块R无及，线天线生 成连续速度控制模式曲线，实时监 控列车安全运行。
LOGO2011/10/30
9
LOGO2011/10/30
10
地面向列车传送信息的信息量不足
v列车在站间反向运行时，只能采用自动 站间闭塞，列车不能追踪运行，影响运 行效率。
v目前的ZPW2000轨道电路最多只能显示前 方七个闭塞分区空闲，难以支持350公里 以上时速高速列车的运行需要。
LOGO2011/10/30
综合数字移动通信 系统。
LOGO
• GSM一R系统是中 国首次从欧洲引进 的铁路专用移动通 信系统，它能够满
足列车运行速度为 500km/h的无线通 信要求，且安全性 好、可靠性高，与 以往我国铁路所采
用的单信道模拟无 线通信系统相比， GSM一R系统达到 了国际行业水平
RBC的技术基础--2
GSM-R特点
CTCS-2级员GS凭M车一载R既信，电号有具行路线有车信移提。动息速系自的和统动A2完闭T50P全塞k系基m的统于/特h无客征线运，通列专信车线完。基于轨道 整性检查、定位校核分别靠车载设备和点式设备
CTCS-3级实现，使3得0无室0k外线m设通/h备信及减(以G少上S到M客最-R运低)的专程度A线T。。P系基统于轨道电路和
v 轨道电路的工作稳定性易受环境的影响，如:道砟阻抗变化、 天气变化。
线路信息、限速等信息
LOGO
C3级列控与C2级列控的比较
(1) 地面设备增加无线闭塞中心RBC、 GSM-R无线通信网络；
(2) 车载设备增加GSM-R无线通信单元 及天线；
(3) 车载设备根据RBC的行车通许G信S模M可-块R无及，线天线生 成连续速度控制模式曲线，实时监 控列车安全运行。
LOGO2011/10/30
9
LOGO2011/10/30
10
地面向列车传送信息的信息量不足
v列车在站间反向运行时，只能采用自动 站间闭塞，列车不能追踪运行，影响运 行效率。
v目前的ZPW2000轨道电路最多只能显示前 方七个闭塞分区空闲，难以支持350公里 以上时速高速列车的运行需要。
LOGO2011/10/30
综合数字移动通信 系统。
LOGO
• GSM一R系统是中 国首次从欧洲引进 的铁路专用移动通 信系统，它能够满
足列车运行速度为 500km/h的无线通 信要求，且安全性 好、可靠性高，与 以往我国铁路所采
用的单信道模拟无 线通信系统相比， GSM一R系统达到 了国际行业水平
RBC的技术基础--2
GSM-R特点
CTCS-2级员GS凭M车一载R既信，电号有具行路线有车信移提。动息速系自的和统动A2完闭T50P全塞k系基m的统于/特h无客征线运，通列专信车线完。基于轨道 整性检查、定位校核分别靠车载设备和点式设备
CTCS-3级实现，使3得0无室0k外线m设通/h备信及减(以G少上S到M客最-R运低)的专程度A线T。。P系基统于轨道电路和
v 轨道电路的工作稳定性易受环境的影响，如:道砟阻抗变化、 天气变化。
北交大无线通信课后题答案
对于相干BPSK：Eb/N0=44dB 对于相干FSK: Eb/N0=47dB 对于相干DPSK:Eb/N0=47dB 对于非相干FSK，由公式得，可得Eb/N0=50dB
可知要达到pb=10-5，则所需的信噪比为 对于相干BPSK：Eb/N0=44dB，而N0=-167dBm/Hz，则 Eb=-167+44=-123dBm， 由此可得接收功率为 Pr=Eb* Rb=-123dBm+10log(20*106)=-123+73=-50dBm 由接收功率Pr = Pt+Gt+Gr-L，可得发射功率 Pt=-50-30-30+150=40dBm
11.8
解：发送功率20W=43dBm， 所以需要带外发射的衰落为43+50=93dBm。
对于BPSK调制（升余弦脉冲），没有带外分量，
（码率至少为R=B/(1+α)=1/(1+0.25)=741kbps） 对于MSK调制，fTB=1.35，TB=1/R=1.35*10-6，带外功率衰减
带外发射的衰落为33dB。 所以，采用BPSK更好。
Okumura计算出来。
7.5（a）
均方根时延扩展 功率在时间上的积分 平均时延
(b)
近似为
（c）两个不同的功率时延谱函数可以有相同的均方根时延扩展。
均方根时延扩展不足以描述功率时延谱函数。
问题1：不会计算均方根时延。 问题2：计算均方根时延，积分范围取值出错，应为 问题3：计算相干带宽的公式出错，部分同学用此公式计算
12.1 天线增益（指的是每个天线的增益）：Ga=30dB 路径损耗：LPL=150dB 接收机噪声系数：F=7dB 符号速率：Rs=20M symb/s 允许的误比特率（BER）：pb=10-5 1）噪声 已知290K时的热噪声功率谱密度为-174dBm/Hz，加上接 收机噪声系数F，得噪声功率谱密度-174+7=-167dBm/Hz。 2）解调 各种解调方式误码率为： 相干检测BPSK 相干检测FSK 差分检测BPSK 非相干检测FSK
北邮通信原理课件 (9)(全)
a. 在检测的前后窗口的参考音能量大 小,若两窗口能量均大于某个门限时,同 步处于跟踪模糊区内,就自动向固定方向 调一个样点,使同步头脱离跟踪模糊区. b. 在条件①不满足的条件下,检测两 窗口内参考音能量差值,依据前述准则判 别.
(3) Doppler
在通信过程中,由于多种因素的影响 会导致频率漂移,若不对此进行校正,将
在误码率为10 -2 的情况下采用该种校 验方式后,其误码率小于10 -11,可以认为 是无差错传输.另外采用了 S-ARQ技术, 即重发有错的小组,大大地提高了通过率. 另外在ARQ工作方式下,实现了自动 降速的功能,共分为两档:300bit/s以上及 150bit/s以下.在每一挡下,通信速率可以 根据信道的实际情况实现自动的速率升降, 以获得大的通过率.
(1) 电离层的衰耗随时间变化及多 径效应所引起的衰落. (2) 多径效应所引起的波形展宽.
(3) 电离层快速运动和反射层高度 变化所引起的多普勒频移.
一般情况下,短波高速数字通信系统
框图如图9-1所示.
图9-1 短波无线数字通信系统框图
9.2 TCT-301短波高速调制解 调器的基本原理
图9-2和图9-3分别是短波高速 调制解调器的发送端和接收端的 原理框图.
3. 群同步建立,位同步跟踪,
(1)
这里所指的群同步是指译码同步.在 位同步建立之后,抽样的位置确定了.
(2)
在通信过程中,由于时钟等各种因素 的影响,位同步的位置会发生变化,如果 不跟踪其变化,则在通信建立一段时间之 后因同步位置丢失而导致通信中断.
① 上下帧相位突跳点附近有比较好的 线性关系, Diff>0, Diff=0, Diff<0,同步滞后. ② 上,下帧相位突跳点同时位于两窗 口内,则存在一个同步跟踪的模糊区.
北京交通大学通信原理课件-郭宇春1-绪论-10
2010-9-6
通信系统原理 郭宇春
28
例题
设有一个图像要在电话线路中实现传真传 输，大约要传输2.2510 6个像素，每个像 素由12个亮度等级，每个等级等概出现， 电话线路具有3kHz带宽和30dB信噪比。 试求在该标准电话线路上传输一张传真图 片需要的最小时间。
2010-9-6
通信系统原理 郭宇春
Eb 1.59(dB) n0
加性高斯白噪声信道实现可靠通信的信噪 比下界——当系统的带宽无限大时才能达 到此界限
2010-9-6
通信系统原理 郭宇春
27
例题
已知彩色电视图像由5105个像素组成。 设每个由64种彩色度，每种色度由16个亮 度等级。设所有彩色度和亮度等级的组合 机会均等，并统计独立，（1）试计算每 秒传送100个画面所需的信道容量；（2） 如果接收机信噪比为30dB，为了传送彩色 图像所需信道带宽为多少？
加性干扰
chap2
乘性干扰
恒参信道 随参信道
乘性干扰 加性干扰
2010-9-6
通信系统原理 郭宇春
20
恒参信道
幅频和相频特性不随t变化 引入均衡技术
幅度均衡 相位均衡 把恒参信道改造成为幅度平坦、相位线性的
信道
2010-9-6
通信系统原理 郭宇春
21
随参信道
信号的衰耗随时间变化 信号的传播时延随时间变化 主要问题：多径传播
信源
发
编
调
转
码
制
换
器
器
器
狭义 信道
收
转
解
解
换
调
码
器
器
器
信宿
调制信道 编码信道
无线通信基础知识ppt课件
第一节 发射机和接收机的结构与工作过程
一、发射机 在无线通信中，发射机的作用是产生一个功率足够大的高频振荡送给发射天线，通过天线转换成空间电磁波传送到接收端。如图2-2所示，主要有音频放大器（话音处理电路）、调制、变频器、高频功率放大器等组成。 （一）各部分功能
典型的移动通信电台组成图
第八节 无线电波的传播
一、无线电波段的划分 在真空中的传播速度都是C，与频率（周期）、波长的关系如下： λ=C*T=C/f (2-106) 这是电磁波的一个基本关系式。知道了频率，利用上述公式就可以计算出波长λ。
无线电波按波长不同又分为长波、中波、短波、超短波、微波等波段，各有不同用途：广播电台使用的频率在中波波段；电视台使用的频率在超短波段；用来测定物体位置的雷达、无线电导航等使用的频率在微波段。 表2-4 无线电波的波段划分
要解决上述问题，就要采取调制的方法。用所要传送的基带信号控制高频振荡信号的某一个参数（如幅度、频率或相位），即把基带信号“附加”到高频振荡上，使基带信号变换为适合传输的高频带通信号，这一过程就是调制，通常将高频振荡信号称为载波，加载了基带信号的高频带通信号称为已调波信号。
第七节 解 调
调制是将要传送的信息“装载”到载波上去的过程，解调则是从已调波上取下传送的信息的过程。调幅波的解调通常称做振幅检波，简称检波，完成检波作用的电路称为检波器；调频波的解调通常称作频率检波，简称鉴频，完成鉴频作用的电路称为鉴频器。 从频谱关系上来看，调制过程是一个频率变换过程，已调波由载波分量和反映调制信号的上下边带分量所组成，同样解调也是一个频率变换过程，输入的是已调波，而输出只是原低频调制信号。
（一）对无线电接收机的主要技术要求
1．应工作于规定的波段和采用适当的解调方式，并应根据系统设计与实际情况决定。 2．应具有高的接收灵敏度。 3．应有好的选择性。 4．应有好的保真度。 5．应有高的工作稳定度。
一、发射机 在无线通信中，发射机的作用是产生一个功率足够大的高频振荡送给发射天线，通过天线转换成空间电磁波传送到接收端。如图2-2所示，主要有音频放大器（话音处理电路）、调制、变频器、高频功率放大器等组成。 （一）各部分功能
典型的移动通信电台组成图
第八节 无线电波的传播
一、无线电波段的划分 在真空中的传播速度都是C，与频率（周期）、波长的关系如下： λ=C*T=C/f (2-106) 这是电磁波的一个基本关系式。知道了频率，利用上述公式就可以计算出波长λ。
无线电波按波长不同又分为长波、中波、短波、超短波、微波等波段，各有不同用途：广播电台使用的频率在中波波段；电视台使用的频率在超短波段；用来测定物体位置的雷达、无线电导航等使用的频率在微波段。 表2-4 无线电波的波段划分
要解决上述问题，就要采取调制的方法。用所要传送的基带信号控制高频振荡信号的某一个参数（如幅度、频率或相位），即把基带信号“附加”到高频振荡上，使基带信号变换为适合传输的高频带通信号，这一过程就是调制，通常将高频振荡信号称为载波，加载了基带信号的高频带通信号称为已调波信号。
第七节 解 调
调制是将要传送的信息“装载”到载波上去的过程，解调则是从已调波上取下传送的信息的过程。调幅波的解调通常称做振幅检波，简称检波，完成检波作用的电路称为检波器；调频波的解调通常称作频率检波，简称鉴频，完成鉴频作用的电路称为鉴频器。 从频谱关系上来看，调制过程是一个频率变换过程，已调波由载波分量和反映调制信号的上下边带分量所组成，同样解调也是一个频率变换过程，输入的是已调波，而输出只是原低频调制信号。
（一）对无线电接收机的主要技术要求
1．应工作于规定的波段和采用适当的解调方式，并应根据系统设计与实际情况决定。 2．应具有高的接收灵敏度。 3．应有好的选择性。 4．应有好的保真度。 5．应有高的工作稳定度。
奥鹏北京交通大学考前练兵无线通信工程.doc
单选题1 •长波通信（包括长波以上）主要由（）传播，也可在地面与高空电离层之间形成的波导中传播，通信距离可达数千公里甚至上万公里。
A.天波B.地波C.空间波D.流星余迹答案：B2.短波通信也称高频通信，主要靠（）传播，可经电离层一次或数次反射，最远可传至上万公里。
A.天波B.地波C.空间波D.流星余迹答案：A3•超短波VHF频段的频率范围为（）。
A.3〜30MHzB.30~300MHC.300~3000MHzD.300~3000kHz答案：B4.属于四进制系统的调制方法为（）。
A.2FSKB.BPSKC.QPSKD.16QAM答案：C5.()是在发信端将一个信号利用两个间隔较大的发信频率同时发射, 在收信端同时接收这两个射频信号后合成。
A.频率分集B.空间分集C.混合分集D.极化分集答案：A6•对通信卫星进行姿态控制和位置控制的是通信卫星中的()。
A.天线分系统B.通信分系统C •遥测指令分系统D.控制分系统答案：D7.下列哪种IFS具有最高的帧(分组)发送优先级，主要用于ACK帧和CTS帧等。
()A.短帧间间隔(SIFS)B.PCF帧间间隔(PIFS)C.长帧间间隔_(LIFS)D・DCF帧间间隔(DIFS)答案：A&自由空间传输损耗的含义是()。
A.发射的能量被分散B.发射的能量被吸收C.发射的能量被转换成其它能量D.只有很少的能量被发射答案:A9•在10G以下的微波通信中，大气效应对传播的影响主要是()。
A.大气吸收引起的衰减B.雨雾散射引起的衰减C.绕射引起的衰减D.大气折射引起的衰减答案：D10.衰减网络的噪声系数等于()。
A.LB.GC.TeD.Ne答案：A11.在以下分集技术中，请问哪种技术用来对抗选择性衰落的效果最好。
A.最佳选择法B.最大信噪比组合C.最大功率组合D.最小色散组合答案：D12.在设计一个要求具有NAT功能的小型无线局域网时，应选用的无线局域网设备是()A.无线网卡B.无线接入点C.无线网桥D.无线路山器答案：D13.在设计点对点(Ad Hoc)模式的小型无线局域时，应选用的无线局域网设备是()。
无线通信基本原理课件
39
• CDMA：Code Division Multiple Access 码分多
址
频率
时间
码字
CDMA
所有用户在同一时间、同一频段上、根据编码获 得业务信道
40
SDMA(Space Divisionቤተ መጻሕፍቲ ባይዱMultiple Access)：空分多 址
SDMA 即在相同时隙、相同频 率或相同地址码的情况下，可以根 据信号不同的中间传播路径而区分。 SDMA是一种信道增容方式，例如 空分—码分多址（SD-CDMA）。
频率
频率
FDMA
时间
TDMA
时间
FDMA：Frequency Division Multiple Access频分多址
TDMA：Time Division Multiple Access时分多址
37
• FDMA
• FDMA信道每次只能传递一路电话，如果一个FDMA信道被分配为话 音信道，但没有使用，并且处于空闲状态，它不能被其他用户使用。
波束形成天线采用智能天线， 基站的智能天线形成多个波束覆盖 整个小区，智能天线可定位于每个 MS。
MS MS
BTS MS
41
移动通信基本原理
一、蜂窝理论 二、网络结构 三、多址技术 四、概念辨析
42
a)话务量概念
话务量的严格定义应该叫做话务强度，是电 话系统业务多少的度量，它与单位时间（一般取 忙时1小时）内的呼叫次数n及呼叫占用信道的平 均时间（T）成正比。
• 在典型的蜂窝移动通信环境中，移动台一般比基站天 线矮很多，接收机与发射机之间的直达路径往往被建 筑物或其他物体所阻碍。所以，在蜂窝基站与移动台 之间的通信不一定是通过直达路径，而是通过许多其 他路径完成的。
• CDMA：Code Division Multiple Access 码分多
址
频率
时间
码字
CDMA
所有用户在同一时间、同一频段上、根据编码获 得业务信道
40
SDMA(Space Divisionቤተ መጻሕፍቲ ባይዱMultiple Access)：空分多 址
SDMA 即在相同时隙、相同频 率或相同地址码的情况下，可以根 据信号不同的中间传播路径而区分。 SDMA是一种信道增容方式，例如 空分—码分多址（SD-CDMA）。
频率
频率
FDMA
时间
TDMA
时间
FDMA：Frequency Division Multiple Access频分多址
TDMA：Time Division Multiple Access时分多址
37
• FDMA
• FDMA信道每次只能传递一路电话，如果一个FDMA信道被分配为话 音信道，但没有使用，并且处于空闲状态，它不能被其他用户使用。
波束形成天线采用智能天线， 基站的智能天线形成多个波束覆盖 整个小区，智能天线可定位于每个 MS。
MS MS
BTS MS
41
移动通信基本原理
一、蜂窝理论 二、网络结构 三、多址技术 四、概念辨析
42
a)话务量概念
话务量的严格定义应该叫做话务强度，是电 话系统业务多少的度量，它与单位时间（一般取 忙时1小时）内的呼叫次数n及呼叫占用信道的平 均时间（T）成正比。
• 在典型的蜂窝移动通信环境中，移动台一般比基站天 线矮很多，接收机与发射机之间的直达路径往往被建 筑物或其他物体所阻碍。所以，在蜂窝基站与移动台 之间的通信不一定是通过直达路径，而是通过许多其 他路径完成的。
无线通信中MIMO—OFDM技术的研究现状和展望
３１ 空域 复用 ．
在发送端信道状态信息未知的情况下通过多天线发射实现分集增益［。 Ｉ ］
阵列天线增益在发射端 和接收端都能实现 。 系统需要已知信遭信息
从而提高接收端 的平均信噪 比， 系统 的覆盖。 增加
２ Ｆ Ｍ调制技术简介 Ｏ Ｄ
ＭＭＯ技术主要应用于宽带系统 中， Ｉ 但是存在频率选择性衰落引起 符号间干扰 （ Ｉ， Ｏ Ｄ Ｉ） Ｓ 采用 Ｆ Ｍ调制可以将频率选 择性信道变为一组并行 的平坦衰落信道 ，因此 ，可以有效地消除符号 间干扰。图 Ｉ Ｍ Ｍ — 为 ＩＯ ＯＤ Ｆ Ｍ系统的示意图。 Ｆ Ｍ 的基本原理就是加入循环前缀（Ｐ 作为保 ＯＤ Ｃ）
系统利用空间分集为提高无线网络 的信息吞吐量 、 扩大覆盖区域 和提高 传输质量提供 了一条具有 巨大潜力的途径。 虽然 Ｍ Ｍ Ｉ Ｏ无线技术还存在 理论上和硬件实现上的一些问题 ， 但是它已经达到 了在实际系统中应用
—
—
—
Байду номын сангаас
—
巾Ｆ Ｍ调制 ＿ Ｄ 卜 一
ＯＦ ＤＭ
解 调 和
—
／
第一作者筒 介 ： 李
静 ， ，９３ ９ 女 １８ 年 月生 ， 现为中北大学信息与通
Ｔｈ ｓｇ ｆ ｗ ｏ ｅ ｔ ｒｆ ｒＦｅ ｄ ｒＳ ｔ ｈ ｅＤｅ ｉ ｎ ｏ Ｎｅ Ｐｒ ｔ ｃ ｏ ｅ ｅ ｗｉ ｏ ｃ
， 维普资讯
ＳＩＴ Ｃ Ｆ Ｒ Ａ ＩＮＤ Ｖ Ｌ Ｐ Ｅ Ｔ＆Ｅ Ｏ Ｏ Ｙ Ｃ－Ｅ ＨＩ Ｏ Ｍ ＴＯ Ｅ Ｅ Ｏ Ｍ Ｎ Ｎ ＣＮＭ 文章编号 ：０５６３（０７０— ２４０ １０ －０３２０ ）２ ０１． ２
２０ 年 第 １ 卷 ０７ ７
３ ＭＩ — Ｆ Ｍ 系统 中的 空频 信号 ＭＯ Ｏ Ｄ
在发送端信道状态信息未知的情况下通过多天线发射实现分集增益［。 Ｉ ］
阵列天线增益在发射端 和接收端都能实现 。 系统需要已知信遭信息
从而提高接收端 的平均信噪 比， 系统 的覆盖。 增加
２ Ｆ Ｍ调制技术简介 Ｏ Ｄ
ＭＭＯ技术主要应用于宽带系统 中， Ｉ 但是存在频率选择性衰落引起 符号间干扰 （ Ｉ， Ｏ Ｄ Ｉ） Ｓ 采用 Ｆ Ｍ调制可以将频率选 择性信道变为一组并行 的平坦衰落信道 ，因此 ，可以有效地消除符号 间干扰。图 Ｉ Ｍ Ｍ — 为 ＩＯ ＯＤ Ｆ Ｍ系统的示意图。 Ｆ Ｍ 的基本原理就是加入循环前缀（Ｐ 作为保 ＯＤ Ｃ）
系统利用空间分集为提高无线网络 的信息吞吐量 、 扩大覆盖区域 和提高 传输质量提供 了一条具有 巨大潜力的途径。 虽然 Ｍ Ｍ Ｉ Ｏ无线技术还存在 理论上和硬件实现上的一些问题 ， 但是它已经达到 了在实际系统中应用
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Байду номын сангаас
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巾Ｆ Ｍ调制 ＿ Ｄ 卜 一
ＯＦ ＤＭ
解 调 和
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／
第一作者筒 介 ： 李
静 ， ，９３ ９ 女 １８ 年 月生 ， 现为中北大学信息与通
Ｔｈ ｓｇ ｆ ｗ ｏ ｅ ｔ ｒｆ ｒＦｅ ｄ ｒＳ ｔ ｈ ｅＤｅ ｉ ｎ ｏ Ｎｅ Ｐｒ ｔ ｃ ｏ ｅ ｅ ｗｉ ｏ ｃ
， 维普资讯
ＳＩＴ Ｃ Ｆ Ｒ Ａ ＩＮＤ Ｖ Ｌ Ｐ Ｅ Ｔ＆Ｅ Ｏ Ｏ Ｙ Ｃ－Ｅ ＨＩ Ｏ Ｍ ＴＯ Ｅ Ｅ Ｏ Ｍ Ｎ Ｎ ＣＮＭ 文章编号 ：０５６３（０７０— ２４０ １０ －０３２０ ）２ ０１． ２
２０ 年 第 １ 卷 ０７ ７
３ ＭＩ — Ｆ Ｍ 系统 中的 空频 信号 ＭＯ Ｏ Ｄ
北京交通大学无线通信第九章
p为u与c互相关矢量
ruc (0) r (1) uc p E u* i ci ruc (1 M )
T R E u* i ui
n K
eu
2
K
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ˆi i ci c
MSE E{ i } E c(n)
GSM的信道估计
GSM的信道估计
时隙组成
各种突发脉冲
训练序列 全0码 扩展训练序列 加密比特 加密比特 尾比特 尾比特 尾比特
8.25 8.25 8.25 68.25 8.25
正常突发脉冲
正 常 突 发（NB） 尾比特 加密比特 频 率 突 发（FB） 尾比特 同 步 突 发（SB） 尾比特 加密比特 接 入 突 发（AB）
1960年由B.Widrow和Hoff提出 使均衡器的期望输出值与实际输出值之间均方误差(MSE)最小化 采用LMS算法的均衡器比迫零均衡器更稳定
R
下面以横式均衡器为例讨论LMS算法
n2 LE MSE N 0
Ts 2
/ Ts
1 (e jTs ) N0
/ Ts
在不考虑噪声影响的情况下，有
若传输信道是频率选择性的，那么均衡器将增强频率衰落大的频 谱部分，而削弱频率衰落小的部分，以使收到信号频谱的各部分 衰落趋于平坦，相位趋于线性 若传输信道是时延色散的,那么均衡器通过调整滤波器系数削弱采 样时刻符号间的干扰
符号间干扰和噪声使被传输的信号产生变形，从而在接 收时发生误码，特别是在高速无线移动数据通信中，符 号间干扰是降低误码率的主要障碍 均衡技术是对付符号间干扰的有效手段
基于蓝牙HCI实现单片机与PC间无线通信
ｕ１６ ｐａｇｅ＿ｔｉｍｅｏｕｔ ｕ１６ ｓｃａｎ＿ｔｉｍｅｏｕｔ
．．．ｒｏｌｅ， ｆｌａｇｅ．．．
ｕ８ ｓｔａｔｅ ｕ１６ ｃ＿ｈａｎｄｌｅ ｕ８ ｒｅｍｏｔｅ＿ｂｄ＿ａｄｄｒ［６］
图 ４ 核心数据结构图
建链请求， 如果接受请求， 则继续等待建链成功， 获 得一个连接句柄， 从而进行数据交换， 若本地蓝牙作 主设备， 则通过一系列主动查询， 建链， 发送数据， 断 链等操作。处理数据就是将数据显示在与单片机相 连的 ＬＣＤ 上等一系列后续操作。
３．１ 单片机端 单片机端采用 Ｃ８０５１Ｆ１２０ 通过 ＵＡＲＴ 连接爱立
信蓝牙模块 ＲＯＫ １０１ ００８。 Ｃ８０５１Ｆ１２０ 是 Ｃｙｇｎａｌ 公 司 的 一 种 与 ８０５１ 兼 容
的高速 ＳＯＣ 单片机， 扩充了许多数字和模拟外围电 路， 具有 ８Ｋ 的 ＲＡＭ 以及 １２８Ｋ 的 ＦＬＡＳＨ， 可以提供 足够的存储空间来存储程序和处理数据。
系统初始化
蓝牙初始化
ＮＯ 是否作主设备
ＹＥＳ 查询 ＮＯ 附近是否有蓝牙设备
ＹＥＳ
ＮＯ 是否有连接请求
ＹＥＳ
请求连接 ＮＯ
连接请求是否通过 ＹＥＳ
创建 ＡＣＬ 连接
ＮＯ 连接建立是否成功 ＹＥＳ
接受连接
ＮＯ 连接建立是否成功
ＹＥＳ
图 ３ 单片机端程序流程图
中国新通信（ 技术版） ２００８．５
是否有断链请求 ＹＥＳ
爱立信的蓝牙模块 ＲＯＫ １０１ ００８ 集成了射频单 元和基带控制器， 提供了多种 ＨＣＩ（主机控制器接口） 传输层接口， 在此使用 ＵＡＲＴ 传输层接口。
此外， 为配合实验， 单片机外接了 ８ 个按键和一 个液晶， 不是本文重点， 不再赘述。 ３．２ ＰＣ 端
．．．ｒｏｌｅ， ｆｌａｇｅ．．．
ｕ８ ｓｔａｔｅ ｕ１６ ｃ＿ｈａｎｄｌｅ ｕ８ ｒｅｍｏｔｅ＿ｂｄ＿ａｄｄｒ［６］
图 ４ 核心数据结构图
建链请求， 如果接受请求， 则继续等待建链成功， 获 得一个连接句柄， 从而进行数据交换， 若本地蓝牙作 主设备， 则通过一系列主动查询， 建链， 发送数据， 断 链等操作。处理数据就是将数据显示在与单片机相 连的 ＬＣＤ 上等一系列后续操作。
３．１ 单片机端 单片机端采用 Ｃ８０５１Ｆ１２０ 通过 ＵＡＲＴ 连接爱立
信蓝牙模块 ＲＯＫ １０１ ００８。 Ｃ８０５１Ｆ１２０ 是 Ｃｙｇｎａｌ 公 司 的 一 种 与 ８０５１ 兼 容
的高速 ＳＯＣ 单片机， 扩充了许多数字和模拟外围电 路， 具有 ８Ｋ 的 ＲＡＭ 以及 １２８Ｋ 的 ＦＬＡＳＨ， 可以提供 足够的存储空间来存储程序和处理数据。
系统初始化
蓝牙初始化
ＮＯ 是否作主设备
ＹＥＳ 查询 ＮＯ 附近是否有蓝牙设备
ＹＥＳ
ＮＯ 是否有连接请求
ＹＥＳ
请求连接 ＮＯ
连接请求是否通过 ＹＥＳ
创建 ＡＣＬ 连接
ＮＯ 连接建立是否成功 ＹＥＳ
接受连接
ＮＯ 连接建立是否成功
ＹＥＳ
图 ３ 单片机端程序流程图
中国新通信（ 技术版） ２００８．５
是否有断链请求 ＹＥＳ
爱立信的蓝牙模块 ＲＯＫ １０１ ００８ 集成了射频单 元和基带控制器， 提供了多种 ＨＣＩ（主机控制器接口） 传输层接口， 在此使用 ＵＡＲＴ 传输层接口。
此外， 为配合实验， 单片机外接了 ８ 个按键和一 个液晶， 不是本文重点， 不再赘述。 ３．２ ＰＣ 端