多普勒频移产生调制噪声5
移动通信__知识点
第1章1、什么是移动通信？与其他通信方式相比，移动通信有哪些特点？答：移动通信是指通信的一方或双方在移动状态中或临时停留在某一非预定位置上进行信息传递和交换的方式。
特点：1）移动通信的电波传播环境恶劣；2）多普勒频移会产生附加调制；3）移动通信受干扰和噪声的影响；4）频谱资源紧缺；5）建网技术复杂；6）由于移动环境恶劣，对设备的可靠性和工作条件要求较高。
2、移动通信主要使用VHF（甚高频）和UHF（特高频）频段的主要原因有哪些？答：（1）VHF/UHF 频段较适合移动通信。
（2）天线较短，便于携带和移动。
（3）抗干扰能力强。
3、移动通信有哪几种工作方式？分别有什么特点？答：1）单工制（同频单工）：指通信双方使用相同的工作频率的按键通信方式。
通信双方设备交替进行接收和发射，即发射不能接收，接收时不能发射。
2）半双工制（异频单工）：指收、发信机分别用两个不同频率的按键通话方式。
3）全双工制：指通信双方收、发信机同时工作，任一方发话的同时，也能收到对方的语音，无需PTT按键。
特点：参见课本Page54、蜂窝移动通信系统的组成（由哪些功能实体组成？）：交换网络子系统（NSS）、基站子系统（BSS）、移动台（MS）。
5、FDD和TDD的概念和各自的应用场合是什么？答：频分双工（FDD）适合于宏小区、较大功率、高速移动覆盖；时分双工（TDD）适合微小区、低功率、慢速移动覆盖。
6、第一代移动通信系统（1G）（模拟蜂窝移动通信系统）缺点：频谱利用率低，系统容量有限，抗干扰能力差，业务质量比有线电话差，有多种系统标准，跨过漫游难，不能发送数字信息，不能与综合业务数字网（ISDN）兼容。
7、2G（数字蜂窝移动通信系统）缺点：系统带宽有限，限制了数据业务的发展，也无法实现移动多媒体业务，而且由于各国的标准不统一，无法实现各种体制之间的全球漫游。
8、3G 的提出主要有三个目的：一是解决频谱资源问题，提高频谱使用的效率；二是解决移动通信的全球漫游问题；三是提供移动多媒体业务。
扩频通信中的多普勒频移及补偿方法
6加特纳.锁相环技术.北京：人民邮电出版社，2007
7卢护林 冼友伦 苏 涛.一种相位编码信号多普勒补偿方法的研究与实现，火控雷达技
术.2009,(38).
常用信号为窄带信号(带宽远小于中心频率)，其发射信号可以表示为： 其中，Re表示取实部， 为调制信号的复包络， 为发射角频率。则自由目标反射的回波信号为： 其中， 为回波滞后于发射信号的时间，其中R为收发双方间的距离，c为电磁波的传播速度（光速），k为回波的衰减系数。
当目标和基站之间没有相对运动时，则距离R为常数。回波与发射信号之间有固定相位差 ，它是电磁波往返于基站与目标之间所产生的相位滞后。而当目标与基站站之间有相对运动时，则距离R随时间变化。设目标和基站作匀速相向运动，则在时间t时刻目标与信源间的距离 为： 其中， 为t=0时的距离， 为目标和基站的相对径向运动速度。
五 参考文献
1王丹志，李署坚．高动态解扩接收机的载波跟踪与数据解调．研究与分析．2001·4
2程乃平，任宇飞，吕金飞．高动态扩频信号的载波跟踪技术研究．电子学报。2003·12·
31(12A)，2147—2150
3张厥盛，郑继禹，万心平．锁相技术[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2000
4王福生，鲁昆生.锁相技术(第二版).武汉：华中科技大学出版社,2009
Costas环工作原理
在通信中，由于发射端高速移动或者发射端距离接收端比较远，使得发回的信号很微弱，又由于移动引起的多普勒效应，频率漂移严重。在这种情况下，如果采用普通接收机，势必要求它有足够的带宽，这样势必会有更多的噪声没有被滤掉，从而使得接收机的输出信噪比将严重下降而无法有效地检出有用信号。如果采用下图所示的锁相接收机，利用环路的窄带跟踪特性，就可以十分有效的提高输出信噪比，获得满意的接收结果。
扩频通信中的多普勒频移及补偿方法
扩频通信中的多普勒频移及补偿方法多普勒频移是指当发射信号源和接收信号源之间存在相对运动时，接收信号的频率会受到运动的影响而发生变化的现象。
在扩频通信中，多普勒频移是一种主要的信道参数，需要进行补偿以确保正常的数据传输。
本文将介绍多普勒频移的原因、影响以及常用的补偿方法。
多普勒频移的原因主要有两个：一是天体运动引起的多普勒效应，即接收信号源和发射信号源之间的相对运动；二是多径传播引起的多普勒频移，即信号在传播路径中遇到的多个反射、散射和绕射等导致的传播延迟和路径变化。
这两种原因都会导致接收信号的频率变化，从而影响信号的接收质量。
多普勒频移的影响是引起信号码片偏移的一个重要因素。
在扩频通信中，发送端将原始数据通过扩频码转化为码片序列，接收端需要通过解扩码来还原原始数据。
如果接收信号经历了多普勒频移，会导致接收端误判码片序列的位置，造成解扩码错误，从而影响信号的接收质量和数据传输速率。
因此，对于扩频通信中的多普勒频移，需要进行补偿以恢复码片序列的正确位置。
下面将介绍常用的多普勒频移补偿方法。
1.直接补偿法：直接从接收信号中获取多普勒频移信息，并通过数学运算直接补偿码片序列的偏移。
这种方法需要根据接收信号模型和多普勒效应的数学表达式进行计算，相对较为复杂，但可以较精确地进行补偿。
2.色散补偿法：根据信号经过自由空间传播的色散特性，利用接收信号的频率谱信息进行补偿。
这种方法通过频谱分析和频移计算，对接收信号进行频率或相位调整，以实现多普勒频移的补偿。
色散补偿法可以在一定程度上减小码片序列的偏移，但对环境噪声和干扰较为敏感。
3.卡尔曼滤波法：基于状态估计的卡尔曼滤波方法，通过对信号频率特性的估计，对接收信号进行补偿。
这种方法可以根据信号的状态和动态模型，进行频率估计和误差补偿，较好地解决了多普勒频移的问题。
4.转发者辅助补偿法：引入额外的转发信号源或转发设备，对接收信号进行转发处理，利用转发设备与接收设备之间的固定距离，从而消除多普勒频移的影响。
2.关于无线信道的多普勒谱,请回答以下问题
2．关于无线信道的多普勒谱，请回答以下问题：(1) 在某些无线信道中，多普勒频移会引起无线信道输出信号的混叠。
请描述产生混叠的各种原因；(2) 无线信道中的多普勒谱有一种经典谱(classic spectrum)，请解释产生这种谱形状的机理；(3) 请用Simulink 工具编写代码(S-Function 方式)，产生一单径瑞利信道，其多普勒谱为经典谱，其中移动速率为120km/h 。
并请回答：证明自己用计算机产生的经典谱是正确的可能方法。
答：（1） 多普勒频移不产生频混的情况:各载波多普勒频移方向相同，大小差不多时，如高频载波的整体带宽不太宽，载波分隔比较大。
多普勒频移产生混叠的各种原因：A 、移动通信中复杂的环境使得多普勒频移扩展成为了一个频带,因为每条多径相对于接收机都有一个不同的角度或者速度,从而产生的多普勒频移也各不相同； B 、系统中设置有频带保护间隔，如果OFDM 的载波间距很近，也就是说载波数很多，多普勒会产生频混，因为不同载波的多普勒不同，最严重的是相邻载波多普勒频移方向不同，一个正偏，一个反偏。
从统计上看，如jakes 谱是一个中心对称的U 字形谱，当然还有其它谱，主要看什么信道，如cost207信道谱是另一个形状；C 、多普勒频移引起快衰落，当存在频移时，这样各个子载波在采样点（频域）时混叠，从而造成ICI 。
注意多普勒频移不改变频域的正交性，而只有存在多普勒频展时才改变了子载波的正交性，但两者同样会出向ICI ，这是因为OFDM 是在频域采样，是基于奈奎斯特第二采样定理（采样点不失真）进行的，而当出现上述两者之一时，就会违反其采样原则，从而造成ICI 。
D 、所谓时变快衰落是由于多径传播加上移动站移动(多普勒效应)引起的, 当载波频率1GHz,车速10m/s,fd 差不多30Hz 。
而正是多径传播, 各个路径到达的时间不一致,在我们要接收的符号间隔内,叠加了前一个符号的尾巴加上少了尾巴的本符号。
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电波传输方式
散射波 :由天线辐射出去得电磁波投射到 低空大气层或电离层中不均匀介质时产 生散射,其中一部份到达接收点。散射传 播距离远,但就是效率低,不易操作,使用 并不广泛。
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移动通信信号得衰落
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移动通信环境得时变性
衰落(Fading) 分为慢衰落和快衰落。 慢衰落:由阴影效应产生,一般服从正态
移动通信原理与系统
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教学重点和学习难点
教学重点:现代移动通信得基本概念、移 动信道得电波传播和信道分析、现代移 动通信系统得基本技术和网络构成、 GSM系统、窄带CDMA移动通信系统、 宽带CDMA(第三代)移动通信系统。
学习难点:
蜂窝移动通信系统得概念和建模
移动信道得基本概念和建模分析方法
互不兼容、不利于漫游、覆盖受限、业 务受限、易被窃听、不能于ISDN兼容
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移动通信得发展——数字化
模拟移动通信系统频谱利用率低、设备复杂、 价格昂贵、业务种类受限、保密性差
80年代中期～90年代末,欧洲、美国、日本等发 达国家和地区先后推出了数字移动通信系统— —第二代移动通信系统:
1992年欧洲推出商用得GSM 1991美提出得IS-54 1993日本提出得PDC 1993美国提出得IS-95(N-CDMA)
1897年,马可尼在陆地和一艘拖船上完成 莫尔斯电码无线通信实验,标志无线电通 信得开始,开创了海上通信业。
1909年马可尼获得诺贝尔物理学奖,后来享 有“无线电之父”得美誉。
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TITANIC & Mobile munication
TITANIC Tragedy Spawns Wireless 31 Advancements
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移动通信的基本概念解读
个人移动通信的诞生及演进
实现个人电话的梦想--蜂窝状移动电话的诞生
背景：随着无线电报和无线广播的发展，人们更 希望有一种可以随身携带、不用电话线路的电话。 70年代初，贝尔实验室提出蜂窝系统的覆盖小区 概念后，很快进入了实用阶段。 1979年，美国芝加哥试验成功AMPS模拟蜂窝式 移动电话系统，83年在美国投入商用。 1987年，我国第一个移动电话局在广州开通，进 入第一代模拟移动通信时期，引进英国的TACS 系统。
移动通信的特点
1无线电波传播环境复杂
在移动通信中，基站至用 户间靠无线电波来传送信 息。当前，移动通信的频 率范围在甚高频（ VHF ， 30 ～ 300MHz ）和特高频 （UHF，300～3000MHz） 内
工作频段特点：
传播距离在视距范围内，通常为几十千米；天线 短，抗干扰能力强；且以地表面波、电离层反射 波、直射波和散射波等方式传播，受地形地物影 响很大 移动台接收到的电波 一般是直射波和随时 变化的绕射波、反射 波、散射波的叠加， 这样就造成所接收信 号的电场强度起伏不 定，最大可相差20～ 30 dB，这种现象称为 多径传播 衰落。
• 例如，运动着的车辆、船舶、飞机或行走着的人与固定点 之间进行信息交换，或者移动物体之间的通信都属于移动 通信。
– 这里所说的信息交换，不仅指双方的通话，同时也 包括数据、传真、图像等多媒体业务
移动通信的特点
移动通信与其他通信方式相比，主要具有以下 特点：
无线电波传播环境复杂 多普勒频移产生调制噪声 移动台工作时经常受到各种干扰 对移动台的要求高 通道容量有限 通信系统复杂
这被认为是无线电通信的第一次实际应用。 紧接着，马可尼在英国建立了世界上第一家无线电器 材公司——英国马可尼公司
一种衰落信道下MFSK信号符号速率估计算法
一种衰落信道下MFSK信号符号速率估计算法董鑫;欧阳喜;李斌【摘要】在短波通信中,MFSK是一种常见的调制方式,其符号速率估计对非合作接收方有重要意义,而短波信道干扰常对符号率估计造成影响.本文通过分析信道干扰对信号传输的影响,提出一种衰落信道下MFSK信号符号速率估计算法,该算法通过小波脊线提取、小波脊线滤波、过零点间隔聚类等方法,能有效地克服短波信道中多径效应和多普勒频移对符号速率估计的影响.仿真实验结果表明,本文算法在低信噪比、加入多普勒频移和多径效应等信道条件下仍具有较高的估计精度,可用于实际工程.【期刊名称】《数据采集与处理》【年(卷),期】2015(030)005【总页数】10页(P1121-1130)【关键词】多进制频移键控;短波;符号速率;多径效应;多普勒频移【作者】董鑫;欧阳喜;李斌【作者单位】解放军信息工程大学信息系统工程学院,郑州,450002;解放军信息工程大学信息系统工程学院,郑州,450002;河南工业大学图书馆,郑州,450002【正文语种】中文【中图分类】TN911.7多进制频移键控(M-ary frequency-shift keying, MFSK)是现阶段广泛应用于短波通信中的重要调制方式之一，而符号速率是进行信号解调的必要调制参数，因此准确的盲符号速率估计对于非合作接收有重要意义。
目前，常见的MFSK信号符号速率估计算法有以下几类：文献[1]提出了基于时域瞬时特征的估计算法，但在当信号载频不为零时迅速恶化。
文献[2-3]提出运用循环自相关算法，文献[4]提出运用最大似然函数方法估计数字信号符号速率，虽然获得了较高的精度，但运用于MFSK信号时精度下降或不再适用。
文献[5-7]提出了基于Haar小波和谱线检测的符号速率估计算法，并在文献[8]应用到调制分类中，适用于非零载波频率的数字带通信号，但在信噪比较低，或存在时间选择性衰落和频率选择性衰落时，谱线检测受到较多的小波峰和毛刺干扰进而失效。
5G低轨卫星移动通信系统多普勒频偏估计算法
5G低轨卫星移动通信系统多普勒频偏估计算法李耀晨;赵渊;裴文端【摘要】随着卫星移动通信系统近些年来的快速发展,高传输速率、广泛覆盖范围、较低的传输时延以及较强灵活性是新一代的5 G低轨 (LEO)卫星移动通信系统发展的要求,但是由于低轨卫星移动速度很快,产生了较大的多普勒频移;通过建立使用5 G候选波形滤波的正交频分复用技术 (F-OFDM)的新型低轨卫星移动通信系统,针对该新型系统设计一种新的多普勒频偏估计方法,首先借助卫星轨道的多普勒特性来计算整数多普勒频偏,第二步借助 F-OFDM资源块中的导频信息来估计精确的多普勒频移;主要完成了 5G低轨卫星移动通信系统模型的建立与算法在系统中的仿真来验证其实际性能,经过仿真可以得到,本算法与同类算法相比计算复杂度低且精度较高.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2018(026)010【总页数】5页(P226-229,234)【关键词】F-OFDM;低轨卫星;多普勒特性;导频【作者】李耀晨;赵渊;裴文端【作者单位】中国电子科技集团公司第五十四研究所,石家庄 050000;中国电子科技集团公司第五十四研究所,石家庄 050000;中国电子科技集团公司第五十四研究所,石家庄 050000【正文语种】中文【中图分类】TN927.230 引言随着卫星移动通信系统近些年来的不断发展，军民用户对于新一代的高传输速率、广泛覆盖范围、较低的传输时延以及较强灵活性的5G低轨(LEO)卫星移动通信系统的需求日益增长。
相比于地面通信系统，LEO卫星移动通信系统覆盖范围更加广泛，多颗低轨卫星即可实现全球无缝覆盖；而相比于地球同步轨道(GEO)和中轨道(MEO)卫星移动通信系统，LEO卫星移动通信系统又具有较低时延和灵活的网络调度的优点。
由于单颗LEO卫星对地面的覆盖范围远小于GEO卫星，需要数十颗甚至数百颗LEO卫星才可以实现全球无缝覆盖。
但是低轨卫星由于距离地球较近，信号传输时延得以大大降低，信号功率的衰减也大大降低，较低的卫星信号发射功率即可满足需求，降低了卫星和地面终端的设计成本和复杂度。
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f±⊿f
地面接收
8
移动通信的主要特点4
4、多普勒频移产生调制噪声 固定点接收高速运动的移动台的载波 频率，随移动台运动速度v不同，产生 不同的频移——多普勒效应。 频移⊿ f = νcosθ/λ
ν
f±⊿f
地面接收
9
移动通信的主要特点5
5、对移动台的要求高 移动台对外界（尘土、振动、碰撞、 日晒雨淋）影响具有很强的适应能力 性能稳定、可靠 携带方便 功耗低、低温 适应新业务、新技术的发展
系统。
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GPRS
General Packet Radio Service 2.5G 提供中速的数据传递 连接Internet
27
移动通信发展史
1897年，马可尼在陆地和一艘拖船上完成无线通信 实验标志无线通信的开始
1928年，美国警用车辆的车载无线电系统标志移动 通信开始
18
无线电寻呼系统
单向传输系统，通信双方不能直接利用 它对话
19
蜂窝移动通信系统
区群 小区分裂 越区切换
20
蜂窝动通信系统的组成
21
无绳电话系统
把普通电话分为座机和手机两部分 手机与座机之间不需要用电线连接 无绳电话手机和座机的发射功率均在10mW以
下 无线覆盖半径约在100m左右
第一章主要内容
1. 移动通信的基本概念和主要特点 2. 移动通信系统的分类和组成结构 3. 典型移动通信系统 4. 移动通信的发展史发展现状和发展方向 5. 移动通信的标准化
1
本章思考
2008年1月的暴风雪灾害中，为什么移动 通信系统受灾比固定通信系统严重？
汶川地震后，有人说中国电信的固定电 话比中国移动的移动通信的表现要好？ 有道理吗？请从技术的角度加以分析。
A
t
r
i
10
移动通信的主要特点6
6、通信系统复杂 移动台在通信区域内随时运动 随机选用无线信道进行频率和功率控 制 地址登记、越区切换及漫游跟踪等技 术 入网和计费方式有特殊的要求
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移动通信的分类
按工作方式分类 单工通信，双工通信，半双工通信
按多址方式分类 FDMA,TDMA,CDMA等
3
移动通信的主要特点
1、必须利用无线电波进行信息传输 2、移动通信是在复杂的干扰环境中运行
的 3、可以利用的频谱资源非常有限，而移
动通信业务量的需求却与日俱增 4、多普勒频移产生调制噪声 5、对移动台的要求高 6、通信系统复杂
4
移动通信的主要特点1
1、必须利用无线电波进行信息传输 无线电波受地形地物影响很大 移动通信传播路径复杂化 产生慢衰落、快衰落
单工通信 半双工通信 双工通信
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移动通信的工作方式1
1、单工通信 通信双方电台交替进行收信和发信 同一部电台的发射机和接收机轮换工作
双向同频单工 双向异频单工
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移动通信的工作方式2
双工通信 通信双方可以同时进行传输信息的工作方式 同一部电台的发射机和接收机可同时工作
基站
移动台
16
移动通信的工作方式3
半双工通信
移动台采用单工的“按讲”方式，按下按 讲开关，发射机才工作。接收机总是工作。
基站工作情况与双工方式完全相同。
基站
移动台
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常用的移动通信系统
无线电寻呼系统 蜂窝移动通信系统 无绳电话系统 集群移动通信系统 移动卫星通信系统 分组无线网
高度1400km； 奥德赛（Odessey）系统，3轨道12颗星的莱克尔星座中轨高度
10000km…… 观看演示：/system/sys_iridium.asp 美俄卫星相撞事故
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分组无线网
利用无线信道进行分组交换的通信网络。 典型：1968年美国夏威夷大学开发的ALOHA
你知道中国移动、中国联通和中国电信 哪些子品牌？
你知道哪些通信设备制造商？
2
移动通信的基本概念
基本概念——“动中通” 通信双方或至少有一方处于运动中进 行信息交换的通信方式。 包括移动体（车辆、轮船、飞机或行 人）和移动体之间的通信，移动体和 固定点（固定无线台、有线用户）之 间的通信。
反射波 直射波
反射波
5
移动通信的主要特点2
2、移动通信是在复杂的干扰环境中运行的 城市噪声,车辆发动机点火噪声,微波炉干扰 噪声等 自然界中如风、雨、雪等自然噪声——一般 可忽略 移动通信网络中其他电台的干扰——主要的 干扰源 互调干扰 邻道干扰 同频干扰
6
移动通信的主要特点3
3、可以利用的频谱资源非常有限，而移 动通信业务量的需求却与日俱增 合适的频段仅限于甚高频（VHF）和 超高频（UHF）
7
移动通信的主要特点4
4、多普勒频移产生调制噪声 固定点接收高速运动的移动台的载波 频率，随移动台运动速度v不同，产生 不同的频移——多普勒效应。 频移⊿ f = νcosθ/λ
22
公共无绳电话系统
PHS(Personal Handy-phone System) 小灵通
微蜂窝技术 ADPCM 功率较小
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集群移动通信系统
属于调度系统的专用通信网
由控制中心，总调度台，分调度台，基地台， 移动台组成。
专为调度通信而设计，业务受到限制.
采用频道共用技术提高频率利用率
按信号形式分类 模拟网和数字网
按覆盖范围分类 宽域网,局域网
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移动通信的分类
按服务特性分类 专用网,公用网
按使用环境分类 陆地通信,海上通信,空中通信
按使用对象分类 民用系统,军用系统
按业务类型分类 电话网,数据网,综合业务网
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移动通信的工作方式
单向通信 双向通信
PABX
电话接口
分调度台
用户交换机
中央控制 器
基地
总调度台
控制中心
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移动卫星通信系统
用途：利用卫星中继，在海上、控制和地形复杂而人口稀疏的地 区实现移动通信。
典型： 美国Motorola公司的“铱”系统，6轨道66颗星的星状星座，卫
星高度756km； 全球星（Global star）系统，8轨道48颗星的莱克尔星座，卫星