无线通信技术 3.4数字移动通信的主要技术 3.4.1数字调制技术 数字调制是为了使在信道上传送的信号特性与信道特性相匹配的一种技术 就话音业务而言，经过话音编码所得到的数字信号必须经过调制才能实际传 输。在无线通信系统中是利用载波来携带话音编码信号，即利用话音编码后 的数字信号对载波进行调制，当载波的频率按照数字信号“1”、“0”变化而 对应地变化，这称为移频键控(SK):相应地，若载波相位按照数字信号“1” “0”变化而对应地变化则称之为移相健控(PSK):若载波的振幅按照数宁 信号“1”、“0”变化而对应地变化，则称之为振幅健控(ASK)。然而通常 的FSK在频率转换点上的相位一般并不连续，这会使载波信号的功率谱产生 较大的旁瓣分量。为克服这一缺点，一些专家先后提出了一些改进的调制方 式，其中有代表性的调制方式是最小移频键控(MSK)和高斯预滤波最小移 频键控(GMSK)。 众所周知，移动通信必须占用一定的频带，然而可供使用的频率资源却非常 有限。因此，在移动通信中，有效地利用频率资源是至关重要的。为了提高 频率资源的利用率，除采用须率再用技术外，通过改善调制技术而提高频谱 利用率也是我们必须慎重考虑的一个问题。鉴于移动通信的电波传播条件极 其恶劣，衰落导致接收信号电平的急刷变化，移动通信中的干扰问题也特别 严重，除邻道干扰外，还有同频道干扰和互调干扰，所以移动通信中的数字 调制技术必须具有优良的频谱特性和抗干扰、抗衰落性能。 目前在数字移动通信系统中广泛使用的调制技术，主要有以下二大类。 1.连续相位调制技术 这种调制技术的射频已调波信号具有确定的相位关系且包络恒定，其也称之 为恒包络调制技术。它具有频谱旁瓣分量低，误码性能好，可以使用高效率 的C类功率放大器等特点。属于这一类的调制技术有平滑调频(TFM)、最 小移频键控(MSK)和高斯预滤波最小移频键控(GMSK)。其中高斯预滤 波最小移频锭控(GMSK)的频谱旁瓣低，频谱利用率高，而其误码性能与 差分移相键控(DSK)差不多。因而得到了广泛的应用
无线通信技术 3.4 3.4.1 ()*+, GH7° ¥+ <"«nlB<BTUgfbc @ÓÏ&'{@ë¿úGHl'{7°7i)*« :;-.%U,VRq @ë¿l\U,@ë¿b GHlqVRst7°VRGHl| ~ |~¹ª& qN ¹ªQµ W¯1 :3-N ÑVRGGHl| ~ |~¹ª&qN ¹ªÔµ W¯1 :3-ÑVR»BGH l| ~ |~¹ª&qN ¹ªÔµ »BW¯1:3ç& : Ê4"Gg nQe+VRl¢V _XY õ ZÎQg[4gº9áb̤¥gº¸s7°Y ZA%/¾À7°YZKôW¯1:3#2\]^RKô W¯1;:3 Ø_´`,g ç& Í+,LMaí /Ö %/ U,LMT¨ ¥Ì2 LMU,x,è,bc {¸b7°bc&Ì2V U," cTdeg)%&âò?R«¤ ä AfgDE¶Ojkl?hi¹ª%%&Ba ,T< z/<#o7F%GH 7°bc&/#$VB#j jDEi '( GH-.%OP+,7°bcÁ¨/F© _` 1 Qf7°bcìÔ7Rl&/äG-8àkAµ k8à7°bc&/VXY õøl¿i F+,2 `¢m_¡EB4nòQg`7°bc/o71 3 K ôW¯1:3#2\]^RKôW¯1;:3A%2\]^ RKôW¯1;:3VXYøVU,2&Al¿i ù W¯1< :3ù;&ú¥OPN,
第三移动通俗批论 2.线性调制技术 这包括二相移相键控(BPSK)、四相移相键控(QPSK)和正交调幅(QAM) 等。这类调制技术频谱利用率较高但对调制器和功率放大器的线性要求非常 高，因此设计难度和成本较高。近年来，由于放大器设计技术的发展，可实 现了高效而实用的线性放大器，这才使得线性调制技术在移动通信中得到实 际应用。 上述两类调制技术在数字移动通信系统中都有应用，欧洲的GSM系统采用 的是GMSK调制技术：而美国和日本的数字移动通信系统则采用了QPSK调 制技术。 3.4.2多址方式 使用多址方式旨在使许多移动用户同时分享有限的信道资源（如无线电频谱 资源)，即将可用的资源（如可用的信道数目）同时分配给众多用户共同使 用，以达到较高的系统容量。多址系统的设计主要有两个问题：一是多路复 用，也就是将一条通路变成多个物理信道：二是信道分配，即将单个用户分 配到某一具体信道上去。 在移动通信系统中，常用的三种多址方式是频分多址(FDMA)、时分多址 (TDMA)和码分多址(CDMA)。这些术语是沿用卫星通信中的术语而形成 的。 1.频分多址(FDA) FDMA是按照频率的不同给每个用户分配单独的物理信道，这些信道根据用 户的需求进行分配。在用户通话期间，其它用户不能使用该物理信道。在频 分全双工(FDD)情形下，分配给用户的物理信道是一对信道（占用两段频 段)，一段频段用作前向信道，另一段频段用于反向信道。TACS系统和AMP 系统均采用FDMA/FDD方式工作
第三章 移动通信概论 2!" Q89 W¯1 :3 W¯1= :3#7B1=3 EQ`7°bcVU,2pq7°¡#¢m_¡;¨í 2Ö}q8#î2ήòm_¡}bcIJ ) ,¥2&),;m_¡Q7+ú;7°bc %ú) *N, "r^`7°bc GH-.%[/N,st ; -.x, ;: 7°bc-&ú4#uîGH-.Ôx,¥ = : 7 °bc 3.4.2 -. +,;vYZw +(;, N/<LM1 :;?V LM3\é ,LM1 ,<G'3 U£Ø;,.+ ,F2-.Æõ;v-.}Á¨/^)%&xg;` ,ég¹;)*E<- < U\é[), UÅg& <"y -.%,ef;vYZ ;v1 <3 ;v 1<3#¿ ;v1<3Qºc,56%c&% 1. #$%&FDMA < £(), U[O*E<Qº<Á, Õst U ,@ A,i+,Ç*E< ]W1 <<3%© U£,*E<gq<1`,^ 3g ,X(\<mg ,òv\< -.# -.=x, <> << YZWX
无线通信技术 码型 >频车 时间“ 图3-1 1 FDMA示意图 FDMA方式有以下的特点： 1)FDMA信道的带宽相对较窄(25-30kHz,但相邻信道间要留有防护带。 2)同TDMA系统相比，FDMA移动通信系统的复杂度较低，容易实现。 3)FDMA系统采用单路单载波(SCPC)设计，需要使用高性能的射频(RF) 带通滤波器来减少邻道干扰，因而成本较高。FDMA的成本较TDMA系统 2.时分多址(TDMA) TDMA系统把使用某一频率的载波所构成的一条通路通过按时间划分成若干 时隙的方法分成为若干个物理信道，每个时隙仅允许一个用户发射或接收信 号。每个用户占用一个周期性重复的时隙，如图3-12所示。每条物理信道可 以看作是每一帧中的特定时隙。在TDMA系统中N个时隙组成一帧，每帧 由前置码、消息码和尾比特组成，如图3-13所示。在TDMA/FDD系统中， 相同或相似的帧结构单独用于前向（下行）或反向（上行）传输。一般情况 下，前向（下行）信道和反向（上行）信道的载波频率不同。 24
无线通信技术 < YZ/F©B4x 3 < < zq{'3 24? p< ¨|/ü 3 < -.Y < -.`a8øÆ}), 3 < -.x,[[VR1 3}Õ¨+,2iì1 3 ^R¡~÷<&î2 < î < -. 2 2. '$%&TDMA < -.¥+,ÅgVR6g{ Ñ Yð Ñ)*E<()È(g),Iìzjk l(),`,g)_T` (*E< FX(g%B < -.% )·g( ®(I¿ u¿#YB· <> << -.% z§56[O,ò(\1©t3zv\1"t3«g ©(\1©t3<#v\1"t3<VR
第三章移动通俗概论 码型 时 图3-12TDMA示意图 一个TDMA颜 前置码 消息码 尾比特 时隙1时隙2时豫3 时隙N 尾比特同步比特 信息数据 保护比特 图3-13TDMA顿结构 在一个TDMA的帧中，前置码中包括地址和同步信息，以便基站和用户都能 彼此识别对方信号。采用保护时间后可使接收机在不同时隙和顿之间同步。 TDMA有如下一些特点： )TDMA系统中几个用户共享单一的载频，其中，每个用户使用彼此互不 重叠的时隙。每顿中的时隙数取决于几个因素，例如调制方式、可用带 宽等等。 2)TDMA系统中的数据发射不是连续的，而是以突发的方式发射。由于用 户发射机可以在不用的时间（绝大部分时间）关掉，因而耗电较少。 25
第三章 移动通信概论 J g) < %(I¿%89 v#¾uFH²³#,[i þÖ²aqYlx,Æ b +jky # ¾ < / ©gºB4x < -.%),.N[gVA%(),+,þÖo T(%G ò) 7°YZ , zEE < -.%GIìn&FIYZIì®ò, Iìy F , 1æ_¶ 3&0?÷
无线通信技术 3)由于TDMA系统发射是不连续的，移动台可以在空闲的时隙里监听其它 基站，从而使其越区切换过程大为简化。通过移动台在TDMA帧中的空 闲时隙监听，可以给移动台增加链路控制功能，如使之提供移动台辅助 越区t切换(MAHO,mobile assisted handoff)等。 4)同FDMA信道相比，TDMA系统的传输速率一般较高，故需要采用自 适应均衡。 5)TDMA必须留有一定的保护时间（或相应的保护比特）。但是，如果为 了缩短保护时间而使时隙边缘的发送信号压缩过快，则发射频谱将展 宽，并将对相邻信道构成干扰。 O)由于采用突发式发射，TDMA系统需要更大的同步报头。TDMA的发射 是分时隙的，这就要求接收机对每个数据突发脉冲串保持同步。此外， TDMA需要有保护时隙来分隔用户，这使其与FDMA系统相比有更大 的报头。 )TDMA系统的一个优点是在每帧中可以分配不同的时隙数给不同的用 户，这样，通过基于优先级对时隙进行链接或重新分配，可以满足不同 用户的带宽需求。 3.码分多址(CDMA) 在码分多址(CDMA)系统中，所有移动台使用相同载频，并可以同时发射 如图3-14所示。每个移动台都有自己的地址码，与其他移动台的地址码近似 正交。接收机则进行时间相关操作以检测期望的特定地址码，而其它地址码 字均被接收机当作噪声。 26
无线通信技术 ®ò < -.IìnÞ F $·R§A ²³d&+A^_Ê{_ ¬ª{Þ < %$ ·§ F£Þµ¯°¢i + ÌÍÞ ^_Ê14 *@, +&&,&/8 6+#8*773E < <Y< -.«Mg 2Õ¨x,> N= < |/gÆ 1zNÆYB3p È ¥Æ &+Inl{:ÔIìVéJ zéq<6 ®òx,IZIì< -.Õ¨_¾< Iì Q¨jkyq()GIÆï¾Ö < Õ¨/Æ ,Q+A < -.Y/_ < -.g)#4 (% F UG£, Q{²ò#áCqstµjzTl U FÊË , zÕ 3. ($%&CDMA ¿ ;v1<3-.%/Þ+,V FIì ()Þ[/>J v¿AÞ v¿Î§ jkyÔst XF³ B v¿&A v¿ H=ÐjkyX¡¢