通信原理
2023-09-08 10:44:43 0 举报AI智能生成
通信原理
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大纲/内容
数字通信的特点
第一，抗干扰能力强。第二，数字信息易于加密，保密性强。第三，数字通信需要同步。
主要的信道复用方式
频分
时分
空分
码分
多址
多址方式是指：在移动通信中，许多用户同时通话，以不同的移动信道分隔，
TDD：时分双工；FDD：频分双工；
防止相互干扰的技术方式；多址方式：FDMA、TDMA、CDMA。
OFDM
定义
基于正交多载波的频分复用技术
处理过程
高速串行数据变并行低速数据流
每路数据采用独立载波调制，叠加发送
接收端依据正交载波特性分离多路信号
和传统的FDM区别
传统的需要在各载波中间加保护间隔
5个重要的特点
1、低速并行传输
2、抗摔落与均衡
平坦的衰落特性
3、抗多径时延引起的码间干扰
引入CP，只要CP的时间间隔长于信道的时延扩展，可以完全消除码间干扰
4、多用户调度
OFDM利用信道的频率选择性进行多用户调度
用户可以使用最好的频域资源进行数据传输
从而获得频域调度的多用户分集增益
5、基于DFT的实现
离散傅里叶变换
均衡器
理论和实践证明，在数字通信系统中插入一种可调滤波器可以校正和补偿系统特性，减少码间干扰的影响。这种起补偿作用的滤波器称为均衡器。
扩频技术
基本概念
扩频通信技术是一种信息传输方式，就是指信号所占有的频带宽度远大于所传信息必须得最小带宽。
原理
是由独立于信息的码来实现。在接收端用同步接收来实现解扩和数据恢复；分直接扩频（DS）和调频（FH）两种
优点
1、易于重复使用频率，提高了无线频谱资源利用率；
2、抗干扰性强，误码率低；
3、隐蔽性好，对其他通信系统干扰小；
4、可以实现码分多址；
5、抗多径干扰；
6、能精确定时和测距；
7、适合数字话音和数据传输，便于开展多种通信业务；
8、安装简便、易于维护。
特点
扩频的原理是使用与被传输数据无关的码进行传输信号的频谱扩展，使得传输带宽远大于被传输数据所需的最小带宽，因此经过扩频的信号具有三个特点：
扩频信号是不可预测的随机的信号。
扩频信号带宽远大于欲传输数据(信息)带宽。
扩频信号具有更强的抗干扰能力、更强的码分多址能力以及更强的高速可扩展能力。
信道基础知识
多径衰落的基本特性
基本定义
所有的无线设备有一点是共同的，即没有有线连接。通过空气传送的信号会由于气候、环境、距离等各种因素的影响而失真，会因自然的和人为的障碍而中断，也会因发射机和接收机的相对移动而进一步变化。这个变化的过程称为衰落。衰落在现实环境中是不可避免的。而衰落根据其产生原因和特征，也包括很多种类
各类衰落
平坦性衰落和频率选择性衰落
相干带宽
相干带宽是表征多径信道特性的一个重要参数，它是指某一特定的频率范围，在该频率范围内的任意两个频率分量都具有很强的幅度相关性，即在相干带宽范围内，多径信道具有恒定的增益和线性相位。
通常，相干带宽近似等于最大多径时延的倒数。
从频域看，如果相干带宽小于发送信道的带宽，则该信道特性会导致接收信号波形产生频率选择性衰落，即某些频率成分信号的幅值可以增强，而另外一些频率成分信号的幅值会被削弱。
发送的信号带宽在一定范围内时，无论频率如何变化，对接收信号衰落影响都是一致的，称之为平坦衰落。
当信号带宽小于相干带宽时，所产生的衰落就是平坦衰落。与之相反，当信号带宽大于相干带宽时，所发生的衰落就是频率选择性衰落，此时的信号衰落随载波频率f变化而变化，频率不同则衰落的强弱不同。
快衰落和慢衰落
衰落通常分为慢衰落和快衰落两种。其中，信号强度曲线的中值呈现慢速变化，称为慢衰落；曲线的瞬时值呈快速变化，称快衰落
慢衰落
它是由于在电波传输路径上受到建筑物或山丘等的阻挡所产生的阴影效应而产生的损耗。它反映了中等范围内数百波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗
一般遵从对数正态分布
慢衰落产生的原因有以下几种
路径损耗，这是慢衰落的主要原因
障碍物阻挡电磁波产生的阴影区。这种慢衰落也被称为阴影衰落
天气变化、障碍物和移动台的相对速度、电磁波的工作频率等有关
快衰落
又称瑞利衰落
它是由于移动台附近的散射体（地形，地物和移动体等）引起的多径传播信号在接收点相叠加，造成接收信号快速起伏的现象叫快衰落
快衰落细分为
时间选择性衰落（快速移动在频域上产生多普勒效应而引起频率扩散）
空间选择性衰落（不同的地点、不同的传输路径衰落特性不一样）
频率选择性衰落（不同的频率衰落特性不一样，引起时延扩散）
快衰落产生的原因如下
多径效应
时延扩展
移动信道的多径环境引起的信号多径衰落从时域角度方面进行描述
时延扩展定义为最大传输时延和最小传输时延的差值，即最后一个可分辨的时延信号与第一个时延信号到达时间的差值，实际上就是脉冲展宽的时间。时延扩展是衡量多径传播信道质量的一个重要指标。
相关带宽
相关带宽内各频率分量的衰落时一致的也叫相关的，不会失真。载波宽度大于相关带宽就会引起频率选择性衰了使接收信号失真
后果
多径衰落
符号间干扰（ISI）
多普勒效应
原因
辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。
在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高（蓝移(blue shift)）。
在运动的波源后面，产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低（红移(red shift)）。
波源的速度越高，所产生的效应越大。
公式
F（频移）=V（相对速度）/（C（光速）/f（电磁波频率））*cosa（入射电磁波与移动方向夹角）。
分支主题
快衰落和慢衰落都会对通信造成一定影响，典型的影响有：
慢衰落会降低SNR。慢衰落主要会导致整体信号的电平衰落，降低了接收的信号功率，从而降低了信噪比（SNR）。
快衰落会使发送的基带数据脉冲失真，可能会导致锁相环同步问题。多径和多普勒效应导致的快衰落可能对通信的破坏力最强。
阴影衰落
无线电波在遇到面积比电磁波波长大得多的障碍物时，会发生反射，从而在障碍物另一侧形成一片无线电波无法直接传播到的“阴影”区域，称为阴影效应
是一种慢衰落
反射与多径
瑞利衰落和莱斯衰落分布
衰落特性
抗摔落技术
分集技术
时间分集
空间分集
频域分集
隐分集技术
RAKE接收机
定义
RAKE接收技术是第三代CDMA移动通信系统中的一项重要技术。
在CDMA移动通信系统中，由于信号带宽较宽，存在着复杂的多径无线电信号，通信受到多径衰落的影响。
RAKE接收技术实际上是一种多径分集接收技术，可以在时间上分辨出细微的多径信号，对这些分辨出来的多径信号分别进行加权调整、使之复合成加强的信号。
由于该接收机中横向滤波器具有类似于锯齿状的抽头，就像耙子一样，故称该接收机为RAKE接收机。
它是一种典型的利用信号统计与信号处理技术将分集的作用隐含在被传输的信号之中，因此又称它为隐分集或带内分集。
基本原理
RAKE接收就是设法将上述被扩散的信号能量充分利用起来
能利用扩频信号设计将各条路径信号加以分离，再利用RAKE接收将被分离的各条路径信号相位校准、幅度加权，并将矢量和变成代数和
主要手段
扩频信号设计
RAKE接收
自适应均衡技术
信道编码
线性编码
卷积码
Turbo码
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