【正文】 115 4. 3G/4G新技術 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 116 4. 3G/4G新技術 ? Multiband OFDM UWB Solution for IEEE WPANs 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 117 4. 3G/4G新技術 收發(fā)開關切換保護時間 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 118 4. 3G/4G新技術 ? IEEE 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 119 4. 3G/4G新技術 交織 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 120 4. 3G/4G新技術 ?MIMO(MultipleInputMultipleOutput) ?最早是由 Marconi于 1908年提出的，它利用多天線來抑制信道衰落。 使信道間數據具有一定的相關性，利用校驗糾錯的編碼方式，提高通信系統(tǒng)可靠性。即要求各子信道信息分配應遵循信息論中的“注水定理”，亦即優(yōu)質信道多傳送，較差信道少傳送，劣質信道不傳送的原則 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 111 4. 3G/4G新技術 ?OFDM的優(yōu)點 （ 4） 抗碼間干擾（ ISI）能力強。 衰落取決于系統(tǒng)頻帶范圍： f小 ——脈寬大（在多徑影響下，仍會存在較大不受干擾的區(qū)域） ——利用加 CP的方法解決。這一點在頻譜資源有限的無線環(huán)境中很重要。 CP長度的確定依據 CP（該信號的尾部信息） ——消除多徑信號的影響（ ISI） 信號與其標準延遲信號疊加，變?yōu)榭梢蕴幚淼亩鄰健６矣捎诿總€子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易。 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 102 4. 3G/4G新技術 ? 系統(tǒng)網絡結構 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 103 4. 3G/4G新技術 ? 4G系統(tǒng)的網絡 體系分層 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 104 4. 3G/4G新技術 ? 關鍵技術 ?OFDM(正交頻分復用 ) ?MIMO(多輸入多輸出 ) ?軟件無線電 ?智能天線 ? IPv6 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 105 4. 3G/4G新技術 ?OFDM技術實際上是 MCM（ MultiCarrier Modulation，多載波調制）的一種。 ?用戶共存性。 ?實現更高質量的多媒體通信。 “泛在網絡”的概念 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 100 4. 3G/4G新技術 ? 特點 ?傳輸速率更快。 上行系統(tǒng)很難做到： 移動臺發(fā)射功率不易增大； 遠近效應 ——在基站內干擾比較大（各個移動臺發(fā)射信號無法同步）。 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 98 4. 3G/4G新技術 ? 關于 4G的業(yè)界共識 ?與已有的數字移動通信系統(tǒng)相比， 4G系統(tǒng)應具有更高的數據速率和傳輸質量。 4G：網絡與通信結合 ——更加強調網絡的功能。 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 95 3. UWB技術 三維（體） 二維（面） 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 96 3. UWB技術 雙錐型天線 對數周期天線 純單極子天線 天線 ——制約 UWB技術發(fā)展的主要因素之一。 缺點：增益比較小。 特別要注意 物理過程 的實現。 時域測量存在問題： δ 函數無法實現，同時所測估計值受到電纜、天線等失真的影響，不夠準確。 ——把 0變 1再加上整流器 具體實現：用模板信號與接收信號相乘，再經過積分，在適當的點采樣（正max1，負 max0） 積分作用：平滑，低通濾波器作用 ——信號傳輸會由于噪聲而使波形發(fā)生變化。 跨層設計：將不同層放在一起進行綜合設計。 outdoor)* to GHz No Vehicular 24 to 29 GHz No 頻率高，波長短 ——分辨率高；頻率低，波長長 ——穿透力強。 天線一般不具備超寬帶特性， UWB信號通過天線相當于進行一次微分。 – A major breakthrough occurred in 1960s (Tektronix and HewlettPackard, sampling oscilloscope)。 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 44 2. CDMA技術 ? CDMA通信的優(yōu)點 – 系統(tǒng)容量大 ： GSM系統(tǒng) 4～ 5倍 – 軟容量：以誤碼為代價，增大系統(tǒng)容量。 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 41 2. CDMA技術 ? DS系統(tǒng)： IS95CDMA通信原理 ?發(fā)送端：模擬話音經 A/D變成 ，通過 （信道中傳輸信號的帶寬遠遠大于原始信號本身的帶寬） ?接收端：接收機利用本地偽隨機序列進行相關解擴，還原原始窄帶信號，通過窄帶濾波器，恢復話音數據，再通過 D/A轉換，恢復為原始話音 ?系統(tǒng)主要由 調制、擴頻、解擴、解調 等構成 ?保證相關檢測，接收端 :載波同步 +地址碼同步 ?地址碼正交性 要好， 碼數量 要多 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 42 2. CDMA技術 ? 下行鏈路 先合路，在調頻：實現發(fā)送端多路信號的同步。 核潛艇通信：超長波 浮球（延時發(fā)送） 采用混合系統(tǒng)，使中心頻率跳變，隱蔽性增強 突發(fā)（壓縮、打包，高速通信） 潛艇采用激光通信的前提是航母艦隊。目前， 4G系統(tǒng)中有天然的技術 IDMA（交織多址）使信號具有白噪聲的一些特點。 卷積的由來 ——測距時，物體形狀帶來的效果。 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 35 2. CDMA技術 ? 擴頻通信系統(tǒng)的特點 cont.： –抗多徑干擾 ? 接收端用相關技術從 多徑信號中提取和分離出最強的有用信號，或把多徑信號合成 ，變害為利，提高接收信噪比 –能精確定時和測距 ? 利用電磁波的傳播特性和偽隨機碼的相關性，可以比較正確地測出兩個物體間的距離 多徑中的延遲一般由環(huán)境決定，為了能夠分開接受多徑信號，希望脈寬越窄越好。 對數：將大范圍壓縮到小范圍 ——由來：人對聲音的感覺。 兩個擴頻系統(tǒng)：碼相關 ——減少干擾，碼不相關 ——再次擴頻。 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 26 2. CDMA技術 ? 系統(tǒng)要求 ?有足夠多的地址碼 ，地址碼間有良好的自相關特性和互相關特性 ?各接收端必須產生與發(fā)送端一致的 本地地址碼 ，且在相位上完全 同步 ?網內所有用戶使用同一載波、相同帶寬同時收發(fā)信號 ，使系統(tǒng)成為一個自干擾系統(tǒng)，為把各用戶間的相互干擾降到最低，碼分系統(tǒng)必須和擴頻技術 相結合 ，為接收端的信號分離作準備 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 27 2. CDMA技術 ? 擴頻通信系統(tǒng)的概念 ?一種信息傳輸方式，其系統(tǒng)占用的頻帶寬度遠大于要傳輸的原始信號的 帶寬 （或信息比特率），且與原始信號帶寬無關 ?在 發(fā)送端 ，頻帶的展寬是通過編碼及調制（即 擴頻 ）來實現的；在 接收端 用與發(fā)送端完全相同的擴頻碼進行相關解調（即 解擴 ）來恢復信息 –擴頻技術的作用 ?提高通信的抗干擾能力，即使系統(tǒng)在強干擾條件下也能安全可靠地通信 調頻不是擴頻 PS:通信時要做到信號與信道匹配（如上變頻、調制解調） 一種不需要調制的系統(tǒng)：音頻廣播系統(tǒng) 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 28 2. CDMA技術 ? 香農定理 :C=W*log2(1+S/N) Bit/s – C表示信道容量 (最大傳輸速率） – W為系統(tǒng)帶寬 –系統(tǒng)處理增益 Gp ＝系統(tǒng)占用帶寬 W與所傳送信息的帶寬 B之值。 多址技術 ——區(qū)分用戶 CDMA是實現擴頻通信的方法之一 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 23 2. CDMA技術 ? 碼分多址技術基本原理 –發(fā)端：利用自相關性很強而互相關值為 0或很小的周期性碼序列作為地址碼，與用戶信息數據相乘（或模 2加）進行地址調制后輸出 –收端：以本地產生的已知地址碼為參考，根據相關性的差異對收到的信號進行相關檢測，提取與本地地址碼一致的信號 PN碼：產生容易，數量很多 積分結束時采樣 T—積分不總為零 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 24 2. CDMA技術 例：設系統(tǒng)有 4個用戶 （ n=4） ， 各用戶的地址碼分別為 W1={1， 1， 1， 1}、 W2={1， 1， 1， 1}、W3={1， 1， 1， 1}、 W4={1， 1， 1， 1}；在某一時刻用戶信息數據分別為 d1={1}、 d2={1}、d3={1}、 d4={1}。 – 頻道序號 n:512～ 885（移動： 512～ 559—前10MHZ；聯(lián)通： 687～ 736—后 10MHZ） Fl(n)= +（ n－ 512） * (MHZ) Fh(n)= + （ n－ 512） *(MHZ) 雙工通信，用戶本身的收發(fā)相互干擾大，因此雙工間隔很大。 （革命性的作用） 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 16 ? 越區(qū)切換 –位置更新 ? 移動臺在同一個基站控制下的不同小區(qū)間切換 ? 移動臺在兩個基站之間進行移動 ? 移動臺在兩個交換局之間進行移動 –越區(qū)切換過程： 移動臺離基站較遠時，傳輸質量急劇下降，移動臺通過 語音信道 向 BSS發(fā)送自己信號強弱信息，以及一些信令信息， BSC根據這些信息對移動臺進行定位，并比較相鄰基站的信號，決定是否進行切換 。 V為車速， λ 為波長。 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 11 ? Question：在室內用收音機聽廣播，為了接受更好的效果需要移動收音機，調整天線方向和天線長度，分別是為什么？ ? Answer：在室內，障礙物多增強了多徑的影響，移動收音機找到信號增強的點，調整天線方向與廣播發(fā)射時的極化方向相同，調整天線長度使其與特定波長的廣播相匹配。 –移動臺不斷移動，電波傳播路徑上的地形、地物不斷變化，造成信號的變化，這種變化比多徑效應的衰落慢的多。哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 1 通信新技術 毛興鵬 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 2 主要內容 0. 通信技術概述 1. 移動通信概述 2. CDMA技術 3. UWB技術 4. 3G/4G新技術 – OFDM – MIMO – IDMA 5. 光通信技術 6. 物聯(lián)網技術 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 3 ? 什么是通信 ? 發(fā)展簡史 ? 通信的分類 ? 通信和雷達的區(qū)別 ? 51和 52的區(qū)別 ? 通信研究的熱點：無線、光 ? 通信研究的難點：高速、高效、特殊條件通信（水下、深空等） 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 4 ? 我們能做什么？ –科研：考研、考博、出國留學 –企業(yè)：運營商、制造商、相關企業(yè) –專業(yè)不相關是不是白學了？ ? 相關的技術 –通信原理、計算機技術、信號處理技術 ? 該怎么做 –聽課、擴展知識面、找工作或考研、畢業(yè)設計 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 5 ? 無線通信的發(fā)展歷史 – 60年代中 ,Bell, IMTS(Improved Mobile Telemunication Service): FM調制 , 25~30kHz帶寬傳輸一路話音。 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 6 ? 無線通信的發(fā)展歷史 cont. –90年代第二代初蜂窩移動通信系統(tǒng) ?DAMPS,GSM,IS95, CDMA系統(tǒng) –3G： ?WCDMA,CDMA2022,TDSCDMA –4G: ? ? 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 7 ? 無線通信的多址技術 –頻分多址 –時分多址 –碼分多址 –空分多址 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 8 ? 多徑效應 –反射波或散射波在接受地點形成干涉場使信號產生深度快速的衰落 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 9 ? 陰影效應 –障礙物遮擋直射波引起接收信號的變化， 表現為 慢衰落。 空間分集針對衰落在空間上的表現，頻率分集針對衰落在頻率上的表現。 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 14 ? 多普勒效應 –多普勒頻移： fi=v/λ cosθi –θi 是返回的信號與移動臺運動方向之間的夾角。 ? 每個基站使用 多個無線電頻率 作為通信信道，各相鄰基站使用不同的無線電頻率。 信道號 m (1~992) 哈爾濱工業(yè)大學（威海）通信工程系 19 ? 頻率分配 GSM1800MHz工作頻段 – 1710～ 1785MHz移動臺發(fā)射、基站接收 – 1805～ 1880MHz移動臺接收、基站發(fā)射 – 雙工間隔 95MHz，頻帶帶寬 75MHz，相鄰頻道間隔 200KHz。