【正文】 s. – RF frontend may resemble a digital circuit, problems associated with mixedsignal integrated circuits. – Simple IUWB systems can be very inexpensive to construct. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 55 3. UWB技術(shù) ? 5 classes of devices – Different limits for each: – Imaging Systems perating radars(GPR探地雷達 ), wall imaging, medical imaging Imaging amp。 天線一般不具備超寬帶特性， UWB信號通過天線相當(dāng)于進行一次微分。 – Nomenclature UWB is created around 1989 (the Department of Defense)。 – A major breakthrough occurred in 1960s (Tektronix and HewlettPackard, sampling oscilloscope)。 ② UWB（超寬帶技術(shù)）：加入的系統(tǒng)不會對其它系統(tǒng)造成影響 使能量盡可能低，與噪聲相匹配 要求帶寬非常寬（更接近白噪聲），于是單位頻帶能量很低 時域脈寬很窄的系統(tǒng)。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 44 2. CDMA技術(shù) ? 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(xué)（威海）通信工程系 43 2. CDMA技術(shù) ? 功率控制 ?自干擾系統(tǒng) ，通信質(zhì)量和容量主要受限于收到干擾功率的大小 C=W*log2(1+S/N) Bit/s ?MS信號功率太低，誤比特率太大，無法保證通信質(zhì)量 ?MS信號功率太高，會對其它 MS增加干擾，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的通信質(zhì)量惡化、容量減小 ?CDMA蜂窩系統(tǒng)中，為了解決遠近效應(yīng)問題，同時避免對其它用戶過大的干擾，必須采用嚴(yán)格的功率控制 ?類型： 反向開環(huán)功率控制、反向閉環(huán)功率控制、正向鏈路功率控制 ——適合功率變化較慢的情況，即對實時性要求不高的系統(tǒng)。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 41 2. CDMA技術(shù) ? DS系統(tǒng)： IS95CDMA通信原理 ?發(fā)送端：模擬話音經(jīng) 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(guān)解擴，還原原始窄帶信號，通過窄帶濾波器，恢復(fù)話音數(shù)據(jù)，再通過 D/A轉(zhuǎn)換，恢復(fù)為原始話音 ?系統(tǒng)主要由 調(diào)制、擴頻、解擴、解調(diào) 等構(gòu)成 ?保證相關(guān)檢測，接收端 :載波同步 +地址碼同步 ?地址碼正交性 要好， 碼數(shù)量 要多 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 42 2. CDMA技術(shù) ? 下行鏈路 先合路，在調(diào)頻：實現(xiàn)發(fā)送端多路信號的同步。 幀 比特（ bit） 碼片（ chip） 載波 ：要完成四個級別上的分別同步 幀：電視機 PAL——奇偶場、隔行掃描 ——逐行掃描，清晰度更好（ DSP等技術(shù)的完善） 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 40 2. CDMA技術(shù) ? 同步過程 ?第一階段是捕獲階段 ?搜索對方的發(fā)送信號，把對方發(fā)來的 PN與本地PN在相位上納入可保持同步的范圍內(nèi) (即在一個PN碼元內(nèi) ) ?第二階段是跟蹤階段 ?收發(fā)兩端 PN的頻率和相位發(fā)生較小偏移時，同步系統(tǒng)都能自動調(diào)整，使收、發(fā)雙方的 PN保持精確同步 ?系統(tǒng)一般按照“ 載頻捕獲 → 偽碼捕獲 → 偽碼跟蹤 →載頻跟蹤 ”的順序來建立同步 分為兩個階段的目的：解決同步時間和精度的矛盾。 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。當(dāng)只讓信號的功率略高于噪聲功率時，若 B大，則信噪比下降，無法檢測信號。目前， 4G系統(tǒng)中有天然的技術(shù) IDMA（交織多址）使信號具有白噪聲的一些特點。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 36 2. CDMA技術(shù) ? 擴頻通信的種類： –直接序列 (DS)系統(tǒng)： 用一高速偽隨機序列與信息數(shù)據(jù)相乘，由于偽隨機序列的帶寬遠大于信息帶寬，擴展發(fā)射信號的頻譜 （ DCCDMA系統(tǒng)） –跳頻 (FH)系統(tǒng)： 在一偽隨機序列的控制下 ， 發(fā)射頻率 在一組預(yù)先指定的頻率上按規(guī)定順序離散地跳變，擴展發(fā)射信號的頻譜 –脈沖線性調(diào)頻 (Chirp)系統(tǒng)： 系統(tǒng)載頻 在一給定的脈沖間隔內(nèi)線性掃過一個寬頻帶，擴展發(fā)射信號頻譜 –跳時 (TH)系統(tǒng)： 與跳頻系統(tǒng)類似，區(qū)別在于該系統(tǒng)是用一偽隨機序列 控制發(fā)射時間和總發(fā)射時間的長短 –混合系統(tǒng) （ DS+FH） 在民用方面可以減少對其它系統(tǒng)的干擾 擴頻系統(tǒng)特點：將一個數(shù)據(jù)分成 N個偽隨機碼對應(yīng)的數(shù)據(jù)進行傳送，提高系統(tǒng)的容量。 卷積的由來 ——測距時，物體形狀帶來的效果。 定時和測距的準(zhǔn)確性取決于脈沖的寬度 ——越窄越好，可使定時誤差減小，測距更準(zhǔn)，物體形狀更清晰。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 35 2. CDMA技術(shù) ? 擴頻通信系統(tǒng)的特點 cont.： –抗多徑干擾 ? 接收端用相關(guān)技術(shù)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(guān)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。如果仍然不行，可考慮擴頻技術(shù)，以及更換發(fā)送機和接收機。 對數(shù)：將大范圍壓縮到小范圍 ——由來：人對聲音的感覺。若接收信號功率相差過大，則不能再利用 AGC，原因是 AGC可能造成小信號被大信號淹沒，或者大信號使放大器處于飽和狀態(tài)而失去放大能力，此時應(yīng)采用 對數(shù)放大器 。 兩個擴頻系統(tǒng)：碼相關(guān) ——減少干擾，碼不相關(guān) ——再次擴頻。而擴頻對噪聲不起作用。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 26 2. CDMA技術(shù) ? 系統(tǒng)要求 ?有足夠多的地址碼 ，地址碼間有良好的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性 ?各接收端必須產(chǎn)生與發(fā)送端一致的 本地地址碼 ，且在相位上完全 同步 ?網(wǎng)內(nèi)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(shù) 相結(jié)合 ，為接收端的信號分離作準(zhǔn)備 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 27 2. CDMA技術(shù) ? 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?shù)脑夹盘柕?帶寬 （或信息比特率），且與原始信號帶寬無關(guān) ?在 發(fā)送端 ，頻帶的展寬是通過編碼及調(diào)制（即 擴頻 ）來實現(xiàn)的；在 接收端 用與發(fā)送端完全相同的擴頻碼進行相關(guān)解調(diào)（即 解擴 ）來恢復(fù)信息 –擴頻技術(shù)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(diào)頻不是擴頻 PS:通信時要做到信號與信道匹配（如上變頻、調(diào)制解調(diào)） 一種不需要調(diào)制的系統(tǒng)：音頻廣播系統(tǒng) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 28 2. CDMA技術(shù) ? 香農(nóng)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。 典型的 RC電路中， C不宜過大 ——保持時間短，也不宜過小 ——保持時間太短。 多址技術(shù) ——區(qū)分用戶 CDMA是實現(xiàn)擴頻通信的方法之一 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 23 2. CDMA技術(shù) ? 碼分多址技術(shù)基本原理 –發(fā)端：利用自相關(guān)性很強而互相關(guān)值為 0或很小的周期性碼序列作為地址碼，與用戶信息數(shù)據(jù)相乘（或模 2加）進行地址調(diào)制后輸出 –收端：以本地產(chǎn)生的已知地址碼為參考，根據(jù)相關(guān)性的差異對收到的信號進行相關(guān)檢測，提取與本地地址碼一致的信號 PN碼：產(chǎn)生容易，數(shù)量很多 積分結(jié)束時采樣 T—積分不總為零 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 24 2. CDMA技術(shù) 例：設(shè)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(shù)據(jù)分別為 d1={1}、 d2={1}、d3={1}、 d4={1}。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 20 ? 頻率分配 CDMA –上行： 825－ 835MHz –下行： 870－ 880MHz –頻道間隔： –雙工間隔： 45MHz 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 21 ? 頻率分配 3G – FDD工作方式： –上行： 1920－ 1980MHz –下行： 2110－ 2170MHz –補充工作頻段 : 1755－ 1785MHz/1850－1880MHz – TDD工作方式： –上行： 1880－ 1920MHz –下行： 2022－ 2025MHz –補充工作頻段 :2300~2400 MHz 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 22 2. CDMA技術(shù) 兩項核心技術(shù) ? 碼分多址技術(shù)： 為每一個用戶分配唯一的序列碼 (地址碼 ) 該地址碼有很強的自相關(guān)性和互相關(guān)性。 – 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。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 18 ? 頻率分配 – GSM系統(tǒng)采用 TDMA技術(shù)，每個載頻可分為 8個信道 ,即 :1個頻道包含 8個信道 頻道號 n(1~124) 。 （革命性的作用） 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（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(zhì)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(jù)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 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 15 ? 蜂窩技術(shù) ? 1969年， Bell實驗室 ? 把整個大范圍的無線服務(wù)區(qū)劃分成彼此相鄰的正六邊形小區(qū)，每個小區(qū)設(shè)置基站。 V為車速， λ 為波長。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 13 ? 遠近效應(yīng) –產(chǎn)生：假定每個移動臺發(fā)射功率相同，則距基站近的移動臺信號會淹沒距離遠的移動臺信號（信號強度差 30~70dB） –解決：使距離基站遠的移動臺信號強，距離基站近的移動臺信號弱 –范圍： CDMA系統(tǒng)（同頻）影響大 對于 GSM等系統(tǒng)幾乎不產(chǎn)生影響的原因是，這些系統(tǒng)多是采用 FDMA和TDMA，在時間上或者頻率上就可以區(qū)分信號，但是對于 CDMA系統(tǒng)，其在時間和頻率上無法區(qū)分，因此受到的影響很大。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 11 ? Question：在室內(nèi)用收音機聽廣播，為了接受更好的效果需要移動收音機，調(diào)整天線方向和天線長度，分別是為什么？ ? Answer：在室內(nèi)，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(diào)整天線方向與廣播發(fā)射時的極化方向相同，調(diào)整天線長度使其與特定波長的廣播相匹配。 分集技術(shù)：將多個相關(guān)性很差的信號按照一定方式合并。 –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(yīng)的衰落慢的多。 頻率資源有限是移動通信所面臨的最大的問題 。哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 1 通信新技術(shù) 毛興鵬 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）通信工程系 2 主要內(nèi)容 0. 通信技術(shù)概述 1. 移動通信概述 2. CDMA技術(shù) 3. UWB技術(shù) 4. 3G/4G新技術(shù) – OFDM – MIMO – IDMA 5. 光通信技術(shù) 6. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（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