《移动信道》课件

移动信道移动通信中的信道是一个非常重要且复杂的因素信道模型的建立对于系统的设计和分析至关重要我们将深入探讨移动信道的特性和影响因素课程导言课程概要本课程将全面介绍移动通信系统中的关键技术,包括移动信道特性、调制技术和信道编码等内容移动通信基础课程将基于移动通信系统的基本架构,深入分析移动信道的重要特性和建模关键技术分析课程还将讨论移动通信系统中关键的调制、编码和多天线技术,以及如何提高系统性能信道模型和信道特性信道模型静态特性信道模型描述了信号在传输过程信道的静态特性包括信号传播损中的特性,包括信号衰减、多径传耗、功率谱密度等,决定了信号的播、时频选择性等传输质量动态特性信道的动态特性包括多普勒频移、时频选择性等,决定了信号在时间和频率上的变化自由空间信道自由空间信道是无遮挡的理想信道模型,主要描述了电磁波在真空中或空气中的传播特性它假设信号从发射机到接收机之间没有任何障碍物,信号衰减主要取决于信号传播距离自由空间信道模型可用于分析理想情况下无线电波的传播特性,为后续复杂信道模型的建立提供基础理解自由空间信道有利于深入研究实际复杂信道的行为特性平坦衰落信道平坦衰落信道是一种特殊的移动信道类型,其特点是信道频率响应在传输带宽内近似为常数这种信道下,信号在频域和时域上都不会出现明显的选择性衰落,整个信号频谱会以相同的幅度和相位被衰减和平移平坦衰落信道通常出现在移动设备与基站之间距离较近、无明显的多径反射的场景中,是移动通信系统中较简单的信道模型选择性衰落信道多径传播频率选择性信道时间选择性信道信号在传播过程中会遇到不同的反射、散射当多径信号的时延差超过符号周期时,就会在高速移动场景下,多普勒频移会导致信道和绕射,从而导致接收端接收到多条不同时造成频率选择性衰落,不同频率上的信号幅时变,即时间选择性,从而影响接收端的信号延的多径信号度会发生不同程度的衰落检测和解调多径信道多径传播海面反射城市衍射电磁波在移动信道中会发生多次反射、折射在海上移动通信中,电磁波会与海面发生反在城市环境中,建筑物会产生信号的反射和和绕射,形成多条传播路径,称为多径传播射,形成直射和反射两条路径,导致严重的多绕射,使得接收端接收到多条传播路径,产生这些信号在接收端会产生干扰和衰落径干扰时延扩展和多普勒频移多径衰落的统计特性30%10dB快衰落概率衰落深度频谱能量在30%时出现急剧衰减的概大约在10dB以内的衰落范围率

0.2s200Hz相干时间多普勒频移信号短时间内保持相关性的时间由于移动引起的最大频移范围时间选择性信道时变特性多普勒频移性能劣化补偿技术时间选择性信道的特点是其频当信号传输过程中,发射端或时变信道会导致接收信号的幅针对时间选择性信道,需要采率响应随时间而变化,这是由接收端存在运动时,会产生多度和相位发生抖动,从而降低用时变信道估计和等化技术来于信道参数随着时间而发生变普勒频移,这也是造成时间选系统的信号接收性能补偿其恶劣影响化所导致的择性的重要原因时间选择性信道多普勒频移衰落和延迟扩展12移动设备相对于基站的运动引移动环境下信号会经历时间相起的多普勒频移是时间选择性关的快速衰落和延迟扩展,导致信道的主要原因接收信号失真时变信道统计特性自适应信号处理34时间选择性信道的统计特性会需要采用自适应等化、相干检随时间不断变化,需要频繁跟踪测等信号处理技术来应对时变和预测信道特性多径延时和多普勒频移多径延时信号在传播过程中会经过不同路径到达接收端，产生延迟差这种延迟差会导致码间干扰和符号间干扰多普勒频移如果发送端或接收端处于运动状态,会产生多普勒频移这会导致频率偏移和相位变化,影响接收机的同步和解调信号对噪声比信号对噪声比SNR是评判通信系统性能的重要参数它表示信号功率与噪声功率的比值SNR越高,意味着信号质量越好,接收端越容易正确解调和解码在移动通信中,SNR的维持和提高对于保证服务质量和信号传输可靠性至关重要提高SNR的方式包括但不限于:增大发射功率、使用更高频谱效率的调制方式、优化接收机滤波器、采取多天线分集技术等同时应保证链路预算中的功率余量,合理设计系统参数以平衡成本与性能抗干扰能力信号快速恢复移动信道易受到干扰,系统需要能够快速从干扰中恢复,维持畅通的通信抵御干扰采用先进的抗干扰技术,如扩频、编码等,能够有效抑制各种形式的干扰,提高通信质量自适应特性信道环境动态变化,系统应具有感知能力和自适应调整能力,动态调整参数以提升抗干扰性能数字调制技术幅度调制频率调制1AM2FM通过改变载波信号的幅度来传通过改变载波信号的频率来传输信息，常用于广播电台和雷输信息，提供了较高的信噪比达系统和抗干扰能力3相位调制PM4数字调制技术通过改变载波信号的相位来传包括ASK、FSK、PSK和输信息，常用于卫星通信和部QAM等，用于在数字通信系分地面无线电通信统中传输二进制数据等距相位调制MPSK原理概述常见形式性能指标应用场景MPSK是一种常见的数字相BPSK、QPSK和8PSK是MPSK调制在抗噪性、频谱MPSK广泛应用于各种无线位调制方式,其通过在等距相MPSK调制的三种常见形式,利用率和传输速率等方面各有通信系统,如卫星通信、高速位角度上分配多个相位点来实分别使用

2、4和8个相位点来不同表现一般而言,相位点无线局域网等它能够在有限现数字信号传输它能够在有承载信息这些形式各有优缺越多,抗噪性越弱但频谱利用带宽内实现高速数据传输限的信道带宽内传输更多的信点,需根据具体应用场景选择率越高息等距相位调制MPSK多相位调制编码效率高等距相位调制（MPSK）是一种MPSK能够在有限的频带宽度内将信号幅度保持不变,仅改变相位传输更多的数字信息,编码效率较的数字调制方式其中相位变化高随着相位级数的增加,每个符具有相等的间隔角度,可以在接收号所能表示的二进制位数也随之端容易地进行相位检测与解调增加抗噪性能好MPSK调制技术相比于其他调制方式,具有更好的抗噪性能当信号对噪声比较高时,MPSK可以实现更高的信息传输速率正交振幅调制QAM波形特性QAM结合了正交振幅和相位两种参数进行调制,能够实现高频谱利用率信号星座图QAM的信号星座图以正方形分布,更好地利用了信号空间带宽效率QAM可以在有限带宽下实现更高的数据传输速率常见无线通信标准概述从2G到5G,通信技术不断革新升级,每个标准都有其独特的特点和应用场景2G时代以语音业务为主,3G引入了移动数据服务,4G实现了高速上网,而5G则进一步提高了网络速度和连接能力,满足了物联网时代的需求这些标准的发展推动了移动通信产业的蓬勃发展通信标准2G蜂窝结构数字传输122G网络采用蜂窝结构,将覆盖2G网络采用数字传输技术,相区域划分为多个小区,提高了频比模拟传输具有更高的语音质谱利用率量和抗干扰能力标准3GSM2G最成功的标准是GSM,全球通用移动通信系统,覆盖面广且具有漫游功能通信标准3GCDMA2000WCDMA基于CDMA技术的3G标准,具有基于CDMA技术的3G标准,在信高速数据传输和宽带功能,广泛应号覆盖范围和带宽效率上有优势,用于北美和亚洲地区在欧洲地区广泛使用TD-SCDMA采用时分双工技术的3G标准,是中国自主研发的3G技术,具有一定的独特优势通信标准4G增强的移动宽带海量设备连接超低时延提升能效4G实现了移动宽带业务的飞4G网络可支持每平方公里超4G系统优化了信令和协议交4G标准通过功率控制和休眠跃,支持高达下行100Mbps和过100,000个物联网设备连互,将端到端时延降至10毫秒机制等优化,将设备待机时间上行50Mbps的数据速率,为接,满足海量智能设备的全面以内,为无人驾驶等高实时应延长至数天,大幅提升能源利用户带来极佳的移动互联网体互联需求用提供保证用效率验通信标准5G高速移动连接广泛覆盖技术创新5G网络提供超高下载速度,支持在高速移动5G网络部署密集的基站,实现全面覆盖,为用5G网络采用创新的网络架构和先进的通信情况下的稳定连接,令用户无论在何处均能户提供无缝的网络连接,无论身处城市还是技术,提高网络效率,降低延迟,为未来智能应享受畅快的移动体验偏远地区用提供强大支撑信道编码技术纠错编码信道缓解编码信道编码的特点123利用冗余比特提高信号传输的可靠性通过编码提高信号在频率选择性信道信道编码既能提升系统性能,又会增,包括卷积码、卷积码族和低密度奇或时间选择性信道中的抗干扰能力,加系统复杂度和功耗,需要在性能和偶校验码等如空时编码和空频编码复杂度之间权衡信道编码技术纠错编码扰频和解扰通过在发送信息时增加冗余位,可对数字信号进行伪随机扰频,可以以在接收端检测和纠正错误,提高提高抗干扰能力和安全性接收传输可靠性常见的编码技术包端需要进行相应的解扰操作才能括卷积码、RS码和LDPC码等还原原始信号信道编码与调制信道编码和数字调制是密切相关的技术,它们共同确定了信号在信道中的传输特性优化两者的组合可以达到最佳性能拆码技术编码和解码维特比算法Turbo拆码拆码技术是将接收到的编码信号解码还原成维特比算法是最常用的拆码技术之一，它能Turbo拆码技术采用迭代式解码，能够实原始信息的关键过程通过先进的算法和技够高效地解码卷积码和束码等前向纠错编码现接近香农极限的性能在移动通信系统中术，可以高效地还原出被信道损坏或干扰的信号广泛应用信号分集技术多样化分集技术利用信号的多样性,如空间、时间或频率多样性,来提高系统性能天线设计采用多个天线或天线阵列,利用空间分集来降低信号衰落信号合成通过对不同分集信号的合成,可以显著提高系统的抗衰落能力分集技术接收多路径信号提高系统可靠性分集技术利用多个接收天线接收同一信号的多个副本,然后将它们分集技术可以大幅提高无线通信系统的可靠性和鲁棒性,从而确保组合以提高信号质量这种方法可以有效地抑制多径衰落连接的稳定性和数据传输的准确性技术MIMO空间多路复用天线阵列增益MIMO技术利用多个天线发射和MIMO天线阵列能增强信号强度,接收多个数据流,可以大幅提高频扩大覆盖范围,提高系统容量和抗谱效率和数据传输速率干扰能力自适应波束赋形抗多径衰落MIMO系统可以动态调整波束形MIMO利用多径传播特性增加系状和方向,提高信号对噪声比和减统的多样性,可以有效抵御多径衰少干扰落影响移动信道的未来发展5G和6G技术智能天线和MIMO信道建模与仿真机器学习与AI5G和未来6G技术将进一步提先进的智能天线和多天线对移动信道的精确建模和仿真结合机器学习与人工智能技术高移动信道的带宽、低时延和MIMO技术将更好地适应复将为移动通信系统的设计、优,移动信道可实现自适应感知高可靠性,为未来智能城市、杂的移动信道环境,提高系统化和性能评估提供重要支撑和动态优化,进一步提升性能自动驾驶等应用奠定基础性能和频谱利用率移动信道的未来发展和技术5G6G5G和6G网络将提供更高的带宽、更低的延迟和更可靠的连接,为移动信道带来革命性的变革智能天线和MIMO采用智能天线和MIMO技术可以显著提高移动信道的容量和覆盖范围毫米波和太赫兹频段利用毫米波和太赫兹频段可以实现更高的数据传输速率和容量,为未来移动网络带来新的可能总结与思考总结核心知识点本课程系统地介绍了移动信道的各种特性和建模方法,为深入理解移动通信系统奠定基础展望未来发展随着无线通信技术的不断进步,移动信道模型和分析方法也将不断完善,为5G和6G等新一代通信系统提供支持激发创新思维通过对移动信道的深入学习,我们可以激发创新思维,在信号处理、编码调制等方面做出新的突破。