还剩21页未读,继续阅读
本资源只提供10页预览,全部文档请下载后查看!喜欢就下载吧,查找使用更方便
文本内容:
__通信在线__通信基础知识
一、发展历史
1.发展过程__通信可以说从无线电通信发明之日就产生了1__7年,M.G.马可尼所完成的无线通信试验就是在固定站与一艘拖船之间进行的,距离为18海里现代__通信技术的发展始于本世纪20年代,大致经历了五个发展阶段第一阶段从本世纪20年代至40年代,为早期发展阶段在这期间,首先在短波几个频段上__出专用__通信系统,其代表是美国底特律市__使用的车载无线电系统该系统工作频率为2MHz,到40年代提高到30~40MHz可以认为这个阶段是现代__通信的起步阶段,特点是专用系统__,工作频率较低第二阶段从40年代中期至60年代初期在此期间内,公用__通信业务开始问世1946年,根据美国联邦通信委员会FCC的计划,贝尔系统在圣路易斯城建立了世界上第一个公用汽车__网,称为“城市系统”当时使用三个频道,间隔为120kHz,通信方式为单工,随后,西德1950年、法国1956年、英国1959年等国相继研制了公用____系统美国贝尔实验室完成了人工交换系统的接续问题这一阶段的特点是从专用__网向公用__网过渡,接续方式为人工,网的容量较小第三阶段从60年代中期至70年代中期在此期间,美国推出了改进型____系统1MTS,使用150MHz和450MHz频段,采用大区制、中小容量,实现了无线频道自动选择并能够自动接续到公用__网德国也推出了具有相同技术水平的B网可以说,这一阶段是__通信系统改进与完善的阶段,其特点是采用大区制、中小容量,使用450MHz频段,实现了自动选频与自动接续第四阶段从70年代中期至80年代中期这是__通信蓬勃发展时期1978年底,美国贝尔试验室研制成功先进____系统AMPS,建成了蜂窝状__通信网,大大提高了系统容量1983年,首次在芝加哥投入商用同年12月,在华盛顿也开始启用之后,服务区域在美国逐渐扩大到1985年3月已扩展到47个地区,约10万__用户其它工业化国家也相继__出蜂窝式公用__通信网__于1979年推出800MHz汽车__系统HAMTS,在东京、大胶、神户等地投入商用西德于1984年完成C网,频段为450MHz英国在1985年__出全地址通信系统TACS,首先在伦敦投入使用,以后覆盖了全国,频段为900MHz法国__出450系统___推出450MHz____系统MTS瑞典等北欧四国于1980年__出__T—450__通信网,并投入使用,频段为450MHz这一阶段的特点是蜂窝状__通信网成为实用系统,并在世界各地迅速发展__通信大发展的原因,除了用户要求迅猛增加这一主要推动力之外,还有几方面技术进展所提供的条件首先,微电子技术在这一时期得到长足发展,这使得通信设备的小型化、微型化有了可能性,各种轻便电台被不断地推出其次,提出并形成了__通信新体制随着用户数量增加,大区制所能提供的容量很快饱和,这就必须探索新体制在这方面最重要的突破是贝尔试验室在70年代提出的蜂窝网的概念蜂窝网,即所谓小区制,由于实现了频率再用,大大提高了系统容量可以说,蜂窝概念真正解决了公用__通信系统要求容量大与频率资源有限的矛盾第三方面进展是随着大规模集成电路的发展而出现的微处理器技术日趋成熟以及计算机技术的迅猛发展,从而为大型通信网的管理与控制提供了技术手段 第五阶段从80年代中期开始这是数字__通信系统发展和成熟时期以AMPS和TACS为代表的第一代蜂窝__通信网是模拟系统模拟蜂窝网虽然取得了很大成功,但也暴露了一些问题例如,频谱利用率低,__设备复杂,费用较贵,业务种类受限制以及通话易被窃听等,最主要的问题是其容量已不能满足日益增长的__用户需求解决这些问题的方法是__新一代数字蜂窝__通信系统数字无线传输的频谱利用率高,可大大提高系统容量另外,数字网能提供__、数据多种业务服务,并与ISDN等兼容实际上,早在70年代末期,当模拟蜂窝系统还处于__阶段时,一些发达国家就着手数字蜂窝__通信系统的研究到80年代中期,欧洲首先推出了泛欧数字__通信网G__的体系随后,美国和__也制定了各自的数字__通信体制泛欧网G__已于1991年7月开始投入商用,预计1995年将覆盖欧洲主要城市、机场和公路可以说,在未来十多年内数字蜂窝__通信将处于一个大发展时期,及有可能成为陆地公用__通信的主要系统与其它现代技术的发展一样,__通信技术的发展也呈现加快趋势,目前,当数字蜂窝网刚刚进入实用阶段,正方兴末艾之时,关于未来__通信的讨论已如火如菜地展开各种方案纷纷__,其中最热门的是所谓个人__通信网关于这种系统的概念和结构,各家解释并末一致但有一点是肯定的,即未来__通信系统将提供全球性__服务,真正实现在任何时间、任何地点、向任何人提供通信服务这一__通信的最高目标
2. 应用现状目前,尽管第一个数字蜂窝网G__已经投入实用,模拟蜂窝网仍然是公用__通信系统的主体模拟蜂窝网不存在世界范围统一标准当前正在使用的各种模拟蜂窝系统由__它们的国家根据各自不同的国情制定了不同的标准,包括使用频段,信道间隔等都不尽相同,其它国家又根据各自情况使用了不同的系统欧洲各国在__第二代蜂窝网即数字蜂窝__网时,试图建立统一的标准,G__标准就是在这种背景下产生的表1-1给出了目前正在使用着的各种蜂窝系统的概况,表1-2列出了这些系统北哪些国驾驶用 表1-1各类蜂窝系统概况名称投入使用时间信道间隔kHz频率MHz信道数特点NAMTS197825870—885b—m925—940m—b600可增加到1000信道__T—450198125453—
457.5m-b463—
467.5b-m180信道容量低,无线覆盖好,适用农村地区AMPS198330825—845m—b870—__0b—m666城市地区使用大容量C-4501985
451.3-
455.7m-b
461.3-
465.7b-m TACS198525__0—915m—b935—960b—m1000容量比AMPS高50%__T-900198612.5__0—915m—b935—960b—m1999城市地区使用适合于手持机G__1991 __0—915m—b935—960b—m 数字系统,ISDN兼容注m—b指__台至基站,b—m指基站至__台 表1-2使用各类系统的国家和地区 系统国家或地区AMPS澳大利亚、___、新西兰、泰国、美国C—450/NETZ—C联邦德国NAMTS__、科威持
二、频段划分 较早的__通信主.要使用甚高频VHF150MHz和特高频UHF450MHz频段其主要原因有三点1VHF/UHF频段适合于__通信2从VHF/UHF频段电波的传播特性来看,主要是在视距范围内,一般为几十公里而大部分车辆的日常运动半径也在几十公里范围内,因此这个频段适于__通信3天线较短便于__4天线长度决定于波长,__台中使用最多的是专的鞭状天线例如,全频率为150MHz时,约为50cm;450MHz时才约为17cm,便于__、携带方便3抗干扰能力强VHF/UHF频段,可以用较小的发射功率获得较好的信噪比我国在VHF频段已有电视节目12个频道,在UHF频段也有36个频道7所以__通信只能占用它们的间隙来进行通信了在用户比较少时,尚可满足要求,随着用户量的增长,这两个频段已处于通信容量的饱和状态;因此,目前大容量__通信均使用新__的频段——900MHz900MH2蜂窝式____系统,最早是由美国子1971年开始研制并投入军用的,于1973年由美国摩托罗拉公司MOTOROLA向美国联邦通信委员会FCC提出申请AMPS系统Advan__dMobilePhoneServl__的缩写,经批准于1983年投入商用英国决定采用AMPS系统的改进型即TACS系统Totalac__ssCommunicationsystom的缩写现将这个系统的主要差别列于表2-1中 表2-1AMPS制式与TACS制式的主要差别 项目AMPSTACS工作频段MHzMS→BSBS→MS825~845870~__0__0~915935~960频道间隔kHz3025话音频道调制峰值频偏kHz±12±
9.5控制__传输速率kbit/s108控制频道调制峰值频偏kHz±8±
6.4 我国邮电部于1983年11月以邮电字921号《转发“全国无委关于__通信公众网使用频段关于__通信公众网使用频段问题的复函”》,规定了900MHz频段为870~488.975MHz和915—934.975MHz,频道间隔25kHz,双工收发频率间隔为45MHz1984年邮电部以邮电字451函批准900MHz改为879—__8.975MHz及924~943.975MHz可见,我国的公用__通信网为了能与其他国家和地区的TACS系统兼容工作,基本上采用了了TACS标准近期国际上为了适应增容的需要,在TACS使用频段的基础上,又进行了频段扩展,把工作频段扩改为MS→BS:872~905MHz;BS→MS917~950MHz,称为E-TACS制式
三、工作方式按照通话的状态和频率使用的方法可分为三种工作方式,单工制、半双工制和双工制
1. 单工1单频同频单工 单频是指通信的双方,使用相同工作频率f1;单工是指通信双方的操作采用“按——讲”方式,如图1—4所示平时,双方的接收机均处于守听状态如果A方需要发话,可按压“按——讲”开关,关掉A方接收机,使其发射机工作,这时由于B方接收机处于守听状态,即可实现由A至B的通话;同理,也可实现由B至A的通话在该方式中,同一部电台如A方的收发信机是交替工作的故收发信机可使用同一副天线,而不需要使用天线共用器 这种工作方式,设备简单,功耗小,但操作不便如使用不当,会出现通话断断续续的现象譬如,A方在发话过程中,出现暂短的停顿时,如果B方误以为“讲话完毕,按压下B方的“按——讲”开关,开始讲话结果是由于B方接收机停止工作,使B方收听不到A方后半部分的讲话;与此同时,由于A方不是处于守听状态即接收机末工作,所以也听不到B方前半部分的讲话当A方讲完之后,按下“按——讲”开关,所听到的是B方讲话的后半部分总之,如果配合不好,双方通话就会出现断断续续的现象此外,若在同一地区多部电台使用根邻的频率,相距较近的电台间,将产生严重的干扰 2双频单工双频单工是指通信的双方使用两个频率f1和f2,而操作仍采用“按——讲”方式同一部电台如A方的收发信机也是交替工作的,只是收发各用一个频率,其优缺点大致与单频单工相同单工制适用于用户少、专业性强的__通信系统中
2. 半双工制 半欢工制是指通信的双方,有一方如A方使用双工方式,即收发信机同时工作,且使用两个不同的频率f1和f2;而另一方如B方则采用双频单工方式,即收发信机交替工作,如图1—5所示平时,B方是处于守听状态,仅在发话时才按压“按—讲”开关,切断收信机使发信机工作其优点是设备简单、功耗小、克服了通话断断续续的现象但操作仍不太方便所以半双工制主要用于专业__通信系统中,如汽车调度等
3. 双工制 双工制指通信的双方,收发信机均同时工作,即任一方在发话的同时,也能收听到对方的话音,无需“按——讲”开关,与普通市内__的使用情况类似,操作方便,如图1—6所示但是采用这种方式,在使用过程中,不管是否发话,发射机总是工作的,故电能消耗大这一点对以电池为能源的__台是很不利的为此,在某些系统中,__台的发射机仅在发话时才工作,而__台接收机总是工作的,通常称这种系统为准双工系统,它可以和双工系统相兼容目前,这种工作方式在__通信系统中获得了广泛的应用
四、多址方式 在无线通信环境的电波覆盖区内,如何建立用户之间的无线信道的连接,是多址接入方式内问题因为无线通信具有大__无线电波覆盖和广播信道的特点,网内一个用户发射的__其他用户均可接收,所以网内用户如何能从播发的__中识别出发送给本用户地址的__就成为建立连接的首要问题多址接入方式的数学基础是__的正交分割原理无线电__可以表达为时间、频率和码型的函数,即可写作 scft=ctsft 其中ct是码型函数,sft为时间t和频率f的函数当以传输__的载波频率的不同划分来建立多址接人时,称为频分多址方式FD__;当以传输__存在的时间不同划分来建立多址接入时,称为时分多址方式TD__;当以传输__的码型不同划分来建立多址接人时,称为码分多址方式CD__图1-4分别给出了FD__、TD__和CD__的示意图 蜂窝结构的通信系统特点是通信资源的重用频分多址系统是频率资源的重用;时分多址系统是时隙资源的多用;码分多址系统是码型资源的重用多于频分多址系统是以频道来分离用户地址的,所以它是频道受限和干扰受限的系统;时分多过系统是以时隙来分离的,所以它是时隙受限和干扰受限的系统,但一般说来,它只是干扰受限的系统 下面将分别介绍FD__、TD__和CD__
1. 频分多址(FD__) 在频分多址系统中,把可以使用的总频段划分为若干占用较小带宽的频道,这些频道在频域上互不重叠,每个频道就是一个通信信道,分配给一个用户在接收设备中使用带通滤波器允许指定频道里的能量通过,但滤除其他频率的__,从而限制临近信道之间的相互干扰FD__通信系统的基站必须同时发射和接收多个不同频率的__;任意两个__用户之间进行通信都必须经过基站的中转,因而必须占用4个频道才能实现双工通信不过,__台在通信时所占用的频道并不是固定指配的,它通常是在通信建立阶段由系统控制中心临时分配的,通信结束后,__台将退出它占用的频道,这些频道又可以重新分配给别的用户使用这种方式的特点是技术成熟,易于与模拟系统兼容,对__功率控制要求不严格但是在系统设计中需要周密的频率规划,基站需要多部不同载波频率发射机同时工作,设备多且容易产生信道间的互调干扰
2.时分多址(TD__)在时分多址系统中,把时间分成周期性的帧,每一帧再分割成若干时隙无论帧或时隙都是互不重叠的,每一个时隙就是一个通信信道配给一个用户然后根据一定的时隙分配原则,使各个__台在每帧内只能按指定的时隙向基站发射__满足定时和同步的条件下,基站可以在各时隙中接收到各__台的__而互不干扰同时,基站发向各个__台的__都按顺序安排在预定的时隙中传输,各__台只要在指定的时隙内接收,就能在合路的__中把发给它的__区分出来FD__通信系统比较,TD__通信系统的特点如下TD__系统的基站只需要一部发射机,可以避免像FD__系统那样因多部不同频率的发射机同时工作而产生的互调干扰;频率规划简单TD__系统不存在频率分配问题,对时隙的管理和分配通常要比对频率的管理与分配容易而经济,便于动态分配信道;如果采用话音检查技术,实现有话音时分配时隙,无话音时不分配时隙,有利于提高系统容量;因为__台只在指定的时隙中接收基站发给它的__,因而在一帧的其他时隙中,可以测量其他基站发射的__强度,或检测网络系统发射的广播信息和控制信息,这对寸于加强通信网络的控制功能和保证__台的越区切换都是有利的;TD__系统设备必须有精确的定时和同步,保证各__台发送的__不会在基站发生重叠或混淆,并且能准确地在指定的时隙中接收基站发给它的__同步技术是TD__系统正常工作的重要保证,往往也是比较复杂的技术难题有些系统综合采用FD__和TD__技术,例如IS—136数字蜂窝标准采用30kH__D__信道,并将其再分割成6个时隙,用于TD__传输
3.码分多址CD__ 在CD__通信系统中,不同用户传输信息所用的__不是靠频率不同或时隙不同来区分,而是用各自不同的编码序列来区分,或者说,靠__的不同波形来区分如果从频域或时域来观察,多个CD____是互相重叠的接收机的相关器可以在多个CD____选出使用的预定码型的__其他使用不同码型的__因为和接收机本__生的码型不同而不能被解调它们的存在类似于在信道中引入了噪声或干扰,通常称之为多址干扰在CD__蜂窝通信系统中,用户之间的信息传输也是由基站进行转发和控制的为了实现双工通信,正向传输和反向传输各使用一个频率,即通常所谓的频分双工无论正向传输或反向传输,除去传输业务信息外,还必须传送相应的控制信息为了传送不同的信息,需要设置相应的信道但是,CD__通信系统既不分频道又不分时隙,无论传送何种信息的信道都靠采用不同的码型来区分类似的信道属于逻辑信道这些逻辑信道无论从频域或者时域来看都市相互重叠的,或者说它们均占用相同的频段和时间CD__蜂窝__通信系统与FD__模拟蜂窝通信系统或TD__数字蜂窝__通信系统相比具有更大的系统容量、更高的话音质量以及抗干扰、保密等优点,因而近年来得到各个国家的普遍重视和__,并作为第三代数字蜂窝__通信系统的首选方案
五、调制技术
1.四相移相键控QPSK调制首先简单介绍一下二相移相键控QPSP二进制序列的数字信息“1”和“0”,分别用载波的相位0和π这两个离散值来表示,这种调制方式称作二相移相键控其表达式为St=Acos[ωc·t+Φt](1—1)其中St为调制器输出__,A、ωc、Φt分别为载波幅度、角频率、瞬时相位式中的Φt取值0或π,由数字信息比特取“1”或取“0”决定按照选用的参考相位标准不同,移频键控分为绝对移相BPSK和相对移相DPSK两种BPSK和DPSK__的功率谱密度是完全相同的,它是抑制了载波分量的连续波__带宽约为二元比特率rb的两倍 由于2PSK__占用带宽约为2rb;其相位路径不连续,在数据极性转换时刻,相位发生180°突跳,2PSK已调波功率谱高频滚降慢为了提高频带利用率而提出了四相PSK即QPSK;为了进一步减小QPSK已调波的相位突跳值,又出现了交错正交移相键控O—QPSK它们仍属于不连续相位路径的数字调制
1.1 QPSK__调制 减小传输__频带来提高信道频带利用率,可以将二进制数据变换为多进制即N进制数据来传输多进制的基带__对应于载波相位的多个相位值,就是多相移相键控NPSK,可表示为St=Acos[ω0·t+mnt·⊿Φ+Φ0](1—2)式中mnt为非归零n电平的对称基带__,例如±1,±2,±3,……;⊿Φ=2π/n为相邻__的相位间隔,Φ0为初始相位多相调制与二相调制相比,既可以压缩__的频带,又可以减小由于信道特性引起的码间串扰的影响,从而提高了数字通信的有效性但在多相调制时,相位取值数增大,__之间的相位差也就越小,传输的可靠性将随之降低,因而,实际中用得较多的多相调制是四相制和八相制 四相绝对移相调制是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息,是四进制移相键控但是调制器输入的数据是二进制数字序列为了能和四进制的载波相位配合起来,则需要把二进制数据变换为四进制数据,这就是说需要把二进制数字序列中每两个比特分成一组,共有四种组合,即00,01,10,11,其中每一组称为双比特码元每一个双比特码元是由两位二进制信息比特组成,它们分别代表四进制四个符号中的一个符号,我们用Xi表示双比特码元中前一个信息比特,用Yi表示后一个信息比特,在发端可由串/并转换电路来完成这种二—四进制变换,而在收端则可通过并/串变换电路来实现其反变换我们知道,四相调相__的载波相位可以取由Φ0+0°、Φ0+90°、Φ0+180°、Φ0+270°四个值,其中Φ0为起始相位因此载波相位也可以用四进制码来表示其对应顺序依次为0,1,2,3,这种一一对应的逻辑关系是固定不变的而双比特码元与四进制
0、
1、
2、3之间一一对应的逻辑关系,称为四相数字调相的相位逻辑显然,这种对应关系的种类是很多的,从数字上讲,是在4个元素中取4个元素的全排列问题,总共有24种然而归纳起来相位逻辑的种类只有两大类,一种称为自然码逻辑另一种称为循环码又叫反射码或格雷码逻辑应该说明,Φ0取不同值时,仅使四个矢量同时旋转,而不会改变相位逻辑表1-1自然码逻辑(Φ0=45°)载波相位Φ0+0°Φ0+90°Φ0+180°Φ0+270°四进制码0123双比特码00011000 表1-2循环码逻辑(Φ0=45°)载波相位Φ0+0°Φ0+90°Φ0+180°Φ0+270°四进制码0123双比特码00011110 在上述24种相位逻辑种类中,其实一共只有6种是互不等效的,其余18种都与它们中的一种一样
六、信令信令是指以呼叫控制为主的网路规定信令这个词,含有__和指令双重意思它是__通信系统内部实现自动控制的关键
1.信令格式
1.1 信令的功能及类型无论是市内__通信还是__通信,要想进行一次正常的通话,除了话音__外,还必须有信令才成下面就以市内__的一次通话过程为例进行说明当你打__时,第一步是拿起话筒,这时__机的搁叉抬起,话机里的两片金属接点接合,同时向__局的交换机送去一个直流电流,这个直流电流我们叫它做“摘机”信令假定交换机的设备正好有空可以供你使用,它就向你的__机送一个连续的“嗡--”的声音,表示请你拨号,这叫“拨号音”随着拨号信令的到达,__机内金属片一会儿跳断,一会儿接合,直流电流变成了时断时续的脉冲,断续的速度大约是一秒钟十次,这叫做“拨号”信令当用户打完__或听完忙音后,挂上话筒,此时搁叉压下,金属片断开,直流电流中断,交换机就把占用过的机线拆开,恢复正常这个直流电流中断的过程,就是一个“挂机”信令从上述的信令和控制过程可见,交换机和用户__机之间的每一个动作,是互相以信令方式来进行控制的例如,没有听到拨号音,用户__机就不能拨号,拨了也不起作用,而交换机发出的拨号音又是受用户的摘机信令控制的__通信系统的信令要比市内自动__的信令复杂得多,种类也增加很多,这是因为市内__大部分用户是每个用户有固定的线路,在交换机中占一对用户线,且有相应的机件接口,即用户是有固定的信道位置,而__通信的无线信道不能采用这种专用信道的方式,用户所在位置刀、是经常__的,所以需要用增加信令种类,提高信令的功能来解决对一个公用____网来说,从__业务交换中心到市话局的局间信令,以及从__站到__业务交换中心之间的信令都是有线__,很多与市话局信令一致这里主要讨论__站与__台之间的无线信令如果从信令的形式分,又可分为模拟信令和数字信令两大类,由于目前__通信设备多采用数字信令,所以下面主要介绍数字信令
1.2数字信令 1数字信令构成与特点 数字信令在传送数字信令时,为了便于收端解码,要求数字信令按一定格式编排常用的数字信令构成如下所示位同步码字同步码信息码纠、检错码 位同步码又称前置码或比特同步码,其作用是把收发两端时钟对准,使码位对齐,以给出每个码元的判决时刻通常采用二进制不归零间隔码10100…并以0作为码组的结束码元字同步码又称帧同步码,它表示信息报文的开始位,作为信息起始的时间标准,以便内时间标准,以便使接收端实现正确的分路、分句或分字通常采用二进制不归零码NRZ目前最常用的码组是巴克码,它具有尖锐的自相关函数,便于与随机的数字信息相区别在接收时,通过从数接收时,通过从数字__序列中识别出这些特殊码组的位置,来实现字同步目前已找到的巴克码,如表2-2所示表2-2巴克码N位数++2++-3+++-4+++-;++-+5+++-+7+++--+-11+++---+--+-13+++++---++--+-+ 信息码是真正的信息内容,通常包括控制、寻呼、拨号等信令,各种系统都有独特规定纠检错码的作用是检测和纠正传送过程中产生的差错,主要是指纠、检信息码的的差错因此,通常纠、检错码与信息码共同构成纠、检错编码,所以有时又称纠检错码为监督码,以区别于信息码 数字信令的传输 基带数字信令常以二进制
0、l表示,为了能在Ms与Bs之间的无线信道中传输,必须进行调制一般二进制数据流在发射机中按移频键控FSK方式进行调制,即对数字__“1”以高于发射机载频的固定频率发送;而“0”则次低于载频的固定频率发射如图2-42所示其数据流的传输速率为8kbit/sTACS制,不同制式、不同设备其传输速率不同数据流可以在控制信道上,也可以在话音信道上传送通常把BS至MS方向的控制信道称为前向控制信道FOCC,其信息是以连续数据报文形式发送而把MS至BS方向的控制信道叫做反向控制信道RECC,它只在调谐到控制信道的任一__台产生数据报文时才发送信息,如图2-43所示无线通道上话音信道也可以传输数据就有关数据传输而言,来自__站方向的话音信道称为前向话音信道FVC,而发自__台方向的称为反向话音信道RVC,如图2-44所示话音信道主要用于通话,只有在某些特殊情况下才发送数据信息
2. 差错控制编码数字__或信令在传输过程中,由于受到噪声或干扰的影响,__码元波形变坏,传输到接收端后可能发生错误判决,即把“0”误判为“1”,或把“1”误判成“0”有时由于受到突发的脉冲干扰,错码会成串出现为此,在传送数字__时,往往要进行各种编码通常把在息码元序列中,加入监督码元的办法称为差错控制编码,也称为纠错编码不同的编码方法,有不同的检错或纠错能力,有的编码只能检错,不能纠错一般来说,监督位码元所占比例越大,检纠错能力就越强监督码元多少,通常用多余度来衡量例如,若码元序列中,平均每两个信息码元就有一个监督码元,则这种编码的多余度为十换一种说法,这种编码的编码效率为2/3可见,纠错编码是以降低信息传输速率为代价,来提高传输可靠性的
2.1 纠错编码的基本原理大家知道,由3位二进制数字构成的码组,共有2³=8种不同的可能组合若将其全部用来表示天气,则可以表示8种不同的天气情况,如000晴,001云,010阴,011雨,100雪,101霜,1川雾,111雹其中任__组在传输中若发生--个或多个错码,则将变成另一信息码组,使所传递的信息出现错误,并且在接收端无法发现若在上述8种码组中,只准许使用4种来传送消息,譬如 000晴011云11:1阴110雨这时虽然只能传送-4种天气但是接收端却有可能发现码组中的一个错码例如,若000晴中错了一位,则接收码组将变成
100、010或001这三种码组都是不准使用的,称为禁用码组当接收端收到禁用码组时,就知道出现错码了但是,这种统码不能发现两个错码,因为发生两个错码后,产生的是许用码组上面这种编码只能检测错误,不能纠正错误例如,当收到的是禁用码组100时,在接牧端无法判断是哪一位码元发生了错误,因为晴、阴、雨三者错了一位都可以变成100 要想能纠正错误,还得增加多余度例如,若规定许用码组只有两个000晴,111雨其它都是禁用码组,则能检测两个以下错码或能纠正一个错码例如,在收到禁用码组100时,若当作仅有一个错码,则可判断此错码发生在“1”位,从而纠正为000晴因为另一许用码组111雨发生任何一位错码时,都不会变成这种形式但是,若假定错码数不超过两个,则存在两种可能性000错一位和111错两位都可能变成100,因而只能检测出存在错码而无法纠正它如果不要求纠检错,为了传输4种不同的信息,用两位码组就够了,它们是
00、
01、10和11这些两位码代表所传信息,称为信息位在式2-1中使用了3位码组表示四种信息、多增加的那一位称为监督位,如表2-3所示通常把这种在每组信息码后,附加若干监督码的编码称为分组码在分组码中;监督码仅监督本码组中的信息码元一般分组码用符号n、k表示其中k是每组二进制信息码元的数目如上表k=2,n是编码组的总位数,又称为码组的长度码长n-k=r为每个码组中的监督码元数,或称为监督位数如上表r=1,则分组码的长度n=k+r=3指表2-3的情形,即表2-3的分组码可表示为3,2通常分组码结构如表2-3所示 表2-3分组码例子(3,2) 信息位监督位晴000云011阴101雨110 在分组码中,把“1”的数目称为码组的重量,而把两个码组对应位上数字即0,1不同的位数称为码组的距离,简称码距又称汉明距离我们把某种编码中各个码组间距离的最小值称为最小码距,用d0表示一种编码的最小码距d0的大小,直接关系着这种编码的检错和纠错能力
2.2 常用的简单编码1奇偶校验码奇偶校验码就是在信息码之后,附加一个比特,使构成“1”码的个数为偶数或奇数检错时,通过检验“1”的个数是否是偶数或奇数来判断其正确性增加的一个比特码位,通常称为监督位在数据传输中可以采用奇数检验方式,也可以采用偶数检验方式,如表2-3所示,就是偶数检验方式,其编码方式采用的就是奇偶校验码不难看出,这种编码方式,无论信息位有多少,监督位只有一位,因此编码速率较高,但该方式只能发现一处错误,即检测一个错码,如出现两个以上错码就__为力了2重复码最容易想到的能纠正错误的办法,就是将信息重复传几次,只要正确传输的次数多于传错的次数,就可用少数服从多数的原则排除差错这就是简单的重复码原理3循环码在线性分组码中有一种重要的码称为循环码循环码是在严密的代数学理论基础上建立起来的,而且编码和解码设备都不太复杂,检纠错能力较强,所以这种码得到了越来越广泛的应用循环码最显著的特性是循环性,即循环码中任__组循环一位将最右端的码元移至左端.或相反以后,仍为码中的一个码组表2-4给出了一种7,3循环码的全部码组由此表可以直观看出这种码的循环性表2-4(7,3)循环码码组编号信息位监督位码组编号信息位监督位a6a5a4a3a2a1a0a6a5a4a3a2a1a01234000001010011000001111110100156781001011101111011110001010010
七、干扰和噪声
1.互调干扰
1.1 互调干扰的形成 在双向无线电通信拥挤的区域里,当两个或更多个__加到非线性器件中时,产生了互调干扰分量,发射机和接收机都能产生这些干扰分量,因而互调干扰就成了一个值得注意的问题这些分量出现在不同的频率上,而且能在另一些信道上引起干扰如果干扰和有用__差不多大小或比有用__大,则有用__就受到严重的干扰如果干扰比有用的__弱,只在没有__时,干扰才能被听到两个或更多个发射机互相靠得很近时,每个发射机与其他发射机之间通常通过天线系统耦合,从每个发射机来的辐射__进入其他发射机的末级放大器和传输系统,于是就形成了互调而这些产物落到末级放大器的通带内并被辐射出去,这种辐射可能落在除了已指配的发射机频率之外的那些信道上互调产物干扰也可能在接收机中产生两个或更多个强的带外__,可以推动射频放大器进入非线性工作区,甚至在第一级混频器中互相调制这些分量能干扰进来的有用__或者当工作信道上没有__的时候,在输出端能够听到干扰声图7-1中例子可以用来说明互调产物的影响发射机和接收机之间处于正常工作状态,两者都调谐到所需要的160.35MHz信道上发射机A和月B互相靠得很近并且在规定的需要频率上发射,即使它们的发射频率不与发射机C的频率相同如果他们产生互调分量则在接收机上引起干扰 图7-1互调形成的基本情况我们假设在两个发射机之间有一个低的耦合损耗,结果发射机B输出的一部分进入发射机A的功率输出级和发射机A的天线系统同样发射机A的输出的一部分进入发射机B,于是互调分量在两个发射机中产生两个发射机之间的频率差是
0.15MHz
160.200—
160.050,把这个频差从发射机B的载频中减去,便产生了互调频率分量
159.900MHz,当两个发射机同时工作时,这个频率和有用__频率
160.05MHz一起发射出去这个差频加到发射机A的频率上便产生一个输出频率160.350MHz当两个发射机同时工作时,这个分量和160.20MHz一起发射出去但是这个频率和已知发射机C的频率
160.350MHz相同,而且也是接收机的调谐频率,因此它可能被接收天线接收并在使用的发射机C和接收机信道上产生干扰如果要消除互调分量,在两个发射机相互靠得很近的情况下,必须没有重大的耦合耦合损耗高是很重要的因此在__互相靠得很近的发射机的时候,尽一切努力必须做到发射机和天线系统之间有尽可能高的耦合损耗互调分量也可以在接收机上产生假设在发射机A和B之间没有__交换,因此没有互调分量产生发射频率
160.05MHz和
160.02MHz被发射,并且可能进入接收机,如果两个__同时来到并到达接收机,如此强的__能引起接收机射频放大器的非线性工作或者到达第一混频器,它们相互作用并产生相同的互调分量,因此有一个与发射机C来的有用__频率160.350MHz相同的干扰,这时的干扰是在接收机上形成互调的结果这种接收机的互调失真即使发射机A和B离的很远也可以产生如果A和B同时发射__并能进入接收机,则接收机就产生互调分量必须强调,可能产生多种互调分量;最值得注意的是奇次谐波,偶次谐波2次、4次离不产生干扰的有效频率远,因此员值得注意的是第三次、第五次谐波虽然更高次的谐波能够产生,但是它们的电平通常很低对于三次、五次互调谐波分量可以用下式求出假设A是发射机A的发射频率,B是发射机B的发射频率二次谐波频率=2A-B=
320.4-
160.05=
160.35MHz 二次谐波频率=2B-A=
320.1-
160.20=
159.9MHz 二次谐波频率=3A-2B=
480.6-
320.1=
160.5MHz 二次谐波频率=__-2A=
480.15-
320.4=
159.79MHz 当然如果有三个或更多个发射机互相靠得很近,将有更多的三次谐波和五次谐波频率产生 失真谐波在高于和低于发射机A和B的载波频率上周期地出现
1.2 减小互调干扰的方法发射机的互调可以通过增大发射机之间的耦合损耗来减少参阅图7-2最重要的步骤是把天线系统离开相当远行之有效例如,如果两个天线垂直相距约9m,在160MHz的频带上有55dB的隔离度,如果两个天线水平相距9m,结果产生一个大约比30dB大的隔离度这表明天线垂直方向上的间隔比在水平方向上的间隔可以获得更高的耦合损耗一般用隔离器增加耦合损耗例如图7-2所示,隔离器通常是一个铁氧体装置,这个装置对一个方向传输的__呈底阻抗,但是在__角而动方向上阻抗极高,因此减少了频率交叉的相互作用在传输线到发射天线的路径上有用发射__没有减小隔离器一般包括一个跨接电阻,这个跨接电阻能把向相反方向传播的能量消除在图7-3中发射机A的传输线路系统里的两个隔离器允许160.2MHs一个频率到达天线,而发射机B在
160.05MHz上的隔离分量不能通过发射机A的两个隔离器以类似的方式在发射机B的天线系统中隔离器阻止收到发射机A的任何__,并阻止这个__到达发射机B互调分量还可以通过良好调谐发射机和天线系统来减少,由于失谐和不良的连接,通常会产生高的驻波比值,因此良好的匹配和良好的调谐在传输线上保持一个低驻波比至为重要图7-2 减少发射机的互调在接收机中产生互调谐波的机会相会;在很大程度上是接收机的设计问题在天线系统和接收机之间连接抑制滤波器,对于抑制接收机里产生的互调频率分量有一定帮助__这样一个滤波装置,首先需要确定进来的使接收机产生互调分量的频率;例如在图7-1的接收机前接两个滤波器,分别调谐在
160.05MHz和
160.2MHz上,将减少接收机所产生的互调分量,因此滤波器必须是谐振曲线非常尖锐,而且还必须使进来的160.35MHz有用__不产生严重的衰减除了隔离器/环行器组合外,还有各种其他部件可以用在共用的__台以及一般的和干线的共用中继器设备上减少干有一些例子是用一个隔离器接到发射机的输出端还应在发射机和天线之间用一个谐波滤波器以防止无用谐波的辐射有三种装置已被广泛地应用在共用中继系统中,这三种装置是发射机组合器、接收机多路混合器和天线共用器收发转换开关发射机组合器组合发射机的各种输出__,并把它们加到单个天线上去接收机多路耦合器允许接收天线向一个共用设备内的各个接收机提供__通常一个多路耦合设备包括一个宽带放大器以补偿在分配过程中多路__的损耗天线共用器用于保持发射机/接收机特别在相邻的工作频率之间有一个高隔离电平这些装置必须按照规定的频率调谐,而正确频率必须在调整天线共用器时就给定比较小的天线共用器对__的设备也有用,当它们工作在一个双向无线电通信区域内时,减小干扰很有效有各种型式的谐振器或空腔谐振器,这些谐振器对多发射地点和在工作繁忙的双向无线电通信区内是有用的三种类型滤波器是通带滤波器、阻带滤波器和陷波器频率特性曲线下凹的滤波器,此外在调整滤波器的精确频率时,必须给出设备所在地和覆盖区内的干扰问题有些滤波器可按照插入损耗和选择性来调谐,大多数用专波长空腔谐振器,用两个或更多个谐振器可以改善选择性类似的空腔谐振器可在无线电频率高密度的环境里,在接收机的多路耦合系统中使用按照选择性或者抑制干扰的需要,可以__四个、六个或八个空腔型的谐振器还可使用同轴线、带状线和螺旋谐振器陷波式空腔谐振器被设计成只抑制一个单一窄带频率,而在工作频带内的其他频率全通过这些空腔谐振器在发射__台有效,因为它们具有妥善处理一个特殊干扰频率的能力通—阻空腔谐振器通过一个频率,而阻止另一个频率,而这个频率是在通频带两边的任何一边因此若有一个紧靠干扰的频率,那么这个讨厌的频率在通频带的边上能够被抑制掉这个滤波器在双工工作的情况下很有效
2.邻近波道干扰邻近波道干扰是指邻近频道或相邻频道之间的干扰,有的书本中称为邻近信道干扰或邻道干扰我们知道,__无线电通信系统的信道间隔是有一定宽度的,例如国际上的大容量__通信系统体制对信道间隔作出了规定TACS、NAMTS、__T—450等系统的信道间隔为25kHz,AMPS系统信道间隔为30kHz以及__T—900系统为12.5kHz,我国大容量__通信系统体制规定,信道间隔为25kHz这些系统都采用模拟调频制式,在模拟调频制式系统中,调频__的频谱很宽,理论分析表明,调频__含有无穷多个边频分量,倘若其中某些边频分量落入邻道接收机的通带内,那么就产生了邻近波道干扰由于考虑到发射机、接收机频率不稳定和不准确造成频率偏差以及接收机滤波特性欠佳等原因,k频道发射__的n次边频将落入邻近k+1频道内,如图7-4所示图中调制__最高频率为Fm,信道间隔为Bw,接收机带宽为久图中示出低次边频落入邻近信道的情况k信道k+1信道图7-4邻近波道干扰原理图__通信系统中两个电台在地理上的间隔距离有助于减小__干扰但是有一种情况地理上的间隔距离并不利于减小__干扰,而带来另一种邻近波道干扰现在我们考虑另一种情况,在__台覆盖区内有一些__台在运动,其中有一些__台距__台较近,另一些__台距__台较远我们现在设想有2个__台同时向__台发射__,__台从接近它的__台k信道接收到很强的__,而从远离它的__台k+1信道接收到的__很微弱,然而,远离台的__为需要__,近距离台的__为非需要__,此时,较强的接收__非需要__将掩盖较弱的接收__需要__,在解调器输出端弱__以噪声形式输出,而强__作为“有用”__输出,也就是说强的非需要__k信道对弱的需要__k+1信道形成邻近波道干扰,如图7-5所示在__台输出功率相同的条件下,__台受干扰的程度取决于两个__台至__台的距离之差图7-5邻近台队员台的邻近波道干扰邻近波道干扰较同波道干扰能更好地得到控制为了减小邻近波道干扰需提高接收机的中频选择性以及优选接收机指标;另一方面要限制发射__带宽,可在发射机调制器中采用瞬时频偏控制电路,防止过大__进入调制器产生过大的频偏;在__台功率方面,应在满足通信距离要求下,尽量采用小功率输出,以缩小服务区如有可能,可建立一种功率自动控制系统,利用__台接收到的__台__的强度对__台发射功率进行自动控制,使__台驶近__台时降低发射功率还有一些其他减小于扰的方法,如使用天线定向波束指向不同的水平方向以及指向不同的仰角方向
3.同波道干扰由与需要__频率相同的非需要__所造成的干扰,国家标准定名为同波道干扰也有称同信道干扰或共道干扰的在__无线电通信系统中,为了增加频谱利用率,有可能有两条或多条信道都被分配在一个相同频率上工作,这样就形成一种同波道结构在同波道环境中,当有两条或多条同频波道在同时进行通信时,就有可能产生同波道干扰__无线电通信设备能够在同一波道上承受干扰同波道干扰的程度与所采用的调制类型有关一般情况下,__强度随着距__台的距离增大而减弱,但是这种减弱不是均匀的,还与地形和其他因素有关,不过我们可以近似认为,这种减弱是有规律的__无线电设备能够承受的同频干扰可以用载波功率需要__与干扰功率非需要__的门限比值C/I表示,单位为分贝dB为了使系统能正常运行,我们必须取载波干扰比大于门限比值,即C/I>C/I门限 为了避免产生同波道干扰,应在满足一定通信质量前提下,选择适当的复用波道的保护距离,这段距离即为使用相同工作波道的各__台之间的最小安全距离这里所指“最小安全距离”是为保证接收机输入端需要__与同波道干扰之比大于某一个数值,即上述的载波功率与干扰功率之比的门限值C/I门限C为需要__功率,I为非需要__功率对于模拟调频__无线电,一般来说,两个同频道小区之间的距离与小区本身半径之比,约为4/6,这里假设所有小区半径相等;对于数字无线电系统,其比值更小采用别的办法,例如使用定向天线、斜置天线波束、降低天线高度、选择适当的天线场址,也可降低同波道干扰在实践中,信道规划是一项复杂任务,需要详细考虑有关区域的地形、电波传播特性、调制制式、无线电小区半径和工作方式等目前已广泛使用计算机分析方法,可以帮助解决这个复杂课题摘自《__通信在线》___.mc21st.comhttp://___.mc21st.comPAGE1。