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GSM的无线数字传输

2015-3-27 07:56| 来源:电工学习网| 查看: 2351| 评论: 0

摘要:   1、GSM系统无线信道的衰落特性  通信系统的好坏由输出的误码率来判断,但多径效应却会引起很高的误码率,使通信无法正常进行。多径传输带来了额外的路径损耗,多径衰落会导致数字信号传输的突发性错误;多径延 ...
  1、GSM系统无线信道的衰落特性
  通信系统的好坏由输出的误码率来判断,但多径效应却会引起很高的误码率,使通信无法正常进行。多径传输带来了额外的路径损耗,多径衰落会导致数字信号传输的突发性错误;多径延时扩展将导致数字信号传输的码间干扰。
  2、 信道编码与交织编码
  1) 信道编码
  改善传输质量,克服各种干扰因素对信号产生的不良影响;用有效性换取可靠性。编码:发送端将原始数据和增加的数据比特(通过某种约定从原始数据中经计算产生)一起发送;解码:接收端利用冗余信息检错并尽可能地纠错。如果收到的数据经过同样的计算得到的冗余与收到的不一致时,可确定传输有误。
  编码方式:大多数情况下,最终的冗余码是多种编码的混合结果。
  ① 块卷积码:主要用于纠错。解码器宜采用最大似然估计方法
  ② 纠错循环码:主要用于检测和纠正成组出现的误码。通常与块卷积码混合使用,用于捕捉和纠正遗漏的组误差。
  ③ 奇偶码:一种普遍使用的,最简单的检测误码的方法
  2)交织编码
  交织编码的目的是把一个较长的突发误码离散成随机误码,再用纠正随机误码的编码技术,如卷积编码技术,消除随机误码。
  ①原理
  按行输入,按列输出。把码字顺序相关的比特流非相化。
  ②方法
  将912bit字符交织后分散到8个TDMA帧的时隙中来传输;输入码流是20ms的帧,每帧含456bit。每两帧(40ms)共912bit,按每行8位写入,共写入114行;输出按列输出,每次读出114bit,恰好对应GSM的一个TDMA时隙;
  ③过程
  在40ms共912bit间进行,将输入码流长为20ms帧中的456bit分成8段,每段含57bit;当前帧的456bit分别与第n-1帧后半帧的228bit和第n+1帧前半帧的228bit交织。交织过程如图1所示。
图1 交织过程
  3、Viterbi均衡与天线分集
  1)Viterbi均衡
  均衡的目的:解决符号间干扰问题,适合于信号不可分离多径的条件下,且时延扩展远大于符号宽度的情况。
  均衡的分类:频域均衡:使包括均衡器在内的整个系统的总传输函数满足无失真传输的条件。时域均衡:使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰的条件 (数字通信中常用)。
  均衡算法的限制:所用算法必须能够处理在16μs之内收到的两个等功率的多经信号。因此在GSM系统中多采用Viterbi均衡算法
  2)天线分集
  使用两个接收信道,它们受到的衰落影响是不相关的(即两者在某一时刻同时经受某一深衰落点影响的可能性很小)。因此当合成来自两付天线的信号时,衰落程度能被减小。
图2 天线分集接收示意图
  3) 跳频技术
  所谓跳频就是有规则地改变一个信道的频隙(载频频带)。跳频分为快跳频和慢跳频,在GSM的无线接口上采用的是慢跳频技术,如图2所示GSM慢跳频示意图,GSM系统的跳频是在TDMA帧中的时隙上进行的。
  GSM系统引入跳频有两个主要原因:一是频率分集;二是干扰分集。
  (1)频率分集是为了抗拒移动通信系统中瑞利衰落的影响而采用的抗干扰分集技术。(2) 干扰分集源于码分多址(CDMA)的应用。
  在高业务量区域,系统所能提供的容量受载干比(C/I)限制。在允许干扰总合下,可存在的干扰源越多,系统容量越大,这就是干扰分集的目的。
  在GSM系统中,有时为了提高频谱的利用率,不同小区中可以包含相同频率。如图3所示GSM蜂房结构与跳频组网结构。
  通常当干扰总合小于C/I=7dB 时,呼叫将受严重干扰:如果没有跳频,只有分配在f1或f2上的用户可以得到正确接收;然而有了跳频,就可以在所有情况下保证质量。计算结果见下表。
图3 GSM蜂房结构与跳频组网
A小区受干扰情况 f1 f2 f3 f4
移动台→基站干扰电平(无跳频) 0.1
(C/I=10dB)
0.14
(C/I=8.5dB)
0.25
(C/I=6dB)
0.28
(C/I=5.5dB)
移动台→基站平均干扰电平(有跳频) 0.19
(C/I=7.2dB)
移动台→移动台干扰电平(无跳频) 0.10
(C/I=10dB)
0.14
(C/I=5.5dB)
移动台→基站平均干扰电平(有跳频) 0.19
(C/I=7.2dB)
图4 GSM慢跳频示意图
  4、话音激活与功率控制
  在GSM系统中,采用语音激活与功率控制可以有效地减少同信道干扰。
  1)话音激活控制就是采用非连续发射,如图5所示。
图5 非连续发射(DTX)框图
图6 话音激活监测器(VAD)框图
元件 功能
发端 话音激活检测器 检测是否有话音或仅仅是噪音
发射机舒适噪音发生器 产生并发送与发射机背景噪音相似的信号参数
收端 接收机舒适噪音发生器 产生与发射机背景噪音相似的背景噪音信号,使收听者觉察不到话音激活控制开关的动作
话音帧代换器 用前面未受干扰的话音帧取代受干扰的话音帧,从而保证接收的话音质量
  2)功率控制
  ①功率控制目的:在保证通信服务质量的条件下,使发射机的发射功率为最小,从而降低系统内的同信道干扰的平均电平。
  ②规定:支持基站和移动台各自独立地进行发射功率控制,规定总的控制范围是30dB,每步调节范围是20dB,从20mW到20W之间的1 6个功率电平,每步精度为±3dB,最大功率电平的精度为±1.5dB。
  ③过程:移动台测量信号强度和信号质量,并定期向基站报告,基站按预置的门限参数与之相比较,然后确定发射功率的增减量。同理,移动台按预置的门限参数与之相比较,然后确定发射功率的增减量。
  在实际应用中,主要是对移动台(而非基站)的发射功率进行控制:以满足覆盖区内移动用户能正常接收为准
  3)GSM系统中的语音编码技术
  ①语音方案
  13kbit/s RPE-LTP码(规则脉冲激励长期预测)
  ②目的
  在保证语音或数据传输质量的条件下,提高系统的无线资源利用率,增加系统的容量
  ③过程
  把语音分成20ms 为单位的段,每个段编成260bit的数据块,然后对每个小段分别编码;块与块之间依靠外同步,块内部不含同步信息;收端将收到的信息块经LPT和LPC滤波重组;经过一个预先设计好的去加重网络加以复原,恢复语音信号。
  5、GSM系统中的语音处理的一般过程见图7所示。
图7 GSM中语音处理的一般过程
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