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无线通信系统前四章思维导图笔记整理。
《白话机器学习的数学》知识梳理，包含机器学习简介，回归，分类，模型的评估，使用Python实现
此篇导图与语音识别概述有关，其内容主要讲述两部分的内容：语音生成以及语音感知，同时介绍了语音识别是什么，如何评估等内容
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民法分论
无线通信系统
第一、二章 无线通信概论
1.1无线通信的发展历史
1.2无线通信的特点
1、利用无线电波进行传输
2、开放的系统，容易受到外界的干扰，并且易于被恶意获取
3、有限的频谱资源与日渐增加的业务量需求
4、网络结构多样，网络的管理和控制必须有效
5、移动通信设备必须适用于在移动环境中使用
1.3无线电频段的划分
射频频段划分
常用频段
30MHz~40GHz
1.4无线通信系统的分类
按使用对象分类
民用设备
军用设备
按使用环境分类
陆地通信
海上通信
空中通信
按覆盖范围分类
广域网
局域网
按服务范围分类
专用网
按信号形式
模拟网
数字网
按射频的工作方式
单工
半双工(PTT)
对讲机
全双工
频分双工(FDD)
GSM、CDMA
时分双工(TDD)
小灵通(PHS)、TD-SCDMA、WiMAX
1.5常用无线通信系统
寻呼系统
特点
单工通信
例子
BB机
无绳电话
提供灵活接入手段，全双工
依附于有线网络(PSTN)
蜂窝系统
重要名词
MS(Mobile Station)：移动台
BS(Base Station)：基站
MSC(Mobile Switching Center)：移动交换中心
可以通过MSC与有线网络(PSTN)相连
集群系统
蜂窝系统的一种变形
例子：警察局、消防局、出租车车载通信系统
优势
群呼
呼叫优先级，可中断一些优先级较低的呼叫、以保证紧急事件的及时性
中继网络：每个移动台都可以作为信号中继
卫星移动通信
分类
高轨道卫星通信(同步卫星通信)——GEO
长椭圆轨道卫星通信——HEO
中轨道卫星通信——MEO
低轨道卫星通信——LEO
1、传播损耗类似于自由空间条件
2、传输距离远，损耗大，迟延大
3、地球基站天线仰角大，多径效应小，为恒参信道； 但地球上的高大建筑物仍会造成阴影效应
4、工作频率高，雨雪天气会造成影响，存在雨衰效应
无线局域网(WLAN)
IEEE 802.11
个域网
蓝牙
固定无线接入
用途：代替用户与陆上有线系统之间的专用线缆连接
1、用户不具备移动性
2、传输距离长
3、信道特性基本为视距传播
4、开通与维护成本相对于有线接入更加低廉
5、部署速度快，应用方式灵活
1.6不同无线通信应用的不同需求
设计时应该考虑
1、数据速率
2、覆盖范围和用户数目
3、移动性
4、功耗
5、频谱使用
6、传输方向
7、服务质量
1.7标准化蜂窝系统简介
概念：一种小区制无线通信系统
核心思想：频率复用
同一频率可以被两个不相邻接的小区使用
多址(MA)概念
FDMA：频分多址
TDMA：时分多址
CDMA：码分多址
演进过程
1G
1、(主要特点)语音采用模拟传输
2、双工方式采用 FDD (频分双工)
3、多址方式采用 FDMA (频分多址)
4、具有小区切换功能
举例：美 AMPS、英TACS
主要系统参考
2G
1、均采用语音编码(数字化)
2、采用 TDMA 或者 CDMA
主要系统
3G
全球统一标准，均采用CDMA多址方式
欧：WCDMA
美：CDMA2000
中：TD-SCDMA
4G
1、提供更高的传输速率
2、使用OFDM作为核心技术
3、基于载波聚合增加可用频谱
5G
IMT2020
第三章 蜂窝的概念
重要数量值
对于AMPS系统，接收机可以允许的 有用信号和同频干扰信号的功率比(信干比)一般大于18dB
3.1蜂窝系统几何学——小区与区群的概念
1.采用正六边形小区的原因
1、要用正多边形无空隙的、无重叠地覆盖一个平面的区域，可取的形状只有正三角形、正方形和正六边形三种
2、半径一定的情况下、正六边形面积最大，所以当系统服务区域一定时，所需的小区数目最少，即所需基站最少
2.区群的概念
相互邻接的小区称作一个区群，频率资源同一区群内进行分配，同一区群内不进行频率的复用
3.区群大小N
N=i²+ij+j²，i、j取不同时为零的自然数
4.同频小区
概念
位于不同区群内，采用相同频道的小区
同频复用距离
同频小区之间最短的距离D
同频小区的确定步骤
Step1：沿某正六边形小区一条边的垂线方向行进i个小区
Step2：逆时针旋转60°，再向前行进j个小区
规定i≥j
分布规律
各层同频小区分布在以原始小区为中心的同心圆上，同心圆半径为1D、2D...nD，无论N取何值，第n层共6n个
同频复用距离计算
行进距离d
5.中心激励与顶点激励
中心激励
基站位于小区中心
顶点激励
每个顶点有3个120°天线
1.自由度为3，可避免阴影效应
2.对干扰有一定隔离度，同频小区距离可以适当减小
3.由于增加了基站设备，故控制中心激励方式复杂
3.2信道分配策略
1.固定信道分配
邻频干扰
来自所使用信号频率的相邻频率的信号干扰
成因：接收滤波器不理想，使得相邻频率的信号泄露到传输带宽内
远近效应
因为距离基站的远近不同，距离较近的MS2发射的信号旁瓣强度远大于距离较远的MS1所发射信号的主瓣强度，导致距离较远的MS所发射信号无法被正常接收
解决方案
已调信号带外衰减不够快——采用带宽效率更高的调制技术
接收滤波器不够理想——改进接收滤波器性能
优缺点及改进
优点：简单
缺点：可能造成频率的浪费
改进：采用空闲频率的借用
2.动态信道分配
全部信道形成”信道池“，由MSC统一管理，呼叫发生时由BS向MSC申请信道
MSC：交换中心、负责信道管理、进行移动性管理(如切换管理)
优缺点
优点
频率利用率高，可适应业务分布的动态变化
降低了呼叫阻塞的概率，增加了系统用户的容量
缺点
控制复杂，开销较大
3.3信道的切换
ALT——自动链路转换
1.传统的切换启动准则
1、相对信号强度准则
当接收到的相邻小区信号强度大于当前小区信号强度时切换
2、具有门限效规定的相对信号强度准则
针对当前小区信号
设定接收信号强度门限，若 ①当前小区的接收信号强度低于门限 ②并且MS接收到了比当前小区更强的相邻小区信号 则启动切换
3、具有滞后余量的相对信号强度准则
针对将要切换到的小区信号
只有相邻小区的平均接收信号强度大于当前小区的平均信号强度，并且超过的数值大于滞后余量时才启动切换
4、具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则
仅允许移动用户 在①当前基站的信号电平低于规定门限 ②并且新基站的信号强度高于当前基站一个给定的滞后余量时进行越区切换
2.切换过程
Step1：监控和链路测量
Step2：目标小区确定和切换启动
Step3：切换执行
3.软切换与硬切换
硬切换
先断(旧的)，后建(新的)
例子：1G的FDMA、2G的TDMA
软切换
先建(新的)，综合利用(新旧链路)，后断(旧的)
例子：2G和3G的CDMA系统
4.切换的过程控制策略
1、NCHO 网络控制的切换 (Network Controlled HandOver)
例子：AMPS
2、MCHO 移动台控制的切换(Mobile Controlled HandOver)
例子：欧洲数字无绳电话
3、MAHO 移动台辅助的切换(Mobile Assisted HandOver)
例子：第二代数字系统，如GSM、IS95 CDMA
5.越区切换时的信道分配
与呼叫请求相同的方法分配
保留部分信道专门用于过区切换
对切换请求进行排队
6.移动台移动速度
过快
”伞状小区“
过慢
小区拖尾
3.4干扰和系统容量
1.干扰的类型
同频干扰
来自同频小区的干扰
同频复用比例(Q)
Q=D/R
对数距离路径损耗模型
区群大小对蜂窝系统的影响

信干比及其计算
功率控制
基本思想
离BS近的MS发射功率小，反之则发射功率大
常用方法
开环功率控制
闭环功率控制
互调干扰
产生原理
由于传输信道的非线性电路产生的新的组合频率信号
2.系统容量
容量分类
系统容量(单位---ch/km²)
用户容量(单位---Erlang/km²)
中继理论
服务等级GOS
Erlang B公式
3.5提高系统容量的方法
小区分裂
减小小区半径(覆盖面积)而不改变频率复用方案
划分扇区
小区半径不变的情况下，采取适当措施，在保证信干比水平的前提下，尽可能缩小区群大小N，以增加单个小区范围内可用的信道数
分区微小区
第四章 大尺度路径损耗
4.1 信号强度的度量
功率(dBm)=10lg[功率(mW)/1mW] ——dB毫瓦
电平(dBμV)=20lg[电平(μV)/1μV] ——dB微伏
4.2 无线电波传播概述
信道特性分类
恒参信道
随参信道
信道的传播模型
大尺度传播模型
小尺度传播模型
信道特性
大尺度
稳定
小尺度
不稳定
超短波微波的电波传播方式
直射波：视距传播(LOS)
反射波
绕射和散射
4.3天线概述
4.4电波在空间的传播
视距传播LOS
直射
自由空间
非视距传播NLOS
反射
存在地面反射时的双线模型
绕射
散射
4.5路径损耗模型
平均路径损耗计算
平均接收功率=发射功率-平均路径损耗
注意单位！！！！
4.6阴影衰落
对数正态阴影模型
路径损耗PL服从对数正态分布
Q函数
性质
涉及功率的计算
误差函数
与Q函数换算
接收功率
表达式
注意单位！！！
中断概率
接收功率小于系统最小可用功率时
4.7小区的覆盖范围
结论
1、小区范围R
计算
意义
任何时刻边界上所有点中只有 50 ％的位置其接收功率能够超过最小可用接收功率
2、给定路径损耗指数n后，小区覆盖范围随减小而增大
3、一定时，小区的覆盖范围随n的增大而增加
4.8衰落容限
达到衰落容限要求的措施
1、增大发射功率Pt
2、减小小区半径
3、采用方向性天线（即增加天线增益）
4.9室外模型
1、任意地形地区的传播损耗的中值LA
1. 
i. 
ii. 市区传播损耗的中值 A m (f, d)
iii. 基站天线修正因子 Hb (hb ,d)
iv. 移动台天线修正因子 Hm (hm ,f)
2. 
2、任意地形地区的接收功率中值
2. [Gb] 为以 dB 表示的基站天线增益
3. [Gm] 为以 dB 表示的移动台天线增益
4. [LA] 为任意地形地区的传播损耗中值
第五章 小尺度衰落和多径效应
5.1小尺度衰落效应/多径效应
小尺度(几倍波长上)
多径传播引起的信号强度在短距离(短时间)上引起的急剧变化
接收信号幅度变化
多普勒频移
接收信号载频变化
多径时延引起信号的时间色散
基带解调信号波形失真
影响小尺度效应/多径效应的因素
多径传播
多径传播时延引起时间弥散
信号特性
信号的传输带宽
符号速率
