软件无线电学习-第二代移动通信系统过程理解

本文知识内容摘自《软件无线电原理和应用》

无线通信领域让大家感受最深的是民用移动通信的快速发展。民用移动通信在短短的二十年时间里已发展了三代：20世纪80年代的模拟体制(TACS/AMPS)为第一代移动通信(简称1G)；20世纪90年代的数字体制(GSMCDMATDMA)为第二代移动通信(简称2G)；第三代移动通信体制包括我国提出的TD-SCDMA和美国提出的CDMA2000以及欧洲提出的WCDMA 等体制(简称3G)；目前第四代移动通信(4G)已全面推广，软件无线电非常适合4G。由此可见，移动通信经历了从模拟无线电到数字无线电，再从数字无线电到软件无线电的。以及现在已经发展到了5G通信技术。
下面我将从第二代移动通信系统学习通信的详细过程，使用matlab仿真来学习该过程。
第二代通信系统采用了数字调制技术，具有更强的抗干扰能力和更大的通信容量（可以通过语音压缩增加逻辑信道数）
第二代移动通信系统采用了时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)体制，大大提高了频谱利用率，增加了系统容量；
第二代移动通信系统随着使用频段的提高，蜂窝小区半径可以减小到几百米，从而可以提高单位面积内的业务量；
第二代移动通信系统由于采用了数字体制,可以与数字化固定基础设施能更好地兼容系统对漫游和切换的管理得到了显著的改善。
第二代移动通信系统以GSM、IS-95、IS-54(D-AMPS)和DCS1800为典型代表，它们的无线接口主要特点如表1-2所示。第二代移动通信系统的最大不同是采用了数字调制，这也就为采用新的TDMA、CDMA 多址方式奠定了基础：另外信道带宽也从模拟体制的30/25kHz提高到了 200kHz和1.25MHZ(D-AMPS除外)。当然，这种在技术体制上的完全革新带来的问题是与第一代系统无法兼容，旧系统将被完全废弃(D-AMPS可以部分保留旧系统)，这显然是非常不经济的。
 

系统名称	GSM	IS-95	IS-54（D-AMPS）	DCS1800
多址方式	TDMA/FDMA	CDMA/FDMA	TDMA/FDMA	TDMA/FDMA
使用频段 下行链路（mhz） 上行链路（mhz）	935-960 890-915	869-894 824-849	869-894 824-849	1710-1785 1805-1880
信道间隔KHZ	200	1520	30	200
调制方式	0.3GMSK	BPSK/QPSK	PI/4 DQPSK	0.3GMSK
信道速率（kbps）	270.833	1228.8	48.6	270.833
语音编码（kbps）	13	8（可变）	7.95	13
帧长（ms）	4.615	20	40	4.615

下面将以GSM接收机组成框图为例。
它主要特点是通过二次变频的射频前端把射频信号变为中频信号（图中的一中频频率为71mhz，二中频频率为6mhz）后，首先进行A/D采样数字化，把模拟信号变为数字信号，再由信号处理器（DSP）完成解调任务。

下面我将使用matlab模拟射频前端的过程，理解学习该过程。
下面我们模拟该过程。设置输入射频信号为950mhz，一本振为879mhz，二本振为65mhz。射频信号经过一本振混频后通过滤波器，得到中心频率为71mhz。经过二本振混频滤波后经过滤波器得到中心频率为6mhz。在经过ADC采样。
下面是matlab仿真代码。

clc;
clear ;
% 设置参数
fs = 5e9;       % 采样率 5GHz
fc = 950e6;     % 射频信号 950mHz
fm = 879e6;     % 一本振信号频率 879MHz
fg = 65e6;      % 二本振信号频率 65MHz

t = 0:1/fs:1e-5; % 时间序列
c = sin(2*pi*fc*t);%射频信号
m = sin(2*pi*fm*t);%一本振
s = m .* c;%混频

figure;
plot(t*1e6, s);
title('一本振混频信号');
xlabel('时间 (μs)');
ylabel('幅度');

% 计算频谱
N = length(t);
f = (-fs/2:fs/N:fs/2-fs/N); % 频率向量
S = fftshift(fft(s));

figure;
plot(f, abs(S)/N,'r');
title('一本振混频频谱');
xlabel('频率 (GHz)');
ylabel('幅度');


% 使用低通滤波器
breath_data = filter(ditong_5g_71mhz,s); 
% 计算频谱
N = length(t);
f = (-fs/2:fs/N:fs/2-fs/N); % 频率向量
S = fftshift(fft(breath_data));

figure;
plot(f, abs(S)/N,'r');
title('一本振混频滤波后频谱');
xlabel('频率 (GHz)');
ylabel('幅度');

% 二本振
d = sin(2*pi*fg*t);
e = breath_data .* d;
% 计算频谱
N = length(t);
f = (-fs/2:fs/N:fs/2-fs/N); % 频率向量
S = fftshift(fft(e));

figure;
plot(f, abs(S)/N,'r');
title('二本振混频频谱');
xlabel('频率 (GHz)');
ylabel('幅度');

% 使用低通滤波器
breath_data2 = filter(ditong_5g_6m,e); 

% 计算频谱
N = length(t);
f = (-fs/2:fs/N:fs/2-fs/N); % 频率向量
S = fftshift(fft(breath_data2));

figure;
plot(f, abs(S)/N,'r');
title('二本振混频滤波后频谱');
xlabel('频率 (GHz)');
ylabel('幅度');

经过仿真可以看出频谱变化如下过程。

首先射频信号和一本振混频后得到的频谱在71mhz和1829mhz。经过混频后的信号经过滤波器只保留71mhz。再与二本振65mhz混频后在6mhz和136mhz。再经过滤波器后保留了6mhz。这时候我们再使用ADC去采集这个信号，将模拟中频信号换为数字信号，再经过处理完成解调任务。由于中频只有6mhz所以只需要使用12mhz采样率的ADC就可以将原信号携带的信号还原出来。

原文地址：https://blog.csdn.net/hy_520520/article/details/139165728

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