Системы и сети мобильной связи

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
 
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
__________________________________________________________________________ 
 
 
 
 
 
 
 
М.А. РАЙФЕЛЬД, А.А. СПЕКТОР 
 
 
 
СИСТЕМЫ И СЕТИ  
МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ 
 
 
 
Утверждено Редакционно-издательским советом университета 
в качестве учебного пособия 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК 
2019 

УДК 621.396.2.037.3(075.8) 
Р 186 
 
 
Рецензенты:  
канд. техн. наук, доцент А.В. Кривецкий 
канд. техн. наук, доцент Ю.В. Морозов 
 
 
Работа подготовлена на кафедре теоретических основ радиотехники 
для студентов факультета радиотехники и электроники, обучающихся 
по направлениям: 11.03.02 – Инфокоммуникационные технологии  
и системы связи, профиль «Системы мобильной связи»; 
11.04.02 – Инфокоммуникационные технологии и системы связи, 
магистерская программа «Методы обработки информации  
в телекоммуникационных системах»; 11.03.01 – Радиотехника; 
11.04.01 – Радиотехника, магистерская программа «Статистические 
методы обработки сигналов и изображений» 
 
 
Райфельд М.А. 
Р 186  
Системы и сети мобильной связи: учебное пособие / 
М.А. Райфельд, А.А. Спектор. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 
2019. – 96 с. 

ISBN 978-5-7782-3833-6 

Материал учебного пособия направлен на изучение принципов передачи информации в современных системах мобильной связи. Рассматриваются вопросы кодирования и цифровой модуляции, применения широкополосных сигналов, основные разновидности каналов 
мобильной связи. Приводится описание системы IS-95. 
Адресовано студентам РЭФ, обучающимся по направлениям бакалавриата и магистратуры «Инфокоммуникационные технологии и системы связи». 
 
УДК 621.396.2.037.3(075.8) 
 
ISBN 978-5-7782-3833-6 
© Райфельд М.А., Спектор А.А., 2019 
 
© Новосибирский государственный 
 
технический университет, 2019 

Оглавление 
 
Введение .................................................................................................................. 7 

Глава 1. Фазоманипулированные сигналы в системах связи ...................... 9 

1.1. Некоторые теоретические положения ...................................................... 9 

1.1.1. Общие сведения о многостанционных  системах связи ................. 9 

1.1.2. Фазоманипулированные сигналы в системах связи ..................... 12 

1.1.3. М-последовательности и коды Голда ............................................ 16 

1.2. Краткие сведения о моделирующей программе .................................... 27 

1.3. Домашнее задание .................................................................................... 29 

1.3.1. Генерирование М-последовательностей........................................ 29 

1.3.2. КФ М-последовательностей ........................................................... 30 

1.3.3. Генерирование кодов Голда ............................................................ 30 

1.3.4. КФ кодов Голда ............................................................................... 30 

1.4. Экспериментальное исследование .......................................................... 31 

1.4.1. Изучение принципа генерирования М-последовательностей ............................................................................................... 31 

1.4.2. Изучение КФ М-последовательностей .......................................... 31 

1.4.3. Изучение принципа генерирования кодов Голда.......................... 32 

1.4.4. Изучение КФ кодов Голда .............................................................. 32 

1.5. Сравнение кодов Голда и М-последовательностей ............................... 33 

Контрольные вопросы .................................................................................... 33 

Глава 2. Каналы мобильной связи .................................................................. 35 

2.1. Некоторые теоретические положения .................................................... 35 

2.2.1. Канал с аддитивным белым гауссовским шумом ............................... 35 

2.1.2. Многолучевые каналы с замираниями ................................................ 36 

2.2. Краткое описание правил работы  с системой MatLab ......................... 40 

2.3. Экспериментальное исследование .......................................................... 46 

Изучение каналов мобильной связи с помощью моделей 
MatLab/Simulink ........................................................................................ 46 

Контрольные вопросы .................................................................................... 50 

Глава 3. Блочное и сверточное кодирование ................................................. 51 

3.1. Некоторые теоретические положения .................................................... 52 

3.1.1. Блочное систематическое кодирование ......................................... 52 

3.1.2. Сверточное кодирование................................................................. 54 

3.2. Указания по использованию пакета Simulink для создания модели 
кодера и декодера ..................................................................................... 58 

3.2.1. Модель блочного кодирования....................................................... 58 

3.2.2. Модель сверточного кодирования ................................................. 60 

3.3. Экспериментальное исследование .......................................................... 61 

3.3.1. Исследование блочного кодера ...................................................... 61 

3.3.2. Исследование сверточного кодера ................................................. 62 

Контрольные вопросы .................................................................................... 62 

Глава 4. Помехоустойчивые спектрально-эффективные виды  
модуляции (BPSK, DBPSK, QPSK, OQPSK, MSK) ........................ 63 

4.1. Некоторые теоретические положения .................................................... 65 

4.1.1. Общие сведения о видах модуляций,  используемых в системах подвижной связи ................................................................. 65 

4.1.2. Двоичная фазовая манипуляция (BPSK) ....................................... 65 

4.1.3. Дифференциальная фазовая манипуляция  (DBPSK) ................... 65 

4.1.4. Квадратурная фазовая манипуляция (QPSK) и квадратурная фазовая манипуляция со сдвигом (OQPSK) ........................... 66 

4.1.5. Манипуляция с минимальным фазовым сдвигом (MSK) ............ 67 

4.2. Указания по использованию пакета Simulink для создания моделей модуляторов и демодуляторов ......................................................... 67 

4.2.1. Источники данных ........................................................................... 68 

4.2.2. Модели модулятора и демодулятора BPSK .................................. 69 

4.2.3. Модели модулятора и демодулятора DBPSK ............................... 70 

4.2.4. Модели модулятора и демодулятора QPSK .................................. 70 

4.2.5. Модели модулятора и демодулятора OQPSK ............................... 70 

4.2.6. Модели модулятора и демодулятора MSK .................................... 71 

4.3. Экспериментальное исследование .......................................................... 72 

Контрольные вопросы .................................................................................... 72 

Глава 5. Исследование прямого канала трафика системы IS-95 ............... 73 

Общие сведения о системе IS-95 .............................................................. 73 

Структура прямого канала IS-95 .............................................................. 74 

5.1. Структура схемы макета .......................................................................... 77 

5.2. Экспериментальное исследование .......................................................... 80 

Контрольные вопросы .................................................................................... 84 

Глава 6. Исследование обратного канала трафика системы IS-95 ............ 85 

Общие сведения о системе IS-95 .............................................................. 85 

Структура обратного канала IS-95 ........................................................... 86 

6.1. Структура экспериментального макета .................................................. 88 

6.2. Экспериментальное исследование .......................................................... 91 

Контрольные вопросы .................................................................................... 94 

Библиографический список ................................................................................. 95 
 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Содержание учебного пособия освещает проблемы нескольких 
учебных дисциплин, таких как «Теоретические основы систем мобильной связи», «Системы и сети мобильной связи», «Специальные 
программные средства обработки информации». Ряд вопросов, рассматриваемых в пособии, могут быть полезны обучающимся по 
направлению «Радиотехника». 
Пособие состоит из шести глав, материал которых направлен на 
изучение принципов передачи информации в современных системах 
мобильной связи.  
В первой главе рассматривается применение сигналов с фазокодовой модуляцией, где определяющую роль играют свойства бинарных 
последовательностей, используемых для модуляции. Поэтому основное внимание уделено методам получения последовательностей и исследованию их корреляционных характеристик. 
Во второй главе описаны основные разновидности каналов мобильной связи – канал с аддитивным белым гауссовским шумом и 
многолучевой канал с замираниями сигнала. Дается краткое описание 
системы MatLab, применение которой эффективно при экспериментальном изучении каналов мобильной связи. 
Третья глава посвящена методам помехоустойчивого кодирования, 
применяемым в системах мобильной связи, основное внимание уделено методам блочного и сверточного кодирования. 
Материал четвертой главы знакомит с помехоустойчивыми спектрально-эффективными видами модуляции, такими как двоичная фазовая манипуляция, дифференциальная фазовая манипуляция, квадратурная фазовая манипуляция, квадратурная фазовая манипуляция со 
сдвигом, манипуляция с минимальным фазовым сдвигом. Рассматривается использование пакета Simulink для создания моделей модуляторов и демодуляторов. 
 

Пятая и шестая главы посвящены изучению прямого и обратного 
каналов трафика системы IS-95. Приводятся общие сведения о системе 
IS-95, рассмотрены структурные схемы прямого и обратного каналов, а 
также представлены структуры лабораторных макетов, используемых 
при проведении экспериментов. 
В каждой главе учебного пособия содержится достаточно подробное теоретическое введение в проблему, даны задания для самостоятельного закрепления полученных знаний, для экспериментальных исследований, а также контрольные вопросы. 

Г л а в а  1  

ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННЫЕ СИГНАЛЫ  
В СИСТЕМАХ СВЯЗИ 
 
Содержанием первой главы является изложение принципов генерирования и применения в современной связи фазоманипулированных 
(ФМ) сигналов, получение которых основано на использовании рекуррентных двоичных последовательностей. Рассматриваются методы 
получения и корреляционные свойства М-последовательностей и кодов Голда, применяемых для формирования ФМ-сигналов. 

1.1. Некоторые теоретические положения 

1.1.1. Общие сведения о многостанционных  
системах связи 

Одной из основных проблем систем подвижной связи является беспрепятственная работа любых двух абонентов в условиях одновременной работы в общем канале многих других абонентов. Суть проблемы 
состоит в обеспечении правильной адресации сигнала, который должен 
оказаться на выходе приемного устройства адресата-получателя сообщения. Вместе с тем должно быть сведено к минимуму влияние чужих 
сигналов на приемное устройство принимающего абонента. Существуют различные способы разделения каналов, одним из современных способов является разделение по форме сигналов. Суть его заключается в 
том, что в роли переносчика информации для данного абонента используется определенный индивидуальный адресный сигнал. 
Общий принцип связи на основе адресного разделения каналов иллюстрирует рис. 1.1. Источник сообщения ИСi , желающий передать 
информацию l-му получателю сообщения ПСl , осуществляет модуля

цию l-го адресного сигнала передаваемым сообщением. Как и во всех 
радиотехнических системах, сигнал далее в высокочастотном модуляторе переносится на высокую (несущую) частоту. Сформированный 
высокочастотный сигнал поступает затем в общий радиоканал, в котором одновременно присутствуют сигналы других абонентов, участвующих в связи в это же время. Нередко в таких системах связи всеми 
абонентами используется одна и та же несущая частота, так что разделение абонентов путем частотно-избирательной фильтрации невозможно. Единственным признаком, по которому обеспечивается селективное восприятие получателем сообщения адресованной ему информации, является форма адресного сигнала. Имеющийся в его приемном 
устройстве селектор каналов выполняет согласованную обработку этого адресного сигнала, например, путем согласованной фильтрации либо корреляционной обработки. 
 

i
ИС  
Модулятор l-го
адресного сигнала 

Генератор l-го
адресного сигнала 

Высокочастотный 
модулятор

Генератор несущего
колебания

Общий
радиоканал 

Детектор
высокочастотного сигнала 

Селектор
адресного сигнала 
ПСl

 
Рис. 1.1. Многостанционная система связи, основанная  
на разделении информации по форме сигналов