移動(dòng)通信第7章移動(dòng)通信中的多址接入技術(shù)ppt課件

1、挪動(dòng)通訊原理與運(yùn)用第七章 挪動(dòng)通訊中的多址接入技術(shù)主要內(nèi)容概述FDMA方式TDMA方式CDMA方式SDMA方式系統(tǒng)容量習(xí)題 問(wèn)題描畫(huà)：?jiǎn)栴}描畫(huà)： 挪動(dòng)通訊系統(tǒng)中基站的多路任務(wù)和挪動(dòng)臺(tái)單路挪動(dòng)通訊系統(tǒng)中基站的多路任務(wù)和挪動(dòng)臺(tái)單路任務(wù)構(gòu)成了挪動(dòng)通訊的一大特點(diǎn)。任務(wù)構(gòu)成了挪動(dòng)通訊的一大特點(diǎn)。 1) 1)基站以怎樣的信號(hào)傳輸方式發(fā)送信號(hào)，使各挪基站以怎樣的信號(hào)傳輸方式發(fā)送信號(hào)，使各挪動(dòng)臺(tái)能從中識(shí)別發(fā)送給本挪動(dòng)臺(tái)的信號(hào)？下行動(dòng)臺(tái)能從中識(shí)別發(fā)送給本挪動(dòng)臺(tái)的信號(hào)？下行 2) 2)基站如何識(shí)別來(lái)自各個(gè)不同挪動(dòng)臺(tái)的信號(hào)？基站如何識(shí)別來(lái)自各個(gè)不同挪動(dòng)臺(tái)的信號(hào)？上行上行 多址方式是挪動(dòng)通訊網(wǎng)體制范疇，關(guān)系到系統(tǒng)容多

2、址方式是挪動(dòng)通訊網(wǎng)體制范疇，關(guān)系到系統(tǒng)容量，小區(qū)構(gòu)成，頻譜和信道利用效率以及系統(tǒng)復(fù)雜量，小區(qū)構(gòu)成，頻譜和信道利用效率以及系統(tǒng)復(fù)雜性。性。 7.1 概述概述7.1 概述概述多址接入的數(shù)學(xué)根底s(c,f,t)=c(t)s(f,t)正交分割原理c1(t), c2(t),., cN(t), CDMAs(f1,t), s(f2,t),.,s(fN,t), FDMAs(f,t1), s(f,t2),.,s(f,tN), TDMA碼型函數(shù)7.1 概述概述根本概念多址接入與信道分類(lèi)頻分多址(FDMA),頻道劃分,頻帶獨(dú)享,時(shí)間共享時(shí)分多址(TDMA),時(shí)隙劃分,時(shí)隙獨(dú)享,頻率共享碼分多址(CDMA),碼型劃分

3、，時(shí)隙、頻率共享空分多址(SDMA),空間角度劃分,頻率/時(shí)隙/碼共享7.2 頻分多址方式頻分多址方式7.2.1 系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理頻分多址頻分多址Frequency Division Multiple Access- FDMA): 頻道劃分，頻帶獨(dú)享，時(shí)間共享頻道劃分，頻帶獨(dú)享，時(shí)間共享 7.2 頻分多址方式頻分多址方式信道1信道2信道3信道N代碼頻率時(shí)間7.2 頻分多址方式頻分多址方式FDMA系統(tǒng)的頻譜管理FDD, Frequency Division Duplex.反向信道 維護(hù)頻帶 前向信道維護(hù)頻隙f1 f2 fN f1 f2 fN 7.2 頻分多址方式頻分多址方式無(wú)線(xiàn)通訊系統(tǒng)的多址接入

4、方式7.2 頻分多址方式頻分多址方式7.2.2 FDMA系統(tǒng)中的干擾問(wèn)題互調(diào)干擾非線(xiàn)性效應(yīng)線(xiàn)性度，頻率規(guī)劃鄰道干擾寄生輻射頻道間隔同頻道干擾同頻小區(qū)蜂窩構(gòu)造7.2 頻分多址方式頻分多址方式7.2.3 FDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)1.單路單載波傳輸：每個(gè)頻道只傳送一路業(yè)務(wù)信息。載波間隔必需滿(mǎn)足業(yè)務(wù)信息傳輸帶寬的要求。2.信號(hào)延續(xù)傳輸：在分配好話(huà)音信道后，基站和挪動(dòng)臺(tái)同時(shí)延續(xù)不斷的發(fā)送和接納。3.需求縝密的頻率規(guī)劃，是一個(gè)頻道受限和干擾受限系統(tǒng)。4.實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，無(wú)需自順應(yīng)平衡。5.基站需求多個(gè)收發(fā)信道設(shè)備,越區(qū)切換復(fù)雜。6.頻率利用率低，容量小。7.3 時(shí)分多址時(shí)分多址7.3.1時(shí)分多址系統(tǒng)原理時(shí)分多址系統(tǒng)原

5、理 Time Division Multiple Access- TDMA): 時(shí)隙劃分，時(shí)隙劃分，時(shí)隙獨(dú)享，頻率共享時(shí)隙獨(dú)享，頻率共享 7.3 時(shí)分多址時(shí)分多址7.3 時(shí)分多址時(shí)分多址時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用7.3 時(shí)分多址時(shí)分多址7.3.2 TDMA的幀構(gòu)造的幀構(gòu)造 頭比特 信息 尾比特 時(shí)隙1 時(shí)隙2 時(shí)隙3 時(shí)隙N 尾比特 同步比特 信息數(shù)據(jù) 保護(hù)比特一個(gè)TDMA幀7.3 時(shí)分多址時(shí)分多址7.3.2 TDMA的幀構(gòu)造的幀構(gòu)造 TD-SCDMA的幀構(gòu)造的幀構(gòu)造上下行非對(duì)稱(chēng)業(yè)務(wù)上下行非對(duì)稱(chēng)業(yè)務(wù)時(shí)隙動(dòng)態(tài)分配時(shí)隙動(dòng)態(tài)分配UpPTS(160chips)Subframe 5ms (6400chip)1.2

6、8McpsDwPTS(96chips)GP (96chips)Switching PointSwitching Point7.3 時(shí)分多址時(shí)分多址7.3.3 TDMA系統(tǒng)的同步與定時(shí)位同步針對(duì)每個(gè)時(shí)隙，接納機(jī)解調(diào)所需幀同步針對(duì)每個(gè)幀，進(jìn)展復(fù)用/解復(fù)用所需系統(tǒng)定時(shí)全網(wǎng)同步，時(shí)間基準(zhǔn)主從同步獨(dú)立時(shí)鐘同步7.3 時(shí)分多址時(shí)分多址7.3.3 TDMA系統(tǒng)的同步與定時(shí)7.3 時(shí)分多址時(shí)分多址7.3.4 TDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)突發(fā)傳輸速率高語(yǔ)音編碼速率，NR bit/s；發(fā)射信號(hào)速率隨N的增大而提高,需求自順應(yīng)平衡；不需雙工器；基站復(fù)雜性減小；抗干擾才干強(qiáng)，頻率利用率高，容量大越區(qū)切換簡(jiǎn)單IS-和GSM那么綜

7、合了FDMA和TDMA7.4 碼分多址碼分多址7.4.1 系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理 碼分多址碼分多址Code Division Multiple Access- CDMA):碼形劃分，時(shí)隙、頻率共享碼形劃分，時(shí)隙、頻率共享 信道1信道2信道3信道N代碼頻率時(shí)間7.4 碼分多址碼分多址CDMA系統(tǒng)任務(wù)原理 MSC MS1 MS2 MS3 C1 C1 C2 C2 C3 C3 BS 7.4 碼分多址碼分多址7.4 碼分多址碼分多址 擴(kuò)頻解調(diào) 信息解調(diào) D1 PN碼發(fā)生器 同步電路 擴(kuò)頻調(diào)制 信息調(diào)制 信息 PN碼發(fā)生器 B1 B2 B2+N B1 D1 N：噪音 7.4 碼分多址碼分多址7.4.2 正交Wa

8、lsh函數(shù)Walsh函數(shù)波形 t t t t t t t t Wal(0,t) Wal(1,t) Wal(2,t) Wal(3,t) Wal(4,t) Wal(5,t) Wal(6,t) Wal(7,t) 0000000000001111001111000011001101 1001 1001 1010010101 1010010101017.4 碼分多址碼分多址7.4.2 正交Walsh函數(shù)遞推關(guān)系220242 2220000000101(0) 01001101 10HHHHHHHH4484 4440000000000001111001111000011001101 1001 1001 10

9、10010101 101001010101HHHHHH2NNNNNHHHHH7.4 碼分多址碼分多址7.4.2 正交Walsh函數(shù)同步時(shí)，Walsh碼是完全正交碼自相關(guān)函數(shù)為1，相互關(guān)函數(shù)為0在非同步情形下，Walsh碼的自相關(guān)特性和相互關(guān)特性很差Walsh碼序列的功率譜分布彼此不均勻;所以不能單獨(dú)承當(dāng)擴(kuò)頻義務(wù)，通常采用Walsh碼與Gold序列的結(jié)合7.4 碼分多址碼分多址7.4.3 m序列偽隨機(jī)碼：生成m序列是最長(zhǎng)線(xiàn)性移位存放器序列的簡(jiǎn)稱(chēng)；m序列是由多級(jí)移位存放器或其他延遲元件經(jīng)過(guò)線(xiàn)性反響產(chǎn)生的最長(zhǎng)的碼序列。在二進(jìn)制移位存放器發(fā)生器中，假設(shè)n為級(jí)數(shù)，那么所能產(chǎn)生的最大長(zhǎng)度的碼序列為2n-1

10、位。7.4 碼分多址碼分多址7.4.3 m序列偽隨機(jī)碼：產(chǎn)生電路7.4 碼分多址碼分多址7.4.3 m序列偽隨機(jī)碼：性質(zhì)在m序列中一個(gè)周期內(nèi)“1的數(shù)目比“0的數(shù)目多 l位; 普通說(shuō)來(lái)，m序列中長(zhǎng)為k(1 k n 2)的游程數(shù)占游程總數(shù)的l2km序列和其位移序列模2加后仍為m序列；m序列發(fā)生器中的移位存放器的各形狀中，除全0外，其他形狀在一個(gè)周期中只能出現(xiàn)一次。7.4 碼分多址碼分多址7.4.3 m序列偽隨機(jī)碼：自相關(guān)和相互關(guān)m序列的自相關(guān)函數(shù)由下式計(jì)算(p = 2n 1):m序列發(fā)生器中，并不是任何抽頭組合都能產(chǎn)生m序列。總結(jié)：m序列的自相關(guān)性很好，但相互關(guān)性不好并為多值，好的m序列數(shù)目很少7

11、.4 碼分多址碼分多址7.4.3 m序列偽隨機(jī)碼：自相關(guān)性相互關(guān)計(jì)算ai=1110100與bi=1110010t=0時(shí),ai+ bi=0000110,A=5,D=2,Rc=3/7t=1時(shí),ai+ bi=1001101,A=3,D=4,Rc=-1/77.4 碼分多址碼分多址7.4.4 Gold序列序列R.Gold 于于1967年提出的一種基于年提出的一種基于m序列序列優(yōu)選對(duì)的碼序列優(yōu)選對(duì)的碼序列;有較優(yōu)良的自相關(guān)和相互關(guān)特性，構(gòu)造有較優(yōu)良的自相關(guān)和相互關(guān)特性，構(gòu)造簡(jiǎn)單，產(chǎn)生的序列數(shù)多，因此獲得了簡(jiǎn)單，產(chǎn)生的序列數(shù)多，因此獲得了廣泛的運(yùn)用廣泛的運(yùn)用;如有兩個(gè)如有兩個(gè)m序列，它們的相互關(guān)函數(shù)的序列，

12、它們的相互關(guān)函數(shù)的絕對(duì)值有界，且滿(mǎn)足以下條件：絕對(duì)值有界，且滿(mǎn)足以下條件： 稱(chēng)這一對(duì)稱(chēng)這一對(duì)m序列為優(yōu)選對(duì)。序列為優(yōu)選對(duì)。7.4 碼分多址碼分多址7.4.4 Gold序列序列:發(fā)生電路發(fā)生電路7.4 碼分多址碼分多址7.4.4 Gold序列序列:特性特性相關(guān)特性：優(yōu)良相關(guān)特性：優(yōu)良自相關(guān)峰鋒利，相互關(guān)函數(shù)值自相關(guān)峰鋒利，相互關(guān)函數(shù)值-t(n)/P數(shù)量：多，數(shù)量：多，2n+1周期周期P=2n-1平衡性：好平衡性：好一個(gè)周期內(nèi)，一個(gè)周期內(nèi)，“1碼元個(gè)數(shù)比碼元個(gè)數(shù)比“0碼碼元個(gè)數(shù)僅多一個(gè)元個(gè)數(shù)僅多一個(gè) = 平衡調(diào)制時(shí)抑制平衡調(diào)制時(shí)抑制載波峰平比載波峰平比n為奇時(shí)為奇時(shí),有有2n-1+1個(gè)個(gè);n為偶時(shí)

13、為偶時(shí),有有2n-1+2n-2+1個(gè)個(gè)7.4 碼分多址碼分多址7.4.5 CDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn)共享頻率；共享頻率；通訊容量大；通訊容量大；容量具有軟特性；容量具有軟特性；減小多徑衰落；頻率分集減小多徑衰落；頻率分集平滑的軟切換和有效的宏分集平滑的軟切換和有效的宏分集低信號(hào)功率譜密度低信號(hào)功率譜密度7.4 碼分多址碼分多址 擴(kuò)頻通訊具有很強(qiáng)的干擾抑制的才干，常用擴(kuò)頻通訊具有很強(qiáng)的干擾抑制的才干，常用擴(kuò)頻增益表示系統(tǒng)的抗干擾才干：擴(kuò)頻增益表示系統(tǒng)的抗干擾才干： Bw為擴(kuò)頻信號(hào)帶寬；為擴(kuò)頻信號(hào)帶寬； Bs為信息帶寬；為信息帶寬； (C/N)o和和(C/N)i為擴(kuò)頻解調(diào)器輸出和輸入為擴(kuò)頻解調(diào)器輸出和輸入載波噪聲功率比。載波噪聲功率比。 ioswpNCNCBBG)/()/(7.4 碼分多址碼分多址7.4.5 CDMA系統(tǒng)的