第四章多址通信技術(shù)

第四章多址通信技術(shù)第一頁(yè)，共50頁(yè)。第四章多址通信技術(shù)4.1無線通信的多址技術(shù)概述4.2頻分多址4.3時(shí)分多址4.4碼分多址4.5空分多址4.6混合多址4.7正交頻分復(fù)用第二頁(yè)，共50頁(yè)。4.1無線通信的多址技術(shù)概述

4.1.1多址接入多址技術(shù)：當(dāng)把多個(gè)用戶接入一個(gè)公共的傳輸媒質(zhì)量實(shí)現(xiàn)相互間通信時(shí)，需要給每個(gè)用戶的信號(hào)賦以不同的特征，以區(qū)分不同的用戶，這種技術(shù)稱為多址技術(shù)。

第三頁(yè)，共50頁(yè)。4.1無線通信的多址技術(shù)概述

4.1.2雙工技術(shù)

雙工方式FDD：收發(fā)共用一個(gè)時(shí)隙，收發(fā)頻率分開、接收和發(fā)送占用不同的頻段特點(diǎn)：合理安排頻率；TDD：收發(fā)共用一個(gè)頻率、接收和發(fā)送占用不同的時(shí)隙來完成；特點(diǎn)：收發(fā)存在時(shí)間間隔第四頁(yè)，共50頁(yè)。4.1無線通信的多址技術(shù)概述

4.1.2雙工技術(shù)雙工方式和多址方式要統(tǒng)一考慮；主要多址方式：FDMA、TDMA、CDMA；窄帶系統(tǒng)采用方式：FDMA/FDD、TDMA/FDD、TDMA/TDD；寬帶系統(tǒng)采用方式：TDMA、CDMA/FDD、TDD；第五頁(yè)，共50頁(yè)。2.1無線通信的多址技術(shù)概述

4.1.2雙工技術(shù)CDMA/FDD美國(guó)窄帶擴(kuò)頻（IS－95）TDMA/TDD歐洲數(shù)字無繩電話（DECT）FDMA/TDDCT2（無繩電話）TDMA/FDD日本數(shù)字蜂窩（JDC）TDMA/FDD美國(guó)數(shù)字蜂窩（USDC）TDMA/FDD全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）FDMA/FDD高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)（AMPS）多址/雙工技術(shù)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)第六頁(yè)，共50頁(yè)。4.1無線通信的多址技術(shù)概述

4.1.3窄帶和寬帶接入相干帶寬是描述時(shí)延擴(kuò)展的指標(biāo)，是表征多徑信道特性的一個(gè)重要參數(shù)。它是指某一特定的頻率范圍，在該頻率范圍內(nèi)的任意兩個(gè)頻率分量都具有很強(qiáng)的幅度相關(guān)性。通常，相干帶寬近似等于最大多徑時(shí)延的倒數(shù)。從頻域看，如果相干帶寬小于發(fā)送信道的帶寬，則該信道特性會(huì)導(dǎo)致接收信號(hào)波形產(chǎn)生頻率選擇性衰落窄帶和寬帶的區(qū)別基于信道的帶寬和相干帶寬之比。移動(dòng)通信中，第三代為寬帶，第二代為窄帶。CDMA為寬帶，TDMA、FDMA為窄帶。第七頁(yè)，共50頁(yè)。4.1無線通信的多址技術(shù)概述

4.1.3窄帶和寬帶接入時(shí)延擴(kuò)展：多徑傳輸下各路徑長(zhǎng)度不同使得信號(hào)到達(dá)時(shí)間不同，基站發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)，則接收信號(hào)中不僅含有該信號(hào)，還包含有它的各個(gè)時(shí)延信號(hào)。這種由于多徑效應(yīng)使接收信號(hào)脈沖寬度擴(kuò)展的現(xiàn)象，稱為時(shí)延擴(kuò)展。時(shí)延擴(kuò)展定義為最大傳輸時(shí)延和最小傳輸時(shí)延的差值，即最后一個(gè)可分辨的時(shí)延信號(hào)與第一個(gè)時(shí)延信號(hào)到達(dá)時(shí)間的差值，實(shí)際上就是脈沖展寬的時(shí)間。時(shí)延擴(kuò)展是衡量多徑傳播信道質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。第八頁(yè)，共50頁(yè)。4.1無線通信的多址技術(shù)概述

4.1.3多址接入的正交條件多址接入技術(shù)是設(shè)計(jì)載波及其參量，使多用戶的已調(diào)制信號(hào)相互正交。在多個(gè)用戶信號(hào)是正交的情況下，即使它們一起傳輸，可以利用正交性來分離出所需的信號(hào)。多址接入是兩個(gè)過程：多用戶信號(hào)的合并和分離。第九頁(yè)，共50頁(yè)。4.1無線通信的多址技術(shù)概述

4.1.3多址接入的正交條件設(shè)：有K個(gè)用戶地址，為使K個(gè)用戶信號(hào)成正交，必須滿足條件：T為正交周期，是數(shù)字系號(hào)的符號(hào)寬度。兩式合并得到：第十頁(yè)，共50頁(yè)。4.1無線通信的多址技術(shù)概述

4.1.4多址傳輸模型共有N個(gè)地址，第k個(gè)地址發(fā)送的信號(hào)為：其中skj(t)為kj的信號(hào)，akj=1或0k多址信道sk(t)rk(t)第十一頁(yè)，共50頁(yè)。4.1無線通信的多址技術(shù)概述

4.1.4多址傳輸模型第k個(gè)地址接收的信號(hào)為：其中Lik為ik的傳輸系數(shù)，nk(t)為k的接收機(jī)噪聲。說明：

第十二頁(yè)，共50頁(yè)。4.1無線通信的多址技術(shù)概述

4.1.4多址傳輸模型要實(shí)現(xiàn)多址通信，必需在k站分離出其它各站送給它的信號(hào)：rk(t)M1k()M2k()MNk()s1k(t)s2k(t)sNk(t)第十三頁(yè)，共50頁(yè)。4.1無線通信的多址技術(shù)概述

4.1.4多址傳輸模型圖中Mnk()是對(duì)r(t)進(jìn)行某種運(yùn)算的算符，在不考慮噪聲的情況下：多址傳輸?shù)闹饕獑栴}是選擇合適的波形集sij(t)和相應(yīng)的算符集Mnk()，以滿足正交分割的要求。第十四頁(yè)，共50頁(yè)。4.2頻分多址

4.2.1頻分多址的工作原理是頻率域上的正交分割。信號(hào)集采用在頻譜上互不重疊載頻，算符集采用不同載頻的帶通濾波器。f1f2f3f4f5f6Sij(f)Mnk()fff5第十五頁(yè)，共50頁(yè)。4.2頻分多址

4.2.2頻分多址的信道配置FDMA/FDD、TDD信道配置圖代碼時(shí)間信道1信道2信道3信道n頻率第十六頁(yè)，共50頁(yè)。4.2頻分多址

4.2.3頻分多址的技術(shù)特點(diǎn)FDMA通常在窄帶系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；符號(hào)時(shí)間遠(yuǎn)大于延時(shí)擴(kuò)展，不需要均衡；不間斷發(fā)送，系統(tǒng)額外開銷少；系統(tǒng)簡(jiǎn)單，但需要雙工器，同時(shí)需要精確的射頻帶通濾波器來消除相鄰信道干擾，消除基站的雜散輻射。第十七頁(yè)，共50頁(yè)。4.2頻分多址

4.2.4頻分多址的非線性效應(yīng)由于發(fā)射機(jī)功率放大器的非線性，會(huì)產(chǎn)生：頻譜展寬：?jiǎn)屋d波的發(fā)送信號(hào)經(jīng)過非線性信道，會(huì)產(chǎn)生頻譜展寬，并將對(duì)相鄰信道造成干擾。信號(hào)抑制：多載波的發(fā)送信號(hào)經(jīng)過非線性信道，會(huì)產(chǎn)生大信號(hào)抑制小信號(hào)的現(xiàn)象，影響通信效果。交調(diào)噪聲：多載波的發(fā)送信號(hào)經(jīng)過非線性信道，在發(fā)送信號(hào)頻率以外會(huì)產(chǎn)生交調(diào)噪聲，并將對(duì)其它的業(yè)務(wù)信道造成干擾。第十八頁(yè)，共50頁(yè)。4.2頻分多址

4.2.5頻分多址的關(guān)鍵技術(shù)問題需要很好解決信道的非線性問題目標(biāo)：希望保持發(fā)送頻譜的形狀，主瓣不會(huì)展寬，旁瓣不會(huì)隆起；此外，不會(huì)在其它頻率上產(chǎn)生交調(diào)頻率分量。方法：（1）采用高線性度的功率放大器；（2）合理配置頻率避開交調(diào)分量；（3）功率放大器的輸出功率倒退法；（4）功率放大器的線性補(bǔ)償法。第十九頁(yè)，共50頁(yè)。4.2頻分多址

4.2.6頻分多址的典型應(yīng)用舉例美國(guó)AMPS系統(tǒng)：FDMA/FDD，模擬窄帶調(diào)頻（NBFM），按需分配頻率；同時(shí)支持的信道數(shù)：

N＝（Bt－2B保護(hù)）/BcBt系統(tǒng)帶寬，Bc信道帶寬，B保護(hù)為分配頻率時(shí)的保護(hù)帶寬。第二十頁(yè)，共50頁(yè)。4.2頻分多址

4.2.6頻分多址的典型應(yīng)用舉例例：如Bt為12.5MHz，B保護(hù)為10KHz，Bc為30KHz，求FDMA系統(tǒng)的有效信道數(shù)。解：N＝（Bt－2B保護(hù)）/Bc

將上述數(shù)值代入即有N＝416第二十一頁(yè)，共50頁(yè)。4.3時(shí)分多址

4.3.1時(shí)分多址的工作原理時(shí)分多址：信號(hào)集按不同的時(shí)隙進(jìn)行分割，并讓各個(gè)地址的信號(hào)在時(shí)間上互不重疊。算符集采用相應(yīng)時(shí)隙的選擇開關(guān)。t1t2t3t4t5t4ttsij(t)Mnk()第二十二頁(yè)，共50頁(yè)。4.3時(shí)分多址

42.3.2時(shí)分多址的信道配置TDMA/TDD、FDD

信道配置圖代碼時(shí)隙時(shí)間頻率信道N信道1信道2信道3第二十三頁(yè)，共50頁(yè)。4.3時(shí)分多址

4.3.3時(shí)分多址的幀結(jié)構(gòu)TDMA幀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)比特第二十四頁(yè)，共50頁(yè)。4.3時(shí)分多址

4.3.4時(shí)分多址的技術(shù)特點(diǎn)多用戶共享一個(gè)載波頻率，時(shí)隙數(shù)取決于有效帶寬和調(diào)制技術(shù)等；數(shù)據(jù)分組發(fā)送，不連續(xù)發(fā)送，需開關(guān)；由于速率較高，往往需要采用均衡器；系統(tǒng)開銷大，包括保護(hù)時(shí)隙、同步時(shí)隙等；采用時(shí)隙重新分配的方法，為用戶提供所需要的帶寬。第二十五頁(yè)，共50頁(yè)。4.3時(shí)分多址

4.3.5時(shí)分多址的效率系統(tǒng)效率：在發(fā)射數(shù)據(jù)中信息所占的百分比。幀效率：發(fā)送數(shù)據(jù)比特在一幀中所占的百分比。第二十六頁(yè)，共50頁(yè)。4.3時(shí)分多址

4.3.6時(shí)分多址系統(tǒng)的信道數(shù)總的信道數(shù)：總的TDMA時(shí)隙數(shù)。即每一信道的TDMA時(shí)隙數(shù)乘以有效信道數(shù)。

N＝(m(Btot－2B保護(hù)))/Bcm為每個(gè)信道所支持的TDMA用戶數(shù)，Btot信道帶寬，B保護(hù)保護(hù)帶寬，Bc用戶帶寬。第二十七頁(yè)，共50頁(yè)。4.3時(shí)分多址

4.3.6時(shí)分多址系統(tǒng)的應(yīng)用舉例例：GSM系統(tǒng)，總帶寬25MHz，一個(gè)信道200KHz，具有8個(gè)TDMA用戶，未設(shè)保護(hù)帶寬，求總用戶數(shù)。解：Bc＝200/8＝25KHzN＝25×106/25×103＝1000第二十八頁(yè)，共50頁(yè)。4.3時(shí)分多址

4.3.6時(shí)分多址的關(guān)鍵技術(shù)問題數(shù)據(jù)緩沖技術(shù)突發(fā)解調(diào)技術(shù)分幀同步技術(shù)第二十九頁(yè)，共50頁(yè)。4.3時(shí)分多址

4.3.6時(shí)分多址的關(guān)鍵技術(shù)問題一、數(shù)據(jù)緩沖技術(shù)實(shí)現(xiàn)均勻突發(fā)和突發(fā)均勻的變換發(fā)緩沖收緩沖發(fā)送均勻數(shù)據(jù)發(fā)送突發(fā)數(shù)據(jù)接收突發(fā)數(shù)據(jù)接收均勻數(shù)據(jù)第三十頁(yè)，共50頁(yè)。4.3時(shí)分多址

4.3.6時(shí)分多址的關(guān)鍵技術(shù)問題二、突發(fā)解調(diào)技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)是解調(diào)過程中的載波快速同步與時(shí)鐘快速同步。載波快速同步的一種方法：延時(shí)相干解調(diào)時(shí)鐘快速同步的一種方法：步進(jìn)相位選擇第三十一頁(yè)，共50頁(yè)。4.3時(shí)分多址

4.3.6時(shí)分多址的關(guān)鍵技術(shù)問題三、分幀同步技術(shù)分幀同步的指標(biāo)：建立時(shí)間、保持時(shí)間、同步精度分幀同步質(zhì)量影響保護(hù)時(shí)隙多少，因而影響系統(tǒng)效率為了減少傳播延時(shí)變化所帶來的影響，需要采用自適應(yīng)時(shí)隙跟蹤方法第三十二頁(yè)，共50頁(yè)。4.4碼分多址

4.4.1碼分多址技術(shù)分類直擴(kuò)碼分多址（DS-CDMA）跳頻碼分多址（FH-CDMA）多載波碼分多址第三十三頁(yè)，共50頁(yè)。4.4碼分多址

4.4.2碼分多址的特點(diǎn)方法：窄帶調(diào)制信號(hào)與偽隨機(jī)序列（PN碼）直接相乘（直擴(kuò)），或由PN序列控制載波發(fā)射頻率（跳頻），達(dá)到展寬頻譜的目的。性能：（1）各用戶使用同一頻段，頻譜效率較高；（2）具有抗多徑、抗干擾特性；（3）采用RAKE接收機(jī)提高抗多徑性能；（4）PN碼具有類似噪聲的性能；（5）發(fā)射譜密度低，信號(hào)隱蔽。第三十四頁(yè)，共50頁(yè)。4.4碼分多址

4.4.3直擴(kuò)碼分多址一、直擴(kuò)工作原理碼分多址的首要問題是選擇盡量好的正交碼組。這是子碼域上的正交分割。信號(hào)集采用互相正交的地址碼序列，算符集采用地址碼相關(guān)器。i1i2iNCi1(t)Ci2(t)CiN(t)i地址發(fā)ij地址收第三十五頁(yè)，共50頁(yè)。4.4碼分多址

4.4.3直擴(kuò)碼分多址二、信道配置頻率時(shí)間代碼C1C2CN第三十六頁(yè)，共50頁(yè)。4.4碼分多址

4.4.3直擴(kuò)碼分多址三、系統(tǒng)參數(shù)信息速率：原始信息的速率碼片（chip）速率：地址碼速率擴(kuò)頻比：碼片速率和信息速率的比值地址碼周期、地址碼碼長(zhǎng)地址碼的正交性及數(shù)目地址碼的同步及捕獲性能第三十七頁(yè)，共50頁(yè)。4.4碼分多址

4.4.3直擴(kuò)碼分多址三、擴(kuò)頻的實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻過程框圖信息碼擴(kuò)頻（模二和）BPSK調(diào)制地址碼載波發(fā)端已調(diào)信號(hào)發(fā)送碼第三十八頁(yè)，共50頁(yè)。4.4碼分多址

4.4.3直擴(kuò)碼分多址擴(kuò)頻過程波形101110信息碼地址碼發(fā)送碼0000000000000000000000發(fā)端已調(diào)信號(hào)第三十九頁(yè)，共50頁(yè)。4.4碼分多址

4.4.3直擴(kuò)碼分多址四、解擴(kuò)的實(shí)現(xiàn)解擴(kuò)過程框圖解擴(kuò)（相乘）BPSK解調(diào)接收信號(hào)參考地址碼參考載波收端信息碼接收信號(hào)（擴(kuò)頻）（解擴(kuò)）第四十頁(yè)，共50頁(yè)。4.4碼分多址

4.4.3直擴(kuò)碼分多址解擴(kuò)過程波形10111000收端信息碼參考地址碼接收信號(hào)（解擴(kuò)）0000000000000000000000接收信號(hào)（擴(kuò)頻）第四十一頁(yè)，共50頁(yè)。4.4碼分多址

4.4.3直擴(kuò)碼分多址五、關(guān)鍵技術(shù)地址碼的選擇地址碼的捕獲與跟蹤遠(yuǎn)近效應(yīng)與功率控制第四十二頁(yè)，共50頁(yè)。4.4碼分多址

4.4.3直擴(kuò)碼分多址1、地址碼的選擇最典型的是m序列，即：最長(zhǎng)線性移位寄存器序列。第四十三頁(yè)，共50頁(yè)。4.4碼分多址

4.4.3直擴(kuò)碼分多址2、地址碼的捕獲與跟蹤這是碼分多址的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，可以分為二個(gè)過程：（1）確定地址碼的相位，稱為捕獲。（2）維持地址碼相位的同步，稱為跟蹤。采用方法舉例：（1）捕獲可以采用匹配濾波器。（2）跟蹤可以采用延遲鎖定環(huán)。第四十四頁(yè)，共50頁(yè)。4.4碼分多址

4.4.3直擴(kuò)碼分多址3、遠(yuǎn)近效應(yīng)與功率控制什么叫做遠(yuǎn)近效應(yīng)？遠(yuǎn)近效應(yīng)，就是指當(dāng)基站同時(shí)接收兩個(gè)距離不同的移動(dòng)臺(tái)發(fā)來的信號(hào)時(shí)，由于距離基站較近的移動(dòng)臺(tái)信號(hào)較強(qiáng)，距