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1、第六章多址通信技术第1页，共105页，编辑于2022年，星期三内容提要内容提要n n概述n n频分多址（FDMA）n n时分多址（TDMA）n n码分多址（CDMA）n n空分多址（SDMA）第2页，共105页，编辑于2022年，星期三概述概述第3页，共105页，编辑于2022年，星期三多址传输模型多址传输模型(1)(1)n n点对多点的接人方式点对多点的接人方式 n n假定有假定有K K个用户，第个用户的归一化信号表示为个用户，第个用户的归一化信号表示为 式中式中 ，是用户，是用户i i的信息信号，在数字通信中可以是数字的信息信号，在数字通信中可以是数字序列；序列；是用户是用户i i的载波，
2、其参量称为复接参量。的载波，其参量称为复接参量。为了为了K K个用户的信号互成正交，必须满足条件个用户的信号互成正交，必须满足条件 1 1 0 0 式中，式中，T T是正交周期，对于数字信号是数据的符号宽度。是正交周期，对于数字信号是数据的符号宽度。第4页，共105页，编辑于2022年，星期三 1 0对于数字信号，信息符号在持续时间T内的归一化值是1，由上式可得正交条件为 1 0第5页，共105页，编辑于2022年，星期三多址传输模型多址传输模型(2)(2)n n第第k k个地址接收的信号为：个地址接收的信号为：其中其中L Lik ik为为i ik k的传输系数，的传输系数，n nk k(t)
3、(t)为为k k的接收机噪声。的接收机噪声。n n说明：说明：第6页，共105页，编辑于2022年，星期三多址传输模型多址传输模型(3)(3)n n要实现多址通信，必需在要实现多址通信，必需在k k站分离出其它各站送给它的信号：站分离出其它各站送给它的信号：rk(t)M1k()M2k()MNk()s1k(t)s2k(t)sNk(t)第7页，共105页，编辑于2022年，星期三多址传输模型多址传输模型(4)(4)n n图中图中MMnknk()是对是对r(t)r(t)进行某种运算的算符，在不考虑噪声的情况进行某种运算的算符，在不考虑噪声的情况下：下：n n多址传输的主要问题是选择合适的波形集多址传
4、输的主要问题是选择合适的波形集s sij ij(t)(t)和相应的算符集和相应的算符集 MMnknk()，以满足正交分割的要求。以满足正交分割的要求。第8页，共105页，编辑于2022年，星期三信号分割技术信号分割技术n n信号的分割信号的分割正交n nFDMAFDMAn nTDMATDMAn nSDMASDMA非正交n nCDMA第9页，共105页，编辑于2022年，星期三双工技术双工技术n n多址还要考虑双工方式多址还要考虑双工方式 FDDFDD：收发频率分开、接收和发送通过滤波器来完成；：收发频率分开、接收和发送通过滤波器来完成；特点：合理安排频率；特点：合理安排频率；优点是双向传输在不
5、同的频带，不优点是双向传输在不同的频带，不会受时延扩展的影响；缺点是需要两套收发信机，两个独会受时延扩展的影响；缺点是需要两套收发信机，两个独立的频带。立的频带。TDDTDD：收发共用一个频率、接收和发送通过开关来完成；：收发共用一个频率、接收和发送通过开关来完成；特点：收发存在时间间隔。特点：收发存在时间间隔。便于测试的精确反馈，也便于便于测试的精确反馈，也便于组织不对称传输。双向传输会受时延扩展的影响，因此，传组织不对称传输。双向传输会受时延扩展的影响，因此，传输距离不能太大。输距离不能太大。第10页，共105页，编辑于2022年，星期三各种系统各种系统n n双工方式和多址方式要统一考虑；
6、n n主要多址方式：主要多址方式：FDMAFDMA、TDMATDMA、CDMACDMA；n n窄带系统采用方式：窄带系统采用方式：FDMA/FDDFDMA/FDD、TDMA/FDDTDMA/FDD、TDMA/TDDTDMA/TDD；n n宽带系统采用方式：TDMATDMA、CDMA/FDDCDMA/FDD、TDDTDD；n n空分多址（空分多址（SDMASDMA）是一种辅助方式。是一种辅助方式。n n正交频分复用正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivision(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexingMultiplexing，OFDM)
7、OFDM)技术，有希望成为未来移动通技术，有希望成为未来移动通信中高速数据传输所采用的技术。信中高速数据传输所采用的技术。第11页，共105页，编辑于2022年，星期三各种系统（续）各种系统（续）CDMA/FDD美国窄带扩频（IS95）TDMA/TDD欧洲数字无绳电话（DECT）FDMA/TDDCT2（无绳电话）TDMA/FDD日本数字蜂窝（JDC）TDMA/FDD美国数字蜂窝（USDC）TDMA/FDD全球移动通信系统（GSM）FDMA/FDD高级移动电话系统（AMPS）多址技术蜂窝移动 通信系统第12页，共105页，编辑于2022年，星期三频分多址频分多址第13页，共105页，编辑于202
8、2年，星期三工作原理工作原理n n这是频率域上的正交分割。信号集采用在频谱上互不重叠载频，算这是频率域上的正交分割。信号集采用在频谱上互不重叠载频，算符集采用不同载频的带通滤波器。符集采用不同载频的带通滤波器。f1f2f3f4f5f6f5Sij(f)Mnk()ff第14页，共105页，编辑于2022年，星期三工作原理（续）工作原理（续）n n这时，这时，n nk k的选址输出为：的选址输出为：第15页，共105页，编辑于2022年，星期三特例情况n n令：n n则：n n如果和足够大，式可近似为正交 0第16页，共105页，编辑于2022年，星期三信道配置信道配置n nFDMA/FDD、TDD
9、信道配置图代码时间频率信道1信道2信道3信道n第17页，共105页，编辑于2022年，星期三技术特点技术特点n nFDMA通常在窄带系统实现；n n符号时间远大于延时扩展，不需要均衡；n n不间断发送，系统额外开销少；n n系统简单，但需要双工器，同时需要精确的射频带通滤波器来消除相邻信道干扰，消除基站的杂散 辐射。n n信道非线性是FDMA系统的主要矛盾。第18页，共105页，编辑于2022年，星期三FDMA的非线性效应的非线性效应n n由于发射机功率放大器的非线性，会产生：由于发射机功率放大器的非线性，会产生：n n频谱展宽：单载波的发送信号经过非线性信道，会产生频谱展宽：单载波的发送信号
10、经过非线性信道，会产生频谱展宽，并将对相邻信道造成干扰。频谱展宽，并将对相邻信道造成干扰。n n信号抑制：多载波的发送信号经过非线性信道，会产信号抑制：多载波的发送信号经过非线性信道，会产生大信号抑制小信号的现象，影响通信效果。生大信号抑制小信号的现象，影响通信效果。n n交调噪声：多载波的发送信号经过非线性信道，在发送交调噪声：多载波的发送信号经过非线性信道，在发送信号频率以外会产生交调噪声，并将对其它的业务信道信号频率以外会产生交调噪声，并将对其它的业务信道造成干扰。造成干扰。第19页，共105页，编辑于2022年，星期三交调举例交调举例n n例：例：IMIMmf1+nf2mf1+nf2，
11、m,nm,n为任意整数，如：为任意整数，如：f1=930MHzf1=930MHz，f2=932MHzf2=932MHz，求落在工作频率为，求落在工作频率为192019201940MHz1940MHz的交调频率。的交调频率。n n解：可能的频率有：解：可能的频率有：（2n+12n+1）f1f1（2 2）2nf22nf2（1 1），），（2n+22n+2）f1f1（2 2）（）（2n+12n+1）f2f2（1 1）等等，）等等，n=0,1,2.n=0,1,2.1946*1942*193819341944*19401936193219161920192419281918192219261930n=3
12、n=2n=1n=0第20页，共105页，编辑于2022年，星期三关键技术问题关键技术问题n n需要很好解决信道的非线性问题n n目标：希望保持发送频谱的形状，主瓣不会展宽，旁瓣不会隆起；此外，不会在其它频率上产生交调频率分量。n n方法：（1）采用高线性度的功率放大器；（2）合理配置频率避开交调分量；（3）功率放大器的输出功率倒退法；（4）功率放大器的线性补偿法。第21页，共105页，编辑于2022年，星期三典型应用举例典型应用举例n n美国AMPS系统：FDMA/FDD，模拟窄带调频（NBFM），按需分配频率；n n同时支持的信道数：N（Bt2B保护保护）/BcBt 系统带宽，Bc信道带宽，
13、B保护保护为分配频率时的保护带宽。第22页，共105页，编辑于2022年，星期三典型应用举例（续）典型应用举例（续）例：如Bt为12.5MHz，B保护保护 为10KHz，Bc为30KHz，求FDMA系统的有效信道数。解：N（Bt2B保护保护）/Bc 将上述数值代入即有N416第23页，共105页，编辑于2022年，星期三正交频分复用技术n n载波重叠第24页，共105页，编辑于2022年，星期三OFDM的基本原理的基本原理 n n基本思想n n设设didi是复数是复数QAMQAM符号，符号，NsNs是子载波数，是子载波数，T T为符号周期，为符号周期，fcfc是载是载波频率。开始于波频率。开始
14、于t ts s的的OFDMOFDM符号可以写为符号可以写为0第25页，共105页，编辑于2022年，星期三n n复基带信号为 0n nOFDM信号的4个子载波 第26页，共105页，编辑于2022年，星期三不同OFDM子载波之间的正交性 n n离散时间形式是离散傅里叶反变换 第27页，共105页，编辑于2022年，星期三OFDM系统系统 第28页，共105页，编辑于2022年，星期三n n相邻信号的重叠相邻信号的重叠n nOFDMOFDM的同步的同步的同步的同步 OFDMOFDM对相位噪声和频率偏移的敏感性要大得多。相位噪声主要有两种影响：随机相位变化 不能准确地从1/T1/T处分离各个子载波
15、，从而处分离各个子载波，从而导致导致ICIICI 对于定时偏移，OFDMOFDM具有更好的容忍性具有更好的容忍性 第29页，共105页，编辑于2022年，星期三OFDM的峰值功率的峰值功率 n n当当N个同相信号相加时，产生的峰值功率将是平均功个同相信号相加时，产生的峰值功率将是平均功率的率的N N倍。倍。n n降低降低PAPRPAPR 的技术的技术 一是信号失真技术，通过对峰值简单地进行一是信号失真技术，通过对峰值简单地进行非线性处理，使非线性处理，使OFDM信号峰值失真；信号峰值失真；二是采用特殊前向纠错码的编码技术，排除大PAPRPAPR的的OFDM符号；符号；三是对每个三是对每个OFD
16、M符号用优选的扰码序列进行符号用优选的扰码序列进行扰码。扰码。第30页，共105页，编辑于2022年，星期三峰值平均功率比的分布峰值平均功率比的分布 n nN N个子载波的个子载波的OFDMOFDM信号的复基带信号可以表示为信号的复基带信号可以表示为 式中，式中，是调制符号。根据中心极限定理，当是调制符号。根据中心极限定理，当N N足够大时，足够大时，的实部和虚部呈均值为的实部和虚部呈均值为0 0，方差为，方差为1/21/2的高斯分布。的高斯分布。带宽、比特率和延迟扩展带宽、比特率和延迟扩展 保护时间应是均方延迟扩展的保护时间应是均方延迟扩展的2 24 4倍倍 符号周期远比保护时间长符号周期远
17、比保护时间长，大于大于5 5倍。倍。参数的选择参数的选择 第31页，共105页，编辑于2022年，星期三OFDM的优缺点n n主要优点：主要优点：1)OFDMOFDM可可以以有有效效地地解解决决多多径径问问题题；对对一一定定的的延延迟迟扩扩展展，实实现难度远远低于使用均衡器的单载波系统。现难度远远低于使用均衡器的单载波系统。在相对低时变信道中，根据特定子载波的信噪比来调整每个在相对低时变信道中，根据特定子载波的信噪比来调整每个子载波的数据传输速率，可以有效地增加容量。子载波的数据传输速率，可以有效地增加容量。OFDMOFDM可以很好地抵抗窄带干扰，因为这些干扰只影响到一可以很好地抵抗窄带干扰，
18、因为这些干扰只影响到一部分子载波。部分子载波。n n一些缺点：一些缺点：1)1)OFDMOFDM对频率偏移和相位噪声更加敏感。对频率偏移和相位噪声更加敏感。OFDMOFDM需要相对更高的峰值平均功率比，这会降低需要相对更高的峰值平均功率比，这会降低RFRF放放大器的功效。大器的功效。第32页，共105页，编辑于2022年，星期三时分多址时分多址第33页，共105页，编辑于2022年，星期三工作原理工作原理n n这是时间域上的正交分割。信号集按不同的时隙进行分这是时间域上的正交分割。信号集按不同的时隙进行分割，并让各个地址的信号在时间上互不重叠。算符集采割，并让各个地址的信号在时间上互不重叠。算
19、符集采用相应时隙的选择开关。用相应时隙的选择开关。t1t2t3t4t5t4ttsij(t)Mnk()第34页，共105页，编辑于2022年，星期三工作原理（续）工作原理（续）n n这时，这时，n nk k的选址输出为：的选址输出为：第35页，共105页，编辑于2022年，星期三信道配置信道配置n nTDMA/TDDTDMA/TDD、FDDFDD 信道配置图信道配置图代码时隙时间频率信道N信道1信道2信道3第36页，共105页，编辑于2022年，星期三TDMA帧结构帧结构TDMA帧头比特信息尾比特时隙1时隙2时隙3时隙n尾比特同步比特信息数据保护比特第37页，共105页，编辑于2022年，星期三
20、技术特点技术特点n n多用户共享一个载波频率，时隙数取决于有效带宽和调制技术等；n n数据分组发送，不连续发送，需开关；n n由于速率较高，往往需要采用均衡器；n n系统开销大，包括保护时隙、同步时隙等；n n采用时隙重新分配的方法，为用户提高所需要的带宽。第38页，共105页，编辑于2022年，星期三TDMA的效率的效率n n系统效率：在发射数据中信息所占的百分比，不包括系统开销；n n帧效率：发送数据比特在一帧中所占的百分比。第39页，共105页，编辑于2022年，星期三TDMA系统的信道数系统的信道数n n总的信道数：总的TDMA时隙数。即每一信道的TDMA时隙数乘以有效信道数。N(m(
21、Btottot2B保护保护)/Bcm为每个信道所支持的TDMA用户数，Btottot信道带宽，B保护保护保护带宽，Bc用户带宽。第40页，共105页，编辑于2022年，星期三应用举例应用举例例：GSM系统，总带宽25MHz，一个信道200KHz，具有8个TDMA用户，未设保护带宽，求总用户数。解：Bc200/825KHz N25106 6/25 103 31000第41页，共105页，编辑于2022年，星期三TDMA的关键技术问题的关键技术问题n数据缓冲技术n突发解调技术n分帧同步技术第42页，共105页，编辑于2022年，星期三n n实现均匀实现均匀突发和突发突发和突发均匀的变换均匀的变换数
22、据缓冲技术数据缓冲技术发缓冲收缓冲发送均匀数据发送突发数据接收突发数据接收突发数据第43页，共105页，编辑于2022年，星期三n n关键技术是解调过程中的载波快速同步与时钟快速同步。n n载波快速同步的一种方法：延时相干解调n n时钟快速同步的一种方法：步进相位选择突发解调技术突发解调技术第44页，共105页，编辑于2022年，星期三n n分帧同步系统的重要性n n分帧同步的指标：建立时间、保持时间、同步精度n n分帧同步质量影响保护时隙多少，因而影响系统效率n n为了减少传播延时变化所带来的影响，需要采用自适应时隙跟踪方法分帧同步技术分帧同步技术第45页，共105页，编辑于2022年，星期
23、三n码分多址码分多址第46页，共105页，编辑于2022年，星期三CDMA技术的分类技术的分类n直扩码分多址（DS-FHMA）n跳频码分多址（FH-CDMA）n混合码分多址（Hybrid-CDMA）第47页，共105页，编辑于2022年，星期三CDMA特点特点n方法：窄带调制信号与伪随机序列（PN码）直接相乘（直扩），或由PN序列控制载波发射频率（跳频），达到展宽频谱的目的。n性能：（1）各用户使用同一频段，频谱效率较高；（2）具有抗多径、抗干扰特性；（3）采用RAKE接收机提高抗多径性能；（4）PN码具有类似噪声的性能；（5）发射谱密度低，信号隐蔽。第48页，共105页，编辑于2022年，星
24、期三直扩码分多址直扩码分多址（DS-CDMA）n扩频方法：用PN码进行乘法调制。n解扩方法：相关、匹配滤波等。n处理增益：GW/B。n多址时存在远近效应。n具有一定的抗干扰、抗衰落特点。第49页，共105页，编辑于2022年，星期三工作原理工作原理n这是子码域上的正交分割。信号集采用互相正交的地址码序列，算符集采用地址码相关器。i1i2iNCi1(t)Ci2(t)CiN(t)i地址发ij地址收Cij(t)第50页，共105页，编辑于2022年，星期三工作原理（续）工作原理（续）n令发送信号为：nc(t)为一组和地址码性质相近的序列。第51页，共105页，编辑于2022年，星期三工作原理（续）工
25、作原理（续）n这时nk的选址输出为：第52页，共105页，编辑于2022年，星期三工作原理（续）工作原理（续）n关于码型噪声的讨论。关于码型噪声的讨论。在忽略Lik,aij,Iij(t)各项的情况下，码型噪声取决于：这实际上是全部地址码互相关之和。n如果：nc(t)=0，地址码理想正交，属于正交分割；如果：nc(t)0，地址码非正交，属于非正交分割。n码分多址的首要问题是选择尽量好的正交码组。第53页，共105页，编辑于2022年，星期三信道配置信道配置nDS-CDMA信道配置图频率时间代码C1C2CN第54页，共105页，编辑于2022年，星期三DS-CDMA系统的参数系统的参数n信息速率：
26、原始信息的速率n码片（chip）速率：地址码速率n扩频比：码片速率和信息速率的比值n地址码周期、地址码码长n地址码的正交性及数目n地址码的同步及捕获性能第55页，共105页，编辑于2022年，星期三扩频的实现扩频的实现n扩频过程框图扩频（模二和）BPSK调制信息码地址码载波发端已调信号发送码第56页，共105页，编辑于2022年，星期三扩频的实现（续）扩频的实现（续）n扩频过程波形1110010 1110010 1110010 1110010 1110010 11100101011100001101 1110010 0001101 0001101 0001101 1110010信息码地址码发送
27、码0000 000 0000 0000 0000 000发端已调信号第57页，共105页，编辑于2022年，星期三解扩的实现解扩的实现n解扩过程框图解扩（相乘）BPSK解调接收信号参考地址码参考载波收端信息码接收信号（扩频）（解扩）第58页，共105页，编辑于2022年，星期三扩频的实现（续）扩频的实现（续）n解扩过程波形1110010 1110010 1110010 1110010 1110010 111001010111000收端信息码参考地址码接收信号（解扩）0000 000 0000 0000 0000 000接收信号（扩频）第59页，共105页，编辑于2022年，星期三DS-CDMA
28、关键技术关键技术n地址码的选择n地址码的捕获与跟踪n远近效应与功率控制第60页，共105页，编辑于2022年，星期三地址码的选择地址码的选择n介绍一种常用的地址码：PN码（伪噪声码）。n最典型的是m序列，即：最长线性移位寄存器序列。模二和TTT移位时钟m序列输出第61页，共105页，编辑于2022年，星期三地址码的选择地址码的选择n介绍一种常用的地址码：PN码（伪噪声码）。n最典型的是m序列，即：最长线性移位寄存器序列。模二和TTT移位时钟m序列输出第62页，共105页，编辑于2022年，星期三地址码的选择（续）地址码的选择（续）nm序列的性质：类似于噪声，所以也称为伪噪声序列由n级移位寄存器
29、产生的m序列，其周期为2n1。除全0状态外，n级移位寄存器可能出现的各种状态都在m序列的一个周期中出现，而且只出现一次。m序列中“0”码和“1”码个数大致相同。将m序列循环移位后还是一组m序列。m序列的自相关函数：2n11012移位数第63页，共105页，编辑于2022年，星期三地址码的选择（续）地址码的选择（续）nm序列具有很好的自相关及互相关特性，因而在无线及移动通信中有广泛的使用。但是，应该注意m序列不是一种理想正交序列，因此当用户数增加时，会引入很大的码型噪声干扰。n如何选择正交码组？对m序列的改进，如：插入一些“0”。构造新的地址码，如：Gold序列、Walsh序列。n良好自相关、互
30、相关及正交的前提是地址码的同步，如果不能达到准确的同步，会引入附加的码型噪声，严重影响CDMA系统的正常工作。第64页，共105页，编辑于2022年，星期三Walsh-Hadamard序列序列4阶Walsh序列的4个波形分别表示第65页，共105页，编辑于2022年，星期三扩频比可变正交码扩频比可变正交码n n4阶Walsh树的例 子显然，4个码片周期，这三个序列中只有与 是正交的。第66页，共105页，编辑于2022年，星期三地址码的捕获与跟踪地址码的捕获与跟踪n这是码分多址的一项关键技术，可以分为二个过程：（1）确定地址码的相位，称为捕获。（2）维持地址码相位的同步，称为跟踪。n采用方法举
31、例：（1）捕获可以采用匹配滤波器。（2）跟踪可以采用延迟锁定环。地址码一帧捕获跟踪第67页，共105页，编辑于2022年，星期三地址码的捕获与跟踪（续）地址码的捕获与跟踪（续）n匹配滤波器和延迟锁定环的组合。匹配滤波器鉴相鉴相低通低通相加环路滤波器VCOPN码发生器超前码迟后码接收码延迟锁定环第68页，共105页，编辑于2022年，星期三地址码的捕获与跟踪（续）地址码的捕获与跟踪（续）n延迟锁定环的鉴相特性/Tc0.511.5-0.5-1-1.5第69页，共105页，编辑于2022年，星期三远近效应与功率控制远近效应与功率控制n什么叫做远近效应？n首先说明CDMA系统是一种干扰受限系统，这是由
32、于地址码不可能完全正交。即使采用理想的正交码和理想的正交分割，但由于信道传输及同步电路的不理想，会产生码型噪声。n假定所有的用户发送功率都一样，则来自不同地址的码型噪声由于传输距离不同（即传输衰减不同）就会有很大的差别，特别对于那些距离很近的用户，产生的码型噪声将会很大，因而造成接收干扰的提高，有效用户数的降低。这就是CDMA系统的远近效应。第70页，共105页，编辑于2022年，星期三远近效应与功率控制（续）远近效应与功率控制（续）n解决远近效应的方法之一：功率控制n开环功率控制n闭环功率控制基站移动台用移动台检测下行的衰落，控制移动台的发送功率用基站检测上行的衰落，并把信息发给移动台，控制
33、移动台的发送功率第71页，共105页，编辑于2022年，星期三直接序列扩频多址直接序列扩频多址系统系统n nCDMA的基本框图第72页，共105页，编辑于2022年，星期三直接序列扩频多址直接序列扩频多址系统系统n n扩频增益第73页，共105页，编辑于2022年，星期三n n信号变化第74页，共105页，编辑于2022年，星期三Rake接收接收 n n将接收信号按预定模型分离；将分离的信号加权相加。将接收信号按预定模型分离；将分离的信号加权相加。确定确定RakeRake参量是依据信道的多径传输模型参量是依据信道的多径传输模型。第75页，共105页，编辑于2022年，星期三CDMA的误码率的误
34、码率 n nCDMACDMA信号表达式信号表达式信号表达式信号表达式式中：式中：是扩频增益是扩频增益 基站收到的信号为基站收到的信号为第76页，共105页，编辑于2022年，星期三多址干扰多址干扰 n n用户用户1 1的判据为的判据为n n用户用户1 1的有用信号的有用信号n n高斯白噪声干扰高斯白噪声干扰 n n多用户干扰多用户干扰 第77页，共105页，编辑于2022年，星期三SINR n n干扰加噪声干扰加噪声 n n信干噪比信干噪比(SINR)(SINR)可以表示为可以表示为 n n假定所有用户的平均符号能量相等假定所有用户的平均符号能量相等n nCDMACDMA的误码率的误码率 第7
35、8页，共105页，编辑于2022年，星期三DS-CDMA的优点的优点n用户共享一个频率，无需频率规划；nPN码的正交性；n远近效应：功率控制；n具有软容量限制，用户越多，性能越差，用户减少，性能就变好；n抗多径衰落：固有的频率分集；n利用宏分集可以实现软越区切换；n多用户干扰：PN码不完全正交；n利用多用户检测提高系统性能和容量；n利用多径，采用RAKE技术提高系统性能。第79页，共105页，编辑于2022年，星期三跳频码分多址跳频码分多址（FH-CDMA）n实现方法：在发送端用PN码控制频率合成器，发射频率随PN序列在一定带宽跳变；在接收端实现本振的同步跳频，然后还原成某个固定中频，进行解调
36、。n处理增益：GW/B。n多址通信时没有远近效应。n具有良好的抗干扰特点。第80页，共105页，编辑于2022年，星期三跳频码分多址（续）跳频码分多址（续）（FH-CDMA）发送信息码中频调制上变频跳频本振跳频码发送信号跳频本振下变频解调跳频码捕获参考中频接收信号接收信息码第81页，共105页，编辑于2022年，星期三跳频技术跳频技术 n n快跳频快跳频(FastFrequencyHop(FastFrequencyHop，FFH)FFH)系统系统 载频的变化速率大于数据符号的速率载频的变化速率大于数据符号的速率 ，快跳频系统可快跳频系统可以认为是使用频率分集的以认为是使用频率分集的FDMAFD
37、MA系统系统 n n称为慢跳频称为慢跳频(SlowFrequencyHop(SlowFrequencyHop，SFH)SFH)系统系统 载频变化小于或等于符号速率载频变化小于或等于符号速率 第82页，共105页，编辑于2022年，星期三进一步说明进一步说明n采用跳频实现多址；n每个地址分配不同的跳频序列；n安全性能好、抗干扰能力强；n跳频同步跟踪是关键技术难点；n存在深度衰落、存在频率碰撞问题；n一般要求采用纠错编码和交织编码措施；n纯跳频系统多用于军方抗干扰通信中。第83页，共105页，编辑于2022年，星期三n空分多址空分多址第84页，共105页，编辑于2022年，星期三概念概念n空分多址
38、方法之一：蜂窝划分n空分多址方法之二：扇区划分ABCDEFGHIABCDEFGH第85页，共105页，编辑于2022年，星期三利用天线实现空分多址利用天线实现空分多址n控制用户的空间辐射能量；n使用定向波束天线服务于不同用户；n扇形天线是一种基本方式；n自适应天线，效果更好；n最适合和TDMA及CDMA系统结合。第86页，共105页，编辑于2022年，星期三智能天线 n n交换波束第87页，共105页，编辑于2022年，星期三智能天线n n自适应天线 第88页，共105页，编辑于2022年，星期三关键技术问题关键技术问题n需要很好解决天线的自适应定向问题。l目标：天线具有良好的波束，并能对用户
39、进行快速跟踪。l方法：天线阵技术和自适应技术。第89页，共105页，编辑于2022年，星期三n混合多址混合多址第90页，共105页，编辑于2022年，星期三混合多址技术混合多址技术混合频分/码分多址（F/CDMA）混合直扩/跳频码分多址（DS/FH-CDMA）混合直扩/时分多址（DS/TDMA）混合跳频/时分多址（FH/TDMA）第91页，共105页，编辑于2022年，星期三混合频分混合频分/码分多址码分多址n nF/CDMA宽带CDMA频谱窄带CDMA频谱第92页，共105页，编辑于2022年，星期三混合直扩混合直扩/跳频码分多址跳频码分多址n nDS/FH-CDMA信道中的码组其它码组信道
40、DS/FH-CDMA系统频谱第93页，共105页，编辑于2022年，星期三直扩直扩/时分多址时分多址（DS/TDMA）n不同小区分配不同的扩频码；n一个小区分配用户一个特定时隙；n不存在远近效应；n实际上是TDMA，扩频只是抗干扰。第94页，共105页，编辑于2022年，星期三跳频跳频/时分多址（时分多址（FH/TDMA）n实际上是TDMA；n一帧一跳；n避免邻近小区同信道干扰问题；n抗严重衰落和碰撞事件；nGSM标准采用，能成倍增加容量。第95页，共105页，编辑于2022年，星期三随机接入原理随机接入原理 n nALOHA协议及其变型 纯纯纯纯ALOHAALOHAALOHAALOHA用户在
41、任何时刻只要需要，就可以自由地发送信用户在任何时刻只要需要，就可以自由地发送信息，信息发送完毕，等待一段时间，等待时间等于信道上最远息，信息发送完毕，等待一段时间，等待时间等于信道上最远的两个用户之间传播时延的两倍（即）。若在等待时间内收到的两个用户之间传播时延的两倍（即）。若在等待时间内收到接收方的应答信息，则表明发送成功；否则重发该数据帧。等接收方的应答信息，则表明发送成功；否则重发该数据帧。等待一段随机时间再重发。待一段随机时间再重发。时隙时隙ALOHAALOHA将时间划分为等长的时隙，每个时隙的长度正将时间划分为等长的时隙，每个时隙的长度正好等于一个定长分组的传输时间，各用户只能在时隙
42、的起始时好等于一个定长分组的传输时间，各用户只能在时隙的起始时刻才能开始发送信息。刻才能开始发送信息。第96页，共105页，编辑于2022年，星期三n n载波监听多址接入(CarrierSenseMultipleAccess(CarrierSenseMultipleAccess，CSMA)CSMA)每个用户在发送数据前，先监听信道上有无其他用户正在发送信息。每个用户在发送数据前，先监听信道上有无其他用户正在发送信息。如果没有，表明信道空闲，则发送数据；如果有，即信道忙，则暂不如果没有，表明信道空闲，则发送数据；如果有，即信道忙，则暂不发送，退避一段时间后再尝试。发送，退避一段时间后再尝试。几种
43、用于冲突发生时重新安排传输的协议：几种用于冲突发生时重新安排传输的协议：(1)(1)非非坚坚持持CSMACSMA一一旦旦监监听听到到信信道道忙忙就就不不再再坚坚持持听听下下去去，延延迟迟一一随随机机时时间间后后再再重重新新监监听听。如果监听到信道空闲，就立即发送数据。如果监听到信道空闲，就立即发送数据。(2)(2)1 1坚坚持持CSMACSMA监监听听到到信信道道忙忙时时，仍仍然然坚坚持持听听下下去去，直直至至信信道道空空闲闲为为止止。一一旦旦听听到到信信道道空空闲闲，就就立立即即发发送送数数据据。如如果果有有冲冲突突（在在规规定定的的时时间间内内未得到应答），则等待一段随机时间后再监听。未得
44、到应答），则等待一段随机时间后再监听。(3)P(3)P坚持坚持CSMACSMA监听到信道忙时，仍然坚持听下去，直至信道空闲为止。当监听到信道忙时，仍然坚持听下去，直至信道空闲为止。当听到信道空闲时，以概率听到信道空闲时，以概率p p发送数据，而以概率发送数据，而以概率(1-p)(1-p)延退时间，（端到延退时间，（端到端的传输时延）再重新监听信道。端的传输时延）再重新监听信道。为了能在为了能在CSMACSMA中及时发现冲突，采取边发送边监听中及时发现冲突，采取边发送边监听(Collision(CollisionDetection,CD)Detection,CD)的方式，即的方式，即CSMA/C
45、DCSMA/CD。第97页，共105页，编辑于2022年，星期三蜂窝系统容量分析n n无线通信系统的容量定义为在一定频段内所能提供的最大的信道无线通信系统的容量定义为在一定频段内所能提供的最大的信道或用户数目。或用户数目。n n蜂窝系统的频率重用蜂窝系统的频率重用蜂窝系统的频率重用蜂窝系统的频率重用 n n7 7小区配置小区配置 第98页，共105页，编辑于2022年，星期三n n蜂窝系统的干扰分析蜂窝系统的干扰分析蜂窝系统的干扰分析蜂窝系统的干扰分析 以以7 7小区配置为例小区配置为例,载波与干扰之比载波与干扰之比为：假定所有发送功率和路径损耗指数相同，假定所有发送功率和路径损耗指数相同，同
46、时噪声比干扰小得多同时噪声比干扰小得多 ，则有：，则有：式中，是传播路径的损耗指数，与路径长短和传播条件有关，式中，是传播路径的损耗指数，与路径长短和传播条件有关，一般取一般取4 4。第99页，共105页，编辑于2022年，星期三n n系统容量式中，式中，mm是无线容量的大小，即每小区的信道数；是系统的是无线容量的大小，即每小区的信道数；是系统的总带宽；是每个信道带宽；总带宽；是每个信道带宽；K K是频率重用因子。是频率重用因子。当当 时，容量为：时，容量为：第100页，共105页，编辑于2022年，星期三n n系统容量比较系统容量比较 n nFDMAFDMA中，系统总带宽被分为中，系统总带宽
47、被分为MM个信道，因此系统个信道，因此系统容量为容量为 n n对对TDMATDMA系统系统 ，相应的信道总数为相应的信道总数为 ：采用先进话音编码的数字通信系统与模拟通信采用先进话音编码的数字通信系统与模拟通信系统相比，在话音质量要求相同的情况下，所系统相比，在话音质量要求相同的情况下，所需的载干比可以降低，比如从需的载干比可以降低，比如从18dB18dB降低致降低致101012dB12dB，因而其共道再用因子可，因而其共道再用因子可以减小，从而提高通信系统的通信容量。以减小，从而提高通信系统的通信容量。第101页，共105页，编辑于2022年，星期三n nCDMA蜂窝通信系统的容量 一般估计
48、一般估计CDMACDMA系统的通信容量有可能达到现系统的通信容量有可能达到现FDMAFDMA模拟系统的模拟系统的2020倍，达倍，达到数字到数字TDMATDMA和和FDMAFDMA系统的系统的4 46 6倍。倍。载干比是信号的载波功率与干扰功率的比值载干比是信号的载波功率与干扰功率的比值假定到达一接收机的信号强度和各个假定到达一接收机的信号强度和各个干扰强度都一样，则载干比为干扰强度都一样，则载干比为 第102页，共105页，编辑于2022年，星期三n n话音激活期的影响话音激活期的影响 话音的占空比为 dn n扇区的作用 令G为扇区数 n n邻近蜂窝的干扰 信道再用效率F0.6第103页，共
49、105页，编辑于2022年，星期三n n几种蜂窝通信系统的通信容量的比较：几种蜂窝通信系统的通信容量的比较：模拟模拟FDMAFDMA系统系统总频带宽度总频带宽度1.25MHZ1.25MHZ(AMPS)(AMPS)载频间隔载频间隔30KHz30KHz信道数目信道数目每区群小区数每区群小区数7 7 通信容量通信容量41.7/7=641.7/7=6 T TDMADMA系统系统总频带宽度总频带宽度1.25MHz1.25MHz载频间隔载频间隔30kHz30kHz每载频时隙数每载频时隙数3 3信道数目信道数目每区群小区数每区群小区数4 4通信容量通信容量125/4=31.25125/4=31.25第104页，共105页，编辑于2022年，星期三n nCDMA系统CDMA系统系统 总频带宽度总频带宽度1.25MHz,1.25MHz,扇形分区数扇形分区数3 3通信容量通信容量120120以表示通信容量，三种体制的比较结果可以写成以表示通信容量，三种体制的比较结果可以写成 第105页，共105页，编辑于2022年，星期三