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1、第5章 信道复用 本章学习要求：驾驭：信道的定义驾驭：无线信道与有线信道 驾驭：复用技术和多址技术驾驭：频分复用FDM和时分复用TDM了解：分多址FDMA、时分多址TDMA、码分多址CDMA和混合多址等几种方式51 通信信道概述信道定信道定义：以传输媒质为基础的信号通道。以传输媒质为基础的信号通道。狭义信道狭义信道:信号的传输媒质信号的传输媒质 广义信道广义信道:包括有关的变换装置包括有关的变换装置 调制信道：调制信道：编码信道：编码信道：有线信道：有线信道：明线明线,电缆电缆,光纤光纤,波导管等。波导管等。无线信道：无线信道：地波、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫地波、短波电离层
2、反射、超短波或微波视距中继、人造卫星中继等。星中继等。关切的是调制器输出的信号形式、解调器输入端信号与噪关切的是调制器输出的信号形式、解调器输入端信号与噪声的最终特性。声的最终特性。编码器输出端到译码器输入端的部分。编码器输出端到译码器输入端的部分。狭狭义信道信道调制信道制信道编码信道信道明线5双绞线568A标准：绿白，绿，橙白，蓝，蓝白，橙，棕白，棕 568B标准：橙白，橙，绿白，蓝，蓝白，绿，棕白，棕 n抗干扰实力较差。抗干扰实力较差。n带宽和传输距离：确定于铜线的粗细带宽和传输距离：确定于铜线的粗细同同轴电缆(Coaxial Cable)同同轴电缆的分的分类基基带同同轴电缆：50欧姆欧姆
3、电缆，用于数字，用于数字传输。数据。数据传输速率：速率：10Mb/s，信号信号传输距距离：离：1-1.2km。宽带同同轴电缆：75欧姆欧姆电缆，用于模，用于模拟传输。CATV中中标准准传输电缆，带宽可达：可达：300-450MHz,传输距离：距离：100km。同同轴电缆的的优缺点缺点q抗干抗干扰实力力强q带宽宽，数据，数据传输速率高，速率高，传输距离距离远。q价格价格贵，很重，无法，很重，无法结构化布构化布线q 应用：用：电视网网络、近距离、近距离计算机网算机网络、长途途电话传输光光纤、光、光缆q轴心：玻璃材心：玻璃材质,用来用来传送光波送光波讯号。号。q被覆被覆层：折射率极低的物：折射率极低
4、的物质。q外皮：不透光的材外皮：不透光的材质,用以隔用以隔绝外在的干外在的干扰源源,爱护脆弱的脆弱的轴心。心。光纤结构纤芯包层按折射率分类阶跃型梯度型按模式分类多模光纤单模光纤折射率n1n2折射率n1n2710125折射率n1n2单单模模阶阶跃跃折折射射率光纤率光纤(a)(b)(c)光光电转换器器光光纤的的类型型q单模光模光纤：轴心直径心直径较细,约 510 微米微米,传输距离距离长,散射率小散射率小,传输效能效能极佳极佳。q多模光多模光纤：轴心直径心直径较宽,约50100 微米微米,传输距离距离短短,传输效能效能略差略差。光纤工作波段光纤工作波段目前，在目前，在试验室中光室中光纤带宽超超过5
5、0Tbps；8 2.5 Gbps，8 10 Gbps，32 10 Gbps的光的光纤传输已已经好好用用常用的三个波常用的三个波长窗口（光窗口（光纤波段）波段）0.85um：衰减（：衰减（attenuation)大，大，传输速率和距离受限速率和距离受限制，但价格便宜制，但价格便宜1.30um：衰减小，无色散（：衰减小，无色散（dispersion）补偿、功率放、功率放大状况下，最大大状况下，最大传40km（最坏状况）（最坏状况）1.55um：衰减小，无色散：衰减小，无色散补偿、功率放大状况下，最、功率放大状况下，最大大传80km（最坏状况）（最坏状况）无线信道无线信道电磁波的频率 受天线尺寸限制
6、地球大气层的结构对流层：地面上 0 10 km平流层：约10 60 km电离层：约60 400 km地 面对流层平流层电离层10 km60 km0 km电离层对于传播的影响反射散射大气层对于传播的影响散射吸取电磁波的分类：地波频率 2 MHz有绕射实力距离：数百或数千千米 天波频率：2 30 MHz特点：被电离层反射一次反射距离：语音编码速率，NR bit/s；放射信号速率随N的增大而提高,须要自适应均衡；不需双工器；基站困难性减小，只需一部收发信机；频率利用率高，容量大越区切换简洁共52页675.6 CDMA蜂窝移动通信系统 5 56 61 CDMA1 CDMA系统的基本原理系统的基本原理5
7、 56 61 11 CDMA1 CDMA的基本概念的基本概念频分多址频分多址FDMA FDMA 时分多址时分多址TDMA TDMA 码分多址码分多址CDMA CDMA 三种基本多址接入方式示意 5612 CDMA移动通信系统分类 依据系统所接受的扩频技术，即获得宽带信号所接受的调制方式进行划分，把CDMA移动通信系统分为干脆序列扩频DS系统、跳频FH系统、跳时TH以及它们的混合等几种。1.直扩DS方式干脆序列扩频调制方式，它将数字信号与高速率的扩频序列码干脆相乘后调制到载波上进行放射，其原理框图如下图所示。2.跳频FH方式简称FH方式，其载频在同一个时间周期内不变，但在下一个时间周期内却可能跳
8、变到了另一个许可的频率上，其跳变的模式由伪随机扩频序列码确定。一般将全部可用的载波频率集合称为跳频集。DSDSCDMACDMA收发框图收发框图 FHCDMA收发框图 载波发生器数据信息调制向上转换器向下转换器数据信息解调本地PN码生成本地载波发生PN码生成同步追踪 3.跳时方式跳时扩频的信号以快速突发脉冲的形式在时隙上传输，而运用的时隙则由安排给用户的编码确定，简称TH方式。4混合方式指为了综合利用各多址方式的优点并抑制其缺点，同时接受前述三种多址方式中的两种或多种的调制方式。目前常用的混合方式是DSCDMA方式。5613 CDMA移动通信系统的网络结构 CDMA系统网络结构 562 CDMA
9、移动通信系统的特点 1.强抗干扰实力;2.系统容量大，接通率高;3.系统容量的配置敏捷;4.语音质量更佳;5.不易掉话;6.延长手机电池寿命;7.低拦截概率LPI.563 CDMA移动通信系统关键技术 通信系统的性能衡量从有效性、牢靠性和平安性三个方面着。CDMA移动通信系统实行的措施主要包括：用于抗慢衰落的功率限制技术;抗频率选择性衰落的Rake接收;抗空间选择性衰落的分集接收和发送技术;抗掉话现象的软切换技术;提高通话质量的线性预料话音编码技术。5631 功率限制技术“远近效应”现象假如全部的移动台都以同样的放射功率工作，则离基站远的移动台的信号在到达基站时将受到离基站近的移动台信号的影响
10、甚至被沉没，出现强信号压制弱信号的状况。解决上述现象的有效技术是功率限制。反向开环功率限制用于限制小区内全部移动台放射信号在到达基站时都达到标称功率，以补偿阴影、拐弯等效应及平均路径衰落。反向闭环功率限制依据接收信号估算出移动台的开环功率并马上进行调整或补偿，使移动台保持最适当的放射功率。前向功率限制基站依据测量结果自行调整每个移动台的放射功率，对路径衰落小的移动台分派较小的前向链路功率，而对那些远离基站的和误码率较高的移动台分派较大的前向链路功率。5632 PN地址码的选择与实现 CDMA系统中的信号都占用同样的频段同时发送，它们对信道的区分完全依靠于用收端的再生地址码对信号的相关解调来完成
11、。地址码选择的好坏必将影响系统的容量、抗干扰力、接入及切换速率等性能。所选用的地址码应当具有足够多的地址码码组序列、各地址码组间彼此独立（相互关函数值为零或很小）、不同的码元数应平衡相等等几个特点。通常用伪噪声 序列模拟符合上述要求的高斯噪声信号，常用的有 序列、序列和 码。5633 软切换技术“硬切换”方式，即当一个正在通话中的移动用户从一个基站覆盖区进入另一个基站覆盖区时，因为原基站与新基站的载波频率不同，移动台必需在接收新基站的信号之前，切断与原基站的联系，然后再找寻新进入的覆盖区的基站频率进而与之进行联系，此即通常所说的“先断开后连接”。“软切换”技术，即先连接、再断开。在通信用户进行
12、越区切换时，手机并不断掉与原基站的联系而是同时与新基站进行联系，只有当手机确认已经和新基站联系上已后，它才将与原基站的联系断开，使掉话的发生率大为降低。5634 CDMA的话音编码技术 CDMA通信系统的话音编码主要接受码激励线性预料QCELP语音编码技术。QCELP技术将脉冲位置和幅度用一个矢量码表代替来量化差值信号。对插入的语音信号按 频率进行抽样；将其分为帧长 ，每一帧含 160个抽样的语音帧；将该帧中的160样点值生成3个参数子帧,即线性预料编码滤波器参数（它对任何速率都是每 更新一次）；音调参数（它的更新次数随速率不同而异）；码表参数（其更新次数也随速率而变）；3个参数更新后按确定帧
13、结构送至接收端，由接收端从接收的数据流中解包而获得这些参数；依据这些参数重组语音信号。5635 分集技术与Rake接收 多径快衰落：空间选择性衰落、频率选择性衰落和时间选择性衰落的快衰落。CDMA的分集接收技术：空间分集、频率分集和时间分集等空间分集利用不同空间收到的信号衰落的独立性来完成抗衰落功能。频率分集将待发送的信息分别以不同载波调制后发送至信道，削减了接收天线设备数量，但它占用了更多的频谱资源且放射机数目相应增加。时间分集技术利用随机衰落信号当其取样时间间隔足够大时，随意两个取样点之间的衰落相互独立的性质，使待发送信号每隔一个大于时间相关区域的间隔T重复发送，则接收端得到相应独立的各分
14、集支路。Rake接收技术是在手机内设计多个接收机，同时分别接收每一路的信号并独立进行解调，然后再将接收并解调了的信号综合叠加，滤掉噪声后通过放大使输出增加，形成清晰悦耳的话音信号，富有立体效果。564 CDMA标准 CDMA标准的发展大致过程为：第一阶段：IS-95；其次阶段：IS-95A；第三阶段：IS-95B；第四阶段：cdma2000；第五阶段：3G。小 结信道是通信系统必不行少的组成部分，是信号传输的媒介，它包括无线信道与有线信道两类。复用是指在基带将若干个彼此独立的信号合并为一个可在同一信道上传输的复合信号的方法，主要有频分复用FDM和时分复用TDM两种。多址技术是指在射频将若干个彼此独立的信号合并为一个可在同一信道上传输的复合信号的方法，主要有频分多址FDMA、时分多址TDMA、码分多址CDMA和混合多址等几种方式。