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1、无线通信工程无线通信工程姚彦教授清华大学微波与数字通信国家重点实验室2001年12月1日第八讲第八讲无线通信的多址技术无线通信的多址技术（1）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）概述概述多址传输模型多址传输模型(1)(1)n n共有共有N N个地址，第个地址，第k k个地址发送的信号为：个地址发送的信号为：其中其中s skjkj(t)(t)为为k kj j的信号，的信号，a akjkj=1=1或或0 0k多址信道sk(t)rk(t)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
2、：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)(t)为为k k的接收机噪声。的接收机噪声。n n说明：说明：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)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，在不考虑噪声的进行某种运算的算符，在不考虑噪声的情况下：情况下：n n多址传输的主要问题是选择合
3、适的波形集多址传输的主要问题是选择合适的波形集s sij ij(t)(t)和相应的算和相应的算符集符集 MMnknk()，以满足正交分割的要求。以满足正交分割的要求。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正交n nFDMAFDMAn nTDMATDMAn nSDMASDMA非正交非正交n nCDMACDMA双工技术双工技术n n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：收发频率分开、接收和发送通过滤波器来完成；器来完成；特点：合理安排频率；特点：合理安排频率；TDDTDD：收发共用一个频率、接收和发送通过：收发共用一个频率、接收和发送通过开关来完成；开
4、关来完成；特点：收发存在时间间隔。特点：收发存在时间间隔。各种系统各种系统n n双工方式和多址方式要统一考虑；n n主要多址方式：FDMAFDMA、TDMATDMA、CDMACDMA；n n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（SDMA）是一种辅助方式。各种系统（续）各种系统（续）CDMA/FDDCDMA/FDD美国窄带扩频（美国窄带扩频（ISIS9595）TDMA/TDDTDMA/TDD欧洲数字无绳电话（欧
5、洲数字无绳电话（DECTDECT）FDMA/TDDFDMA/TDDCT2CT2（无绳电话）（无绳电话）TDMA/FDDTDMA/FDD日本数字蜂窝（日本数字蜂窝（JDCJDC）TDMA/FDDTDMA/FDD美国数字蜂窝（美国数字蜂窝（USDCUSDC）TDMA/FDDTDMA/FDD全球移动通信系统（全球移动通信系统（GSMGSM）FDMA/FDDFDMA/FDD高级移动电话系统（高级移动电话系统（AMPSAMPS）多址技术多址技术蜂窝移动蜂窝移动 通信系统通信系统频分多址频分多址工作原理工作原理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这是频率域上的正交分割。信号集采用在频谱上
6、互不重叠载频，算符集采用不同载频的带通滤波器。叠载频，算符集采用不同载频的带通滤波器。f1f2f3f4f5f6f5Sij(f)Mnk()ff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：信道配置信道配置n nFDMA/FDD、TDD信道配置图代码时间频率信道1信道2信道3信道n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。FDMA的非线
7、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，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，并将对相邻信道造成干扰。会产生频谱展宽，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，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。会产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，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，并将对其在发送信号频率以外会
8、产生交调噪声，并将对其它的业务信道造成干扰。它的业务信道造成干扰。交调举例交调举例n n例：例：IMIMmf1+nf2mf1+nf2，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=0,1,2.194
9、6*1946*1942*1942*19381938193419341944*1944*1940194019361936193219321916191619201920192419241928192819181918192219221926192619301930n=3n=3n=2n=2n=1n=1n=0n=0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
10、线性补偿法。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，B保护保护为分配频率时的保护带宽。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时分多址时分多址工作原理工作原理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
11、。算符分割，并让各个地址的信号在时间上互不重叠。算符集采用相应时隙的选择开关。集采用相应时隙的选择开关。t1t2t3t4t5t4ttsij(t)Mnk()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：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3TDMA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
12、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。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。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(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。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，
13、未设保护带宽，求总用户数。解：Bc200/825KHz N25106 6/25 103 31000TDMA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谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH