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1、4-1第 9 章 多用户与无线通信数字基带传输运用各种基带信号传输数字序列9.1 多址技术9.2 无线通信链路预算分析9.3 *多径衰落与信号分集接收技术9.1 多址技术9.1.1 多路复用和多址技术的基本概念多路复用与多址技术：充分利用通信资源为多个用户提供服务早期的问题是如何共同使用一条线路上多路通信。多个用户共用同一资源的理论基础是正交分割：正交性信号在混合后还可以彼此区分开来。最基本的通信资源频带、时间与空间（1）频分复用（FDM）：在频域中划分出不重叠的子带；（2）时分复用（TDM）：在时域中把时隙（称为帧）划分为多个子时隙；4-2（3）码分复用（CDM ）：借助一组正交编码，使信号
2、之间的码特性彼此正交。码分多路复用应用于无线通信另外两种体制：（1）空分复用：在空间与地域的不同位置上传输不同信号；（2）极化复用：利用电磁波垂直与水平的两种正交极化方向。光纤通信中还采用所谓的波分复用（WDM）：按波长的不同来划分，本质上是一种 FDM 技术。多路复用的基本概念：多路复用（Multiplexing ）技术使一条通线链路可以划分出多条信道供多个用户同时使用。多址技术的基本概念：多址（Multiple access）技术指的是位于不同地点的多个用户接入与共用通信系统的技术。多路复用和多址技术的异同点：共同点：基于信号的正交分割原理不同点：（1）多址技术侧重于分布于多个地点的多个用
3、户的问题，而多路复用侧重于集中在收、发两个局部区域的用户的问题；（2）多址技术侧重于处理暂时提出的与不易于预先固定的通信需求，必须动态分配；而复用技术侧重于用户需求固定或至多缓慢变化的，可以预先静态分配。4-39.1.2 FDM/FDMA 举例：模拟电话系统：1 路话音3100KHz+900Hz 保护间隔；12 路基群，5 个基群超群，10 个超群主群，图 9.1.2 FDM 模拟电话国际著名通信卫星机构（Intelsat ）的例子：采用一种固定分配的 FDMA 制式来传送多路模拟话音。（1）世界各地多个地面站共用卫星的某 36MHz 的转发器；（2）每个站点按预先分配好的频带使用。图 9.1
4、.3 卫星模拟通信的 FDMA4-4采用一种动态分配的 FDMA 制式来传送多路数字话音：信道 45kHz：1 路 PCM 数字电话 64kbps；采用 QPSK 调制为 38kHz 带宽，保护间隔为 7kHz；图 9.1.4 卫星数字通信系统的 FDMA9.1.3 TDM/TDMA 举例1. GSM 中的 TDM 与 TDMA下行（Downlink）从基站至各用户上行（Uplink） 从各用户至基站GSM 的每个频道为 270.833Kbps 的 GMSK 调制，占用200KHz 的带宽。18 个用户采用 TDMA 体制：（1）4.615ms 为 1 帧，每帧 8 个 577s 的时隙；（2
5、）每个时隙承载一个用户的数据。有的时隙有特殊安排，其结构也有所不同2. GSM 中的 FDM/FDMA 与 FDD（1）上、下行以频带分开，称为频分双工（FDD） 。上行890915MHz；下行 935960MHz，相距 45MHz。（2）上、下行频带各 25MHz，其中又按 200KHz 划分为124 个频道。GMS 系统联合使用频分与时分支持共 1248=992 个信道，保证几百个用户双向通信。4-59.1.4 CDM/CDMA 及举例扩频码 彼此正交，即12(),()NctctL001Tij ijd扩频后复合信号为， 。接收方使用1()()Niistcts解扩，便得到 ，即1()ct12
6、110002()()()NTTTiicstdctsdtstdt如果正交性差一些，则解出的信号中会包含部分其它信号，这部分残余信号称为多用户干扰（Multiuser interference） 。美国高通公司（Qualcomm）的 IS-95 例子：频分双工（FDD） ，多个频道频分复用一个较宽的频带。每个 1.25MHz 带宽的频道上，采用 CDMA 技术支持多达61 个移动用户同时通信。（1）前面链路（下行）：不同信道采用不同的沃尔什码进行码分多址。（2）反向链路（上行）：采用长码扩展后再由短码进行正交扩频，各个用户的信号依靠长码来区分。图 9.1.7 IS-95 的前向/反向链路框图4-6
7、9.1.5 *随机接入多址技术1. ALOHA 协议ALOHA 协议是一种用于数据通信的随机接入多址协议，也称为 P-ALOHA（Pure ALOHA） 。图 9.1.8 ALOHA 协议的工作过程2. CSMA/CD 协议载波侦听多址接入协议（CSMA/CD）：ALOHA 协议的一种改进结果，附加了一个硬件装置，在发送前侦听信道是否空闲并在发送中检测冲突是否出现，这种技术称为载波侦听与冲突检测。9.2 无线通信链路预算分析9.2.1 无线传输中的增益与损耗图 9.2.1 无线传输中的增益与损耗通路的增益为： trrtfGPL或者， rttrfdBdBdB4-7发射天线增益 ：在天线的最大方向
8、上单位立体角发射tG的功率与全方向天线的单位立体角发射的功率之比。接收天线增益为， 24 reA自由空间传输路径损耗（Free-space path loss ）为 24 fdL进而， 101092.logl()f fB9.2.2 噪声温度与噪声系数1. 噪声源可用噪声功率谱（Available noise PSD）：热噪声源加在匹配负载（ ）上的时候，可得到最大功率谱。LR0/21()avNPfkT在噪声宽带 B 上，可用噪声功率（ Available noise power） avB，称为该噪声源的噪声温度（Noise avTktemperature） 。2. 线性双端系统系统（在频点 f
9、 处）的点噪声系数（ Spot noise figure）为：0()()1 nsPfFfG低噪系统的 F(f)接近于 1，而无噪系统的 F(f)1。带宽 B 上的平均噪声系数（Average noise figure ）为：000/2/2() fBnfsfdP系统的有效输入噪声温度为 ，它满足，eT0()()()ns sePGkBGkTB4-83.级联系统级联系统的增益为： 123 G噪声系数与有效输入噪声温度为：112FFL23eeT例 9.1 考虑两个系统级联的情况， 证明：与 21eeTG21FG证明：第一级与第二级的噪声输出分别为011()nsePkB022neP22eTk因为 ，则整
10、个系统的 输出噪声功率为，10 21()ensGk整个系统的有效输入噪声温度为21eeT211()()sesFTG21()ssFG可见 211()sT9.2.3 链路预算分析将解调前射频（或中频）信号的 SNR 称为载干比(CNR) ，记为（C/N） ；而将解调后基带信号的 SNR 称为信噪比。4-9等效全向辐射功率(EIRP): EIRPtG例 9.2 如图 9.2.5 所示为一个典型的地面 终端接收机，由一个低噪声射频放大器（低噪声放大器 LNA）、下变频器（混频器）、中频（IF）放大器构成。求天线输入端的等效噪声温度。图 9.2.5 地面终端接收机框图解：这些组成部分以及接收天线的等效噪
11、声温度为， ， 与50anteTKRFT50mixerK。两个放大器的有效功率增益为1IF与 。23RGdB13IGdB于是，接收机的等效噪声温度为 50+1 = =7.5 K2mixerIFeantRFTT例 9.3 某地球站工作在 C 频段（频率为 6.10GHz），天 线增益为 54dB，发射功率 100W。卫星接收天线增益 26dBi，与地球站的距离是 37500km。转发 器等效噪声温度 500K，带宽 36MHz，增益 110dB。试计 算：（1）链路传输损耗（含2dB 附加 损耗）；（2）转发器输入噪声功率；（3）转发器输入C/N；（4）转发器输出（信号）功率。解：（1）自由空间
12、传播损耗： 9.0lg2l =2375+6.1=20.()fLdfdB4-10（2）噪声功率为， _ 6101028.6log5l(3)()ndBWtdBPkT（3）转发器输入载波功率为 _tlPlllg10g542601.()rdBWtrfGLd则载噪比为， _.4()rdBWndinCPBN（4）转发器输出功率为，101.6+110=8.4（dBW） 。9.3 *多径衰落与信号分集接收技术9.3.1 无线电波传播机理反射波是指通过地面或其他障碍物反射到达接收点的电波。绕射波是指当发射机和接收机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时电波会发生绕射。散射波是指当电波在传播过程受到遮挡的物体小于波长、且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，发生散射。4-119.3.2 多径衰落信道举例图 9.3.1 窄脉冲在信道传输时的响应图 9.3.2 时变多径信道模型9.3.3 瑞利和莱斯衰落信道模型瑞利衰落信号的幅度可表示为如下概率密度函数： 2/(),0 afe莱斯衰落信号的幅度可表示为如下概率密度函数： 22()/0()(),asfIa9.3.4 时延扩展与相关带宽时延扩展定义为最大传输时延和最小传输时延的差值，即脉冲展宽的时间4-12相关带宽（Coherent bandwidth）：1 mfT
