《《多址通信技术》PPT课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《多址通信技术》PPT课件（105页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第6章章多址通信技术多址通信技术内容提要内容提要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的信息信号，在数字通信中可以是数字序列；字序列； 是用户是用户i i的载波，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
2、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。 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)(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
3、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 nSDMA
4、SDMA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：收发频率分开、接收和发送通过滤波器来完成；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同的频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，两个独立的频带。信机，两个独立的频带。 TDDTDD：收发共用一个频率、接收和发送通过开关来：收发共用一个频率、接收和发送通过开关来完成；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
5、馈，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，传输距离不能太大。影响，因此，传输距离不能太大。 各种系统各种系统n n双工方式和多址方式要统一考虑；双工方式和多址方式要统一考虑；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：宽带系统采用方式： TDMATDMA、CDMA/FDDCDMA/FDD、TDDTDD；
6、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)OFDM)技术，有希望成为未来移技术，有希望成为未来移动通信中高速数据传输所采用的技术。动通信中高速数据传输所采用的技术。 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（欧洲数字无绳电话（DECTDECT）FDM
7、A/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互不重叠载频，算符集采用不同载频的带通滤
8、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：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
9、的主要矛盾。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：l l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。l l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。l l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
10、将对其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,
11、1,2.n=0,1,2.1946*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l l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。l l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
12、功率倒退法；（4）功率放大器的线性补偿法。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BtMHz， 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正交频分复用技术n n载波重叠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
13、数，是子载波数，T T为符号周期，为符号周期，fcfc是载波频率。开始于是载波频率。开始于t ts s的的OFDMOFDM符号可以写为符号可以写为0n n复基带信号为 0n nOFDM信号的4个子载波 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 OFDM系统系统 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：大得多。相位噪声主要有两种影响： 随机相位变化随机相位变化 不能准确地从不能准确地从1/T1/T处分离各个子载波，处分离
14、各个子载波，从而导致从而导致ICIICI 对于定时偏移，对于定时偏移，OFDMOFDM具有更好的容忍性具有更好的容忍性 OFDM的峰值功率的峰值功率 n n当当N N个同相信号相加时，产生的峰值功率将是个同相信号相加时，产生的峰值功率将是平均功率的平均功率的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一是信号失真技术，通过对峰值简单地进行非线性处理，使行非线性处理，使OFDMOFDM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，排二是采用特殊前向纠错码的编码技术，排除大除大PAPRPAPR的的OFDMOFDM符号；符号；
15、三是对每个三是对每个OFDMOFDM符号用优选的扰码序列符号用优选的扰码序列进行扰码。进行扰码。 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足够足够大时，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的高斯的高斯分布。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比保护
16、时间长 ，大于大于5 5倍。倍。参数的选择参数的选择 OFDM的优缺点n n主要优点：主要优点： 1)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展，实现难度远远低于使用均衡器的单载波系统。扩展，实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，可以有效地增加来调整每个子载波的数据传输速率，可以有效地增加容量。容量。 OFDMOFDM可以很好地抵抗窄带干扰，因为这些干扰可以很好地抵抗窄带干扰，因为这些干扰只影响到一部分子载波。只影响到一部分子载波。 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放大器的功效。放大器的功效。 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
