現(xiàn)代通信原理電子教案-附有練習(xí)習(xí)題：-信道復(fù)用

現(xiàn)代通信原理〔第3版〕第5章信道復(fù)用本章學(xué)習(xí)要求：掌握：信道的定義掌握：無(wú)線(xiàn)信道與有線(xiàn)信道掌握：復(fù)用技術(shù)和多址技術(shù)掌握：頻分復(fù)用FDM和時(shí)分復(fù)用TDM了解：分多址FDMA、時(shí)分多址TDMA、碼分多址CDMA和混合多址等幾種方式5．1通信信道概述

5．1．1信道定義按照所具有的功能可以分為:調(diào)制信道—從調(diào)制器輸出端到解調(diào)器輸入端的局部；編碼信道—從編碼器輸出端到譯碼器輸入端的局部。5．1．2傳輸媒介傳輸媒介是通信系統(tǒng)中連接收發(fā)雙方的物理通路，也就是通信過(guò)程中傳送信息的載體。通常把傳輸媒介分為有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)傳輸媒介兩類(lèi)。5．1．2．1有線(xiàn)傳輸媒介1．明線(xiàn)——指平行而相互絕緣的架空裸線(xiàn)線(xiàn)路。2．雙絞線(xiàn)——是由兩根各自封裝在彩色塑料套內(nèi)的銅線(xiàn)扭絞而成，扭絞的目的是降低它們之間的干擾。雙絞線(xiàn)分為屏蔽型〔STP〕—STP在UTP外面再加上一個(gè)由金屬絲紡織而成的屏蔽層，以提高其抗電磁干擾能力。非屏蔽型〔UTP〕3.同軸電纜——是由同一軸心的內(nèi)外兩個(gè)導(dǎo)體構(gòu)成，外導(dǎo)體是一個(gè)圓柱形的空管，內(nèi)導(dǎo)體那么是金屬線(xiàn)即芯線(xiàn)，它們之間以填充介質(zhì)隔離，這一介質(zhì)可以是塑料或空氣。根據(jù)頻率特性，可將其分為：視頻〔基帶〕電纜射頻〔寬帶〕電纜4．光纜——是一種直徑為50~100μm的、柔軟的、傳導(dǎo)光波的介質(zhì)，一般由玻璃或塑料構(gòu)成，其中使用超高純度石英玻璃制作的光纖傳輸損耗最低。在折射率較高的單根光纖外面，再用折射率較低的包層包住，就可以構(gòu)成一條光波通道，在這外面再加上一層保護(hù)套，就構(gòu)成了一根單芯光纜。多條光纖放在同一層保護(hù)套內(nèi)，就構(gòu)成了光纜。光纖分為：多模光纖—是指允許一束多波長(zhǎng)的光沿著纖芯反射地向前傳播；單模光纖—僅允許單一波長(zhǎng)的光沿著纖芯直線(xiàn)向前傳播，不在其中產(chǎn)生反射。5．1．2．2無(wú)線(xiàn)傳輸媒介1.無(wú)線(xiàn)傳輸媒介——利用自由空間作為傳輸介質(zhì)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，信號(hào)沿直線(xiàn)傳播。適用于架設(shè)或鋪埋電纜或光纜較困難的地方。主要包括紅外通信激光通信微波通信地面微波接力通信衛(wèi)星通信

1．無(wú)線(xiàn)〔電〕視距中繼無(wú)線(xiàn)電視距中繼是指工作頻率在超短波和微波波段時(shí)，電磁波根本上沿著視線(xiàn)傳播，而通信距離只能依靠中繼方式來(lái)進(jìn)行延伸的無(wú)線(xiàn)電線(xiàn)路。相鄰中繼站之間的距離一般是40~50km，主要用于長(zhǎng)途干線(xiàn)、移動(dòng)通信網(wǎng)以及某些數(shù)據(jù)收集〔如水文、氣象數(shù)據(jù)的測(cè)報(bào)〕系統(tǒng)中。無(wú)線(xiàn)電中繼信道的構(gòu)成：終端站中繼站各站點(diǎn)之間的電磁波傳播路徑2．衛(wèi)星中繼信道衛(wèi)星中繼信道可看作無(wú)線(xiàn)電中繼信道的一種特殊形式。軌道在赤道平面上空的衛(wèi)星信道具有傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋地域廣、傳播穩(wěn)定可靠、傳輸容量大等突出的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用來(lái)傳輸多路、電報(bào)、數(shù)據(jù)和電視信號(hào)。衛(wèi)星中繼信道的構(gòu)成：通信衛(wèi)星地球站上行線(xiàn)路下行線(xiàn)路。3．短波電離層反射信道短波指波長(zhǎng)為100~10m、頻率為3~30MHZ的無(wú)線(xiàn)電波地波傳播—可沿地球外表傳播，一般屬于近距離傳播，限于幾十千米范圍以?xún)?nèi)；天波傳播可由電離層反射傳播。由于借助電離層的一次反射或?qū)掖畏瓷洌蓚鞑浊酥辽先f(wàn)千米的距離。傳播路徑：離地面高60~600km的大氣層稱(chēng)為電離層，它是由分子、原子、離子和自由電子組成的。形成電離層的主要原因是太陽(yáng)輻射的紫外線(xiàn)和X射線(xiàn)。工作頻率：為了實(shí)現(xiàn)短波通信，選用的工作頻率必須小于最高可用頻率；且應(yīng)當(dāng)使電磁波在D、E層的吸收較小。具有傳播距離遠(yuǎn)、受地形限制較小、要求發(fā)射功率低、傳輸帶寬適當(dāng)以及抗人為破壞能力強(qiáng)〔這在軍事通信中尤為重要〕等許多優(yōu)點(diǎn)，它現(xiàn)在仍然是遠(yuǎn)距離傳輸過(guò)程中主要使用的信道之一。5．2頻率復(fù)用FDM1.信道帶寬分割：在物理信道的可用帶寬超過(guò)單個(gè)原始信號(hào)所需帶寬情況下，可將該物理信道的總帶寬分割成假設(shè)干個(gè)與傳輸單個(gè)信號(hào)帶寬相同(或略寬)的子信道，每個(gè)子信道傳輸一路信號(hào)。2.頻譜搬移：多路原始信號(hào)在頻分復(fù)用前，先要通過(guò)頻譜搬移技術(shù)將各路信號(hào)的頻譜搬移到物理信道頻譜的不同段上，使各信號(hào)的帶寬不相互重疊，然后用不同的頻率調(diào)制每一個(gè)信號(hào)，每個(gè)信號(hào)要一個(gè)樣以它的載波頻率為中心的一定帶寬的通道。為了防止互相干擾，使用保護(hù)帶來(lái)隔離每一個(gè)通道。頻分多路復(fù)用主要應(yīng)用于模擬信號(hào)。3.頻分多路復(fù)用FDM——是把每個(gè)要傳輸?shù)男盘?hào)以不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制，而且各個(gè)載波頻率是完全獨(dú)立的，即信號(hào)的帶寬不會(huì)相互重疊，然后在傳輸介質(zhì)上進(jìn)行傳輸，這樣在傳輸介質(zhì)上就可以同時(shí)傳輸許多路信號(hào)。4.時(shí)分多路復(fù)用TDM技術(shù)——即將一條物理信道按時(shí)間分成假設(shè)干個(gè)時(shí)間片輪流地分配給多個(gè)信號(hào)使用。每一時(shí)間片由復(fù)用的一個(gè)信號(hào)占用，這樣，利用每個(gè)信號(hào)在時(shí)間上的交叉，就可以在一條物理信道上傳輸多個(gè)數(shù)字信號(hào)。時(shí)分多路復(fù)用不僅限于傳輸數(shù)字信號(hào)，也可同時(shí)交叉?zhèn)鬏斈M信號(hào)。〔1〕同步時(shí)分：時(shí)分方案中的時(shí)間片是分配好的，而且是固定不變的?！?〕異步時(shí)分：允許動(dòng)態(tài)地分配傳輸媒體的時(shí)間片。頻分復(fù)用系統(tǒng)組成方框圖5．3時(shí)分復(fù)用TDM時(shí)分復(fù)用〔TDM〕方式，是建立在抽樣定理的根底上。抽樣使取值連續(xù)的模擬信號(hào)由一系列在時(shí)間上離散的抽樣脈沖值代替，使一路信號(hào)的各抽樣脈沖之間就出現(xiàn)了時(shí)間空隙，而其它各路信號(hào)的抽樣值就可以利用這種空隙進(jìn)行傳輸，這樣就在同一個(gè)信道中同時(shí)傳送了假設(shè)干路信號(hào)。同步時(shí)分多路復(fù)用STDM——在時(shí)分多路復(fù)用的過(guò)程中，各路信號(hào)在每一幀中所占時(shí)隙的位置是預(yù)先指定且固定不變。統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用ATDM——當(dāng)某路信號(hào)在某一時(shí)刻不出現(xiàn)或已經(jīng)傳送完成時(shí)，與該路信號(hào)相對(duì)應(yīng)的時(shí)隙就會(huì)空閑，從而產(chǎn)生資源浪費(fèi)。為了改變上述情況，提高信道利用率，數(shù)字通信系統(tǒng)中經(jīng)常采用另一種時(shí)分多路復(fù)用方式，也叫異步時(shí)分多路復(fù)用或智能時(shí)分多路復(fù)用。5．4復(fù)合調(diào)制與多級(jí)調(diào)制系統(tǒng)

復(fù)合調(diào)制是對(duì)同一載波進(jìn)行兩種或更多種的調(diào)制。針對(duì)載波信號(hào)來(lái)說(shuō)的，即對(duì)同一個(gè)載波，用一個(gè)或多個(gè)信號(hào)進(jìn)行假設(shè)干次超過(guò)一種方式的調(diào)制。多級(jí)調(diào)制是指將同一基帶信號(hào)進(jìn)行兩次或更屢次的調(diào)制。這種情況下，每次調(diào)制所采用的調(diào)制方式可以相同或不同，但使用的載波那么一定是不同的。實(shí)際通信系統(tǒng)中，常見(jiàn)的多級(jí)調(diào)制方式除SSB/SSB外，還有SSB/FM、FM/FM等。多級(jí)調(diào)制是針對(duì)基帶信號(hào)即信息信號(hào)而言的，即用同一個(gè)信號(hào)，對(duì)多個(gè)不同的載波先后進(jìn)行屢次調(diào)制.5．5多址通信方式多址技術(shù)是利用信號(hào)的特性在發(fā)送端對(duì)各路信號(hào)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在接收端那么根據(jù)發(fā)端設(shè)計(jì)規(guī)那么將收到的信號(hào)別離出來(lái)分別解調(diào)；多址技術(shù)主要針對(duì)移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信，利用射頻輻射的電磁波搜索不斷變化的移動(dòng)地址碼，在接收端區(qū)分出多個(gè)動(dòng)態(tài)地址，所以只能在射頻頻段實(shí)現(xiàn)；多址技術(shù)有頻分多址〔FDMA〕、時(shí)分多址〔TDMA〕、碼分多址〔CDMA〕和空分多址〔SDMA〕以及它們的組合形式，此外，還有利用空間分割和極化隔離技術(shù)的多址聯(lián)接方式即所謂的頻率再用技術(shù)等等。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中普遍采用隨機(jī)多址的ALOHA方式，5．5．1頻分多址〔FDMA〕方式1.FDMA利用各個(gè)發(fā)送端發(fā)射信號(hào)的頻率不同，將它們?cè)诎l(fā)送端組合起來(lái)，從同一個(gè)信道傳送，而接收端那么根據(jù)各發(fā)送信號(hào)的不同頻率，把它們別離開(kāi)來(lái)。為了使信道中各信號(hào)互不干擾，其信號(hào)頻譜排列必須互不重疊，且應(yīng)留有一定的保護(hù)頻帶寬度。2.典型的頻分多址方式有北美800MHz的AMPS體制以及歐洲與我國(guó)900MHz的TACS體制。5．5．1．1群路單載波〔MCPC〕方式發(fā)送信號(hào)的地球站將要發(fā)給其他各站的多個(gè)信號(hào)按某多路復(fù)用方式組合在一起后，再進(jìn)行一次載波調(diào)制，然后發(fā)送。接收地球站將收到的信號(hào)通過(guò)第一次載波解調(diào)后，根據(jù)預(yù)知的信號(hào)復(fù)用方式，利用預(yù)先分配給它的FDM載波頻率或TDM時(shí)隙數(shù)據(jù)，選出送給該站的信號(hào)，再次解調(diào)即可得到發(fā)送的原始信號(hào)。只有當(dāng)每個(gè)載波所傳輸?shù)母髀沸盘?hào)都處于工作中時(shí)，該MCPC方式才經(jīng)濟(jì)合理，否那么就會(huì)造成信道和發(fā)射功率的雙重浪費(fèi)。5．5．1．2單路單載波〔SCPC〕方式單路單載波〔SCPC〕方式。它在每一載波上只傳送一路信號(hào)或相當(dāng)于一路信號(hào)的數(shù)據(jù)或電報(bào)，并且通過(guò)“語(yǔ)音激活〞技術(shù)使轉(zhuǎn)發(fā)器的容量提高倍。對(duì)于通信站址多、但各站之間通信容量小、總通信業(yè)務(wù)量又不太大的衛(wèi)星系統(tǒng)而言，最適合的工作方式就是SCPC。常見(jiàn)的SCPC系統(tǒng)有以下幾種根本類(lèi)型：CVSD〔連續(xù)可變斜率的增量調(diào)制〕/SCPC/BPSK/FDMA/PA——可變斜率的增量調(diào)制/單路單載波/二進(jìn)制移相鍵控/頻分多址/信道預(yù)分配；PCM/SCPC/QPSK/FDMA/PA——脈沖編碼調(diào)制/單路單載波/四進(jìn)制移相鍵控/頻分多址/信道預(yù)分配；SCPC/CFM/FDMA/PA〔或DA〕——單路單載波/相位連續(xù)的調(diào)頻/頻分多址/信道預(yù)分配〔或信道按需分配〕；PCM/SCPC/QPSK/FDMA/DA——脈沖編碼調(diào)制/單路單載波/四進(jìn)制移相鍵控/頻分多址/信道按需分配；5．5．2時(shí)分多址〔TDMA〕方式時(shí)分多址技術(shù)TDMA依靠極其微小的時(shí)差，把信道劃分為假設(shè)干不相重疊的時(shí)隙，再把每個(gè)時(shí)隙分配給一個(gè)用戶(hù)專(zhuān)用，在收端就可根據(jù)發(fā)送各個(gè)用戶(hù)信號(hào)的不同時(shí)間順序分別接收不同用戶(hù)的信號(hào)。時(shí)分多址TDMA方式主要用來(lái)傳輸TDM數(shù)字信號(hào)，最典型的是TDM/PCM/PSK/TDMA體制。一幀信號(hào)中，各時(shí)隙的排列組合方式就稱(chēng)為該幀的幀結(jié)構(gòu)，不同TDMA系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)可能不同，但完成的任務(wù)卻大致相似。安排某地球站作為基準(zhǔn)站，周期性地向衛(wèi)星發(fā)射脈沖射頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)衛(wèi)星“播送〞給其他各地球站，作為系統(tǒng)內(nèi)各地球站之間的共同時(shí)間基準(zhǔn)，控制各站射頻信號(hào)的發(fā)射時(shí)間，使其在分配的時(shí)隙內(nèi)通過(guò)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器。時(shí)分多址系統(tǒng)的組成5．5．3碼分多址〔CDMA〕方式碼分多址將各用戶(hù)信號(hào)用一組兩兩正交的序列編碼來(lái)調(diào)制，使得調(diào)制后的信號(hào)可以同時(shí)在同一個(gè)信道載頻上傳輸而互不干擾。在接收端，利用編碼的正交性，使得只有具有和發(fā)送端某一地址碼完全相同的接收機(jī)才能正確解調(diào)恢復(fù)出相應(yīng)這一路的原始信號(hào)。CDMA的根底是頻譜擴(kuò)展即擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)是指用來(lái)傳輸信息的信號(hào)帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息本身帶寬的一種通信方式。擴(kuò)頻通信屬于寬帶通信的范疇，其系統(tǒng)帶寬一般為信息帶寬的100~1000倍。通常用正交碼或準(zhǔn)正交碼作為擴(kuò)頻碼即地址碼對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)碼分多址。擴(kuò)頻技術(shù)有直接序列〔DS〕擴(kuò)頻、跳頻〔FH〕擴(kuò)頻、線(xiàn)性調(diào)頻〔chirp〕、跳時(shí)〔TH〕擴(kuò)頻等幾種根本的具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)，其中DS和FH技術(shù)用得較多，而chirp技術(shù)那么主要用于雷達(dá)系統(tǒng)。此外，上述方法的一些組合如DS/FH、DS/TH、FH/TH及DS/TH/FH等混合擴(kuò)頻技術(shù)也常被采用。5．5．3．1直接序列擴(kuò)頻碼分多址系統(tǒng)CDMA/DS〔碼分多址/直接序列擴(kuò)頻〕:在發(fā)送端，將信息信號(hào)與PN碼進(jìn)行模2加，然后再對(duì)載波進(jìn)行PSK調(diào)制。由于PN碼的速率遠(yuǎn)大于信碼速率，故該P(yáng)SK信號(hào)頻譜被極大地展寬。該已調(diào)信號(hào)在發(fā)射機(jī)中經(jīng)上變頻后發(fā)射出去。在接收端，首先用與發(fā)送端碼型相同、嚴(yán)格同頻同相的本地PN碼和本地載波信號(hào)與收到的信號(hào)混頻和解擴(kuò)，得到僅受信碼調(diào)制的窄帶中頻信號(hào)，再對(duì)它進(jìn)行中頻放大和濾波，然后經(jīng)PSK解調(diào)即可恢復(fù)原信碼。碼分多址/直接序列擴(kuò)頻〔CDMA/DS〕系統(tǒng)方框圖5．5．3．2跳頻碼分多址系統(tǒng)CDMA/FH系統(tǒng)在發(fā)送端利用PN碼去控制頻率合成器，使之在一個(gè)較寬范圍內(nèi)的各個(gè)規(guī)定頻率點(diǎn)之間隨機(jī)跳變，輸出頻率也隨之跳變。再用此頻率與經(jīng)過(guò)信碼調(diào)制的中頻信號(hào)混頻，從而到達(dá)擴(kuò)展頻譜的目的。跳頻方案〔即頻合器對(duì)各個(gè)頻率點(diǎn)的選擇〕和跳頻速率〔指頻合器在各個(gè)頻率點(diǎn)之間跳變的速率〕分別由PN序列碼及其碼速率來(lái)決定。碼分多址/跳頻擴(kuò)頻〔CDMA/FH〕系統(tǒng)框圖5．5．3．3碼分多址的主要特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)一CDMA的主要特點(diǎn)1．抗干擾能力強(qiáng);2．抗多徑衰落能力強(qiáng)，信息傳輸可靠性高;3．電池壽命長(zhǎng);4．防截獲能力強(qiáng);5．系統(tǒng)容量大、且具有軟特性;6．具有越區(qū)軟切換功能;7.DMA還具有頻率復(fù)用率高、話(huà)音和數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量好、多址能力強(qiáng)、能與傳統(tǒng)窄帶系統(tǒng)共用頻段、組網(wǎng)靈活、具有測(cè)距功能、頻帶容易監(jiān)控和易于擴(kuò)展、支持多媒體業(yè)務(wù)等優(yōu)點(diǎn)。CDMA的主要問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)1.遠(yuǎn)近效應(yīng)與自動(dòng)功率控制;2.多徑衰落與分集接收技術(shù);3.地址碼的選擇;4.相關(guān)接收技術(shù);5.同步技術(shù).5．5．4混合多址方式1.混合多址方式是指通過(guò)對(duì)幾種多址方式的有序結(jié)合來(lái)充分發(fā)揮各種多址技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。常用的混合多址方式是空分多址〔SDMA〕分別與頻分多址、時(shí)分多址或碼分多址相結(jié)合的多址方式。2.空分多址是利用各個(gè)發(fā)射臺(tái)的地理位置不同，在接收端通過(guò)多個(gè)不同方向的天線(xiàn)來(lái)分別接收各臺(tái)發(fā)射信號(hào)的方式。3.空分多址/衛(wèi)星轉(zhuǎn)換/時(shí)分多址方式，SDMA/SS/TDMA方式:衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器相當(dāng)于一臺(tái)自動(dòng)交換機(jī).空分多址/星上轉(zhuǎn)換/時(shí)分多址〔SDMA/SS/TDMA〕方式的組成4.同步過(guò)程：〔1〕空分多址是在時(shí)分多址的根底上進(jìn)行工作的，各地球站的上行TDMA幀信號(hào)進(jìn)入衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)，必須保證幀內(nèi)各分幀的同步?！?〕在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器中，接通收、發(fā)信道和窄波束天線(xiàn)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的動(dòng)作必須分別與上行TDMA幀和下行TDMA幀保持同步，即每經(jīng)過(guò)一幀，天線(xiàn)的波束就要相應(yīng)轉(zhuǎn)換一次?！?〕每個(gè)地球站的相移鍵控調(diào)制和解調(diào)必須與各個(gè)分幀同步。5.空分多址方式有以下特點(diǎn)：必須采用窄波束的天線(xiàn)，使其輻射功率集中，有利用于分區(qū)接收；利用多波束之間的空間別離關(guān)系，提高抗同波道干擾的能力；各發(fā)射臺(tái)的位置和狀態(tài)必須高度穩(wěn)定，以保證天線(xiàn)窄波束的指向精確度。5.6CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)

5．6．1CDMA系統(tǒng)的根本原理5．6．1．1CDMA的根本概念頻分多址FDMA時(shí)分多址TDMA碼分多址CDMA三種根本多址接入方式示意5．6．1．2CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)分類(lèi)根據(jù)系統(tǒng)所采用的擴(kuò)頻技術(shù)，即獲得寬帶信號(hào)所采用的調(diào)制方式進(jìn)行劃分，把CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)分為直接序列擴(kuò)頻DS系統(tǒng)、跳頻FH系統(tǒng)、跳時(shí)TH以及它們的混合等幾種。1.直擴(kuò)DS方式——直接序列擴(kuò)頻調(diào)制方式，它將數(shù)字信號(hào)與高速率的擴(kuò)頻序列碼直接相乘后調(diào)制到載波上進(jìn)行發(fā)射，其原理框圖如以下圖所示。2.跳頻FH方式——簡(jiǎn)稱(chēng)FH方式，其載頻在同一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)不變，但在下一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)卻可能跳變到了另一個(gè)許可的頻率上，其跳變的模式由偽隨機(jī)擴(kuò)頻序列碼決定。一般將所有可用的載波頻率集合稱(chēng)為跳頻集。DS—CDMA收發(fā)框圖

FH—CDMA收發(fā)框圖載波發(fā)生器數(shù)據(jù)信息調(diào)制向上轉(zhuǎn)換器向下轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)信息解調(diào)本地PN碼生成本地載波發(fā)生PN碼生成同步追蹤3.跳時(shí)方式——跳時(shí)擴(kuò)頻的信號(hào)以快速突發(fā)脈沖的形式在時(shí)隙上傳輸，而使用的時(shí)隙那么由分配給用戶(hù)的編碼決定，簡(jiǎn)稱(chēng)TH方式。4．混合方式——指為了綜合利用各多址方式的優(yōu)點(diǎn)并抑制其缺點(diǎn)，同時(shí)采用前述三種多址方式中的兩種或多種的調(diào)制方式。目前常用的混合方式是DS—CDMA方式。5．6．1．3CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

CDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)5．6．2CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.強(qiáng)抗干擾能力;2.系統(tǒng)容量大，接通率高;3.系統(tǒng)容量的配置靈活;4.語(yǔ)音質(zhì)量更佳;5.不易掉話(huà);6.延長(zhǎng)電池壽命;7.低攔截概率LPI.5．6．3CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

通信系統(tǒng)的性能衡量從有效性、可靠性和平安性三個(gè)方面著。CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)采取的措施主要包括：用于抗慢衰落的功率控制技術(shù);抗頻率選擇性衰落的Rake接收;抗空間選擇性衰落的分集接收和發(fā)送技術(shù);抗掉話(huà)現(xiàn)象的軟切換技術(shù);提高通話(huà)質(zhì)量的線(xiàn)性預(yù)測(cè)話(huà)音編碼技術(shù)。5．6．3．1功率控制技術(shù)

“遠(yuǎn)近效應(yīng)〞現(xiàn)象——如果所有的移動(dòng)臺(tái)都以同樣的發(fā)射功率工作，那么離基站遠(yuǎn)的移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)在到達(dá)基站時(shí)將受到離基站近的移動(dòng)臺(tái)信號(hào)的影響甚至被淹沒(méi)，出現(xiàn)強(qiáng)信號(hào)壓制弱信號(hào)的情況。解決上述現(xiàn)象的有效技術(shù)是功率控制。反向開(kāi)環(huán)功率控制——用于控制小區(qū)內(nèi)所有移動(dòng)臺(tái)發(fā)射信號(hào)在到達(dá)基站時(shí)都到達(dá)標(biāo)稱(chēng)功率，以補(bǔ)償陰影、拐彎等效應(yīng)及平均路徑衰落。反向閉環(huán)功率控制——根據(jù)接收信號(hào)估算出移動(dòng)臺(tái)的開(kāi)環(huán)功率并立即進(jìn)行調(diào)整或補(bǔ)償，使移動(dòng)臺(tái)保持最適當(dāng)?shù)陌l(fā)射功率。前向功率控制——基站根據(jù)測(cè)量結(jié)果自行調(diào)整每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率，對(duì)路徑衰落小的移動(dòng)臺(tái)分派較小的前向鏈路功率，而對(duì)那些遠(yuǎn)離基站的和誤碼率較高的移動(dòng)臺(tái)分派較大的前向鏈路功率。5．6．3．2PN地址碼的選擇與實(shí)現(xiàn)

CDMA系統(tǒng)中的信號(hào)都占用同樣的頻段同時(shí)發(fā)送，它們對(duì)信道的區(qū)分完全依賴(lài)于用收端的再生地址碼對(duì)信號(hào)的相關(guān)解調(diào)來(lái)完成。地址碼選擇的好壞必將影響系統(tǒng)的容量、抗干擾力、接入及切換速率等性能。所選用的地址碼應(yīng)該具有足夠多的地址碼碼組序列、各地址碼組間彼此獨(dú)立〔互相關(guān)函數(shù)值為零或很小〕、不同的碼元數(shù)應(yīng)平衡相等等幾個(gè)特點(diǎn)。通常用偽噪聲序列模擬符合上述要求的高斯噪聲信號(hào)，常用的有序列、序列和碼。5．6．3．3軟切換技術(shù)

“硬切換〞方式，即當(dāng)一個(gè)正在通話(huà)中的移動(dòng)用戶(hù)從一個(gè)基站覆蓋區(qū)進(jìn)入另一個(gè)基站覆蓋區(qū)時(shí)，因?yàn)樵九c新基站的載波頻率不同，移動(dòng)臺(tái)必須在接收新基站的信號(hào)之前，切斷與原基站的聯(lián)系，然后再尋找新進(jìn)入的覆蓋區(qū)的基站頻率進(jìn)而與之進(jìn)行聯(lián)系，此即通常所說(shuō)的“先斷開(kāi)后連接〞?！败浨袚Q〞技術(shù)，即先連接、再斷開(kāi)。在通信用戶(hù)進(jìn)行越區(qū)切換時(shí)，并不斷掉與原基站的聯(lián)系而是同時(shí)與新基站進(jìn)行聯(lián)系，只有當(dāng)確認(rèn)已經(jīng)和新基站聯(lián)系上已后，它才將與原基站的聯(lián)系斷開(kāi)，使掉話(huà)的發(fā)生率大為降低。5．6．3．4CDMA的話(huà)音編碼技術(shù)

CDMA通信系統(tǒng)的話(huà)音編碼主要采用碼鼓勵(lì)線(xiàn)性預(yù)測(cè)QCELP語(yǔ)音編碼技術(shù)。QCELP技術(shù)將脈沖位置和幅度用一個(gè)矢量碼表代替來(lái)量化差值信號(hào)。對(duì)插入的語(yǔ)音信號(hào)按頻率進(jìn)行抽樣；將其分為幀長(zhǎng)，每一幀含160個(gè)抽樣的語(yǔ)音幀；將該幀中的160樣點(diǎn)值生成3個(gè)參數(shù)子幀,即線(xiàn)性預(yù)測(cè)編碼濾波器參數(shù)〔它對(duì)任何速率都是每更新一次〕；音調(diào)參數(shù)〔它的更新次數(shù)隨速率不同而異〕；碼表參數(shù)〔其更新次數(shù)也隨速率而變〕；3個(gè)參數(shù)更新后按一定幀結(jié)構(gòu)送至接收端，由接收端從接收的數(shù)據(jù)流中解包而獲得這些參數(shù)；根據(jù)這些參數(shù)重組語(yǔ)音信號(hào)。5．6．3．5分集技術(shù)與Rake接收

多徑快衰落：空間選擇性衰落、頻率選擇性衰落和時(shí)間選擇性衰落的快衰落。CDMA的分集接收技術(shù)：空間分集、頻率分集和時(shí)間分集等空間分集利用不同空間收到的信號(hào)衰落的獨(dú)立性來(lái)完成抗衰落功能。頻率分集將待發(fā)送的信息分別以不同載波調(diào)制后發(fā)送至信道，減少了接收天線(xiàn)設(shè)備數(shù)量，但它占用了更多的頻譜資源且發(fā)射機(jī)數(shù)目相應(yīng)增加。時(shí)間分集技術(shù)利用隨機(jī)衰落信號(hào)當(dāng)其取樣時(shí)間間隔足夠大時(shí)，任意兩個(gè)取樣點(diǎn)之間的衰落相互獨(dú)立的性質(zhì)，使待發(fā)送信號(hào)每隔一個(gè)大于時(shí)間相關(guān)區(qū)域的間隔ΔT重復(fù)發(fā)送，那么接收端得到相應(yīng)獨(dú)立的各分集支路。Rake接收技術(shù)是在內(nèi)設(shè)計(jì)多個(gè)接收機(jī)，同時(shí)分別接收每一路的信號(hào)并獨(dú)立進(jìn)行解調(diào)，然后再將接收并解調(diào)了的信號(hào)綜合疊加，濾掉噪聲后通過(guò)放大使輸出增強(qiáng)，形成清晰悅耳的話(huà)音信號(hào)，富有立體效果。5．6．4CDMA標(biāo)準(zhǔn)

CDMA標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)展大致過(guò)程為：第一階段：IS-95；第二階段：IS-95A；第三階段：IS-95B；第四階段：cdma2000；第五階段：3G。小結(jié)信道是通信系統(tǒng)必不可少的組成局部，是信號(hào)傳輸?shù)拿浇椋o(wú)線(xiàn)信道與有線(xiàn)信道兩類(lèi)。復(fù)用是指在基帶將假設(shè)干個(gè)彼此獨(dú)立的信號(hào)合并為一個(gè)可在同一信道上傳輸?shù)膹?fù)合信號(hào)的方法，主要有頻分復(fù)用FDM和時(shí)分復(fù)用TDM兩種。多址技術(shù)是指在射頻將假設(shè)干個(gè)彼此獨(dú)立的信號(hào)合并為一個(gè)可在同一信道上傳輸?shù)膹?fù)合信號(hào)的方法，主要有頻分多址FDMA、時(shí)分多址TDMA、碼分多址CDMA和混合多址等幾種方式。實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)5時(shí)分復(fù)用基帶通信系統(tǒng)一、實(shí)訓(xùn)目的通過(guò)連接、觀察一個(gè)時(shí)分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)的工作狀況，進(jìn)一步理解、掌握基帶數(shù)字通信系統(tǒng)的信號(hào)傳輸過(guò)程和時(shí)分復(fù)用根本原理。二、實(shí)訓(xùn)原理本實(shí)訓(xùn)使用數(shù)字信源模塊、數(shù)字終端模塊、位同步模塊及幀同步模塊。數(shù)字終端模塊原理框圖如下圖，其功能是根據(jù)輸入的單極性非歸零時(shí)分復(fù)用基帶信號(hào)S-IN、位同步信號(hào)BS-IN和幀同步信號(hào)FS-IN，把兩路數(shù)據(jù)信號(hào)從時(shí)分復(fù)用信號(hào)中別離出來(lái)，在輸出端輸出兩路串行數(shù)據(jù)信號(hào)和兩個(gè)8位并行數(shù)據(jù)。圖5.27數(shù)字終端原理框圖兩個(gè)8位并行信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)16個(gè)發(fā)光二極管，左邊8個(gè)二極管顯示第一路數(shù)據(jù)，右邊8個(gè)那么顯示第二路數(shù)據(jù)，二極管的亮和滅分別表示數(shù)碼“1〞、“0〞。輸出的兩路串行數(shù)據(jù)信號(hào)的碼率為信號(hào)源輸出信號(hào)碼率的1/3。表5.4圖中各單元的常用電路實(shí)現(xiàn)器件框圖單元電路圖元器件延遲1單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器延遲2D觸發(fā)器整形單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器、D觸發(fā)器延遲3移位寄存器÷3二進(jìn)制寄存器串/并變換八級(jí)移位寄存器并/串變換八級(jí)移位寄存器發(fā)光二極管延遲1、延遲2、延遲3、整形以及÷3共5個(gè)單元共同作用，以保證串/并變換器和并/串變換器的輸入信號(hào)SD、位同步信號(hào)、幀同步信號(hào)之間的正確相位關(guān)系，如下圖。移位存放器把FD分別延遲7、8、15、16個(gè)碼元周期，從而得到FD-7、FD-15、FD-8〔即F1〕和FD-16〔即F2〕4個(gè)幀同步信號(hào)。其作用分別如下：FD-7+BD——控制串/并轉(zhuǎn)換器，將第一路串行信號(hào)變成8位并行信號(hào)；FD-15+BD——控制串/并轉(zhuǎn)換器，將第二路串行信號(hào)變成8位并行信號(hào)；FD-8+B1——控制并/串轉(zhuǎn)換器，將第一路并行信號(hào)變?yōu)榇行盘?hào)D1；FD-16+B2——控制并/串轉(zhuǎn)換器，將第二路并行信號(hào)變?yōu)榇行盘?hào)D2。圖5.28變換后的信號(hào)波形圖為時(shí)分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)的原理框圖。復(fù)接器輸出進(jìn)行時(shí)分復(fù)用后的單極性不歸零碼〔NRZ〕，碼型變換器將該NRZ碼變?yōu)檫m于信道傳輸?shù)拇a型〔如HDB3碼〕。發(fā)送濾波器主要用于限制基帶信號(hào)的頻帶寬度，接收濾波器那么用于濾除局部噪聲干擾，同時(shí)還與發(fā)送濾波器、信道一起構(gòu)成無(wú)碼間串?dāng)_的基帶傳輸特性。顯然，復(fù)接器和分接器都需要位同步信號(hào)和幀同步信號(hào)。圖5.29時(shí)分復(fù)用數(shù)字基帶通信系統(tǒng)習(xí)題五一．填空1．信道是通信系統(tǒng)必不可少的組成局部，是信號(hào)傳輸?shù)摹病常话惴譃椤病承诺琅c〔〕信道兩個(gè)大類(lèi)，前者包括明線(xiàn)、〔〕、對(duì)稱(chēng)電纜、〔〕及〔〕等，而后者那么包含地波傳播、短波電離層反射、超短波或〔〕、〔〕以及各種散射信道等。2．國(guó)際電氣工業(yè)協(xié)會(huì)〔EIA〕對(duì)非屏蔽雙絞線(xiàn)UTP定義了〔〕類(lèi)質(zhì)量級(jí)別，網(wǎng)絡(luò)通信中常用的是〔〕和〔〕，二者之間的差異主要在于電纜內(nèi)每單位長(zhǎng)度上的扭絞數(shù)，五類(lèi)UTP的扭絞數(shù)〔〕三類(lèi)，使得它具有比三類(lèi)UTP〔〕性能，當(dāng)然，其價(jià)格也比三類(lèi)UTP〔〕。3．根據(jù)同軸電纜的頻率特性，可將其分為〔〕電纜和〔〕電纜，前者常用來(lái)傳輸〔〕信號(hào)，特性阻抗為〔〕；后者那么用于傳輸〔〕，特性阻抗為〔〕。實(shí)際系統(tǒng)中，常利用〔〕復(fù)用技術(shù)在一條同軸電纜上傳送多路信號(hào)。4．光纜是有線(xiàn)傳輸介質(zhì)中性能最好的一類(lèi)，一般由〔〕或〔〕構(gòu)成。在折射率較〔〕的單根光纖外面用折射率較〔〕的包層包住，就構(gòu)成了一條〔〕，在這外面再加上一層保護(hù)套，就構(gòu)成了一根〔〕。5．光導(dǎo)纖維通過(guò)內(nèi)部〔〕來(lái)傳輸光信號(hào)，由于光纖的折射系數(shù)〔〕外部包層的折射系數(shù)，使得光波在纖芯與包層界面之間產(chǎn)生〔〕，導(dǎo)致以〔〕角度進(jìn)入光纖的光波將沿著纖芯以〔〕的方式向前傳播。6．無(wú)線(xiàn)傳輸媒介利用〔〕作為傳輸介質(zhì)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，信號(hào)沿〔〕傳播，適用于架設(shè)或鋪埋電纜或光纜較困難的地方。主要包括〔〕、激光通信和〔〕三類(lèi)。7.軌道在赤道平面上空的衛(wèi)星，當(dāng)它離地面高度為〔〕km時(shí)，繞地球運(yùn)行一周的時(shí)間剛好為地球〔〕的時(shí)間即〔〕小時(shí)，故一般都稱(chēng)它為〔〕。將〔〕顆同步衛(wèi)星〔〕地放置在軌道上空作為中繼站，就可以覆蓋除兩極盲區(qū)以外全球〔〕。這種信道被廣泛用來(lái)傳輸多路〔〕、電報(bào)、數(shù)據(jù)和〔〕信號(hào)。8．短波是指波長(zhǎng)為〔〕m、頻率為〔〕MHZ的無(wú)線(xiàn)電波，它既可沿〔〕傳播，也可由〔〕反射傳播。前者簡(jiǎn)稱(chēng)為〔〕傳播；后者那么稱(chēng)為〔〕傳播。9．復(fù)用是指一種將假設(shè)干個(gè)〔〕的信號(hào)〔〕為一個(gè)可在〔〕信道上傳輸?shù)摹病车姆椒ɑ蚣夹g(shù)，最常見(jiàn)的復(fù)用方法是〔〕和〔〕兩種。10．復(fù)合調(diào)制是針對(duì)載波而言的，就是對(duì)同一載波進(jìn)行〔〕或〔〕的調(diào)制。多級(jí)調(diào)制那么是針對(duì)〔〕而言的，即把基帶信號(hào)進(jìn)行〔〕或〔〕的調(diào)制。11．無(wú)線(xiàn)通信中是以信道來(lái)區(qū)分通信對(duì)象的，多址技術(shù)就是實(shí)現(xiàn)〔〕的技術(shù)。從頻率的角度區(qū)分信道，就是〔〕技術(shù)；從時(shí)間的角度進(jìn)行，那么是〔〕技術(shù)。12．時(shí)分多址技術(shù)TDMA依靠極其微小的〔〕，把信道劃分為假設(shè)干不相重疊的〔〕，再把每個(gè)時(shí)隙分配給一個(gè)用戶(hù)專(zhuān)用，在收端就可根據(jù)發(fā)送各個(gè)用戶(hù)信號(hào)的不同〔〕分別接收不同用戶(hù)的信號(hào)。13．碼分多址技術(shù)利用〔〕的不同來(lái)區(qū)分用戶(hù)，它將各用戶(hù)信號(hào)用一組〔〕的序列編碼來(lái)調(diào)制，使得調(diào)制后的信號(hào)可以〔〕在〔〕上傳輸而互不干擾。在接收端，利用編碼的〔〕，使得只有具有和發(fā)送端某一地址碼完全相同的接收機(jī)才能正確解調(diào)恢復(fù)出相應(yīng)這一路的原始信號(hào)。二．單項(xiàng)選擇1．絞線(xiàn)由兩根互相絕緣絞合成螺紋狀的導(dǎo)線(xiàn)組成。下面關(guān)于雙絞線(xiàn)的表達(dá)中，正確的選項(xiàng)是〔〕。①它既可以傳輸模擬信號(hào)，也可以傳輸數(shù)字信號(hào)②安裝方便，價(jià)格廉價(jià)③不易受外部干擾，誤碼率低④通常只用作建筑物內(nèi)的局部網(wǎng)通信介質(zhì)

A①、②、③、B①、②、④C①、③、④D①、②、③、④2．

無(wú)線(xiàn)信道的傳輸媒體不包括〔〕。A.激光B.微波C.紅外線(xiàn)D.光纖3．信息的傳輸媒體也稱(chēng)為〔〕。A.信源B.載體C.信宿D(zhuǎn).噪聲4．在常用的傳輸媒體中，帶寬最寬、信號(hào)傳輸衰減最小、抗干擾能力最強(qiáng)的是〔〕。A.光纖B.雙絞線(xiàn)C.無(wú)線(xiàn)信道D.同軸電纜5．地球同步衛(wèi)星運(yùn)行于距離地面三萬(wàn)千米的太空中，它可以覆蓋地球外表〔〕以上的地區(qū)。A1/4B1/2C3/4D1/36．光纖對(duì)數(shù)字信號(hào)的傳輸利用光脈沖的〔〕有無(wú)來(lái)代表1、0A幅度極性B幅度有無(wú)C相位上下D頻率上下7．以下關(guān)于無(wú)線(xiàn)視距通行的說(shuō)法錯(cuò)誤的選項(xiàng)是〔〕。A傳輸過(guò)程中每隔一段距離就需通過(guò)中繼站將前一信號(hào)放大再向下傳B具有頻帶寬、通信容量大、傳輸質(zhì)量高、可靠性較好等優(yōu)點(diǎn)C相鄰中繼站點(diǎn)間必須可以直視而不能有障礙物D受氣候干擾較大、保密性較好8．按CCITT標(biāo)準(zhǔn)，頻分復(fù)用系統(tǒng)的防護(hù)頻帶間隔不低于〔〕時(shí)，可使鄰路干擾電平不高于-40dB。A900HzB1KHzC9KHzD9MHz9．目前模擬通信系統(tǒng)中，最主要的信道復(fù)用方式是〔〕。A頻分復(fù)用B時(shí)分復(fù)用C碼分復(fù)用D波分復(fù)用10．假設(shè)話(huà)音信號(hào)的最高頻率是4000Hz，那么按照抽樣定理，取單路話(huà)音信號(hào)的抽樣頻率為〔〕。A4000HzB8000HzC10KHzD16KHz11．對(duì)同一個(gè)信號(hào)先后分別依次進(jìn)行了一次單邊帶〔SSB〕調(diào)制、一次頻率調(diào)制FM，可將此表示為〔〕。ASSB/SSBBSSB/FMCFM/FMDFM/SSB12．信道分配技術(shù)與基帶復(fù)用方式、調(diào)制方式、多址聯(lián)接方式相結(jié)合，共同決定了一個(gè)通信系統(tǒng)的通信體制。如FDM/FM/FDMA/PA代表了一個(gè)〔〕方式的通信體制。A“時(shí)分多路復(fù)用/頻率調(diào)制/頻分多址/固定預(yù)分配〞B“頻分多路復(fù)用/頻率調(diào)制/時(shí)分多址/固定預(yù)分配〞C“頻分多路復(fù)用/頻率調(diào)制/頻分多址/非固定預(yù)分配〞D“頻分多路復(fù)用/頻率調(diào)制/頻分多址/固定預(yù)分配〞13．下面關(guān)于FDMA的說(shuō)法正確的選項(xiàng)是〔〕。A為了使信道中各信號(hào)互不干擾，F(xiàn)DMA信號(hào)的發(fā)送時(shí)間必須互不重疊，且應(yīng)留有一定的保護(hù)時(shí)間間隔BFDMA是模擬載波通信、微波通信和衛(wèi)星通信中最根本技術(shù)之一CFDMA通信系統(tǒng)中最難解決的就是鄰道干擾D頻分多址方式的最大優(yōu)點(diǎn)是處理數(shù)字信號(hào)特別方便三．多項(xiàng)選擇1．雙絞線(xiàn)是由兩根各自封裝在彩色塑料套內(nèi)的銅線(xiàn)扭絞而成。關(guān)于雙絞線(xiàn)，如下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是〔〕。A雙絞線(xiàn)扭絞的目的是為了降低它們彼此之間的干擾B雙絞線(xiàn)相鄰線(xiàn)對(duì)間的扭距不同，其抗干擾的能力也不同C雙絞線(xiàn)可以傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)D用于局域網(wǎng)時(shí)，雙絞線(xiàn)與集線(xiàn)器之間的最大傳輸距離為100m2．光纖由于具有如下〔〕優(yōu)點(diǎn)，是目前最有開(kāi)展前途的有線(xiàn)傳輸媒介。A頻帶寬、數(shù)據(jù)傳輸速率高B損耗小C誤碼率低D平安保密性好3．以下關(guān)于時(shí)分復(fù)用的說(shuō)法正確的選項(xiàng)是〔〕。A時(shí)分復(fù)用可分為同步時(shí)分復(fù)用STDM和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用ATDM兩種BSTDM的信道利用率高于ATDMCSTDM適用于復(fù)用的各路信號(hào)數(shù)據(jù)量相對(duì)固定的場(chǎng)合DATDM由于動(dòng)態(tài)分配時(shí)隙來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，即對(duì)傳送信息量大的某路信號(hào)分配時(shí)隙多，少的那么分配時(shí)隙少，其信道利用率高于STDM4．目前常用的多址技術(shù)有〔〕。A頻分多址〔FDMA〕B時(shí)分多址〔TDMA〕C碼分多址〔CDMA〕D空分多址〔SDMA〕5．設(shè)為已調(diào)擴(kuò)頻信號(hào)的射頻帶寬，為信息速率，為原始〔基帶〕信號(hào)帶寬，那么擴(kuò)頻系統(tǒng)的處理增益可表示為〔〕。AB

CD6．碼分多趾技術(shù)具有如下〔〕特點(diǎn)。A抗干擾與多徑衰落能力強(qiáng)，信息傳輸可靠性高B防截獲能力強(qiáng)C系統(tǒng)容量大D具有軟切換功能7．碼分多趾通信的核心技術(shù)是〔〕。A自動(dòng)功率控制