無線通信工程第08講

無線通信工程姚彥教授清華大學(xué)微波與數(shù)字通信國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2001年12月1日第一頁，共三十六頁。第八講無線通信的多址技術(shù)（1）第二頁，共三十六頁。內(nèi)容提要概述頻分多址（FDMA）時(shí)分多址（TDMA）碼分多址（CDMA）空分多址（SDMA）第三頁，共三十六頁。概述第四頁，共三十六頁。多址傳輸模型(1)共有N個(gè)地址，第k個(gè)地址發(fā)送的信號為：

其中skj(t)為k

j的信號，akj=1或0k多址信道sk(t)rk(t)第五頁，共三十六頁。多址傳輸模型(2)第k個(gè)地址接收的信號為：其中Lik為i

k的傳輸系數(shù)，nk(t)為k的接收機(jī)噪聲。說明：

第六頁，共三十六頁。多址傳輸模型(3)要實(shí)現(xiàn)多址通信，必需在k站分離出其它各站送給它的信號：rk(t)M1k()M2k()MNk()s1k(t)s2k(t)sNk(t)第七頁，共三十六頁。多址傳輸模型(4)圖中Mnk()是對r(t)進(jìn)行某種運(yùn)算的算符，在不考慮噪聲的情況下：多址傳輸?shù)闹饕獑栴}是選擇合適的波形集sij(t)和相應(yīng)的算符集Mnk()，以滿足正交分割的要求。第八頁，共三十六頁。信號分割技術(shù)信號的分割正交FDMATDMASDMA非正交CDMA第九頁，共三十六頁。雙工技術(shù)多址還要考慮雙工方式FDD：收發(fā)頻率分開、接收和發(fā)送通過濾波器來完成；特點(diǎn)：合理安排頻率；TDD：收發(fā)共用一個(gè)頻率、接收和發(fā)送通過開關(guān)來完成；特點(diǎn)：收發(fā)存在時(shí)間間隔。第十頁，共三十六頁。各種系統(tǒng)雙工方式和多址方式要統(tǒng)一考慮；主要多址方式：FDMA、TDMA、CDMA；窄帶系統(tǒng)采用方式：FDMA/FDD、TDMA/FDD、TDMA/TDD；寬帶系統(tǒng)采用方式：TDMA、CDMA/FDD、TDD；空分多址（SDMA）是一種輔助方式。第十一頁，共三十六頁。各種系統(tǒng)（續(xù)）CDMA/FDD美國窄帶擴(kuò)頻（IS－95）TDMA/TDD歐洲數(shù)字無繩電話（DECT）FDMA/TDDCT2（無繩電話）TDMA/FDD日本數(shù)字蜂窩（JDC）TDMA/FDD美國數(shù)字蜂窩（USDC）TDMA/FDD全球移動通信系統(tǒng)（GSM）FDMA/FDD高級移動電話系統(tǒng)（AMPS）多址技術(shù)蜂窩移動通信系統(tǒng)第十二頁，共三十六頁。頻分多址第十三頁，共三十六頁。工作原理這是頻率域上的正交分割。信號集采用在頻譜上互不重疊載頻，算符集采用不同載頻的帶通濾波器。f1f2f3f4f5f6f5Sij(f)Mnk()ff第十四頁，共三十六頁。工作原理（續(xù)）這時(shí)，n

k的選址輸出為：

第十五頁，共三十六頁。信道配置FDMA/FDD、TDD信道配置圖代碼時(shí)間頻率信道1信道2信道3信道n第十六頁，共三十六頁。技術(shù)特點(diǎn)FDMA通常在窄帶系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；符號時(shí)間遠(yuǎn)大于延時(shí)擴(kuò)展，不需要均衡；不間斷發(fā)送，系統(tǒng)額外開銷少；系統(tǒng)簡單，但需要雙工器，同時(shí)需要精確的射頻帶通濾波器來消除相鄰信道干擾，消除基站的雜散輻射。信道非線性是FDMA系統(tǒng)的主要矛盾。第十七頁，共三十六頁。FDMA的非線性效應(yīng)由于發(fā)射機(jī)功率放大器的非線性，會產(chǎn)生：頻譜展寬：單載波的發(fā)送信號經(jīng)過非線性信道，會產(chǎn)生頻譜展寬，并將對相鄰信道造成干擾。信號抑制：多載波的發(fā)送信號經(jīng)過非線性信道，會產(chǎn)生大信號抑制小信號的現(xiàn)象，影響通信效果。交調(diào)噪聲：多載波的發(fā)送信號經(jīng)過非線性信道，在發(fā)送信號頻率以外會產(chǎn)生交調(diào)噪聲，并將對其它的業(yè)務(wù)信道造成干擾。

第十八頁，共三十六頁。交調(diào)舉例例：IM＝mf1+nf2，m,n為任意整數(shù)，如：f1=930MHz，f2=932MHz，求落在工作頻率為1920～1940MHz的交調(diào)頻率。解：可能的頻率有：（2n+1）f1（2）－2nf2（1），（2n+2）f1（2）－（2n+1）f2（1）等等，n=0,1,2….1946*1942*193819341944*19401936193219161920192419281918192219261930n=3n=2n=1n=0第十九頁，共三十六頁。關(guān)鍵技術(shù)問題需要很好解決信道的非線性問題目標(biāo)：希望保持發(fā)送頻譜的形狀，主瓣不會展寬，旁瓣不會隆起；此外，不會在其它頻率上產(chǎn)生交調(diào)頻率分量。方法：（1）采用高線性度的功率放大器；（2）合理配置頻率避開交調(diào)分量；（3）功率放大器的輸出功率倒退法；（4）功率放大器的線性補(bǔ)償法。第二十頁，共三十六頁。典型應(yīng)用舉例美國AMPS系統(tǒng)：FDMA/FDD，模擬窄帶調(diào)頻（NBFM），按需分配頻率；同時(shí)支持的信道數(shù)：N＝（Bt－2B保護(hù)）/BcBt系統(tǒng)帶寬，Bc信道帶寬，B保護(hù)為分配頻率時(shí)的保護(hù)帶寬。第二十一頁，共三十六頁。典型應(yīng)用舉例（續(xù)）例：如Bt為12.5MHz，B保護(hù)為10KHz，Bc為30KHz，求FDMA系統(tǒng)的有效信道數(shù)。解：N＝（Bt－2B保護(hù)）/Bc將上述數(shù)值代入即有N＝416第二十二頁，共三十六頁。時(shí)分多址第二十三頁，共三十六頁。工作原理這是時(shí)間域上的正交分割。信號集按不同的時(shí)隙進(jìn)行分割，并讓各個(gè)地址的信號在時(shí)間上互不重疊。算符集采用相應(yīng)時(shí)隙的選擇開關(guān)。t1t2t3t4t5t4ttsij(t)Mnk()第二十四頁，共三十六頁。工作原理（續(xù)）這時(shí)，n

k的選址輸出為：

第二十五頁，共三十六頁。信道配置TDMA/TDD、FDD信道配置圖代碼時(shí)隙時(shí)間頻率信道N信道1信道2信道3第二十六頁，共三十六頁。TDMA幀結(jié)構(gòu)TDMA幀頭比特信息尾比特時(shí)隙1時(shí)隙2時(shí)隙3時(shí)隙n……尾比特同步比特信息數(shù)據(jù)保護(hù)比特第二十七頁，共三十六頁。技術(shù)特點(diǎn)多用戶共享一個(gè)載波頻率，時(shí)隙數(shù)取決于有效帶寬和調(diào)制技術(shù)等；數(shù)據(jù)分組發(fā)送，不連續(xù)發(fā)送，需開關(guān)；由于速率較高，往往需要采用均衡器；系統(tǒng)開銷大，包括保護(hù)時(shí)隙、同步時(shí)隙等；采用時(shí)隙重新分配的方法，為用戶提高所需要的帶寬。第二十八頁，共三十六頁。TDMA的效率系統(tǒng)效率：在發(fā)射數(shù)據(jù)中信息所占的百分比，不包括系統(tǒng)開銷；幀效率：發(fā)送數(shù)據(jù)比特在一幀中所占的百分比。第二十九頁，共三十六頁。TDMA系統(tǒng)的信道數(shù)總的信道數(shù)：總的TDMA時(shí)隙數(shù)。即每一信道的TDMA時(shí)隙數(shù)乘以有效信道數(shù)。N＝(m(Btot－2B保護(hù)))/Bcm為每個(gè)信道所支持的TDMA用戶數(shù)，Btot信道帶寬，B保護(hù)保護(hù)帶寬，Bc用戶帶寬。第三十頁，共三十六頁。應(yīng)用舉例例：GSM系統(tǒng)，總帶寬25MHz，一個(gè)信道200KHz，具有8個(gè)TDMA用戶，未設(shè)保護(hù)帶寬，求總用戶數(shù)。解：Bc＝200/8＝25KHzN＝25×106/25×103＝1000第三十一頁，共三十六頁。TDMA的關(guān)鍵技術(shù)問題數(shù)據(jù)緩沖技術(shù)突發(fā)解調(diào)技術(shù)分幀同步技術(shù)第三十二頁，共三十六頁。實(shí)現(xiàn)均勻

突發(fā)和突發(fā)

均勻的變換數(shù)據(jù)緩沖技術(shù)發(fā)緩沖收緩沖發(fā)送均勻數(shù)據(jù)發(fā)送突發(fā)數(shù)據(jù)接收突發(fā)數(shù)據(jù)接收突發(fā)數(shù)據(jù)第三十三頁，共三十六頁。關(guān)鍵技術(shù)是解調(diào)過程中的載波快速同步與時(shí)鐘快速同步。載波快速同步的一種方法：延時(shí)相干解調(diào)時(shí)鐘快速同步的一種方法：步進(jìn)相位選擇突發(fā)解調(diào)技術(shù)第三十四頁，共三十六頁。分幀同步系統(tǒng)的重要性分幀同步的指標(biāo)：建立時(shí)間、保持時(shí)間、同步精度分幀同步質(zhì)量影響保護(hù)時(shí)隙多少，因而影響系統(tǒng)效率為了減少傳播延時(shí)變化所帶來的影響，需要采用自適應(yīng)時(shí)隙跟蹤方法分幀同步技術(shù)第三十五頁，共三十六頁。內(nèi)容總結(jié)無線通信工程。共有N個(gè)地址，第k個(gè)地址發(fā)送的信號為：。其中Lik為ik的傳輸系數(shù)，nk(t)為k的接收機(jī)噪聲。圖中Mnk()是對r(t)進(jìn)行某種運(yùn)算的算符，在不考慮噪聲的情況下：。多址傳輸?shù)闹饕獑栴}是選擇合適的波形集sij(t)和相應(yīng)的算符集Mnk()，以滿足正交分割的