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文档简介

1、第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式1第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式多路复用与多址技术多路复用与多址技术频分复用频分复用( (FDM)FDM)时分复用时分复用(TDM(TDM) 码分复用码分复用( (CDM)CDM)多址通信方式多址通信方式第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式2 信源信源 信源编码信源编码 加密加密 扩频扩频 信道信道噪声、干扰噪声、干扰实际数字通信系统模型实际数字通信系统模型 信道编码信道编码 多路复用多路复用 脉冲调制脉冲调制 频带调制频带调制 多址接入多址接入 发送端发送端 自它路信号自它路信号 收信者收信者 信源译码

2、信源译码 解密解密 解扩解扩 信道译码信道译码 多路分离多路分离 检测检测 频带解调频带解调 多址接入多址接入 接收端接收端同步同步 到它路信号到它路信号第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式3 7.1 7.1 多路复用与多址技术多路复用与多址技术一、概述一、概述2多址方式:多址方式:多个地球站通过共同的卫星同时建立各自的多个地球站通过共同的卫星同时建立各自的 信道,从而实现各地球站间通信的一种方式。信道,从而实现各地球站间通信的一种方式。 分类:分类:频分频分多址多址、时分多址时分多址和和码分多址码分多址1信道复用:信道复用:就是利用一条信道同时传输多路信号的一就是利用一条信道

3、同时传输多路信号的一 种技术种技术, 目的是为了提高通信系统的有效性。目的是为了提高通信系统的有效性。 分类:分类:频分复用、频分复用、时分复用时分复用和和码分复用码分复用第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式4* * 相同:相同: 目的;过程(信号的复合、传输、信号的分离)目的;过程(信号的复合、传输、信号的分离)3信道复用与多址方式的比较信道复用与多址方式的比较动态动态站址站址射频射频多址方式多址方式固定固定话路话路基带基带信道复用信道复用网络资源分配网络资源分配信号来源信号来源频段频段* 不同:不同: 应用应用 广播、电视广播、电视移动、卫星移动、卫星第第7 7章章 信道复

4、用和多址方式信道复用和多址方式5 7.2 频分复用频分复用(FDM) 1.FDM1.FDM:用不同用不同频率来传送多路信号,以实现多路频率来传送多路信号,以实现多路 复用的技术。复用的技术。 一、频分多路复用一、频分多路复用2.2.依据:依据:调制定理调制定理3.3.分离:分离:滤波器滤波器频频分分复复用用器器解解复复用用器器信号信号1信号信号2信号信号N信道信道1信道信道2信道信道N信号信号1信号信号2信号信号N第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式6fF1(f)fmfF2(f)fm 二、原理二、原理fFSSB1(f)f1fFSSB2(f)f21.1.复用复用第第7 7章章 信

5、道复用和多址方式信道复用和多址方式7fFSSB2(f)f1f2fFSSB1(f)f1FSSB2(f)f2fFSSB1(f)第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式8多路信号频谱结构频率复用的频谱组成fF1(f)fF2(f)第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式92.2.框图框图12第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式10在接收端,可利用相应的带通在接收端,可利用相应的带通滤波器滤波器来分离出各路信号,并来分离出各路信号,并通过各自的解调器和低通滤波器恢复出各路的调制信号。通过各自的解调器和低通滤波器恢复出各路的调制信号。频分复用的优点频分复用的优点:

6、:信道利用率高,复用路数多,技术成熟,信道利用率高,复用路数多,技术成熟,成本低。成本低。应用应用: :模拟通信系统,如:无线电广播、电视广播、有线、模拟通信系统,如:无线电广播、电视广播、有线、微波通信。微波通信。频分复用的缺点频分复用的缺点: :抗干扰能力差,无检错和纠错功能,不适抗干扰能力差,无检错和纠错功能,不适合传输数字信号。合传输数字信号。第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式11fFSSB2(f)fFSSB1(f)f1f2fFSSB1(f)f1FSSB2(f)f2fF1(f)fF2(f)fmfm2.2.解复用解复用第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式

7、12 三、带宽的计算三、带宽的计算 为了防止邻路信号之间相互干扰,相邻信道之间需加为了防止邻路信号之间相互干扰,相邻信道之间需加防护频带防护频带f fg g,因此,总的复用信号的带宽为因此,总的复用信号的带宽为gmfNfNB) 1(SSB思考:若采用AM调制方式,其总带宽是多少?BSSB第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式13)(5 .445 . 09410KHz 10 10路话音信号采用路话音信号采用FDMFDM(调制方式(调制方式SSBSSB)复用方式,话音)复用方式,话音信号的最高频率为信号的最高频率为4 4KHzKHz,防护频带为防护频带为0.50.5KHzKHz,总带

8、宽是多少总带宽是多少? ?解:若采用AM调制方式,总带宽是多少?gmfNfNB) 1(SSB例例1第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式14 四、复合四、复合( (二次二次) )调制调制 在复用系统中采用两种或两种以上的调制方式的系统为在复用系统中采用两种或两种以上的调制方式的系统为复合调制系统。复合调制通常分为两类,一类用于频分复用,复合调制系统。复合调制通常分为两类,一类用于频分复用,属于连续波连续波复合调制系统,例如属于连续波连续波复合调制系统,例如SSB/FMSSB/FM。另一类用另一类用于时分复用,属于脉冲连续波调制,例如于时分复用,属于脉冲连续波调制,例如PAM/AM

9、PAM/AM,PCM/FMPCM/FM等等等等。 总带宽按逐级调制进行计算总带宽按逐级调制进行计算第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式15)(5 .445 . 09410KHz)KHz(5345 .4462B) 1( 2BSSBFMFM 10 10路话音信号采用路话音信号采用SSB/FMSSB/FM复合调制,话音信号的最高复合调制,话音信号的最高频率为频率为4 4KHzKHz,防护频带为防护频带为0.50.5KHzKHz,调频指数调频指数 FM FM = 5= 5,其复合其复合调制的总带宽是多少调制的总带宽是多少? ?解:若采用AM/FM复合调制,其调制的总带宽是多少?gmfN

10、fNB) 1(SSB例例2第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式167.3 7.3 时分复用(时分复用(TDMTDM) 一、时分多路复用一、时分多路复用1. TDM:按照一定的时序依次循环传输各路消息,按照一定的时序依次循环传输各路消息, 以实现信道复用的方法以实现信道复用的方法2.2.依据:依据:抽样定理抽样定理3.3.分离:分离:选通门选通门第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式17PAM信号信号第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式18二、时分复用原理二、时分复用原理TsTs/N 1. 框图框图同步同步k1k2解码解码量化量化编码编码第第7 7章

11、章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式19* 时隙:一帧的相邻两脉冲间的间隔时隙:一帧的相邻两脉冲间的间隔T* 帧:帧:各个各个消息构成的消息构成的单一单一抽样的一组脉冲抽样的一组脉冲Ts* T=Ts/N= 抽样脉冲宽度抽样脉冲宽度防护时隙防护时隙 g 2. 几个概念几个概念112212Ts第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式20量化量化编码编码解码解码t8位位8位位第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式211:1101110032:11000100位位时隙时隙帧帧 * 一帧一帧(125us)包含包含32个时隙(路信号个时隙(路信号,即即N=32), 每时隙每时

12、隙(T ):125/32=3.9us * 一路语音信号的抽样速率一路语音信号的抽样速率8KHz,间隔间隔TS=125us,即帧长即帧长125us * 每时隙编每时隙编8位(位(bit)PCM信号,一帧信号,一帧32路共路共32*8 = 256 bit 每位的时间:每位的时间:0.49us 3. 30/32路路PCM系统的帧结构系统的帧结构第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式22 * 数码率为:数码率为: 256* 8K=2.048Mbit/s(bps),一路一路64kbpsTS1TS2TS15 TS16TS17TS31 TS032时隙,时隙,256bit,125us话路话路话路

13、话路同步同步信令信令时隙:时隙:TS30/32路路PCM系统的帧结构系统的帧结构集中集中插入插入话路话路:传送信息码传送信息码同步:帧同步码,分辨出同步:帧同步码,分辨出1路的路的8位位PCM编码编码信令:话音之外的信号信令:话音之外的信号第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式23二、二、 时分复用所需的信道带宽时分复用所需的信道带宽 一路基带信号一路基带信号: :频率范围为频率范围为0 0 f fm m,抽样值抽样值2 2f fm m个个; ; N N路时分复用路时分复用PAMPAM信号信号: :2 2NfNfm m个脉冲组成个脉冲组成, ,频带范围为频带范围为0 0 NfNf

14、m mmfNB 传输传输N路时分复用路时分复用PAM信号所需要的信道带宽信号所需要的信道带宽B 第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式24一、一、码分复用码分复用1.1. CDMCDM:是靠不同的编码是靠不同的编码( (地址码地址码) )来区分各路原始信号来区分各路原始信号 的一种复用方式的一种复用方式7.4 码分复用码分复用(CDM)2.2.依据:依据:香农公式香农公式3.3.分离:分离:相关器相关器第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式25正交:正交:任意两个码组的互相关系均为零任意两个码组的互相关系均为零NiiiyxNyx11),(二、二、地址码地址码:相互正

15、交相互正交1 1 1 11 1 -1 -11 -1 -1 11 -1 1 -1S1S2S3S4第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式26三、三、框图框图第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式27 四、伪随机码四、伪随机码 1.概念:概念: CDM(码分复用(码分复用)是基于扩频通信的一种应用,是基于扩频通信的一种应用,在扩频通信系统中需要采用在扩频通信系统中需要采用高码率高码率的正交码序列作为扩频码,的正交码序列作为扩频码,目前用的最多的是伪随机码。目前用的最多的是伪随机码。2.特点:特点:伪随机信号必须具有尖锐的自相关函数,而互相关函数应接近于零伪随机信号必须具有

16、尖锐的自相关函数,而互相关函数应接近于零有足够长的码周期,以确保具有抗侦破,抗干扰的能力有足够长的码周期,以确保具有抗侦破,抗干扰的能力有足够多的独立地址数,以实现码分多址的要求有足够多的独立地址数,以实现码分多址的要求工程上易于产生、加工、复制和控制工程上易于产生、加工、复制和控制第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式28定义分离依据频分复用频分复用频率频率滤波器滤波器调制定理调制定理时分复用时分复用时间时间抽样门抽样门抽样定理抽样定理码分复用码分复用地址码地址码相关器相关器香农公式香农公式三种复用方式的比较三种复用方式的比较第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式

17、29 * * 多址技术:多个多址技术:多个MS同时通过同时通过BS建立各自的无线信道建立各自的无线信道 实现双向通信的联接方式实现双向通信的联接方式一、频分多址(一、频分多址(FDMAFDMA)1. 1. 概念:各用户被分配不同的无线信道,在接收端概念:各用户被分配不同的无线信道,在接收端 通过滤波器来识别通过滤波器来识别2.2.特点:每载波单路;连续传送;带宽较窄;特点:每载波单路;连续传送;带宽较窄; 符号持续时间长;符号持续时间长;MSMS简单;传输费用少;简单;传输费用少; 共同设备成本高;需双工器;切换复杂共同设备成本高;需双工器;切换复杂3.3.应用:模拟移动网应用:模拟移动网7.

18、5 7.5 多址通信方式多址通信方式第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式30二、二、时分多址(时分多址(TDMATDMA)1.1.概念:各概念:各MSMS被分配不同的时隙,在接收端被分配不同的时隙,在接收端 通过选通门识别(须同步)通过选通门识别(须同步)3.3.应用:数字应用:数字GSMGSM移动网移动网2.2.特点:每载波多路;突发脉冲序列传送;特点:每载波多路;突发脉冲序列传送; 频谱利用率提高;符号持续时间短;需均衡;频谱利用率提高;符号持续时间短;需均衡; MSMS复杂;开销大;复杂;开销大;共同设备成本低;共同设备成本低; 不需双工器;切换更有效;易采用新技术不需双

19、工器;切换更有效;易采用新技术 代码 信道 N 频率 信道 2 信道 1 时间 第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式31三、码三、码分多址(分多址(CDMACDMA)1.1.概念:各用户被分配不同的伪随机码,在接收端概念:各用户被分配不同的伪随机码,在接收端 通过相关器识别通过相关器识别2.2.特点:每载波更多路;很宽的带宽;特点:每载波更多路;很宽的带宽; 需均衡器;需均衡器;MSMS较简单;无较简单;无开开销;销; 共同设备成本低共同设备成本低3.3.应用:数字应用:数字CDMACDMA移动网移动网第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式327.5 7.5 多址

20、通信方式多址通信方式 一、一、 频分多址频分多址( (FDMA)FDMA) 频分多址频分多址( (FDMA)FDMA)是以传输信号的载波频率不同来区分信道建立多是以传输信号的载波频率不同来区分信道建立多址接入。它的基本原理是:将给定的频谱资源按频率划分,把传输频址接入。它的基本原理是:将给定的频谱资源按频率划分,把传输频带划分为若干个较窄的且互不重叠的子频带,每个用户分配到一个固带划分为若干个较窄的且互不重叠的子频带,每个用户分配到一个固定的子频带,按频带区分用户。将信号调制到该子频带内,各用户信定的子频带,按频带区分用户。将信号调制到该子频带内,各用户信号同时传送。接收时分别按频带提取,从而

21、实现多址通信。号同时传送。接收时分别按频带提取,从而实现多址通信。 第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式33二、时分多址二、时分多址( (TDMA)TDMA) TDMATDMA方式是指以传输信号存在的时间不同来区分信号建立多址接入。方式是指以传输信号存在的时间不同来区分信号建立多址接入。它在给定传输频带的条件下它在给定传输频带的条件下, ,把传送时间划分为若干时间时隙。用户的把传送时间划分为若干时间时隙。用户的收发各使用一个指定的时隙,经过数字化的用户信号被安插到指定的时收发各使用一个指定的时隙,经过数字化的用户信号被安插到指定的时隙中,多个用户依次分别占用各自的时隙,经过传输

22、,各用户接收并解隙中,多个用户依次分别占用各自的时隙,经过传输,各用户接收并解调后分别提取相应时隙的信息,按时间区分用户,从而实现多址通信。调后分别提取相应时隙的信息,按时间区分用户,从而实现多址通信。 代码 信道 N 频率 信道 2 信道 1 时间 图7.11 TDMA示意图第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式34第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式35在在TDMATDMA系统中,每帧中的时隙结构的设计通常要考虑三个主要问题:系统中,每帧中的时隙结构的设计通常要考虑三个主要问题:一是控制和信令信息的传输;二是信道多径的影响;三是系统的同步。一是控制和信令信息的

23、传输;二是信道多径的影响;三是系统的同步。为了解决上述问题,采取为了解决上述问题,采取如下如下措施:措施:(1 1)在每个时隙中,专门划出部分比特用于控制和信令信息的传输。)在每个时隙中,专门划出部分比特用于控制和信令信息的传输。(2 2)为了方便接收端利用均衡器来克服多径等原因引起的码间串扰,)为了方便接收端利用均衡器来克服多径等原因引起的码间串扰,在时隙中要插入自适应均衡器所需的训练序列。训练序列对均衡器来说在时隙中要插入自适应均衡器所需的训练序列。训练序列对均衡器来说是确知的,接收端根据训练序列的解调结果就可以估计出信道的冲激响是确知的,接收端根据训练序列的解调结果就可以估计出信道的冲激

24、响应,根据该响应就可以预置均衡器的抽头系数。应,根据该响应就可以预置均衡器的抽头系数。(3 3)各时隙间应留有保护时隙,以减少码间串扰的影响。)各时隙间应留有保护时隙,以减少码间串扰的影响。 (4) (4) 整个系统要有精确的同步,由基准站统一系统内各站的时钟,才整个系统要有精确的同步,由基准站统一系统内各站的时钟,才能保证各用户准确的按时隙提取各自所需的信号。为了便于接收端达到能保证各用户准确的按时隙提取各自所需的信号。为了便于接收端达到同步的要求,在每个时隙中还要传输同步序列。同步序列和训练序列可同步的要求,在每个时隙中还要传输同步序列。同步序列和训练序列可以分开传输,也可以合二为一。以分

25、开传输,也可以合二为一。 第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式36 TDMATDMA系统具有如下特性:系统具有如下特性: (1) (1) 每个载频可传多路信息。每个载频可传多路信息。 (2) (2) 突发脉冲序列传输。突发脉冲序列传输。 (3) (3) 容易采用新技术。容易采用新技术。 (4) (4) 设备共享成本低。设备共享成本低。 (5) (5) 传输速率高,需采用自适应均衡。传输速率高,需采用自适应均衡。 (6) (6) 传输开销大。传输开销大。 (7) (7) 移动台较复杂。移动台较复杂。第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式37三、码分多址三、码分多址(

26、 (CDMA)CDMA) CDMACDMA是一种以扩频信号为基础利用扩频技术形成的实现不同码序列是一种以扩频信号为基础利用扩频技术形成的实现不同码序列的多址方式。近年来,有限的频谱资源与移动用户电话日益增长的矛的多址方式。近年来,有限的频谱资源与移动用户电话日益增长的矛盾变得越来越严重,用缩小信道带宽和把服务小区分裂成微小区、微盾变得越来越严重,用缩小信道带宽和把服务小区分裂成微小区、微微小区的办法不能有效的解决这个矛盾,而利用频率扩展技术进行码微小区的办法不能有效的解决这个矛盾,而利用频率扩展技术进行码分多址以及利用扩频信号的低功率谱密度实现多系统共享频谱资源是分多址以及利用扩频信号的低功率

27、谱密度实现多系统共享频谱资源是解决频谱资源不足的一个好办法。解决频谱资源不足的一个好办法。第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式38第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式39第第7 7章章 信道复用和多址方式信道复用和多址方式40码分多址收、发系统示意图,设发送端有个用户,它们发码分多址收、发系统示意图,设发送端有个用户,它们发送的信息数据和其对应的送的信息数据和其对应的地址码相乘地址码相乘( (即模即模2 2加加) )后,对载波后,对载波进行调制进行调制( (调幅、调频、或调相调幅、调频、或调相) );然后经过功率放大后进行;然后经过功率放大后进行传输。接收端首先将频带调制的信号解调,恢复出地址码加传输。接收端首先将频带调制的信号解调,恢复出地址码加信息的基带数字信号。当本地产生的地址码与该用户的地址信息的基带数字信号。当本地产生的地址码与该用户的地址码相同时,将此地址码与解调出的数字基带信号相乘,而后码相同时,将此地址码与解调出的数字基带信号相乘,而后送入积分电路,再经过抽样判决即可得到发送的信息数据送入积分电路,再经过抽样判决即可得到发送的信息

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