多址技术讲稿Word文档下载推荐.doc

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所谓“有效”，就是在分割时，各个信号之间互不干扰，这就要求赋予特征回合的各个信号相互正交。

若两个信号f1（X）和f2（X）满足下面的关系式，称f1（X）和f2（X）在（Xl，X2）区间正交：

（7－1）

若一组信号的自相关为1，互相关为0，则称这一组信号为正交信号组，或称为正交信号集合。

回正交信号组表示如下：

（7－2）

复用或多址技术的关键是设计具有正交性的信号集合，使各信号相互无关，能分得“清”。

在实际工作中，要做到完全正交和不相关是比较困难的，一般采用准正交，即互相关很小，允许各信号之间存在一定干扰，设法将干扰控制在允许范围内。

如所周知，常用的复用方式有频分复用（FDM）、时分复用（TDM）和码分复用（CDM）等。

多址接人的方式有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）等，还有利用不同地域区分用户的空分方式（SDM及SDMA），利用正交极化区分的极化方式等。

后两者往往不单独使用，和前三者结合运用。

在数据通信中还有多种多址接人方式，它们按通信协议操作，概念与上述几类不同。

频分或空分多址中有采用模拟体制的，也有采用数字体制的，时分和码协多址都是数字体制的。

今后的发展方向是数字体制，即基带信号是数字信号或数字化的模拟信号，射频系统采用数字调制。

各种多址方式各有特点，各有其适用场合，它们的优缺点与系统有关，也与它们运用时的条件有关。

本章将首先介绍各种多址方式的基本概念及一般特点，然后通过一些典型通信系统分析多址技术的运用，进一步理解各种多址方式的优缺点、适用场合和运用条件，将介绍通信系统与多址方式有关的一些问题。

由于蜂窝移动通信系统是新型的通信系统，有一定的特殊性，本章将在研究蜂窝系统的多址方式以前讨论蜂窝通信的技术特点。

7．2几种多址方式的特点

在网络或多点通信中，多址方式是系统的一个重要方面，本节将介绍其定义和基本概念。

各种多址方式的优缺点离不开系统和它们的运用条件，以下各节将分别讨论。

7．2．1频分多址—FDMA方式

FDMA是使用较早也是现在使用较多的一种多址接人方式，它广泛应用在卫星通信、移动通信、一点多址微波通信系统中。

它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定子频带，按频带区分用户。

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，从而实现多址通信，如图7－1的三维图所示。

在采用理想滤波分割各用户信号时，满足式7－3所示的正交分割条件。

实际的滤波器总达不到理想条件，各信号间总存在一定的相关性，总有一定的干扰，各频带之间必须留有一定的保护间隔以减少各频带之间的串扰。

FDMA有采用模拟调制的，也有采用数字调制的，也可以由一组模拟信号用频分复用方式（FDM／FDMA）或一组数字信号用时分复用方式占用一个较宽的频带（TDM／TDMA），调制到相应的子频带后传送到同一地址。

模拟信号数字化后占用带宽较大，若要缩小间隔，必须采用压缩编码技术和先进的数字调制技术。

总的说来，FDMA技术比较成熟，应用也比较广泛。

图7－1FDMA示意图

（7－3）

7．2．2时分多址—TDMA方式

TDMA是在给定频带的最高数据传送速率的条件下，把传递时间划分为若干时间间隙，即时隙，用户的收发各使用一个指定的时隙，以突发脉冲序列方式接收和发送信号。

多个用户依序分别占用时隙，在一个宽带的无线载波上以较高速率传递信息数据，接收并解调后，各用户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。

总的码元速率是各路之和，还有一些位同步、帧同步等额外开销。

图7－2所示为一帧8个时隙的图例。

图7－3所示为TDMA的三维图，式（7－4）给出了时域正交的表示式。

各用户在同一频带中传送，时间上互不重叠，符合时域的正交条件。

在实际传输时，由于多径等各种影响，可能破坏正交条件，形成码间串扰。

（7－4）

现在的TDMA系统总是采用数字体制，每时隙可以是单个用户占用，也可以是一组时分复用的用户占用，即TDM一数字调制一TDMA方式。

TDMA方式主要的问题是整个系统要有精确的同步，要由基准站统一系统内各站的时钟，才能保证各站准确地按时隙提取本站需要的信号。

此外，还需要一定的比特开销，供载波恢复、定时恢复、子帧同步、地址识别使用。

各时隙间还应留有保护间隙，以减少码间串扰的影响。

如信道条件差或码率过高时，还需要采用自适应；

均衡措施。

TDMA系统的收发双工问题可采用频分（FDD）方式，也可以采用时分（TDD）方式，采用TDD方式时无需使用双工器，因收发处于不同时隙，由高速开关在不同时间把接收机或发射机接到天线上即可。

图7－2TDMA时隙分配示意图

图7－3TDMA示意图

7．2．3码分多址—CDMA方式

CDMA方式是用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机编码信号或其他扩频码调制所需传送的信号，使原信号的带宽被拓宽，再经载波调制后发送出去。

接收端使用完全相同的扩频码序列，同步后与接收的宽带信号作相关处理，把宽带信号解扩为原始数据信息。

不同用户使用不同的码序列，它们占用相同频带，接收机虽然能收到，但不能解出，这样可实现互不干扰的多址通信。

它以不同的互相正交的码序列区分用户，故称为“码分多址”。

由于它是以扩频为基础的多址方式，所以也称为“扩频多址（SSMA）”。

扩频信号是用扩频码序列填充到所需传送的数据中形成的信号。

频带展宽的倍数称为扩频系数，用分贝表示称为扩频增益。

扩频的基本原理在本课中不做介绍，扩频通信课作了详细阐述。

本章介绍运用相互正交的码序列互不干扰的机理来实现多址通信，基本原理是相同的。

在码分多址通信中，所用扩频码也就是地址码，应符合式（7－5）确定的正交条件：

（7－5）

有多少个互为正交的码序列，就可以有多少个用户同时在一个载波上通信。

互正交的码序列数取决于码的位数和扩频码的类型。

一般而言，位数越多，正交码序列数越多，但带宽也展得越宽。

例如用511位扩频码，带宽就要扩展511倍。

至于序列数有多少，取决于扩频码的性质。

在CDMA系统中，由于带宽展宽带来了很多优点，因此有很好的发展前景，最重要的是它的抗干扰能力强。

首先，非扩频的干扰信号进人接收机后，与本地扩频码相乘，干扰功率被分散到很宽的频谱上，落在有效频带内的干扰功率只有很小一部分，影响大为减小。

其次，其他扩频码干扰进人时，只要不是同一个扩频系列，在经过相关接收以后，没有输出或输出极小，影响也小。

其三，由于采用相关接收技术，只有主信号和本地扩频码同步解扩后有输出，延时后的信号虽然属同样的扩频序列，相关后输出极小或没有输出，从而可以去除多径效应引起的码间串扰，所以无需均衡器。

其四，扩频机制使信号带宽远大于相关带宽时，由于多径而产生的选择性快衰落的影响大大减弱，参见图7－4。

目前应用最多的扩频方式有两类：

（1）直接扩频方式码分多址（DS/CDMA），直接用扩频码作为地址码调制信号，调制方式通常用PSK。

（2）跳频扩频方式码分多址（FH／CDMA），属于间接型，用MFSK调制。

通常用地址码控制特制的频率合成器，产生频率在较大范围内按一定规律周期性跳动的本振信号，与高速的信息码混频后输出。

图7－4扩频示意图

7．2．4空分多址—SDMA方式

空分多址利用不同的用户空间特征区分用户，从而实现多址通信的方式。

目前利用最多也是最明显的特征就是用户的位置。

配合电磁波传播的特征可以使不同地域的用户在同一时间使用相同频率实现互不干扰的通信，例如可以利用定向天线或窄波束天线，使电磁波按一定指向幅射，局限在波束范围内，不同波束范围可以使用相同频率，也可以控制发射的功率，使电磁波只能作用在有限的距离内。

在电磁波作用范围以外的地域仍可使用相同的频率，以空间区分不同用户。

实际上在频率资源管理上早已采用了这一思想，可以说是较古老的一种多址方式。

但近年来，在蜂窝移动通信中由于充分运用了这种多址方式，才能用有限的频谱构成大容量的通信系统，称为频率再用技术，成为蜂窝通信中的一项关键技术。

卫星通信中采用窄波束天线实现空分多址，也提高了频谱的利用率。

由于空间的分割不可能太细，虽然卫星天线采用阵列处理技术后，分辨率有较大的提高，但一般情况下不可能某一空间范围只有一个用户，所以空分多址通常与其他多址方式综合运用。

近年来，人们发现空间特征不仅是位置，在技术飞速发展的今天，一些当时认为无法利用的空间特征现在正逐步解决，形成以智能天线为基础的新一代空分多址方式。

将以位置为特征的空分多址称为广义的SDMA。

（7-6）

图7－5SDMA示意图

除了以上4种多址方式以外，其他复用方式也可以用在多址通信中，如极化复用和波分复用等。

当然，这些方式在多数情况下也是和其他方式综合运用的。

7．3蜂窝制中多址技术的应用

蜂窝网中的多址连接与系统的特点有关，根据系统的特点合理地选用多址方式是蜂窝系统的关键问题之一。

蜂窝网由大量基地台组成，每个基地台有数量有限、传播距离也有限的无线信道根据用户的申请指配使用。

信道的指配、交换等控制功能由移动交换局通过移动局与基地台的地面网络实现。

移动用户也可以通过移动局与市话局、长话局之间的网络实现与本地或外地固定用户和移动用户的通信。

蜂窝系统实际上是运用无线通信和有线通信等多种手段的综合通信网络。

不仅如此，蜂窝系统还依靠综合运用多种多址技术使用较有限的信道（频谱）构成甚大容量并能覆盖较大范围的通信系统。

选用多址方式还应考虑到蜂窝系统工作在较恶劣的城市环境之中，建筑物林立，电磁波吸收、散射及多径效应影响严重，工业及各种电磁干扰众多，而且用户位置是迅速变化的，接收条件也随之迅速变化。

多址方式必须适应这种工作环境。

7．3．1空分多址—频率再用技术

7．3．1．1空分单元—小区群

蜂窝网依靠严格地控制功率，精确地安排频谱，有效地实现空分多址，极大地发挥有限频谱的效能。

蜂窝网将所覆盖的区域划分为大量小区。

每个小区使用若干不同频率，称为一个频率组，组内的频率数就是该小区能同时服务的信道数。

相邻小区使用不重复的频率，构成一个小区群。

小区群内的小区数也就是频率组的数目，它与组内平均频率数的乘积是该蜂窝系统所需占用的总频率数，该乘积决定了系统所占用的频谱。

一个小区群就是一个空分单元。

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