无线通信工程--第08讲－多址1

无线通信工程姚彦教授清华大学微波与数字通信国家重点实验室2001年12月1日第八讲无线通信的多址技术（1）内容提要概述频分多址（FDMA）时分多址（TDMA）码分多址（CDMA）空分多址（SDMA）概述多址传输模型(1)共有N个地址，第k个地址发送的信号为：其中skj(t)为kj的信号，akj=1或0k多址信道sk(t)rk(t)Nkjjkjkjktsats1)()(多址传输模型(2)第k个地址接收的信号为：其中Lik为ik的传输系数，nk(t)为k的接收机噪声。说明：NiNjkijijikktntsaLtr11)()()(多址传输模型(3)要实现多址通信，必需在k站分离出其它各站送给它的信号：rk(t)M1k()M2k()MNk()s1k(t)s2k(t)sNk(t)多址传输模型(4)图中Mnk()是对r(t)进行某种运算的算符，在不考虑噪声的情况下：多址传输的主要问题是选择合适的波形集sij(t)和相应的算符集Mnk()，以满足正交分割的要求。kjnikjnitstsMnkijnk,,0,),()(信号分割技术信号的分割–正交FDMATDMASDMA–非正交CDMA双工技术多址还要考虑双工方式–FDD：收发频率分开、接收和发送通过滤波器来完成；–特点：合理安排频率；–TDD：收发共用一个频率、接收和发送通过开关来完成；–特点：收发存在时间间隔。各种系统双工方式和多址方式要统一考虑；主要多址方式：FDMA、TDMA、CDMA；窄带系统采用方式：–FDMA/FDD、TDMA/FDD、TDMA/TDD；宽带系统采用方式：–TDMA、CDMA/FDD、TDD；空分多址（SDMA）是一种辅助方式。各种系统（续）CDMA/FDD美国窄带扩频（IS－95）TDMA/TDD欧洲数字无绳电话（DECT）FDMA/TDDCT2（无绳电话）TDMA/FDD日本数字蜂窝（JDC）TDMA/FDD美国数字蜂窝（USDC）TDMA/FDD全球移动通信系统（GSM）FDMA/FDD高级移动电话系统（AMPS）多址技术蜂窝移动通信系统频分多址工作原理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波器。f1f2f3f4f5f6f5Sij(f)Mnk()ff工作原理（续）这时，nk的选址输出为：tntMtsaLtrMkjniokjnitststMtntMtstMaLtrtMtrMknknknknkknknkijnkknkNiNjijijnkijikknkknk或,,,11信道配置FDMA/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FDMA通常在窄带系统实现；符号时间远大于延时扩展，不需要均衡；不间断发送，系统额外开销少；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。信道非线性是FDMA系统的主要矛盾。FDMA的非线性效应由于发射机功率放大器的非线性，会产生：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。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。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，并将对其它的业务信道造成干扰。交调举例例：IM＝mf1+nf2，m,n为任意整数，如：f1=930MHz，f2=932MHz，求落在工作频率为1920～1940MHz的交调频率。解：可能的频率有：（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关键技术问题需要很好解决信道的非线性问题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。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）功率放大器的输出功率倒退法；（4）功率放大器的线性补偿法。典型应用举例美国AMPS系统：FDMA/FDD，模拟窄带调频（NBFM），按需分配频率；同时支持的信道数：N＝（Bt－2B保护）/BcBt系统带宽，Bc信道带宽，B保护为分配频率时的保护带宽。典型应用举例（续）例：如Bt为12.5MHz，B保护为10KHz，Bc为30KHz，求FDMA系统的有效信道数。解：N＝（Bt－2B保护）/Bc将上述数值代入即有N＝416时分多址工作原理这是时间域上的正交分割。信号集按不同的时隙进行分割，并让各个地址的信号在时间上互不重叠。算符集采用相应时隙的选择开关。t1t2t3t4t5t4ttsij(t)Mnk()工作原理（续）这时，nk的选址输出为：tntMtsaLtrMkjniokjnitststMtntMtstMaLtrtMtrMknknknknkknknkijnkknkNiNjijijnkijikknkknk或,,,11信道配置TDMA/TDD、FDD信道配置图代码时隙时间频率信道N信道1信道2信道3TDMA帧结构TDMA帧头比特信息尾比特时隙1时隙2时隙3时隙n……尾比特同步比特信息数据保护比特技术特点多用户共享一个载波频率，时隙数取决于有效带宽和调制技术等；数据分组发送，不连续发送，需开关；由于速率较高，往往需要采用均衡器；系统开销大，包括保护时隙、同步时隙等；采用时隙重新分配的方法，为用户提高所需要的带宽。TDMA的效率系统效率：在发射数据中信息所占的百分比，不包括系统开销；帧效率：发送数据比特在一帧中所占的百分比。TDMA系统的信道数总的信道数：总的TDMA时隙数。即每一信道的TDMA时隙数乘以有效信道数。N＝(m(Btot－2B保护))/Bcm为每个信道所支持的TDMA用户数，Btot信道带宽，B保护保护带宽，Bc用户带宽。应用举例例：GSM系统，总带宽25MHz，一个信道200KHz，具有8个TDMA用户，未设保护带宽，求总用户数。解：Bc＝200/8＝25KHzN＝25×106/25×103＝1000TDMA的关键技术问题数据缓冲技术突发解调技术分帧同步技术实现均匀突发和突发均匀的变换数据缓冲技术发缓冲收缓冲发送均匀数据发送突发数据接收突发数据接收突发数据关键技术是解调过程中的载波快速同步与时钟快速同步。载波快速同步的一种方法：延时相干解调时钟快速同步的一种方法：步进相位选择突发解调技术分帧同步系统的重要性分帧同步的指标：建立时间、保持时间、同步精度分帧同步质量影响保护时隙多少，因而影响系统效率为了减少传播延时变化所带来的影响，需要采用自适应时隙跟踪方法分帧同步技术