通信原理-Ch10-信道復(fù)用和多址方式(李2014年版)

第10章

信道復(fù)用和多址方式本章主要內(nèi)容§10.1引言什么是“復(fù)用”和復(fù)用技術(shù)的分類“多址接入”及其與“復(fù)用”的關(guān)系§10.2頻分復(fù)用和多級(jí)調(diào)制§10.3時(shí)分復(fù)用基本原理§10.4數(shù)字復(fù)接技術(shù)（數(shù)字信號(hào)的時(shí)分復(fù)用）§10.5碼分復(fù)用（擴(kuò)頻通信簡(jiǎn)介）§10.6多址技術(shù)§10.1引言一、什么是“復(fù)用”在“點(diǎn)到點(diǎn)”(Point-to-Point)通信方式中，在同一信道上，傳輸多路信號(hào)的復(fù)合信號(hào)，并且能在接收端正確將各路信號(hào)分離，從而實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)公用一個(gè)信道的技術(shù)。復(fù)用器解復(fù)用器信道發(fā)送端接收端二、復(fù)用技術(shù)的分類頻分復(fù)用（FDM,FrequencyDivisionMultiplex）時(shí)分復(fù)用（TDM,TimeDivisionMultiplex）碼分復(fù)用（CDM,CodeDivisionMultiplex），

（擴(kuò)頻通信的一種應(yīng)用）三、“復(fù)用”和“多址”的關(guān)系二者的技術(shù)本質(zhì)是完全一樣的，應(yīng)用場(chǎng)合不同當(dāng)上頁(yè)所述復(fù)用技術(shù)應(yīng)用于“點(diǎn)到點(diǎn)”的通信方式時(shí)，通常叫做“多路復(fù)用”例如微波通信、電話數(shù)字中繼（PCM一次群）當(dāng)復(fù)用技術(shù)應(yīng)用于“點(diǎn)到多點(diǎn)”的通信方式時(shí)，通常叫做“多址接入”。（多個(gè)用戶共用一個(gè)信道，區(qū)分用戶）例如多個(gè)手機(jī)同時(shí)與基站進(jìn)行的通信§10.2頻分復(fù)用和多級(jí)調(diào)制定義：將多路信號(hào)預(yù)先調(diào)制到不同的頻率位置上，再送入同一信道傳輸。理論基礎(chǔ)：調(diào)制定理（也是付立葉變換的一個(gè)性質(zhì)）頻域特點(diǎn)：各路信號(hào)在頻域互相隔離時(shí)域特點(diǎn)：各路信號(hào)在時(shí)域上相互疊加信號(hào)種類：屬于頻帶信號(hào)接收端分離方法：帶通濾波器§10.2.1頻分多路復(fù)用(FDM)原理框圖各路帶通濾波器的通頻帶互不重疊低通濾波器帶通濾波器信道帶通濾波器低通濾波器低通濾波器帶通濾波器低通濾波器帶通濾波器帶通濾波器低通濾波器帶通濾波器低通濾波器調(diào)制器調(diào)制器調(diào)制器解調(diào)器解調(diào)器解調(diào)器FDM合成后的頻譜圖（單邊）若n路都采用雙邊帶§10.2.2多級(jí)調(diào)制多級(jí)調(diào)制對(duì)同一基帶信號(hào)進(jìn)行2次或更多次的調(diào)制復(fù)合調(diào)制屬于多級(jí)調(diào)制的一種特殊情況每次調(diào)制的種類不同（如第一級(jí)調(diào)制采用調(diào)幅，第二級(jí)調(diào)制采用調(diào)頻）2級(jí)調(diào)制的框圖低通濾波器帶通濾波器主調(diào)制器信道主解調(diào)器帶通濾波器低通濾波器低通濾波器帶通濾波器低通濾波器帶通濾波器帶通濾波器低通濾波器帶通濾波器低通濾波器調(diào)制器調(diào)制器調(diào)制器解調(diào)器解調(diào)器解調(diào)器§10.3時(shí)分復(fù)用（TDM）時(shí)分復(fù)用（TDM）基本原理定義：按照一定時(shí)間次序依次循環(huán)地傳輸各路信號(hào)以實(shí)現(xiàn)多路通信的方式?；驹恚焊髀沸盘?hào)分時(shí)輪流使用同一物理信道（類比例如：不同的班級(jí)在同一教室、不同時(shí)間上課）時(shí)域上：互不重疊，相互隔離頻域上：頻譜重疊信號(hào)種類：一般屬于數(shù)字信號(hào)接收端分離方法：“分接技術(shù)”（通過(guò)精確的時(shí)鐘采樣脈沖和計(jì)數(shù)器來(lái)找到需要的數(shù)據(jù)）各路輸入信號(hào)分別通過(guò)各自的低通濾波器后變?yōu)閹扌盘?hào)，然后送至發(fā)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行抽樣，獲得每路的PAM信號(hào)。該抽樣開(kāi)關(guān)將各路信號(hào)依次抽樣一次的時(shí)間，稱為幀長(zhǎng)，用Ts表示。表示

PAM時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)原理框圖抽樣PAM時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)波形PCM電話系統(tǒng)復(fù)用原理我們?cè)诘?章學(xué)過(guò)，每路PCM的采樣速率是8kHz，即每1/8000秒產(chǎn)生8bit如果我們把n路PCM時(shí)分復(fù)用到一條物理線路上，那么每1/8000秒就要對(duì)應(yīng)8n(bit)第1路第1次采樣的PCM編碼第2路第1次采樣的PCM編碼第n路第1次采樣的PCM編碼第1路第2次采樣的PCM編碼第2路第2次采樣的PCM編碼§10.4數(shù)字復(fù)接技術(shù)一、復(fù)接和分接的概念二、復(fù)接的實(shí)現(xiàn)的基本原理三、復(fù)接的方式分類四、商用PCM(屬于一種同步復(fù)接)簡(jiǎn)介一、復(fù)接和分接的概念將2路或2路以上低速的數(shù)字信號(hào)，合并成1路高速數(shù)字信號(hào)的過(guò)程可以類比為“貨運(yùn)小汽車”向一列準(zhǔn)時(shí)的“火車”上裝貨的過(guò)程本質(zhì)還是一種時(shí)分復(fù)用區(qū)別：對(duì)于數(shù)字復(fù)接設(shè)備，參與處理和處理后的信號(hào)都是數(shù)字的，而時(shí)分復(fù)用設(shè)備則沒(méi)有此限制。分接是復(fù)接的逆過(guò)程相當(dāng)于從“火車”上卸貨到“貨運(yùn)小汽車”二、復(fù)接的實(shí)現(xiàn)的基本原理碼速恢復(fù)三、復(fù)接的方式分類按各路信號(hào)交織的情況分為位復(fù)接字復(fù)接幀復(fù)接復(fù)接后數(shù)碼率提高，但碼元寬度降低四、商用PCM(屬于一種同步復(fù)接)簡(jiǎn)介1.基本特性話路數(shù)目：30抽樣頻率：8kHz壓擴(kuò)特性：A=87.6/13折線壓擴(kuò)律，編碼位數(shù)k=8，采用逐次比較型編碼器。每幀時(shí)隙數(shù)：32總數(shù)碼率：8×32×8000=2048kb/s§10.5碼分復(fù)用定義：發(fā)送端信號(hào)占用相同的頻帶，在同一時(shí)間發(fā)送，不同的是各信號(hào)被分配不同的特征碼（擴(kuò)頻碼），在接收端通過(guò)對(duì)其特征碼的識(shí)別來(lái)區(qū)分不同的信號(hào)。CDM（碼分復(fù)用）是基于擴(kuò)頻通信的一種應(yīng)用。擴(kuò)頻通信簡(jiǎn)介擴(kuò)頻通信是一種寬帶信息傳輸技術(shù)。擴(kuò)頻通信將發(fā)送信號(hào)擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶上，擴(kuò)頻后的信號(hào)帶寬遠(yuǎn)大于原始信號(hào)的帶寬。在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，信號(hào)頻譜的擴(kuò)展是通過(guò)一個(gè)獨(dú)立的碼序列—擴(kuò)頻碼序列來(lái)完成的。擴(kuò)頻碼序列與所傳輸?shù)男畔o(wú)關(guān)。擴(kuò)頻通信簡(jiǎn)介在接收端使用同樣的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行同步相關(guān)解調(diào)（解擴(kuò)），從擴(kuò)頻信號(hào)中恢復(fù)出窄帶信號(hào)（原數(shù)據(jù)信息）。在頻域：相互重疊在時(shí)域：也相互重疊設(shè)W代表系統(tǒng)占用帶寬，B代表信息帶寬，一般認(rèn)為W是B的1—2倍為窄帶通信，50倍以上為寬帶通信，100倍以上為擴(kuò)頻通信。擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)來(lái)源于信息論和抗干擾理論。由香農(nóng)公式可知：對(duì)于給定的信道容量C可以用不同的帶寬B和信噪比S/N組合傳輸，也就是說(shuō)，當(dāng)信噪比太小，不能保證通信質(zhì)量時(shí)，通常采用寬帶系統(tǒng)，即增加系統(tǒng)帶寬

（展寬頻譜），以改善通信質(zhì)量。擴(kuò)頻通信就是將信息信號(hào)的頻譜擴(kuò)展100倍以上，然后進(jìn)行傳輸，從而提高了通信系統(tǒng)的抗干擾能力，使之在強(qiáng)干擾情況下（甚至在信號(hào)被噪聲淹沒(méi)的情況下）仍然能保持可靠的通信。擴(kuò)頻系統(tǒng)頻譜變換關(guān)系示意圖擴(kuò)頻的種類直接序列（DS）擴(kuò)頻跳頻通信直接序列（DS）擴(kuò)頻在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中需要采用高碼率的窄脈沖序列作為擴(kuò)頻碼。目前用的最多的是偽隨機(jī)碼，或稱為偽噪聲碼（PN）。擴(kuò)展頻譜通信是偽隨機(jī)碼序列與待傳信息流波形相乘或序列模二加，形成復(fù)合信號(hào)，對(duì)射頻載波進(jìn)行調(diào)制，然后進(jìn)行傳輸。模2加PSK調(diào)制器信道信道PSK調(diào)制器本振本振模2加PN碼產(chǎn)生器PN碼產(chǎn)生器（與發(fā)端相同）直接序列(DS)擴(kuò)頻ftCode信道N信道2信道1所有的用戶工作在相同的中心頻率上。跳頻通信（FH）ft用戶1用戶2用戶3f1f2f3f4f5每個(gè)用戶根據(jù)各自的偽隨機(jī)（PN）序列，動(dòng)態(tài)隨機(jī)改變中心調(diào)制頻率?！?0.6多址技術(shù)多址技術(shù)的技術(shù)原理與復(fù)用完全一樣只不過(guò)應(yīng)用于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的場(chǎng)合例如多個(gè)手機(jī)與同一基站進(jìn)行通信時(shí)每個(gè)CDMA手機(jī)都有一個(gè)屬于自己的碼組不同的CDMA手機(jī)的碼組兩兩正交由于多址技術(shù)多用于多用戶接入，所以常稱多址接入(Access)頻分多址（FDMA）時(shí)分多址（TDMA）碼分多址（CDMA）原理：與直接擴(kuò)頻（DS）一樣。不同點(diǎn)：直接擴(kuò)頻的擴(kuò)頻碼使用的是長(zhǎng)的偽隨機(jī)碼(PN碼)。碼分多址的地址碼使用的是正交碼（例如Walsh碼）正交碼的特征兩個(gè)碼組,如果對(duì)應(yīng)位相同的個(gè)數(shù)和不同的個(gè)數(shù)相同,則稱為正交碼組如：(這4個(gè)碼組兩兩正交,組成一個(gè)正交”碼系”)碼分直擴(kuò)系統(tǒng)碼分多址（CDMA）空分多址（SDMA）多址技術(shù)種類（可以相互結(jié)合）空分多址（SDMA）時(shí)分多址（TDMA）頻分多址（FDMA）碼分多址（CDMA）１２３４５６tfcode第１ms１０MHz載波0011正交碼組第６ms１０MHz載波0011正交