第五章-通信原理讲述.ppt

第5章 信道复用 本章学习要求：掌握：信道的定义掌握：无线信道与有线信道 掌握：复用技术和多址技术掌握：频分复用FDM和时分复用TDM了解：分多址FDMA、时分多址TDMA、码分多址CDMA和混合多址等几种方式51 通信信道概述信道定义：信道定义：以传输媒质为基础的信号通道。以传输媒质为基础的信号通道。狭义信道狭义信道:信号的传输媒质信号的传输媒质 广义信道广义信道:包括有关的变换装置包括有关的变换装置 调制信道：调制信道：编码信道：编码信道：有线信道：有线信道：明线明线,电缆电缆,光纤光纤,波导管等。波导管等。无线信道：无线信道：地波、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫地波、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫星中继等。星中继等。关心的是调制器输出的信号形式、解调器输入端信号与噪关心的是调制器输出的信号形式、解调器输入端信号与噪声的最终特性。声的最终特性。编码器输出端到译码器输入端的部分。编码器输出端到译码器输入端的部分。狭义信道狭义信道调制信道调制信道编码信道编码信道明线5双绞线568A标准：绿白，绿，橙白，蓝，蓝白，橙，棕白，棕 568B标准：橙白，橙，绿白，蓝，蓝白，绿，棕白，棕 n抗干扰能力较差。抗干扰能力较差。n带宽和传输距离带宽和传输距离：决定于铜线的粗细同轴电缆同轴电缆(Coaxial Cable)同轴电缆的分类同轴电缆的分类基带同轴电缆：基带同轴电缆：50欧姆电缆，用于数字传欧姆电缆，用于数字传输。数据传输速率：输。数据传输速率：10Mb/s，信号传输距信号传输距离：离：1-1.2km。宽带同轴电缆：宽带同轴电缆：75欧姆电缆，用于模拟传欧姆电缆，用于模拟传输。输。CATV中标准传输电缆，带宽可达：中标准传输电缆，带宽可达：300-450MHz,传输距离：传输距离：100km。同轴电缆的优缺点同轴电缆的优缺点q抗干扰能力强抗干扰能力强q带宽宽，数据传输速率高，传输距离远。带宽宽，数据传输速率高，传输距离远。q价格贵，很重，无法结构化布线价格贵，很重，无法结构化布线应用：电视网络、近距离计算机网络、长途电应用：电视网络、近距离计算机网络、长途电话传输话传输光纤、光缆光纤、光缆q轴心轴心：玻璃材质质,用来传送用来传送光波讯号讯号。q被覆层层：折射率极极低的物质质。q外皮：不透光的材质质,用以隔绝绝外在的干扰源扰源,保护护脆弱的轴心轴心。光纤结构纤芯包层按折射率分类阶跃型梯度型按模式分类多模光纤单模光纤折射率n1n2折射率n1n2710125折射率n1n2单单模模阶阶跃跃折折射射率光纤率光纤(a)(b)(c)光电转换器光电转换器光纤的类型光纤的类型q单模光纤单模光纤：轴心直径较细轴心直径较细,约约 510 微米,传输距离长传输距离长,散射率小,传输传输效能极佳极佳。q多模光纤纤：轴心直径较宽轴心直径较宽,约约50100 微米,传输距离传输距离短,传输传输效能略差略差。光纤工作波段光纤工作波段目前，在试验室中光纤带宽超过目前，在试验室中光纤带宽超过50Tbps；8 2.5 Gbps，8 10 Gbps，32 10 Gbps的光纤传输已经的光纤传输已经实用实用常用的三个波长窗口（光纤波段）常用的三个波长窗口（光纤波段）0.85um：衰减（衰减（attenuation)大，传输速率和距离受限大，传输速率和距离受限制，但价格便宜制，但价格便宜1.30um：衰减小，无色散（衰减小，无色散（dispersion）补偿、功率放补偿、功率放大情况下，最大传大情况下，最大传40km（最坏情况）最坏情况）1.55um：衰减小，无色散补偿、功率放大情况下，最衰减小，无色散补偿、功率放大情况下，最大传大传80km（最坏情况）最坏情况）无线信道无线信道电磁波的频率 受天线尺寸限制地球大气层的结构对流层：地面上 0 10 km平流层：约10 60 km电离层：约60 400 km地 面对流层平流层电离层10 km60 km0 km电离层对于传播的影响反射散射大气层对于传播的影响散射吸收电磁波的分类：地波频率 2 MHz有绕射能力距离：数百或数千千米 天波频率：2 30 MHz特点：被电离层反射一次反射距离：语音编码速率，NR bit/s；发射信号速率随N的增大而提高,需要自适应均衡；不需双工器；基站复杂性减小，只需一部收发信机；频率利用率高，容量大越区切换简单共52页675.6 CDMA蜂窝移动通信系统 5 56 61 CDMA1 CDMA系统的基本原理系统的基本原理5 56 61 11 CDMA1 CDMA的基本概念的基本概念频分多址频分多址FDMA FDMA 时分多址时分多址TDMA TDMA 码分多址码分多址CDMA CDMA 三种基本多址接入方式示意 5612 CDMA移动通信系统分类 根据系统所采用的扩频技术，即获得宽带信号所采用的调制方式进行划分，把CDMA移动通信系统分为直接序列扩频DS系统、跳频FH系统、跳时TH以及它们的混合等几种。1.直扩DS方式直接序列扩频调制方式，它将数字信号与高速率的扩频序列码直接相乘后调制到载波上进行发射，其原理框图如下图所示。2.跳频FH方式简称FH方式，其载频在同一个时间周期内不变，但在下一个时间周期内却可能跳变到了另一个许可的频率上，其跳变的模式由伪随机扩频序列码决定。一般将所有可用的载波频率集合称为跳频集。DSDSCDMACDMA收发框图收发框图 FHCDMA收发框图 载波发生器数据信息调制向上转换器向下转换器数据信息解调本地PN码生成本地载波发生PN码生成同步追踪 3.跳时方式跳时扩频的信号以快速突发脉冲的形式在时隙上传输，而使用的时隙则由分配给用户的编码决定，简称TH方式。4混合方式指为了综合利用各多址方式的优点并抑制其缺点，同时采用前述三种多址方式中的两种或多种的调制方式。目前常用的混合方式是DSCDMA方式。5613 CDMA移动通信系统的网络结构 CDMA系统网络结构 562 CDMA移动通信系统的特点 1.强抗干扰能力;2.系统容量大，接通率高;3.系统容量的配置灵活;4.语音质量更佳;5.不易掉话;6.延长手机电池寿命;7.低拦截概率LPI.563 CDMA移动通信系统关键技术 通信系统的性能衡量从有效性、可靠性和安全性三个方面着。CDMA移动通信系统采取的措施主要包括：用于抗慢衰落的功率控制技术用于抗慢衰落的功率控制技术;抗频率选择性衰落的抗频率选择性衰落的Rake接收接收;抗空间选择性衰落的分集接收和发送技术抗空间选择性衰落的分集接收和发送技术;抗掉话现象的软切换技术抗掉话现象的软切换技术;提高通话质量的线性预测话音编码技术。提高通话质量的线性预测话音编码技术。5631 功率控制技术“远近效应”现象如果所有的移动台都以同样的发射功率工作，则离基站远的移动台的信号在到达基站时将受到离基站近的移动台信号的影响甚至被淹没，出现强信号压制弱信号的情况。解决上述现象的有效技术是功率控制。反向开环功率控制用于控制小区内所有移动台发射信号在到达基站时都达到标称功率，以补偿阴影、拐弯等效应及平均路径衰落。反向闭环功率控制根据接收信号估算出移动台的开环功率并立即进行调整或补偿，使移动台保持最适当的发射功率。前向功率控制基站根据测量结果自行调整每个移动台的发射功率，对路径衰落小的移动台分派较小的前向链路功率，而对那些远离基站的和误码率较高的移动台分派较大的前向链路功率。5632 PN地址码的选择与实现 CDMA系统中的信号都占用同样的频段同时发送，它们对信道的区分完全依赖于用收端的再生地址码对信号的相关解调来完成。地址码选择的好坏必将影响系统的容量、抗干扰力、接入及切换速率等性能。所选用的地址码应该具有足够多的地址码码组序列、各地址码组间彼此独立（互相关函数值为零或很小）、不同的码元数应平衡相等等几个特点。通常用伪噪声 序列模拟符合上述要求的高斯噪声信号，常用的有 序列、序列和 码。5633 软切换技术“硬切换”方式，即当一个正在通话中的移动用户从一个基站覆盖区进入另一个基站覆盖区时，因为原基站与新基站的载波频率不同，移动台必须在接收新基站的信号之前，切断与原基站的联系，然后再寻找新进入的覆盖区的基站频率进而与之进行联系，此即通常所说的“先断开后连接”。“软切换”技术，即先连接、再断开。在通信用户进行越区切换时，手机并不断掉与原基站的联系而是同时与新基站进行联系，只有当手机确认已经和新基站联系上已后，它才将与原基站的联系断开，使掉话的发生率大为降低。5634 CDMA的话音编码技术 CDMA通信系统的话音编码主要采用码激励线性预测QCELP语音编码技术。QCELP技术将脉冲位置和幅度用一个矢量码表代替来量化差值信号。对插入的语音信号按对插入的语音信号按 频率进行抽样；频率进行抽样；将其分为帧长将其分为帧长 ，每一帧含，每一帧含 160个抽样的语音帧；个抽样的语音帧；将将该该帧帧中中的的160样样点点值值生生成成3个个参参数数子子帧帧,即即线线性性预预测测编编码码滤滤波波器器参参数数（它它对对任任何何速速率率都都是是每每 更更新新一一次次）；音音调调参参数数（它它的的更更新新次次数数随随速速率率不不同同而而异异）；码表参数（其更新次数也随速率而变）；码表参数（其更新次数也随速率而变）；3个个参参数数更更新新后后按按一一定定帧帧结结构构送送至至接接收收端端，由由接接收收端端从从接接收收的的数数据据流流中中解解包包而而获得这些参数；获得这些参数；根据这些参数重组语音信号。根据这些参数重组语音信号。5635 分集技术与Rake接收 多径快衰落：空间选择性衰落、频率选择性衰落和时间选择性衰落的快衰落。CDMA的分集接收技术：空间分集、频率分集和时间分集等空间分集利用不同空间收到的信号衰落的独立性来完成抗衰落功能。空间分集利用不同空间收到的信号衰落的独立性来完成抗衰落功能。频频率率分分集集将将待待发发送送的的信信息息分分别别以以不不同同载载波波调调制制后后发发送送至至信信道道，减减少少了了接接收收天天线线设设备备数数量量，但但它它占占用用了了更更多多的的频频谱谱资资源源且且发发射射机机数数目目相相应增加。应增加。时时间间分分集集技技术术利利用用随随机机衰衰落落信信号号当当其其取取样样时时间间间间隔隔足足够够大大时时，任任意意两两个个取取样样点点之之间间的的衰衰落落相相互互独独立立的的性性质质，使使待待发发送送信信号号每每隔隔一一个个大大于于时时间间相相关关区区域域的的间间隔隔T重重复复发发送送，则则接接收收端端得得到到相相应应独独立立的的各各分分集支路。集支路。Rake接收技术是在手机内设计多个接收机，同时分别接收每一路的信号并独立进行解调，然后再将接收并解调了的信号综合叠加，滤掉噪声后通过放大使输出增强，形成清晰悦耳的话音信号，富有立体效果。564 CDMA标准 CDMA标准的发展大致过程为：第一阶段：IS-95；第二阶段：IS-95A；第三阶段：IS-95B；第四阶段：cdma2000；第五阶段：3G。小 结信道是通信系统必不可少的组成部分，是信号传输的媒介，它包括无线信道与有线信道两类。复用是指在基带将若干个彼此独立的信号合并为一个可在同一信道上传输的复合信号的方法，主要有频分复用FDM和时分复用TDM两种。多址技术是指在射频将若干个彼此独立的信号合并为一个可在同一信道上传输的复合信号的方法，主要有频分多址FDMA、时分多址TDMA、码分多址CDMA和混合多址等几种方式。