《多址技术》PPT课件

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FDMA典型应用
• 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 +B保护）/ (Bc + B保护）
Bt 系统带宽，Bc信道带宽， B保护为分配频率时 的保护带宽。
例：如Bt为12.5MHz， B保护 为10KHz，Bc为 30KHz，求FDMA系统的有效信道数。
h2h3源自一、多路复用和多址接入多路复用：多路复用是利用一条信道同时传输 多路信号的一种技术，可以解决在同一信道内同时 传送多个信号的问题。
常见的多路复用方式有
– 频分复用FDM – 时分复用TDM – 码分复用CDM – 波分复用WDM
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多址接入：指多个通信站的射频信号在射频信道 上的复用，以实现各个通信站之间的通信。
• 一个信息分帧对应一个地球站的突发信号。 信息分帧中的信道定向采用逐字复用的时分 多路复用方式(TDM)。这样，一个地球站发 射的信号可由该站的消息分帧在一帧中的位 置来确定。
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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；
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FDMA的优点
✓ 技术成熟、设备简单、不需网同步、工作 可靠、可直接与地面频分制线路接口、工 作于大容量线路时效率高，特别适用于站 少而容量大的场合。
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FDMA的缺点：
– 任一地球站为了能接收其他地球站的信号，都必 须设有除本站外的所有下行频率的接收电路；
– 转发器要同时放大多个载波，容易形成互调干扰。 为了减少互调干扰，必须进行电平“回退”补偿， 功率利用率不高；
其二是指如何使进入指定时隙的分帧信号处 于稳定的工作状态，即使该分帧与其他分帧 维持正确的时间关系，不致出现相互重叠的 现象，这就是子帧同步技术。
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4.4、FDMA和TDMA的特点比较
• 对于TDMA方式，卫星转发器上任何时刻都 只有一个载波工作，不会产生交调干扰，行 波管可以工作在饱和状态，能充分利用转发 器的功率；
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六、三种多址技术的射频利用方式
图4-12 FDMA、TDMA和CDMA的RF利用
• TDMA方式是对各地球站和转发器进行时间 分隔，无需FDMA方式的多次变频，简化了 电路结构；
• TDMA方式对地球站等效全向辐射功率变化 的限制，没有FDMA方式那样严格；
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• TDMA方式可根据各站业务量的大小来调整 各站时隙的大小，大小站可以兼容，易于实 现按需分配；
• TDMA方式与地面数字系统的接口方便，同 时也便于做星上处理；
帧 效 率 一 帧 一 中 帧 的 中 有 的 效 总 信 比 息 特 比 数 特 数
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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*[ (Bt + B保护)/(Bc+B保护）]
m为每个信道所支持的TDMA用户数，Bt
为信道带宽，B保护保护带宽，Bc用户带 宽。
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图4-9 DS/CDMA系统框图
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跳频方式（FH）的基本结构
信息数据经信息调制成带宽为B1的基带信号，作为发射载波，
该载波频率受伪随机码发生器的控制，在带宽为B2的频带内随机跳
变，实现基带信号带宽B1到发射信号使用的带宽B2的频谱扩展。
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信息数据
信息数据
跳时系统（TH）的基本结构
• TDMA方式可以与数字话音内插（DSI）和 自适应差分编码（ ADPCM )技术配合，形 成数字电路倍增设备，使转发器容量大大提 高（达5倍）；
• TDMA系统的网同步复杂。
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4.5、码分多址技术CDMA
•CDMA：利用自相关性非常强而互相关性比较弱的伪随机 码作为地址信息，对被用户信息调制过的载波进行再次调制， 使频谱大大展宽。 •实现CDMA的条件：
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4.2 频分多址(FDMA)技术
当多个地球站共用卫星转发器时，如果根据 配置的载波频率的不同来区分地球站的地址， 这种多址联接方式就为频分多址。
各地球站配置不同的频率，这种频率配置可 以是预先固定指配的，也可以是按需分配的。
根据是否使用基带信号复用，可分为多路单 载波(MCPC)和单路单载波(SCPC)方式。
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4.2.1 MCPC和SCPC
多路单载波-频分多址(MCPC-FDMA)方式 每个地球站分配一个专用载波，首先把所有 要发射的基带信号复用在一起，然后调制、 上变频，将频率变换到指定频率 ，最后再以 FDMA方式发射和接收。因此，经卫星转发 的每个载波所传送的是多路信号。
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单路单载波-频分多址 (SCPC-FDMA)方式 在一路载波上只传送一路话音或数据。
解：N＝（Bt +B保护）/ (Bc+B保护） ＝（12.5+0.01）/（0.03+0.01）＝312
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4.3、时分多址技术（TDMA）
卫星通信系统时分多址技术：用不同时隙来区分地球 站的地址，只允许各地球站在规定的时隙内发射信号，这 些射频信号通过卫星转发器时，在时间上是严格依次排列、 互不重叠的。
❖ 空分多址（SDMA）：利用天线的方向性和用户的地区隔 离性实现信号的分离。
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多址技术
多路复用
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双工方式
双工是指通信双方能够同时进行双向传送消 息的一种通信方式。
– 频分双工（FDD）：收发频率分开，接收设备通 过滤波器分离各路信号 特点：需要合理安排频率
– 时分双工（TDD）：收发共用一个频率，收发信 号通过开关来控制 特点：收发存在时间间隔
卫星将在一个TDMA帧内的不同子帧时隙接收并转发 来自各地球站（它们都采用相同的载波）的突发脉冲串。 也就是说，每一地球站只在TDMA帧的一个子帧内接收和 发送突发脉冲。
为了保证每一地面终端的突发（子帧）能在所指定的 子帧时隙到达卫星，对系统定时和信号格式将有严格的要 求。为此，每帧内的第一个子帧将由基准站发出“基准” 子帧以作为同步和网控之用。
信息数据送入受伪随机码控制的脉冲调制发射机，发射出携带 信息数据的伪随机间隔射频信号。
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码分多址（CDMA）
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CDMA载干比计算
在射频端所接收的载波信号功率为每比特能量与比 特率之乘积：
Pr(w)＝Eb·Rb 来自其他扩频用户的干扰功率为其混合干扰谱密度 N0与接收机输入带宽 W(扩频带宽)之乘积：
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图4-5 TDMA网络定时的示意图
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图4-6 TDMA系统发送数据格式和框图
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图4-7 TDMA系统接收数据格式和框图
转发器所转发的TDMA帧由来自各地球站的突发子 帧组成，图3-6的三个子帧分别来自A、B、C三个地球 站。为了保证各子帧之间不相互重叠，在它们之间留 有一定的保护时间。接收地球站在对信号进行解调后， 由分路设备分别从来自A、B、C站的信息子帧中输出 传送给本站的数据流。
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不同系统的多址技术
蜂窝移动通信系统 高级移动电话系统（AMPS） 全球移动通信系统（GSM） 美国数字蜂窝（USDC） 日本数字蜂窝（JDC） 英国CT-2（数字无绳电话） 欧洲数字无绳电话（DECT） 美国窄带扩频（IS－95）
多址技术 FDMA/FDD TDMA/FDD TDMA/TDD TDMA/TDD FDMA/TDD FDMA/TDD CDMA/FDD
多址接入和多路复用的关系：理论基础都是信号 的正交分割原理。但多址接入是指多个电台或通 信站发射的信号在射频信道上的复用，以达到各 台、站之间同一时间、同一方向的用户间的多边 通信；多路复用是指一个电台或通信站内的多路 低频信号在群频信道（即基带信道）上的复用， 以达到两个台、站之间双边点对点的通信。
16便抗干扰抗截获能力强抗多径衰落频谱利用率低仅适于低速的数据传输45六三种多址技术的射频利用方式图412fdmatdma和cdma的rf利用46数据通信协议aloha是一种用于数据通信的随机时分多址方式用户终端根据其需要向公用信道发送数据分组并以这种方式来竞争信道
第4章 多址技术
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提要
一、多路复用和多址接入 二、频分多址（FDMA） 三、时分多址（TDMA） 四、码分多址（CDMA） 五、三种多址技术的RF利用方式 六、ALOHA
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4.3.2 TDMA系统的同步
如何保证全网的帧同步是系统能否正常工作 的关键问题！
在卫星通信系统中，有一个基准站，基准站 的时钟是独立的，并作为全网的基准时钟。 系统中所有业务站都以这个基准时钟来进行 工作。
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帧同步包括两方面的内容
其一是指在地球站开始发射数据时，如何使 其进入指定的时隙，而不会对其他分帧构成 干扰，这就是分帧的初始捕获。
Pi(w)＝N0·W 接收机输入端的载干比为：
C/N= (Eb / N0 )·(Rb/ W ) 在电平CD，M即AC中/N，为W负远的大d于B数Rb。，干扰电平总是高于信号
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CDMA特点
• 无需对各地球站进行协调，接续灵活方便 • 抗干扰、抗截获能力强 • 抗多径衰落 • 频谱利用率低，仅适于低速的数据传输
– 需要保护频带，故频带利用率不高。
– 各上行链路功率电平要求基本一致，否则容易引 起强信号抑制弱信号现象，因此大小站不易兼容；
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图4-2 FDMA的地球站框图
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频谱实际占用度
• 令表示转发器带宽的实际占用 比例，那么设转发器带宽的dB表 示为[BTR]，单载波带宽的dB表 示为[Bc]，K为FDMA载波数。 有K= BTR / Bc [Bc]＝[]+ [BTR]-[K]
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例2：INTELSAT卫星的每帧符号数为120,832。帧周 期为2ms，帧效率0.949，话音信道比特率64kb/s，采 用QPSK调制。求话音信道容量。
解：符号率＝ 120,832/ 2ms=60.416M symbol/s. QPSK调制用2比特表示一个符号，所以
RT=60.416*2=120.832Mb/s 所以 N=(0.949*120.832*1000)/64=1792
➢要有数量足够多、相关特性足够好的地址码。 ➢必须用地址码对发射信号进行扩频调制，使传输信号所占频带极大地 展宽。 ➢在接收端必须要有与发送端地址码完全一致的本地地址码。
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•扩频通信的基本工作方式
➢直扩方式：Direct Sequence Spread Spectrum ➢跳频方式: Frequency Hopping ➢跳时方式: Time Hopping ➢宽带线性调频方式: Chirp Modulation
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❖ 常见的多址接入
❖ 频分多址（FDMA）：各站、台发出的射频信号在指定的 射频频带内，但在频谱上互不重叠地排列，共同分用该射 频频带，接收端用带通滤波器分离各路射频信号。
❖ 时分多址（TDMA）：以不同的时隙来区分地址，每站有 一指定时隙，各站只是在自己的时隙内发射信号。
❖ 码分多址（CDMA）：每个用户有一个特定结构的码字作 为地址，不同用户的不同波形信号以同一频率发射出去， 各站的接收是根据相应的信号波形分离出自己需要的信号。
特点：
– 可采用“话音激活”技术 – 可减小互调干扰 – 可实现数模兼容，提高使用的机动性和灵活性。
由于这种系统设备简单、经济灵活、线路易 于改动，特别适用于站址多，业务量小的场 合应用。
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4.2.2 FDMA的非线性效应和交调干扰
卫星转发器中采用了高功率放大器(HPA, High Power Amplifier)，FDMA的一个卫星转 发器的功率放大器，可以同时放大多个载波 信号(几个、十几个甚至几百个载波) 。 为了提高功率效率，很多高功率放大器工作 组饱和状态，从而导致了非线性效应。
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输出回退值
饱和点
工作点
输入回退值
输出功率
h 输入功率
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转发器在多载波工作时，由于放大器的非线性，从 而将产生各种新的组合频率成分，这些组合频率有 时会恰好等于或接近有用信号频率而顺利通过接收 机，就会产生干扰，称为互调干扰，从而使接收机 的信噪比恶化，降低通信质量。
为了避免交调干扰，所有载波的总功率应该不超过 转发器的线性功率，以使转发器工作在线性条件下。 因此，发射功率输出电平要比饱和点电平足够低 (称电平“回退”补偿)，以保证HPA的线性，因此 功率利用率不高。
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TDMA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
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保护比特
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TDMA帧的基本组成
• 基准站相继两次发射基准信号的时间间隔叫 做一帧，在一帧内有一个基准分帧和若干信 息分帧，每个分帧占据一个时隙，基准分帧 由基准站的突发信号构成；信息分帧由地球 站的突发信号构成。