FDMA通信系统设计
FDMA
FDMAFDMA，频分多址（frequencydivisionmultipleaccess），是把分配给无线蜂窝电话通讯的频段分为30个信道，每一个信道都能够传输语音通话、数字服务和数字数据。
频分多址是模拟高级移动电话服务(AMPS)中的一种基本的技术，是北美地区应用最广泛的蜂窝电话系统。
采用频分多址，每一个信道每一次只能分配给一个用户。
频分多址还用于全接入通信系统(TACS)。
基本介绍系统原理FDMA（Frequency Division Multiple Access）是数据通信中的一种技术，即不同的用户分配在时隙相同而频率不同的信道上。
按照这种技术，把在频分多路传输系统中集中控制的频段根据要求分配给用户。
同固定分配系统相比，频分多址使通道容量可根据要求动态地进行交换。
在FDMA系统中，分配给用户一个信道，即一对频谱，一个频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道，另一个则用作反向信道即移动台向基站方向的信道。
这种通信系统的基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号，任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转，因而必须同时占用2个信道(2对频谱)才能实现双工通信。
以往的模拟通信系统一律采用FDMA。
频分多址(FDMA)是采用调频的多址技术。
业务信道在不同的频段分配给不同的用户。
如TACS系统、AMPS系统等。
频分多址是把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道(也称信道)分配给不同的用户使用。
这些频道互不交叠，其宽度应能传输一路数字话音信息，而在相邻频道之间无明显的串扰。
信号传播图FDMA是指不同的移动台(或手机)占用不同的频率，即每个移动台占用一个频率的信道进行通话或通信。
因为各个用户使用不同频率的信道，所以相互没有干扰。
这是模拟载波通信、微波通信、卫星通信的基本技术，也是第一代模拟移动通信的基本技术，早期的移动通信多使用这种方式。
由于每个移动用户进行通信时占用一个频率、一个信道，频带利用率不高。
第一代到第四代多址技术：从FDMA、TDMA、CDMA到OFDMA
第⼀代到第四代多址技术：从FDMA、TDMA、CDMA到OFDMA 做通信物理层有关的内容研究已经有很长⼀段时间了。
⼀直没有怎么总结，今天借着秋招，来总结⼀波。
本⽂所讲的是多址技术，⽇常常见的有时分多址、频分多址、码分多址，对应TDMA、FDMA、CDMA。
那么什么是多址技术呢，为什么需要多址技术呢？早期的⽆线电报就不需要多址技术，因为它的通信⽅式是点对点的，能发能收，就OK了。
⽽现在的移动通信，为了实现更⾼的通信效率，采⽤了基础⽹络构架。
在这个基础⽹络构架当中，包括了很多基站，基站之间是相互连接的。
⼿机在通信的时候，不是直接和另⼀部⼿机通过⽆线电来通信，⽽是先发送信号到离⾃⼰最近的基站，基站把信号送到离另⼀部⼿机最近的基站，再由这个基站通过⽆线的⽅式送达⽬的⼿机。
那么，就会有多部⼿机同时和⼀个基站通信，基站如何区分不同⼿机的信号呢？这就需要多址技术了。
已经获得过实际使⽤的多址技术包括 FDMA、TDMA、CDMA、OFDMA。
这⼏个技术都叫 XDMA，差别就在第⼀个字母。
FDMA 的意思是，通过频率把⽤户区分的多个⽤户同时接⼊的技术。
OFDMA 也是⼀种 FDMA，只不过它是正交的 FDMA ，有更⾼的频谱效率。
多址技术在⽆线通信当中占据着⾮常重要的地位。
⽬前为⽌，移动通信是以多址技术来划分时代的。
FDMA、TDMA、CDMA 和 OFDMA分别代表了第⼀代到第四代的移动通信技术。
FDMA 和 TDMA我们⾸先来看 FDMA。
不同的⽤户占据不同的频段，从⽽避免了相互⼲扰，实现了区分。
⼿机选择哪⼀个频率，可以通过滤波器来实现。
由于滤波器的阻断都有过渡带，因此，相邻的两个频率之间⼀般会保留⼀定的带宽作为保护。
从原理上说，TDMA 和 FDMA 类似，只不过把频率换成了时间⽽已。
时间资源被划分成帧，每⼀帧内⼜被划分为若⼲时隙，不同的⽤户使⽤不同的时隙实现区分。
由于信道存在时延扩展，不同的时隙之间也需要保留⼀定的保护时间。
第6章 频分多址(FDMA) 模拟蜂窝网
第6章 频分多址(FDMA) 模拟蜂窝网
2. 控制信道(CCH)
该信道中只用来传送数据/消息，在每一个无线小区内， 通常只有一条控制信道。 所以一个“中心激励”的基地站， 配备一套控制信道单元； 而一个“顶点激励”的基地站(通 常是覆盖三个扇形小区)应配备三套控制信道单元。
控制信道的作用：
（1）寻呼（Paging）：当移动用户被呼时， 就在控制信道上 向被叫位置区内发出呼叫移动台信号， 所以又称为寻呼控 制信道(PC)。 （2）接入（Access）：当移动用户主呼时， 就在控制信道上 发出主呼信号， 通过基地站向移动业务交换中心发出入网 信息，并在前向控制信道上等候分配控制信道和话音信道。 所以又称控制信道为随机接入信道RACH(Random Access CH) 。
Request), 即信号电平降至请求过境切换的强度时，立即告
知MTSO，MTSO当即命令邻近的BS同时监测该移动台的信 号电平，并立即把测量结果向MTSO报告。MTSO根据这些
测量结果，就可判断移动台驶入了哪个小区，上述过程就
称为定位。 通过定位，就能确定是否需要以及如何进行过境切换。
第6章 频分多址(FDMA) 模拟蜂窝网
BS的组成
1、基站控制器BSC(Base Station Controller)：实现频 率管理及BTS（基站收发台/或称为信道机）的控制和
交换功能。包括：无线信道的分配和释放，切换信道
的安排。
第6章 频分多址(FDMA) 模拟蜂窝网
2 、 射 频 架 ： 包 含 基 站 收 发 台 BTS(Base Transceiver
第6章 频分多址(FDMA) 模拟蜂窝网
AMPS的系统组成
基站(BS)
基站由BSC、射频部分(射频架和收、发天线)、 数据架
SC-FDMA_系统的MMSE-FSE_算法分析
doi:10.20149/ki.issn1008-1739.2024.01.016引用格式:孙亮亮,任颖.SC-FDMA 系统的MMSE-FSE 算法分析[J].计算机与网络,2024,50(1):89-94.[SUN Liangliang,REN Ying.Analysis of MMSE-FSE Algorithm in SC-FDMA System[J].Computer and Network,2024,50(1):89-94.]SC-FDMA 系统的MMSE-FSE 算法分析孙亮亮,任㊀颖∗(北京跟踪与通信技术研究所,北京100094)摘㊀要:单载波频分多址(Single-Carrier Frequency Division Multiple Access,SC-FDMA)系统均衡器的输入信号通常是按符号间隔进行采样的,其对抽样时间十分敏感㊂在短波波段,由于多径反射显著,当多径延时接近符号周期长度时,对抽样时间敏感的缺点会被放大㊂针对短波信道的特征,研究了SC-FDMA 系统的分数间隔均衡器(Fractional Spaced Equalizer,FSE)模型,通过与符号间隔均衡器对比发现,虽然符号间隔均衡器可以补偿接收信号的频率响应,但其对短时延衰落信道的补偿效果较差;FSE 对于抽样时间的选择不敏感,在多径信道下能够获得更好的性能㊂链路仿真结果表明,在短时衰落信道环境下,FSE 的译码性能比符号间隔均衡器有最大1.5dB 的增益㊂关键词:无线通信;多径信道;单载波频分多址;分数间隔均衡器;最小均方误差中图分类号:TN914.51文献标志码:A文章编号:1008-1739(2024)01-0089-06Analysis of MMSE-FSE Algorithm in SC-FDMA SystemSUN Liangliang,REN Ying ∗(Beijing Institute of Tracking and Telecommunications Technology ,Beijing 100094,China )Abstract :The input signal of a Single-Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA)system equalizer is generallysampled at symbolic intervals,and the symbol spaced equalizer is sensitive to the sampling time.In the shortwave band,due to strongmulti-path reflection,the shortcomings of being sensitive to the sampling time are magnified when the multi-path delay is close to the length of symbol period.According to the characteristics of the shortwave channel,the Fractional Spaced Equalizer (FSE)model of theSC-FDMA system is analyzed.By comparing FSE with the symbol spaced equalizer,it is found that although the symbol spaced equalizercan make up for the frequency response of the received signal,its compensation effect is still not good for short-delay fading channels,while FSE is insensitive to the selection of sampling time,which can achieve better performance in multipath channels.The linksimulation results show that,in the short-term fading channel environment,FSE can improve the decoding performance by 1.5dB compared to the symbol interval equalizer.Keywords :wireless communication;multi-path channel;SC-FDMA;FSE;minimum mean square error收稿日期:2023-11-140㊀引言在短波通信(频率3~30MHz)中,天波在传播过程中被电离层反射之后,不需要中继站就能实现远距离通信㊂在通信领域,其具有无可替代的地位㊂尽管当前无线电通信系统不断推陈出新,短波这一传统的通信方式仍然受到普遍的重视[1]㊂短波通信因其通信距离远㊁抗毁性强㊁使用方便㊁价格低廉与组网灵活等优点,在救灾领域以及山区㊁戈壁㊁海洋等地区广泛应用[1-2],但是短波通信也有噪声大㊁稳定性差等不足㊂短波通信的现代化改造主要方向是提高可靠性㊁容量及抗干扰能力[3-4]㊂短波通信的信道环境复杂且不稳定,会受到多径干扰㊁信道衰落等不利因素的影响[5-8]㊂当传输速率提高时,系统对采样点更敏感,因此需要研究与短波信道适配的均衡算法[9]㊂接收机的同步一般以首达径为基准,但是由于存在多径时延的不确定性,不能确保所有路径的位置都为采样点㊂假设系统采用传统的符号间隔均衡方式,多径时延为τ,符号速率为f ㊂当以首达径为基准进行同步后,次达径的位置与首达径的位置相差Δ=f τ㊂若Δ为整数,则首达径和次达径相差整数倍的符号间隔,此时如果以首达径为同步位置,次达径也在采样点上,均衡的结果相对来说比较理想㊂但当Δ不是整数倍的采样间隔时,次达径的位置会偏离采样点,均衡性能下降㊂对于高速的数据传输系统而言,这一误差会更为明显㊂均衡算法一般是利用符号间隔进行采样的㊂符号间隔均衡器对于抽样时间的选择十分敏感㊂虽然其能够在一定程度上补偿接收信号的频率响应,但是其对短时延衰落信道的补偿效果较差,而分数间隔均衡器(Fractional Spaced Equalizer,FSE)[10-11]很好地解决了这个问题㊂FSE以高采样率对输入信号进行抽样,最佳的FSE与符号间隔均衡器和匹配滤波器的组合效果接近[12]㊂FSE有较高的采样率,能够补偿更大的带宽㊂当传输速率较高时,如果信道的带宽受限,FSE具有很好的补偿增益[13]㊂除此之外,FSE对于定时相位不敏感㊂对于延时严重失真的信道,FSE仍具有很大的优势㊂文献[14]对FSE 改善符号间干扰抑制能力进行了测量分析㊂本文研究的系统工作在短波频段,使用单载波频分多址(Single-Carrier Frequency Division Multiple Access,SC-FDMA)技术㊂本文在SC-FDMA系统模型的基础上,根据分数间隔的思想,给出了一种基于最小均方误差(Minimum Mean Square Error,MMSE)优化准则[15-16]的T/2FSE,并详细说明了其工作原理㊂利用数值仿真,模拟了不同多径时延的场景,评估了1/2分数间隔MMSE均衡器方法的性能㊂仿真结果表明,在仿真信道条件下,FSE比传统符号间隔均衡器的性能最大提高了1.5dB,充分说明FSE 可以有效抑制由多径衰落造成的信号失真影响,提升接收机性能㊂1㊀系统参数本文研究的SC-FDMA系统参数如表1所示㊂表1㊀单载波模型参数参数取值工作频段/MHz20~30调制符号速率/(符号/秒)2400编码方式3/4LDPC调制方式64QAM加扰方式比特加扰交织长度/s 4.8信道多径数量L2衰落/(Hz/s)1帧长288符号(循环前缀32,数据符号长度256)发送侧IFFT长度为256,循环前缀长度为32,物理层帧结构如图1所示㊂图1㊀物理层帧结构未知数据越长,传输效率就越高,但未知数据的解调依赖于训练序列对信道的估计结果,因此训练序列的选择和设计是信道估计的关键技术㊂Zadoff-Chu序列是CAZAC的特例,由于其具备很好的自相关特性[17],可以代替UW作为训练序列使用㊂2组长度16的Chu序列重复组成长度32的循环前缀,前一个序列的后面接未知数据,起到保护间隔的作用㊂后一个序列可作为训练序列进行信道估计㊂由于系统编码方式为LDPC[18],其主要译码算法包括软判决译码[19]㊁硬判决译码和混合译码㊂软判决译码同时利用了软信息表征判决可靠性的幅度信息和符号信息进行迭代译码㊂软信息中有大量的信道信息,软判决译码充分利用了这些信道信息,可以提高译码的性能㊂综合而言,在3种LDPC译码算法中,软判决译码是最复杂的,但其对信道信息的利用率最高,译码性能也是最好的㊂因此,本文采用软判决译码算法,需要获得均衡后的信号的软信息㊂系统利用自相关方法得到训练序列处的信道冲激响应,再利用该未知数据前后各2块Chu序列的信道响应,用三阶插值方法求出该未知数据处对应的信道冲激响应㊂系统使用Turbo迭代均衡算法,Turbo 均衡是一种软输入软输出(Soft Input/Soft Output, SISO)模型,结合了均衡与译码,通过软信息在译码模块与均衡模块之间的交换来降低符号间干扰(Inter-Symbol Interference,ISI),提升系统性能㊂在进行第一次均衡时,因为没有先验的信息,因此,采用MMSE准则进行均衡㊂在后续迭代中,采用上一次均衡译码结果的先验信息,利用SIC准则进行均衡[20]㊂Turbo算法是基于软干扰抵消(Soft Interference Cancellation, SIC)的一种均衡算法,其为基于MMSE准则的一种特例[20]㊂利用SIC算法对输入信号进行MMSE估计的前提条件是先验信息完全正确[21]㊂2㊀算法设计2.1㊀MMSE/SIC准则基于MMSE最佳估计等效于线性滤波,假设滤波器的长度为N,N1及N2为因果部分和非因果部分㊂N =N 1+N 2+1,滤波系数为c k ,n ,n =-N 1,-N 1+1, ,N 2㊂将多径信道模型改写为矩阵形式,则有:y k =Hx k +ωk ,(1)式中:y k ≜[y k -N 2,y k -N 2+1, ,y k -N 1]T ,x k ≜[x k -M 2-N 2,x k -M 2-N 2+1, ,x k +M 1+N 1]T ,y k ㊁x k 为(N +M -1)ˑ1维发送信号,其中M 为信道的阶数,M =M 1+M 2+1,M 1与M 2分别为信道抽头的因果部分及非因果部分;ωk ≜[ωk -N 2,ωk -N 2+1, ,ωk +N 1]T 为噪声,H 为N ˑ(N +M -1)卷积形式的信道矩阵㊂H ≜h Hr h H r ⋱h H r éëêêêêêùûúúúúú,(2)式中:h r 为信道的反转形式㊂h r =[h M 2,h M2-1, ,h -M 1]H ㊂定义均方误差为MSE =E (x^k -x k 2),则由均方误差的最小化,可以得到对x k 的最佳估计为:x^k =E x k ()+Cov x k ,y k ()Cov y k ,y k ()-1y k -E y k ()()㊂(3)用矩阵形式表示为:x ^k =σ2x s H H H σ2ωI N +HV k HH +(σ2x -v k()Hss H H H )-1y k -H x -k +x -k Hs (),(4)式中:x -k ≜x -k -M 2-N 2,x -k -M 2-N 2+1, ,x -k +N 1+M 1[]H ,V k ≜diag(v k -M2-N 2,v k -M2-N 2+1, ,v k +M1+N1),s ≜[01ˑN 2+M 2(),1,01ˑN1+M 1()]T ㊂在调制信号功率归一化之后,首次均衡因为没有先验信息,可假设对所有的k ,满足x -k=0,∀k 和v k 为1,∀k 此时的MMSE 滤波系数为:c k =σ2x σ2ωI N +HV k H H+(σ2x -v k()Hss H H H )-1Hsv k=1,∀k=σ2ωI N +HHH ()-1Hs ,(5)式中:s ≜01ˑN 2+M 2(),1,01ˑN 1+M 1()[]T ㊂滤波过程可表示为:x ^k =c H k y k -H x -k +x -k Hs()㊂(6)基于SIC 的Turbo 均衡算法:c k =σ2x σ2ωI N +HV k H H+(σ2x -v k()Hss H H H )-1Hsv k=0,∀k=σ2xσ2ω+E h σ2xHs ㊂(7)2.2㊀FSE 工作流程FSE 利用比符号速率1/T 更快的速率对信号进行采样,缩短了均衡器抽头之间的间隔,使其为符号时间间隔的分数间隔㊂常见的FSE 系统框图如图2所示㊂图2㊀FSE 系统框图假设h (t )表示线性时不变系统的成型滤波器和信道,w (t )为基带加性高斯白噪声,则基带接收端接收到的信号可以表示为:y (t )=ðɕn =-ɕx nh (t -nT -τ)+w (t ),(8)式中:x (n )为符号序列,T 为符号间隔,τ为任意时间延迟㊂在接收端,对接收信号使用T /2的采样间隔进行采样,接收到的序列可以表示为:y kT 2()=ðɕn =-ɕx n h k T 2-nT -τ()+w k T2()㊂(9)T /2间隔的FSE 出端可以写成接收端的信号与滤波器的卷积:x^k =ð2N -1i =0c iy (k -i )T2()㊂(10)为了简化抽头系数的计算,FSE 有2种不同的离散时间模型:多速率模型及多信道模型,分别说明了FSE 的空间及时间分集㊂因为这2种模型是等价的,因此本文只分析多信道模型,其原理框图如图3所示㊂图3㊀FSE 多信道模型原理框图假设只保存了2倍下采样时的偶数抽头的序列,则接收信号表示为:r even n=x^2n =ð2N -1i =0c iy nT -iT 2()=ðN -1i =0c 2iy ((n -i )T )+c 2i +1y (n -i )T -T2()(),(11)reven n=ðN -1i =0c 0i y0n -i+c 1i y 1n -i(),(12)式中:c 0i =c 2i ,c 1i =c 2i +1,y 0i =y (nT ),y 1n=y nT -T 2()㊂c 0i 和c 1i 分别表示偶数序列和奇数序列的子均衡器,y 0n和y 1n分别表示接收到序列的偶数部分和奇数部分㊂接收信号的偶数序列和奇数序列的符号间隔信道冲激响应分别为h 0n =h (nT -τ)及h 1n =h (nT -T /2-τ),对应的信道噪声分别为w 0n=w (nT )及w 1n=w ((2n -1)(T /2))㊂将接收信号改写为:y 0n =ð1x 1h 0n -1+w 0n ,(13)y 1n =ð1x 1h1n -1+w 1n ㊂(14)由于在信道的冲激响应中已经考虑了信道任意延迟τ,偶数和奇数的子信道定义不具有实际意义,仅存在符号上的区别㊂因此可以舍弃r even n 的偶数标号,用r n 表示符号间隔输出,此时接收信号表达式如下:㊀㊀r n =ðN -1i =0c 0i ð1x 1hn -i -1+w 0n -i ()+ðN -1i =0c 1ið1x 1h1n -i -1+w 1n -i ()=x n ∗c 0n ∗h 0n +c 1n ∗h 1n ()+c 0n ∗w 0n +c 1n ∗w 1n ,(15)式中:∗代表卷积㊂由式(15)可知,r n 是2个符号间隔均衡器的叠加结果㊂3㊀仿真分析本文所采用的系统整体结构如图4所示㊂图4㊀系统框图㊀㊀数据在发送端进行了4倍的上采样,假设上采样之后,在每4个样点中,第一个样点位置为最佳的采样位置,则在接收端进行2倍下采样时存在2种情况:从奇数点采样及从偶数点采样㊂本文通过数值仿真,分析了2种情况下的FSE 以及最佳采样位置处的符号间隔均衡器,如图5所示,从奇数点开始采样的FSE 等效于偏差最大采样符号间隔均衡器和最佳采样的组合,而从偶数点开始采样则与2个非最佳采样符号间隔均衡器的叠加等效㊂仿真设置了3种信道模型,多径数目均为2,在3种模型中,两径到达时间差分别为1.9㊁2.0㊁2.1ms,首达径和次达径的功率相等,符号速率及采样速率分别为2400符号/秒㊁9600Hz,则两径延时对应的采样点数分别为18㊁19㊁20㊂假设系统在首达径位置进行了准确的位同步,下采样之后,τ在 2.1~1.9ms 变化过程中,符号间隔均衡器首达径一直处于最佳采样点上,而第二径由采样点位置逐渐偏离㊂在τ=1.9ms 时偏离至2个最佳采样点正中间位置,此时对应的偏差达到最大值;对于FSE,由于其等价于2个符号间隔均衡器的叠加,τ在2.1~1.9ms 的变化过程中,存在2种情况:2个非最佳采样均衡器的叠加和最佳采样与偏差最大采样均衡器叠加㊂系统仿真计算误码率的基数是1000帧,仿真结果如图6所示㊂由图6可以看出,τ=2.1ms 时性能最好;τ=2.0ms 时,性能略有下降;τ=1.9ms 时性能下降十分明显,与其他2种情况相差约1dB㊂由此可知,误码率随着采样点和次达径的偏离增大而增大㊂在仿真时,由于已经精确地同步了首达径,因此在符号间隔均衡中,无法利用精确的位同步来避免该问题㊂图5㊀FSE采样时间图6㊀符号间隔均衡器在不同时延下的BER㊀㊀此外,系统采用的是多信道模型,即FSE 等效于2个符号间隔均衡器输出的叠加㊂仿真结果如图7所示㊂图7㊀FSE1(奇)在不同时延下的BER (X )由图7可知,随着τ的变化,FSE 接收机的误码率并没有明显的改变,FSE 对多径时延不敏感,由此也证实了FSE 对采样点误差不敏感㊂与符号间隔均衡器最好的性能(τ=2.1ms)相比,FSE 带来的解调译码性能改善约0.5dB@BER =10-4;与符号间隔均衡器最差的性能(τ=1.9ms)相比,FSE 带来的解调译码性能改善约1.5dB@BER =10-4㊂通信接收机满足2倍符号采样率,使用2倍符号采样率的FSE 均衡器并不会增加射频前端和ADC 的成本,MMSE 均衡模块的计算复杂度和信道估计模块比符号间隔均衡器提高1倍,导致基带处理资源的开销增加了大约5%㊂4㊀结束语FSE 的时域采样率比符号间隔均衡器更高,其频率响应的带宽也更宽,能够解决高频区间的频响失真问题㊂在短波信道场景,FSE 均衡器对于多径时延较小的信道效果显著㊂通过对SC-FDMA 系统的分析可知,FSE 均衡器能够提升复杂多径信道接下收机性能,其他通信系统也可以参考SC-FDMA 系统的方法㊂参考文献[1]㊀王金龙,陈瑾,徐煜华.短波通信技术研究进展与发展需求[J].陆军工程大学学报,2022,1(1):1-7.[2]㊀ELIARDSSON P,AXELL E,STENUMGAARD P,et al.Military HF Communications Considering UnintentionalPlatform-generated Electromagnetic Interference [C ]ʊ2015International Conference on Military Communica-tions and Information Systems (ICMCIS).Cracow:IEEE,2015:1-6.[3]㊀刘运红.短波通信链路建模与性能分析[D].成都:电子科技大学,2018.[4]㊀陈立伟,谭志良,崔立东.基于短波跳频电台的抗干扰算法的实现[J].计算机测量与控制,2015,23(11):3721-3723.[5]㊀梅天凤.OFDM应用在短波通信中的信道估计技术的研究[D].武汉:华中科技大学,2007.[6]㊀LI W,RUAN L,XU Y F,et al.Exploring Channel Diversityin HF Communication Systems:A Matching-potential GameApproach[J].China Communications,2018,15(9):60-72.[7]㊀WATTERSON C,JUROSHEK J,BENSEMA W.Experi-mental Confirmation of an HF Channel Model[J].IEEETransactions on Communication Technology,1970,18(6):792-803.[8]㊀ITU.Testing of HF Modems with Bandwidths of Up toAbout12kHz 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第六章 频分多址(FDMA) 模拟蜂窝网
频分多址(FDMA) 第6章 频分多址(FDMA) 模拟蜂窝网
图 6 - 3 蜂窝系统的信道类型
频分多址(FDMA) 第6章 频分多址(FDMA) 模拟蜂窝网
6.2.2 控制信号及其功能 1. 监测音 监测音SAT(Supervisory Audio Tone) 监测音用于信道分配和对移动用户的通话质量进行监测 信道分配和对移动用户的通话质量进行监测。 信道分配和对移动用户的通话质量进行监测 当某一话音信道要分配给某一移动用户时，BS就在前向话音 信道上发送SAT信号。移动台检测到SAT信号后，就在反向话 音信道上环回该SAT信号。 BS收到返回的SAT信号后，就确 认此双向话音信道已经接通，即可通话。
频分多址(FDMA) 第6章 频分多址(FDMA) 模拟蜂窝网
⑤ 采用小区 频率再用技术 小区制频率再用技术 小区 频率再用技术，当基站采用全向天线时， 一个区群由 12 个小区组成，频率再用率为 1/12，其频道分配 方法是等频距法 等频距法，以尽可能减少邻道干扰。 等频距法 ⑥ 具有自动过境切换频道 自动过境切换频道技术，切换时间小于 20 ms。 自动过境切换频道 ⑦ 设备通用性较强，通常基站、移动台等设备在网络覆 盖范围内可以通用。 ⑧ 各地之间可以连网，具有自动漫游功能 自动漫游功能。 自动漫游功能
频分多址(FDMA) 第6章 频分多址(FDMA) 模拟蜂窝网
根据上述SAT和ST信号的有无，可以判断MS处于摘机还 是挂机状态，如表 6 - 2 所示。例如，当基站收到移动台环回 的SAT信号时，同时又收到ST，则表示移动台处于挂机状态； 若只收到环回的SAT信号，而未收到ST，则表明此时移动台 已摘机。
频分多址(FDMA) 第6章 频分多址(FDMA) 模拟蜂窝网
卫星移动通信系统设计
引言：随着科技的发展，卫星移动通信系统成为现代通信领域的重要发展方向之一。
该系统利用卫星作为中继器，实现了全球范围内的移动通信，已广泛应用于航空、海洋、军事和地面通信等领域。
本文将对卫星移动通信系统的设计进行详细阐述，包括系统结构、通信协议、链路建立与维护、信号传输和安全性等方面。
概述：卫星移动通信系统是一种基于卫星的通信系统，其主要目的是提供全球范围内的移动通信服务。
系统主要由卫星、地面站和用户终端组成。
卫星作为中继器，接收地面站发出的信号，然后通过空间链路将信号传递给用户终端。
地面站负责与卫星进行通信，提供用户入网、信号调度和数据处理等功能。
用户终端用于接收和发送信号，实现移动通信。
正文内容：1.卫星移动通信系统的结构1.1地球固定卫星轨道1.2地面站的分布与组成1.3用户终端的类型和特点1.4空间链路和地面链路的连接2.卫星移动通信系统的通信协议2.1TDMA（时分多址）协议2.2CDMA（码分多址）协议2.3FDMA（频分多址）协议2.4分组交换和电路交换的选择3.卫星移动通信系统的链路建立与维护3.1用户注册与鉴权3.2信道分配与切换3.3信号传输和调度3.4故障检测与恢复3.5功率控制和接收灵敏度4.卫星移动通信系统的信号传输4.1调制与解调技术4.2信道编码与解码4.3信号调度和路由选择4.4误码率控制和信号增强4.5带宽分配和信号优化5.卫星移动通信系统的安全性5.1用户认证与加密5.2数据完整性与可靠性5.3信号干扰与窃听5.4安全管理与漏洞修复5.5系统抗干扰与鲁棒性总结：。
Ch8(码分多址移动通信系统)
7
8.1.1 码分多址的特征
软容量 软容量
在模拟频分和数字时分的移动通信中, 每个小区的信道数是固 定的.当没有空闲信道时, 移动用户既不能再呼叫也不能接收 其他用户的呼叫. 在码分多址CDMA系统中,多用户是靠码型来区分的, 只要接收 机在允许最小信噪比条件下, 增加一个用户或几个用户只使信 噪比有所下降, 不会因没有信道而不能通话.这种小区信道数 可扩容的现象称软容量. 系统软容量的另一种形式是小区呼吸功能:指各个小区的覆盖
2
多址技术 频分多址(FDMA)技术 频分多址(FDMA)
含义:每个用户占用一个频率 含义 用户识别:频道号 用户识别 特点: 特点 以频率复用为基础,以频带划分各种小区 对功控的要求不严 是频率受限和干扰受限系统 基站由多部不同载波频率的发射机同时工作 应用: 应用:第一代模拟/第二代数字蜂窝移动通信系统
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8.1.5 IS-95 IS-
CDMA蜂窝通信系统的时间基准 CDMA蜂窝通信系统的时间基准
CDMA蜂窝系统利用"全球定位系统"(GPS)的时 标, GPS的时间和"世界协调时间"(UTC)是同步的, 二者之差是秒的整倍数. 各基站都配有GPS接收机,保持系统中各基站有 统一的时间基准,称为CDMA系统的公共时间基准.移 动台通常利用最先到达并用于解调的多径信号分量建 立基准.
反向链路上的"远近效应"
- 基站远处的用户的信号会被近处用户的信号淹没 移动台位于相邻小区交界处时,收到服务基站的有用信号很 低,还会收到相邻小区基站的较强干扰. 无线信道的衰落
– 慢衰落
地形起伏,大型建筑物以及树林等的阻挡 多径传播以及多普勒频移的存在
12
– 快衰落
(完整word版)基于MATLAB的N路信号频分复用系统的设计
通信系统课程设计报告基于MATLAB的N路信号频分复用系统的设计[摘要］【目的】在通信技术的发展中，通信系统的仿真技术是一个重点.尤其是通信技术在生活中的应用，更是必不可少的，因而研究和改善通信工程的应用是十分必要的。
【方法】本次课程设计主要运用MATLAB集成环境下的M文件编程仿真平台进行N路信号占用频分复用系统的设计与建模。
主要是对多路信号进行SSB及FM调制，叠加，然后再进行解调，恢复出基带信号。
【结果】程序运行的结果展现了产生的信号，以及后续信号的调制、加高斯白噪声、叠加、解调及滤波等，在误差允许的范围为内，结果是正确的.【结论】所设计的频分复用系统,可靠性好,稳定性高，抗噪声强,以后具有良好的应用前景。
[关键词］频分复用;调制及解调；滤波[abstract]【objective 】in the development of communication technology，the communication system simulation technology is a key。
Communication technology in the application of life, in particular, is more essential，thus research and application is very necessary to improve communication engineering。
【method 】the course design of the main use of MATLAB M file programming simulation platform of integrated environment is N signal takes the design and modeling of frequency division multiplexing system。
通信系统仿真报告
实验三 通信系统仿真清华大学电子工程系 陈侃● 背景知识：(1) 频分多址(FDMA)：频分多址时将通信的频段划分成若干信道频率范围，每对通信设备工作在某个特定的频率范围内，即不同的通信用户是靠不同的频率划分来实现通信的，早期的无线通信系统，包括现在的无线电广播、短波通信、大多数专用通信网都是采用频分多址技术来实现的。
(2) 时分多址(TDMA)：时分多址是将通信信道在时间坐标上划分成若干等间隔的时隙，每对通信设备将工作在某个指定的时隙上，不同的通信用户是靠不同的时隙划分来实现通信的，现在的数字蜂窝无线通信系统GSM ，就采用了时分多址技术。
(3) 码分多址(CDMA):码分多址是利用码字的正交性，将承载的不同用户的通信信息区分开来。
每对通信设备工作在某个分配的码组实现通信。
现在的数字蜂窝无线通信CDMA ，第三代移动通信系统WCDMA ，CDMA2000，SC-CDMA 都采用了码分多址技术。
码分多址要求通信的码组之间有很好的正交性。
有一种获得正交码组的方法是利用M 序列发生器，M 序列是最大长度线性反馈移位寄存器序列的简称。
M 序列发生器的结构图如图1所示，其中a i 表示各个寄存器的状态，c i 可取0或1.M 序列发生器的原理框图F(x) = c i x ir i=0上式是关于x 的多项式，系数c i 表示了序列生成器的反馈连线的特征，称为一位生成器函数的特征多项式。
由于r 位移位寄存器最多可以取2r 个不同的状态，因此每个移位寄存器序列最终都是周期序列，并且其周期n ≤2r 。
M 序列具有很强的自相关性和很弱的互相关性，周期为2r -1的M 序列可以提供2r -1个正交码组。
● 练习题：1.2.1 FDMA 的Simulink 仿真：(1) 利用Simulink 中的相应模块，搭建提示所给的系统仿真图，并设置相应的参数。
答：按照提示所给的模型图以及相应模块的参数，我设计出的FDMA 系统仿真图如下所示：(2) 上图中的六个Analog Filter Design 滤波器的作用分别是什么？根据已知的参数设置它们的参数，然后进行系统仿真，记录下三个Scope 上显示的波形。
频分多址FDMA模拟蜂窝网
第6章 频分多址(FDMA) 模拟蜂窝网
表 6 - 2 移动台摘机/挂机信号表
第6章 频分多址(FDMA) 模拟蜂窝网
3. 定位与过境切换 在移动台通话过程中， 为其服务的基站定位接收 机不断监测来自移动台的信号电平， 当发现环回的监 测音SAT的电平低于某一指定值SSH(Signal Strength for Handoff Request), 即信号电平降至请求过境切换的强度 时， 立即告知MTSO， MTSO当即命令邻近的BS同时 监测该移动台的信号电平， 并立即把测量结果向 MTSO报告。 MTSO根据这些测量结果， 就可判断移 动台驶入了哪个小区， 上述过程就称为定位。 通过定 位， 就能确定是否需要以及如何进行过境切换。 过境 切换的过程如图 6 - 5 所示。
第6章 频分多址(FDMA) 模拟蜂窝网
5. 冲突退避
由于移动台的主呼是随机的， 因此若一个无线区 内有两个以上移动台同时发起主呼， 就会因争用控制 信道而发生冲突现象。 为此， 系统需要为减少冲突而 建立一种退避规则。 AMPS和TACS系统采用的办法是： 在前向控制信道的信令中每隔 10 位发一个忙/闲标志 位。 当控制信道“忙”时， 该比特位为“0”； 当控 制信道“闲”时， 该比特位为“1”。 移动台在反向控 制信道中发出预告信息， 表示要占用控制信道后， 继 续观察前向控制信道的忙/闲位。 如果基站同意它占用， 就将忙/闲位从“闲”改置为“忙”， 同时也告诉了其 它移动台此控制信道已被占用。
6.1.2 系统结构 通常， 在一个大型蜂窝网移动电话系统中有若干
个移动电话交换局(MTSO)， 也称作移动交换中心 (MSC)。 图 6 - 1 示出由两个移动电话交换局构成的蜂 窝网移动电话系统结构。 这种类型的网络系统常称作 公共陆地移动网(PLMN)。 每一个MTSO均与公用电话 交换网(PSTN)和所属基站(BS)连接， 其连接方式通常 有电缆、 光纤或数字微波线路等， 它们之间都有相应 的接口标准。
第章FDMA蜂窝移动通信系统ppt课件
第7章 FDMA蜂窝移动通信系统
接收 机
接收 机带
带通滤波器 通滤波器
发射 机 带通 滤波器
×6 倍 频 器 、 调 相 器 、 功率 放大器
来自 电话手 机 音频滤波器、限 拾音器的输入信号 幅器 、压缩 器
分集 开关
分集 开关控 制
载功
波 率 发射机
启 控 宽带数据 音频
动制
抑制
2比 特
射频 放大器 第一 混频器
第7章 FDMA蜂窝移动通信系统
3. 收发信机 收发信机主要由发射机、 接收机和收发共用的频 率合成器组成。 车载台的接收也可采用二重空间分集， 以减小衰落的影响。 此时， 移动台需用两根天线， 其 中一根天线收、 发合用， 另一根天线只作分集用， 采 用选择式开关分集方式。 手机无分集功能， 收、 发共 用一根天线。 由图7 - 8可见， 收发信机采用的是典型 的调频设备。
图 7 - 7 数据架组成方框图
第7章 FDMA蜂窝移动通信系统
控制器： 由小型通用程控器、 奇偶校验器和存储 单元等组成， 以存储、 处理来自MTSO或移动台的数 字信令， 并处理来自基站本身线路监测架和维护测试 架的数据或控制信令。
建立无线电： 专门用来发送和接收数字信令， 以 便建立无线话路， 所以称作“建立无线电”。
第7章 FDMA蜂窝移动通信系统
接有线监控架 接维、测架
数据
链路
A
数据 设备
数 据设 备 控 制器
A
M
T
S
O 数据
链路 B
数据 设备
数 据设 备 控 制器
B
控 制器 O
控 制器 E
接口 建立无线电
接口 定位接收机
FDMA卫星通信网络系统-文档资料
16
2、工作原理-自动校频
FDMA卫星通信网络具有频率自动校准功能，保证网络的稳定性和可靠性； 中心站TDM设备通过自发自收，获得卫星频偏，并通过广播发送到外围站； 外围站在进行ALOHA载波及业务载波发送前，根据设备自身的接收频偏及 卫星频偏，按照相关计算公式，调整发送频率，实行自动校频；
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3、中心站-主要功能
网络配置： 配置网络的组成元素,主要包括TDM信道机配置、ALOHA信道机配置、业务信 道机配置、卫星带宽配置、外围站配置； 状态监控: 设置TDM信道机、ALOHA信道机、业务信道机、卫星带宽、外围站等设备的 工作参数并通过查询的方式监视各个设备的工作状态； 业务处理: 进行外围站注册、入网退网、信道分配、参数同步、信道回收、数据转发等 和业务有关的操作； 记录查询: 支持按通信时间、通信站ID等条件对通信记录进行查询，并支持查询结果打 印及导出到文件（excel）； 性能分析: 对一段时间内的通信成功率、通信链路的平均建链时间进行统计分析，并支 持统计结果打印及导出到文件（excel）； 故障诊断: 对设备连接状态、网络工作状态进行故障诊断，并支持一定的自修复功能；
➢支持C、Ku、Ka频段同步卫星；
➢可以组成星状/网状/混合型拓扑结构；
➢对外提供标准网络接口，基于IP 网络结构；
➢固定站/便携站/动中通等多种站型；
...
中心站
TDM信道 ALOHA信道 业务信道
外围站
外围站 外围站
基于FDMA点对多点通信在无线传感器网络中的设计与实现
资源 和通信 资源 占用 不多 ， 样 Ｒ Ｄ设 备可 以采 用非 常廉 价的 实现 方案 【Ｉ ． 这 Ｆ ４ｓ ］］
１３ Ｆ 。 ＤＭ Ａ通 信 原 理 【 收稿 日期】２ ０ —１ ０ ９ ２—１ ０
［ 金 项 目］西 北 民族 大 学 研 究 生 科 研 创 新 项 目资 助 （ｃ０ ０ ７ 基 ｙｘ ９ ６ ）
Ｏ 引言
无线传 感 器 网络 （ ｒｌｓＳｎｏ ｔ ｒ， Ｎ） 部署 在监 测 区域 内大量 的廉价 微型 传感 器节 点 Ｗｉ ｅ ｅｓｒ ｗｏｋＷＳ 是 ｅｓ Ｎｅ 通过 无线通 信技 术 自组织 构成 的 网络 系统 ， 过无 线通 信方 式形成 的 一个 多跳 的 自组织 的 网络 ， 目的 通 其 是 协作感 知、 集和处 理 网络覆 盖 区域 中感 知 对象 的通 信 ， 发 送给 观 察者 ． 感 器 网络 、 料 电子 采 并 传 塑 学和 仿生人 体器 官又被 称为全 球 未来 的三 大高 科技产 业 ．
［ 作者简介］徐合龙 （９ ５ ）男 ， １８ 一 ， 陕西 安康人， 硕士研 究生， 主要从事无线传感器 网络与嵌入式应用研究 ．
一
４ １ —
无线通 讯与有 线连接 在诸 多重要 环节上 完全 不 同， 些环 节 中的异 同导 致 了它 们之 间通 信质 量 的 这
差异 ： ．
ＩＥ ０ ．５ ４网络 是指 在一 个 Ｐ Ｓ内 使用 相 同 无 线信 道 并通 过 ＩＥ ０ ．５ ４标准 相互 通 信 Ｅ Ｅ８ ２ １ ． Ｏ Ｅ Ｅ８ ２ １ ． 的一组 设备 的集合 ， 又名 Ｌ Ｒ—ＷＰ Ｎ 网络 ． Ａ 在这个 网络 中， Ｒ Ｄ设 备之 间都 可 以通 信 ． Ｆ 与 Ｆ Ｒ Ｄ设备 之 间不 能直接 通信 ， 能与 Ｆ Ｄ设备通 信 ， 只 Ｆ 或者 通过 一个 Ｆ Ｄ设 备 向外 转发 数据 ． Ｆ 这个与 Ｒ Ｄ相 关联 的 Ｆ Ｆ Ｄ设 备， Ｆ 根据 设 备所具 有的通 信 能力 ， 以分为全 功 能设备 （ｕｌ ｕ ｃｏ ｅｉ ， Ｆ 和 精简 功能 设 可 ｆｌ ｎｔ ｎｄｖ ｅＦ Ｄ） —ｆ ｉ ｃ
频分多路复用系统设计说明
*****************实践教学*******************兰州理工大学计算机与通信学院2015年春季学期信号处理课程设计题目：频分多路复用系统的设计专业班级：通信工程姓名：学号：指导教师：成绩：摘要频分复用是一种用频率来划分信道的复用方式。
在FDM中，信道的带宽被划分成很多个互不重叠的频率段（子通道），每路信号占据其中一个字信道，并且各路之间必须留有未被占用的频段（防护频带）进行隔离，以防止信号重叠。
在接收端，采用适当的带通滤波器将多路信号分开，从而恢复出来所需要的信号。
本次以“频分多路复用系统的防真设计”为题目的《信号处理》课程设计，在MATLAB 仿真环境为基础，利用STMULINK仿真工具，根据频分复用的原理，仿真频分多路复用系统。
并设计必要的带通滤波器。
低通滤波器，从复用信号中恢复所采集的语音信号。
最后通过系统的仿真波形图对系统进行分析。
通过本次《信号处理》课程设计，再次熟悉了频分复用的相关理论知识，对如何通过SIMULINK仿真工具进行系统仿真也有了更清晰的认识和掌握。
关键词：频分复用；FFT；Matlab；频谱分析前言 (1)一、概述 (2)二、基本原理 (2)3.1 语音信号采样 (6)3.2 语音信号的调制 (7)3.3滤波器的设计 (8)3.4 信道噪声 (10)四、仿真及实验分析 (11)4.1 设计流程图 (11)4.2 语音信号的时域和频域仿真 (12)4.2.1 信号的时域仿真 (12)4.2.2信号频域仿真 (13)4.3 复用信号的频谱仿真 (13)4.4传输信号的仿真 (14)4.5 解调信号的频谱仿真 (15)4.6恢复信号的时域与频域仿真 (16)五、总结 (17)致谢 (17)参考文献 (19)附录 (20)依据频分复用的复用原理运用MATLAB仿真软件采集4路语音信号通过合适的高频载波调制，然后设计必要的带通滤波器和低通滤波器把得到的复用信号恢复成所采样的语音信号。
通信系统中的多用户接入控制技术
4G技术：正交频分复用（OFDM）和多输入多输出（MIMO）技术的应用，提高了数据传输速率和频谱效率
多用户接入控制技术的原理
03
资源分配方式
频分多址（FDMA）：将频带分成多个子频带，每个子频带分配给一个用户
时分多址（TDMA）：将时间轴划分成多个时隙，每个时隙分配给一个用户
码分多址（CDMA）：通过不同的码型将信息分配给不同的用户
人工智能和机器学习技术可以自动识别和预测用户需求，实现智能化的接入控制。
未来，人工智能和机器学习技术将在多用户接入控制中发挥越来越重要的作用，推动通信系统的智能化发展。
6G和未来通信网络中的多用户接入控制技术
概述：6G和未来通信网络的发展趋势以及对多用户接入控制技术的需求
技术创新：多用户接入控制技术在6G和未来通信网络中的技术突破和应用场景
混合接入方式
频分多址（FDMA）：不同用户占用不同的频率
时分多址（TDMA）：不同用户占用不同的时间
码分多址（CDMA）：不同用户占用不同的码字
空分多址（SDMA）：不同用户占用不同的空间
自适应接入方式
实现方式：采用先进的信号处理技术和优化算法，快速响应信道变化
应用场景：广泛应用于无线通信、移动通信、卫星通信等领域
宽带接入网络
技术实现：采用动态带宽分配算法，根据用户需求和网络状况智能分配带宽资源
场景描述：多用户接入控制技术在宽带接入网络中应用，可实现多个用户同时接入高速数据传输网络
应用优势：提高网络带宽利用率，优化网络性能，提升用户体验
未来发展：随着5G、物联网等技术的普及，多用户接入控制技术在宽带接入网络中的应用将更加广泛和重要
定义：根据信道状况动态调整传输参数，以实现最佳通信效果
OFDMA-SC-FDMA系统多用户随机接入中的关键技术研究
OFDMA-SC-FDMA系统多用户随机接入中的关键技术研究OFDMA/SC-FDMA系统多用户随机接入中的关键技术研究随着移动通信技术的快速发展和用户数量的快速增加，提高系统容量和用户体验变得至关重要。
OFDMA（正交频分多路复用）和SC-FDMA（单循环频分多址）是当前广泛应用的无线通信系统的多用户接入技术。
针对这两种技术，多用户随机接入是提高系统效率和用户容量的一种重要途径。
本文将对OFDMA/SC-FDMA系统多用户随机接入中的关键技术进行研究。
OFDMA是一种多用户接入技术，可以将系统频谱划分为不同的子载波资源，每个子载波用于传输一个用户的信息。
而SC-FDMA则是OFDMA的一种变种，在每个OFDMA符号中，只有一个用户使用额定功率进行传输。
在OFDMA/SC-FDMA系统中，随机接入是一种允许无线终端随机接入网络并与基站进行通信的机制。
对于OFDMA/SC-FDMA系统而言，多用户随机接入是实现高效通信的关键。
首先，OFDMA/SC-FDMA系统中的多用户随机接入需要解决的首要问题是信道分配问题。
由于OFDMA/SC-FDMA系统中存在多个子载波，每个子载波都需要分配给某个用户，因此如何合理地对子载波进行分配是至关重要的。
一种常见的方法是使用分布式信道分配算法，根据用户的信道质量和其他因素，动态地对子载波进行分配。
此外，对于大规模的OFDMA/SC-FDMA系统，还可以采用基于博弈论和机器学习的智能信道分配算法，通过学习用户的行为和网络状态，自动化地进行信道分配。
其次，多用户随机接入中的关键技术之一是功率控制。
在OFDMA/SC-FDMA系统中，由于存在多个用户同时进行随机接入，可能会导致干扰问题。
为了避免干扰，需要通过合理地控制用户的传输功率，以达到均衡系统容量和用户体验的目标。
一种常见的方法是基于功率控制算法，根据用户的信道质量和干扰情况，动态地调整用户的传输功率。
此外，还可以利用天线阵列和信号处理等技术来进一步增强系统的容量和抗干扰能力。
fdma,tdma频谱效率
频谱效率是衡量无线通信系统性能的一个重要指标，它表示在给定的频谱资源下，系统所能承载的数据速率。
FDMA（频分复用）和TDMA（时分复用）是两种常见的多址技术，它们在无线通信系统中有着广泛的应用。
FDMA（频分复用）：FDMA 是一种将频谱资源划分为多个子信道，并将这些子信道分别分配给不同用户的技术。
每个用户在属于自己的子信道上进行通信，互不干扰。
FDMA 的频谱效率取决于子信道的数量，子信道越多，频谱效率越高。
但FDMA 存在小区间干扰的问题。
TDMA（时分复用）：TDMA 是一种将时间分为多个时隙，并将这些时隙分配给不同用户的技术。
在同一时刻，只有一个用户在信道上进行通信，其他用户等待自己的时隙。
TDMA 的频谱效率也取决于时隙的数量，时隙越多，频谱效率越高。
但TDMA 存在同步问题和小区间干扰的问题。
在比较FDMA 和TDMA 的频谱效率时，需要权衡两者之间的优缺点。
FDMA 在频谱资源利用率方面具有优势，但小区间干扰问题较为严重；而TDMA 在时间和频率资源利用率方面具有优势，但同步问题和小区间干扰问题需要解决。
实际应用中，根据通信系统的需求和场景，可以选择合适的多址技术以实现较高的频谱效率。
FDMA通信系统的设计
加) 移动通信中频分复用技术的分析和研究频分多路复用系统的信道复用率高，分路方便，因此目前模拟通信中常采用这种复用方式，特别是在有线和微波通信系统中应用广泛。
一、原理研究和分析1、频分复用的原理复用是指将若干个彼此独立的信号合并成可在同一信道上传输的复合信号的方法，常见的信号复用采用按频率区分与按时间区分的方式，前者称为频分复用，后者称为时分复用。
通常在通信系统中，信道所提供的带宽往往比传输一路信号所需要的带宽宽得多，这样就可以将信道的带宽分割成不同的频段，每频段传输一路信号，这就是频分复用(frequencydivision multiple access)(FDMA)。
为此，在发送端首先要对各路信号进行调制将其频谱函数搬移到相应的频段内，使之互不重叠。
再送入信道一并传输。
在接收端则采用不同通带的带通滤波器将各路信号分隔，然后再分别解调，恢复各路信号。
调制的方式可以任意选择，但常用的是单边带调制。
因为每一路信号占据的频段小，最节省频带，在同一信道中传送的路数可以增加。
cos(Q/)图1频分复用系统的示意图图1给出了频分复用系统的示意图。
如图所示，其中f1(t),f2(t), …,fn(t)为n路低频信号，通过调制器形成各路处于不同频段上的边带信号。
频分复用的理论基础仍然是调制和解调。
通常为防止邻路信号的相互干扰，相邻两路间还要留有防护频带，因此各路载频之间的间隔应为每路信号的频带与保护频带之和。
以语音信号为例，其频谱一般在0.3~3.4kHz范围内，防护频带标准为900Hz,则每路信号占据频带为 4.3kHz，以此来选择相应的各路载频频率，在接收端则用带通滤波器将各路信号分离再经同步检波即可恢复各路信号，为减少载波频率的类型，有时也用二次调制。
频分复用技术除传统意义上的频分复用（FDMA外，还有一种是正交频分复用（OFDM。
（1）传统的频分复用传统的频分复用典型的应用莫过于广电HFC网络电视信号的传输了，不管是模拟电视信号还是数字电视信号都是如此，因为对于数字电视信号而言，尽管在每一个频道（8 MHz）以内是时分复用传输的，但各个频道之间仍然是以频分复用的方式传输的。
超短波电台的组网技术和系统设计
超短波电台的组网技术和系统设计超短波（Ultra High Frequency，UHF）电台是一种常用的无线通信设备，广泛应用于公共安全、交通管理、紧急救援等领域。
在实际应用中，多个超短波电台可以通过组网技术实现互联互通，提高通信的覆盖范围和可靠性。
本文将介绍超短波电台的组网技术和系统设计。
一、超短波电台组网技术1. 数据链路技术：超短波电台的组网可以使用数据链路技术，通过建立无线数据链路实现电台之间的通信。
常见的数据链路技术包括频分多址（Frequency Division Multiple Access，FDMA）、时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）和码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）等。
这些技术可以有效地利用频谱资源，提高传输效率和容量。
2. Mesh网络：Mesh网络是一种分布式的网络结构，可以在电台之间构建多条路径传输数据，实现网络的冗余和容错性。
当某个节点发生故障或者通信链路中断时，Mesh网络可以自动重组路径，确保通信的可靠性。
对于超短波电台组网而言，Mesh网络可以提供灵活的拓扑结构，适应不同场景的通信需求。
3. 中继技术：中继技术是一种将信号从一个位置传输到另一个位置的方法。
在超短波电台组网中，中继站可以将信号传输到离目标电台更近的位置，减小传输距离和损耗，提高通信质量。
同时，中继站还可以起到信号转发的作用，将信号从一个电台传输到另一个电台，扩大通信的传播范围。
二、超短波电台组网系统设计1. 网络拓扑设计：超短波电台组网系统需要根据具体的应用场景进行网络拓扑设计。
对于较大范围的通信需求，可以选择星型拓扑，将多个电台连接到一个中心节点，通过中心节点进行通信。
对于较小范围的通信需求，可以选择网状拓扑，构建Mesh网络，实现节点之间的直接通信。
2. 频率规划：超短波电台的组网需要进行频率规划，避免频谱资源的冲突和干扰。
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移动通信中频分复用技术的分析和研究频分多路复用系统的信道复用率高，分路方便，因此目前模拟通信中常采用这种复用方式，特别是在有线和微波通信系统中应用广泛。
一、原理研究和分析1、频分复用的原理复用是指将若干个彼此独立的信号合并成可在同一信道上传输的复合信号的方法，常见的信号复用采用按频率区分与按时间区分的方式，前者称为频分复用，后者称为时分复用。
通常在通信系统中，信道所提供的带宽往往比传输一路信号所需要的带宽宽得多，这样就可以将信道的带宽分割成不同的频段，每频段传输一路信号，这就是频分复用（frequency division multiple access）(FDMA)。
为此，在发送端首先要对各路信号进行调制将其频谱函数搬移到相应的频段内，使之互不重叠。
再送入信道一并传输。
在接收端则采用不同通带的带通滤波器将各路信号分隔，然后再分别解调，恢复各路信号。
调制的方式可以任意选择，但常用的是单边带调制。
因为每一路信号占据的频段小，最节省频带，在同一信道中传送的路数可以增加。
图1 频分复用系统的示意图图1给出了频分复用系统的示意图。
如图所示，其中f1(t),f2(t),…,fn(t)为n路低频信号，通过调制器形成各路处于不同频段上的边带信号。
频分复用的理论基础仍然是调制和解调。
通常为防止邻路信号的相互干扰，相邻两路间还要留有防护频带，因此各路载频之间的间隔应为每路信号的频带与保护频带之和。
以语音信号为例，其频谱一般在0.3~3.4kHz范围内，防护频带标准为900Hz，则每路信号占据频带为4.3kHz，以此来选择相应的各路载频频率，在接收端则用带通滤波器将各路信号分离再经同步检波即可恢复各路信号，为减少载波频率的类型，有时也用二次调制。
频分复用技术除传统意义上的频分复用（FDMA）外，还有一种是正交频分复用（OFDM）。
（1）传统的频分复用传统的频分复用典型的应用莫过于广电HFC网络电视信号的传输了，不管是模拟电视信号还是数字电视信号都是如此，因为对于数字电视信号而言，尽管在每一个频道（8 MHz）以内是时分复用传输的，但各个频道之间仍然是以频分复用的方式传输的。
（2）正交频分复用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）实际是一种多载波数字调制技术。
OFDM全部载波频率有相等的频率间隔，它们是一个基本振荡频率的整数倍，正交指各个载波的信号频谱是正交的。
OFDM系统比FDMA系统要求的带宽要小得多。
由于OFDM使用无干扰正交载波技术，单个载波间无需保护频带，这样使得可用频谱的使用效率更高。
另外，OFDM技术可动态分配在子信道中的数据，为获得最大的数据吞吐量，多载波调制器可以智能地分配更多的数据到噪声小的子信道上。
目前OFDM技术已被广泛应用于广播式的音频和视频领域以及民用通信系统中，主要的应用包括：非对称的数字用户环线（ADSL）、数字视频广播（DVB）、高清晰度电视（HDTV）、无线局域网（WLAN）和第4代（4G）移动通信系统等。
频分复用系统最大的优点是信道复用率高，允许的复用路数较多，同时分路也很方便，是模拟通信中主要的一种复用方式，在有线和微波通信中应用十分广泛。
频分复用的缺点是设备生产较为复杂，同时因滤波性能不够理想，及信道内存在的非线性容易产生路间干扰。
2、FDMA通信系统的原理FDMA通信系统模型如图8-2所示。
WDMA和FDMA基本上都基于相同原理，所不同的是，WDMA 应用于光纤信道上的数字化光波传输过程，而FDMA应用于模拟传输，诸如双绞线话路传输、电缆接入、峰窝、无线电以及 TV 通信等。
一直以来， TDMA 、CDMA 也是结合 FDMA 共同作用的。
图8-2 FDMA通信系统模型二、实验涉及的Matlab函数1. fft():对信号进行谱分析。
2. ifft():对信号进行傅里叶反变换。
3. fir1():窗函数法设计FIR数字滤波器。
4. fir2():频率采样法设计FIR数字滤波器5. buttord():设计巴特沃思型的IIR数字滤波器。
还有cheb1ord()、cheb2ord()、ellipord()设计切比雪夫和椭圆型的IIR数字滤波。
6.filter()：IIR数字滤波器实现滤波。
7. fftfilt():FIR数字滤波器实现滤波。
8.[y,fs,nbits]=wavread(file)：采样值放在向量y中，fs表示采样频率（Hz），nbits 表示采样位数。
y=wavread(file,N)：读取前N点的采样值放在向量y中。
9. sound(x,fs,bits)：将x的数据通过声卡转化为声音。
三、实验内容在Matlab 环境中，利用编程方法对FDMA通信模型进行仿真研究。
1、设计要求：（1）Matlab支持麦克风，可直接进行声音的录制，要求至少获取3路语音信号。
（2）对各路语音信号进行频谱分析。
（3）将各路语音信号分别与各自的高频载波信号相乘，由于各高频载波信号将各语音信号频谱移到不同频段，复用信号频谱为各信号频谱的叠加，因此，只需传输该复用信号便可在同一信道上实现各路语音信号的同时传输。
（4）传输完成后，通过选择合适的带通滤波器，即可获得各个已调信号。
（5）再进行解调，即将各个已调信号分别乘以各自的高频载波信号，这样，原始低频信号被移到低频段。
（6）最后通过选择合适的低通滤波器恢复出各原始语音信号，从而实现FDMA通信传输。
2、实验代码1、获取录音文件fs=44100; %声音的采样频率为44.1khzduration=3; %录音的时间fprintf('按任意键开始录音1:\n');pausefprintf('录音中……\n');sd1=wavrecord(duration*fs,fs); %duration*fs每次获得总的采样数为132300,保存声音fprintf('放音中……\n'); %文件名为s1,以下类同.wavplay(sd1,fs);fprintf('录音1播放完毕。
\n');wavwrite(sd1,fs,'sound1.wav'); %将录音文件保存为wav格式的声音文件，下同fprintf('按任意键开始录音2:\n');pausefprintf('录音中……\n');sd2=wavrecord(duration*fs,fs);fprintf('放音中……\n');wavplay(sd2,fs);fprintf('录音2播放完毕。
\n');wavwrite(sd2,fs,'sound2.wav');fprintf('按任意键开始录音3:\n');pausefprintf('录音中……\n');sd3=wavrecord(duration*fs,fs);fprintf('放音中……\n');wavplay(sd3,fs);fprintf('录音3播放完毕。
\n');wavwrite(sd3,fs,'sound3.wav');三个声音的时域波形2、声音样本的时域和频域分析fs=44100; %声音的采样频率为44.1khzduration=3;t=0:duration*fs-1; %总的采样数[s1,fs]=wavread('sound1.wav'); %打开保存的录音文件[s2,fs]=wavread('sound2.wav');[s3,fs]=wavread('sound3.wav');figure(1) %图一为三个声音样本的时域波形subplot(311)plot(t,s1);xlabel('单位：s');ylabel('幅度');title('三个声音样本的时域波形');subplot(312)plot(t,s2);xlabel('单位：s');ylabel('幅度');subplot(313)plot(t,s3);xlabel('单位：s');ylabel('幅度');figure(2) %图二为三个声音样本的频谱分析subplot(311)stem(t,abs(fft(s1)),'.');xlabel('单位:Hz');ylabel('幅度'); %fft对声音信号进行快速傅里叶变换title('三个声音样本的频谱分析');subplot(312)stem(t,abs(fft(s2)),'.');xlabel('单位:Hz');ylabel('幅度');subplot(313)stem(t,abs(fft(s3)),'.');xlabel('单位:Hz');ylabel('幅度');三个声音的频谱分析3、调制,将三个声音信号用高频载波x1=4*s1'.*cos(2*pi*4000*t/fs);x2=4*s2'.*cos(2*pi*11000*t/fs);x3=4*s3'.*cos(2*pi*18000*t/fs);s=x1+x2+x3; %复用信号频谱为各信号频谱的叠加figure(3) %图三为复用信号的频谱分析stem(t,abs(fft(s)),'.');xlabel('单位:Hz');ylabel('幅度');title('复用信号的频谱分析');复用信号的频谱分析4、带通滤波器设计Rp=0.5;Rs=40; %用切比雪夫设计带通滤波器1；Wp1=[4000 8000]/22050; %fs/2=22050Ws1=[3800 8500]/22050;[n1,Wn1]=cheb2ord(Wp1,Ws1,Rp,Rs);[b1,a1]=cheby2(n1,Rs,Wn1);[h1,w1]=freqz(b1,a1);mag1=abs(h1);db1=20*log10((mag1+eps)/max(mag1));Wp2=[9000 13000]/22050; %用切比雪夫设计带通滤波器2；Ws2=[8000 14000]/22050;[n2,Wn2]=cheb2ord(Wp2,Ws2,Rp,Rs);[b2,a2]=cheby2(n2,Rs,Wn2);[h2,w2]=freqz(b2,a2);mag2=abs(h2);db2=20*log10((mag2+eps)/max(mag2));Wp3=[14500 18500]/22050; %用切比雪夫设计带通滤波器3；Ws3=[14000 19000]/22050;[n3,Wn3]=cheb2ord(Wp3,Ws3,Rp,Rs);[b3,a3]=cheby2(n3,Rs,Wn3);[h3,w3]=freqz(b3,a3); mag3=abs(h3);db3=20*log10((mag3+eps)/max(mag3));figure(4);subplot(3,1,1);plot(w1/pi,db1);axis([0 1 -50 20]);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|'); title('用切比雪夫2型设计三个带通滤波器'); subplot(3,1,2);plot(w2/pi,db2);axis([0 1 -50 20]);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|'); subplot(3,1,3);plot(w3/pi,db3);axis([0 1 -50 20]);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|'); y1=filter(b1,a1,s); %滤出三路未解调信号 y2=filter(b1,a1,s); y3=filter(b1,a1,s);0.10.20.30.40.50.60.70.80.91-40-20020w/pi20l g |H (e j w )|用切比雪夫2型设计三个带通滤波器0.10.20.30.40.50.60.70.80.91-40-20020w/pi20l g |H (e j w )|0.10.20.30.40.50.60.70.80.91-40-20020w/pi20l g |H (e j w )|利用切比雪夫设计的3个带通滤波器5、解调 fs=44100y01=y1.*cos(2*pi*4000*t/fs); %各个已调信号分别乘以各自 y02=y2.*cos(2*pi*11000*t/fs); %的高频载波信号 y03=y3.*cos(2*pi*18000*t/fs); figure(5) %图五为解调后3路信号各自的频谱图 subplot(311)stem(t,abs(fft(y01)),'.');xlabel('单位:Hz');ylabel('幅度');title('解调后3路信号各自的频谱图');subplot(312)stem(t,abs(fft(y02)),'.');xlabel('单位:Hz');ylabel('幅度');subplot(313)stem(t,abs(fft(y03)),'.');xlabel('单位:Hz');ylabel('幅度');解调后的信号频谱分析6、低通滤波Rp=0.5; %低通滤波器参数选择Rs=40;Wp1=3400/(22050);Ws1=4000/(22050);[n1,Wn1]=cheb2ord(Wp1,Ws1,Rp,Rs); %采用切比雪夫2型(cheby2)带通滤波器[b1,a1]=cheby2(n1,Rs,Wn1);[h1,w1]=freqz(b1,a1);mag1=abs(h1);db1=20*log10((mag1+eps)/max(mag1));figure(6) %图六为低通滤波器的频率响应plot(w1/pi,db1);axis([0 1 -50 20]);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|');title('低通滤波器的频率响应');00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-50-40-30-20-101020w/pi20l g |H (e j w )|低通滤波器的频率响应低通滤波器的频率响应7、回复信号的时域波形和频谱分析 yy1=filter(b1,a1,y01); yy2=filter(b1,a1,y02); yy3=filter(b1,a1,y03); figure(7) %图七为恢复信号的时域波形 subplot(311)plot(t,yy1);xlabel('单位：s');ylabel('幅度'); subplot(312)plot(t,yy2);xlabel('单位：s');ylabel('幅度'); subplot(313)plot(t,yy3);xlabel('单位：s');ylabel('幅度'); title('恢复信号的时域波形'); figure(8) %图八为恢复信号的频谱分析 subplot(311)stem(t,abs(fft(yy1)));xlabel('单位:Hz');ylabel('幅度'); subplot(312)stem(t,abs(fft(yy2)));xlabel('单位:Hz');ylabel('幅度'); subplot(313)stem(t,abs(fft(yy3)));xlabel('单位:Hz');ylabel('幅度'); title('恢复信号的频谱分析'); wavplay(yy1,fs); %恢复声音信号的再现wavplay(yy2,fs);wavplay(yy3,fs);恢复信号的时域波形恢复信号的频谱分析四、结果分析三路语音信号经过调制，调制频率分别为4000Hz，11000Hz，18000Hz，然后在三路信号叠加，经传输后，再用不同的切比雪夫2型带通滤波器滤波，然后再分别解调，再通过低通滤波器，即可分别还原出原来的三路语音信号。