1、 数字通信原理 (11)冯穗力等编著电子工业出版社2012年 8月2010 Copyright 1SCUT DT&P Labs第 11 章 信道复用与多址技术本章的基本内容 ：n 频分复用与频分多址；n 时分复用与时分多址；n 码分复用与码分多址；n 统计复用与随机多址；n 综合复用技术。2010 Copyright 2SCUT DT&P Labs11.1 引言 2010 Copyright 3SCUT DT&P Labsn 引言在通信系统中，通常有多个用户需要同时传输信息，需要解决信道资源的分配问题。信道复用技术 ：根据可用的信道资源，将信道划分给不同的用户同时使用的方法。 多址技术 ：对
2、信道资源和用户分别进行某种编号，使特定的信道资源与使用该资源的用户建立对应关系的方法。多址接入 ：多个用户根据所分配得到的资源接入系统的过程。信道的复用和多址技术的实施需要考虑用户通信过程的实时性。 第 11章 信道复用与多址技术2010 Copyright 4SCUT DT&P Labsn 引言 (续 )信道资源的理想划分 ：各子信道间具有正交性。设系统中有 K个用户同时工作。记第 k 个用户的发送信号的时间第 k 个用户发送的信号信道 (信号 )间正交的条件 ：第 11章 信道复用与多址技术2010 Copyright 5SCUT DT&P Labsn 引言 (续 )信道资源划分的主要方法
3、：频分复用时分复用码分复用空分复用统计复用不同的资源划分方法，有相应的多址技术。不同的信道划分方法，对资源的利用效率可能会有所不同，但总的可用资源 (除空分复用外 )一般只会减少，不会增加。系统的总可用资源由香农定理决定。第 11章 信道复用与多址技术2010 Copyright 6SCUT DT&P Labs11.2 频分复用与频分多址2010 Copyright 7SCUT DT&P Labsn 频分复用与多址技术传统的频分复用方法： 将可用的频谱资源在频率域上划分出若干段互不重叠的频带，每一段频带构成一子信道 。保护带 ：为保证在不同的子信道间不会产生相互间的干扰，在相邻频带之间设置一定
4、宽度的隔离带称之。频分复用方法及隔离带示意图第 11章 信道复用与多址技术隔离 带2010 Copyright 8SCUT DT&P Labsn 频分复用与多址技术 (续 )频分复用系统中第 k个用户发送的信号该信号的接收机中一般设有滤波器 ，使满足由此可得从而有由此保证不同信道间的信号的正交性。第 11章 信道复用与多址技术2010 Copyright 9SCUT DT&P Labsn 频分复用与多址技术 (续 )频分多址系统频分复用系统可同时容纳的信道数传统的频分复用系统因子信道间需要隔离带，频谱效率较低，且需要大量不同参数的滤波器。第 11章 信道复用与多址技术2010 Copyrigh
5、t 10SCUT DT&P Labs11.3 时分复用与时分多址 2010 Copyright 11SCUT DT&P Labsn 时分复用与多址技术时分复用方法 ： 把传输时间划分成按周期出现的数据帧，帧内再进一步划分出时隙，每个子信道就是以帧周期间歇提供给用户的时隙。合理地选择帧周期和时隙的大小，可使每个用户感觉就像在连续地使用一个属于自己的信道。 时分复用方法示意图第 11章 信道复用与多址技术2010 Copyright 12SCUT DT&P Labsn 时分复用与多址技术 (续 )时分复用系统的复接与分接过程示意图低速数据流 高速数据流分接 复接第 11章 信道复用与多址技术201
6、0 Copyright 13SCUT DT&P Labsn 时分复用与多址技术 (续 )时分复用系统：国际上常用的 PCM群路等级第 11章 信道复用与多址技术制式群路等 级欧洲、中国 北美、日本传输 速率： Mbps话 路数 传输 速率：Mbps话 路数基群 2.048 30 1.544 24二次群 8.448 120 6.312 96三次群 34.368 480 32.064 480四次群 139.264 1920 97.728 1440五次群 564.992 7680 397.220 57602010 Copyright 14SCUT DT&P Labsn 时分复用与多址技术 (续 )时
7、分多址的话音通信系统原理图多用户数据沿时间轴分布第 11章 信道复用与多址技术2010 Copyright 15SCUT DT&P Labsn 时分复用与时分多址 (续 )时分复用系统的子信道数记 信道总的传输速率为 ；每个用户的传输速率为则 子信道数时分复用系统的 特点 ：易于用集成电路实现；需要准确的定时。时间保护间隔 ：时分复用的方法用于无线多址系统时，因为用户间有定位误差，且信号到达接入点可能有不同的时延，因此通常需要有时间保护间隔。第 11章 信道复用与多址技术2010 Copyright 16SCUT DT&P Labs11.4 码分复用与码分多址2010 Copyright 17
8、SCUT DT&P Labsn 码分复用与码分多址记 M维的码字集 ，其中正交编码集 ：称 为正交编码集，如果其满足如下的条件特别地，若称 为 归一化正交码 。第 11章 信道复用与多址技术2010 Copyright 18SCUT DT&P Labsn 码分复用与码分多址 (续 )哈达马矩阵 （ Hadamard matrix） ：由如下方法构建的矩阵称之容易证明：每个哈达马矩阵 的行向量构成一个正交编码集；其中码字的长度为 ，每个码字集中包含 个码字。第 11章 信道复用与多址技术2010 Copyright 19SCUT DT&P Labsn 码分复用与码分多址 (续 )沃尔什 (Wal
9、sh) 函数： 具有如下性质的函数集合称之。K 阶沃尔什函数：（ 1）除了在一些跳跃点上取值 0外， 仅在 1和 1中取值；（ 2）对任意的 ；（ 3）在内 ， 有 次穿越零点的符号变化；（ 4）关于 的中点， 不是 奇函数 就是 偶函数 ；（ 5）沃尔什函数构成一组正交的函数集。 沃尔什函数集可由哈达马矩阵的行向量构建。第 11章 信道复用与多址技术2010 Copyright 20SCUT DT&P Labsn 码分复用与码分多址 (续 )示例：由哈达马矩阵 构建的 4阶沃尔沃函数集。相应的信号波形第 11章 信道复用与多址技术2010 Copyright 21SCUT DT&P Labs
10、n 码分复用与码分多址 (续 )码分复用 ：利用沃尔什函数的正交性，可以使得在 时域 和 频域 均重叠的信号的分离，实现信道的复用。记 k 个不同的符号序列利用 k 个不同的沃尔什函数对 k 个符号序列进行调制其中 在时域和频域上都是重叠的。第 11章 信道复用与多址技术2010 Copyright 22SCUT DT&P Labs第 11章 信道复用与多址技术n 码分复用与码分多址 (续 )在接收端可利用沃尔什函数的正交性对不同的符号序列进行分离，从而实现信道的复用码分复用的示意图采用不同的沃尔什函数 调制的不同的序列信号， 在时域和频域上是重叠的。2010 Copyright 23SCUT
11、 DT&P Labsn 码分复用与码分多址 (续 )码分多址系统的实现原理子信道数 ：采用哈达马矩阵 生成的沃尔什函数，可构建 2 个独立的子信道。码分多址系统的带宽 ： 其中 是 码片周期 。第 11章 信道复用与多址技术2010 Copyright 24SCUT DT&P Labs11.5 空分复用与空分多址 2010 Copyright 25SCUT DT&P Labsn 空分复用与空分多址空分复用 :一种将天线上发出的某路电磁波信号，限定在某个局部区域范围内，而使得在原来的区域范围内，可以容纳更多路的电磁波信号的一种信道复用方式。 空分复用的基本形式：空分复用系统中的每个用户可以系统中
12、的全部带宽资源，因此可以 达到频谱资源利用率倍增的效果 。空分复用系统可容纳的用户数取决于对波束宽度的控制。第 11章 信道复用与多址技术2010 Copyright 26SCUT DT&P Labs第 11章 信道复用与多址技术n 空分复用与空分多址 (续 )不同用户在 空间域的信号不重叠 ，每个用户在工作区域内自由自身的信号，信号间的正交性自然得到满足空分与频分复用是目前蜂窝式移动接入网的主要工作方式2010 Copyright 27SCUT DT&P Labs11.6 统计复用与随机多址2010 Copyright 28SCUT DT&P Labsn 统计复用与随机多址统计复用 ：统计复
13、用是一种为适应数据业务传输需求具有随机性和突发性而提出来一种 动态分配资源 的共享信道工作方式。统计复用主要包括 集中控制 和 随机分布式控制 两种方式。(1)集中控制方式轮询工作 ：通过控制单元根据终端的需求控制其对信道资源的使用。第 11章 信道复用与多址技术2010 Copyright 29SCUT DT&P Labs第 11章 信道复用与多址技术n 统计复用与随机多址 (续 )点到多点 (PMP)模式无线基站系统帧内时隙的资源调度：时间轴被划分成等长度的 帧 ；帧被划分成基站到用户的 下行子帧 和用户到基站的 上行子帧 ；各个子帧被进一步划分为等长或不等长的 时隙 ；每帧相应位置的时隙通常并不指定给特定的用户，而是根据用户的需求 动态分配 。分配给用户的上行子信道和下行子信道的资源可以是不对称的。2010 Copyright 30SCUT DT&P Labs
