通信原理 第五版 第10章 码分多址
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通信信号分选原理
在通信系统中，信号分选指的是将多个不同信号或频率的信号从一个传输媒介（如电缆）中分离出来，以便分别处理或传输。
具体的信号分选原理取决于信号的特性和通信系统的要求，下面列举了几种常见的信号分选原理：1. 频率分选：- 频率分选是将不同频率的信号从混合信号中分离出来的过程。
常见的方法包括滤波器和频谱分析技术。
滤波器可以根据其频率特性，将指定频率范围内的信号通过而抑制其他频率的信号。
频谱分析则通过对信号进行频谱分解，将各个频率成分分离出来。
2. 时域分选：- 时域分选是将不同时域特征的信号从混合信号中分离出来的过程。
常见的时域分选方法包括时域滤波、时域采样和脉冲识别等。
时域滤波通过滤波器将指定时域特征的信号成分保留而抑制其他信号成分。
时域采样是在适当的采样频率下，根据采样定理对信号进行采样，然后通过数字信号处理技术将所需信号提取出来。
脉冲识别则是针对脉冲信号进行相应处理，用于分离脉冲。
3. 码分多址分选：- 码分多址（CDMA）是一种在同一频率上多用户共享通信资源的技术。
在CDMA系统中，通过每个用户使用不同的扩频码将各个用户的信号进行分离。
接收端使用相应的扩频码进行解码，将目标用户的信号分离出来。
4. 时分多路复用分选：- 时分多路复用（TDM）是一种将多个信号按照时间进行分时传输的技术。
发送端将各个信号按照时间片的方式交叉传输，接收端根据时钟同步信号将各个信号分离出来。
5. 波长分选：- 波长分选是将不同波长的信号从光纤等传输媒介中分离出来的过程。
常见的方法包括光纤光栅和光谱分析等。
光纤光栅可以根据不同波长的光信号在光纤中的传播特性，将各个波长的光信号分离出来。
光谱分析则通过分析光信号在频谱上的特征，将不同波长的信号分离。
总之，信号分选方法根据信号特性和通信系统的要求而不同。
上述列举的是一些常见的信号分选原理，在实际应用中可能会结合多种方法来实现信号的分选和处理。
码分多址(CDMA)移动通信系统介绍
第二十四页，共144页。
第9章 码分多址(CDMA)移动通信系统（二）
9
2) 下行物理信道 (1) 下行专用物理信道（DPCH）。
下行DPCH由传输数据部分的DPDCH和传输控制信息(导频比特、 TPC命令(mìng lìng)和可选的TFCI)部分（DPCCH）组成， 以时分复 用的方式发送,如图9-10所示。 每个下行DPCH时隙的总比特数由扩频 系数SF =512／2k决定， 扩频系数的范围由512到4。
物理随机接入信道(PRACH)用于移动台在发起呼叫等情况下发送 接入请求信息。 PRACH的传输基于时隙ALOHA协议(xiéyì)， 可在一 帧中的任一个时隙开始传输。
随机接入的发送格式示于图9-4。 随机接入发送由一个或几个长 度为4096 chip的前置序列和10 ms或20 ms的消息部分组成。 随机接入 突发前置部分长为4096 chip， 由长度为16的特征序列的256次重复组 成。
第十三页，共144页。
第9章 码分多址(CDMA)移动通信系统（二）
9
图9-3 上行专用物理(wùlǐ)信道的帧结构
第十四页，共144页。
第9章 码分多址(CDMA)移动通信系统（二）9来自(2) 公共上行物理信道。
与上行传输信道相对应，公共上行物理信道也分为两类。 用于承 载RACH的物理信道称为物理随机接入信道(PRACH)， 用于承载 CPCH的物理信道称为物理公共分组信道(PCPCH)。
媒体接入控制层屏蔽了物理介质的特征， 为高层提供了使用物 理介质的手段。 高层以逻辑信道的形式向MAC层传输信息， MAC完 成传输信息的有关变换， 通过传输信道将信息发向物理层。
UTRAN的结构如图9-2中的虚线框所示。
第七页，共144页。
第9章 码分多址(CDMA)移动通信系统（二）
9
2) 下行物理信道 (1) 下行专用物理信道（DPCH）。
下行DPCH由传输数据部分的DPDCH和传输控制信息(导频比特、 TPC命令(mìng lìng)和可选的TFCI)部分（DPCCH）组成， 以时分复 用的方式发送,如图9-10所示。 每个下行DPCH时隙的总比特数由扩频 系数SF =512／2k决定， 扩频系数的范围由512到4。
物理随机接入信道(PRACH)用于移动台在发起呼叫等情况下发送 接入请求信息。 PRACH的传输基于时隙ALOHA协议(xiéyì)， 可在一 帧中的任一个时隙开始传输。
随机接入的发送格式示于图9-4。 随机接入发送由一个或几个长 度为4096 chip的前置序列和10 ms或20 ms的消息部分组成。 随机接入 突发前置部分长为4096 chip， 由长度为16的特征序列的256次重复组 成。
第十三页，共144页。
第9章 码分多址(CDMA)移动通信系统（二）
9
图9-3 上行专用物理(wùlǐ)信道的帧结构
第十四页，共144页。
第9章 码分多址(CDMA)移动通信系统（二）9来自(2) 公共上行物理信道。
与上行传输信道相对应，公共上行物理信道也分为两类。 用于承 载RACH的物理信道称为物理随机接入信道(PRACH)， 用于承载 CPCH的物理信道称为物理公共分组信道(PCPCH)。
媒体接入控制层屏蔽了物理介质的特征， 为高层提供了使用物 理介质的手段。 高层以逻辑信道的形式向MAC层传输信息， MAC完 成传输信息的有关变换， 通过传输信道将信息发向物理层。
UTRAN的结构如图9-2中的虚线框所示。
第七页，共144页。
第10讲-多址技术(1)
nc(t)为一组和地址码性质相近的序列。
第10讲 多址(1)
无线通信工程
厦门大学通信工程系
工作原理（续）
• 这时nk的选址输出为：
M
nk N
rk ( t ) C nk ( t ) rk ( t )
N
i 1 j 1 i j
L ik a ij C nk ( t ) I ij ( t ) C ij ( t ) C nk ( t ) n k ( t )
第10讲 多址(1)
无线通信工程
厦门大学通信工程系
TDMA的关键技术问题来自• 数据缓冲技术 • 突发解调技术 • 分帧同步技术
第10讲 多址(1)
无线通信工程
厦门大学通信工程系
数据缓冲技术
• 实现均匀突发和突发均匀的变换
发送均匀数据
发缓冲
发送突发数据
接收突发数据
收缓冲
接收连续数据
第10讲 多址(1)
工作原理（续）
• 这时，nk的选址输出为：
M
nk N
rk t
N j 1 i j
M
nk
t rk t t s ij t
M
nk
i 1
L ik a ij M
nk
t n k t
M
nk
s nk t , t s ij t o,
' '
L nk a nk I nk ( t ) n c ( t ) n k ( t ) 其中 n c ( t ) 为码型噪声，
'
n k ( t ) 为热噪声。
'
第10讲 多址(1)
码分多址(CDMA)移动通信系统(一)
n W / Rb G Eb / I0 d
(8- 6)
第8章 码分多址(CDMA)移动通信系统（一）
3. 邻近小区的干扰 (1) 正向传输。 在一个小区内部， 同一基站不断地向所 有通信中的移动台发送信号。 任一移动台在接收有用信号时， 基站发给所有其他用户的信号都要对这个移动台形成干扰。
第8章 码分多址(CDMA)移动通信系统（一）
第8章 码分多址(CDMA)移动通信系统（一）
(1) 反向功率控制。 反向功率控制也称上行链路功 率控制。 其主要要求是使任一移动台无论处于什么位 置上， 其信号在到达基站的接收机时， 都具有相同的 电平， 而且刚刚达到信干比要求的门限。
(2) 正向功率控制。 正向功率控制也称下行链路功 率控制。 其要求是调整基站向移动台发射的功率， 使 任一移动台无论处于小区中的任何位置上， 收到基站 的信号电平都刚刚达到信干比所要求的门限值。
第8章 码分多址(CDMA)移动通信系统（一）
8.1.5 IS-95 CDMA蜂窝系统的话音编码 IS-95 CDMA蜂窝系统开发的声码器采用码激励线
性预测(CELP)编码算法， 也称为QCELP算法。 其基 本速率是 8 kb/s，但是可随输入话音消息的特征而动态 地分为四种，即8, 4, 2, 1 kb/s，可以 9.6, 4.8, 2.4, 1.2 kb/s的信道速率分别传输。发送端的编码器对输入的话 音取样，产生编码的话音分组(Packet)传输到接收端。 接收端的解码器把收到的话音分组解码， 再恢复成话 音样点。
第8章 码分多址(CDMA)移动通信系统（一）
8.1 概 述
IS-54 是遵循上述要求制定的，考虑到实现技术存在的 困难，IS - 54 需要分阶段达到CTIA提出的标准， 即全速率 传输(每载波 3 个信道)和半速率传输(每载波 6 个信道)两个 阶段。Qualcomm公司开发的CDMA系统也是遵循上述要求 进行的，几次局部的现场测试说明这种蜂窝系统已能全面满 足 CTIA 提 出 的 标 准 。 其 后 ， 有 关 单 位 讨 论 并 通 过 了 Qualcomm公司提交的标准文本，形成了TIA/EIA暂行标准IS - 95。
多路复用技术
多路复用技术
计算机网络通信原理——多路复用技术
1
多路复用的概念
• 多路复用技术是将多个信源的彼此无关的信号，组合在一 多路复用技术是将多个信源的彼此无关的信号， 是将多个信源的彼此无关的信号 条物理信道上进行传送的技术。 条物理信道上进行传送的技术。 • 多路复用的目的是充分利用昂贵的通信线路，尽可能地容 多路复用的目的是充分利用昂贵的通信线路， 纳较多的用户传输较多的信息。 纳较多的用户传输较多的信息。 • 常用的多路复用技术有：频分多路复用( FDM， 常用的多路复用技术有：频分多路复用( FDM， Frequency Division Multiplexing）、时分多路复用 Multiplexing）、 ）、时分多路复用 TDM， Multiplexing）、 ）、波分多路复用 （TDM，Time Division Multiplexing）、波分多路复用 WDM， Multiplexing） （WDM，Wavelength Division Multiplexing）和码分 多址（CDMA， Access） 多址（CDMA，Code Division Multiple Access）
CH1 CH2 LPF1 LPF2 调制器1 调制器 调制器2 调制器 …… CHn LPFn 调制器n 调制器 BPF1 BPF1 BPF1 相 加 器 信 道 BPFn BPF1 BPF2 解调器1 解调器 解调器2 解调器 …… 解调器n 解调器 LPFn
5
LPF1 LPF2
计算机网络通信原理——多路复用技术
注意
• 频分复用是利用各路信号在频率域不相互重叠来区分的。 若 频分复用是利用各路信号在频率域不相互重叠来区分的。 相邻信号之间产生相互干扰，将会使输出信号产生失真。 相邻信号之间产生相互干扰，将会使输出信号产生失真。 • 为了防止相邻信号之间产生相互干扰，应合理选择载波频率 为了防止相邻信号之间产生相互干扰， f1, f2, …, fn，并使各路已调信号频谱之间留有一定的保护带。 并使各路已调信号频谱之间留有一定的保护带。
计算机网络通信原理——多路复用技术
1
多路复用的概念
• 多路复用技术是将多个信源的彼此无关的信号，组合在一 多路复用技术是将多个信源的彼此无关的信号， 是将多个信源的彼此无关的信号 条物理信道上进行传送的技术。 条物理信道上进行传送的技术。 • 多路复用的目的是充分利用昂贵的通信线路，尽可能地容 多路复用的目的是充分利用昂贵的通信线路， 纳较多的用户传输较多的信息。 纳较多的用户传输较多的信息。 • 常用的多路复用技术有：频分多路复用( FDM， 常用的多路复用技术有：频分多路复用( FDM， Frequency Division Multiplexing）、时分多路复用 Multiplexing）、 ）、时分多路复用 TDM， Multiplexing）、 ）、波分多路复用 （TDM，Time Division Multiplexing）、波分多路复用 WDM， Multiplexing） （WDM，Wavelength Division Multiplexing）和码分 多址（CDMA， Access） 多址（CDMA，Code Division Multiple Access）
CH1 CH2 LPF1 LPF2 调制器1 调制器 调制器2 调制器 …… CHn LPFn 调制器n 调制器 BPF1 BPF1 BPF1 相 加 器 信 道 BPFn BPF1 BPF2 解调器1 解调器 解调器2 解调器 …… 解调器n 解调器 LPFn
5
LPF1 LPF2
计算机网络通信原理——多路复用技术
注意
• 频分复用是利用各路信号在频率域不相互重叠来区分的。 若 频分复用是利用各路信号在频率域不相互重叠来区分的。 相邻信号之间产生相互干扰，将会使输出信号产生失真。 相邻信号之间产生相互干扰，将会使输出信号产生失真。 • 为了防止相邻信号之间产生相互干扰，应合理选择载波频率 为了防止相邻信号之间产生相互干扰， f1, f2, …, fn，并使各路已调信号频谱之间留有一定的保护带。 并使各路已调信号频谱之间留有一定的保护带。
移动通信原理第十章 OFDM技术
04
OFDM技术的优势与挑 战
频谱效率高
频谱效率高
OFDM技术通过将频谱划分为多 个子载波，实现了频谱的高效利 用，提高了频谱效率。
灵活的子载波分配
根据业务需求和信道条件，灵活 地分配子载波给不同的用户或业 务，实现频谱资源的优化利用。
抗多径干扰能力强
多径干扰抑制
OFDM技术通过在接收端采用信道估 计和均衡技术，能够有效抑制多径干 扰，提高信号的传输质量。
由于OFDM信号在多个子载 波上传输，因此可以抵抗频率
选择性衰落的影响。
易于实现
OFDM技术可以通过使用快 速傅里叶变换和逆快速傅里叶 变换实现高效的调制和解调。
02
OFDM系统的基本构成
调制与解调
调制
OFDM技术中，数据首先被调制到 多个子载波上。常用的调制方式包括 QPSK、16QAM和64QAM等，可以 根据信道条件和系统要求选择合适的 调制方式。
求。
多天线技术结合
OFDM技术与多天线技术的结合可以提高信号的传输质量和可靠性，同时增强抗干 扰能力。
通过多天线技术，可以实现空间分集、波束赋形等功能，提高信号的覆盖范围和穿 透能力。
多天线技术与OFDM技术的结合还可以支持多用户通信，实现多用户复用和多流传 输，提高系统容量和频谱利用率。
联合信号处理和协同传
解调
在接收端，信号经过解调后还原出原 始数据。解调过程与调制过程相反， 需要完成信号的解调、去频偏和去循 环前缀等操作。
信道编码与解码
信道编码
为了提高数据传输的可靠性，OFDM系统通常采用信道编码 技术，如卷积码、Reed-Solomon码等。这些编码方式可以 在数据传输过程中增加冗余信息，以抵抗信道衰落和噪声干 扰。
通信原理-信道复用与多址技术
应用场景选择
• 码分复用适用于保密性要求高的场景。
应用场景选择
01
多址技术
02 频分多址适用于用户数量较少、对频率资 源需求大的场景。
03
时分多址适用于用户数量较多、对时间资 源需求大的场景。
04
码分多址适用于用户数量大、对保密性要 求高的场景。
发展趋势分析
信道复用与多址技术的融合
随着通信技术的发展，信道复用与多址技术呈现融合趋势，以提高频谱利用率 和系统容量。
详细描述
码分复用通过分配不同的扩频码型给不同的用户或数据流，实现多个信号在同一信道上的传输。每个信号使用独 特的扩频码型进行调制，从而实现多路复用。由于不同的码型之间具有正交性，因此可以有效地实现信号的分离 和识别。
02
多址技术
频分多址
频分多址（Frequency Division Multiple Access， FDMA）是一种通信方式，它将通信频带分成若干个小的 频带，每个用户占用一个子频带进行通信。 FDMA通过将频带分割成多个小的频带，可以支持多个用 户同时进行通信，提高了频谱利用率。
01 频分多址（FDMA）：不同用户占用不同频率。 02 时分多址（TDMA）：不同用户在不同时间占用
同一频率。
03 码分多址（CDMA）：不同用户使用不同的码型 占用同一频率。
应用场景选择
信道复用技术
频分复用适用于带宽需求大、信号特性差异明显 的场景。
时分复用适用于对实时性要求高、信号特性相近 的场景。
计算方法
复用增益可以通过比较单路传输和多路传输 的系统性能来计算。具体而言，可以通过比 较不同用户数下的总传输速率和单路传输速 率来计算复用增益。
复用增益与信道容量的关系
无线通信原理与应用-9.1 固定多址(频分多址、时分多址、码分多址、空分多址)
时隙1 时隙2 时隙3 - - - - - 时隙N
频率
尾比特 同步比特
信息数据 保护比特
时间
电气工程学院 通信工程系
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
§9.3 时分多址（TDMA）
• TDMA的效率：发射的数据中信息所占的百分比，不包 括为接入模式而提供的系统开销。
§9.3 时分多址（TDMA）
• 发射数据是用缓存－突发法，省电，切换简单，不需要双工器， 不同用户分配不同的带宽；
• 同步开销大，必须有自适应均衡、保护时隙；
• 用户共享一个载波频率，利用互不交叉的时隙，时隙数取决于调 制技术、有效带宽等；
代码 信道N
头比特
一个TDMA帧 信息
尾比特
时隙
信道3 信道2 信道1
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
第9章 无线通信多址技术
• 9.1 概述 • 9.2 频分多址（FDMA） • 9.3 时分多址（TDMA） • 9.4 扩频多址（SSMA） • 9.5 空分多址（SDMA） • 9.6 分组无线电（PR） • 9.7 蜂窝系统的容量
§9.1 概述
• 频分双工（FDD）：为一个用户提供两个确定的频段。前向 频段提供从基站到移动台的传输，而反向频段提供从移动台 到基站的传输。
• 在FDD中，前向和反向频段的频率分配在整个系统中是固定 的。
• 时分双工（TDD）：用时间而不是频率来提供前向链路和反 向链路。前向时隙和反向时隙之间的时间分隔很小时，用户 听起来就是同时的。