信息科学与电子工程专业英语Lecture05

1任爱锋电子工程学院

E-mail:afren@Office:新科技楼A901Phone:88202830-607Mobile:133849195992Unit5多址技术

MultipleAccessTechniquesUnit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址MultipleAccessTechniques:FDMA,TDMAandCDMA3NewWordssimultaneous同时的hybrid混合的allocate分配，指派timeslot时隙roundrobin循环（复用）allot分配frame帧buffer缓冲器burst爆发multipath多径pseudorandomnoise伪随机噪声correlate相关，作相关处理spur刺激，激励jamming干扰tolerance容忍，宽容gain增益despread解除扩频chip码片alternate交替modular-2模2的4NewWordssynchronization同步orthogonal正交的matrix矩阵dimension维数power幂dotproduct点积，标量积originate发源propagation传播一、什么是“复用”在“点到点”(Point-to-Point)通信方式中，在同一信道上，传输多路信号的复合信号，并且能在接收端正确将各路信号分离，从而实现多路信号公用一个信道的技术。二、复用技术的分类频分复用（FrequencyDivisionMultiplex）时分复用（TDM）码分复用（CDM）其他复用（如空分复用、波分复用等、OFDM…）复用与多址复用与多址二者的技术本质是完全一样的当上页所述复用技术应用于“点到点”的通信方式时，通常叫做“多路复用”例如微波通信、电话数字中继（PCM一次群）当复用技术应用于“点到多点”的通信方式时，通常叫做“多址接入”例如多个手机同时与基站进行的通信多址与多路复用技术类似，任何一种多址技术都要求不同用户发射的信号在信号空间相互正交。FDMA在频域中是正交的；TDMA在时域中是正交的；CDMA用户的特征波形是正交的（互相关系数为0）。8Multipleaccessschemesareusedtoallowmanysimultaneoususerstousethesamefixedbandwidthradiospectrum.Inanyradiosystem,theallocatedbandwidthisalwayslimited.Formobilephonesystemsthetotalbandwidthistypically50MHz,whichissplitinhalftoprovidetheforwardandreverselinksofthesystem.多址方案用于使许多用户同时使用同一个固定带宽的无线电频谱。在任何无线电系统中分配的带宽总是有限的。移动电话系统的典型总带宽是50MHz，它被分成两半用以提供系统的前向和反向连接。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址9Sharingofthespectrumisrequiredinordertoincreasetheusercapacityofanywirelessnetwork.FDMA,TDMAandCDMAarethethreemajormethodsofsharingtheavailablebandwidthtomultipleusersinwirelesssystem.任何无线网络为了提高用户容量都需要共享频谱。频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）是无线系统中由众多用户共享可用带宽的三种主要方法。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址FDMA:frequencydivisionmultipleaccessTDMA:timedivisionmultipleaccessCDMA:codedivisionmultipleaccessOFDM:orthogonalfrequencydivisionmultiplexing10Therearemanyextensions,andhybridtechniquesforthesemethods,suchasOFDM,andhybridTDMAandFDMAsystems.However,anunderstandingofthethreemajormethodsisrequiredforunderstandingofanyextensionstothesemethods.这些方法又有许多扩展和混合技术，例如正交频分复用（OFDM），以及混合时分和频分多址系统。不过要了解任何扩展技术首先要求对三种主要方法的理解。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址11InFrequencyDivisionMultipleAccess(FDMA),theavailablebandwidthissubdividedintoanumberofnarrowerbands.Eachuserisallocatedauniquefrequencybandinwhichtotransmitandreceive.Duringacall,nootherusercanusethesamefrequencyband.在FDMA中，可用带宽被分为许多个较窄的频带。每一用户被分配一个独特的频带用于发送和接收。在一次通话中其他用户不能使用同一频带。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——频分多址（FDMA）8.2FDMA所有的带宽被划分成正交的频道再分配给不同的用户使用。优点：窄带信道(没有ISI)；复杂度低；允许连续时间传送信号和进行信道估计。缺点：基站需采用多个无线电设备；由于连续时间传送信号而导致越区切换复杂；信道专用(空闲的用户也占有信道造成浪费)；很难为一个用户分配多个信道。FDMA没有在现有数字系统中单独使用。8.2.1FDMA系统特性基本概念：总带宽被分隔成多个正交的频道，每个用户占用一个频道。用户地址：频道号。FDMA的特点：比较简单，容易实现，适用于模拟和数字；是以频率复用为基础的蜂窝结构，以频带划分各种小区；需要周密的频率规划，是一个频道受限和干扰受限系统；以频道分离用户地址，每一频道传输一个模拟/数字话路；对功控要求不严，硬件设备取决于频率规划和频道设置；基站是多部不同载波频率发射机同时工作；频谱效率低，不宜在大容量的系统中使用。功率频率时间FDMA8.2.1FDMA系统特性互调干扰概念：指系统内由于非线性器件(功率放大器)产生的各种组合频率成分落入本频道接收机通带内，造成对有用信号的干扰解决办法：减小产生互调干扰的条件，尽可能提高系统的线性程度，并选用无互调的频率集(频率规划)邻信道干扰概念：指相邻信道信号中存在的寄生辐射落入本频道带内，造成对有用信号的干扰原因：带外抑制不够，非线性器件产生寄生辐射解决方法：规定收发信机的技术指标，即规定发射机的寄生辐射和接收机的中频选择性，还可采用加大频道间的隔离度8.2.2FDMA空闲信道的选择专用呼叫信道方式在给定的多个共用信道中，选择一个信道专门作为呼叫信道，以完成建立通信联系的信道分配，而其余信道作为话务信道。适合：大系统、多信道、蜂窝移动通信系统采用此方式，一个小区内有几十个信道、一次呼叫在几百毫秒。

总频段划分为若干占用较小带宽的频道，这些频道在频域上互不重叠，每个频道就是一个通信信道,分配给一个移动用户。移动台占用的频道不是固定的，是由系统临时分配的，通信结束后，移动台将退出它占用的频道，系统设计中需要周密的频率规划,基站需要多部不同载波频率发射机同时工作，设备多且容易产生信道间的互调干扰。17Eachuserisallocatedaforwardlinkchannel(fromthebasestationtothemobilephone)andareversechannel(backtothebasestation),eachbeingasinglewaylink.Thetransmittedsignaloneachofthechannelsiscontinuousallowinganalogtransmissions.ThebandwidthsofFDMAchannelsaregenerallylow(30kHz)aseachchannelonlysupportsoneuser.每个用户分配到一个由基站到移动电话的前向信道以及一个返回基站的反向信道，每个信道都是一个单向连接。在每个信道中传输信号是连续的，以便进行模拟通信。FDMA信道的带宽一般较小（30kHz），每个信道只支持一个用户。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——频分多址（FDMA）18FDMAisusedastheprimarybreakupoflargeallocatedfrequencybandsandisusedaspartofmostmulti-channelsystems.Figures5.1and5.2showtheallocationoftheavailablebandwidthintoseveralchannels.FDMA作为大多数多信道系统的一部分用于初步分割分配到的宽频带。将可用带宽分配给几个信道的情况见图5.1和图5.2。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——频分多址（FDMA）FrequencyCh5Ch4Ch3Ch2Ch1Availablebandwidth8.3TDMA时分多址是把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙。在频分双工（FDD）中,上行链路和下行链路的帧分别在不同的频率上；在时分双工（TDD）中,上下行帧都在相同的频率上。8.3TDMA各个移动台在上行帧内只能按指定的时隙向基站发送信号。为了保证在不同传播时延情况下，各移动台到达基站处的信号不会重叠，通常上行时隙内必须有保护间隔，在该间隔内不传送信号。基站按顺序安排在预定的时隙中向各移动台发送信息。不同通信系统的TDMA的帧长度和帧结构是不一样的。典型的帧长在几毫秒到几十毫秒之间。例如：GSM系统的帧长为4.6ms（每帧8个时隙）DECT系统的帧长为10ms（每帧24个时隙）PACS系统的帧长为2.5ms（每帧8个时隙）TDMA时隙结构TDMA系统每帧中的时隙结构（或称为突发结构）设计通常要考虑三个主要问题：一是控制和信令信息的传输；二是信道多径的影响；三是系统的同步。TDMA时隙结构

采取的主要措施每个时隙中，专门划出部分比特用于控制和信令信息的传输。在时隙中插入自适应均衡器所需要的训练序列。在上行链路的每个时隙中流出一定的保护间隔在每个时隙中还要传输同步序列。同步序列和训练序列可以分开传输，也可以合二为一TDMA特点突发速率高每个载波总码速率—串扰—均衡移动台比ＦＤＭＡ复杂、基站收发机共用时分双工（TDD）越区切换容易无远近效应24TimeDivisionMultipleAccess(TDMA)dividestheavailablespectrumintomultipletimeslots,bygivingeachuseratimeslotinwhichtheycantransmitorreceive.Figure5.3showshowthetimeslotsareprovidedtousersinaroundrobinfashion,witheachuserbeingallottedonetimeslotperframe.1TDMA将可用频谱分成多个时隙，通过分配给每一个用户一个时隙以便在其中发送或接收。图5.3显示如何以一种循环复用的方式把时隙分配给用户，每个用户每帧分得一个时隙。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——时分多址（TDMA）Ch1Ch2ChNCh1Ch2ChNTimeFrame25TDMAsystemstransmitdatainabufferandburstmethod,thusthetransmissionofeachchannelisnon-continuous.Theinputdatatobetransmittedisbufferedoverthepreviousframeandbursttransmittedatahigherrateduringthetimeslotforthechannel.2

TDMA以缓冲和爆发方式发送数据。因此每个信道的发射是不连续的。待发送的输入数据在前一帧期间被缓存，在分配给该信道的时隙中以较高速率爆发式发送出去。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——时分多址（TDMA）26TDMAcannotsendanalogsignalsdirectlyduetothebufferingrequired,thusisonlyusedfortransmittingdigitaldata.TDMAcansufferfrommultipatheffectsasthetransmissionrateisgenerallyveryhigh.Thisleadsthemultipathsignalscausinginter-symbolinterference.TDMA不能直接传送模拟信号因为它需要使用缓冲，因而只能用于传输数字形式的数据。由于通常发送速率很高，TDMA会受到多径效应的影响。这导致多径信号引起码间干扰。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——时分多址（TDMA）27TDMAisnormallyusedinconjunctionwithFDMAtosubdividethetotalavailablebandwidthintoseveralchannels.Thisisdonetoreducethenumberofusersperchannelallowingalowerdataratetobeused.Thishelpsreducetheeffectofdelayspreadonthetransmission.TDMA一般与FDMA结合使用，将可用的全部带宽划分为若干信道。这是为了减少每个信道上的用户数以便使用较低的数据速率。这有助于降低延迟扩展对传输的影响。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——时分多址（TDMA）28Figure5.4showstheuseofTDMAwithFDMA.EachchannelbasedonFDMA,isfurthersubdividedusingTDMA,sothatseveraluserscantransmitoveronechannel.Thistypeoftransmissiontechniqueisusedbymostdigitalsecondgenerationmobilephonesystems.图5.4显示TDMA结合FDMA的使用。将基于FDMA的各信道进一步用TDMA划分，从而多个用户可以在同一信道上发送信号。这一类传输技术用于大多数第二代移动通信系统。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——时分多址（TDMA）29ForGSM,thetotalallocatedbandwidthof25MHzisdividedinto125channelsusingFDMA,eachhavingabandwidthof200kHz.ThesechannelsarethensubdividedfurtherbyusingTDMAsothateach200kHzchannelallows8-16users.

对于GSM系统，分配的全部25MHz带宽被用FDMA分成125个信道，每一个带宽为200kHz。这些信道又用TDMA进一步分割，每一个200kHz的信道可容纳8～16个用户。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——时分多址（TDMA）8.4CDMA码分多址以扩频技术为基础,利用不同码型实现不同用户的信息传输。扩频技术包括:跳频和直接序列扩频对应的多址方式有：跳频码分多址(FH-CDMA)直扩码分多址(DS-CDMA)8.4.1跳频多址FH-CDMA中,各用户根据各自的伪随机(PN)序列,动态改变其已调信号的中心频率。各用户中心频率可在给定的系统带宽内随机改变，该系统带宽通常要比各用户已调信号（如FM、FSK、BPSK等）的带宽宽的多。

FH－CDMA类似于FDMA，但使用的频道是动态变化的。FH－CDMA中各用户使用的频率序列要求相互正交（或准正交），即在一个PN序列周期对应的时间区间内，各用户使用的频率，在任一时刻都不相同（或相同的概率非常小），如图所示。8.4.1跳频码分多址跳频主要功能改善衰落处于多径环境中的漫速移动的移动台通过采用跳频技术，大大改善移动台的通信质量，相当于频率分集跳频相当于频率分集8.4.2码分多址码业务信道在不同频段分配给不同用户如：TACS系统、AMPS系统业务信道在不同时间分配给不同用户如：GSM所有用户在同一时间、同一频段上、根据编码获得业务信道用户1用户2用户3时间频率FDMA用户1用户2用户3时间频率TDMA时间频率CDMA用户3用户2用户1扩频通信的定义扩展频谱（SS:SpreadSpectrum)通信简称扩频通信。扩频通信技术:在发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必须的带宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解调来解扩以恢复所传信息数据。扩频通信系统FastSpreadingSequenceSlowInformationSentTXSlowInformationRecoveredRXFastSpreadingSequenceWidebandSignalSpreadSpectrum

TXRX窄带信号SPREAD-SPECTRUMSYSTEM高速扩频码TXRX高速扩频码宽带信号45or80MHz反向信道

1.25MHz前向信道

1.25MHz码分信道频率DS-CDMA码分多址和直接序列扩频技术相结合，构成直接序列码分多址（DS-CDMA）系统，如图所示。DS－CDMA系统特点1.存在自身的多址干扰多址干扰的存在是因为所有用户都工作在相同的频率上，进入接收机的信号除了所希望的有用信号外，还叠加有其它用户的信号（这些信号称为多址干扰）。多址干扰的大小取决于在该频率上工作的用户数及各用户的功率大小。DS-CDMA扩频、解扩扩频码扩频信号解扩后信号原始信号编码扩频码

举例:扩频与解扩注意:正电平1---逻辑0

负电平-1---逻辑1举例:扩频与解扩-11-11-1-111-1-111-11-11解扩-11-11-1-1111-11-11111积分电路-4400判决-11扩频、解扩中频域时域变化User1Code1CompositeTimeFrequency+=DirectSequenceCDMA不同用户使用不同的扩频码扩频中的品质因子Eb/No其他用户的信号Eb/NoPG45CodeDivisionMultipleAccess(CDMA)isaspreadspectrumtechniquethatusesneitherfrequencychannelsnortimeslots.InCDMA,thenarrowbandmessage(typicallydigitizedvoicedata)ismultipliedbyalargebandwidthsignalwhichisapseudorandomnoisecode(PNcode).

CDMA是一种扩频技术，既不使用频率信道也不使用时隙。在CDMA中，窄带的消息（典型的是数字话音）被乘以一个宽带的伪随机噪声（PN码）信号。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——码分多址（CDMA）46AllusersinaCDMAsystemusethesamefrequencybandandtransmitsimultaneously.ThetransmittedsignalisrecoveredbycorrelatingthereceivedsignalwiththePNcodeusedbythetransmitter.Figure5.5showsthegeneraluseofthespectrumusingCDMA.一个CDMA系统中的所有用户使用同一频带而且同时发送。发射的信号通过将接收信号与发送者用的PN码做相关而恢复出来。图5.5显示CDMA系统中频谱的通常使用方式。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——码分多址（CDMA）47CDMAtechnologywasoriginallydevelopedbythemilitaryduringWorldWarII.Researcheswerespurredintolookingatwaysofcommunicatingthatwouldbesecureandworkinthepresenceofjamming.

CDMA技术最初是在第二次世界大战中由军方开发的。当时研究人员受到激励以寻求安全和能够在干扰中正常工作的通信方式。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——码分多址（CDMA）48SomeofthepropertiesthathavemadeCDMAusefulare:Signalhidingandnon-interferencewithexistingsystemsAnti-jamandinterferencerejectionInformationsecurityAccuraterangingMultipleuseraccessMultipathtolerance使CDMA有用的一些特性包括：—信号隐藏，而且不干扰现有系统—抗敌方干扰和噪声干扰—信息安全—精确测距—多用户接入—对多径的适应性Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——码分多址（CDMA）49Formanyyears,spreadspectrumtechnologywasconsideredsolelyformilitaryapplications.However,withrapiddevelopmentsinLSIandVLSIdesigns,commercialsystemsarestartingtobeused.多年以来，扩频技术一直被认为是只适合于军用。但是随着大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）设计的快速发展，商用系统也开始使用了。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——码分多址（CDMA）50Oneofthemostimportantconceptsrequiredinordertounderstandspreadspectrumtechniquesistheideaofprocessgain.Theprocessgainofasystemindicatesthegainorsignaltonoiseimprovementexhibitedbyaspreadspectrumsystembythenatureofthespreadinganddespreadingprocess.3要理解扩频技术最重要的概念之一就是处理增益。系统处理增益是指扩频系统通过扩频和反扩频的性质所表现出来的增益或信噪比的提高。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——CDMA处理增益51Theprocessgainofasystemisequaltotheratioofthespreadspectrumbandwidthused,totheoriginaldatabitrate.Thus,theprocessgaincanbewrittenas:系统处理增益等于使用的扩频带宽与数据原来的比特率之比。因此处理增益可写为：Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——CDMA处理增益52whereBWRFisthetransmittedbandwidthafterthedataisspread,andBWinfoisthebandwidthoftheinformationdatabeingsent.

其中BWRF是数据扩展以后的发射带宽，BWinfo是所发送信息数据的带宽。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——CDMA处理增益53Figure5.6showstheprocessofaCDMAtransmission.Thedatatobetransmitted(a)isspreadbeforetransmissionbymodulatingthedatausing

aPNcode.Thisbroadensthespectrumasshownin(b).图5.6给出CDMA传输过程。待发送的数据（a）在发送前（被）用一个PN码调制实现扩频。这使频谱扩展，如（b）所示。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——CDMA处理增益10kHz1.25MHz(a)DatatobetransmittedTransmitter(b)Widebandspreadsignal1.25MHz10kHzReceiver(c)Receivedsignalwithnoiseandinterference(d)De-spreadsignalRadiotransmissionFigure5.6BasicCDMAtransmission54Inthisexampletheprocessgainis125asthespreadspectrumbandwidthis125timesgreaterthanthedatabandwidth.Part(c)showsthereceivedsignal.Thisconsistsoftherequiredsignal,plusbackgroundnoise,andanyinterferencefromotherCDMAusersorradiosources.

在本例中处理增益为125因为扩频带宽是数据带宽的125倍。（c）是接收信号。它包括要求的信号，附加的背景噪声，以及其它CDMA用户或无线电信号源的干扰。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——CDMA处理增益10kHz1.25MHz(a)DatatobetransmittedTransmitter(b)Widebandspreadsignal1.25MHz10kHzReceiver(c)Receivedsignalwithnoiseandinterference(d)De-spreadsignalRadiotransmission55Thereceivedsignalisrecoveredbymultiplyingthesignalbytheoriginalspreadingcode.Thisprocesscausesthewantedreceivedsignaltobedespreadbacktotheoriginaltransmitteddata.

接收信号通过将信号与原来用于扩频的码进行相乘而恢复出来。这一过程使需要的接收信号反扩频恢复成原来的发射数据。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——CDMA处理增益56However,allothersignalsuncorrelatedtothePNspreadingcodeusedbecomemorespread.Thewantedsignalin(d)isthenfilteredremovingthewidespreadinterferenceandnoisesignals.然而，所有与所用PN码不相关的其它信号变得更加扩展。然后（d）中的所需信号被滤波出来，而去掉扩频干扰和噪声信号。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——CDMA处理增益10kHz1.25MHz(a)DatatobetransmittedTransmitter(b)Widebandspreadsignal1.25MHz10kHzReceiver(c)Receivedsignalwithnoiseandinterference(d)De-spreadsignalRadiotransmission57CDMAisachievedbymodulatingthedatasignalbyapseudorandomnoisesequence(PNcode),whichhasachipratehigherthanthebitrateofthedata.ThePNcodesequenceisasequenceofonesandzeros(calledchips),whichalternateinarandomfashion.CDMA通过用伪随机序列（PN码）调制数据信号来实现，PN码的码片频率高于数据的比特率。PN序列是一系列随机交替的1和0（称为码片）。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——CDMA信号发生58Thedataismodulatedbymodular-2addingthedatawiththePNcodesequence.Thiscanalsobedonebymultiplyingthesignals,providedthedataandPNcodearerepresentedby1and1insteadof1and0.Figure5.7showsabasicCDMAtransmitter.数据通过与PN码序列做模2加法被调制。也可以通过信号相乘得到，只要数据和PN序列都用1和-1表示而不是1和0。图5.7是一个基本的CDMA发射器。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——CDMA信号发生PNgeneratorLocaloscillatorDatabitstreamRF

outputBPSKmodulatorMod-2adderFigure5.7Simpledirectsequencemodulator59ThePNcodeusedtospreadthedatacanbeoftwomaintypes.AshortPNcode(typically10~128chipsinlength)canbeusedtomodulateeachdatabit.TheshortPNcodeisthenrepeatedforeverydatabitallowingforquickandsimplesynchronizationofthereceiver.用于数据扩频的PN码可由两种主要类型。短的PN码（典型长度10～128码片）可用于调制每一个数据比特。短的PN码对每一比特数据重复使用，可实现接收机的快速和简单的同步。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——CDMA信号发生60Figure5.8showsthegenerationofaCDMAsignalusinga10-chiplengthshortcode.AlternativelyalongPNcodecanbeused.图5.8显示一个使用10个码片的短码CDMA信号的产生。另外也可以使用长码。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——CDMA信号发生1chipperiod1bitperiodDigitalsignalPN-code:(Eachdatabitcontains10chips)OutputspreadsignalFigure5.8Directsequencesignals61Longcodesaregenerallythousandstomillionsofchipsinlength,thusareonlyrepeatedinfrequently.Becauseofthistheyareusefulforaddedsecurityastheyaremoredifficulttodecode.

长码的程度通常有几千乃至几百万码片，因此不经常重复。因此他们更难以解码，所以有益于增加安全性。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——CDMA信号发生62Theforwardlink,fromthebasestationtothemobile,ofaCDMAsystemcanusespecialorthogonalPNcodescalledWalshcode,forseparatingthemultipleusersonthesamechannel.ThesearebasedonaWalshmatrix,whichisasquarematrixwithbinaryelements,anddimensionswhichareapoweroftwo.CDMA系统中从基站到移动电话的前向连接可以使用称为Walsh码的特殊正交码来将同一信道的多用户分开。这些码基于Walsh矩阵，它是由二进制元素构成的方阵，其阶数是2的幂.Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——CDMA前向连接编码63ItisgeneratedfromthebasisW1=0andthat:whereWn

istheWalshmatrixofdimensionn.Forexample:由一个基Walsh(1)=W1=0和下式生成：其中Wn是n阶Walsh矩阵。例如Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——CDMA前向连接编码64Walshcodesareorthogonal,whichmeansthatthedotproductofanytworowsiszero.Thisisduetothefactthatforanytworowsexactlyhalfthenumberofbitsmatchandhalfdonot.EachrowofaWalshmatrixcanbeusedasthePNcodeofauserinaCDMAsystem.Bydoingthisthesignalsfromeachuserisorthogonaltoeveryotheruser,resultinginnointerferencebetweenthesignals.4

Walsh码是正交的，就是说任何两行间的点积都是0。这是因为任何两行之间都有一半的比特相同，另一半不同。Walsh矩阵的每一行都可用作CDMA系统中一个用户的PN码。这一处理过程使每一用户的信号与所有其它用户的信号正交，因而相互之间没有干扰。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——CDMA前向连接编码65However,inorderforWalshcodestoworkthetransmittedchipsfromallusersmustbesynchronized.IftheWalshcodeusedbyoneuserisshiftedintimebymorethanabout1/10ofachipperiodwithrespecttoalltheotherWalshcodes,itlosesitsorthogonalnature,resultingininter-userinterference.5不过为了使Walsh码能起作用，所有用户的码片都必须同步。如果一个用户使用的Walsh码在时间上相对于其它所有Walsh码偏移了超过约十分之一的码片周期，就失去了正交性，导致用户间干扰。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——CDMA前向连接编码66Fortheforwardlinksignalsforalltheusersoriginatefromthebasestation,allowingthesignalstobeeasilysynchronized.对于前向连接所有用户的信号源自基站，因此它们很容易同步。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——CDMA前向连接编码67Thereverselinkisdifferenttotheforwardlinkbecausethesignalsfromeachuserdonotoriginatefromasamesourceasintheforwardlink.Thetransmissionfromeachuserwillarriveatadifferenttime,duetopropagationdelayandsynchronizationerrors.反向连接不同于前向连接，因为从各用户发出的信号并不像前向连接那样由同一个源产生。由于传播延迟和同步误差，不同用户发射的信号在不同时刻到达。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——CDMA反向连接编码68Duetotheunavoidabletimingerrorsbetweentheusers,thereislittlepointinusingWalshcodesastheywillnolongerbeorthogonal.6Forthisreasonsimplepseudorandomsequencewhichareuncorrelated,butnotorthogonalareusedforthePNcodesofeachuser.由于用户之间不可避免的定时偏差，Walsh码几乎没用，因为它们之间不再正交。由于这一原因，用不相关而又不正交的伪随机序列作为各用户的PN码。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——CDMA反向连接编码69Thecapacityisdifferentfortheforwardandthereverselinksbecauseofthedifferencesinmodulation.Thereverselinkisnotorthogonal,resultinginsignificantinter-userinterference.

Forthisreasonthereversechannelsetsthecapacityofthesystem.7由于调制方法的不同，前向和反向连接的容量是不同的。反向连接是非正交的，导致用户间的严重干扰。由于这一原因，反向信道限制了系统的容量。Unit5-1多址技术：频分多址、时分多址、码分多址——CDMA反向连接编码70Unit5多址技术

MultipleAccessTechniquesUnit5-2正交频分复用（OFDM）OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing71NewWordsmulti-carrier多载波sub-carrier子载波quadrature正交，90相位差algorithm算法attenuation衰减fading衰落equalization均衡guardinterval保护间隔orthogonality正交性Dopplershift多普勒频移cross-talk窜音，干扰benign良好的，有利的mismatch失配，不匹配offset偏移deviation偏移，偏差parallel并行，平行duration持续时间sensitivity敏感性，灵敏度prefix前缀integrate求积分72NewWordsinteger整数sinusoid正弦曲线redundant冗余的，多余的cell-size蜂窝大小numerical数值的pilotsignal导频信号interleaving交织，交错mitigate使缓和，减轻convolutionalcoding卷积编码concatenate连在一起，级联73OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing(OFDM)–essentiallyidenticaltoCodedOFDM(COFDM)–isadigitalmulti-carriermodulationscheme,whichusesalargenumberofclosely-spacedorthogonalsub-carriers.正交频分复用（OFDM）——从本质上来说和编码的OFDM（COFDM）是一样的——是一种数字多载波调制方案，它使用大量的相隔很接近的正交子载波。Unit5-2正交频分复用（OFDM）74Eachsub-carrierismodulatedwithaconventionalmodulationscheme(suchasquadratureamplitudemodulation)atalowsymbolrate,maintainingdataratessimilartoconventionalsingle-carriermodulationschemesinthesamebandwidth.Inpractice,OFDMsignalsaregeneratedusingthefastFouriertransformalgorithm.每个子载波都用传统的调制方案以一个低的符号率进行调制（如正交幅度调制），保持在同一带宽内其数据率和传统单载波调制方案相同。在实际应用中，OFDM信号通过快速傅里叶变换算法产生。Unit5-2正交频分复用（OFDM）75OFDMhasdevelopedintoapopularschemeforwidebanddigitalcommunicationsystemswithawiderangeofapplications.TheprimaryadvantageofOFDMoversingle-carrierschemesisitsabilitytocopewithseverechannelconditions–forexample,attenuationofhighfrequenciesatalongcopperwire,narrowbandinterferenceandfrequency-selectivefadingduetomultipath–withoutcomplexequalizationfilters.1OFDM已经成为具有广泛应用的宽带数字通信系统中的受欢迎的方案。OFDM与单载波方案相比的主要优点是不需要复杂的均衡滤波器就能应对严重的信道问题，如：在长铜线中的高频衰减，窄带干扰以及由于多路径而引起的频率选择性衰落。Unit5-2正交频分复用（OFDM）76ChannelequalizationissimplifiedbecauseOFDMmaybeviewedasusingmanyslowly-modulatednarrowbandsignalsratherthanonerapidly-modulatedwidebandsignal.

Lowsymbolratemakestheuseofaguardintervalbetweensymbolsaffordable,makingitpossibletohandletime-spreadingandeliminateinter-symbolinterference(ISI).信道均衡被简化了，因为OFDM可以看成是使用许多慢调制的窄带信号而不是一个快速调制的宽带信号。慢的符号率使得符号间可引入保护间隔，使之能处理时间扩展和消除符号（码）间干扰（ISI）。Unit5-2正交频分复用（OFDM）77AmajordisadvantageofOFDMisthehighpeak-to-average-powerratio(PAPR),requiringmoreexpensivetransmittercircuitry,andpossiblyloweringpowerefficiency.

Inaddition,itissensitivetoDopplershiftandfrequencysynchronizationproblems.OFDM一个主要的缺点是高峰值平均功率比，这就需要更昂贵的发射机电路，而且还有可能降低功率效率。此外，它还对多普勒频移以及频率同步问题很敏感。Unit5-2正交频分复用（OFDM）78InOFDM,thesub-carrierfrequenciesarechosensothatthesub-carriersareorthogonaltoeachother,meaningthatcross-talkbetweenthesub-channelsiseliminatedandinter-carrierguardbandsarenotrequired.在OFDM中，选择彼此正交的子载波频率，这就意味着子信道之间的串扰被消除了，而且不需要载波之间的保护频带。Unit5-2正交频分复用（OFDM）——

正交性

(Orthogonality)79Thisgreatlysimplifiesthedesignofboththetransmitterandthereceiver;unlikeconventionalFDM,aseparatefilterforeachsub-channelisnotrequired.这就大大简化了发射机和接收机的设计。与传统的FDM不同的是，对于每个子信道不需要单独的滤波器。Unit5-2正交频分复用（OFDM）——

正交性

(Orthogonality)80Theorthogonalityalsoallowshighspectralefficiency,neartheNyquistrate.2Almostthewholeavailablefrequencybandcanbeutilized.OFDMgenerallyhasanearly“white”spectrum,givingitbenignelectromagneticinterferencepropertieswithrespecttootherco-channelusers.3正交性也使频谱利用率提高到接近于Nyquist频率。几乎整个可用频带都能被利用。OFDM信号一般具有“白的”频谱，使之在与其他用户使用同一信道的情况下具有良好的抗电磁干扰性质。Unit5-2正交频分复用（OFDM）——

正交性

(Orthogonality)81TheorthogonalityallowsforefficientmodulatoranddemodulatorimplementationusingtheFFTalgorithm.Althoughtheprinciplesandsomeofthebenefitshavebeenknownsincethe1960s,OFDMispopularforwidebandcommunicationstodaybywayoflow-costdigitalsignalprocessingcomponentsthatcanefficientlycalculatetheFFT.正交性允许用FFT算法实现高效的调制和解调。尽管OFDM的原理以及所带来的好处在20世纪60年代已被知晓，但是直到能高效计算FFT的低成本数字信号处理器件的出现，OFDM才在当今宽带通信中广泛使用。Unit5-2正交频分复用（OFDM）——

正交性

(Orthogonality)82OFDMrequiresveryaccuratefrequencysynchronizationbetweenthereceiverandthetransmitter;withfrequencydeviation,thesub-carriersshallnolongerbeorthogonal,causinginter-carrierinterference(ICI),i.e.cross-talkbetweenthesub-carriers.OFDM需要发射机与接收机之间有非常精确的频率同步，如果出现频率偏移，子载波将会不再是正交的，这会导致载波间干扰（ICI），也就是子载波之间的串扰。Unit5-2正交频分复用（OFDM）——

正交性

(Orthogonality)83Frequencyoffsetsaretypicallycausedbymismatchedtransmitterandreceiveroscillators,orbyDopplershiftduetomovement.WhilstDopplershiftalonemaybecompensatedforbythereceiver,thesituationisworsenedwhencombinedwithmultipath,asreflectionswillappearatvariousfrequencyoffsets,whichismuchhardertocorrect.4

频率偏移典型地是由发射机与接收机振荡器之间的不匹配造成的，或者是由于移动产生的多普勒频移。只有多普勒频移时可以用接收机来补偿，而当多普勒频移和多径结合在一起时，情况就变得更糟，因为反射会出现在不同的频率偏移上，这种偏移很难校正。Unit5-2正交频分复用（OFDM）——

正交性

(Orthogonality)84Thiseffecttypicallyworsensasspeedincreases,andisanimportantfactorlimitingtheuseofOFDMinhigh-speedvehicles.SeveraltechniquesforICIsuppressionaresuggested,buttheymayincreasethereceivercomplexity.当速度增加时，这种影响会变的更坏，这是OFDM在高速车辆中的使用受到限制的重要原因。一些抑制ICI的技术已被提出，但是它们可能增加接收机的复杂性。Unit5-2正交频分复用（OFDM）——

正交性

(Orthogonality)85OnekeyprincipleofOFDMisthatsincelowsymbolratemodulationschemes(i.e.wherethesymbolsarerelativelylongcomparedtothechanneltimecharacteristics)sufferlessfromintersymbolinterferencecausedbymultipath,itisadvantageoustotransmitanumberoflow-ratestreamsinparallelinsteadofasinglehigh-ratestream.5

OFDM的一个关键的原理是因为低符号速率调制方案（也就是与信道时间特性相比，符号的持续时间相对较长）很少受到由多径引起的符号间干扰的影响，并行地传输许多低速率数据流要比传输一个高速率数据流有利。Unit5-2正交频分复用（OFDM）——

消除码间干扰的保护间隔86Sincethedurationofeachsymbolislong,itisfeasibletoinsertaguardintervalbetweentheOFDMsymbols,thuseliminatingtheintersymbolinterference.因为每个符号的持续时间都很长，所以在OFDM符号之间插入保护间隔是可行的，这样就可以消除符号间干扰。Unit5-2正交频分复用（OFDM）——

消除码间干扰的保护间隔87Theguardintervalalsoeliminatestheneedforapulse-shapingfilter,anditreducesthesensitivitytotimesynchronizationproblems.保护间隔也不再需要脉冲整形滤波器，这也能减低对于时间同步问题的敏感程度。Unit5-2正交频分复用（OFDM）——

消除码间干扰的保护间隔88Asimpleexample:Ifonesendsamillionsymbolspersecondusingconventionalsingle-carriermodulationoverawirelesschannel,thenthedurationofeachsymbolwouldbeonemicrosecondorless.Thisimposessevereconstraintsonsynchronizationandnecessitatestheremovalofmultipathinterference.一个简单的例子：如果用传统的单载波调制在一个无线信道上每秒传输100万个符号，那么每个符号的持续时间将会是1微秒或者更短。这就对同步要求很高并需要去除多径干扰。Unit5-2正交频分复用（OFDM）——

消除码间干扰的保护间隔89Ifthesamemillionsymbolspersecondarespreadamongonethousandsub-channels,thedurationofeachsymbolcanbelongerbyafactorofthousand,i.e.onemillisecond,fororthogonalitywithapproximatelythesamebandwidth.

如果将每秒100万个符号分散到1000个子信道上传输，为满足正交性并保持同样的带宽，每个符号的持续时间可以增大1000倍，即1毫秒。Unit5-2正交频分复用（OFDM）——

消除码间干扰的保护间隔90Assumethataguardintervalof1/8ofthesymbollengthisinsertedbetweeneachsymbol.Intersymbolinterferencecanbeavoidedifthemultipathtime-spreading(thetimebetweenthereceptionofthefirstandthelastecho)isshorterthantheguardinterval,i.e.125microseconds.

假设一个长度为符号长度1/8的保护间隔被插入到每个符号中，如果多径的时间扩展（接收第一个和最后一个回应的间隔时间）比保护间隔更小，即125毫秒，那么此时就可以避免符号间干扰的产生。Unit5-2正交频分复用（OFDM）——

消除码间干扰的保护间隔91Thiscorrespondstoamaximumdiffe