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  • 多址技术与频分复用
    2021-02-27 20:49:36

    多址技术:

    1、目的是用来区分不同用户的一种技术。
    2、为了让用户的地址之间互不干扰,地址之间必须满足相互正交;
    3、分类:频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)、空分多址(SDMA)、正交频分多址(OFDMA)等

    复用技术:

    1、目的是让多个信息源共同使用同一个物理资源(比如一条物理通道),并且互不干扰;
    2、这里的复用是指“多个共同使用”的意思;
    3、分类:频分复用(FDM)、时分复用(TDM)、码分复用(CDM)、空分复用(SDM);

    多址与复用的关系:

    1、通信要做的工作也很容易理解,就是让多个信息源发出的信号在同一物理or逻辑信道上不要发生冲突,和平共处,共同分享信道资源,并安全到达目的地;

    2、多址的“址”在移动通信中是指用户临时占用的信道,多址就是要给用户动态分配一种地址资源——信道,当然这种分配只是临时的;

    3、多址和复用的区别还在于,多址技术是要根据不同的“址”来区分用户;复用是要给用户一个很好的利用资源的方式。一句话“复用针对资源,多址针对用户”

    4、另外,多址需要用复用来实现。

    eg:TDMA中,不同的用户,只有复用了不同的时域资源,才能通过不同的“时隙”来区分不同的用户,而这里的“时隙”也就是用户的“址”。

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  • 第2章 LTE的多址技术 2.1 LTE的多址技术分类 2.2 普通的频分多址FDMA 2.3LTE 的上行多址技术SC-FDMA 2.4LTE的下行多址技术OFDM 2.5 OFDM循环前缀的原理与作用 第1章LTE的双工技术 双工是指二台通讯设备之间,...

    目录

    第1章 LTE的双工技术

    第2章 LTE的多址技术

    2.1 LTE的多址技术分类

    2.2 普通的频分多址FDMA

    2.3 LTE 的上行多址技术SC-FDMA

    2.4 LTE的下行多址技术OFDM

    2.5 OFDM循环前缀的原理与作用


    第1章 LTE的双工技术

    双工是指二台通讯设备之间,允许有双向的数据传输的方式。

    LTE FDD采用的是频分双工

    LTE TDD采用的是时分双工。

     

    第2章 LTE的多址技术

    2.1 LTE的多址技术分类

    多址技术是指实现小区内多用户共享无线信道的技术。

    LTE中,上下行采用了不同的多址技术。

    (1)下行:OFDM

    (2)上行:SC-FDMA

     

    OFDM能够提高频率利用率,提高下行速率,但较高的峰均比导致对发送端的器件要求较高,导致较高的功耗和成本。

    因此LTE的上行(终端一侧发送),采用的是SC-FDMA复用技术,即普通的频分多址。

     

    2.2 普通的频分多址FDMA

     

    频分多址FDMA: Frequency Division Multiple Access/Address

    FDMA把信道频带分割为若干更窄的互不相交的频带(称为子频带),把每个子频带分给一个用户专用(称为地址),这种技术被称为“频分多址”技术。频分复用(FDM)是指载波带宽被划分为多种不同频带的子信道,每个子信道可以并行传送一路信号的一种技术。频分复用技术下,多个用户可以共享一个物理通信信道,该过程即为频分多址复用(FDMA)。

    优点:简单

    缺点:频谱利用率低,有大量的保护带的频谱资源是浪费的。

    在LTE系统中,小区与小区之间的异频组网,就采用的是频分多址技术。

     

    2.3 LTE 的上行多址技术SC-FDMA

    多个连续的15K的子载波,形成一个更大带宽的子载波块,整个子载波块作为一个大带宽的载波信号,分配个某一个用户,进行调制与解调。子载波块之间有一定的保护带,避免子载波块之间的干扰。这种多址称为单载波频分复用SC-FDMA.

    SC-FDAM是FDMA技术在LTE的小区内部,上行复用中的应用。

    特点:子载波是连续的、成块的分配。

    缺点:频谱利用率低

    优点:器件的功耗低、器件的成本低

     

    2.4 LTE的下行多址技术OFDM

    (1)子载波的正交性

    OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术,

     

    LTE的小区内部,下行复用,采用的是OFDM多址技术

    优点:频谱利用率高

     

    (2)OFDM的多用户复用

     

    优点:灵活的、动态的、离散的子载波的分配策略。

     

    (3)OFDM的缺点:较高的峰均比

    峰均比导致功放的范围大,利用率低,导致功放的成本高、能量损耗大等特点。

     

    (4)OFDM的缺点:时域上,相邻两个符号之间的干扰

    频谱上,每个15K子载波是正交的,因此不存在干扰。

    然后时域上,由于多径问题,导致时域上,相邻两个符号之间的干扰,如下图所示:

     

    应对办法:在每个时域OFDM符号前增加循环前缀CP

    发送端:在信号的前端,增加CP传输时间,传输的内容是整个OFDM符号的尾部信号。

     

    2.5 OFDM循环前缀的原理与作用

    (1)没有循环前缀时的时域干扰

    在上图中的接收端:

    蓝色的信号为:正常传输路径的信号。

    红色的信号为:多径延时后的信号。

    前一个符号的尾部与后一个符号的头部进行了重叠,而这两个信号不是同一个符号,因此,造成对后一个符号的干扰。

     

    (3)在两个符号之间增加延时

    在两个连续的符号之间增加延时,增加保护带。这样第二个符号就不会因为第一个符号的延时导致对自己头部信号的干扰。

     

    (3)有循环前缀后的干扰消除

    (1)对后一个符号而言,循环前缀CP相同与增加了保护带,因此CP的增加,不过CP发送什么内容,都不会对后一个符号造成干扰。

    (2)由于因此采用OFDM循环前缀CP,不仅消除了干扰,还可以有效地对抗多径时延扩展,多径延时还可以增强信号,把多径的缺点转化为优点。

     

     

     

     

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  • 常见的复用、多址技术如下图所示。 1.TDM/TDMA 按时间将信道划分为N个时隙,并行传输N路数据,这就是时分复用TDM。 将N个时隙动态分配给多个用户使用,就是时分多址TDMA, 2.FDM/FDMA 3.OFDM/...

    常见的复用、多址技术如下图所示。

    1.TDM/TDMA

            按时间将信道划分为N个时隙,并行传输N路数据,这就是时分复用TDM

            将N个时隙动态分配给多个用户使用,就是时分多址TDMA

             经过信源编码、信道编码、交织等处理的多路数据按照一定的时序关系对载波进行调制,即可实现TDM/TDMA。

            E1接口使用了TDM技术,电路交换网络中E1接口很常见,例如:PSTN电话交换网中程控交换机间、GSM网络中MSC和BSC之间,采用的都是E1接口。E1接口将传输分成32个时隙,第0时隙用于传输同步和控制信息,其他31个时隙并行传输31路数据,每个时隙在125us的时间内可以传输8bit数据,数据传输速率为64bit/s,刚好可以传输一路PCM编码语音数据,可以计算E1接口32个时隙的总传输速率为:64x32=2.048Mbit/s。

            GSM空中接口使用了TDM/TDMA技术:将1个载波资源分成8个时隙,最多分配给8个用户同时使用。

    2.FDM/FDMA

            按频率将信道划分为N个载波,并行传输N路数据,这就是频分复用FDM

            将N个载波动态分配给多个用户使用,就是频分多址FDMA

             利用调制技术,将多个用户的多路数据分别调制到多个载波上,即可实现FDM/FDMA。

    3.OFDM/OFDMA

            正交频分复用,一般的FDM,为了避免载波之间相互干扰,增加了保护带宽,造成了频谱浪费,导致频谱利用率低,为了提高频谱利用率,采用了相互正交的子载波,子载波间不需要增加保护带宽,这就是OFDM

            将N个子载波和M个符号动态分配给多个用户使用,这就是OFDMA。

            OFDM的本质就是发送端用待调制的数据对一系列复指数信号进行加权,合成一个复信号,利用IQ调制发送出去,接收端通过IQ解调恢复出复信号,求出加权系数,也就是傅里叶系数,就得到了调制数据。

            在实际的通信系统中,一般使用IDFT来实现基带OFDM调制,通过IDFT将并行的N个频域样点数据变换为并行的N个时域样点数据,再通过并/串转换、数/模转换,得到OFDM基带调制信号,最后利用IQ调制将实部和虚部调制到射频载波上。

            一般使用DFT来实现基带OFDM解调。通过IQ解调从射频信号中恢复出OFDM基带信号的实部和虚部,经模/数转换后合成数字复信号,再进行串/并转换,最后通过DFT将并行的N个时域样点数据变换为并行的N个频域样点数据,完成OFDM基带解调。 

            OFDM调制实际上就是由N个IQ调制叠加的结果,通过IQ解调恢复出实部和虚部,合成复信号,分别与4路复指数子载波相乘,在基波周期内积分,即可恢复出各子载波上调制的数据。

    4.CDM/CDMA

            按码字将信道划分为N个码道,并行传输N路数据,这就是码分复用CDM

            将N个码道动态分配给多个用户使用,就是码分多址CDMA

             利用扩频技术,对多个用户的多路数据用不同码字进行扩频处理,即可实现CDM/CDMA。

             扩频就是指频谱扩展,将输入码流与扩频码相乘,将低速码流转换成高速码片流。高速码片流与解扩码相乘,求和,结果为正判决为,结果为负判决为,即可恢复出原始码流,实现解扩

            为不同用户分配相互正交的扩频码,用户数据与各自的扩频码相乘再叠加,将低速码流转换成高速码片流,到了接收端通过解扩将各自的数据恢复出来,即实现了码分多址

             扩频码与解扩码常用Walsh码,因为Walsh码的正交性,使得用自身的扩频码可以解扩出信号,而用其他的扩频码无法解扩出信号。

            Walsh码可以通过哈达玛矩阵或Walsh码树生成。Walsh码的正交性有个前提是码必须同步,可以使用PN码(伪随机码)实现码同步。

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    多路独立信号在一条链路上传输,称多路通信。
    几个多路传输的网或链路间互联,称为复接。

    多址技术:在多点通信系统内,不同用户的信号根据一定的规则接入,互不干扰的传输。

    多路复用中,用户上固定接入的,或是半固定接入的,而多址接入时网络资源是动态分配的。

    频分复用FDM:

    一般采用单边带调制技术。——数字和模拟通信均可使用。
    12路频分复用电话系统称为一个基群,5个基群组成一个超群。
    10个超群复用为一个主群。

    频分复用对线性失真要求高,原则上频谱不重叠,而OFDM(正交频分复用)的频谱可重叠。

    时分复用TDM:

    每路信号占用不同的时隙,因此各路信号是断续发送的。——只能用于数字通信。
    帧是时分复用信号的最小结构。
    时分复用对相位抖动及时钟同步较高。

    准同步数字体系PDH:
    一次群信号2.048Mbps,30/32,30路信号。
    4个一次群信号复用得到二次群信号 8.448Mbps。
    高次群比特率比低次群的4倍高一些,因为有同步码等额外开销。

    同步数字体系SDH:
    在SDH中,信息是以称作“同步传输模块STM等信息结构传送的。
    一个STM主要由信息有效负荷和段开销SOH组成块状帧结构。重复周期为125us。
    STM-1比特率155.52Mbps,一共有四级,每后一级是前一级4倍的关系。

    码分复用CDM:

    各路信号码元在频谱上和时间上都是混叠的,但是代表每个码元的码组是正交的。
    码分复用可以采用正交码,超正交码和准正交码。

    正交码:阿达玛矩阵(H矩阵),每一行和每一列都是一个正交码组。
    将H矩阵中各行按符号改变次数由少到多排列,则得到沃尔什矩阵。

    伪随机码/伪随机序列:具有高斯白噪声的随机特性但又能重复产生。
    m序列是一种由线性反馈移位寄存器产生的周期最长的序列。
    n级线性反馈移位寄存器产生最长序列周期为2^n-1,且其充要条件是特征多项式为本原多项式。

    多址技术

    多路复用和多址接入都是为了共享通信网资源。

    频分多址FDMA:

    按频率分配地址的多路通信系统,即不同地址的用户使用不同的载波频率。
    优点:设备简单,价格较低,不需要精确的时钟同步。
    缺点:要求传输信道的非线性失真较小。

    时分多址TDMA:

    按时间分配地址的通信系统。

    单路时分多址系统:
    1⃣️ALOHA系统:各用户采用随机接入方式,然后等待来自接收端的确认或否认消息。
    信道利用率为18%。
    2⃣️时隙ALOHA系统(S-ALOHA),信道利用率36%。
    3⃣️预约ALOHA系统(R-ALOHA)。

    局域网中的多址技术:
    1⃣️载波侦听/冲突检测(CSMA/CD)——退避。
    2⃣️令牌环网多址技术。

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