1、通信原理課件通信原理課件第七章第七章 多路復用和多址技術多路復用和多址技術7.1 7.1 引言引言7.2 7.2 頻分復用頻分復用7.3 7.3 時分復用和多路數字電話系統時分復用和多路數字電話系統 7.4 7.4 碼分復用碼分復用7. 5 多址技術多址技術 7.6 7.6 碼分多址碼分多址 通信原理課件通信原理課件7.1 引言引言 所謂多路復用是指在同一個信道上同時傳輸多路信號而互所謂多路復用是指在同一個信道上同時傳輸多路信號而互不干擾的一種技術。為了在接收端能夠將不同路的信號區不干擾的一種技術。為了在接收端能夠將不同路的信號區分開來，必須使不同路的信號具有不同的特征。由于信號分開來，必須使

2、不同路的信號具有不同的特征。由于信號直接來自話路，區分信號和區分話路是一致的。最常用的直接來自話路，區分信號和區分話路是一致的。最常用的多路復用方式是頻分復用（多路復用方式是頻分復用（FDM）、時分復用（）、時分復用（TDM）和）和碼分復用（碼分復用（CDM）。按頻段區分信號的方法叫頻分復用；）。按頻段區分信號的方法叫頻分復用；按時隙區分信號的方法叫時分復用；按相互正交的碼字區按時隙區分信號的方法叫時分復用；按相互正交的碼字區分信號的方法叫碼分復用。傳統的模擬通信中都采用頻分分信號的方法叫碼分復用。傳統的模擬通信中都采用頻分復用；隨著數字通信的發展，時分復用和碼分復用通信系復用；隨著數字通信的

3、發展，時分復用和碼分復用通信系統的應用越來越廣泛。統的應用越來越廣泛。通信原理課件通信原理課件現代通信通常需要在移動多用戶點間進行現代通信通常需要在移動多用戶點間進行通信，而在有線通信中，多用戶點間相互通通信，而在有線通信中，多用戶點間相互通信問題往往采用交換技術解決。早期的無線信問題往往采用交換技術解決。早期的無線通信是以點對點通信為主，但是當衛星通信通信是以點對點通信為主，但是當衛星通信系統和移動通信系統等新的通信系統開始發系統和移動通信系統等新的通信系統開始發展后，用戶的位置分布面很廣，而且可能在展后，用戶的位置分布面很廣，而且可能在大范圍隨時移動。為了區分和識別動態用戶大范圍隨時移動。

4、為了區分和識別動態用戶地址，引出了地址，引出了“多址多址”這個術語。這個術語。通信原理課件通信原理課件所謂多址通信是指處于不同地址的多個用戶共享信道所謂多址通信是指處于不同地址的多個用戶共享信道資源實現各用戶之間相互通信的一種方式。由于用戶來自資源實現各用戶之間相互通信的一種方式。由于用戶來自不同的地址，區分用戶和區分地址是一致的。多址方式的不同的地址，區分用戶和區分地址是一致的。多址方式的典型應用是衛星通信和蜂窩移動通信。在衛星通信中，多典型應用是衛星通信和蜂窩移動通信。在衛星通信中，多個地球站通過公共的衛星轉發器來實現各地球站之間的相個地球站通過公共的衛星轉發器來實現各地球站之間的相互通信

5、。在移動通信中，則是多個移動用戶通過公共的基互通信。在移動通信中，則是多個移動用戶通過公共的基站來實現各用戶的相互通信。站來實現各用戶的相互通信。頻分多址（頻分多址（FDMA）、時分多址（）、時分多址（TDMA）、碼分多）、碼分多址（址（CDMA）和空分多址（）和空分多址（SCDMA）是幾種主要的多址）是幾種主要的多址技術。以衛星通信為例，技術。以衛星通信為例，FDMA是按地球站分配的射頻不是按地球站分配的射頻不同來區分地球站的站址；同來區分地球站的站址；TDMA是按分配的時隙不同來區是按分配的時隙不同來區分站址；分站址；CDMA是用相互正交的碼字來區分站址；是用相互正交的碼字來區分站址；SC

6、DMA是以衛星天線指向地球站的波束不同來區分站址。是以衛星天線指向地球站的波束不同來區分站址。通信原理課件通信原理課件多路復用和多址技術都是為了共享通信資多路復用和多址技術都是為了共享通信資源，這兩種技術有許多相同之處，但是它們源，這兩種技術有許多相同之處，但是它們之間也有一些區別。一般來說，多路復用通之間也有一些區別。一般來說，多路復用通常在中頻或基帶實現；通信資源是預先分配常在中頻或基帶實現；通信資源是預先分配給各用戶共享的。而多址技術通常在射頻實給各用戶共享的。而多址技術通常在射頻實現；是遠程共享通信資源，并在一個系統控現；是遠程共享通信資源，并在一個系統控制器的控制下，按照用戶對通信資

7、源的需求，制器的控制下，按照用戶對通信資源的需求，隨時動態地改變通信資源的分配。隨時動態地改變通信資源的分配。 通信原理課件通信原理課件7.2 頻分復用頻分復用一般的通信系統的信道所能提供的帶寬往往要一般的通信系統的信道所能提供的帶寬往往要比傳送一路信號所需的帶寬寬得多。因此，如果比傳送一路信號所需的帶寬寬得多。因此，如果一條信道只傳輸一路信號是非常浪費的。為了充一條信道只傳輸一路信號是非常浪費的。為了充分利用信道的帶寬，提出了信道的頻分復用。頻分利用信道的帶寬，提出了信道的頻分復用。頻分復用就是在發送端利用不同頻率的載波將多路分復用就是在發送端利用不同頻率的載波將多路信號的頻譜調制到不同的頻

8、段，以實現多路復用。信號的頻譜調制到不同的頻段，以實現多路復用。頻分復用的多路信號在頻率上不會重疊，合并在頻分復用的多路信號在頻率上不會重疊，合并在一起通過一條信道傳輸，到達接收端后可以通過一起通過一條信道傳輸，到達接收端后可以通過中心頻率不同的帶通濾波器彼此分離開來。中心頻率不同的帶通濾波器彼此分離開來。 通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件圖圖7-1 頻分復用系統組成框圖頻分復用系統組成框圖 通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件例例7.2.1 圖圖7-2 三路信號的頻譜三路信號的頻譜通信原理課件通信原理課件圖圖7-3 頻分復用信號的頻譜結構頻分復用信號的頻譜結構通信

9、原理課件通信原理課件頻分復用信號原則上可以直接在信道中頻分復用信號原則上可以直接在信道中傳輸，但在某些應用中，還需要對合并后傳輸，但在某些應用中，還需要對合并后的復用信號再進行一次調制。第一次對多的復用信號再進行一次調制。第一次對多路信號調制所用的載波稱為副載波，第二路信號調制所用的載波稱為副載波，第二次調制所用的載波稱為主載波。原則上，次調制所用的載波稱為主載波。原則上，兩次調制可以是任意方式的調制方式。如兩次調制可以是任意方式的調制方式。如果第一次調制采用單邊帶調制，第二次調果第一次調制采用單邊帶調制，第二次調制采用調頻方式，一般記為制采用調頻方式，一般記為SSB/FM。通信原理課件通信原

10、理課件 例例7.2.2 通信原理課件通信原理課件頻分復用系統的主要優點是信道復用路數多、分路方頻分復用系統的主要優點是信道復用路數多、分路方便。因此它曾經在多路模擬電話通信系統中獲得廣泛應用，便。因此它曾經在多路模擬電話通信系統中獲得廣泛應用，國際電信聯盟（國際電信聯盟（ITU）對此制定了一系列建議。例如，）對此制定了一系列建議。例如，ITU將一個將一個12路頻分復用系統統稱為一個路頻分復用系統統稱為一個“基群基群”，它，它占用占用48kHz帶寬；將帶寬；將5個基群組成一個個基群組成一個60路的路的“超群超群”。用類似的方法可將幾個超群合并成一個用類似的方法可將幾個超群合并成一個“主群主群”；

11、幾個主；幾個主群又可合并成一個群又可合并成一個“巨群巨群”。頻分復用主要缺點是設備龐大復雜，成本較高，還會頻分復用主要缺點是設備龐大復雜，成本較高，還會因為濾波器件特性不夠理想和信道內存在非線性而出現路因為濾波器件特性不夠理想和信道內存在非線性而出現路間干擾，故近年來已經逐步被更為先進的時分復用技術所間干擾，故近年來已經逐步被更為先進的時分復用技術所取代。不過在電視廣播中圖像信號和聲音信號的復用、立取代。不過在電視廣播中圖像信號和聲音信號的復用、立體聲廣播中左右聲道信號的復用，仍然采用頻分復用技術。體聲廣播中左右聲道信號的復用，仍然采用頻分復用技術。通信原理課件通信原理課件7.3時分復用和多路

12、數字電話系統時分復用和多路數字電話系統時分復用（時分復用（TDM）是建立在抽樣定理基礎上的。抽樣）是建立在抽樣定理基礎上的。抽樣定理指明：滿足一定條件下，時間連續的模擬信號可以用定理指明：滿足一定條件下，時間連續的模擬信號可以用時間上離散的抽樣脈沖值代替。因此，如果抽樣脈沖占據時間上離散的抽樣脈沖值代替。因此，如果抽樣脈沖占據較短時間，在抽樣脈沖之間就留出了時間空隙，利用這種較短時間，在抽樣脈沖之間就留出了時間空隙，利用這種空隙便可以傳輸其它信號的抽樣值。時分復用就是利用各空隙便可以傳輸其它信號的抽樣值。時分復用就是利用各路信號的抽樣值在時間上占據不同的時隙，來達到在同一路信號的抽樣值在時間上

13、占據不同的時隙，來達到在同一信道中傳輸多路信號而互不干擾的一種方法。信道中傳輸多路信號而互不干擾的一種方法。與頻分復用相比，時分復用具有以下的主要優點：與頻分復用相比，時分復用具有以下的主要優點：（1）TDM多路信號的合路和分路都是數字電路，比多路信號的合路和分路都是數字電路，比FDM的模擬濾波器分路簡單、可靠。的模擬濾波器分路簡單、可靠。（2）信道的非線性會在）信道的非線性會在FDM系統中產生交調失真和系統中產生交調失真和多次諧波，引起路間干擾，因此多次諧波，引起路間干擾，因此FDM對信道的非線性失對信道的非線性失真要求很高。而真要求很高。而TDM系統的非線性失真要求可降低。系統的非線性失真

14、要求可降低。通信原理課件通信原理課件7.3.1 時分復用的時分復用的PAM系統（系統（TDM-PAM）我們通過舉例來說明時分復用技術的基我們通過舉例來說明時分復用技術的基本原理，假設有本原理，假設有3路路PAM信號進行時分復信號進行時分復用，其具體實現方法如圖用，其具體實現方法如圖7-4所示。各路信所示。各路信號首先通過相應的低通濾波器（預濾波器）號首先通過相應的低通濾波器（預濾波器）變為頻帶受限的低通型信號。然后再送至變為頻帶受限的低通型信號。然后再送至旋轉開關（抽樣開關），每秒將各路信號旋轉開關（抽樣開關），每秒將各路信號依次抽樣一次，在信道中傳輸的合成信號依次抽樣一次，在信道中傳輸的合成

15、信號就是就是3路在時間域上周期地互相錯開的路在時間域上周期地互相錯開的PAM信號，即信號，即TDM-PAM信號。信號。通信原理課件通信原理課件圖圖7-4 3路路PAM信號時分復用原理圖信號時分復用原理圖通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件7.3.2 時分復用的時分復用的PCM系統（系統（TDM-PCM）PCM和和PAM的區別在于的區別在于PCM要在要在PAM的基礎的基礎上再進行量化和編碼。為簡便起見，假設上再進行量化和編碼。為簡便起見，假設3路話路話音信號音信號PCM復用的原理方框圖如圖復用的原理方框圖如圖7-6所示。所示。圖圖7-6 3路路PCM信號時分復

16、用原理圖信號時分復用原理圖通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件7.3.3 時分復用信號的碼元速率和帶寬時分復用信號的碼元速率和帶寬一、一、TDM信號的碼元速率信號的碼元速率通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件二、二、TDM信號的帶寬信號的帶寬得到碼元速率后，按照第得到碼元速率后，按照第4章章PCM帶寬帶寬的計算方法容易得到的計算方法容易得到TDM-PAM信號和信號和TDM-PCM信號傳輸波形為矩形脈沖時的信號傳輸波形為矩形脈沖時的第一零點帶寬。第一零點帶寬。 通信原理課件通信原理課件例例7.3.1 對對10路最高頻率為路最高頻率為3400Hz的話

17、音信號進行的話音信號進行TDM-PCM傳輸，抽樣頻率為傳輸，抽樣頻率為8000Hz。抽樣合路后對每個抽樣值按。抽樣合路后對每個抽樣值按照照8級量化，并編為自然二進碼，碼元波形是寬度為的矩形級量化，并編為自然二進碼，碼元波形是寬度為的矩形脈沖，且占空比為脈沖，且占空比為0.5。計算。計算TDM-PCM基帶信號的第一零基帶信號的第一零點帶寬。點帶寬。 通信原理課件通信原理課件例例7.3.2 通信原理課件通信原理課件例例7.3.3 通信原理課件通信原理課件7.3.4 PCM30/32路系統的幀結構路系統的幀結構對于多路數字電話系統，國際上有兩種對于多路數字電話系統，國際上有兩種標準化制式，即標準化制

18、式，即PCM 30/32路制式（路制式（E體體系）和系）和PCM 24路制式（路制式（T體系）。我國規體系）。我國規定采用的是定采用的是PCM 30/32路制式，一幀共有路制式，一幀共有32個時隙，可以傳送個時隙，可以傳送30路電話，即復用的路電話，即復用的路數路數n=32路，其中話路數為路，其中話路數為30。PCM 30/32路系統的幀結構如圖路系統的幀結構如圖7-7所示。所示。通信原理課件通信原理課件圖圖7-7 PCM 30/32路系統的幀結構路系統的幀結構通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件PCM 30/32路系統的一幀路系統的一幀通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理

19、課件7.3.5 PCM高次群系統高次群系統前面討論的前面討論的PCM 30/32路和路和PCM 24路時分多路系統，路時分多路系統，稱為數字基群（即一次群）。為了能使寬帶信號（如電視稱為數字基群（即一次群）。為了能使寬帶信號（如電視信號）通過信號）通過PCM系統傳輸，就要求有較高的傳碼率。因系統傳輸，就要求有較高的傳碼率。因此提出了采用數字復接技術把較低群次的數字流匯合成更此提出了采用數字復接技術把較低群次的數字流匯合成更高速率的數字流，以形成高速率的數字流，以形成PCM高次群系統。高次群系統。CCITT推薦推薦了兩種一次、二次、三次和四次群的數字等級系列，如表了兩種一次、二次、三次和四次群的

20、數字等級系列，如表7.3-1所示。所示。表表7.3-1所示的復接系列具有如下優點：所示的復接系列具有如下優點：易于構成通信網，便于分支與插入。易于構成通信網，便于分支與插入。復用倍數適中，具有較高效率。復用倍數適中，具有較高效率。可視電話、電視信號以及頻分制載波信號能與某一高可視電話、電視信號以及頻分制載波信號能與某一高次群相適應。次群相適應。與傳輸媒質，比如電纜、同軸電纜、微波、波導、光與傳輸媒質，比如電纜、同軸電纜、微波、波導、光纖等傳輸容量相匹配。纖等傳輸容量相匹配。通信原理課件通信原理課件表表7.3-1 數字復接系列（準同步數字系列）數字復接系列（準同步數字系列）通信原理課件通信原理課

21、件通信原理課件通信原理課件數字通信系統，除了傳輸電話外，也可數字通信系統，除了傳輸電話外，也可傳輸其它相同速率的數字信號，例如可視傳輸其它相同速率的數字信號，例如可視電話、頻分制載波信號以及電視信號。為電話、頻分制載波信號以及電視信號。為了提高通信質量，這些信號可以單獨變為了提高通信質量，這些信號可以單獨變為數字信號傳輸，也可以和相應的數字信號傳輸，也可以和相應的PCM高次高次群一起復接成更高一級的高次群進行傳輸。群一起復接成更高一級的高次群進行傳輸。基于基于PCM30/32路系列的數字復接體制的路系列的數字復接體制的結構如圖結構如圖7-8所示。所示。通信原理課件通信原理課件圖圖7-8 基于基

22、于PCM30/32路系列的數字復接體制路系列的數字復接體制通信原理課件通信原理課件7.3.6 SDH的提出的提出通信原理課件通信原理課件表表7.3-2 數字復接系列（同步數字系列）數字復接系列（同步數字系列）對傳輸的新要求，必須從技術體制上對傳輸系統進行根本的對傳輸的新要求，必須從技術體制上對傳輸系統進行根本的改革，為此，改革，為此，CCITT制訂了制訂了TDM制的制的150Mb/s以上的同步數以上的同步數字系列（字系列（SDH）標準。它不僅適用于光纖傳輸，亦適用于微）標準。它不僅適用于光纖傳輸，亦適用于微波及衛星等其它傳輸手段。它可以有效地按動態需求方式改波及衛星等其它傳輸手段。它可以有效地

23、按動態需求方式改變傳輸網拓撲變傳輸網拓撲, 充分發揮網絡構成的靈活性與安全性，充分發揮網絡構成的靈活性與安全性， 而且而且在網路管理功能方面大大增強。數字復接系列（同步數字系在網路管理功能方面大大增強。數字復接系列（同步數字系列）如表列）如表7.3-2所示。所示。通信原理課件通信原理課件與與PDH相比，相比，SDH具有一系列優越性：具有一系列優越性：通信原理課件通信原理課件7.4 碼分復用碼分復用碼分復用是用一組相互正交的碼字區分碼分復用是用一組相互正交的碼字區分信號的多路復用方法。在碼分復用中，各信號的多路復用方法。在碼分復用中，各路信號碼元在頻譜上和時間上都是混疊的，路信號碼元在頻譜上和時

24、間上都是混疊的，但是代表每路信號的碼字是正交的。但是代表每路信號的碼字是正交的。通信原理課件通信原理課件碼字正交的概念碼字正交的概念通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件沃爾什（沃爾什（Walsh）碼）碼 通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件圖圖7-9 碼分復用原理圖碼分復用原理圖通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件圖圖7-10 CDM系統中各點的波形系統中各點的波形通信原理課件通信原理課件在在CDM系統中，各路信號在時域和頻域上是重系統中，各路信號在時域和頻域上是重疊的，這時不能采用傳統的濾波器（對疊的，這時不能采用傳統的濾波器（對FDM而言）而言）和選通門

25、（對和選通門（對TDM而言）來分離信號，而是用與而言）來分離信號，而是用與發送信號相匹配的接收機通過相關檢測才能正確發送信號相匹配的接收機通過相關檢測才能正確接收。接收。碼分復用除了可以采用正交碼，還可以采用準碼分復用除了可以采用正交碼，還可以采用準正交碼和超正交碼，因為此時的鄰路干擾很小，正交碼和超正交碼，因為此時的鄰路干擾很小，可以采用設置門限的方法來恢復出原始的數據。可以采用設置門限的方法來恢復出原始的數據。而且，為了提高系統的抗干擾能力，碼分復用通而且，為了提高系統的抗干擾能力，碼分復用通常與擴頻技術結合起來使用。常與擴頻技術結合起來使用。 通信原理課件通信原理課件7.5多址技術多址技

26、術通信原理課件通信原理課件圖圖7-11 多址通信示意圖多址通信示意圖通信原理課件通信原理課件7.5.1多址技術的基本原理多址技術的基本原理與多路復用技術類似，任何一種多址技與多路復用技術類似，任何一種多址技術都要求不同用戶發射的信號在信號空間術都要求不同用戶發射的信號在信號空間相互正交。相互正交。FDMA在頻域中是正交的；在頻域中是正交的；TDMA在時域中是正交的；在時域中是正交的； CDMA用戶的用戶的特征波形是正交的（互相關系數為特征波形是正交的（互相關系數為0）。）。通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件FDMA、TDMA、CDMA工作方式工作方式 通信原理課件通信原理課件7.

27、5.2移動通信中的多址技術移動通信中的多址技術 移動通信系統中的多址技術是多個移動用戶通移動通信系統中的多址技術是多個移動用戶通過共同的基站同時建立各自的信道，從而實現各過共同的基站同時建立各自的信道，從而實現各用戶之間的相互通信。如下圖所示。用戶之間的相互通信。如下圖所示。通信原理課件通信原理課件隨著社會需求和技術進步，移動通信系統相繼采用了隨著社會需求和技術進步，移動通信系統相繼采用了頻分多址（頻分多址（FDMA）、時分多址（）、時分多址（TDMA）和碼分多址）和碼分多址（CDMA）技術。如今，空分多址（）技術。如今，空分多址（SDMA）和基于正交）和基于正交頻分復用（頻分復用（OFDM）

28、的多址技術也開始被研究用于移動通）的多址技術也開始被研究用于移動通信系統。信系統。第一代移動通信系統是采用第一代移動通信系統是采用FDMA的模擬蜂窩系統。的模擬蜂窩系統。第二代移動通信系統是采用第二代移動通信系統是采用TDMA或窄帶或窄帶CDMA為主為主的數字蜂窩系統。的數字蜂窩系統。第三代移動通信系統中的主流技術第三代移動通信系統中的主流技術 為為CDMA技術。技術。通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件碼分多址（碼分多址（CDMA）是一種以擴頻技術）是一種以擴頻技術為基礎的多址接入技術，因其保密性能好、為基礎的多址接入技術，因其保密性能好、抗干擾能力強而廣泛應用于軍事通信領域。抗

29、干擾能力強而廣泛應用于軍事通信領域。隨著移動通信技術的發展，通信界注意到隨著移動通信技術的發展，通信界注意到CDMA技術在移動通信方面具有廣闊的應技術在移動通信方面具有廣闊的應用前景，因此，目前世界各國都在著手用前景，因此，目前世界各國都在著手CDMA系統的研究與開發。系統的研究與開發。7.6 碼分多址碼分多址 通信原理課件通信原理課件香農公式指出：增加頻帶可以降低接收的信噪香農公式指出：增加頻帶可以降低接收的信噪比門限值，這就是擴頻通信的基本原理，即用頻比門限值，這就是擴頻通信的基本原理，即用頻帶來換取信噪比。我們把用擴展頻譜的方法來換帶來換取信噪比。我們把用擴展頻譜的方法來換取信噪比的系統

30、稱為擴頻（取信噪比的系統稱為擴頻（SS）通信系統。）通信系統。簡單來說，擴頻就是這樣一種通信技術：在發簡單來說，擴頻就是這樣一種通信技術：在發送端，待發送的數據序列在發射到信道之前，通送端，待發送的數據序列在發射到信道之前，通過和擴頻序列相乘，其頻帶被擴大若干倍（擴過和擴頻序列相乘，其頻帶被擴大若干倍（擴頻）；而在接收端，通過采用與發送端完全相同頻）；而在接收端，通過采用與發送端完全相同的擴頻序列進行相關解調（解擴），使得接收信的擴頻序列進行相關解調（解擴），使得接收信號的頻帶被縮小相同倍數，恢復出原數據信息。號的頻帶被縮小相同倍數，恢復出原數據信息。7.6.1擴頻通信擴頻通信通信原理課件通信

31、原理課件一、擴頻原理一、擴頻原理為了達到擴頻的目的，通常的做法是用一個擴為了達到擴頻的目的，通常的做法是用一個擴頻序列和待發送的二進制碼元（數據比特）相乘。頻序列和待發送的二進制碼元（數據比特）相乘。通常稱擴頻序列的子脈沖為通常稱擴頻序列的子脈沖為“碼片碼片”。擴頻原理。擴頻原理如圖如圖7-16所示。可以將擴頻序列看作是所示。可以將擴頻序列看作是“載波載波”，所以擴頻又稱為擴頻調制。所以擴頻又稱為擴頻調制。 圖圖7-16 擴頻原理圖擴頻原理圖通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件擴頻通信系統中的擴頻和解擴的原理擴頻通信系統中的擴頻和解擴

32、的原理 擴頻和解擴的原理如圖擴頻和解擴的原理如圖7-17所示。在發所示。在發送端，為了達到將數據流擴頻的目的，首送端，為了達到將數據流擴頻的目的，首先用一個帶寬遠大于數據信號帶寬的擴頻先用一個帶寬遠大于數據信號帶寬的擴頻序列與數據流相乘，使原數據信號的帶寬序列與數據流相乘，使原數據信號的帶寬大大擴展，再經載波調制后發射出去。在大大擴展，再經載波調制后發射出去。在接收端，經過載波解調后，使用與發送端接收端，經過載波解調后，使用與發送端完全相同的偽噪聲碼，與接收的寬帶信號完全相同的偽噪聲碼，與接收的寬帶信號做相關處理，把寬帶信號解擴為原始數據做相關處理，把寬帶信號解擴為原始數據信號。信號。通信原理

33、課件通信原理課件圖圖7-17 擴頻與解擴擴頻與解擴通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件擴頻系統具有以下主要優點：擴頻系統具有以下主要優點： （1）抗窄帶干擾能力強，特別是對付有意的干擾。）抗窄帶干擾能力強，特別是對付有意的干擾。（2）信號的功率譜密度很低，信號隱蔽有利于防止竊）信號的功率譜密度很低，信號隱蔽有利于防止竊聽。聽。（3）多址通信時頻譜利用率高。對于單個用戶來說，）多址通信時頻譜利用率高。對于單個用戶來說，擴頻系統頻譜利用率很低，但是當采用碼分多址工作時，擴頻系統頻譜利用率很低，但是當采用碼分多址工作時，很多用戶在同一個頻帶中同時工作而不會相互產生明顯的很多用戶在同一個頻

34、帶中同時工作而不會相互產生明顯的干擾，擴頻系統的頻譜效率就變得較高。干擾，擴頻系統的頻譜效率就變得較高。（4）抗多徑干擾能力強。利用）抗多徑干擾能力強。利用PN碼的自相關特性，碼的自相關特性，只要延遲半個只要延遲半個PN碼片，其相關性就很小，可作為噪聲對碼片，其相關性就很小，可作為噪聲對待；另外采用不同時延的匹配濾波器，可把多徑信號分離待；另外采用不同時延的匹配濾波器，可把多徑信號分離出來。出來。（5）提供測距能力。測量擴頻信號的自相關特性的峰）提供測距能力。測量擴頻信號的自相關特性的峰值出現時刻，可以從信號傳輸時間的大小計算出傳輸的距值出現時刻，可以從信號傳輸時間的大小計算出傳輸的距離。離。

35、通信原理課件通信原理課件擴頻系統的抗干擾能力擴頻系統的抗干擾能力 通信原理課件通信原理課件圖圖7-19為擴頻系統對帶內窄帶干擾的抑制原理為擴頻系統對帶內窄帶干擾的抑制原理圖。解擴器輸入端信號和窄帶干擾的功率譜如圖圖。解擴器輸入端信號和窄帶干擾的功率譜如圖7-19(a)所示，解擴后輸出信號和干擾的功率譜所示，解擴后輸出信號和干擾的功率譜如圖如圖7-19(b)所示。可見，解調器中的濾波器可所示。可見，解調器中的濾波器可以將信號頻帶外的大部分干擾濾除，從而提高擴以將信號頻帶外的大部分干擾濾除，從而提高擴頻系統的抗干擾能力。頻系統的抗干擾能力。(a) 解擴器輸入解擴器輸入 (b) 解擴后相關器輸出解擴

36、后相關器輸出圖圖7-19 擴頻系統對帶內窄帶干擾的抑制原理擴頻系統對帶內窄帶干擾的抑制原理通信原理課件通信原理課件通信原理課件通信原理課件二、三種擴頻調制方式二、三種擴頻調制方式擴頻通信系統的工作方式主要有直接序擴頻通信系統的工作方式主要有直接序列擴頻、跳列擴頻、跳(變變)頻頻(率率)擴頻和跳時擴頻。擴頻和跳時擴頻。當偽噪聲序列用于當偽噪聲序列用于PSK調制時，調制時，PSK信號信號的相位隨機偏移，所產生的已調信號稱為的相位隨機偏移，所產生的已調信號稱為直接序列（直接序列（DS）擴頻信號；當偽噪聲序列）擴頻信號；當偽噪聲序列用于用于FSK調制時，按隨機方式選擇發送信調制時，按隨機方式選擇發送信

37、號的頻率，所產生的已調信號稱為跳頻號的頻率，所產生的已調信號稱為跳頻（FH）擴頻信號；而當偽噪聲序列用于脈）擴頻信號；而當偽噪聲序列用于脈位調制（位調制（PPM）時，所產生的已調信號稱）時，所產生的已調信號稱為跳時（為跳時（TH）擴頻信號。）擴頻信號。通信原理課件通信原理課件1、直接序列擴頻（、直接序列擴頻（DS-SS）DS擴頻信號的產生包括擴頻和調制兩個步驟：先用偽擴頻信號的產生包括擴頻和調制兩個步驟：先用偽噪聲序列與信息比特相乘，再對載波進行噪聲序列與信息比特相乘，再對載波進行PSK調制；也可調制；也可以先用要傳送的信息對載波進行調制，再用偽噪聲序列來以先用要傳送的信息對載波進行調制，再用

38、偽噪聲序列來擴展信號的頻譜，二者是等效的。擴展信號的頻譜，二者是等效的。擴頻調制方式多采用擴頻調制方式多采用BPSK和和QPSK調制。二進制相移調制。二進制相移調制的直接序列擴頻系統調制原理圖如下圖所示。調制的直接序列擴頻系統調制原理圖如下圖所示。通信原理課件通信原理課件圖圖7-21 DS-SS中中2PSK的解調原理圖的解調原理圖接收端先進行載波解調，然后采用與發接收端先進行載波解調，然后采用與發送端相同的擴頻序列對接收信號進行相關送端相同的擴頻序列對接收信號進行相關解擴，解調原理圖如圖解擴，解調原理圖如圖7-21所示。所示。通信原理課件通信原理課件2、跳頻擴頻（、跳頻擴頻（FH-SS）跳頻擴

39、頻的基本思想是：在頻率域中，不斷地改變發跳頻擴頻的基本思想是：在頻率域中，不斷地改變發射頻率，進行收、發雙方預先約定好的通信，而對未約定射頻率，進行收、發雙方預先約定好的通信，而對未約定的接收機無法尋找到所使用的工作頻率，因此，這種系統的接收機無法尋找到所使用的工作頻率，因此，這種系統很難被截獲、竊聽和干擾。在跳頻系統中，通常要求有幾很難被截獲、竊聽和干擾。在跳頻系統中，通常要求有幾十個、數千個甚至百萬個隨機頻率可供選擇，通信中使用十個、數千個甚至百萬個隨機頻率可供選擇，通信中使用的載波頻率受一組快速變化的偽噪聲碼控制而隨機地跳變，的載波頻率受一組快速變化的偽噪聲碼控制而隨機地跳變，所以跳頻又

40、稱為所以跳頻又稱為“多頻率編碼選擇移頻鍵控多頻率編碼選擇移頻鍵控”。在每個時。在每個時間周期中，載波頻率不變，但在下一個時間周期，載波頻間周期中，載波頻率不變，但在下一個時間周期，載波頻率跳到另一個的頻率上。率跳到另一個的頻率上。直接序列擴頻和跳頻擴頻在頻率占用上有很大不同。直接序列擴頻和跳頻擴頻在頻率占用上有很大不同。當一個當一個DS-SS系統傳輸時占用整個頻段，而系統傳輸時占用整個頻段，而FH-SS系統系統傳輸時僅占用整個頻段的一小部分，并且頻譜的位置隨時傳輸時僅占用整個頻段的一小部分，并且頻譜的位置隨時間而改變。間而改變。 通信原理課件通信原理課件FH-SS頻率頻率/時間關系時間關系 圖

41、圖7-22 FH-SS信號頻率信號頻率/時間關系時間關系通信原理課件通信原理課件3、跳時擴頻（、跳時擴頻（TH-SS）在跳時擴頻系統中，數據信號在時隙上使用快在跳時擴頻系統中，數據信號在時隙上使用快速突發脈沖傳輸，使用的時隙由分配給用戶的編速突發脈沖傳輸，使用的時隙由分配給用戶的編碼決定。時間軸分成幀，每個幀分成碼決定。時間軸分成幀，每個幀分成M個時隙。個時隙。在每個幀中，用戶在在每個幀中，用戶在M個時隙的一個時隙上傳輸個時隙的一個時隙上傳輸各自的信號，使用各自的信號，使用M個時隙中的哪一個時隙依賴個時隙中的哪一個時隙依賴于分配給用戶的編碼信號。于分配給用戶的編碼信號。圖圖7-23所示是所示是

42、TH-SS信號時間信號時間-頻率圖。與圖頻率圖。與圖7-22相比較可以看出，相比較可以看出，TH-SS是用整個頻段的一是用整個頻段的一小段時間，而不是在全部時間里使用部分頻段。小段時間，而不是在全部時間里使用部分頻段。通信原理課件通信原理課件圖圖7-23 TH-SS信號時間信號時間-頻率圖頻率圖 頻 率時 間通信原理課件通信原理課件7.6.2 CDMA技術技術CDMA技術是建立在正交編碼、相關接收的理技術是建立在正交編碼、相關接收的理論基礎上，運用擴頻通信技術解決無線通信選址論基礎上，運用擴頻通信技術解決無線通信選址問題的技術。問題的技術。CDMA系統利用自相關性大而互相系統利用自相關性大而互

43、相關性小的碼序列作為地址碼，在信道中許多用戶關性小的碼序列作為地址碼，在信道中許多用戶的寬帶信號相互疊加在一起進行寬帶傳輸，同時的寬帶信號相互疊加在一起進行寬帶傳輸，同時還疊加有干擾及噪聲，系統利用本地產生的地址還疊加有干擾及噪聲，系統利用本地產生的地址碼對接收到的信號及噪聲進行解調，凡是與本地碼對接收到的信號及噪聲進行解調，凡是與本地產生的地址碼完全相關的寬帶信號可還原成窄帶產生的地址碼完全相關的寬帶信號可還原成窄帶信號（相關檢測），而其它與本地地址不相關的信號（相關檢測），而其它與本地地址不相關的寬帶信號與寬帶噪聲仍保持寬帶。解調信號經窄寬帶信號與寬帶噪聲仍保持寬帶。解調信號經窄帶濾波后，

44、信噪比得到極大提高，將所需的信號帶濾波后，信噪比得到極大提高，將所需的信號分離出來。分離出來。通信原理課件通信原理課件在在CDMA系統中，偽噪聲序列的互相關函數和系統中，偽噪聲序列的互相關函數和自相關函數一樣重要，每個用戶都分配給一個特自相關函數一樣重要，每個用戶都分配給一個特定的偽噪聲序列，為了抑制多個用戶共用同一頻定的偽噪聲序列，為了抑制多個用戶共用同一頻道引起的同信道干擾，要求不同用戶使用的偽噪道引起的同信道干擾，要求不同用戶使用的偽噪聲序列的互相關系數盡可能小。因此，聲序列的互相關系數盡可能小。因此，CDMA系系統利用自相關性大而互相關性小的周期性碼序列統利用自相關性大而互相關性小的周

45、期性碼序列作為地址碼，與用戶信息數據相乘，在信道中許作為地址碼，與用戶信息數據相乘，在信道中許多用戶的寬帶信號相互疊加在一起進行寬帶傳輸，多用戶的寬帶信號相互疊加在一起進行寬帶傳輸，同時還疊加有干擾及噪聲，在接收端，系統利用同時還疊加有干擾及噪聲，在接收端，系統利用本地產生的地址碼根據相關性的差異對接收到的本地產生的地址碼根據相關性的差異對接收到的信號及噪聲進行解調，凡是與本地產生的地址碼信號及噪聲進行解調，凡是與本地產生的地址碼完全相關的寬帶信號可還原成窄帶信號。完全相關的寬帶信號可還原成窄帶信號。通信原理課件通信原理課件圖圖7-24 DS-CDMA系統系統碼分多址和直接序列擴頻技術相結合，

46、構成直碼分多址和直接序列擴頻技術相結合，構成直接序列碼分多址（接序列碼分多址（DS-CDMA）系統，如圖）系統，如圖7-24所示。所示。 通信原理課件通信原理課件圖圖7-25 實際的實際的DS-CDMA系統系統實際常采用如圖實際常采用如圖7-25所示的所示的CDMA系統。在發送端，系統。在發送端，用戶數據首先與對應的地址碼相乘或模用戶數據首先與對應的地址碼相乘或模2加進行地址碼調加進行地址碼調制，再與擴頻碼相乘或模制，再與擴頻碼相乘或模2加進行擴頻調制；在接收端，加進行擴頻調制；在接收端，擴頻之后的信號經過與發端相同的擴頻碼的解擴后，然后擴頻之后的信號經過與發端相同的擴頻碼的解擴后，然后與對應的地址碼進行相關