現(xiàn)代通信理論第五章

第五章多路復(fù)用與多址技術(shù)主要內(nèi)容：多路復(fù)用與多址的概念頻分復(fù)用及應(yīng)用實(shí)例時(shí)分復(fù)用及應(yīng)用實(shí)例碼分復(fù)用及應(yīng)用實(shí)例多址技術(shù)現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!§

5.1多路復(fù)用與多址的概念1.多路通信的需求：網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大、用戶數(shù)增加需要合理分配與應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)資源；通信鏈路頻帶足夠?qū)?，可以容納多路通信業(yè)務(wù)；為了有效利用通信鏈路，需要將多路通信業(yè)務(wù)組合在一起，在同一鏈路上傳輸；為了在一條通信鏈路上區(qū)分多個(gè)不同的用戶信號(hào)，需要采用一定的模式將它們分開；多路通信技術(shù)-將多類別業(yè)務(wù)合并成單一信號(hào)流的技術(shù)?，F(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!2.多路復(fù)用概念的提出多路復(fù)用技術(shù)是指在一個(gè)信源端，將多個(gè)不同的信號(hào)按某種模式組合在一起，通過(guò)一個(gè)公共的信道或鏈路發(fā)送。信道復(fù)用是網(wǎng)絡(luò)資源通過(guò)分配模式由各個(gè)用戶共享-可理解為廣播或組播；組合傳輸后還要分割開-組合和分割的方式不同-可以從頻域、時(shí)域、空間域、信號(hào)空間域、多維聯(lián)合域，相應(yīng)的復(fù)用方式有頻分復(fù)用（波分復(fù)用可看作頻分復(fù)用的特例）、時(shí)分復(fù)用、空分復(fù)用、碼分復(fù)用等?，F(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!3.多址與多路復(fù)用的區(qū)別與復(fù)用的情況相反，如果系統(tǒng)提供了一個(gè)公共的信道或鏈路，有多個(gè)用戶需要利用它進(jìn)行信息傳輸，則各個(gè)用戶需要競(jìng)爭(zhēng)此信道資源；對(duì)于系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，需要合理地、動(dòng)態(tài)地分配此信道或鏈路的容量給各個(gè)不同的用戶；這種通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)模式分享信道資源的方式成為多址通信技術(shù)也稱多址接入技術(shù)；與多路復(fù)用類似，多址技術(shù)也可分為頻分多址、時(shí)分多址、空分多址、碼分多址等。現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!頻分復(fù)用系統(tǒng)組成原理圖各路基帶信號(hào)首先通過(guò)低通濾波器(LPF)限制基帶信號(hào)的帶寬，然后，各路信號(hào)分別對(duì)各自的載波進(jìn)行調(diào)制、合成后送入信道傳輸。在接收端，分別采用不同中心頻率的帶通濾波器分離出各路已調(diào)信號(hào)，解調(diào)后恢復(fù)出基帶信號(hào)?，F(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!多路載波電話系統(tǒng)是按照CCITT建議，采用單邊帶調(diào)制頻分復(fù)用方式。北美多路載波電話系統(tǒng)的典型組成如圖。由12路電話復(fù)用為一個(gè)基群(BasicGroup)；5個(gè)基群復(fù)用為一個(gè)超群(SuperGroup)，共60路電話；由10個(gè)超群復(fù)用為一個(gè)主群(MasterGroup)，共600路電話。如果需要傳輸更多路電話，可以將多個(gè)主群進(jìn)行復(fù)用，組成超主群。每路電話信號(hào)的頻帶限制在300～3400Hz，為了在各路已調(diào)信號(hào)間留有保護(hù)間隔，每路電話信號(hào)取4000Hz作為標(biāo)準(zhǔn)帶寬。二、FDM應(yīng)用之1——模擬電話多路復(fù)用系統(tǒng)現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!民用廣播和收音機(jī)發(fā)明于本世紀(jì)初。近百年來(lái)，無(wú)線電廣播與收音機(jī)技術(shù)發(fā)生了翻天覆地的變化。

廣播方式從調(diào)幅(AM)廣播時(shí)代開始，經(jīng)歷了調(diào)頻(FM)廣播、調(diào)頻立體聲(FMSTEREO)廣播、數(shù)字音頻廣播(DAB)等階段。目前，科學(xué)家正研究短波段的數(shù)字廣播(DRM)。

目前：調(diào)幅調(diào)頻調(diào)頻立體聲廣播（FMStereoBroadcasting）廣播電視衛(wèi)星廣播應(yīng)用之2——廣播現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!兩路信號(hào)時(shí)分復(fù)用原理現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!與FDM方式相比，TDM方式主要有以下兩個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)：(1)多路信號(hào)的復(fù)接和分路都是采用數(shù)字處理方式實(shí)現(xiàn)的，通用性和一致性好，比FDM的模擬濾波器分路簡(jiǎn)單、可靠。(2)信道的非線性會(huì)在FDM系統(tǒng)中產(chǎn)生交調(diào)失真和高次諧波，引起路間串話，因此，要求信道的線性特性要好,而TDM系統(tǒng)對(duì)信道的非線性失真要求可降低?，F(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!目前國(guó)際上推薦的PCM基群有兩種標(biāo)準(zhǔn)，即PCM30/32路(A律壓擴(kuò)特性)制式和PCM24路(μ律壓擴(kuò)特性)制式。并規(guī)定，國(guó)際通信時(shí)，以A律壓擴(kuò)特性為標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)也規(guī)定采用PCM30/32路制式。PCM30/32路制式基群幀結(jié)構(gòu)共由32路組成，其中30路用來(lái)傳輸用戶話語(yǔ)，2路用作同步和信令。每路話音信號(hào)抽樣速率fs=8000Hz，故對(duì)應(yīng)的每幀時(shí)間間隔為125μs。一幀共有32個(gè)時(shí)間間隔，稱為時(shí)隙。各個(gè)時(shí)隙從0到31順序編號(hào)，分別記作TS0，TSl，TS2，…，TS31。三、PCM基群幀結(jié)構(gòu)現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!PCM30/32路制式基群幀結(jié)構(gòu)現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!PCM24路制式基群幀結(jié)構(gòu)PCM24路制式基群幀結(jié)構(gòu)由24路組成。每路話音信號(hào)抽樣速率fs=8000Hz，每幀時(shí)間間隔為125μs。一幀共有24個(gè)時(shí)隙。現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!四、PCM高次群

以上討論的PCM30/32路與PCM24路時(shí)分多路數(shù)字電話系統(tǒng)，稱為數(shù)字基群或一次群。如果要傳輸更多路的數(shù)字電話，則需要將若干個(gè)一次群數(shù)字信號(hào)通過(guò)數(shù)字復(fù)接設(shè)備復(fù)合成二次群，二次群復(fù)合成三次群等。我國(guó)和歐洲各國(guó)采用以PCM30/32路制式為基礎(chǔ)的高次群復(fù)合方式，北美和日本采用以PCM24路制式為基礎(chǔ)的高次群復(fù)合方式。

現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!五、時(shí)分復(fù)用速率計(jì)算k為路數(shù)，即時(shí)隙數(shù)；為編碼位數(shù);可理解為幀重復(fù)率；可理解為幀長(zhǎng)。

現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!六、數(shù)字復(fù)接技術(shù)在數(shù)字通信系統(tǒng)中，為了擴(kuò)大傳輸容量，通常將若干個(gè)低等級(jí)的支路比特流匯集成一個(gè)高等級(jí)的比特流在信道中傳輸。這種將若干個(gè)低等級(jí)的支路比特流合成為高等級(jí)比特流的過(guò)程稱為數(shù)字復(fù)接。完成復(fù)接功能的設(shè)備稱為數(shù)字復(fù)接器。在接收端，需要將復(fù)合數(shù)字信號(hào)分離成各支路信號(hào)，該過(guò)程稱為數(shù)字分接，完成分接功能的設(shè)備稱為數(shù)字分接器。由于在時(shí)分多路數(shù)字電話系統(tǒng)中每幀長(zhǎng)度為125μs，因此，傳輸?shù)穆窋?shù)越多，每比特占用的時(shí)間就越少，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難度也就越高。我國(guó)在1995年以前，一般均采用準(zhǔn)同步數(shù)字序列(PDH)的復(fù)用方式。1995年以后，隨著光纖通信網(wǎng)的大量使用，開始采用同步數(shù)字序列(SDH)的復(fù)用方式。原有的PDH數(shù)字傳輸網(wǎng)可逐步納入SDH網(wǎng)?，F(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!時(shí)分復(fù)用器

現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)組成原理現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!復(fù)接幀通常在每個(gè)復(fù)接幀中規(guī)定一個(gè)指定的時(shí)隙，稱為正碼速調(diào)整支路比特。如果該支路碼速不需要調(diào)整，這個(gè)時(shí)隙就照常傳送支路信碼；如果該支路要調(diào)整碼速，這個(gè)時(shí)隙則空閑一次，該時(shí)隙稱為塞入位置SV。該塞入時(shí)隙SV無(wú)論是空閑還是信碼，都必須由發(fā)端傳送信息到收端碼速恢復(fù)電路，才能正確地恢復(fù)原始碼流。為此要在復(fù)接幀中留出指定的時(shí)隙來(lái)傳送碼速調(diào)整的指示信號(hào)。顯然，這種指示信號(hào)是很重要的。它一旦出錯(cuò)，會(huì)導(dǎo)致支路碼流丟失一比特或誤塞入一比特，即出現(xiàn)滑動(dòng)。為此通常采用三位以上的指示碼來(lái)作為塞入標(biāo)志(SZ)。現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!SDH簡(jiǎn)介沒有全世界統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)沒有世界性的標(biāo)準(zhǔn)光接口規(guī)范采用異步復(fù)用，復(fù)用結(jié)構(gòu)缺乏靈活性采用按位復(fù)接，數(shù)字通道設(shè)備利用率低網(wǎng)絡(luò)管理能力不強(qiáng)數(shù)字通道設(shè)備利用率低PDH存在的缺陷現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!SDH則是全球統(tǒng)一的同步數(shù)字復(fù)接系列。為了使現(xiàn)有的準(zhǔn)同步數(shù)字復(fù)接系列與SDH系列銜接，CCITT建議G．707一G．709對(duì)此規(guī)定了復(fù)接結(jié)構(gòu)現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!§

5.4碼分復(fù)用時(shí)分復(fù)用利用了信號(hào)在時(shí)間域的正交性，頻分復(fù)用利用了信號(hào)在頻率域的正交性，碼分復(fù)用不是利用信號(hào)在時(shí)間域和頻率域的正交性，而是利用了信號(hào)空間的正交性，即各路信號(hào)的碼元在時(shí)間域上和頻率域上都是混疊的。在碼分復(fù)用中，若將正交碼作為載波，則合成的多路信號(hào)很容易用計(jì)算。偽隨機(jī)碼的互相關(guān)系數(shù)接近零，可用作準(zhǔn)正交碼的設(shè)計(jì)。偽隨機(jī)序列的構(gòu)造方法有許多種，其中m序列是最重要的一種，且得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!一、m序列的引出及概念

擾碼器實(shí)際上是一個(gè)m序列偽隨機(jī)碼發(fā)生器。m序列是最長(zhǎng)線性反饋邏輯移位寄存器序列的簡(jiǎn)稱。m序列是由帶線性反饋邏輯的移位寄存器產(chǎn)生的序列，并且具有最長(zhǎng)的周期。m序列廣泛應(yīng)用于擴(kuò)頻通信、加密、誤碼測(cè)量?，F(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁(yè)!影響線性反饋邏輯移位寄存器周期的因素改變反饋邏輯DDDD輸出a0a1a2a3a4初始狀態(tài)不變a3a2a1a0=0001周期為6改變初始狀態(tài)a3a2a1a0=1011周期為3現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁(yè)!

2.構(gòu)造m序列發(fā)生器（1）n級(jí)線性反饋邏輯移位寄存器的一般形式an-1輸出Cn=1C0=1an-2an-3a1a0c1c2c3Cn-1其線性反饋邏輯表達(dá)式為圖中ci（i=0,1,2,……n)表示反饋線的連接狀態(tài)，ci=1表示連線接通，表示第n-i級(jí)輸出加入反饋；ci=0表示連線斷開，第n-i級(jí)輸出未參加反饋。移位

現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁(yè)!（3）m序列產(chǎn)生器

當(dāng)特征多項(xiàng)式為本原多項(xiàng)式時(shí)，相應(yīng)的移位寄存器為m序列發(fā)生器。

以n=4為例來(lái)說(shuō)明m序列產(chǎn)生器的構(gòu)成。用4級(jí)線性反饋移位寄存器產(chǎn)生的m序列，其周期為p=24-1=15，其特征多項(xiàng)式f(x)是4次本原多項(xiàng)式，能整除(x15+1)。先將(x15+1)分解因式，使各因式為既約多項(xiàng)式，再尋找f(x)?，F(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁(yè)!本原多項(xiàng)式系數(shù)的八進(jìn)制表示只要找到本原多項(xiàng)式，就能由它構(gòu)成m序列發(fā)生器。為了方便，人們將計(jì)算得到的本原多項(xiàng)式列成表。為了m序列發(fā)生器盡量簡(jiǎn)單，這里只給出了項(xiàng)數(shù)最少的本原多項(xiàng)式。為了簡(jiǎn)便，常用八進(jìn)制數(shù)字記載本原多項(xiàng)式的系數(shù)?，F(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁(yè)!1.均衡特性(平衡性)m序列每一周期中1的個(gè)數(shù)比0的個(gè)數(shù)多1個(gè)。由于周期p=2n-1為奇數(shù)，因而在每一周期中1的個(gè)數(shù)為(p+1)/2=2n-1為偶數(shù)，而0的個(gè)數(shù)為(p-1)/2=2n-1-1為奇數(shù)。前面例中p=15,1的個(gè)數(shù)為8，0的個(gè)數(shù)為7。當(dāng)p足夠大時(shí)，在一個(gè)周期中1與0出現(xiàn)的次數(shù)基本相等。三、m序列的性質(zhì)現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁(yè)!m序列的一個(gè)周期(p=2n-1)中，游程總數(shù)為2n-1。其中長(zhǎng)度為1的游程個(gè)數(shù)占游程總數(shù)的1/2；長(zhǎng)度為2的游程個(gè)數(shù)占游程總數(shù)的1/22=1/4；長(zhǎng)度為3的游程個(gè)數(shù)占游程總數(shù)的1/23=1/8；……一般地，長(zhǎng)度為k的游程個(gè)數(shù)占游程總數(shù)的1/2k=2-k，其中1≤k≤(n-2)。而且，在長(zhǎng)度為k游程中，連1游程與連0游程各占一半，長(zhǎng)為(n-1)的游程是連0游程，長(zhǎng)為n的游程是連1游程。游程特性(續(xù)）現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁(yè)!4.自相關(guān)特性

m序列具有非常重要的自相關(guān)特性。在m序列中，常常用+1代表0，用-1代表1。此時(shí)定義：設(shè)長(zhǎng)為p的m序列，記作經(jīng)過(guò)j次移位后，m序列為其中ai+p=ai(以p為周期)，以上兩序列的對(duì)應(yīng)項(xiàng)相乘然后相加，利用所得的總和現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁(yè)!由移位相加特性可知， 仍是m序列中的元素，所以式分子等于m序列中一個(gè)周期中0的數(shù)目與1的數(shù)目之差。另外由m序列的均衡性可知，在一個(gè)周期中0比1的個(gè)數(shù)少一個(gè)，故得A-D=-1(j為非零整數(shù)時(shí))或p(j為零時(shí))。因此得m序列的自相關(guān)函數(shù)只有兩種取值(1和-1/p)。R(j)是一個(gè)周期函數(shù)，即式中，k=1,2,…,p=(2n-1)為周期。而且R(j)是偶函數(shù)，即j=整數(shù)

自相關(guān)特性(續(xù))現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁(yè)!如果我們對(duì)一個(gè)正態(tài)分布白噪聲取樣，若取樣值為正，記為+1，取樣值為負(fù)，記為-1，將每次取樣所得極性排成序列，可以寫成…+1,-1,+1,+1,+1,-1,-1,+1,-1,…這是一個(gè)隨機(jī)序列，它具有如下基本性質(zhì)：(1)序列中+1和-1出現(xiàn)的概率相等；(2)序列中長(zhǎng)度為1的游程約占1/2，長(zhǎng)度為2的游程約占1/4，長(zhǎng)度為3的游程約占1/8,…一般地，長(zhǎng)度為k的游程約占1/2k，而且+1,-1游程的數(shù)目各占一半；(3)由于白噪聲的功率譜為常數(shù)，因此其自相關(guān)函數(shù)為一沖擊函數(shù)δ(τ)。5.偽噪聲特性現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁(yè)!擴(kuò)展頻譜技術(shù)的理論基礎(chǔ)是山農(nóng)公式。對(duì)于加性白高斯噪聲的連續(xù)信道，其信道容量C與信道傳輸帶寬B及信噪比S/N之間的關(guān)系可以用下式表示這個(gè)公式表明，在保持信息傳輸速率不變的條件下，信噪比和帶寬之間具有互換關(guān)系。就是說(shuō)，可以用擴(kuò)展信號(hào)的頻譜作為代價(jià)，換取用很低信噪比傳送信號(hào)，同樣可以得到很低的差錯(cuò)率。

擴(kuò)頻通信廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信、無(wú)線局域網(wǎng)中。擴(kuò)展頻譜通信(續(xù)）現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁(yè)!(1)直接序列擴(kuò)頻方式（DS)現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁(yè)!跳變時(shí)間擴(kuò)頻(TimeHoppingSpreadSpectrum)又稱為跳時(shí)，該系統(tǒng)是用偽碼序列來(lái)啟閉信號(hào)的發(fā)射時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間。該方式一般和其它方式混合使用。以上3種工作方式是基本的工作方式，最常用的是直擴(kuò)方式和跳頻方式兩種。(3)跳變時(shí)間擴(kuò)頻方式現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁(yè)!2.碼分多址(CDMA)通信

CDMA是一種以擴(kuò)頻技術(shù)為基礎(chǔ)的調(diào)制和多址接入技術(shù)，因其保密性能好,抗干擾能力強(qiáng)而廣泛應(yīng)用于軍事通信領(lǐng)域，并且早在19世紀(jì)40年代就有過(guò)商用的嘗試。直到1993年7月由美國(guó)Qualm公司開發(fā)的CDMA蜂窩體制被采納為北美數(shù)字蜂窩標(biāo)準(zhǔn)，定名為IS-95，CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)才正式走上商業(yè)通信市場(chǎng)。1995年香港建立了世界上個(gè)CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng),而后韓國(guó)、美國(guó)等國(guó)家先后建立了CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng),到2000年底,全球的CDMA用戶已超過(guò)4000萬(wàn)。CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)與FDMA模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)或TDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)相比有更大的系統(tǒng)容量、更高的話音質(zhì)量以及抗干擾能力強(qiáng)、保密性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁(yè)!3.通信加密

現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁(yè)!4.誤碼率的測(cè)量

現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁(yè)!（2）解擾器

an-1輸出序列RCn=1C0=1an-2an-3a1a0c1c2c3Cn-1輸入擾碼序列G現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁(yè)!§

5.4.2其他擴(kuò)頻序列CDMA系統(tǒng)各種性能與擴(kuò)頻序列的特性有密切關(guān)系，直擴(kuò)系統(tǒng)序列的理想特性如下：有尖銳的自相關(guān)性有處處為零的互相關(guān)值碼元平衡有足夠多的正交碼有盡可能多的復(fù)雜度其他擴(kuò)頻序列有M序列、Gold序列等，Gold序列保持了m序列的優(yōu)點(diǎn)，正交碼組數(shù)增加，復(fù)雜度改善現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁(yè)!Gold序列m序列雖然性能優(yōu)良,但同樣長(zhǎng)度的m序列個(gè)數(shù)不多,且序列之間的互相關(guān)性不夠好。R·Gold提出了一種基于m序列的PN碼序列,稱為Gold碼序列。在介紹Gold碼序列發(fā)生器之前,先給出優(yōu)選對(duì)的概念。如果有兩個(gè)m序列,它們的互相關(guān)函數(shù)的絕對(duì)值有界,且滿足以下條件:n為奇數(shù)n為偶數(shù)(不是4的倍數(shù))現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁(yè)!Gold碼發(fā)生器(a)Gold碼發(fā)生器的原理結(jié)構(gòu)圖；(b)5級(jí)m序列優(yōu)選對(duì)構(gòu)成的Gold碼發(fā)生器現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁(yè)!表m序列和Gold序列互相關(guān)性比較現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁(yè)!§

5.5多址技術(shù)多路復(fù)用和多址技術(shù)共同點(diǎn)-通信網(wǎng)絡(luò)資源，提高系統(tǒng)利用率。不同之處：多址技術(shù)（多址接入）通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)來(lái)共享系統(tǒng)資源。與復(fù)用方式類似，多址方式也有FDMA、TDMA、CDMA等。現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁(yè)!TDMATDMA方式是把時(shí)間分割成周期性不交疊的幀，每一幀再分割成若干個(gè)不交疊的時(shí)隙，再根據(jù)一定的時(shí)隙分配原則，使各個(gè)移動(dòng)臺(tái)在每幀內(nèi)按指定的時(shí)隙發(fā)送信號(hào)；在接收端按不同時(shí)隙來(lái)區(qū)分出不同用戶的信息，從而實(shí)現(xiàn)多址通信。由于TDMA采用了話音編碼技術(shù)，再加上移動(dòng)臺(tái)輔助越區(qū)切換技術(shù)、跳頻技術(shù)和分集技術(shù)等手段的運(yùn)用，TDMA數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的容量可以提升至FDMA系統(tǒng)的3倍乃至更高。以GSM系統(tǒng)為例，系統(tǒng)總帶寬W=25MHz，信道寬度B=200kHz，每頻道含8個(gè)時(shí)隙，則信道總數(shù)M=25×8/0.2=1000；小區(qū)半徑為1km，每小區(qū)分3個(gè)扇區(qū)，運(yùn)用了跳頻技術(shù)后的C/I=9dB，共道再用因子q=2.62≈3；每小區(qū)信道數(shù)為1000/3≈333。

現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁(yè)!CDMA容量?jī)H受干擾大小的限制，而TDMA和FDMA則主要受帶寬限制，所以任何可以削弱干擾的因素都會(huì)直接或線性地轉(zhuǎn)換為容量的提高。而話音激活和空間隔離都會(huì)大大地提高CDMA容量。對(duì)于三種接入方式來(lái)說(shuō)，尤以CDMA為最佳選擇，其頻率復(fù)用系數(shù)為1，且頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單，用戶容量較大，據(jù)論證，CDMA的容量是FDMA的10倍，是TDMA的5倍。

現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁(yè)!§5.2頻分復(fù)用及其應(yīng)用實(shí)例一、頻分復(fù)用原理

頻分復(fù)用(FrequencydivisionMultiplexing-FDM)是指按頻率的不同來(lái)復(fù)用多路信號(hào)。在頻分復(fù)用中，信道的帶寬被分成若干個(gè)相互不重疊的頻段，每路信號(hào)占用其中一個(gè)頻段，接收端采用適當(dāng)?shù)膸V波器將多路信號(hào)分開，恢復(fù)出所需要的信號(hào)。

這里給出的頻分復(fù)用與正交頻分復(fù)用（OFDM)含義不同。現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁(yè)!

頻分復(fù)用是利用各路信號(hào)在頻率域不相互重疊來(lái)區(qū)分的。若相鄰信號(hào)之間產(chǎn)生相互干擾，將會(huì)使輸出信號(hào)產(chǎn)生失真。為了防止相鄰信號(hào)之間產(chǎn)生相互干擾，應(yīng)合理選擇載波頻率fc1,fc2,…,fcn，并使各路已調(diào)信號(hào)頻譜之間留有一定的保護(hù)間隔。復(fù)用信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)如圖。

復(fù)用信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)示意圖Ow

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cn現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁(yè)!北美多路載波電話系統(tǒng)的典型組成現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁(yè)!§

5.3時(shí)分復(fù)用(TDM)一、時(shí)分復(fù)用原理時(shí)分復(fù)用(TimedivisionMultiplexing-TDM)是利用各信號(hào)的抽樣值在時(shí)間上不相互重疊來(lái)達(dá)到在同一信道中傳輸多路信號(hào)的一種方法。在FDM系統(tǒng)中，各信號(hào)在頻域上是分開的而在時(shí)域上是混疊在一起的；在TDM系統(tǒng)中，各信號(hào)在時(shí)域上是分開的，而在頻域上是混疊在一起的。時(shí)分復(fù)用的基礎(chǔ)是抽樣定理，在兩個(gè)抽樣值之間留有時(shí)間空隙?，F(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁(yè)!三路模擬信號(hào)的TDM-PCM系統(tǒng)原理圖現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁(yè)!二、時(shí)分復(fù)用（數(shù)字復(fù)接系列）標(biāo)準(zhǔn)群路等級(jí)北美、日本歐洲、中國(guó)信息速率（kbit/s)路數(shù)信息速率（kbit/s)路數(shù)基群154424204830二次群6312968448120三次群32048/44736480/67234368480四次群97723/2741761440/40321392641920STM-1155520STM-4622080STM-162488320STM-649953280現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁(yè)!

幀同步碼組為X0011011，它插入在偶數(shù)幀的TS0時(shí)隙，其中位碼“X”保留作國(guó)際電話間通信用。接收端識(shí)別出幀同步碼組后，即可建立正確的路序。TS16為信令時(shí)隙，插入各話路的信令。在傳送話路信令時(shí)，若將TS16所包含的總比特率集中起來(lái)使用，則稱為共路信令傳送；若將TS16按規(guī)定的時(shí)間順序分配給各個(gè)話路，直接傳送各話路所需的信令，則稱為隨路信令傳送。當(dāng)采用共路信令傳送方式時(shí)，必須將16個(gè)幀構(gòu)成一個(gè)更大的幀，稱為復(fù)幀。復(fù)幀的重復(fù)頻率為500Hz，周期為2ms，復(fù)幀中各幀順次編號(hào)為F0，F(xiàn)1，…，F(xiàn)15。PCM30/32路制式基群幀結(jié)構(gòu)

(續(xù)）現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁(yè)!每比特時(shí)間寬度為信息傳輸速率為：Rb=8000［(30+2)×8］=2.048Mb/s

其中，TS1至TS15和TS17至TS3130個(gè)路時(shí)隙用來(lái)傳送30路電話信號(hào)的8位編碼碼組，TS0分配給幀同步，TS16專用于傳送話路信令。每個(gè)路時(shí)隙包含8位碼，一幀共包含256個(gè)比特。PCM30/32路制式基群幀結(jié)構(gòu)

(續(xù)）每路時(shí)隙時(shí)間寬度為：τl=8τb≈3.91μs現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第53頁(yè)!

各個(gè)時(shí)隙從0到23順序編號(hào)，分別記作TS0，TS1，TS2，…，TS23，這24個(gè)路時(shí)隙用來(lái)傳送24路電話信號(hào)的8位編碼碼組。為了提供幀同步，在TS23路時(shí)隙后插入1比特幀同步位(第193比特)。這樣，每幀時(shí)間間隔125μs，共包含193個(gè)比特。信息傳輸速率為Rb=8000(24×8+1)=1.544Mb/s每比特時(shí)間寬度為τb=≈0.647μs每路時(shí)隙時(shí)間寬度為τl=8τb≈5.18μsPCM24路制式基群幀結(jié)構(gòu)

(續(xù)）現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第54頁(yè)!由30路PCM用戶話復(fù)用成一次群，傳輸速率為2.048Mb/s。由4個(gè)一次群復(fù)接為一個(gè)二次群，包括120路用戶數(shù)字話，傳輸速率為8.448Mb/s。由4個(gè)二次群復(fù)接為一個(gè)三次群，包括480路用戶數(shù)字話，傳輸速率為34.368Mb/s。由4個(gè)三次群復(fù)接為一個(gè)四次群，包括1920路用戶數(shù)字話，傳輸速率為139.264Mb/s。由4個(gè)四次群復(fù)接為一個(gè)五次群，包括7680路用戶數(shù)字話，傳輸速率為565.148Mb/s。ITU-T建議標(biāo)準(zhǔn)與北美標(biāo)準(zhǔn)的每一等級(jí)群路可以用來(lái)傳輸多路數(shù)字電話，可以用來(lái)傳送其他相同速率的數(shù)字信號(hào)，如可視電話、數(shù)字電視等。PCM高次群（續(xù)）現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第55頁(yè)!實(shí)例例1.PCM系統(tǒng)采用時(shí)分復(fù)用方式傳送10路話音信號(hào)，已知話音信號(hào)的最高頻率為fm=5×103Hz，量化級(jí)數(shù)為256級(jí)，采用奈奎斯特速率抽樣，二進(jìn)制編碼。求此多路PCM系統(tǒng)的速率Rb。（800kb/s)例2.計(jì)算中國(guó)PCM基群速率。(2.048Mb/s)例3.計(jì)算日本、北美PCM基群速率。(1.544Mb/s)現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第56頁(yè)!目前國(guó)際有兩大標(biāo)準(zhǔn)PDH（準(zhǔn)同步數(shù)字系列）SDH（同步數(shù)字系列）歐洲與中國(guó)北美與日本用于：四次群和四次群以下用于：四次群以上數(shù)字復(fù)接系列標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第57頁(yè)!實(shí)際中數(shù)字復(fù)接所采用的方法一種方法是將幾個(gè)(例如4個(gè))經(jīng)PCM復(fù)用后的數(shù)字信號(hào)(例如4個(gè)PCM30/32系統(tǒng))再進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，形成更多路的數(shù)字通信系統(tǒng)。顯然，經(jīng)過(guò)數(shù)字復(fù)用后的信號(hào)的數(shù)碼率提高了，但是對(duì)每一個(gè)基群編碼速度沒有提高，實(shí)現(xiàn)起來(lái)容易，目前廣泛采用這種方法提高通信容量。由于數(shù)字復(fù)用是采用數(shù)字復(fù)接的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，又稱數(shù)字復(fù)接技術(shù)。這種方法將設(shè)備的復(fù)雜度集中于一處，成本降低。現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第58頁(yè)!正碼速調(diào)整準(zhǔn)同步復(fù)接輸入支路時(shí)鐘頻率為fl，其輸出時(shí)鐘即同步復(fù)接支路時(shí)鐘的頗率為fm。在正碼速調(diào)整技術(shù)中，輸出頻率fm大于輸入頻率fl。正碼速調(diào)整名稱即來(lái)源于此?，F(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第59頁(yè)!正碼速調(diào)整幀結(jié)構(gòu)現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第60頁(yè)!SDH的幀結(jié)構(gòu)現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第61頁(yè)!同步時(shí)分復(fù)用與異步時(shí)分復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用又分為同步時(shí)分復(fù)用（SynchronousTimedivisionMultiplexing,STDM）和異步時(shí)分復(fù)用(AsysnchronousTimeDivisionMultiplexing,ATDM)，其中同步時(shí)分指發(fā)送端的多臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)一條線路向接收端發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行分時(shí)處理，它們以固定的時(shí)隙進(jìn)行分配，如上面介紹的PCM設(shè)備采用的是時(shí)分多路復(fù)用。異步時(shí)分與同步時(shí)分有所不同，異步時(shí)分復(fù)用技術(shù)又被稱為統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用技術(shù)（StatisticTime-DivisionMultiplexing，STDM），它能動(dòng)態(tài)地按需分配時(shí)隙，以避免每個(gè)時(shí)隙段中出現(xiàn)空閑時(shí)隙。異步時(shí)分在分配時(shí)隙時(shí)是不固定的，而是只給想發(fā)送數(shù)據(jù)的發(fā)送端分配其時(shí)隙段，當(dāng)用戶暫停發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，則不給它分配時(shí)隙。這種方法提高了設(shè)備利用率，但是技術(shù)復(fù)雜性也比較高，所以這種方法主要應(yīng)用于高速遠(yuǎn)程通信過(guò)程中，如異步傳輸模式ATM?，F(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第62頁(yè)!§

5.4.1m序列m序列的引出、概念m序列的產(chǎn)生

m序列的性質(zhì)m序列的應(yīng)用現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第63頁(yè)!二、m序列的產(chǎn)生1.影響線性反饋邏輯移位寄存器周期的因素

DDDD輸出a0a1a2a3a4觀察四級(jí)移位寄存器的周期移位脈沖節(jié)拍第四級(jí)a0第三級(jí)a1第二級(jí)a2級(jí)a3反饋值a4=a0a1012345678910111213141510001001101011110001001101011110001001101011110001001101011110001001101011110000初始狀態(tài)為a3a2a1a0=0001末級(jí)輸出為000100110101111000，周期為15現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第64頁(yè)!總結(jié)影響線性反饋邏輯移位寄存器周期的因素:移位寄存器級(jí)數(shù)反饋邏輯接法初始狀態(tài)最長(zhǎng)線性反饋邏輯移位寄存器周期的影響因素移位寄存器級(jí)數(shù)反饋邏輯接法DDDD輸出a0a1a2a3a4此四級(jí)移位寄存器的周期也為15思考:對(duì)于給定級(jí)數(shù)的移位寄存器,如何構(gòu)造反饋邏輯以得到m序列輸出?現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第65頁(yè)!（2）線性反饋移位寄存器的特征多項(xiàng)式

若一個(gè)n次多項(xiàng)式f(x)滿足下列條件(1)f(x)為既約多項(xiàng)式(即不能分解因式的多項(xiàng)式)；(2)f(x)可整除(xp+1),p=2n-1;(3)f(x)除不盡(xq+1),q<p。則稱f(x)為本原多項(xiàng)式。用多項(xiàng)式f(x)來(lái)描述線性反饋移位寄存器的反饋連接狀態(tài)：現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第66頁(yè)!m序列產(chǎn)生器

其中x4+x+1和x4+x3+1都是本原多項(xiàng)式，分別對(duì)應(yīng)m序列產(chǎn)生器4級(jí)m序列產(chǎn)生器（a)x4+x3+1(b)x4+x+1DDDD輸出a0a1a2a3a4（a)DDDD輸出a0a1a2a3a4(b)現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第67頁(yè)!部分本原多項(xiàng)式八進(jìn)制系數(shù)n本原多項(xiàng)式系數(shù)的八進(jìn)制表示代數(shù)式2345678910111213141516171819207132345103211435102120114005101232003342103100003210013400011100020120000474000011x2+x+1X3+x+1X4+x+1X5+x2+1X6+x+1X7+x3+1X8+x4+x3+x2+1X9+x4+1X10+x3+1X11+x2+1X12+x6+x4+x+1X13+x4+x3+x+1X14+x10+x6+x+1X15+x+1X16+x12+x3+x+1X17+x3+1X18+x7+1X19+x5+x2+x+1X20+x3+1現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第68頁(yè)!我們把一個(gè)序列中取值(1或0)相同連在一起的元素合稱為一個(gè)游程。在一個(gè)游程中元素的個(gè)數(shù)稱為游程長(zhǎng)度。例如給出的m序列000100110101111在其一個(gè)周期的15個(gè)元素中，共有8個(gè)游程，其中長(zhǎng)度為4的游程一個(gè)，即1111;長(zhǎng)度為3的游程1個(gè)，即000；長(zhǎng)度為2的游程2個(gè)，即11與00；長(zhǎng)度為1的游程4個(gè)，即2個(gè)1與2個(gè)0。2.游程特性(游程分布的隨機(jī)性)現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第69頁(yè)!

3.移位相加特性(線性疊加性)

m序列和它的位移序列模二相加后所得序列仍是該m序列的某個(gè)位移序列。設(shè)mr是周期為p的m序列mp

r次延遲移位后的序列，那么其中ms為mp某次延遲移位后的序列。例如，mp=000100110101111mp延遲兩位后得mr,再模二相加mr=110001001101011ms=mp+mr=110101111000100可見，ms=mp+mr為mp延遲9位后的序列?，F(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第70頁(yè)!來(lái)衡量一個(gè)m序列與它的j次移位序列之間的相關(guān)程度，并把它叫做m序列(a1,a2,a3,…,ap)的自相關(guān)函數(shù)。記作當(dāng)采用二進(jìn)制數(shù)字0和1代表碼元的可能取值時(shí)自相關(guān)特性(續(xù))現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第71頁(yè)!m序列的自相關(guān)函數(shù)

若p很大，類似于白噪聲?，F(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第72頁(yè)!

四、m序列的應(yīng)用

1.擴(kuò)展頻譜通信擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第73頁(yè)!

擴(kuò)頻系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：(1)具有選擇地址能力；(2)信號(hào)的功率譜密度很低，有利于信號(hào)的隱蔽；(3)有利于加密，防止竊聽；(4)抗干擾性強(qiáng)；(5)抗衰落能力強(qiáng)；(6)可以進(jìn)行高分辨率的測(cè)距。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的工作方式有：直接序列擴(kuò)頻、跳變頻率擴(kuò)頻、跳變時(shí)間擴(kuò)頻和混合式擴(kuò)頻。擴(kuò)展頻譜通信(續(xù)）現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第74頁(yè)!(2)跳變頻率擴(kuò)頻方式(FH-FrequencyHopping)現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第75頁(yè)!在實(shí)際系統(tǒng)中，僅僅采用單一工作方式不能達(dá)到所希望的性能時(shí)，往往采用兩種或兩種以上工作方式的混合式擴(kuò)頻。如FH/DS,DS/TH,FH/TH等。(4)混合式擴(kuò)頻方式現(xiàn)代通信理論第五章共87頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第76頁(yè)!隨機(jī)多址CDMA通信系統(tǒng)同時(shí)工作的用戶各自使用不同的擴(kuò)頻編碼PKi現(xiàn)代通信理論第