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2012年通信中级(传输与接入)习题综述题.doc 2页
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2012年通信中级(传输与接入)习题综述题.doc
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六、综述题
1．对基带信号进行调制的目的是什么，有什么作用? 答：①调制是为了有效辐射。调制把基带信号的频谱搬移到载频附近，以适应信道频带要求，使信号特性与信道特性相匹配，便于发送和接收。如无线传输时必须将基带信号调制到高频载波上，才能将电磁能量有效地向空间辐射(基带信号的低频分量丰富，如果直接传送信号损耗太大)；而天线能有效发射电磁波的另一条件是所发射的信号波长与天线的尺寸相比拟。载波的频率较高(波长较短)，发射天线易于制作。②实现信道的复用。信道复用是在一个信道中同时实现传输多路信号，以提高信道的利用率。如若干个广播电台同时工作时，由于不同电台的基带信号频谱所占据的频带大致相同，若不进行不同载波的调制，广播电台就无法同时工作。载波调制时，只要把各个基带信号分别调制到不同的频带上，然后将它们一起送入信道传输即可。这种在频域上实现的多路复用称为频分复用(FDM)。③提高系统的抗干扰性能。通信中难免受噪声和干扰的影响，通过选择适当的调制方式可以减少它们的影响，不同的调制方式具有不同的抗噪声性能。例如，通过调制使已调信号的传输带宽变宽，用增加带宽的方法换取噪声影响的减少，这是通信系统设计中常采用的一种方法。FM信号的传输带宽比调幅(AM)的宽得多，因此FM系统抗噪声性能要优于．AM系统的抗噪声性能。
2．扩频技术的优点是什么?答：(1)具有低截获概率(Low Probabil埘of Intercept，LPI)特性。当扩频系统的信号频谱带宽远大于所传信息带宽时，相对常规系统而言，扩频信号占据了更大的带宽，因此在发射功率相同的情况下，扩频信号的功率谱密度要远远小于常规系统发射信号的功率谱密度。而在接收端，扩频系统甚至可以在信号完全淹没在噪声的情况下工作。此时，在不了解扩频信号有关参数的情况下，侦察接收机难以对扩频信号进行监视、截获，更难以对其进行测向。因此，扩频信号具有天然的低截获概率特性。(2)抗干扰能力强。扩频技术发展的一个最初的目的就是增强系统对干扰的抗拒能力。扩频系统通过接收端的解扩处理，使解扩后的干扰功率被大大压制，而扩频信号本身在解扩前后的功率可以近似保持不变。因此，扩频技术的采用提高了接收机信息恢复时信号的信干比，相当于提高了系统的抗干扰能力。(3)具有高时间分辨率。
由于扩频系统的信号带宽宽，因此，在接收端对接收信号进行相关处理时，其时间分辨率较窄带系统要高得多。这样，扩频技术非常适合在雷达、导航定位、制导及高精度授时等领域应用，用以提高雷达的距离分辨率、导航定位和制导的精度。(4)具有信息保密性。当扩频系统采用的伪随机序列周期很长，且复杂度较高时，敌方难以识别扩频信号的有关参数，信息不易被破译和截获，所以说扩频技术具有天然的保密特性。(5)具有码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA．)能力。当不同的扩频系统用户采用互相关特性较好的伪随机序列作为扩频序列时，这些系统可以在同一时刻、同一地域内工作在同一频段上，而相互造成的影响(事实上是干扰)可以很小，这就是扩频系统的码分多址。
衡量天线性能的参数主要有哪些？答：天线增益：是指天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力，越大越好。天线极化：指天线辐射时形成的电场强度方向，极化方式有三种：水平极化、垂直极化和圆极化。
天线带宽：天线是有一定带宽的，这意味着虽然谐振频率是一个频率点，但是在这个频率点附近一定范围内，这付天线的性能都是差不多，这个范围就是带宽。天线阻抗：天线可以看做是一个谐振回路，谐振回路的阻抗即为天线阻抗。波瓣宽度：在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低3 dB(功率密度降低一半)的两点间的夹角定义为波瓣宽度(又称波束宽度或主瓣宽度或半功率角)。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。
天线倾角：是指电波的倾角，而并不是天线振子本身机械上的倾角。天线倾角反映了天线接收哪个高度角来的电波最强。驻波比：天线驻波比(VSWR)是表示天馈线与基站匹配程度的指标，驻波比是越小越好。
1．移动通信有哪些主要特点? 答：移动通信由于通信双方或一方处于运动状态，位置在不断变化，因此与固定通信相比它具有以下特点：①移动通信利用无线电波进行信息传输，其电波传播环境复杂，传播条件十分恶劣，特别是陆上移动通信。电波传播过程中存在着多径传播引起的多径衰落和由于地形地物的阻挡引起的阴影衰落，严重影响通信质量。②干扰问题比较严重。除一些常见的外部干扰，移动通信系统本身和不同系统之间，还会产生这样或那样的干扰，如互调干扰、邻道干扰、同频道干扰、多址干扰等。③移动通信可利用的频谱资源非常有限，而移动通信业务量的需求却与日俱增。提高频率利用率、增加系统的通信容量一直是人们研究的重要课题。④移动通信系统的网络结构多种
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基于多址接入技术的水声通信网的研究与设计 ...
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基于多址接入技术的水声通信网的研究与设计
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多址接入CSMA协议仿真
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OFDM几种多址接入技术的分析
摘要：OFDM(正交频分复用)和多址技术的结合能够允许多个用户同时共享有限的无线频谱，从而获得较高的系统容量。首先介绍了正交频分多址技术中的OFDM-FDMA和OFDM-TDMA多址接入方案，然后又重点讨论了OFDM和CDMA的3种结合方案，包括系统设计、系统性能分析以及系统参数指标，最后提出了未来的研究方向。
关键词：OFDM；多址接入技术；符号间干扰；载波间干扰
通信技术的研究目标是实现各种业务信号高效率、高速率的可靠通信。OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)技术因将整个信道带宽划分成若干个子信道，每一子信道用子载波调制时，允许相邻子载波之间有很大程度的重叠，频谱利用率高；OFDM技术通过串并转换过程将高速传输的数据变为较低速率的传输，从而使传输信道具有平衰落特性，可有效地克服信道频率选择性的影响，减少ISI对系统性能的影响；OFDM实现调制与解调不同于传统的调制方式，而是通过FFT的正、逆变换实现的，系统实现的复杂度不高。
在无线通信系统中，多址方式允许多个移动用户同时共享有限的频谱资源。频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)是无线通信系统中共享有效带宽的三种主要接入技术。OFDM和多址技术的结合能够允许多个用户同时共享有限的无线频谱，从而获得较高的系统容量。在这些多址技术中，CDMA以其诸多的优点，并可提供比FDMA和TDMA更高的系统容量，成为第三代移动通信系统标准中采用的多址接入方式，因此CDMA和OFDM结合的方案成为当前研究的热点问题之一。多载波CDMA不仅可以满足多用户共享频率资源，而且同时可以减少码间干扰，提高系统性能。
OFDM-FDMA多址接入方案将传输带宽划分成正交的子载波集，通过将不同的子载波集分配给不同的用户，可用带宽资源可灵活的在不同移动终端之间共享，从而避免了不同用户间的多址干扰，如图1，图2所示。每个用户经历不同无线信道的干扰，可以通过只将具有高信躁比的子载波分配给每个用户来实现。这是一种以频率来区分用户的多址接入方式。
设系统共有M个用户，每个用户使用N个子载波，则系统中共有M&N个子载波。对于第m(m=1，2，&，M)个用户来说，该用户的输入数据先进行信道编码，速率匹配，交织，然后将交织后的比特流进行符号映射，生产的复数符号调制到N个子载波上。理论上来说，任意N个子载波没有分配给其他M-1个用户，就可以将这N个子载波分配给该用户。但是考虑到子载波之间的相关性，我们通常选用一种等间隔的子载波分配方案。我们首先选取N个间隔最大(间隔为M)的子载波，并将它们分配给用户一；然后将这N个等间隔的子载波在频域中移位1个子载波，将它们分配给用户二&&将这N个等间隔的子载波在频域中移位m(m=1，2，&，M-1)个子载波，移位后形成的新的子载波集分配给第m+1个用户。这样分配给这M个用户的子载波集中，子载波之间具有最大的不相关性，可以抑制多址干扰，而且信令的开销最小。在系统的时间同步和载波同步都十分理想的情况下，接收到的信号可以没有ISI(Inter-SymbolInterference符号间干扰)和ICI(Inter-CarrierInterference载波间干扰)。
OFDM-TDMA多址接入方案在一段时间内将全部带宽资源分配给一个用户，即在一个TDMA帧的几个时隙内，所有子载波为某个用户独占。这是一种以时间来区分用户的多址接入方式。在TDMA帧结构中，一个TDMA无线帧由若干个子帧构成，而一个子帧又由若干个时隙组成，OFDM符号在时隙中传输。在OFDM-TDMA传输系统中，采用TDD模式，可以根据业务的需要灵活的调整上行和下行链路间的转换点，这样使双向业务成为了可能。对于非对称的无线多媒体通信，这是一种实现具有灵活资源管理的高速数据传输的方案之一。当用户的上行链路数据大于下行链路数据时，可以调整子帧中的转换点，使用户可以使用的时隙数增多，分配给该用户的OFDM符号数相应增加，满足用户高数据速率的需要；当用户的上行链路数据较少，请求低的数据速率时，调整子帧中的转换点，减少用户使用的时隙数，分配给该用户的OFDM符号数相应减少。正是由于这种分配给用户的OFDM符号数可变，使OFDM-TDMA方案可支持具有不同数据速率的多种业务。
不同多址接入算法的复杂度高度依赖于每个系统采用的自适应方式。对于OFDM-TDMA系统而言，由于低信躁比的子载波被滤除或是使用了自适应调制P编码技术，这样就需要传送额外的信息，这样虽然可以改善性能，但是也增加了信令开销。
码分多址技术(CDMA，CodeDiversionMultipleAccess)是3G的主流技术。窄带信号通过与扩频信号相乘而扩展成宽带信号，使用的扩频信号可以是伪随机码序列。用户共享相同的频谱资源，而不会产生明显的干扰，提高了频谱效率。扩频技术不但可以将某一特定的扩频信号从其它信号中恢复出来，而且还能有效对抗窄带干扰和多径干扰。
OFDM适合高速数据传送，它把数据流分成若干个子数据流，再把这些子数据流分别调制到若干个相互正交的子载波上。子载波上较低的数据速率实际上意味着每个子载波信道具有平衰落特性，可有效地克服信道频率选择性地影响，从而减少由于ISI所带来的系统性能损失。子载波的正交性使得信道干扰的影响被减小为每个子载波上乘一个复传输因子，这样信号的均衡就变的非常简单。但是，如果子载波处于深衰落时，如果不采用纠错编码，会产生很高的误码率。
OFDM技术和CDMA技术各有利弊，因此二者的结合可以取长补短，达到更好的通信传输效果，必然在下一代无线移动通信系统中扮演越来越重要的角色。自从1985年Cimini提出基于OFDM的蜂窝移动系统以来，出现了诸多OFDM技术与CDMA技术的结合方案，N.Yee，J-P.Linnartz，G.Fettweis提出了MC-CDMA系统；K.Fazel，L.Papke等人提出了MC-DS-CDMA系统；L.Vandendorpe提出了MT-CDMA系统。
MC-CDMA(MulticarrierCDMA)系统是一种在频域扩频的方式。所谓频域扩频，即原始数据流的每个符号与扩频码各个码片相对应的各小部分相乘后沿不同的子载波进行传输，也就是说，若扩频码的长度为N，那么对应的这N个子载波传输的是相同的信息数据。一般来说，不可能所有的子载波都同时处于深衰落中，因此MC-CDMA可以达到频率分集的效果，如图3所示。
在多载波系统中，原始输入的数据速率很高，假设扩频码的长度为G，用户输入的数据序列首先串并变换成NPG路，bk(n)表示第k路的信息比特(k=1，2，&，N/G)。每路的输入进入对应的复制器复制为G路相同的数据，然后这G路相同的数据与长度为G的扩频码相乘完成频域扩频。之后再将扩频后的数据调制到不同的子载波上发送出去。每路的子载波数为G个，共有NPG路，所以子载波总数为N个。这N路数据进行IFFT变换和并串变换，插入保护间隔(保护间隔要大于信道最大时延扩展)后形成发射信号，经过形成滤波器后由射频单元发射出去。
在MC-CDMA系统中，一般采用沃什(WH，HadamardWalsh)码来作为其频域扩频码，这种码具有很好的互相关性，码组内所有的码序列是相互正交的。不过也有用其它码的，比如可以用傅立叶编码矩阵作为扩频码矩阵，发射的扩频与IFFT两者相互抵消，产生了一个进行分组处理的纯单载波系统。在接收端，接收信号先要去保护间隔，串并变换(变成NPG路)，FFT变换，之后还应进行信道估计得到信道信息。对于第k路接收信号rk(t)，k=1，2，&，N/G，进入对应的复制器复制为G路相同的数据，然后这G路相同的数据与长度为G的增益因子w(G)相乘完成信道均衡和信号解扩，再经过滤波器后合并输出，最后经过并串变换得到原始信息数据。在MC-CDMA系统中，接收信号相当于在频域进行合并，这样频率分集性能就很好。有4种最基本的合并技术：恢复正交性合并(ORC，OrthogonalityRestoringCombing)、等增益合并(EGC，EqualGainCombining)、最大比合并(MRC，MaximumRatioCombining)和最小均方差合并(MMSEC，MinimumMeanSquareErrorCombining)。
由于引入了CDMA技术，MC-CDMA也是一种干扰受限系统，特别是在多用户的情况下，扩频码引入的多址干扰对误码率的影响远大于高斯噪声的影响，所以在遭受到严重的多址干扰的时候，同样要考虑多用户检测技术。常用的多用户检测技术有：最大似然检测技术(MLMUD)、迭代检测算法和基于解相关与MMSE的自适应干扰估计和消除(DICMMSEIC)。
MC-DS&CDMA
MC-DS-CDMA(MulticarrierDirectSequenceCDMA)系统是一种在时域扩频的方式。用户数据首先经过串并变换成N路并行输出，然后并行的每路数据由相同的短扩频码扩频，最后这N路数据再进行OFDM调制。扩频后的信号带宽被限制在一个子带中，一般应选取较短的扩频序列。MC-DS-CDMA有助于建立同步信道，因此适用于上行通信链路，如图4所示。
在发射端，用户数据经过串并变换变成N路并行的数据，然后并行的每路数据与相同的短扩频码序列ck相乘完成时域扩频，之后再将扩频后的数据调制到不同的子载波上发送出去。这N路数据进行IFFT变换和并串变换，插入保护间隔后形成发射信号，经过形成滤波器后由射频单元发射出去。
在接收端，接收信号先要去保护间隔，串并变换，FFT变换，然后通过信道估计得到信道信息并对接收到的数据进行均衡。这时每路数据与已知的相同短扩频码序列ck相乘完成信号解扩，再经过滤波器后输出，最后经过并串变换得到原始信息数据。由于每路数据只分配到单个子信道上发射，MC-DS-CDMA不能获得频率分集增益，故接收端使用常规的相干接收机即可。
MT-CDMA(MultitoneCDMA)系统也是一种在时域扩频的方式。在该方法中，各子载波在进行扩频操作之前具有满足正交性条件的最小频率间隔，也就是说各路子数据流在未扩频前调制到不同的子载波所得到的已调子载波彼此正交，但是经过扩频后它们的频谱不再满足正交条件。它与MC-DS-CDMA的发射机方法基本类似。不同之处在于，扩频序列的码片持续期与子载波的频率间隔不再满足互为倒数的关系，如图5所示。
接收机处理方法也不同，MT-CDMA的扩频码长度远大于常规的DS-CDMA(DirectSequenceCD-MA)，这样它具有更大的扩频处理增益，能够容纳更多的用户。但是，由于子载波的频谱重叠程度非常高，从而不可避免的存在较严重的子载波间干扰。当大的扩频处理增益所带来的多址干扰和自干扰的减小不能抵消子载波间干扰时，系统性能将急剧变坏。
系统参数指标比较
参数比较如表1所示。
OFDM技术与多种多址技术的结合，特别是与CDMA技术的结合，能够避免窄带衰落，提高频谱利用率和抗多径衰落的能力。在高码率的情况下，OFDM-CDMA系统比单纯的OFDM系统性能要好。然而，接收端的均衡和解扩导致了噪声放大，此时可以采用更复杂的检测方法，如迭代解扩和译码，OFDM-CDMA系统的性能可以得到更好的改善。OFDM-CDMA系统的主要缺点是它要求相干检测，所以信道估计和均衡是不可少的。鉴于此，多载波CDMA系统的多用户检测问题和多载波CDMA系统的信道估计和均衡问题将是未来研究的重点。
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