【導(dǎo)讀】所認(rèn)為的理想值。第一眼看運算放大器的性能指標(biāo)表，感覺好像列出了大量的數(shù)值，有些是陌生的。單位，有些是相關(guān)的，經(jīng)常使那些對運放不熟悉的人感到迷惑。要的時間有系統(tǒng)的按照列出的次序閱讀并理解每一個定義。如果沒有對每一項性能指標(biāo)有一個真正。的評價，設(shè)計人員必將失敗。目標(biāo)是能夠依據(jù)公布的數(shù)據(jù)設(shè)計電路，并確認(rèn)構(gòu)建的樣機(jī)將具有預(yù)計。太容易忽視具體的性能參數(shù)了，而這些參數(shù)可極大地削弱預(yù)期性能。選擇一個普通的帶有內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)牡蛢r運放，它在閉環(huán)增益為。10時具有所要求的帶寬，并且看起來滿足了價格要求。器件連接后，發(fā)現(xiàn)有正確地增益。設(shè)計人員忽視了最大輸出電壓變化范圍是受頻率嚴(yán)格限制的，而且最大低頻輸出變化范圍大約。問題經(jīng)常發(fā)生在那些缺乏經(jīng)驗的設(shè)計人員身上。性，經(jīng)濟(jì)性之間取得折中。狀態(tài)，所以這種數(shù)據(jù)寄存器稱為是同步器件。數(shù)器在計數(shù)范圍內(nèi)對于每一個數(shù)字需要一個觸發(fā)器。觸發(fā)器依次相連，使

　　

【正文】 ）是無線系統(tǒng)中由眾多用戶共享可用帶寬的三種主要方法。這些方法又有許多擴(kuò)展和混合技術(shù)，例如正交頻分復(fù)用（ OFDM），以及混合時分和頻分 多址 系統(tǒng)。不過要了解任何擴(kuò)展技術(shù)首先要求對三種主要方法的理解。 頻分 多址 在 FDMA中，可用帶寬被分為 許 多個較窄的頻帶。每一用戶被分配一個獨特的頻帶用于發(fā)送和接收。 在一次通話中其他用戶不能使用同一頻帶。每個用戶分配到一個由基站到移動電話的前向信道以及一個返回基站的反向信道，每個信道都是一個單向連接。在每個信道中 傳輸 信號是連續(xù)的，以便進(jìn)行模擬通信。 FDMA信道的帶寬一般較?。?30kHz），每個信道只支持一個用戶。 FDMA作為大多數(shù)多信道系統(tǒng)的一部分用于初步分割分配到的寬頻帶。將可用帶寬分配給幾個信道的情況見圖 19 和圖 。 時分 多址 TDMA將可用頻譜分成多個時隙 ，通過分配給每一個用戶一個時隙以便在其中發(fā)送或接收 。圖 顯示如何以一種循環(huán)復(fù)用的方式把時隙分配給用戶 ，每個用戶每幀分得一個時隙。 TDMA以緩沖和爆發(fā)方式發(fā)送數(shù)據(jù)。因此每個信道的發(fā)射是不連續(xù)的。待發(fā)送的輸入數(shù)據(jù)在前一幀期間被緩存，在分配給該信道的時隙中以較高速率爆發(fā)式發(fā)送出去。 TDMA不能直接傳送模擬信號因為它需要使用緩沖，因而只能用于傳輸數(shù)字形式的數(shù)據(jù)。由于通常發(fā) 送速 率很高， TDMA會受到多徑效應(yīng)的影響。這導(dǎo)致多徑信號引起碼間干擾。 TDMA一般與 FDMA結(jié)合使用，將可用的全部帶寬劃分為若干信 道。這是為了減少每個信道上的用戶數(shù)以便使用較低的數(shù)據(jù)速率。這 有助于降低延遲擴(kuò) 展 對傳輸?shù)挠绊?。圖 顯示 TDMA結(jié)合FDMA 的使用。將基于 FDMA 的各信道進(jìn)一步用 TDMA 劃分，從而多個用戶可以在同一信道上發(fā)送信號。這一類傳輸技術(shù)用于大多數(shù)第二代移動通信系統(tǒng)。對于 GSM 系統(tǒng)，分配的全部 25MHz 帶寬被用 FDMA分成 125個信道，每一個帶寬為 200kHz。這些信道又用 TDMA進(jìn)一步分割，每一個200kHz 的信道可容納 8～ 16 個用戶。 碼分 多址 CDMA 是一種擴(kuò)頻技術(shù)，既不使用頻率信道也不使用時隙。在 CDMA 中，窄帶的消息（典型的是數(shù)字話音）被乘以一個寬帶的偽隨機(jī)噪聲（ PN 碼）信號。一個 CDMA 系統(tǒng)中的所有用戶使用同一頻帶 而且同時發(fā)送。 發(fā)射的信號通過將接收信號與發(fā)送者用的 PN碼做相關(guān)而恢復(fù)出來 。圖 顯示 CDMA系統(tǒng)中頻譜的通常使用方式。 CDMA技術(shù)最初是在第二次世界大戰(zhàn)中 由 軍 方 開發(fā)的。當(dāng)時研究人員受到激勵以尋求安全和能夠在干擾中正常工作的通信方式。使 CDMA有用的一些特性包括： — 信號隱藏，而且不干擾現(xiàn)有系統(tǒng) — 抗敵方干擾和噪聲干擾 — 信息安全 — 精確測距 — 多用戶 接入 — 對多徑的適應(yīng)性 多年以來，擴(kuò)頻技術(shù)一直被認(rèn)為是只適合于軍用。但是隨著大規(guī)模集成電路（ LSI）和超大規(guī)模集成電路（ VLSI）設(shè)計的快速發(fā)展，商用系統(tǒng)也開始使用了。 CDMA 處理增益 要理解擴(kuò)頻技術(shù)最重要的概念之一就是處理增益。系統(tǒng)處理增益是指擴(kuò)頻系統(tǒng)通過擴(kuò)頻和反擴(kuò)頻的性質(zhì)所表現(xiàn)出來的增益或信噪比的提高。系統(tǒng)處理增益等于使用的擴(kuò)頻帶寬與數(shù)據(jù)原來的比特率之比。因此處理增益可寫為： nfoRFip BWBWG ? 其中 BWRF 是數(shù)據(jù)擴(kuò)展以后的發(fā)射帶寬， BWinfo 是所發(fā)送信息數(shù)據(jù)的帶寬。 20 圖 給出 CDMA傳輸過程。待發(fā)送的數(shù)據(jù)（ a）在發(fā)送前 （ 被 ） 用一個 PN碼調(diào)制實現(xiàn)擴(kuò)頻。這使頻譜擴(kuò)展，如（ b）所示。在本例中處理增益為 125因為擴(kuò)頻帶寬是數(shù)據(jù)帶寬的 125 倍。（ c）是接收信號。它包括要求的信號 ，附加的 背景噪聲，以及其 它 CDMA用戶或無線電信號源的干擾。接收信號通過將信號與原來用于擴(kuò)頻的碼進(jìn)行相 乘 而恢復(fù)出來。這一過程使需要的 接收 信號反擴(kuò)頻恢復(fù)成原來的發(fā)射數(shù)據(jù)。然而，所有與所用 PN 碼不相關(guān)的其 它 信號變得更加擴(kuò)展。然后（ d）中的所需信號被濾 波出來，而 去掉擴(kuò)頻干擾和噪聲信號。 CDMA 信號發(fā)生 CDMA通過用偽隨機(jī)序列（ PN 碼）調(diào)制 數(shù)據(jù)信號來 實現(xiàn)， PN碼的碼片頻率高于數(shù)據(jù)的比特率。PN序列是一系列隨機(jī)交替的 1 和 0（稱為碼片）。數(shù)據(jù)通過與 PN 碼 序列做模 2加法被調(diào)制 。也可以通過 信號相乘得到，只要數(shù)據(jù)和 PN 序列都用 1和 ?1 表示而不是 1 和 0。圖 CDMA發(fā)射器。 用于數(shù)據(jù)擴(kuò)頻的 PN碼可由兩種主要類型。短的 PN 碼（典型長度 10～ 128 碼片）可用于調(diào)制每一個數(shù)據(jù)比特。短的 PN碼對每一比特數(shù)據(jù)重復(fù)使用，可實現(xiàn)接收機(jī)的 快速和簡單的同步。圖 顯示一個使用 10 個碼片的短碼 CDMA 信號的產(chǎn)生 。另外也可以使用長碼。長碼的程度通常有幾千乃至幾百萬碼片，因此不經(jīng)常重復(fù)。因此他們更難以解碼，所以有益于增加安全性。 CDMA 前向連接 編碼 CDMA系統(tǒng)中從基站到移動電話的前向 連接 可以使用稱為 Walsh 碼的特殊正交碼來將同一信道的多用戶分開。這些碼基于 Walsh 矩陣，它是由二 進(jìn)制 元素構(gòu)成的方陣，其階數(shù)是 2 的冪，由一個基 Walsh(1)=W1=0 和下式生成： ??????? nn nnn WW WWW2 其中 Wn 是 n 階 Walsh 矩陣。例如 ??????? 10 002W ?????????????01101100101000004W Walsh 碼是正交的，就是說任何兩行間的點積都是 0。這是因為任何兩行之間都有一半的比特相同，另一半不同。 Walsh 矩陣的每一行都可用作 CDMA 系統(tǒng) 中一個用戶的 PN 碼。這一處理過程使每一用戶的信號與所有其它 用戶的信號正交，因而相互之間沒有干擾。不過為了使 Walsh 碼能起作用，所有用戶的碼片都必須同步。如果一個用戶使用的 Walsh 碼在時間上相對于其它 所有 Walsh 碼 偏移 了超過約十分之一的碼片周期，就失去了正交性，導(dǎo)致用戶間干擾。對于前向 連接 所有用戶的信號源自基站，因此它們很容易同步。 CDMA 反向 連接 編碼 21 反向連接不同于前向連接，因為從各用戶發(fā)出的信號并不像前向連接 那樣由同一個源產(chǎn)生。由于傳播延遲和同步誤差，不同用戶發(fā)射的信號在不同時刻到達(dá)。由于用戶之間 不可避免的定時偏差，Walsh 碼幾乎沒用，因為它們之間不再正交。由于這一原因，用不相關(guān)而又不正交的偽隨機(jī)序列作為各用戶的 PN碼。 由于調(diào)制方法的不同，前向和反向 連接 的容量是不同的。反向 連接 是非正交的，導(dǎo)致用戶間的嚴(yán)重干擾。由于這一原因，反向信道限制了系統(tǒng)的容量。 Unit 52 第二部分 : 正交頻分復(fù)用 正交頻分復(fù)用（ OFDM） —— 從本質(zhì)上來說和編碼的 OFDM（ COFDM）是一樣的 —— 是一種數(shù)字多載波調(diào)制方案，它使用大量的相隔很接近的正交子載波。 每個子載波都用傳統(tǒng)的調(diào)制方案以一個低的符號率進(jìn)行調(diào)制（如正交 幅度調(diào)制），保持在同一帶寬內(nèi)其數(shù)據(jù)率和傳統(tǒng)單載波調(diào)制方案相同。 在實際應(yīng)用中， OFDM 信號通過快速傅里葉變換算法產(chǎn)生。 OFDM已經(jīng)成為具有廣泛應(yīng)用的寬帶數(shù)字通信系統(tǒng)中的受歡迎的方案。 OFDM 與單載波方案相比的主要優(yōu)點是不需要復(fù)雜的均衡濾波器就能應(yīng)對嚴(yán)重的信道問題，如：在長銅線中的高頻衰減，窄帶干擾以及由于多路徑而引起的頻率選擇性衰落。信道均衡被簡化了，因為 OFDM可以看成是使用許多慢調(diào)制的窄帶信號而不是一個快速調(diào)制的寬帶信號。慢的符號率使得符號間可引入保護(hù)間隔，使之能處理時間擴(kuò)展和消除符號（碼）間干擾（ ISI）。 OFDM 一個主要的缺點是高峰值平均功率比，這就需要更昂貴的發(fā)射機(jī)電路，而且還有可能降低功率效率。此外，它還對多普勒頻移以及頻率同步問題很敏感。 正交性 在 OFDM中，選擇彼此正交的子載波頻率，這就意味著子信道之間的串?dāng)_被消除了，而且不需要載波之間的保護(hù)頻帶。這就大大簡化了發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的設(shè)計。與傳統(tǒng)的 FDM 不同的是，對于每個子信道不需要單獨的濾波器。 正交性也使頻譜利用率提高到接近于 Nyquist 頻率 。幾乎整個可用頻帶都能被利用。 OFDM 信號一般具有“白的”頻譜，使之在與其他用戶使用同一信道的情況 下具有良好的抗電磁干擾性質(zhì)。 正交性 允許 用 FFT 算法實現(xiàn)高效的調(diào)制和解調(diào) 。 盡管 OFDM 的原理以及所帶來的好處在 20 世紀(jì) 60 年代已被知曉，但是直到能高效計算 FFT 的低成本數(shù)字信號處理器件的出現(xiàn)， OFDM 才在當(dāng)今寬帶通信中廣泛使用。 OFDM 需要發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間有 非常精 確的頻率同步，如果出現(xiàn)頻率偏移，子載波將會不再是正交的，這會導(dǎo)致載波間干擾（ ICI） ，也就是子載波之間的串?dāng)_ 。頻率偏移 典型地 是由發(fā)射機(jī)與接收機(jī)振 蕩器 之間的不匹配造成的，或者是由于移動產(chǎn)生的多普勒頻移。 只有多普勒頻移時可以用接收機(jī)來補(bǔ)償，而當(dāng)多普 勒頻移和多徑結(jié)合在一起時，情況就變得更糟，因為反射會出現(xiàn)在不同的頻率偏移上，這種偏移很難校正。 當(dāng)速度增加時，這種影響會變的更壞，這是 OFDM在高速車輛中的使用受到限制的重要原因。一些抑制 ICI 的技術(shù)已被提出，但是它們可能增加接收機(jī)的復(fù)雜性。 消除碼間干擾的保護(hù)間隔 22 OFDM 的一個關(guān)鍵的原理是因為 低 符號 速率 調(diào)制方案（也就是與信道時間特性相比，符號的持續(xù)時間相對較長）很少受到 由多徑引起的 符號間 干擾 的影響， 并行 地 傳輸 許多低速率數(shù)據(jù)流要比傳輸一個高速率數(shù)據(jù)流有利。因為每個符號的持續(xù)時間都很長，所以在 OFDM符號之間 插入保護(hù)間隔是可行的，這樣就可以消除符號間干擾。 保護(hù)間隔也不再需要脈沖整形濾波器，這也能減低對于時間同步問題的敏感程度。 一個簡單的例子：如果用傳統(tǒng)的單載波調(diào)制在一個無線信道上每秒傳輸 100 萬個符號，那么每個符號的持續(xù)時間將會是 1 微秒或者更短。這就對同步要求很高并需要去除多徑干擾。 如果將每秒 100萬個符號分散到 1000 個子信道上傳輸，為滿足正交性并保持同樣的帶寬，每個符號的持續(xù)時間可以增大 1000倍，即 1 毫秒。 假設(shè)一個長度為符號長度 1/8的保護(hù)間隔被插入到每個符號中，如果多徑的時間擴(kuò)展（接收第一個和最后一 個回應(yīng)的間隔時間）比保護(hù)間隔更小，即 125 毫秒，那么此時就可以避免符號間干擾的產(chǎn)生。 這就等價于傳播路徑之間最大存在 千米的差異。 每個符號最后的125 毫秒被復(fù)制，然后作為循環(huán)前綴在每個符號之前發(fā)送。 在保護(hù)間隔里傳輸?shù)难h(huán)前綴是由復(fù)制到保護(hù)間隔中的 OFDM 符號的尾部組成，保護(hù)間隔是在OFDM 符號之前傳輸?shù)摹１Ｗo(hù)間隔由 OFDM 符號尾部的復(fù)制構(gòu)成的原因是為了用 FFT 實現(xiàn) OFDM解調(diào)時接收機(jī)能在每個多路徑的整數(shù)個正弦周期上積分。 盡管保護(hù)間隔僅包含冗余數(shù)據(jù)，這意味著它減低了容量，但是一些基于 OFDM 的系統(tǒng)，如 ：一些廣播系統(tǒng)，故意地使用長時間的保護(hù)間隔，目的是使得單頻率網(wǎng)絡(luò)（ SFN）的發(fā)射機(jī)之間能有較大的間距，而且越長的保護(hù)間隔允許越大的 SFN 蜂窩尺寸。根據(jù)經(jīng)驗方法 SFN 發(fā)射機(jī)之間最大的間距等于一個信號在保護(hù)間隔 內(nèi) 傳輸?shù)木嚯x ——例如：一個 200 微 秒 的保護(hù)間隔能夠允許發(fā)射機(jī)之間間距為 60 千米。 簡化均衡 如果子信道帶寬足夠窄，即子信道數(shù)量足夠多， OFDM 子信道中頻率選擇性 信道狀況 的影響，比如由于多徑傳播所引起的衰落，可以看成是一個常數(shù)。這就使得 OFDM 接收機(jī)的均衡相比傳統(tǒng)單載波調(diào)制要簡單很多。均衡器只需要將子載波乘 以一個常數(shù)或者是一個幾乎不變的值。 在我們的例子中：對于每個 OFDM 符號， OFDM 均衡器需要 N = 1000 次復(fù)數(shù)乘法，即接收機(jī)每秒需要進(jìn)行 100萬次乘法。 FFT 算法需要對每個 OFDM符號進(jìn)行 Nlog2N = 10000 次復(fù)數(shù)乘法，即無論是在發(fā)送端還是接收端，每秒都需要進(jìn)行 1000 萬次乘法。相比之下，在單一載波調(diào)制下，每秒發(fā)送 100 萬個符號，使用 FIR 濾波器 125 微秒的時間擴(kuò)展均衡將會需要對每個符號做 125 次乘法，即每秒 億次乘法。 部分 OFDM 符號中的某些子載波可能會攜帶導(dǎo)頻信號，用于測量信道狀況 即每個子載波的均衡系數(shù)。 導(dǎo)頻信號 也可以用于同步。 如果對每個子載波應(yīng)用不同的調(diào)制，如： DPSK或者 DQPSK，那么就可以完全不用均衡，因為這些方案對于緩慢變化的幅度和相位失真都不敏感。 信道編碼和交織 OFDM 總是和信道編碼（前向糾錯編碼）聯(lián)合使用，并幾乎都會使用頻率和 /或時間交織。 頻率（子載波）交織可以增強(qiáng)頻率選擇性信道狀況如衰落的抵抗能力。例如，當(dāng)一部分信道帶寬衰落時，頻率交織將確保由帶寬衰落部分的那些子載波產(chǎn)生的比特誤差會分散在整個比特流上而 23 不是集中起來。同樣地， 時間交織將確保在原來比特流里集中在一 起的比特在發(fā)射時分開， 這就使得當(dāng)比特流以一個很高的速率傳輸時可能產(chǎn)生的強(qiáng)烈衰落有所緩解。 然而，時間交織對于緩慢衰落信道卻沒有好處 ，如： 平穩(wěn) 接收信道 。 而頻率交織對于平衰落 （整個信道帶寬同時衰弱） 的窄帶信號也沒有好處。 交織在 OFDM中的用處是分散比特流在糾錯解碼器中的錯誤，因為當(dāng)這種解碼器接受到集中的錯誤時將無法糾正所有的比特錯誤，于是就會出現(xiàn)突發(fā)性的未糾正的錯誤。 基于 OFDM 系統(tǒng)常用的一