【導(dǎo)讀】所認(rèn)為的理想值。第一眼看運(yùn)算放大器的性能指標(biāo)表，感覺(jué)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(duì)運(yùn)放不熟悉的人感到迷惑。要的時(shí)間有系統(tǒng)的按照列出的次序閱讀并理解每一個(gè)定義。如果沒(méi)有對(duì)每一項(xiàng)性能指標(biāo)有一個(gè)真正。的評(píng)價(jià)，設(shè)計(jì)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(jì)電路，并確認(rèn)構(gòu)建的樣機(jī)將具有預(yù)計(jì)。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(gè)普通的帶有內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)牡蛢r(jià)運(yùn)放，它在閉環(huán)增益為。10時(shí)具有所要求的帶寬，并且看起來(lái)滿(mǎn)足了價(jià)格要求。器件連接后，發(fā)現(xiàn)有正確地增益。設(shè)計(jì)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(wèn)題經(jīng)常發(fā)生在那些缺乏經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)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(chēng)為是同步器件。數(shù)器在計(jì)數(shù)范圍內(nèi)對(duì)于每一個(gè)數(shù)字需要一個(gè)觸發(fā)器。觸發(fā)器依次相連，使

　　

【正文】 ）是無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)中由眾多用戶(hù)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(shí)分和頻分 多址 系統(tǒng)。不過(guò)要了解任何擴(kuò)展技術(shù)首先要求對(duì)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(gè)較窄的頻帶。每一用戶(hù)被分配一個(gè)獨(dú)特的頻帶用于發(fā)送和接收。 在一次通話(huà)中其他用戶(hù)不能使用同一頻帶。每個(gè)用戶(hù)分配到一個(gè)由基站到移動(dòng)電話(huà)的前向信道以及一個(gè)返回基站的反向信道，每個(gè)信道都是一個(gè)單向連接。在每個(gè)信道中 傳輸 信號(hào)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(gè)信道只支持一個(gè)用戶(hù)。 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(gè)信道的情況見(jiàn)圖 19 和圖 。 時(shí)分 多址 TDMA將可用頻譜分成多個(gè)時(shí)隙 ，通過(guò)分配給每一個(gè)用戶(hù)一個(gè)時(shí)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(shí)隙分配給用戶(hù) ，每個(gè)用戶(hù)每幀分得一個(gè)時(shí)隙。 TDMA以緩沖和爆發(fā)方式發(fā)送數(shù)據(jù)。因此每個(gè)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(shí)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(hào)因?yàn)樗枰褂镁彌_，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(huì)受到多徑效應(yīng)的影響。這導(dǎo)致多徑信號(hào)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(gè)信道上的用戶(hù)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(duì)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(gè)用戶(hù)可以在同一信道上發(fā)送信號(hào)。這一類(lèi)傳輸技術(shù)用于大多數(shù)第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)。對(duì)于 GSM 系統(tǒng)，分配的全部 25MHz 帶寬被用 FDMA分成 125個(gè)信道，每一個(gè)帶寬為 200kHz。這些信道又用 TDMA進(jìn)一步分割，每一個(gè)200kHz 的信道可容納 8～ 16 個(gè)用戶(hù)。 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(shí)隙。在 CDMA 中，窄帶的消息（典型的是數(shù)字話(huà)音）被乘以一個(gè)寬帶的偽隨機(jī)噪聲（ PN 碼）信號(hào)。一個(gè) CDMA 系統(tǒng)中的所有用戶(hù)使用同一頻帶 而且同時(shí)發(fā)送。 發(fā)射的信號(hào)通過(guò)將接收信號(hào)與發(fā)送者用的 PN碼做相關(guān)而恢復(fù)出來(lái) 。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(kāi)發(fā)的。當(dāng)時(shí)研究人員受到激勵(lì)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(hào)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(cè)距 — 多用戶(hù) 接入 — 對(duì)多徑的適應(yīng)性 多年以來(lái)，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(jì)的快速發(fā)展，商用系統(tǒng)也開(kāi)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(guò)擴(kuò)頻和反擴(kuò)頻的性質(zhì)所表現(xiàn)出來(lái)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(lái)的比特率之比。因此處理增益可寫(xiě)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(guò)程。待發(fā)送的數(shù)據(jù)（ a）在發(fā)送前 （ 被 ） 用一個(gè) PN碼調(diào)制實(shí)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?yàn)閿U(kuò)頻帶寬是數(shù)據(jù)帶寬的 125 倍。（ c）是接收信號(hào)。它包括要求的信號(hào) ，附加的 背景噪聲，以及其 它 CDMA用戶(hù)或無(wú)線(xiàn)電信號(hào)源的干擾。接收信號(hào)通過(guò)將信號(hào)與原來(lái)用于擴(kuò)頻的碼進(jìn)行相 乘 而恢復(fù)出來(lái)。這一過(guò)程使需要的 接收 信號(hào)反擴(kuò)頻恢復(fù)成原來(lái)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(hào)變得更加擴(kuò)展。然后（ d）中的所需信號(hào)被濾 波出來(lái)，而 去掉擴(kuò)頻干擾和噪聲信號(hào)。 CDMA 信號(hào)發(fā)生 CDMA通過(guò)用偽隨機(jī)序列（ PN 碼）調(diào)制 數(shù)據(jù)信號(hào)來(lái) 實(shí)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(chēng)為碼片）。數(shù)據(jù)通過(guò)與 PN 碼 序列做模 2加法被調(diào)制 。也可以通過(guò) 信號(hào)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(lèi)型。短的 PN 碼（典型長(zhǎng)度 10～ 128 碼片）可用于調(diào)制每一個(gè)數(shù)據(jù)比特。短的 PN碼對(duì)每一比特?cái)?shù)據(jù)重復(fù)使用，可實(shí)現(xiàn)接收機(jī)的 快速和簡(jiǎn)單的同步。圖 顯示一個(gè)使用 10 個(gè)碼片的短碼 CDMA 信號(hào)的產(chǎn)生 。另外也可以使用長(zhǎng)碼。長(zhǎng)碼的程度通常有幾千乃至幾百萬(wàn)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(dòng)電話(huà)的前向 連接 可以使用稱(chēng)為 Walsh 碼的特殊正交碼來(lái)將同一信道的多用戶(hù)分開(kāi)。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(gè)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(shuō)任何兩行間的點(diǎn)積都是 0。這是因?yàn)槿魏蝺尚兄g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(gè)用戶(hù)的 PN 碼。這一處理過(guò)程使每一用戶(hù)的信號(hào)與所有其它 用戶(hù)的信號(hào)正交，因而相互之間沒(méi)有干擾。不過(guò)為了使 Walsh 碼能起作用，所有用戶(hù)的碼片都必須同步。如果一個(gè)用戶(hù)使用的 Walsh 碼在時(shí)間上相對(duì)于其它 所有 Walsh 碼 偏移 了超過(guò)約十分之一的碼片周期，就失去了正交性，導(dǎo)致用戶(hù)間干擾。對(duì)于前向 連接 所有用戶(hù)的信號(hào)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?yàn)閺母饔脩?hù)發(fā)出的信號(hào)并不像前向連接 那樣由同一個(gè)源產(chǎn)生。由于傳播延遲和同步誤差，不同用戶(hù)發(fā)射的信號(hào)在不同時(shí)刻到達(dá)。由于用戶(hù)之間 不可避免的定時(shí)偏差，Walsh 碼幾乎沒(méi)用，因?yàn)樗鼈冎g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(hù)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(hù)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(lái)說(shuō)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(gè)子載波都用傳統(tǒng)的調(diào)制方案以一個(gè)低的符號(hào)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(shí)際應(yīng)用中， OFDM 信號(hào)通過(guò)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(diǎn)是不需要復(fù)雜的均衡濾波器就能應(yīng)對(duì)嚴(yán)重的信道問(wèn)題，如：在長(zhǎng)銅線(xiàn)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(jiǎn)化了，因?yàn)?OFDM可以看成是使用許多慢調(diào)制的窄帶信號(hào)而不是一個(gè)快速調(diào)制的寬帶信號(hào)。慢的符號(hào)率使得符號(hào)間可引入保護(hù)間隔，使之能處理時(shí)間擴(kuò)展和消除符號(hào)（碼）間干擾（ ISI）。 OFDM 一個(gè)主要的缺點(diǎn)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(duì)多普勒頻移以及頻率同步問(wèn)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(jiǎn)化了發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)的 FDM 不同的是，對(duì)于每個(gè)子信道不需要單獨(dú)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(gè)可用頻帶都能被利用。 OFDM 信號(hào)一般具有“白的”頻譜，使之在與其他用戶(hù)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(shí)現(xiàn)高效的調(diào)制和解調(diào) 。 盡管 OFDM 的原理以及所帶來(lái)的好處在 20 世紀(jì) 60 年代已被知曉，但是直到能高效計(jì)算 FFT 的低成本數(shù)字信號(hào)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(huì)不再是正交的，這會(huì)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(dòng)產(chǎn)生的多普勒頻移。 只有多普勒頻移時(shí)可以用接收機(jī)來(lái)補(bǔ)償，而當(dāng)多普 勒頻移和多徑結(jié)合在一起時(shí)，情況就變得更糟，因?yàn)榉瓷鋾?huì)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(shí)，這種影響會(huì)變的更壞，這是 OFDM在高速車(chē)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(gè)關(guān)鍵的原理是因?yàn)?低 符號(hào) 速率 調(diào)制方案（也就是與信道時(shí)間特性相比，符號(hào)的持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)）很少受到 由多徑引起的 符號(hào)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(gè)高速率數(shù)據(jù)流有利。因?yàn)槊總€(gè)符號(hào)的持續(xù)時(shí)間都很長(zhǎng)，所以在 OFDM符號(hào)之間 插入保護(hù)間隔是可行的，這樣就可以消除符號(hào)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(duì)于時(shí)間同步問(wèn)題的敏感程度。 一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：如果用傳統(tǒng)的單載波調(diào)制在一個(gè)無(wú)線(xiàn)信道上每秒傳輸 100 萬(wàn)個(gè)符號(hào)，那么每個(gè)符號(hào)的持續(xù)時(shí)間將會(huì)是 1 微秒或者更短。這就對(duì)同步要求很高并需要去除多徑干擾。 如果將每秒 100萬(wàn)個(gè)符號(hào)分散到 1000 個(gè)子信道上傳輸，為滿(mǎn)足正交性并保持同樣的帶寬，每個(gè)符號(hào)的持續(xù)時(shí)間可以增大 1000倍，即 1 毫秒。 假設(shè)一個(gè)長(zhǎng)度為符號(hào)長(zhǎng)度 1/8的保護(hù)間隔被插入到每個(gè)符號(hào)中，如果多徑的時(shí)間擴(kuò)展（接收第一個(gè)和最后一 個(gè)回應(yīng)的間隔時(shí)間）比保護(hù)間隔更小，即 125 毫秒，那么此時(shí)就可以避免符號(hào)間干擾的產(chǎn)生。 這就等價(jià)于傳播路徑之間最大存在 千米的差異。 每個(gè)符號(hào)最后的125 毫秒被復(fù)制，然后作為循環(huán)前綴在每個(gè)符號(hào)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(hào)的尾部組成，保護(hù)間隔是在OFDM 符號(hào)之前傳輸?shù)?。保護(hù)間隔由 OFDM 符號(hào)尾部的復(fù)制構(gòu)成的原因是為了用 FFT 實(shí)現(xiàn) OFDM解調(diào)時(shí)接收機(jī)能在每個(gè)多路徑的整數(shù)個(gè)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(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)的保護(hù)間隔允許越大的 SFN 蜂窩尺寸。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)方法 SFN 發(fā)射機(jī)之間最大的間距等于一個(gè)信號(hào)在保護(hù)間隔 內(nèi) 傳輸?shù)木嚯x ——例如：一個(gè) 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(jiǎn)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(gè)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(jiǎn)單很多。均衡器只需要將子載波乘 以一個(gè)常數(shù)或者是一個(gè)幾乎不變的值。 在我們的例子中：對(duì)于每個(gè) OFDM 符號(hào)， 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(wàn)次乘法。 FFT 算法需要對(duì)每個(gè) OFDM符號(hào)進(jìn)行 Nlog2N = 10000 次復(fù)數(shù)乘法，即無(wú)論是在發(fā)送端還是接收端，每秒都需要進(jìn)行 1000 萬(wàn)次乘法。相比之下，在單一載波調(diào)制下，每秒發(fā)送 100 萬(wàn)個(gè)符號(hào)，使用 FIR 濾波器 125 微秒的時(shí)間擴(kuò)展均衡將會(huì)需要對(duì)每個(gè)符號(hào)做 125 次乘法，即每秒 億次乘法。 部分 OFDM 符號(hào)中的某些子載波可能會(huì)攜帶導(dǎo)頻信號(hào)，用于測(cè)量信道狀況 即每個(gè)子載波的均衡系數(shù)。 導(dǎo)頻信號(hào) 也可以用于同步。 如果對(duì)每個(gè)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?yàn)檫@些方案對(duì)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(cuò)編碼）聯(lián)合使用，并幾乎都會(huì)使用頻率和 /或時(shí)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(shí)，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(huì)分散在整個(gè)比特流上而 23 不是集中起來(lái)。同樣地， 時(shí)間交織將確保在原來(lái)比特流里集中在一 起的比特在發(fā)射時(shí)分開(kāi)， 這就使得當(dāng)比特流以一個(gè)很高的速率傳輸時(shí)可能產(chǎn)生的強(qiáng)烈衰落有所緩解。 然而，時(shí)間交織對(duì)于緩慢衰落信道卻沒(méi)有好處 ，如： 平穩(wěn) 接收信道 。 而頻率交織對(duì)于平衰落 （整個(gè)信道帶寬同時(shí)衰弱） 的窄帶信號(hào)也沒(méi)有好處。 交織在 OFDM中的用處是分散比特流在糾錯(cuò)解碼器中的錯(cuò)誤，因?yàn)楫?dāng)這種解碼器接受到集中的錯(cuò)誤時(shí)將無(wú)法糾正所有的比特錯(cuò)誤，于是就會(huì)出現(xiàn)突發(fā)性的未糾正的錯(cuò)誤。 基于 OFDM 系統(tǒng)常用的一