TDMA在点对多点无线通信系统中的应用.doc

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1、TDMA在点对多点无线通信系统中的应用 电子信息工程专业 闫高峰 指导教师 隋晓红 【摘 要】 本文所讨论的点对多点无线通信系统是基于时分多址开发的，在大量收集这方面资料的基础上，提出了点对多点无线通信技术实现的方法和功能框图及原理实现方法，并设计了时分多址(TDMA)编码部分和译码部分，解决了小容量的点对多点无线通信系统中上行基带部分处理难题，提高了整个系统的稳定性和可靠性。 【关键词】 点对多点;时分多址;帧;时隙;突发包 【Abstract】This article which talk about the point to multiple poin

2、ts wireless system is based on TDMA. We have collected sufficient material about this, and proposed a realization method to be of multiple access for TDMA system. The proposed method is proved an efficient one. 【Key words】point to multiple points ;TDMA ;frame ;slot ;burst 将卫星通信中使用的多址技术移植到地面上来是

3、近年来新研究的课题,鉴于我国的地理情况、经济实力和其它条件,对小容量的点对多点无线通信系统仍有较大的市场需求,当前我国通信事业的主要任务是努力提高电信服务水平和普及率,使更多的人得到更好的服务。现代电信网由交换局、干线传输网和用户接入网三大部分构成。近年来,我国的通信以世人瞩目的高速度迅速发展,电话普及率成倍增长,这主要得益于交换能力和干线传输能力的大幅度提高,而接入网的建设则相对落后,已经成为进一步提高电话普及率的“瓶颈”。因此,在继续提高交换和传输能力的同时,应该重视和加强接入网的建设,小容量的点对多点无线通信系统非常适合于接入网的应用,适合于最后一公里的接入。无线接入比有线接入有无可比拟

4、的优势,在地广人稀的乡村地区,容易遭受洪水等自然灾害的地区,运营成本相对较低且开通维护非常方便。 时分多址(TDMA)技术就是按时隙来划分地址,实现一点对多点通信功能,它要求时间要非常精确和同步,因此时延调整非常关键,而数据的压缩和扩张是保证通话质量的前提,本文在大量收集这方面资料的基础上,提出了这方面技术实现的方法和功能框图及原理实现方法,并设计了时分多址(TDMA.)的编码及译码部分，解决了点对多点无线通信系统中上行基带部分处理难题，提高了整个系统的稳定性和可靠性。 TDMA：Time Division Multiple Access - 时分多址接入 时分制是把一个传输通道进行时间

5、分割以传送若干话路的信息，把N个话路设备接到一条公共的通道上，按一定的次序轮流的给各个设备分配一段使用通道的时间。当轮到某个设备时，这个设备与通道接通，执行操作。与此同时，其它设备与通道的联系均被切断。待指定的使用时间间隔一到，则通过时分多路转换开关把通道联接到下一个要连接的设备上去。时分制通信也称时间分割通信，它是数字电话多路通信的主要方法，因而PCM通信常称为时分多路通信。 　　时分多址是把时间分割成周期性的帧(Frame)每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排

6、在予定的时隙中传输，各移动终端只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。 　　TDMA较之FDMA具有通信口号质量高，保密较好，系统容量较大等优点，但它必须有精确的定时和同步以保证移动终端和基站间正常通信，技术上比较复杂。 　　TDMA在美国通常也指第二代(2G) 移动电话标准,具体说是象IS-136或者D-AMPS这些标准使用TDMA技术分时共享载波的带宽。 　　TDMA把一个射频分成多个时隙，再把这些时隙分给多组通话。这样，一个射频可以同时支持多个数据频道，目前该技术已成为今天的D-AMPS和GSM系统的基础。 本论文主要用到的技术有时分多址技术，按

7、需分配技术，同步技术以及延时调整技术。下面介绍一下关键的同步以及延时调整技术：在通信网内要使数字信号能在各自交换点有效地进行转接或交换，那么交换点的时钟频率和相位必须统一协调，即网同步。在同步网的设计过程中，要特别注意定时环路以及滑码的问题。 由于数字通信是新发展的通信技术，网同步方法在世界各国都还在继续研究，大致可分为三类：一类是全网同步系统。即在通信网中使各站的时钟彼此同步，各站的时钟频率和相位都保持一致，建立这种网同步的方法有主从同步方式和相互同步方式两种；另一类是准同步系统也叫独立时钟法。即在各站均采用高稳定性的时钟，相互独立，但可以允许共速率偏差在一定的范围之内，在转接进高潮把各处

8、输入的数码率调整成本站的数码率，再传送过去。第三类是主从同步和准同步相结合的混合方式。由主从同步和准同步相结合的混合方式组成混合网，可减少串联链路中时钟的数量，缩短定时信号的传送链路，使整个同步网性能改善，管理同步的分配也较为容易自动延时调整技术是实现时隙同步的手段。 延时调整分为三步：（1）发起：由中央站发出帧起始时间标志，并确定一个各站信号返回到中央站的上行帧起始时间标志。在各个外围站、中继站，都以收到的帧起始时间标志作为各自识别中央站发来的信息和向中央站发回信息的时间标志。滞后于的时间大于系统设定的距中心站最远的用户站返回的时间延迟。 （2）返回：由于各站和中央站之间的距离不相等，所

9、以由各站返回到中央站的信号相对于中央站发出标志就有一个长短不等的时间上的延迟，这个延迟是往返距离造成的延迟和设备处理延迟之和。 （3）调整：在外围站，都根据中央站发出的帧起始标志，通过一个时延调整电路，人为增加一个时延，使本站返回到中心站的信号与中心站的接收帧起始时刻对齐，即可以将各站都调整到有相同距离的虚拟位置上。这样，只要各站发出的信息占用不同的时隙，就可以保证各站的突发信息在到达中心站时互不重叠。 本论文是基于一个点对多点无线系统实例来分析TDMA的实现方法，系统配置如图所示：包含一个中心站，十六个外围站，上行采用时分多址，下行采用时分多路来实现TDMA基带电路。外围站向中央站传送突

10、发信号(上行方向)采用时分多址(TDMA)方式。16个外围站(对应16个地址)按预定时隙向中央站发送突发信息，每个时隙占时250μs为一个分帧，16个时隙占时4ms为一帧。在每一个分帧即突发包中，除了发送有用信息外，还发送供检测信息码用的独特字(uw)，以及供提取时钟用的比特定时恢复码(BTR)，此还有足够长的突发包保护间隔 外围站编码部分，输入信号经延时调整最后由合路器合并为突发信号，经长线驱动器驱动后送至调制单元。 中央站接收到突发信号后在时钟作用下将突发码流逐位移入12位移位寄存器。当独特字全部移入后，从寄存器输出的“1”端输出到电阻网络，即独特字为“1”时从Q端输出，为“0”时

11、从Q非端输出，电阻网络加权后变成一个电平信号，然后此电平信号送到一个判决器上，判决输出即为独特字即示位脉冲，然后由中央站检测各外围站发来的突发信号到达时间与它应该到达的标准时间相比较，产生出各外围站的延时调整信号，将延时调整信号反馈回外围站，实现外围站突发时间的自动调整。，同时数据扩张器将突发码流还原成PCM数据，送给PCM终端，完成译码。 点对多点无线通信系统本身是一个整体的通信系统，它还包括中频调制解调器、微波收发信机、监控系统、电源系统及天馈线系统，如果再加上PCM终端设备，就可以自组成网，非常适合农村、油田、公安、部队等通信发展需要，具有广阔的市场前景。 通过本文的工作，作

12、者对时分多址(TDMA)技术、点对多点无线通信技术的全貌有了比较深刻的理解和认识，为今后的进一步研究工作奠定了基础。 基于时分多址(TDMA)技术的点对多点无线通信系统是当前研究的热点，应用前景广阔，市场巨大，在论文的研究中就能时刻感觉到时分多址技术的迅速发展，虽然我们对时分多址(TDMA)技术在点对多点无线通信系统中的应用进行了大量的研究，并提出了设计方案，但系统还有大量的工作需要完成。 ①系统应往按需分配方向发展，提高信道使用效率，通过软件来实现跳频，实现抗干扰，实现部队要求的机动性、抗干扰性、保密性，仍需要大量的研究工作。 ②单盘实现上应采用大规模门阵列FPGA集成电路，减

13、小系统体积，有利于机动性和系统小型化，仍需要大量的研究工作。 参考文献 [1] 张力军，张宗橙．数字通信［M］．电子工业出版社，2004：662-665 [2] 张德纯，王兴亮．现代通信理论与技术导论［M］．西安电子科技大学出版社，2004：192-196 [3] 孙友伟．现代通信新技术新业务［M］．北京邮电大学出版社，2000：76-80 [4] 姚冬苹，黄清，赵红礼．数字微波通信［M］．清华大学出版社，2001：101-110 [5] 杨运华．VSAT卫星通信网［M］．人民邮

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