TDMA在點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無(wú)線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用.doc

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1、TDMA在點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無(wú)線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用 電子信息工程專業(yè) 閆高峰 指導(dǎo)教師 隋曉紅 【摘 要】 本文所討論的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無(wú)線通信系統(tǒng)是基于時(shí)分多址開發(fā)的，在大量收集這方面資料的基礎(chǔ)上，提出了點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)的方法和功能框圖及原理實(shí)現(xiàn)方法，并設(shè)計(jì)了時(shí)分多址(TDMA)編碼部分和譯碼部分，解決了小容量的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無(wú)線通信系統(tǒng)中上行基帶部分處理難題，提高了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。 【關(guān)鍵詞】 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn);時(shí)分多址;幀;時(shí)隙;突發(fā)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 將衛(wèi)星通信中使用的多址技術(shù)移植到地面上來(lái)是

3、近年來(lái)新研究的課題,鑒于我國(guó)的地理情況、經(jīng)濟(jì)實(shí)力和其它條件,對(duì)小容量的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無(wú)線通信系統(tǒng)仍有較大的市場(chǎng)需求,當(dāng)前我國(guó)通信事業(yè)的主要任務(wù)是努力提高電信服務(wù)水平和普及率,使更多的人得到更好的服務(wù)?，F(xiàn)代電信網(wǎng)由交換局、干線傳輸網(wǎng)和用戶接入網(wǎng)三大部分構(gòu)成。近年來(lái),我國(guó)的通信以世人矚目的高速度迅速發(fā)展,電話普及率成倍增長(zhǎng),這主要得益于交換能力和干線傳輸能力的大幅度提高,而接入網(wǎng)的建設(shè)則相對(duì)落后,已經(jīng)成為進(jìn)一步提高電話普及率的“瓶頸”。因此,在繼續(xù)提高交換和傳輸能力的同時(shí),應(yīng)該重視和加強(qiáng)接入網(wǎng)的建設(shè),小容量的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無(wú)線通信系統(tǒng)非常適合于接入網(wǎng)的應(yīng)用,適合于最后一公里的接入。無(wú)線接入比有線接入有無(wú)可比擬

4、的優(yōu)勢(shì),在地廣人稀的鄉(xiāng)村地區(qū),容易遭受洪水等自然災(zāi)害的地區(qū),運(yùn)營(yíng)成本相對(duì)較低且開通維護(hù)非常方便。 時(shí)分多址(TDMA)技術(shù)就是按時(shí)隙來(lái)劃分地址,實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信功能,它要求時(shí)間要非常精確和同步,因此時(shí)延調(diào)整非常關(guān)鍵,而數(shù)據(jù)的壓縮和擴(kuò)張是保證通話質(zhì)量的前提,本文在大量收集這方面資料的基礎(chǔ)上,提出了這方面技術(shù)實(shí)現(xiàn)的方法和功能框圖及原理實(shí)現(xiàn)方法,并設(shè)計(jì)了時(shí)分多址(TDMA.)的編碼及譯碼部分，解決了點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無(wú)線通信系統(tǒng)中上行基帶部分處理難題，提高了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。 TDMA：Time Division Multiple Access - 時(shí)分多址接入 時(shí)分制是把一個(gè)傳輸通道進(jìn)行時(shí)間

5、分割以傳送若干話路的信息，把N個(gè)話路設(shè)備接到一條公共的通道上，按一定的次序輪流的給各個(gè)設(shè)備分配一段使用通道的時(shí)間。當(dāng)輪到某個(gè)設(shè)備時(shí)，這個(gè)設(shè)備與通道接通，執(zhí)行操作。與此同時(shí)，其它設(shè)備與通道的聯(lián)系均被切斷。待指定的使用時(shí)間間隔一到，則通過時(shí)分多路轉(zhuǎn)換開關(guān)把通道聯(lián)接到下一個(gè)要連接的設(shè)備上去。時(shí)分制通信也稱時(shí)間分割通信，它是數(shù)字電話多路通信的主要方法，因而PCM通信常稱為時(shí)分多路通信。 　　時(shí)分多址是把時(shí)間分割成周期性的幀(Frame)每一個(gè)幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙向基站發(fā)送信號(hào)，在滿足定時(shí)和同步的條件下，基站可以分別在各時(shí)隙中接收到各移動(dòng)終端的信號(hào)而不混擾。同時(shí)，基站發(fā)向多個(gè)移動(dòng)終端的信號(hào)都按順序安排

6、在予定的時(shí)隙中傳輸，各移動(dòng)終端只要在指定的時(shí)隙內(nèi)接收，就能在合路的信號(hào)中把發(fā)給它的信號(hào)區(qū)分并接收下來(lái)。 　　TDMA較之FDMA具有通信口號(hào)質(zhì)量高，保密較好，系統(tǒng)容量較大等優(yōu)點(diǎn)，但它必須有精確的定時(shí)和同步以保證移動(dòng)終端和基站間正常通信，技術(shù)上比較復(fù)雜。 　　TDMA在美國(guó)通常也指第二代(2G) 移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn),具體說是象IS-136或者D-AMPS這些標(biāo)準(zhǔn)使用TDMA技術(shù)分時(shí)共享載波的帶寬。 　　TDMA把一個(gè)射頻分成多個(gè)時(shí)隙，再把這些時(shí)隙分給多組通話。這樣，一個(gè)射頻可以同時(shí)支持多個(gè)數(shù)據(jù)頻道，目前該技術(shù)已成為今天的D-AMPS和GSM系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 本論文主要用到的技術(shù)有時(shí)分多址技術(shù)，按

7、需分配技術(shù)，同步技術(shù)以及延時(shí)調(diào)整技術(shù)。下面介紹一下關(guān)鍵的同步以及延時(shí)調(diào)整技術(shù)：在通信網(wǎng)內(nèi)要使數(shù)字信號(hào)能在各自交換點(diǎn)有效地進(jìn)行轉(zhuǎn)接或交換，那么交換點(diǎn)的時(shí)鐘頻率和相位必須統(tǒng)一協(xié)調(diào)，即網(wǎng)同步。在同步網(wǎng)的設(shè)計(jì)過程中，要特別注意定時(shí)環(huán)路以及滑碼的問題。 由于數(shù)字通信是新發(fā)展的通信技術(shù)，網(wǎng)同步方法在世界各國(guó)都還在繼續(xù)研究，大致可分為三類：一類是全網(wǎng)同步系統(tǒng)。即在通信網(wǎng)中使各站的時(shí)鐘彼此同步，各站的時(shí)鐘頻率和相位都保持一致，建立這種網(wǎng)同步的方法有主從同步方式和相互同步方式兩種；另一類是準(zhǔn)同步系統(tǒng)也叫獨(dú)立時(shí)鐘法。即在各站均采用高穩(wěn)定性的時(shí)鐘，相互獨(dú)立，但可以允許共速率偏差在一定的范圍之內(nèi)，在轉(zhuǎn)接進(jìn)高潮把各處

8、輸入的數(shù)碼率調(diào)整成本站的數(shù)碼率，再傳送過去。第三類是主從同步和準(zhǔn)同步相結(jié)合的混合方式。由主從同步和準(zhǔn)同步相結(jié)合的混合方式組成混合網(wǎng)，可減少串聯(lián)鏈路中時(shí)鐘的數(shù)量，縮短定時(shí)信號(hào)的傳送鏈路，使整個(gè)同步網(wǎng)性能改善，管理同步的分配也較為容易自動(dòng)延時(shí)調(diào)整技術(shù)是實(shí)現(xiàn)時(shí)隙同步的手段。 延時(shí)調(diào)整分為三步：（1）發(fā)起：由中央站發(fā)出幀起始時(shí)間標(biāo)志，并確定一個(gè)各站信號(hào)返回到中央站的上行幀起始時(shí)間標(biāo)志。在各個(gè)外圍站、中繼站，都以收到的幀起始時(shí)間標(biāo)志作為各自識(shí)別中央站發(fā)來(lái)的信息和向中央站發(fā)回信息的時(shí)間標(biāo)志。滯后于的時(shí)間大于系統(tǒng)設(shè)定的距中心站最遠(yuǎn)的用戶站返回的時(shí)間延遲。 （2）返回：由于各站和中央站之間的距離不相等，所

9、以由各站返回到中央站的信號(hào)相對(duì)于中央站發(fā)出標(biāo)志就有一個(gè)長(zhǎng)短不等的時(shí)間上的延遲，這個(gè)延遲是往返距離造成的延遲和設(shè)備處理延遲之和。 （3）調(diào)整：在外圍站，都根據(jù)中央站發(fā)出的幀起始標(biāo)志，通過一個(gè)時(shí)延調(diào)整電路，人為增加一個(gè)時(shí)延，使本站返回到中心站的信號(hào)與中心站的接收幀起始時(shí)刻對(duì)齊，即可以將各站都調(diào)整到有相同距離的虛擬位置上。這樣，只要各站發(fā)出的信息占用不同的時(shí)隙，就可以保證各站的突發(fā)信息在到達(dá)中心站時(shí)互不重疊。 本論文是基于一個(gè)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無(wú)線系統(tǒng)實(shí)例來(lái)分析TDMA的實(shí)現(xiàn)方法，系統(tǒng)配置如圖所示：包含一個(gè)中心站，十六個(gè)外圍站，上行采用時(shí)分多址，下行采用時(shí)分多路來(lái)實(shí)現(xiàn)TDMA基帶電路。外圍站向中央站傳送突

10、發(fā)信號(hào)(上行方向)采用時(shí)分多址(TDMA)方式。16個(gè)外圍站(對(duì)應(yīng)16個(gè)地址)按預(yù)定時(shí)隙向中央站發(fā)送突發(fā)信息，每個(gè)時(shí)隙占時(shí)250μs為一個(gè)分幀，16個(gè)時(shí)隙占時(shí)4ms為一幀。在每一個(gè)分幀即突發(fā)包中，除了發(fā)送有用信息外，還發(fā)送供檢測(cè)信息碼用的獨(dú)特字(uw)，以及供提取時(shí)鐘用的比特定時(shí)恢復(fù)碼(BTR)，此還有足夠長(zhǎng)的突發(fā)包保護(hù)間隔 外圍站編碼部分，輸入信號(hào)經(jīng)延時(shí)調(diào)整最后由合路器合并為突發(fā)信號(hào)，經(jīng)長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后送至調(diào)制單元。 中央站接收到突發(fā)信號(hào)后在時(shí)鐘作用下將突發(fā)碼流逐位移入12位移位寄存器。當(dāng)獨(dú)特字全部移入后，從寄存器輸出的“1”端輸出到電阻網(wǎng)絡(luò)，即獨(dú)特字為“1”時(shí)從Q端輸出，為“0”時(shí)

11、從Q非端輸出，電阻網(wǎng)絡(luò)加權(quán)后變成一個(gè)電平信號(hào)，然后此電平信號(hào)送到一個(gè)判決器上，判決輸出即為獨(dú)特字即示位脈沖，然后由中央站檢測(cè)各外圍站發(fā)來(lái)的突發(fā)信號(hào)到達(dá)時(shí)間與它應(yīng)該到達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間相比較，產(chǎn)生出各外圍站的延時(shí)調(diào)整信號(hào)，將延時(shí)調(diào)整信號(hào)反饋回外圍站，實(shí)現(xiàn)外圍站突發(fā)時(shí)間的自動(dòng)調(diào)整。，同時(shí)數(shù)據(jù)擴(kuò)張器將突發(fā)碼流還原成PCM數(shù)據(jù)，送給PCM終端，完成譯碼。 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無(wú)線通信系統(tǒng)本身是一個(gè)整體的通信系統(tǒng)，它還包括中頻調(diào)制解調(diào)器、微波收發(fā)信機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)及天饋線系統(tǒng)，如果再加上PCM終端設(shè)備，就可以自組成網(wǎng)，非常適合農(nóng)村、油田、公安、部隊(duì)等通信發(fā)展需要，具有廣闊的市場(chǎng)前景。 通過本文的工作，作

12、者對(duì)時(shí)分多址(TDMA)技術(shù)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無(wú)線通信技術(shù)的全貌有了比較深刻的理解和認(rèn)識(shí)，為今后的進(jìn)一步研究工作奠定了基礎(chǔ)。 基于時(shí)分多址(TDMA)技術(shù)的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無(wú)線通信系統(tǒng)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊，市場(chǎng)巨大，在論文的研究中就能時(shí)刻感覺到時(shí)分多址技術(shù)的迅速發(fā)展，雖然我們對(duì)時(shí)分多址(TDMA)技術(shù)在點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無(wú)線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究，并提出了設(shè)計(jì)方案，但系統(tǒng)還有大量的工作需要完成。 ①系統(tǒng)應(yīng)往按需分配方向發(fā)展，提高信道使用效率，通過軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)跳頻，實(shí)現(xiàn)抗干擾，實(shí)現(xiàn)部隊(duì)要求的機(jī)動(dòng)性、抗干擾性、保密性，仍需要大量的研究工作。 ②單盤實(shí)現(xiàn)上應(yīng)采用大規(guī)模門陣列FPGA集成電路，減

13、小系統(tǒng)體積，有利于機(jī)動(dòng)性和系統(tǒng)小型化，仍需要大量的研究工作。 參考文獻(xiàn) [1] 張力軍，張宗橙．?dāng)?shù)字通信［M］．電子工業(yè)出版社，2004：662-665 [2] 張德純，王興亮．現(xiàn)代通信理論與技術(shù)導(dǎo)論［M］．西安電子科技大學(xué)出版社，2004：192-196 [3] 孫友偉．現(xiàn)代通信新技術(shù)新業(yè)務(wù)［M］．北京郵電大學(xué)出版社，2000：76-80 [4] 姚冬蘋，黃清，趙紅禮．?dāng)?shù)字微波通信［M］．清華大學(xué)出版社，2001：101-110 [5] 楊運(yùn)華．VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)［M］．人民郵

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