无线通信多址技术幻灯片.ppt
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1、无无线线通信多址技通信多址技术术第1页,共49页,编辑于2022年,星期六第七章第七章 无线通信多址技术无线通信多址技术v7.1 概述概述v7.2 频分多址(频分多址(FDMA)v7.3 时分多址(时分多址(TDMA)v7.4 扩频多址(扩频多址(SSMA)v7.5 空分多址(空分多址(SDMA)v7.6 分组无线电(分组无线电(PR)v7.7 蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量第2页,共49页,编辑于2022年,星期六第七章第七章 无线通信多址技术无线通信多址技术v多用户通信系统有几种典型的方式:多用户通信系统有几种典型的方式:v多址接入系统:许多用户共享有限的无线频谱。多址接入系统:许多用户共享
2、有限的无线频谱。v广播网:一个发射机发送信号给许多用户。广播网:一个发射机发送信号给许多用户。v为了能使多用户正常地进行通信,需要采用有效的多址技术。为了能使多用户正常地进行通信,需要采用有效的多址技术。v多址方式的基本类型有频分多址(多址方式的基本类型有频分多址(FDMA)、时分多址()、时分多址(TDMA)和码分多址()和码分多址(CDMA)。)。v还有两种多址模式用于无线通信:分组无线电(还有两种多址模式用于无线通信:分组无线电(PR)和空分多址)和空分多址(SDMA)。)。v选择什么样的多址方式取决于通信系统的应用环境和要求选择什么样的多址方式取决于通信系统的应用环境和要求。第3页,共
3、49页,编辑于2022年,星期六7.1 概述概述v频分双工(频分双工(FDD):为一个用户提供两个确定的频段。前向频段提供):为一个用户提供两个确定的频段。前向频段提供从基站到移动台的传输,而反向频段提供从移动台到基站的传输。从基站到移动台的传输,而反向频段提供从移动台到基站的传输。v在在FDD中,前向和反向频段的频率分配在整个系统中是固定的。中,前向和反向频段的频率分配在整个系统中是固定的。v时分双工(时分双工(TDD):用时间而不是频率来提供前向链路和反向链路。):用时间而不是频率来提供前向链路和反向链路。前向时隙和反向时隙之间的时间分隔很小时,用户听起来就是同时前向时隙和反向时隙之间的时
4、间分隔很小时,用户听起来就是同时的。的。第4页,共49页,编辑于2022年,星期六7.1 概述概述vFDD和和TDD的比较:的比较:vFDD收发信机同时地发送和接收相差大于收发信机同时地发送和接收相差大于100dB的无线信号,必须谨的无线信号,必须谨慎地分配频率,使其与共用这两个频段地其它用户保持协调。慎地分配频率,使其与共用这两个频段地其它用户保持协调。频率分隔必须使用于不太昂贵的频率分隔必须使用于不太昂贵的RF设备。设备。vTDD消除了单独的两个频段的需要。消除了单独的两个频段的需要。接收和发射之间存在时间间隔。接收和发射之间存在时间间隔。应用限制在无绳和短距离无线接入。应用限制在无绳和短
5、距离无线接入。第5页,共49页,编辑于2022年,星期六7.1 概述概述v共享有效带宽。根据有效带宽是怎样分配给用户的,可以共享有效带宽。根据有效带宽是怎样分配给用户的,可以把这些技术分为窄带系统和宽带系统。把这些技术分为窄带系统和宽带系统。v窄带系统:单个信道的带宽同所期望的信道的相干带宽一窄带系统:单个信道的带宽同所期望的信道的相干带宽一致。致。vFDMA/FDD:可用的无线带宽被分成许多窄带信道,这:可用的无线带宽被分成许多窄带信道,这些信道工作在些信道工作在FDD方式,每个用户分配一个信道,不共方式,每个用户分配一个信道,不共享。享。vTDMA/FDD和和TDMA/TDD:大量的无线信
6、道用:大量的无线信道用FDD/TDD方式分配,而每个信道用方式分配,而每个信道用TDMA方式共享。方式共享。v宽带系统:信道的发射带宽比信道的相干带宽大得多。宽带系统:信道的发射带宽比信道的相干带宽大得多。第6页,共49页,编辑于2022年,星期六7.1 概述概述第7页,共49页,编辑于2022年,星期六7.2 频分多址(频分多址(FDMA)v特点:连续发射、通常用于窄带系统、简单、但特点:连续发射、通常用于窄带系统、简单、但基站成本高(使用双工器、带通滤波器和精确的基站成本高(使用双工器、带通滤波器和精确的射频滤波器)。射频滤波器)。v许多信道在一个基站中共享同一个天线,可能导许多信道在一个
7、基站中共享同一个天线,可能导致非线性效应,产生交调频率。致非线性效应,产生交调频率。第8页,共49页,编辑于2022年,星期六7.3 时分多址(时分多址(TDMA)v发射数据是用缓存突发法,省电,切换简单,不需要双工器,发射数据是用缓存突发法,省电,切换简单,不需要双工器,不同用户分配不同的带宽;不同用户分配不同的带宽;v同步开销大,必须有自适应均衡、保护时隙;同步开销大,必须有自适应均衡、保护时隙;v用户共享一个载波频率,利用互不交叉的时隙,时隙数取决于调制技用户共享一个载波频率,利用互不交叉的时隙,时隙数取决于调制技术、有效带宽等;术、有效带宽等;第9页,共49页,编辑于2022年,星期六
8、7.3 时分多址(时分多址(TDMA)vTDMA的效率:发射的数据中信息所占的百分比,的效率:发射的数据中信息所占的百分比,不包括为接入模式而提供的系统开销。不包括为接入模式而提供的系统开销。第10页,共49页,编辑于2022年,星期六7.3 时分多址(时分多址(TDMA)vTDMA系统的信道数:把每一个信道的系统的信道数:把每一个信道的TDMA时隙与有效信道时隙与有效信道相乘,得到相乘,得到TDMA系统中所提供的系统中所提供的TDMA信道时隙数。信道时隙数。v例例7.3 TDMA/FDD GSM 系统采用系统采用25MHz带宽用于前向链路,带宽用于前向链路,并被分成并被分成200kHz的无线
9、信道,如果一个无线信道支持的无线信道,如果一个无线信道支持8语音用户,语音用户,并假设没有保护时隙,求并假设没有保护时隙,求 此此GSM系统包含的同时用户数。系统包含的同时用户数。第11页,共49页,编辑于2022年,星期六7.3 时分多址(时分多址(TDMA)例例7.4 如果如果GSM使用每帧包含使用每帧包含8个时隙的帧结构,个时隙的帧结构,并且每一帧包含并且每一帧包含156.25比特,在信道中数据速率比特,在信道中数据速率为为270.833kbps,求(,求(1)比特周期,()比特周期,(2)时隙)时隙长,(长,(3)帧长,()帧长,(4)占用一个时隙的用户在两)占用一个时隙的用户在两次发
10、射之间必须等待的时间。次发射之间必须等待的时间。第12页,共49页,编辑于2022年,星期六7.3 时分多址(时分多址(TDMA)v例例7.5 如果一个标准如果一个标准GSM时隙由时隙由6个尾比特,个尾比特,8.25个保护比特,个保护比特,26个训练比特和个训练比特和2组业务码组组组业务码组组成,其中每一个业务码组由成,其中每一个业务码组由58比特组成,求帧效比特组成,求帧效率?率?第13页,共49页,编辑于2022年,星期六7.4 扩频多址(扩频多址(SSMA)v把一个窄带信号在发射前转换成宽带信号。把一个窄带信号在发射前转换成宽带信号。v有以下两种类型:有以下两种类型:v7.4.1 跳频多
11、址(跳频多址(FHMA)v7.4.2 码分多址(码分多址(CDMA)v7.4.3 混合扩频技术(混合扩频技术(HSST)v7.4.4 矢量量化矢量量化第14页,共49页,编辑于2022年,星期六7.4.1 跳频多址(跳频多址(FHMA)v把一个宽频段分成若干个频率间隔,称为频道把一个宽频段分成若干个频率间隔,称为频道。v单个用户的载波频率在宽带频道范围内按伪随机方式单个用户的载波频率在宽带频道范围内按伪随机方式变化变化,用户数据就在不同的载波上发射出去用户数据就在不同的载波上发射出去。v在某一时刻,跳频信号是一个窄带信号。在某一时刻,跳频信号是一个窄带信号。vFHMA和和FDMA地区别在于地区
12、别在于FHMA跳频信号快速地变换跳频信号快速地变换频道。频道。v一个快跳频系统可被认为是使用频率分集的一个快跳频系统可被认为是使用频率分集的FDMA系系统。统。vFHMA系统通常采用功率效率高的恒包络调制技术。系统通常采用功率效率高的恒包络调制技术。v一个跳频系统具有一定的安全保证。一个跳频系统具有一定的安全保证。第15页,共49页,编辑于2022年,星期六7.4.2 码分多址(码分多址(CDMA)v所有用户使用同一载所有用户使用同一载频,并且可以同时发频,并且可以同时发射。射。v发送端伪随机编码调发送端伪随机编码调制和接收端相关处理。制和接收端相关处理。v存在存在“远近效应远近效应”问问题,
13、一般采用功率控题,一般采用功率控制来克服。制来克服。第16页,共49页,编辑于2022年,星期六7.4.2 码分多址(码分多址(CDMA)vCDMA特点:特点:抗干扰,抗噪声能力强;抗干扰,抗噪声能力强;抗多径干扰,分离并收集所需要信号中不同时延的信号能量,增加接收信噪抗多径干扰,分离并收集所需要信号中不同时延的信号能量,增加接收信噪比;比;能在低功率谱密度情况下工作,而低的发射功率有利于移动通信使用者的健能在低功率谱密度情况下工作,而低的发射功率有利于移动通信使用者的健康;康;有一定的保密性能;有一定的保密性能;由于采用相关接收方式,由于采用相关接收方式,CDMA通信可以在信噪比很低的情况下
14、工作,其信号通信可以在信噪比很低的情况下工作,其信号具有很强的隐蔽性;具有很强的隐蔽性;与与TDMA和和FDMA不同,不同,CDMA是干扰受限系统,减小干扰可以直接增加系是干扰受限系统,减小干扰可以直接增加系统容量,因此,可以利用话音激活、前向纠错和扇型分区等技术提高频统容量,因此,可以利用话音激活、前向纠错和扇型分区等技术提高频带利用率;带利用率;在在CDMA蜂窝系统中,相邻小区使用相同的频率,所以它可以实现宏分集蜂窝系统中,相邻小区使用相同的频率,所以它可以实现宏分集和进行软切换。和进行软切换。第17页,共49页,编辑于2022年,星期六7.4.3 混合扩频技术(混合扩频技术(HSST)7
15、.4.3.1 混合混合FDMA/CDMA(FCDMA)v与原来的与原来的CDMA系统相比,其处理增益低一些。系统相比,其处理增益低一些。v优点是带宽不需要连续。系统容量是各子带容量之和。优点是带宽不需要连续。系统容量是各子带容量之和。7.4.3.2 混合直扩混合直扩/跳频多址(跳频多址(DS/FHMA)v直接序列扩展频谱信号的中心频率以伪随机方式变化。直接序列扩展频谱信号的中心频率以伪随机方式变化。v优点是避免了远近效应问题,但不适合软切换。优点是避免了远近效应问题,但不适合软切换。第18页,共49页,编辑于2022年,星期六7.4.3 混合扩频技术(混合扩频技术(HSST)7.4.3.3 时
16、分时分CDMA(TCDMA)v给不同的小区指定不同的扩频代码;给不同的小区指定不同的扩频代码;v在每一小区内,仅分配给一个用户特定时隙,切换在每一小区内,仅分配给一个用户特定时隙,切换时用户的扩频码变为新小区的;时用户的扩频码变为新小区的;v优点是它避免了远近效应。优点是它避免了远近效应。第19页,共49页,编辑于2022年,星期六7.4.3 混合扩频技术(混合扩频技术(HSST)7.4.3.4 时分跳频(时分跳频(TDFH)v用户可以在一个新的用户可以在一个新的TDMA帧开始时跳到一帧开始时跳到一个新的频率,因此避免了在一个特定信道上个新的频率,因此避免了在一个特定信道上的严重衰落或碰撞事件
17、。的严重衰落或碰撞事件。v如果使两个互相干扰的基站发射机在不同频如果使两个互相干扰的基站发射机在不同频率和不同时间发射,就避免了邻近小区的同率和不同时间发射,就避免了邻近小区的同信道干扰问题。信道干扰问题。v成倍增加成倍增加GSM的容量。的容量。第20页,共49页,编辑于2022年,星期六7.5 空分多址(空分多址(SDMA)v通过控制用户的空间辐射能量来提供多址接入能力通过控制用户的空间辐射能量来提供多址接入能力。v扇形天线可被看作是扇形天线可被看作是SDMA的一个基本方式的一个基本方式。第21页,共49页,编辑于2022年,星期六7.6 分组无线电(分组无线电(PR)v7.6.1 分组无线
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