多址接入技术优秀课件.ppt

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1、多址接入技术第1页，本讲稿共63页内容介绍6.1 多址接入技术的基本原理6.2 FDMA方式6.3 TDMA方式6.4 CDMA方式6.5 SDMA方式6.6 OFDM多址方式6.7 随机多址方式6.8 FDMA、TDMA与CDMA系统容量的比较第2页，本讲稿共63页6.1 多址接入技术的基本原理1.多址接入方式多址接入方式 从移动通信网的构成可以看出，大部分移动通信系统都有一个或多个基站和若干个移动台。基站要和许多移动台同时通信，因而基站通常是多路的，有多个信道；而每个移动台只供一个用户使用，是单路的。许多用户同时通话，以不同的通道分隔，防止相互干扰；各用户信号通过在射频频段上的复用，从而建

2、立各自的信道，以实现双边通信的连接。可见，基基站站的的多多路路工工作作和和移移动动台台的的单单路路工工作作是是移移动动通通信信的的一一大大特特点点。在移动通信业务区内，移动台之间或移动台与市话用户之间是通过基站（包括移动交换局和局间联网）同时建立各自的信道，从而实现多址连接的。第3页，本讲稿共63页1.多址接入方式 多址接入方式的数学基础是信号的正正交交分分割割原原理理，原理上与固定通信中的信号多路复用相似，但有所不同。多多路路复复用用的目的是区分多个通路，通常在基带和中频上实现，而多址划分是区分不同的用户地址，往往需要利用射频频段辐射的电磁波来寻找动态的用户地址，同时为了实现多址信号之间互不

3、干扰，不同用户无线电信号之间必须满足正交特性。信号的正交性是通过信号正交参量来实现的。当正交参量仅考虑时间、频率和码型时，无线电信号写成式中，c(t)是码型函数；s(f,t)是时间t和频率f的函数。第4页，本讲稿共63页1.多址接入方式 有多种方式来区分不同用户地址，如频分多址（FDMA）是以传输信号载波频率的不同来区分；时分多址（TDMA）是以传输信号存在的时间不同来区分；码分多址（CDMA）是以传输信号的码型不同来区分。图6-1分别给出了N个信道的FDMA、TDMA和CDMA的示意图。从图中可见，频分多址中不同用户的频道相互不重叠（即正交），时分多址中不同用户的时隙相互不重叠，码分多址中不

4、同用户的码型相互不重叠。第5页，本讲稿共63页1.多址接入方式图图6-1 FDMA、TDMA和和CDMA的示意图的示意图第6页，本讲稿共63页2.多址接入与信道(1)物理信道物理信道 信道是传输信息的通道，依传输媒介的不同，信道可分为有线信道和无线信道两大类。无线信道是指利用无线电波传输信息的通道。依据传输信号的形式不同可分为模拟信道和数字信道两类。模拟信道是指传输话音等模拟信号的信道，数字信道是指能直接传输数字信号的信道。数字移动通信信道属于移动环境下的无线数字信道。具体的物理信道与采用何种多址（接入）方式有关。频分多址接入时的信道表现为频道，时分多址接入时的信道表现为时隙，码分多址接入时的

5、信道表现为码型。信信道道、时时隙隙和和码型是多址连接信道的三种主要形式。码型是多址连接信道的三种主要形式。第7页，本讲稿共63页2.多址接入与信道(2)数字移动通信的信道数字移动通信的信道 由于频分多址技术发展较早也最为成熟，因此早期的蜂窝系统建立在频分多址的基础之上。后来发展的数字蜂窝移动通信，仍然采用蜂窝结构，其时分多址系统是将将频频分分与与时时分分相相结结合合，综合利用频分和时分的优点形成基于时分多址的系统；而码分多址系统则是将将频频分分与与码码分分相相结结合合，形成基于码分多址的系统。例如，GSM系统就是在频分蜂窝系统的基础上，在每个基站控制区内实现时分多址的系统；而IS-95 CDM

6、A系统则是在频分基础上的码分蜂窝系统。就用户之间建立信道而言，基于时分多址系统的信道是时隙，而基于码分多址系统的信道是码型。第8页，本讲稿共63页6.2 FDMA方式1.FDMA系统原理系统原理 FDMA为每一个用户指定了特定信道，这些信道按要求分配给请求服务的用户。在呼叫的整个过程中，其他用户不能共享这一频段。从图6-2中可以看出，在频分双工（frequency division duplex，FDD）系统中，分配给用户一个信道，即一对频道。一个频道用作前向（下行）信道，即基站（BS）向移动台（MS）方向的信道；另一个则用作反向（上行）信道，即移动台向基站方向的信道。这种通信系统的基站必须同

7、时发射和接收多个不同频率的信号；任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转，因而必须同时占用2个信道（1对频道）才能实现双工通信。第9页，本讲稿共63页图图6-2 FDMA系统的工作示意图系统的工作示意图 1.FDMA系统原理第10页，本讲稿共63页图图6-3 FDMA系统频谱分隔示意图系统频谱分隔示意图 1.FDMA系统原理 FDMA系统的频谱分割如下图所示。在频率轴上，前向信道占有较高的频带，反向信道占有较低的频带，中间为保护频带。在用户信道之间，设有保护频隙fg，以免因系统的频率漂移造成频道间的重叠。第11页，本讲稿共63页1.FDMA系统原理 保证频道之间不重叠（例如频道间隔25

8、kHz）是实现频分双工通信的基本要求。FDMA系统基于频率划分信道。每个用户在一对频道(f-f)中通信。若有其他信号的成分落入一个用户接收机的频道带内时，将造成对有用信号的干扰。就蜂窝小区内的基站与移动台系统而言，主要干扰有互调干扰和邻道干扰。在频率复用的蜂窝系统中，还要考虑同频干扰。第12页，本讲稿共63页2.FDMA系统的特点 FDMA系统有以下特点：系统有以下特点：每信道占用一个载频，相邻载频之间的间隔应满足传输信号带宽的要求。为了在有限的频谱中增加信道数量，系统均希望间隔越窄越好。FDMA信道的相对带宽较窄（25kHz或30kHz），每个信道的每一载波仅支持一个电路连接，也就是说FDM

9、A通常在窄带系统中实现。符号时间远大于平均延迟扩展。这说明符号间干扰的数量低，因此在窄带FDMA系统中无需自适应均衡。基站复杂庞大，重复设置收发信设备。基站有多少信道，就需要多少部收发信机，同时需用天线共用器，功率损耗大，易产生信道间的互调干扰。第13页，本讲稿共63页2.FDMA系统的特点 FDMA系统有以下特点：系统有以下特点：FDMA系统每载波单个信道的设计，使得在接收设备中必须使用带通滤波器允许指定信道里的信号通过，滤除其它频率的信号，从而限制邻近信道间的相互干扰。越区切换较为复杂和困难。因在FDMA系统中，分配好语音信道后，基站和移动台都是连续传输的，所以在越区切换时，必须瞬时中断传

10、输数十至数百毫秒，以把通信从一频率切换到另一频率。对于语音通信，瞬时中断问题不大，对于数据传输则将带来数据的丢失。第14页，本讲稿共63页6.3 TDMA方式1.TDMA系统原理系统原理 TDMA是在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的），每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户。如图6-4所示，系统根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发射信号（突发信号），在满足定时和同步的条件下，基站可以在各时隙中接收到各移动台的信号而互不干扰。同时，基站发向各个移动台的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动台只要在

11、指定的时隙内接收，就能在接收到的信号中把发给它的信号区分出来。第15页，本讲稿共63页图图6-4 TDMA系统的工作示意图系统的工作示意图1.TDMA系统原理第16页，本讲稿共63页2.TDMA的帧结构 TDMA帧是TDMA系统的基本单元，它由时隙组成，在时隙内传送的信号叫做突突发发（burst），各个用户的发射相互连成1个TDMA帧，帧结构示意图如图6-5所示。从图6-5可以看出，1个TDMA帧是由若干时隙组成的，不同通信系统的帧长度和帧结构是不一样的。典型的帧长在几毫秒到几十毫秒之间。例如，GSM系统的帧长为4.6ms（每帧8个时隙），DECT系统的帧长为10ms（每帧24个时隙）。在TD

12、MA/TDD系统中，帧信息中一半时隙用于前向链路；而另一半用于反向链路。在TDMA/FDD系统中，有一个完全相同或相似的帧结构，要么用于前向传送，要么用于反向传送，但前向和反向链路使用的载频是不同的。第17页，本讲稿共63页图图6-5 TDMA帧结构帧结构2.TDMA的帧结构 在TDMA系统中，每帧中的时隙结构的设计通常要考虑三个主要问题：一是控制和信令信息的传输；二是多径衰落信道的影响；三是系统的同步。在GSM系统中，TDMA帧和时隙的具体构成在第7章有详细介绍。第18页，本讲稿共63页TDMA系统有以下特点：系统有以下特点：3.TDMA系统的特点突发传输的速率高，远大于语音编码速率，每路编

13、码速率设为R，共N个时隙，则在这个载波上传输的速率将大于NR。这是因为TDMA系统中需要较高的同步开销。同步技术是TDMA系统正常工作的重要保证。发射信号速率随N的增大而提高，如果达到100kbps以上，码间串扰就将加大，必须采用自适应均衡，以补偿传输失真。TDMA用不同的时隙来发射和接收，因此不需要双工器。即使使用FDD技术，在用户单元内部的切换器就能满足TDMA在接收机和发射机间的切换，而无需使用双工器。第19页，本讲稿共63页3.TDMA系统的特点基站复杂性减小。N个时分信道共用一个载波，占据相同带宽，只需一部收发信机，互调干扰小。抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量较大。越区切换简单。

14、由于在TDMA中移动台是不连续的突发式传输，所以切换处理对一个用户单元来说是比较简单的。因为它可以利用空闲时隙检测其他基站，这样越区切换可在无信息传输时进行，因而没有必要中断信息的传输，即使传输数据也不会因为越区切换而丢失。TDMA系统有以下特点：系统有以下特点：第20页，本讲稿共63页例例6.1：考虑每帧支持8个用户且数据速率为270.833kbps的GSM TDMA系统，试求：(a)每一用户的原始数据速率是多少？(b)在保护时间、跳变时间和同步比特共占用10.1kbps的情况下，每一用户的传输效率是多少？解：(a)每用户的原始数据速率：270.833kbps/8=43.854kbps(b)

15、传输效率：1-10.1/43.854=70.2%例 题 许多系统综合采用FDMA和TDMA技术，例如GSM数字蜂窝移动通信标准采用200kHz的FDMA信道，并将其分成8个时隙，用于TDMA传输。第21页，本讲稿共63页例例6.2：假定某个系统是一个前向信道带宽为50MHz的TDMA/FDD系统，并且将50MHz分为若干个200kHz的无线信道。当一个无线信道支持16个语音信道，并且假设没有保护频隙时，试求出该系统所能同时支持的用户数。解：在GSM中包含的同时用户数为：N(50MHz/200kHz)16=4000因此，该系统能同时支持4000个用户。例 题第22页，本讲稿共63页例例6.3：如

16、果GSM使用每帧包含8个时隙的帧结构，并且每一时隙包含156.25比特，在信道中数据的发送率为270.833kbps，求：(a)一比特的时长；(b)一时隙长；(c)帧长；(d)占用一个时隙的用户在两次发射之间必须等待的时间。解：(a)一比特时长Tb1/(270.833kbps)=3.692s(b)一个时隙长Tslot156.25Tb0.577ms(c)帧长Tf8Tslot4.615ms(d)用户必须等待4.615ms，在一个新帧到来之后才可进行下一次发射。例 题第23页，本讲稿共63页6.4 CDMA方式1.CDMA系统原理系统原理 CDMA系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来

17、传输信息。CDMA系统的地址码相互正交，用于区别不同地址，而在频率、时间和空间上都可能重叠。系统的接收端必须有完全一致的本地地址码，用来对接收的信号进行相相关关检检测测。其他使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。它们的存在类似于在信道中引入了噪声或干扰，通常称之为多址干扰多址干扰（MAI）。第24页，本讲稿共63页 在CDMA蜂窝系统中，用户之间的信息传输也是由基站进行转发和控制的。为了实现双工通信，正向传输和反向传输各使用一个频率，即通常所谓的频分双工。无论正向传输或反向传输，除了传输业务信息外，还必须传送相应的控制信息。为了传送不同的信息，需要设置相应的信道。但是，

18、CDMA蜂窝系统既不分频道有不分时隙，无论传送何种信息的信道都靠采用不同的码型来区分。图6-6是CDMA系统的工作原理示意图。由此可知，地址码在CDMA系统中的重要性。地址码的设计直接影响CDMA系统的性能，为提高抗干扰能力，地址码要用伪随机码（又称为伪随机（Pseudo-Noise）序列）。1.CDMA系统原理第25页，本讲稿共63页1.CDMA系统原理图图6-6 CDMA系统的工作原理示意图系统的工作原理示意图第26页，本讲稿共63页2.正交Walsh函数 Walsh函数有着良好的互相关和较好的自相关特性。Walsh函数波形函数波形 Walsh（沃尔什）函数是一种非正弦的完备函数系，其连续

19、波形如图6-7所示。由于它仅有两个可能的取值：+1或-1，所以比较适合用来表示和处理数字信号。利用Walsh函数的正交性，可获得CDMA的地址码。第27页，本讲稿共63页图图6-7 连续连续Walsh函数的波形函数的波形2.正交Walsh函数第28页，本讲稿共63页2.正交Walsh函数 若对图6-7中的Walsh函数波形在8个等间隔上取样，即得到离散Walsh函数，可用88的Walsh函数矩阵表示。采用负逻辑，即“0”用“+1”表示，“1”用“-1”表示，从上往下排列，图6-7所示函数对应的矩阵如式(6-2)所示，从中可见，变换行的次序后与下面所述的Walsh函数的矩阵相同。(6-2)第29

20、页，本讲稿共63页2.正交Walsh函数Walsh函数矩阵（函数矩阵（Hadamard矩阵）的递推关系矩阵）的递推关系 Walsh（沃尔什）函数可用Hadamard（哈达码）矩阵H表示，利用递推关系很容易构成Walsh函数序列族。哈达码矩阵H是由“1”和“0”元素构成的正交方阵。在哈达码矩阵中，任意两行（列）都是正交的。这样，当把哈达码矩阵中的每一行（列）看成一个函数时，则任意两个函数之间也都是正交的，即互相关函数为零。因此，将M阶哈达码矩阵中的每一行定义为一个Walsh序列（又称Walsh码或Walsh函数）时，我们就得到M个Walsh序列。第30页，本讲稿共63页哈达码矩阵有如下递推关系：

21、式中，M取2的幂；是 的补。2.正交Walsh函数第31页，本讲稿共63页2.正交Walsh函数 例如，当M=64时，利用上述的递推关系，就可得到6464的Walsh序列（函数）。这些序列在IS-95 CDMA蜂窝系统中被作为前向码分信道。因为是正交码，可供码分的信道数等于码长，即64个。在反向信道中，利用Walsh序列的良好互相关特性，64位的正交Walsh序列用做编码调制。第32页，本讲稿共63页3.m序列伪随机码m序列的生成序列的生成 m序列是最长线性移位寄存器序列的简称，它是由带线性反馈的移存器产生的周期最长的一种序列。它的周期P=2n-1（n是移位寄存器的级数）。m序列是一个伪随机序

22、列，具有与随机噪声类似的尖锐自相关特性，但它不是真正随机的，而是按一定的规律形式周期性地变化。由于m序列容易产生、规律性强、有许多优良的特性，因而在扩频通信和CDMA系统中最早获得广泛的应用。m序列的发生器是由移位寄存器、反馈抽头及模2加法器组成的。产生m序列的移位寄存器的网络结构不是随意的，必须满足一定的条件。图6-8是一个由三级移位寄存器构成的m序列发生器。第33页，本讲稿共63页图图6-8 m序列产生电路序列产生电路m序列的生成第34页，本讲稿共63页m序列的特性 m序列有许多优良的特性，但我们注意关心它的随机性和相关性。(1)m序列的随机性序列的随机性 m序列一个周期内“1”和“0”的

23、码元数大致相等(“1”比“0”只多一个)。这个特性保证了在扩频系统中，用m序列做平衡调制实现扩展频谱时有较高的载波抑制制度。连“1”的游程和“0”的游程各占一半，而且只有一个包含n-1个“0”的游程，也只有一个包含n个“1”的游程。m序列和其移位后的序列逐位模2加，所得的序列还是m序列，只是相位不同。m序列发生器中的移位寄存器的各种状态，除全0外，其它状态在一个周期内只出现一次。第35页，本讲稿共63页(2)m序列的自相关性 对于一个周期为P=2n-1的m序列an（an取值1或0），m序列的自相关函数如下所述。设m序列an与后移位的序列an+逐位模2加所得的序列an+an+中，“0”的位数为A

24、（序列an和an+相同的位数），“1”的位数为D（序列an和an+不相同的位数），则自相关函数由下式计算：显然A+D=P。可以推得m序列的自相关函数为：第36页，本讲稿共63页图图6-9 m序列的自相关函数序列的自相关函数(2)m序列的自相关性 由上图可见，当=0时，m序列的自相关函数出现峰值1；当偏离0时，自相关函数曲线很快下降。当周期P很大时，m序列的自相关函数与白噪声类似。这一特性很重要，相关检测就是利用这一特性，在“有”或“无”信号相关函数值的基础上识别信号，检测自相关函数值为1的码序列。第37页，本讲稿共63页(3)m序列的互相关性 m序列的互相关性是指相同周期的两个不同m序列an、

25、bn一致性的程度。其互相关值越接近于0，说明这两个m序列差别越大，即互相关性越弱；反之，说明这两个m序列差别较小，即互相关性较强。当m序列用作CDMA系统的地址码时，必须选择互相关值很小的m序列组，以避免用户之间的相互干扰，减小多址干扰（MAI）。第38页，本讲稿共63页(3)m序列的互相关性 对于两个周期为P=2n-1的m序列an和bn（an、bn取值1或0），其互相关函数描述如下：设m序列an与后移位的序列bn+逐位模2加所得的序列an+bn+中，“0”的位数为A（序列an和bn+相同的位数），“1”的位数为D（序列an和bn+不相同的位数），则互相关函数由下式计算：显然A+D=P。第39

26、页，本讲稿共63页通常在实际应用中，只关心互相关特性好的m序列对的特性。对于周期为 的m序列组，其最好的m序列对的互相关函数值只取三个，这三个值是式中，其中表示取实数的整数部分。这三个值被称为理想三值。能够满足这一特性的m序列对称为m序列优选对，它们可以用于实际工程。(3)m序列的互相关性第40页，本讲稿共63页(3)m序列的互相关性 在CDMA蜂窝系统中，可为每个基站分配一个PN序列（Pseudo-noise Sequence，伪噪声序列），以不同的PN序列来区分基站地址；也可只用一个PN序列，而用PN序列的相位来区分基站地址，即每个基站分配一个PN序列的初始相位。IS-95 CDMA蜂窝系

27、统就是采用给每个基站分配一个PN序列的初始相位的方法。它用周期为215=32768个码片的PN序列，每64个码片为一个初始相位，共有32768/64=512种初始相位，分配给512个基站。CDMA蜂窝系统中，移动用户的识别需要采用周期足够长的PN序列，以满足对用户地址量的需求。在IS-95 CDMA蜂窝系统中采用的PN序列周期为242-1，这利用了m序列良好的自相关特性。第41页，本讲稿共63页4.CDMA系统的特点 CDMA系统有以下特点：系统有以下特点：CDMA系统的许多用户共享同一频率。通信容量大。从理论上讲，信道容量完全由信道特性决定，但实际的系统很难达到理想的情况。因而不同的多址方式

28、可能有不同的通信容量。CDMA是自干扰系统，任何干扰的减少都直接转化为系统容量的提高。因此，一些能降低干扰功率的技术，如语音激活技术等，可以自然地用于提高系统容量。软容量特性。TDMA系统中同时可接入的用户数是固定的，无法再多接入任何一个用户；而DS-CDMA（直扩CDMA）系统中，多增加一个用户只会使通信质量略有下降，不会出现硬阻塞现象。第42页，本讲稿共63页4.CDMA系统的特点 CDMA系统有以下特点：系统有以下特点：由于信号被扩展在一较宽频谱上，所以可减小多径衰落。如果频带宽度比信道的相关带宽大，那么固有的频率分集将具有减小多径衰落的作用。在CDMA系统中，信道数据速率很高。因此码片

29、时长通常比信道的时延扩展小得多。因为PN序列有很好的自相关性，所以大于一个码片宽度的时延扩展部分，可受到接收机的自然抑制；另一方面，如果采用分集接收最大比合并技术，可获得最佳的抗多径衰落效果。而在TDMA系统中，为克服多径造成的码间干扰，需要用复杂的自适应均衡，均衡器的使用增加了接收机的复杂度，同时影响到越区切换的平滑性。第43页，本讲稿共63页4.CDMA系统的特点 CDMA系统有以下特点：系统有以下特点：软切换和有效的宏分集。DS-CDMA系统中所有小区使用相同的频率，这不仅简化了频率规划，也使越区切换得以完成。每当移动台处于小区边缘时，同时有两个或两个以上的基站向该移动台发送相同的信号，

30、移动台的分集接收机能同时接收合并这些信号，此时处于宏分集状态。当某一基站的信号强于当前基站信号且稳定后，移动台才切换到该基站的控制上去，这种切换可以在通信的过程中平滑完成，称为软切换。低信号功率谱密度。在DS-CDMA系统中，信号功率被扩展到比自身频带宽度宽得多的频带范围内，因而其功率谱密度大大降低。由此可得到两方面的好处，其一，具有较强的抗窄带干扰能力；其二，对窄带系统的干扰很小，有可能与其他系统共用频段，使有限的频谱资源得到更充分的使用。第44页，本讲稿共63页4.CDMA系统的特点 CDMA系统存在着两个重要的问题：系统存在着两个重要的问题：来自非同步CDMA系统中不同用户的扩频序列不完

31、全是正交 的。这 一 点 与 FDMA和 TDMA是 不 同 的，FDMA和TDMA具有合理的频率保护带或保护时间，接收信号接近保持正交性，而CDMA对这种正交性是不能保证的。这种扩扩频频码码集集的的非非零零互互相相关关系系数数会引起各用户间的相互干扰，即多址干扰（MAI），在异步传输信道以及多径传播环境中多址干扰将更为严重。第45页，本讲稿共63页CDMA系统存在着两个重要的问题：远近效应。许多移动用户共享同一信道就会发生严重的远近效应问题。由于移动用户所在位置处于动态的变化中，基站接收到的各用户信号功率可能相差很大，即使各用户到基站距离相等，深衰落的存在也会使到达基站的信号各不相同，强信号

32、对弱信号有着明显的抑制作用，会使弱信号的接收性能很差甚至无法通信。这种现象就称为远近效应。由于许多用户共享频道和时隙，所以有用信号和干扰信号将同时接入感兴趣的信号带宽内，因而远近效应特别严重。为了解决远近效应问题，在大多数CDMA实际系统中都使用了功率控制技术。第46页，本讲稿共63页6.5 SDMA方式SDMA（空分多址）方式是通过空间的分割来区别不同用户的，它利用无线的方向性波束将小区划分成不同的子空间来实现空间的正交隔离。在移动通信中，采用自适应阵列天线是实现空间分割的基本技术，它可在不同用户方向上形成不同的波束。SDMA使用不同的天线波束为不同区域的用户提供接入。相同的频率（在CDMA

33、系统中)或不同的频率（在FDMA系统中）用来服务于被天线波束覆盖的这些不同区域。实际上，蜂窝系统中广泛使用的多扇区划分即可看作是SDMA一种雏形。在极限情况下，自适应阵列天线具有极小的波束和无限快的跟踪速度（类似于激光束），它可以实现最佳的SDMA。第47页，本讲稿共63页图图6-10 SDMA系统的工作示意图系统的工作示意图6.5 SDMA方式第48页，本讲稿共63页在蜂窝系统中，在蜂窝系统中，SDMA反向链路设计比较困难，主要原因有两个。反向链路设计比较困难，主要原因有两个。由于每一用户和基站间无线传播路径的不同，从每一用户单元出来的发射功率动态控制困难。发射受到用户单元电池能量的限制，因

34、此也限制了反向链路上对功率的控制程度。用在基站的自适应天线，可以解决反向链路的一些问题。用在基站的自适应天线，可以解决反向链路的一些问题。自适应阵列天线提供了最理想的SDMA，提供了在本小区内不受其他用户干扰的唯一信道。尽管上述理想情况是不可实现的，它需要无限多个阵元，但采用适当数目的阵元，也可以获得较大的系统增益。6.5 SDMA方式第49页，本讲稿共63页6.6 OFDM多址方式1.OFDM-TDMA在OFDM-TDMA系统中，信息的传送是按时域上的帧来进行的，每个时间帧包含多个时隙，每个时隙的宽度等于一个OFDM符号的时间长度，有信息要传送的用户按各自的需求可以占用一个或多个OFDM符号

35、。特点：OFDM-TDMA方案在特定在特定OFDM符号内将全部带宽分配给一个用户符号内将全部带宽分配给一个用户，不可避免地存在带宽资源浪费、频率利用率较低和灵活性差等不足。OFDM-TDMA方案的信令开销很大程度上取决于是否采用滤除具有较低信噪比子载波的技术和自适应调制/编码技术。OFDM是一种调制技术，但它本身与传统的多址技术结合可以实现多用户OFDM系统，如OFDM-TDMA、OFDMA和多载波CDMA等。第50页，本讲稿共63页概念：通过为每个用户提供部分不同的子载波来实现多用户接入，也就是每个用户分配一个OFDM符号中的一个子载波或一组子载波，以子载波频率的不同来区分用户。给用户分配子

36、载波有很多方法，使用最广泛的有两种：分组子载波（Grouped Subcarriers），如图6-11(a)所示，即给每个用户分配一组相邻的子载波，其特点是比较简单，用户间干扰较小，但是受传输中信道衰落的影响比较大。间隔扩展子载波（Comb Spread Subcarriers），如图6-11(b)所示，即每个用户分配到的子载波是间隔的，其特点是通过频域扩展，增加频率分集，从而减少了信道衰落的影响。2.OFDMA第51页，本讲稿共63页(a)分组子载波方式(b)间隔扩展子载波方式 2.OFDMA图图6-11 OFDMA子载波分配方式子载波分配方式第52页，本讲稿共63页OFDMA系统具有以下特

37、点：可以不受小区内的干扰。它通过为小区内的多用户设计正交跳频图案来达到。可以灵活地适应带宽的要求。它通过简单地改变所使用的子载波数目就可以适应特定的传输带宽。可与动态信道分配技术相结合，以支持高速率的数据传输。2.OFDMA第53页，本讲稿共63页6.7 随机多址方式前面所述的多址方式是基于物理层的。基于网络层网络协议的分组数据随机多址方式日显重要。例如，在分组无线电系统中，任一发送用户的分组在共用信道上发射，使用自由竞争规则随机接入信道，接收方收到后发送确认信息，进而实现了用户之间的联接。这种以自由竞争式的随机接入，采用网络协议形式实现的多址连接方式称为随机多址。第54页，本讲稿共63页1A

38、LOHA协议和时隙ALOHAALOHA协议是一种最简单的数据分组传输协议。规则：任何一个用户随时有数据分组要发送，它就立刻接入信道进行发送。发送结束后，在相同的信道上或一个单独的反馈信道上等待应答。如果在一个给定的时间区间内，没有收到对方的认可应答，则重发刚发的数据分组。问题：各个节点的发射是相互独立的，即各节点的发送与否与信道状态无关，这样在同一信道上会出现多个分组发生碰撞的情况。时隙ALOHA协议将时间轴分成时隙，时隙大小大于或等于一个分组的长度。所有用户都同步在时隙开始时刻进行发送。第55页，本讲稿共63页ALOHA和时隙ALOHA协议示意图(a)ALOHA协议；(b)时隙ALOHA协议

39、1ALOHA协议和时隙ALOHA第56页，本讲稿共63页2载波侦听多址接入（CSMA）CSMA协议每个节点在发送前，首先要侦听信道是否有分组在传输。若信道空闲(没有检测到载波)，才可以发送；若信道忙，则按照设定的准则推迟发送。在CSMA协议中，有检测时延和传播时延两个主要参数。当检测到信道忙时，有几种处理办法：一是暂时放弃检测信道，并等待一个随机时延，在新的时刻重新检测信道，直到检测到空闲信道，该协议称为非坚持CSMA；二是坚持继续检测信道直至信道空闲，一旦信道空闲则以概率1发送分组，该协议称为1-坚持CSMA；三是继续检测信道直至信道空闲，此时以概率p发送分组，以1-p推迟发送，该协议称为p

40、-坚持CSMA。第57页，本讲稿共63页CSMA协议示意图 2载波侦听多址（CSMA）第58页，本讲稿共63页3预约随机多址预约随机多址：将时间轴分为重复的帧，每一帧分为若干时隙。当某用户有分组要发送时，可采用ALOHA的方式在空闲时隙上进行预约。如果预约成功，它将无碰撞地占用每一帧所预约的时隙，直至所有分组传输完毕。用于预约的时隙可以是一帧中固定的时隙，也可以是不固定的。预约时隙的大小可与信息传输时隙相同，也可以将一个时隙再分为若干个小时隙，每个小时隙供一个用户发送预约分组。举例：典型的预约随机多址协议分组预约多址(PRMA)。预约时隙的方法：当一个话音突发到达时，该节点在一帧中寻找空闲时隙

41、，并在空闲时隙上发送该突发的第一个分组，如果传输成功，则它就预约了后续帧中对应的时隙，直至该突发传输结束。第59页，本讲稿共63页6.8 系统容量一个无线电系统的容量被定义为一定频段内所能提供的信道数或用户的最大数目或系统输入话务总量（Erlang）。它与信道的载频间隔、每载频的时隙数、频率资源和频率复用方式、基站设置方式等有关。蜂窝系统的无线容量可定义为式中，是无线容量大小；是分配给系统的总频谱宽度；是信道带宽；是区群中的小区数。信道/小区 第60页，本讲稿共63页1、FDMA和TDMA蜂窝系统的容量FDMA的无线容量如下：TDMA的无线容量如下：信道/小区 信道/小区 6.8 系统容量第6

42、1页，本讲稿共63页2、CDMA蜂窝系统的容量决定CDMA蜂窝系统容量的主要参数是：处理增益、语音负载周期、频率复用效率，以及基站天线扇区数。信道/小区 6.8 系统容量式中，Eb是信息的比特能量；Rb是信息的比特速率；N0是干扰的功率谱密度；W是总频段宽度（即CDMA信号所占的频谱宽度）；Eb/N0类似于通常所谓的归一化信噪比，其取值决定于系统对误比特率或语音质量的要求，并于系统的调制方式和编码方案有关；W/Rb是系统的处理增益；C为载波信号功率；为背景热噪声。第62页，本讲稿共63页实际中，根据CDMA蜂窝通信系统的特点进行修正。（1）采用语音激活技术提高系统容量（2）利用扇区划分提高系统容量（3）频率复用 信道/小区 信道/小区 信道/小区 6.8 系统容量第63页，本讲稿共63页