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1、第五章 多址接入技术主讲人：张主讲人：张 炜炜电子科学与工程学院 军事通信工程系第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.1 引言5.2 FDMA5.3 TDMA5.4 CDMA5.5 频谱效率2第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.1 引言多址接入多址接入：两个或多个用户希望利用同一个传播信道 同时相互通信的一种信号传输方式 p 广播式传输（下行链路）： 基站发射的信号被小区中的每个用户接收；p 多址接入（上行链路）： 用户对基站发射信号是多对一的，多址接入即基站如何有效地分辨这些来自不同用户的信号。5.1 5.1 引言引言1 1、问题的提出、问题的提出3第五章第五章 多址接入技术多址接
2、入技术5.1 引言5.1 5.1 引言引言2 2、关键问题、关键问题多址接入的关键是使得来自不同用户的发射信号相互正交 p 两个或多个用户的信号同时达到基站接收机，若多个到达信号相互正交，则相互间无干扰：4第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.1 引言5.1 5.1 引言引言3 3、分类、分类分为两类：有冲突多址接入方式有冲突多址接入方式（随机接入随机接入）和无冲突多址接入方式无冲突多址接入方式pp无冲突多址接入方式：无冲突多址接入方式： FDMA：频分多址，Frequency Division Multi-Acccess TDMA：时分多址，Time Division Multi-Acc
3、cess CDMA：码分多址，Code Division Multi-Acccess SDMA：空分多址，Space Division Multi-Acccesspp有冲突多址接入方式有冲突多址接入方式（随机接入）： Aloha；载波侦听多址接入方式（CSMA）等 FDMA与与TDMA：属于固定容量的分配方案：属于固定容量的分配方案5第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.1 引言5.1 5.1 引言引言4 4、举例、举例CDMA/FDD美国美国窄带扩频窄带扩频（IS-95）TDMA/TDD欧洲欧洲数字数字无绳无绳电话电话（DECT）FDMA/TDDCT2（无绳（无绳电话电话）TDMA/FD
4、D日本日本数字蜂窝数字蜂窝（JDC）TDMA/FDD美国数字蜂窝美国数字蜂窝（USDC）TDMA/FDD全球移动通信全球移动通信系统（系统（GSM）FDMA/FDD高级移动电话高级移动电话系统（系统（AMPS）多址技术多址技术蜂窝移动通信蜂窝移动通信系统系统6第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.2 FDMA5.2 FDMA5.2 FDMAFDMA（Frequency Division Multiple Access）： 将通信系统的总带宽划分为若干等间隔的信道，分配给不同的用户。1 1、原理、原理7第五章第五章 多址接入技术多址接入技术实例：AMPS系统 AMPS系统采用FDMA/FDD
5、多址方式，系统带宽为12.5MHz，边界保护间隔为10kHz，信道带宽为30kHz，分配给控制信令的信道数为21个。5.2 FDMA5.2 FDMA5.2 FDMA8第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.2 FDMA5.2 FDMA5.2 FDMA2 2、技术特点、技术特点p FDMA通常在窄带系统实现，符号时间远大于延时扩展，不需要信道均衡。p 需要精确的射频带通滤波器来消除相邻信道干扰。p 非线性是FDMA系统的主要问题： 互调干扰：fMI = m f1 + n f2p 关键问题 合理配置频率避开互调分量； 采用高线性度的功率放大器； 功率放大器的线性补偿。9第五章第五章 多址接入技术
6、多址接入技术5.3 TDMA5.3 TDMA5.3 TDMA1 1、原理、原理TDMA（Time Division Multiple Access）： 信道时间被划分为不同的帧，每个帧又进一步分割为不同的时隙，每个用户在被指定的时隙逐帧发送。帧足够长，每个接受服务的用户都有机会发射至少一次。10第五章第五章 多址接入技术多址接入技术1、经实验测试路径损耗因子=3，区群大小N=3，小区半径由原来的R变为R/2。为获得相同的边缘通信概率，比较分裂前后的基站发射功率变化。 复习：复习：2、系统所要求的S/I不变，路径损耗指数为2，采用3扇区（120度定向天线）后，理论上蜂窝系统的容量是原来的 倍。1
7、1第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.3 TDMA5.3 TDMA5.3 TDMA2 2、分类、分类STDMASTDMA（同步（同步TDMATDMA）：建立连接时分配的时隙是固定的，各用户与其被指定的时隙保持同步。ATDMAATDMA（异步（异步TDMATDMA）：时隙分配不固定，发送时隙在各帧动态分配。p 帧长度被用户数所固定。p 各帧长度不同，取决于该帧的激活用户数。12第五章第五章 多址接入技术多址接入技术帧 帧头信息 帧尾时隙1 时隙2 时隙3时隙n头比特同步比特信息数据保护比特5.3 TDMA5.3 TDMA5.3 TDMA3 3、TDMATDMA帧结构帧结构p 能够采用TDD
8、或FDD两种双工方式。13第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.3 TDMA5.3 TDMA5.3 TDMA4 4、STDMASTDMA（同步（同步TDMATDMA）p 根据频率分配的方式不同，STDMA可以是宽带的，也可以是窄带的。宽带宽带TDMA窄带窄带TDMA14第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.3 TDMA5.3 TDMA5.3 TDMA5 5、STDMASTDMA特点特点p 对于移动用户而言，TDMA系统的数据传送不是连续的，电池消耗低。p 由于TDMA中的不连续发射，切换处理对于一个用户单元来说是简单的。移动台辅助切换（MAHO）通过监听TDMA帧中的一个空闲实隙来执行
9、。p在TDMA中，采用均衡器是必要的。因为相对于FDMA信道，TDMA信道的发射速率通常要高得多。pTDMA的一个优点是它有可能给不同用户分配一帧中不同数目的时隙。15第五章第五章 多址接入技术多址接入技术实例2：GSM系统前向/反向信道的单向带宽：25MHz信道数：共有125个RF载波，每个载波带宽200kHz。5.3 TDMA5.3 TDMA5.3 TDMAGSM系统能同时容纳的用户数为：上行：890MHz915MHz下行：935MHz960MHz收、发频率间隔为45MHz。16第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.4 CDMA5.4 CDMA5.4 CDMACDMA（ Code Di
10、vision Multi-Acccess ）： 直接序列扩频多址方式p它是第二代移动通信中的两种主要多址方式中除TDMA以外的另一种形式，最典型的是IS-95。p在第三代移动通信中，提出的最主要的三种体制也是采用CDMA，它们是FDD的CDMA2000、FDD的WCDMA，与TDD的TD-SCDMA。17第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.4 CDMA5.4 CDMA5.4 CDMA（1）频段p下行：869MHz894MHz（基站发射）；p上行：824 MHz849MHz（移动台发射）。 实例：IS-95系统（2）信道数p每一载频：64（码分信道） 其中55个为业务信道，另外包括导频信道
11、、同步信道等控制信道；p每一载频带宽：1.25MHz18第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.4 CDMA5.4 CDMA5.4 CDMA实例：IS-95系统（3）调制方式 移动台：OQPSK； 基站：QPSK交错四相相移键控19第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.4 CDMA5.4 CDMA5.4 CDMA特点特点p CDMA系统多用户共享同一频率，最小区群尺寸为1。p CDMA系统具有软容量控制，对于用户数目没有绝对的限制。当用户数目增加时，本底噪声增加，对用户而言系统性能下降。p CDMA中，信道数据率很高，符号周期很短，通常比时延扩展小得多。可以使用RAKE接收机，通过收集所
12、需要信号中不同时延得信号来提高接收机的可靠性。p 由于不同用户的扩频序列不是完全正交形成的自干扰问题。p 远近效应问题。20第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.5 频谱效率5.5 5.5 频谱效率频谱效率移动通信系统中提高频谱利用率的常用技术：a.压缩数据以降低传输速率；b.减小带宽；c.信道分配；d.选择多址接入方法；移动通信系统总的频谱效率依据以下信息进行估计：a.以KHz为单位的信道间隔；b.以km2为单位的小区面积；c.频率复用因子；d.所采用的多址接入方法；调制方法在内的系统参数调制方法在内的系统参数21第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.5 频谱效率5.5 5.5 频谱
13、效率频谱效率取决于系统参数的取决于系统参数的频谱效率分量频谱效率分量取决于多址接入方式的取决于多址接入方式的频谱效率分量频谱效率分量移动通信系统的频谱效率：系统的频谱效率的定义：22第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.5 频谱效率5.5 5.5 频谱效率频谱效率1 1、FDMAFDMA系统系统a.a.FDMAFDMA的频谱效率的频谱效率控制信道数：Nctr业务信道数：Ndata=Ns - Ncrt同时支持的信道数：频谱效率：23第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.5 频谱效率5.5 5.5 频谱效率频谱效率1 1、FDMAFDMA系统系统例：AMPS系统采用FDMA/FDD多址方式
14、，系统带宽为12.5MHz，边界保护间隔为10kHz，信道带宽为30kHz，分配给控制信令的信道数为21个，求FDMA的频谱效率。解：可用信道数为：FDMA的频谱效率为：a.a.FDMAFDMA的频谱效率的频谱效率24第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.5 频谱效率5.5 5.5 频谱效率频谱效率1 1、FDMAFDMA系统系统b.b.FDMAFDMA的系统频谱效率的系统频谱效率由系统频谱效率的定义，可有：总信道数：业务信道数：Ndata=Ns - Ncrt小区中的业务信道数：Nc = (Ns Ncrt) /N25第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.5 频谱效率5.5 5.5 频谱
15、效率频谱效率1 1、FDMAFDMA系统系统b.b.FDMAFDMA的系统频谱效率的系统频谱效率例：AMPS系统采用FDMA/FDD多址方式，系统带宽为12.5MHz，边界保护间隔为10kHz，信道带宽为30kHz，分配给控制信令的信道数为21个，小区面积为6km2，区群尺寸为7，求FDMA的系统频谱效率。解：可用信道数为：26第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.5 频谱效率5.5 5.5 频谱效率频谱效率2 2、TDMATDMA系统系统a.a.TDMATDMA的频谱效率的频谱效率宽带宽带TDMATDMA的频谱效率：的频谱效率：帧持续时间帧持续时间帧头持续时间帧头持续时间帧尾持续时间帧尾
16、持续时间时隙中符号总数时隙中符号总数时隙中信息时隙中信息符号总数符号总数帧效率：时隙效率：27第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.5 频谱效率5.5 5.5 频谱效率频谱效率2 2、TDMATDMA系统系统a.a.TDMATDMA的频谱效率的频谱效率窄带窄带TDMATDMA的频谱效率：的频谱效率：28第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.5 频谱效率5.5 5.5 频谱效率频谱效率2 2、TDMATDMA系统系统b.b.TDMATDMA系统的小区容量系统的小区容量p 小区容量定义为小区能够同时支持的最大移动用户数。p 对于TDMA而言，在可用频谱的一次占用期间，能够支持的同时用户的最
17、大数目为：p 设一个区群中的小区平分系统容量，则TDMA系统的小区容量为：29第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.5 频谱效率5.5 5.5 频谱效率频谱效率2 2、TDMATDMA系统系统c.c.TDMATDMA系统频谱效率系统频谱效率【定义】以比特/时间/带宽/小区为单位的TDMA系统频谱效率。30第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.5 频谱效率5.5 5.5 频谱效率频谱效率解：（1）例: IS-54系统为同步窄带TDMA/FDD系统，其前向/反向信道的单向带宽为25MHz，被划分为30kHz的无线信道，每个信道支持的传输速率为16.2kbps，设保护带Bg=20kHz。帧长
18、40ms，共有6个时隙。单个无线小区支持3个全速率话音信道，每个信道占用一帧中的2个时隙，每个时隙由324比特组成，其中260比特用于传输信息，其余64比特为控制开销。区群大小N=7，用户的编码速率为7.95kbps。求（1）小区容量；（2）TDMA的频谱效率；（3）小区的总频谱效率（系统频谱效率）。31第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.5 频谱效率5.5 5.5 频谱效率频谱效率解：（2）例: IS-54系统为同步窄带TDMA/FDD系统，其前向/反向信道的单向带宽为25MHz，被划分为30kHz的无线信道，每个信道支持的传输速率为16.2kbps，设保护带Bg=20kHz。帧长40
19、ms，共有6个时隙。单个无线小区支持3个全速率话音信道，每个信道占用一帧中的2个时隙，每个时隙由324比特组成，其中260比特用于传输信息，其余64比特为控制开销。区群大小N=7，用户的编码速率为7.95kbps。求（1）小区容量；（2）TDMA的频谱效率；（3）小区的总频谱效率（系统频谱效率）。32第五章第五章 多址接入技术多址接入技术5.5 频谱效率5.5 5.5 频谱效率频谱效率例: IS-54系统为同步窄带TDMA/FDD系统，其前向/反向信道的单向带宽为25MHz，被划分为30kHz的无线信道，每个信道支持的传输速率为16.2kbps，设保护带Bg=20kHz。帧长40ms，共有6个
20、时隙。单个无线小区支持3个全速率话音信道，每个信道占用一帧中的2个时隙，每个时隙由324比特组成，其中260比特用于传输信息，其余64比特为控制开销。区群大小N=7，用户的编码速率为7.95kbps。求（1）小区容量；（2）TDMA的频谱效率；（3）小区的总频谱效率（系统频谱效率）。解：（3）33第五章第五章 多址接入技术多址接入技术无线通信基础无线通信基础34第五章第五章 多址接入技术多址接入技术无线通信基础无线通信基础第1章 绪论第2章 无线信道的特性2.1 多径传播环境；2.2 线性时变信道模型；2.3 信道相关函数；2.4 大尺度路径损耗与阴影衰落；2.5 小尺度多径衰落；1.1 无线
21、通信的定义与工作频段；1.2 无线通信的发展历程；1.3 无线通信的分类；1.4 无线通信的实例；1.5 无线通信的发展与展望；35第五章第五章 多址接入技术多址接入技术无线通信基础无线通信基础第3章 移动无线系统的带通传输技术第4章 蜂窝通信基础3.1 引言；3.2 移动无线系统常用的数字调制方式；3.3 传输错误概率；3.4（补充）扩频通信系统；4.1 概述；4.2 频率复用与移动性管理；4.3 区群的概念；4.4 同信道与邻信道干扰；4.5 基站处的呼叫阻塞与延迟；4.6 扩大系统容量的其他方法；4.7 信道分配策略；36第五章第五章 多址接入技术多址接入技术无线通信基础无线通信基础第5章 多址接入技术5.1 引言；5.2 - 5.4 无冲突多址接入技术；5.4 频谱效率；37
