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,第五章 多址接入技术,主讲人：张 炜,电子科学与工程学院 军事通信工程系,第2页 共40页,第3页 共40页,5.1 引言,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,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； 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 引言,1、问题的提出,第4页 共40页,5.1 引言,5.1 引言,2、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,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：,第5页 共40页,5.1 引言,5.1 引言,3、分类,分为两类： 有冲突多址接入方式（随机接入）和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-Acccess CDMA：码分多址，Code Division Multi-Acccess SDMA：空分多址，Space Division Multi-Acccess 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TDMA：属于固定容量的分配方案,第6页 共40页,5.1 引言,5.1 引言,4、举例,第7页 共40页,5.2 FDMA,5.2 FDMA,FDMA（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、原理,第8页 共40页,实例：AMPS系统 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。,5.2 FDMA,5.2 FDMA,第9页 共40页,5.2 FDMA,5.2 FDMA,2、技术特点,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。 需要精确的射频带通滤波器来消除相邻信道干扰。 非线性是FDMA系统的主要问题： 互调干扰：fMI = m f1 + n f2 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。,第10页 共40页,5.3 TDMA,5.3 TDMA,1、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。,第11页 共40页,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：,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。,第12页 共40页,5.3 TDMA,5.3 TDMA,2、分类,STDMA（同步TDMA）：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。,ATDMA（异步TDMA）：时隙分配不固定，发送时隙在各帧动态分配。,帧长度被用户数所固定。,各帧长度不同，取决于该帧的激活用户数。,第13页 共40页,5.3 TDMA,5.3 TDMA,3、TDMA帧结构,能够采用TDD或FDD两种双工方式。,第14页 共40页,5.3 TDMA,5.3 TDMA,4、STDMA（同步TDMA）,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TDMA,窄带TDMA,第15页 共40页,5.3 TDMA,5.3 TDMA,5、STDMA特点,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。,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。,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。,TDMA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。,第16页 共40页,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 TDMA,5.3 TDMA,GSM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。,第17页 共40页,5.4 CDMA,5.4 CDMA,CDMA（ Code Division Multi-Acccess ）： 直接序列扩频多址方式,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。 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。,第18页 共40页,5.4 CDMA,5.4 CDMA,（1）频段 下行：869MHz894MHz（基站发射）； 上行：824 MHz849MHz（移动台发射）。,实例：IS-95系统,（2）信道数 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、同步信道等控制信道； 每一载频带宽：1.25MHz,第19页 共40页,5.4 CDMA,5.4 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,第20页 共40页,5.4 CDMA,5.4 CDMA,特点,CDMA系统多用户共享同一频率，最小区群尺寸为1。 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。 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，通过收集所需要信号中不同时延得信号来提高接收机的可靠性。 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。 远近效应问题。,第21页 共40页,5.5 频谱效率,5.5 频谱效率,移动通信系统中提高频谱利用率的常用技术： 压缩数据以降低传输速率； 减小带宽； 信道分配； 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： 以KHz为单位的信道间隔； 以km2为单位的小区面积； 频率复用因子； 所采用的多址接入方法；,第22页 共40页,5.5 频谱效率,5.5 频谱效率,第23页 共40页,5.5 频谱效率,5.5 频谱效率,1、FDMA系统,FDMA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：,第24页 共40页,5.5 频谱效率,5.5 频谱效率,1、FDMA系统,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，求FDMA的频谱效率。,解：可用信道数为：,FDMA的频谱效率为：,FDMA的频谱效率,第25页 共40页,5.5 频谱效率,5.5 频谱效率,1、FDMA系统,FDMA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) /N,第26页 共40页,5.5 频谱效率,5.5 频谱效率,1、FDMA系统,FDMA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：,第27页 共40页,5.5 频谱效率,5.5 频谱效率,2、TDMA系统,TDMA的频谱效率,宽带TDMA的频谱效率：,帧效率：,时隙效率：,第28页 共40页,5.5 频谱效率,5.5 频谱效率,2、TDMA系统,TDMA的频谱效率,窄带TDMA的频谱效率：,第29页 共40页,5.5 频谱效率,5.5 频谱效率,2、TDMA系统,TDMA系统的小区容量,小区容量定义为小区能够同时支持的最大移动用户数。,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大数目为：,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：,第30页 共40页,5.5 频谱效率,5.5 频谱效率,2、TDMA系统,TDMA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。,第31页 共40页,5.5 频谱效率,5.5 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）。,第32页 共40页,5.5 频谱效率,5.5 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）。,第33页 共40页,5.5 频谱效率,5.5 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）,第34页 共40页,无线通信基础,END,第35页 共40页,无线通信基础,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