无线通信原理与应用-91-固定多址(频分多址、时分多址、码分多址、空分多址)课件

电气工程学院通信工程系第9章无线通信多址技术9.1概述9.2频分多址（FDMA）9.3时分多址（TDMA）

9.4扩频多址（SSMA）9.5空分多址（SDMA）9.6分组无线电（PR）

9.7蜂窝系统的容量电气工程学院通信工程系第9章无线通信多址技术9.11电气工程学院通信工程系第9章无线通信多址技术多用户通信系统有几种典型的方式：多址接入系统：许多用户共享有限的无线频谱。广播网：一个发射机发送信号给许多用户。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。多址方式的基本类型有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。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（SDMA）。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。电气工程学院通信工程系第9章无线通信多址技术多用户通2电气工程学院通信工程系§9.1概述频分双工（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。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。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。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的。电气工程学院通信工程系§9.1概述频分双工（FDD）：3电气工程学院通信工程系§9.1概述FDD和TDD的比较：FDD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RF设备。TDD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。应用限制在无绳和短距离无线接入。电气工程学院通信工程系§9.1概述FDD和TDD的比较4电气工程学院通信工程系§9.1概述共享有效带宽。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。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。FDMA/FDD：可用的无线带宽被分成许多窄带信道，这些信道工作在FDD方式，每个用户分配一个信道，不共享。TDMA/FDD和TDMA/TDD：大量的无线信道用FDD/TDD方式分配，而每个信道用TDMA方式共享。宽带系统：信道的发射带宽比信道的相干带宽大得多。

电气工程学院通信工程系§9.1概述共享有效带宽。根据有5电气工程学院通信工程系§9.1概述电气工程学院通信工程系§9.1概述6电气工程学院通信工程系§9.2频分多址（FDMA）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射频滤波器）。许多信道在一个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。电气工程学院通信工程系§9.2频分多址（FDMA）特点7电气工程学院通信工程系§9.3时分多址（TDMA）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；同步开销大，必须有自适应均衡、保护时隙；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；电气工程学院通信工程系§9.3时分多址（TDMA）发射8电气工程学院通信工程系§9.3时分多址（TDMA）TDMA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。电气工程学院通信工程系§9.3时分多址（TDMA）TD9电气工程学院通信工程系§9.3时分多址（TDMA）TDMA系统的信道数：把每一个信道的TDMA时隙与有效信道相乘，得到TDMA系统中所提供的TDMA信道时隙数。例9.3TDMA/FDDGSM系统采用25MHz带宽用于前向链路，并被分成200kHz的无线信道，如果一个无线信道支持8语音用户，并假设没有保护时隙，求此GSM系统包含的同时用户数。电气工程学院通信工程系§9.3时分多址（TDMA）TD10电气工程学院通信工程系§9.3时分多址（TDMA）例9.4如果GSM使用每帧包含8个时隙的帧结构，并且每一帧包含156.25比特，在信道中数据速率为270.833kbps，求（1）比特周期，（2）时隙长，（3）帧长，（4）占用一个时隙的用户在两次发射之间必须等待的时间。电气工程学院通信工程系§9.3时分多址（TDMA）例911电气工程学院通信工程系§9.3时分多址（TDMA）例9.5如果一个标准GSM时隙由6个尾比特，8.25个保护比特，26个训练比特和2组业务码组组成，其中每一个业务码组由58比特组成，求帧效率？电气工程学院通信工程系§9.3时分多址（TDMA）例912电气工程学院通信工程系§9.4扩频多址（SSMA）把一个窄带信号在发射前转换成宽带信号。有以下两种类型：§9.4.1跳频多址（FHMA）§9.4.2码分多址（CDMA）§9.4.3混合扩频技术（HSST）§9.4.4矢量量化电气工程学院通信工程系§9.4扩频多址（SSMA）把一13电气工程学院通信工程系§9.4.1跳频多址（FHMA）把一个宽频段分成若干个频率间隔，称为频道。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，用户数据就在不同的载波上发射出去。在某一时刻，跳频信号是一个窄带信号。FHMA和FDMA地区别在于FHMA跳频信号快速地变换频道。一个快跳频系统可被认为是使用频率分集的FDMA系统。FHMA系统通常采用功率效率高的恒包络调制技术。一个跳频系统具有一定的安全保证。电气工程学院通信工程系§9.4.1跳频多址（FHMA）14电气工程学院通信工程系§9.4.2码分多址（CDMA）所有用户使用同一载频，并且可以同时发射。发送端伪随机编码调制和接收端相关处理。存在“远近效应”问题，一般采用功率控制来克服。电气工程学院通信工程系§9.4.2码分多址（CDMA）15电气工程学院通信工程系§9.4.2码分多址（CDMA）CDMA特点：－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康；－有一定的保密性能；－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工作，其信号具有很强的隐蔽性；－与TDMA和FDMA不同，CDMA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带利用率；－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和进行软切换。电气工程学院通信工程系§9.4.2码分多址（CDMA）16电气工程学院通信工程系§9.4.3混合扩频技术（HSST）9.4.3.1混合FDMA/CDMA（FCDMA）与原来的CDMA系统相比，其处理增益低一些。优点是带宽不需要连续。系统容量是各子带容量之和。9.4.3.2混合直扩/跳频多址（DS/FHMA）直接序列扩展频谱信号的中心频率以伪随机方式变化。优点是避免了远近效应问题，但不适合软切换。电气工程学院通信工程系§9.4.3混合扩频技术（HSS17电气工程学院通信工程系§9.4.3混合扩频技术（HSST）9.4.3.3时分CDMA（TCDMA）给不同的小区指定不同的扩频代码；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；优点是它避免了远近效应。电气工程学院通信工程系§9.4.3混合扩频技术（HSS18电气工程学院通信工程系§9.4.3混合扩频技术（HSST）9.4.3.4时分跳频（TDFH）用户可以在一个新的TDMA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的严重衰落或碰撞事件。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信道干扰问题。成倍增加GSM的容量。

电气工程学院通信工程系§9.4.3混合扩频技术（HSS19电气工程学院通信工程系§9.5空分多址（SDMA）通过控制用户的空间辐射能量来提供多址接入能力。扇形天线可被看作是SDMA的一个基本方式。电气工程学院通信工程系§9.5空分多址（SDMA）通过20电气工程学院通信工程系第9章无线通信多址技术9.1概述9.2频分多址（FDMA）9.3时分多址（TDMA）

9.4扩频多址（SSMA）9.5空分多址（SDMA）9.6分组无线电（PR）

9.7蜂窝系统的容量电气工程学院通信工程系第9章无线通信多址技术9.121电气工程学院通信工程系第9章无线通信多址技术多用户通信系统有几种典型的方式：多址接入系统：许多用户共享有限的无线频谱。广播网：一个发射机发送信号给许多用户。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。多址方式的基本类型有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。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（SDMA）。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。电气工程学院通信工程系第9章无线通信多址技术多用户通22电气工程学院通信工程系§9.1概述频分双工（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。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。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。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的。电气工程学院通信工程系§9.1概述频分双工（FDD）：23电气工程学院通信工程系§9.1概述FDD和TDD的比较：FDD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RF设备。TDD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。应用限制在无绳和短距离无线接入。电气工程学院通信工程系§9.1概述FDD和TDD的比较24电气工程学院通信工程系§9.1概述共享有效带宽。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。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。FDMA/FDD：可用的无线带宽被分成许多窄带信道，这些信道工作在FDD方式，每个用户分配一个信道，不共享。TDMA/FDD和TDMA/TDD：大量的无线信道用FDD/TDD方式分配，而每个信道用TDMA方式共享。宽带系统：信道的发射带宽比信道的相干带宽大得多。

电气工程学院通信工程系§9.1概述共享有效带宽。根据有25电气工程学院通信工程系§9.1概述电气工程学院通信工程系§9.1概述26电气工程学院通信工程系§9.2频分多址（FDMA）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射频滤波器）。许多信道在一个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。电气工程学院通信工程系§9.2频分多址（FDMA）特点27电气工程学院通信工程系§9.3时分多址（TDMA）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；同步开销大，必须有自适应均衡、保护时隙；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；电气工程学院通信工程系§9.3时分多址（TDMA）发射28电气工程学院通信工程系§9.3时分多址（TDMA）TDMA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。电气工程学院通信工程系§9.3时分多址（TDMA）TD29电气工程学院通信工程系§9.3时分多址（TDMA）TDMA系统的信道数：把每一个信道的TDMA时隙与有效信道相乘，得到TDMA系统中所提供的TDMA信道时隙数。例9.3TDMA/FDDGSM系统采用25MHz带宽用于前向链路，并被分成200kHz的无线信道，如果一个无线信道支持8语音用户，并假设没有保护时隙，求此GSM系统包含的同时用户数。电气工程学院通信工程系§9.3时分多址（TDMA）TD30电气工程学院通信工程系§9.3时分多址（TDMA）例9.4如果GSM使用每帧包含8个时隙的帧结构，并且每一帧包含156.25比特，在信道中数据速率为270.833kbps，求（1）比特周期，（2）时隙长，（3）帧长，（4）占用一个时隙的用户在两次发射之间必须等待的时间。电气工程学院通信工程系§9.3时分多址（TDMA）例931电气工程学院通信工程系§9.3时分多址（TDMA）例9.5如果一个标准GSM时隙由6个尾比特，8.25个保护比特，26个训练比特和2组业务码组组成，其中每一个业务码组由58比特组成，求帧效率？电气工程学院通信工程系§9.3时分多址（TDMA）例932电气工程学院通信工程系§9.4扩频多址（SSMA）把一个窄带信号在发射前转换成宽带信号。有以下两种类型：§9.4.1跳频多址（FHMA）§9.4.2码分多址（CDMA）§9.4.3混合扩频技术（HSST）§9.4.4矢量量化电气工程学院通信工程系§9.4扩频多址（SSMA）把一33电气工程学院通信工程系§9.4.1跳频多址（FHMA）把一个宽频段分成若干个频率间隔，称为频道。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，用户数据就在不同的载波上发射出去。在某一时刻，跳频信号是一个窄带信号。FHMA和FDMA地区别在于FHMA跳频信号快速地变换频道。一个快跳频系统可被认为是使用频率分集的FDMA系统。FHMA系统通常采用功率效率高的恒包络调制技术。一个跳频系统具有一定的安全保证。电气工程学院通信工程系§9.4.1跳频多址（FHMA）34电气工程学院通信工程系§9.4.2码分多址（CDMA）所有用户使用同一载频，并且可以同时发射。发送端伪随机编码调制和接收端相关处理。存在“远近效应”问题，一般采用功率控制来克服。电气工程学院通信工程系§9.4.2码分多址（CDMA）35电气工程学院通信工程系§9.4.2码分多址（CDMA）CDMA特点：－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康；－有一定的保密性能；－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工作，其信号具有很强的隐蔽性；－与TDMA和FDMA不同，CDMA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带利用率；－在CDMA蜂窝系统中，相邻小区使用相同的频率，所以