無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6

1、第五章 多址接入技術(shù)主講人：張 煒電子科學(xué)與工程學(xué)院 軍事通信工程系忠修泊端磨攝革萊為意痹囪湘雨惟彰渡場刻冬其桂甫換俄屆賜糖瀾依寄巳無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6第五章 多址接入技術(shù)主講人：張 煒電子科學(xué)與工程學(xué)院 軍事通5.1 引言5.2 FDMA5.3 TDMA5.4 CDMA5.5 頻譜效率育湃指敦展虐婦稈貫獄迸寅荔講萊虎秸埂鵑娥嚼釘拇蹈姐剁燥渦醋癌渣鋒無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件625.1 引言5.2 FDMA5.3 TDMA5.4 CDM5.1 引言多址接入：兩個或多個用戶希望利用同一個傳播信道 同時相互通信的一種信號傳輸方式 廣播式傳輸（下行鏈路）： 基

2、站發(fā)射的信號被小區(qū)中的每個用戶接收； 多址接入（上行鏈路）： 用戶對基站發(fā)射信號是多對一的，多址接入即基站如何有效地分辨這些來自不同用戶的信號。5.1 引言1、問題的提出春烹穩(wěn)謝斟稻脊煎綸腮萎貫踢遷秋脅絆網(wǎng)奈逆抓遺狡串樁魚午墅榜博焰拴無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件635.1 引言多址接入：兩個或多個用戶希望利用同一個傳播信道5.1 引言5.1 引言2、關(guān)鍵問題多址接入的關(guān)鍵是使得來自不同用戶的發(fā)射信號相互正交 兩個或多個用戶的信號同時達到基站接收機，若多個到達信號相互正交，則相互間無干擾：扎幌哪更丑浙獲究剖乘知涼店贊郎怨娟履躥哨睜閏宣睡溺吶煞殿膜芥掄妻無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信

3、基礎(chǔ)教學(xué)課件645.1 引言5.1 引言2、關(guān)鍵問題多址接入的關(guān)鍵是使得來5.1 引言5.1 引言3、分類分為兩類：有沖突多址接入方式（隨機接入）和無沖突多址接入方式無沖突多址接入方式： FDMA：頻分多址，F(xiàn)requency Division Multi-Acccess TDMA：時分多址，Time Division Multi-Acccess CDMA：碼分多址，Code Division Multi-Acccess SDMA：空分多址，Space Division Multi-Acccess有沖突多址接入方式（隨機接入）： Aloha；載波偵聽多址接入方式（CSMA）等 FDMA與TDM

4、A：屬于固定容量的分配方案軸鞠奎耕型磨謎虜崇掂砸全奢咬呼得鈞蠅炔我惱瓢泰禁前射荔退卜溢瘡鎖無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件655.1 引言5.1 引言3、分類分為兩類：無沖突多址接入方5.1 引言5.1 引言4、舉例CDMA/FDD美國窄帶擴頻（IS-95）TDMA/TDD歐洲數(shù)字無繩電話（DECT）FDMA/TDDCT2（無繩電話）TDMA/FDD日本數(shù)字蜂窩（JDC）TDMA/FDD美國數(shù)字蜂窩（USDC）TDMA/FDD全球移動通信系統(tǒng)（GSM）FDMA/FDD高級移動電話系統(tǒng)（AMPS）多址技術(shù)蜂窩移動通信系統(tǒng)疆艘世砌鬃德炙吭剪茅股脹顧材健爛逸閻理幾擎天團泌丫練壽瑣復(fù)壞翰訖無

5、線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件665.1 引言5.1 引言4、舉例CDMA/FDD美國窄帶擴5.2 FDMA5.2 FDMAFDMA（Frequency Division Multiple Access）： 將通信系統(tǒng)的總帶寬劃分為若干等間隔的信道，分配給不同的用戶。1、原理擱媒軟敵欠孟坍惋帳牛瓢坦著境抹著舵軀硬祝兒扇床乏綠猴試瀝捕解六淄無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件675.2 FDMA5.2 FDMAFDMA（Frequenc實例：AMPS系統(tǒng) AMPS系統(tǒng)采用FDMA/FDD多址方式，系統(tǒng)帶寬為12.5MHz，邊界保護間隔為10kHz，信道帶寬為30kHz，分配給控制

6、信令的信道數(shù)為21個。5.2 FDMA5.2 FDMA淌描芍栓鑲?cè)榫墼伇奶簝A舞眺膘孟離促雕蝗濰生膽籍俐贊斌洲發(fā)叔蹭朋墻無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件68實例：AMPS系統(tǒng)5.2 FDMA5.2 FDMA淌描芍栓5.2 FDMA5.2 FDMA2、技術(shù)特點 FDMA通常在窄帶系統(tǒng)實現(xiàn)，符號時間遠大于延時擴展，不需要信道均衡。 需要精確的射頻帶通濾波器來消除相鄰信道干擾。 非線性是FDMA系統(tǒng)的主要問題： 互調(diào)干擾：fMI = m f1 + n f2 關(guān)鍵問題 合理配置頻率避開互調(diào)分量； 采用高線性度的功率放大器； 功率放大器的線性補償。憨近抨砧列役募甸途挺挾污頰輿呀嵌之擔葉尼男慨隧拈

7、匙汁給爽姐數(shù)踴原無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件695.2 FDMA5.2 FDMA2、技術(shù)特點 FDMA通常5.3 TDMA5.3 TDMA1、原理TDMA（Time Division Multiple Access）： 信道時間被劃分為不同的幀，每個幀又進一步分割為不同的時隙，每個用戶在被指定的時隙逐幀發(fā)送。幀足夠長，每個接受服務(wù)的用戶都有機會發(fā)射至少一次。哲誓憚孕肖啪唾障爆槍剿阿壟睡埔戲歉甫淡塞侍急磕垮偉砧宿賢奢原羚蘸無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6105.3 TDMA5.3 TDMA1、原理TDMA（Time1、經(jīng)實驗測試路徑損耗因子=3，區(qū)群大小N=3，小區(qū)半徑

8、由原來的R變?yōu)镽/2。為獲得相同的邊緣通信概率，比較分裂前后的基站發(fā)射功率變化。 復(fù)習(xí)：2、系統(tǒng)所要求的S/I不變，路徑損耗指數(shù)為2，采用3扇區(qū)（120度定向天線）后，理論上蜂窩系統(tǒng)的容量是原來的 倍。奠茄薄兄耙秩厭嘎挫理各祝局因喲蹤座咆嗚悼彥染嗆克聲你燙卸兄鄧爹穗無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6111、經(jīng)實驗測試路徑損耗因子=3，區(qū)群大小N=3，小區(qū)半徑由5.3 TDMA5.3 TDMA2、分類STDMA（同步TDMA）：建立連接時分配的時隙是固定的，各用戶與其被指定的時隙保持同步。ATDMA（異步TDMA）：時隙分配不固定，發(fā)送時隙在各幀動態(tài)分配。 幀長度被用戶數(shù)所固定。 各幀

9、長度不同，取決于該幀的激活用戶數(shù)。菇滔礦決嫩囚碉醛甥科扦砒絡(luò)列肝坯磨詐鼠錦肖酣饞誡幫錳駒舜塢陛琉刷無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6125.3 TDMA5.3 TDMA2、分類STDMA（同步T幀 幀頭信息 幀尾時隙1時隙2時隙3時隙n頭比特同步比特信息數(shù)據(jù)保護比特5.3 TDMA5.3 TDMA3、TDMA幀結(jié)構(gòu) 能夠采用TDD或FDD兩種雙工方式。攤戮陷凰稈衣確掏店亭營阜料借慕奮磨殺幌碎蠱撰太伍買克嫡篡盞醫(yī)佳掙無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件613幀 幀頭信息 幀尾時隙1時隙2時隙3時隙n頭比特同步5.3 TDMA5.3 TDMA4、STDMA（同步TDMA） 根據(jù)頻率

10、分配的方式不同，STDMA可以是寬帶的，也可以是窄帶的。寬帶TDMA窄帶TDMA擺剛夢賺威墜皋狀跡樟邏趣跟涵沛活婿衣鎮(zhèn)猩錨裁芥型佬馴芍旅氨揭跪恰無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6145.3 TDMA5.3 TDMA4、STDMA（同步TDM5.3 TDMA5.3 TDMA5、STDMA特點 對于移動用戶而言，TDMA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送不是連續(xù)的，電池消耗低。 由于TDMA中的不連續(xù)發(fā)射，切換處理對于一個用戶單元來說是簡單的。移動臺輔助切換（MAHO）通過監(jiān)聽TDMA幀中的一個空閑實隙來執(zhí)行。在TDMA中，采用均衡器是必要的。因為相對于FDMA信道，TDMA信道的發(fā)射速率通常要高得多。TD

11、MA的一個優(yōu)點是它有可能給不同用戶分配一幀中不同數(shù)目的時隙。嫉言且忿貸形穿爬駝晦棗銘眨功贍裸簍舷旱幅隋頸蛙民擻奇負自挑戎輯卞無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6155.3 TDMA5.3 TDMA5、STDMA特點 對于移實例2：GSM系統(tǒng)前向/反向信道的單向帶寬：25MHz信道數(shù)：共有125個RF載波，每個載波帶寬200kHz。5.3 TDMA5.3 TDMAGSM系統(tǒng)能同時容納的用戶數(shù)為：上行：890MHz915MHz下行：935MHz960MHz收、發(fā)頻率間隔為45MHz。赤鯨佑凌晌竊咸以壘媚唉披懼津硯蔓蕉酌毆游厘陽之瀾韻軌揪埃登貪鋼曾無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6

12、16實例2：GSM系統(tǒng)前向/反向信道的單向帶寬：25MHz5.35.4 CDMA5.4 CDMACDMA（ Code Division Multi-Acccess ）： 直接序列擴頻多址方式它是第二代移動通信中的兩種主要多址方式中除TDMA以外的另一種形式，最典型的是IS-95。在第三代移動通信中，提出的最主要的三種體制也是采用CDMA，它們是FDD的CDMA2000、FDD的WCDMA，與TDD的TD-SCDMA。錨哎唬慘柯撞靠訃琶京繡貿(mào)車嚇芹捎疼溯人七樓掘渾菲絲兵硒蚤阮支亨砧無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6175.4 CDMA5.4 CDMACDMA（ Code Di5.4 C

13、DMA5.4 CDMA（1）頻段下行：869MHz894MHz（基站發(fā)射）；上行：824 MHz849MHz（移動臺發(fā)射）。 實例：IS-95系統(tǒng)（2）信道數(shù)每一載頻：64（碼分信道） 其中55個為業(yè)務(wù)信道，另外包括導(dǎo)頻信道、同步信道等控制信道；每一載頻帶寬：1.25MHz活疏盲佰榮溶柒掄膜羽掠刑拉分兢情撅銜冪捏汕耗庇嚨幌趕租焰俺攪焉鶴無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6185.4 CDMA5.4 CDMA（1）頻段實例：IS-955.4 CDMA5.4 CDMA實例：IS-95系統(tǒng)（3）調(diào)制方式 移動臺：OQPSK； 基站：QPSK交錯四相相移鍵控榜哄喳豺?qū)幏损s說惑穴污哎媒話鋇多頸

14、轟簿懶幀砰掄翁售的矽侈婉瞄坡無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6195.4 CDMA5.4 CDMA實例：IS-95系統(tǒng)（3）5.4 CDMA5.4 CDMA特點 CDMA系統(tǒng)多用戶共享同一頻率，最小區(qū)群尺寸為1。 CDMA系統(tǒng)具有軟容量控制，對于用戶數(shù)目沒有絕對的限制。當用戶數(shù)目增加時，本底噪聲增加，對用戶而言系統(tǒng)性能下降。 CDMA中，信道數(shù)據(jù)率很高，符號周期很短，通常比時延擴展小得多?？梢允褂肦AKE接收機，通過收集所需要信號中不同時延得信號來提高接收機的可靠性。 由于不同用戶的擴頻序列不是完全正交形成的自干擾問題。 遠近效應(yīng)問題。鑄再掣塞洱巒撮扯趨棚們抽漲弛壯艷餡閉蔭卵毅爐院呀

15、竅赫規(guī)以原蒜丁佐無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6205.4 CDMA5.4 CDMA特點 CDMA系統(tǒng)多用戶共5.5 頻譜效率5.5 頻譜效率移動通信系統(tǒng)中提高頻譜利用率的常用技術(shù)：壓縮數(shù)據(jù)以降低傳輸速率；減小帶寬；信道分配；選擇多址接入方法；移動通信系統(tǒng)總的頻譜效率依據(jù)以下信息進行估計：以KHz為單位的信道間隔；以km2為單位的小區(qū)面積；頻率復(fù)用因子；所采用的多址接入方法；調(diào)制方法在內(nèi)的系統(tǒng)參數(shù)奠滔鴕懼壟詛征肄齊蔽棧昆拖涉瘋抉桃艾屏痞滌炒唯三唬德窒最哭頭役柒無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6215.5 頻譜效率5.5 頻譜效率移動通信系統(tǒng)中提高頻譜利用5.5 頻譜效率5

16、.5 頻譜效率取決于系統(tǒng)參數(shù)的頻譜效率分量取決于多址接入方式的頻譜效率分量移動通信系統(tǒng)的頻譜效率：系統(tǒng)的頻譜效率的定義：虱睬藻車庚酒反賄輿爐傘傭女枉壤費酌欺按吃睜諜蒂吮鯨敬鍍草癸予莊若無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6225.5 頻譜效率5.5 頻譜效率取決于系統(tǒng)參數(shù)的頻譜效率分5.5 頻譜效率5.5 頻譜效率1、FDMA系統(tǒng)FDMA的頻譜效率控制信道數(shù)：Nctr業(yè)務(wù)信道數(shù)：Ndata=Ns - Ncrt同時支持的信道數(shù)：頻譜效率：巷漓蔬樞泅稿陰廚輪埔貯階薦勘驕齊脊方夫擬玲雀咐狹矽蝗醛灶蔑苗晃凈無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6235.5 頻譜效率5.5 頻譜效率1、FDM

17、A系統(tǒng)FDMA的5.5 頻譜效率5.5 頻譜效率1、FDMA系統(tǒng)例：AMPS系統(tǒng)采用FDMA/FDD多址方式，系統(tǒng)帶寬為12.5MHz，邊界保護間隔為10kHz，信道帶寬為30kHz，分配給控制信令的信道數(shù)為21個，求FDMA的頻譜效率。解：可用信道數(shù)為：FDMA的頻譜效率為：FDMA的頻譜效率角臨涕鎢柴郴京魁搐瑯愛返鉸欣胯礫攪噪員升封劇蹤縷孿篩闡捍勾郝秩訃無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6245.5 頻譜效率5.5 頻譜效率1、FDMA系統(tǒng)例：AMP5.5 頻譜效率5.5 頻譜效率1、FDMA系統(tǒng)FDMA的系統(tǒng)頻譜效率由系統(tǒng)頻譜效率的定義，可有：總信道數(shù)：業(yè)務(wù)信道數(shù)：Ndata=N

18、s - Ncrt小區(qū)中的業(yè)務(wù)信道數(shù)：Nc = (Ns Ncrt) /N憐鍘墳躇郎肪紊廣尤吁彈用斥柒院辮貓鹼頌閣淚衍晰領(lǐng)子掠啪都褐障蹦碑無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6255.5 頻譜效率5.5 頻譜效率1、FDMA系統(tǒng)FDMA的5.5 頻譜效率5.5 頻譜效率1、FDMA系統(tǒng)FDMA的系統(tǒng)頻譜效率例：AMPS系統(tǒng)采用FDMA/FDD多址方式，系統(tǒng)帶寬為12.5MHz，邊界保護間隔為10kHz，信道帶寬為30kHz，分配給控制信令的信道數(shù)為21個，小區(qū)面積為6km2，區(qū)群尺寸為7，求FDMA的系統(tǒng)頻譜效率。解：可用信道數(shù)為：郎硯蹬叭浮盟幾拳鴻搪邢覆鍘片配絢殊咐存素皮加銹注蛛購樞僅篙維

19、洋有無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6265.5 頻譜效率5.5 頻譜效率1、FDMA系統(tǒng)FDMA的5.5 頻譜效率5.5 頻譜效率2、TDMA系統(tǒng)TDMA的頻譜效率寬帶TDMA的頻譜效率：幀持續(xù)時間幀頭持續(xù)時間幀尾持續(xù)時間時隙中符號總數(shù)時隙中信息符號總數(shù)幀效率：時隙效率：李鷗浩禿怨懸釁戳藍棄包漿腕啼張篇輻喀溜揣旺妥損餒辟空鋸股萌鈉剩窖無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6275.5 頻譜效率5.5 頻譜效率2、TDMA系統(tǒng)TDMA的5.5 頻譜效率5.5 頻譜效率2、TDMA系統(tǒng)TDMA的頻譜效率窄帶TDMA的頻譜效率：端餡焙耙超翔奪徑庇剁彌君揪賜終梧俄磕悅走香酚又鴕揮郴彤柏

20、躊轟滌蒲無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6285.5 頻譜效率5.5 頻譜效率2、TDMA系統(tǒng)TDMA的5.5 頻譜效率5.5 頻譜效率2、TDMA系統(tǒng)TDMA系統(tǒng)的小區(qū)容量 小區(qū)容量定義為小區(qū)能夠同時支持的最大移動用戶數(shù)。 對于TDMA而言，在可用頻譜的一次占用期間，能夠支持的同時用戶的最大數(shù)目為： 設(shè)一個區(qū)群中的小區(qū)平分系統(tǒng)容量，則TDMA系統(tǒng)的小區(qū)容量為：粳嚷積嫁潘株匡措曝飛巒閘須華椿品多瘋峙菇股禿斗阜燙嫡漿摻頓菩說藕無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6295.5 頻譜效率5.5 頻譜效率2、TDMA系統(tǒng)TDMA系5.5 頻譜效率5.5 頻譜效率2、TDMA系統(tǒng)TDMA

21、系統(tǒng)頻譜效率【定義】以比特/時間/帶寬/小區(qū)為單位的TDMA系統(tǒng)頻譜效率。渝茹世脅爵袱襪閻釬哭怠嬰燃敲彥娶猶渴刃敲甥匪寓迪錫攢絮掉沿趁退杰無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6305.5 頻譜效率5.5 頻譜效率2、TDMA系統(tǒng)TDMA系5.5 頻譜效率5.5 頻譜效率解：（1）例: IS-54系統(tǒng)為同步窄帶TDMA/FDD系統(tǒng)，其前向/反向信道的單向帶寬為25MHz，被劃分為30kHz的無線信道，每個信道支持的傳輸速率為16.2kbps，設(shè)保護帶Bg=20kHz。幀長40ms，共有6個時隙。單個無線小區(qū)支持3個全速率話音信道，每個信道占用一幀中的2個時隙，每個時隙由324比特組成，其中

22、260比特用于傳輸信息，其余64比特為控制開銷。區(qū)群大小N=7，用戶的編碼速率為7.95kbps。求（1）小區(qū)容量；（2）TDMA的頻譜效率；（3）小區(qū)的總頻譜效率（系統(tǒng)頻譜效率）。懷島黃吱攏鞍惺促氮瑞懸服嘉齲煉炔日蜂殷仿憋峨育撐巒篙嚴薪隘偵哮史無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6315.5 頻譜效率5.5 頻譜效率解：（1）例: IS-545.5 頻譜效率5.5 頻譜效率解：（2）例: IS-54系統(tǒng)為同步窄帶TDMA/FDD系統(tǒng)，其前向/反向信道的單向帶寬為25MHz，被劃分為30kHz的無線信道，每個信道支持的傳輸速率為16.2kbps，設(shè)保護帶Bg=20kHz。幀長40ms，共

23、有6個時隙。單個無線小區(qū)支持3個全速率話音信道，每個信道占用一幀中的2個時隙，每個時隙由324比特組成，其中260比特用于傳輸信息，其余64比特為控制開銷。區(qū)群大小N=7，用戶的編碼速率為7.95kbps。求（1）小區(qū)容量；（2）TDMA的頻譜效率；（3）小區(qū)的總頻譜效率（系統(tǒng)頻譜效率）。雖向哎宰次甫硅劉粳士注臀鐵洽間夸榷欲避渠填留帽蜂鬃霸勁泥準鼎麥號無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6無線通信基礎(chǔ)教學(xué)課件6325.5 頻譜效率5.5 頻譜效率解：（2）例: IS-545.5 頻譜效率5.5 頻譜效率例: IS-54系統(tǒng)為同步窄帶TDMA/FDD系統(tǒng)，其前向/反向信道的單向帶寬為25MHz，被劃分為30kHz的無線信道，每個信道支持的傳輸速率為16.2kbps，設(shè)保護帶Bg=20kHz。幀長40ms，共有6個時隙。單個無線小區(qū)支持3個全速率話音信道，每個信道占用一幀中的2個時隙，每個時隙由324比特組成，其中260比特用于傳輸信息，其余64比特為控制開銷。區(qū)群大小N=7，用戶的編碼速率為7.95kbps。求（1）小區(qū)容量；（2）TDMA的頻譜效率；（3）小區(qū)的總頻譜效率（系統(tǒng)頻譜效率）。解：（3）誠隆彝益培勸騎仔務(wù)變甜舉痰皺卵蓬痞玄灘倚位班柯瘡駕稼延朔雕