西安電子科技大學移動通信課件-第9章 多址技術

無線通信原理與應用第9章無線通信多址接入技術無線通信原理與應用第9章無線通信多址接入技術1主要內容多址是一個什么樣的問題？允許沖突的多址方式簡介雙工方式的回顧無沖突的多址方式簡介系統(tǒng)容量

主要內容多址是一個什么樣的問題？2多址是一個什么樣的問題？1一個無線通信系統(tǒng)使用分配給其特定業(yè)務的指定頻段。例如：美國當初為AMPS系統(tǒng)分配的頻段是： 824～849MHz（共25MHz）用于反向通信， 869～896MHz（共25MHz）用于前向通信。又如：900MHzGSM系統(tǒng)的工作頻段是： 890～915MHz（共25MHz）用于反向通信， 935～960MHz（共25MHz）用于前向通信。頻譜是一種稀缺資源，并且已分配的頻段不易被拓展。鑒于此，無線系統(tǒng)必須為在指定頻段內允許盡可能多的用戶同時通信做出一些規(guī)定。多址是一個什么樣的問題？1一個無線通信系統(tǒng)使用分配給其特定業(yè)3

多址是一個什么樣的問題？2使多個用戶同時進行通信的問題可以被劃分為兩個部分：對某個特定基站而言，怎樣與多個移動臺同時通信？多址問題多個基站情況下，如何將頻譜資源分配給它們以使得可能用戶的總數(shù)最大化？以及這些基站在給定地理區(qū)域上如何布置？蜂窩網(wǎng)絡規(guī)劃問題（第3章已介紹過）

多址是一個什么樣的問題？2使多個用戶同時進行通信的問題可以4多址是一個什么樣的問題？3公用通信網(wǎng)絡使用通信資源（如頻譜）的特點：為了提高資源的使用效率，通信資源為用戶所共享。多址（MultipleAccess）技術的本質是在共享通信資源的基礎上，使系統(tǒng)中各個用戶能夠實現(xiàn)有效的互通互聯(lián)的技術?；ネɑヂ?lián)的有效性指的是在保證用戶通信的前提下盡可能地提高信道的使用效率。所謂通信資源，也可以稱作信道（Channel），依照信道使用中是否允許沖突（即同時使用同一信道）出現(xiàn)，將多址技術分為：

無沖突的MA和允許沖突的MA。多址是一個什么樣的問題？3公用通信網(wǎng)絡使用通信資源（如頻譜）5MA的適用性話音業(yè)務特點：實時、速率恒定，且具有一定的端到端時延要求。數(shù)據(jù)業(yè)務特點：突發(fā)（峰值速率遠大于平均速率）、而對傳輸?shù)膶崟r性卻要求不高。MA的適用性話音業(yè)務特點：實時、速率恒定，且具有一定的端到端6

允許沖突的MA允許沖突的MA是指用戶對信道的使用具有系統(tǒng)無法控制（或不必控制）的突發(fā)性和隨機性，從而在共用信道時會發(fā)生沖突的多址方式。常用的允許沖突的MA方式包括：純ALOHA（PureALOHA）時隙ALOHA（SlottedALOHA）載波偵聽多址（CSMA）

允許沖突的MA允許沖突的MA是指用戶對信道的使用具有系統(tǒng)無7ALOHA的易損（沖突）區(qū)間ALOHA的易損（沖突）區(qū)間8

ALOHA與時隙ALOHAALOHA協(xié)議中分組發(fā)送的起始時刻不受限制，完全是隨機的，這就增加了不同用戶分組發(fā)生沖突的概率，造成系統(tǒng)的吞吐率（成功發(fā)送分組的概率）受到較大的限制。時隙ALOHA將發(fā)送時間劃分成一個個的時隙，時隙長度一般略大于用戶分組長度。每個用戶分組的發(fā)送起始時刻只能是時隙的起始時刻，這樣就減小了發(fā)生碰撞的易損區(qū)間，從而減小了沖突概率，可以達到提高吞吐率的目的。

ALOHA與時隙ALOHAALOHA協(xié)議中分組發(fā)送的起始時9吞吐量和傳輸延遲吞吐量和傳輸延遲10CSMA載波偵聽多址(CSMA)：減小沖突，提高系統(tǒng)吞吐率的另一種辦法就是減小分組發(fā)送的盲目性。CSMA是在發(fā)送之前進行“偵聽”來確定信道的忙閑狀態(tài)，然后再決定是否發(fā)送分組。即“先聽后講”?？煞譃橐韵聝煞N類型：CSMA/CD

用于IEEE802.3以太網(wǎng)（有線網(wǎng)），CD：沖突檢測CSMA/CA用于IEEE802.11無線局域網(wǎng)，CA：沖突避免CSMA載波偵聽多址(CSMA)：減小沖突，提高系統(tǒng)吞吐率的11

FDD與TDD1

FDD與TDD112

FDD與TDD2

FDD與TDD213

FDD與TDD3注意：雙工開關在一次通話期間快速交替接通發(fā)射機和接收機，而用戶并不會發(fā)覺到這一點，用戶體驗到的是“全雙工”通信。

FDD與TDD3注意：雙工開關在一次通話期間快速交替接通14無沖突的MA所謂無沖突的MA是指由系統(tǒng)以特定的方式來劃

分信道，然后將不同的信道分配給不同的用戶使

用，以保證信道使用過程中不發(fā)生沖突。如：蜂窩網(wǎng)中，若采用FDMA方式，一般不會在同一小區(qū)中同時使用同一頻道。無沖突的MA所謂無沖突的MA是指由系統(tǒng)以特定的方式來劃15常用的無沖突的MA頻分多址（FDMA）不同信道即不同頻道時分多址（TDMA）不同信道即不同時隙碼分多址（CDMA）不同信道即不同擴頻序列空分多址（SDMA）不同信道即天線的不同點狀定向輻射區(qū)域FrequencyTimeCodeSpace常用的無沖突的MA頻分多址（FDMA）不同信道即不同頻道16

FDMA是TDMA和CDMA的基礎由于信號調制的結果是已調信號占用一定的帶寬，所以信號的無線傳輸最終表現(xiàn)為對頻譜的占用。因此FDMA是TDMA和CDMA的基礎。確切地說，TDMA即TDMA/FDMACDMA即CDMA/FDMA

FDMA是TDMA和CDMA的基礎由于信號調制的結果是已調17

頻分多址FDMA

頻分多址FDMA18

時分多址TDMA

時分多址TDMA19

TDMA的幀和時隙

TDMA的幀和時隙20

GSM幀結構

GSM幀結構21GSM時隙的類型在GSM術語中，時隙又被稱為突發(fā)（burst），根據(jù)功用不同，GSM共有5種突發(fā)類型：常規(guī)突發(fā)，也就是業(yè)務突發(fā)；頻率校正突發(fā)；同步突發(fā)；隨機接入突發(fā)；空閑突發(fā)GSM時隙的類型在GSM術語中，時隙又被稱為突發(fā)（burst22

GSM的不同突發(fā)及其結構（pp391）

GSM的不同突發(fā)及其結構（pp391）23業(yè)務突發(fā)的組成用來傳送業(yè)務數(shù)據(jù)（如用戶話音）的突發(fā)稱為業(yè)務突發(fā)，也稱為常規(guī)突發(fā)。業(yè)務突發(fā)一般由4部分組成：尾比特：用于為功率上升、下降留出時間；業(yè)務數(shù)據(jù)：實際的有效載荷，比如：經(jīng)過編碼、交織和加密處理的數(shù)字話音；訓練序列：是已知序列，用于均衡。保護間隔：實際上是一段空白時間，用于防止在接收端（BS處）不同用戶時隙出現(xiàn)時間重疊。業(yè)務突發(fā)的組成用來傳送業(yè)務數(shù)據(jù)（如用戶話音）的突發(fā)稱為業(yè)務突24保護間隔像GSM這樣的TDMA／FDD系統(tǒng)，系統(tǒng)都是成對地向用戶提供業(yè)務時隙的，即前向和反向鏈路使用相同編號的時隙（但前向鏈路時隙和反向鏈路時隙使用的發(fā)送載頻不同）。由于移動臺處一般采用同一頻率合成器生成本地載頻，所以它不可能同時形成不相同的前向鏈路接收載頻和反向鏈路發(fā)射載頻，因此，GSM系統(tǒng)規(guī)定，前向和反向相同編號時隙之間錯開3個時隙的時間寬度。如下頁圖所示。保護間隔像GSM這樣的TDMA／FDD系統(tǒng)，系統(tǒng)都是成對地向25保護間隔的圖示TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7fc1fc2一個前向幀（8個時隙）一個反向幀（8個時隙）TS0TS1TS2TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS5TS6TS7注意：這里fc1和fc2分別表示前向和反向鏈路載頻，系統(tǒng)會同時提供一對時隙給用戶使用，如一對TS0，但它們之間有固定的3個時隙的偏移。3個時隙的偏移保護間隔的圖示TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS26為什么要留保護間隔？13個時隙的偏移對于GSM系統(tǒng)是個常數(shù)，這就是說，基站會希望在針對某個用戶發(fā)出0號時隙以后，就能夠在2個時隙之后的時刻接收到該用戶發(fā)出的反向鏈路的0號時隙（與前者成對）。但是在支持多用戶在同一對載頻上使用相鄰時隙時就可能出現(xiàn)問題。BSMS1MS2考慮如圖所示情形，MS1和MS2距離基站的遠近不同。假定它們使用同一對載頻上的相鄰時隙，如：MS1使用TS0、MS2使用TS1。為什么要留保護間隔？13個時隙的偏移對于GSM系統(tǒng)是個常數(shù)，27為什么要留保護間隔？2BS發(fā)送：BS收到：到達MS2：MS1發(fā)送：MS2發(fā)送：到達MS1：TS0（MS1）TS1（MS2）………TS0（MS1）TS1（MS2）………………3個時隙的偏移τ1τ2TS0（MS1）3個時隙的偏移TS1（MS2）TS0（MS1）TS1（MS2）反向鏈路在BS處發(fā)生了時隙重疊！由于MS1離BS較遠，傳輸遲延τ1要大于τ2

。為什么要留保護間隔？2BS發(fā)送：BS收到：到達MS2：MS128為什么要留保護間隔？3如上圖所示，為了保證上行鏈路各時隙在基站處即使發(fā)生相互重疊也不致于影響彼此的數(shù)據(jù)內容，在作突發(fā)結構設計時就在一個突發(fā)的末尾安排了一段留空時間——實際上在其間不發(fā)送任何比特，這就是保護間隔。最穩(wěn)妥的辦法是將保護間隔留得最大——對應于MS位于小區(qū)邊界處的情形。但這是非常不經(jīng)濟的，因為我們希望一個突發(fā)期間應該有盡可能多的時間用于傳送有效數(shù)據(jù)，而不是簡單一律地設定保護間隔為最大值。于是，GSM系統(tǒng)中BS會根據(jù)小區(qū)中各MS距離BS的不同距離來要求它們提前發(fā)送，距離遠的MS提前量要大一些，即離得近的MS少提前，離得遠的MS多提前一些。這樣一來，這樣到達基站時就可以做到基本無重疊了。為什么要留保護間隔？3如上圖所示，為了保證上行鏈路各時隙在基29（最大）保護間隔的計算由于用戶的移動性，系統(tǒng)支持的各個用戶與基站間的距離可能是不同的，甚至是差異很大的。尤其是工作于同一對雙工載頻上的8個用戶，如果系統(tǒng)不加以控制，他們的時隙到達基站時就會發(fā)生重疊，從而導致雙方的數(shù)據(jù)均受到破壞。保護間隔(GuardPeriod)是以bit為單位的，GSM中每bit持續(xù)時間為576.92/156.25=3.692μs，電波每秒鐘傳輸300,000,000米；考慮雙向傳輸?shù)拈_銷，如果基站距移動臺距離為d(米)，則

GP=(2d/300)/3.692=d/553.8bits若距離d以km計，則GP=d/0.5538bits

所以最小可分辨的距離為553.8米(0.5538公里)。（最大）保護間隔的計算由于用戶的移動性，系統(tǒng)支持的各個用戶與30

保護間隔的計算例

例：TDMA/FDD系統(tǒng)，假設信道速率為1Mbps，小區(qū)半徑為500m，計算此時需要設置的保護段的大?。ㄓ帽忍乇硎荆＃劢猓荩好縝it持續(xù)時間1μs，雙向往返最大距離為1000m。相當于1000/300/1=3.3bit。

又例：GSM系統(tǒng)中，可使用的最大小區(qū)半徑為35公里，則最大保護間隔約為：63bit。

保護間隔的計算例例：TDMA/FDD系統(tǒng)，假設信道速31GSM中的時間提前問題時間提前量(TA)也是以bit為單位的。因為在實際業(yè)務信息（如，話音）通信過程中，業(yè)務信息在時隙中應該占主要的比例（如，GSM業(yè)務突發(fā)業(yè)務信息占73％），不可能再留出非常大的保護間隔，但上述在BS處的時隙重疊問題仍然存在。GSM采用由基站向各移動臺發(fā)送時間提前量（TA）的辦法來避免重疊出現(xiàn)。因此，象業(yè)務突發(fā)中只保留8.25bits的保護間隔的原因就在于已經(jīng)做過TA處理了。GSM中的時間提前問題時間提前量(TA)也是以bit為單位的32TDMA/FDD與TDMA/TDDTDMA/FDD與TDMA/TDD33實際的TDMA系統(tǒng)比較實際的TDMA系統(tǒng)比較34

碼分多址CDMA（即DS-SSMA）

碼分多址CDMA（即DS-SSMA）35

用DSSS實現(xiàn)多址1使用直接序列擴頻技術區(qū)分用戶的方法是給不同用戶分配互不相同的擴頻碼，而不同用戶可以同時、并占用相同載頻發(fā)送。當然，不同用戶所使用的擴頻碼還必須具備一定條件。基站處的擴頻發(fā)射系統(tǒng)，可以同時將針對K個用戶的擴頻信號發(fā)送出去，每個用戶使用不同的偽隨機碼PNk，k＝1,……,K。

用DSSS實現(xiàn)多址1使用直接序列擴頻技術區(qū)分用戶的方法是給36用DSSS實現(xiàn)多址2在基帶一個碼元上做積分以下為用戶1處接收機的原理圖。用戶1將采用自己的擴頻碼PN1進行解擴，但是應當注意到，基站可能同時發(fā)射針對多個用戶的信號，該如何消除其他用戶對用戶1的影響，保證正確接收呢？用DSSS實現(xiàn)多址2在基帶一個碼元上做積分以下為用戶1處接收37多用戶時擴頻碼應具有的特點擴頻碼應該是偽噪聲（PN）碼，即具有近似于噪聲的功率譜密度，也就是要求擴頻碼在時域具有強的自相關峰值；碼族中各個碼字間具有良好的互相關特性，即要求接近于零的互相關值；碼族之中應包含足夠數(shù)量的擴頻碼。多用戶時擴頻碼應具有的特點擴頻碼應該是偽噪聲（PN）碼，即具38Walsh序列族1兼具理想的自相關特性和理想的互相關特性的碼族并不好找，而且往往會“顧此失彼”。但是，在進行多址應用時，我們更看重的是互相關特性。具有理想自相關特性的正交序列族是可以找到的。比如：Walsh序列族。Walsh序列由以下Hadamard矩陣定義：，

n=1，2，…。遞推的初始矩陣為：Walsh序列族1兼具理想的自相關特性和理想的互相關特性的碼39Walsh序列族2Walsh序列族中的各個序列對應于Hadmard矩陣的每一列。例如：長度（亦稱作周期）為4的Walsh序列對應于，而不難驗證，在彼此對齊的情況下，它們相互正交。Walsh序列族2Walsh序列族中的各個序列對應于Hadm40

IS95使用的擴頻碼IS95的下行鏈路（BSMS）采用Walsh序列進行擴頻，所用序列為64個碼片的序列，即對應于的各列。擴頻增益為64。值得一提的是，IS95的上行鏈路并不將Walsh序列用于擴頻。這是因為，下行鏈路可以保證針對各個用戶的信號的同時發(fā)送，而就上行鏈路而言，不同用戶的信號不可能同時到達基站。而Walsh序列僅在彼此間不存在時移時能夠保證完全正交，在相互之間存在任意時移時，反而會具有較大的互相關值。于是上行鏈路采用同一m序列（長碼）的不同時移版本實現(xiàn)不同用戶的擴頻。

IS95使用的擴頻碼IS95的下行鏈路（BSMS）采用W41

解擴的實現(xiàn)

解擴的實現(xiàn)42多址干擾和CDMA系統(tǒng)的功率控制問題多址干擾指用于特指CDMA系統(tǒng)中，由于采用不同擴頻碼進行擴頻而引起的相互干擾。在經(jīng)過信道傳播以后，即使是理論上完全正交的碼，由于衰落等因素的影響可能也不再具有零互相關值。在遠近效應發(fā)生時，多址干擾甚至會導致系統(tǒng)無法正常運作。所以為了克服遠近效應、減輕多址干擾、保證系統(tǒng)正常運作和提高系統(tǒng)容量就必須進行功率控制。上行鏈路功率控制要達到的目標是：小區(qū)內所有用戶發(fā)出的信號在到達基站時都具有相同的接收信號強度，并且各用戶的接收信干比剛好等于系統(tǒng)所要求的最小信干比。多址干擾和CDMA系統(tǒng)的功率控制問題多址干擾指用于特指CDM43

碼分多址CDMA的優(yōu)點完全頻率復用，即區(qū)群大小N＝1，基本不用進行頻率規(guī)劃；支持軟切換，提高了切換性能；高傳輸可靠性，采用Rake接收；軟容量，考慮干擾受限、BS處理想功控，BPSK相干解調時，

碼分多址CDMA的優(yōu)點完全頻率復用，即區(qū)群大小N＝1，基44跳頻多址SSMACDMA屬于擴頻多址（SSMA）技術，常見的SSMA方式還有跳頻多址（FHMA），同步的跳頻多址如下圖所示：

跳頻多址SSMACDMA屬于擴頻多址（SSMA）技術，常見的45SDMA——基于智能天線技術信號嚴格定向發(fā)送，減小了相互之間的干擾。——波束切換對單個用戶可以形成多個波束來實現(xiàn)多徑的最大比合并，并在干擾方向上形成零陷?！赃m應天線陣列SDMA——基于智能天線技術信號嚴格定向發(fā)送，減小了相互之間46

多址和雙工方式的系統(tǒng)例

多址和雙工方式的系統(tǒng)例47

FDMA系統(tǒng)容量計算1

FDMA系統(tǒng)容量計算148FDMA系統(tǒng)容量計算2容量定義：系統(tǒng)容量記作m，m=信道數(shù)/小區(qū)，， 其中，Bt為總帶寬，Bc為頻道帶寬。N為區(qū)群大小。若僅考慮第一層同頻小區(qū)，則信干比(載干比)為：，以上約束關系，如果系統(tǒng)可以在更低的信干比下獲得滿意的通信質量，那么也就可以采用更小的N值。FDMA系統(tǒng)容量計算2容量定義：系統(tǒng)容量記作m，m=信道數(shù)/49

FDMA系統(tǒng)容量計算3n=4時，F(xiàn)DMA/FDD系統(tǒng)的容量為：

。TDMA/FDD系統(tǒng)的容量：

，其中，s為每載頻的時隙數(shù)。

FDMA系統(tǒng)容量計算3n=4時，F(xiàn)DMA/FDD系統(tǒng)的容50系統(tǒng)間的容量比較AMPS系統(tǒng)

Bt=25MHz，Bc=30kHz；總信數(shù)833個。

(C/I)min=18dB，相應的，N=7。

m=119信道/小區(qū)。USDC(即DAMPS)系統(tǒng)

Bt=25MHz，Bc=30kHz；每載頻3個時隙(s=3)，總信道數(shù)2500個。

(C/I)min=12dB，相應的，N=4。

m=625信道/小區(qū)

。系統(tǒng)間的容量比較AMPS系統(tǒng)51蜂窩CDMA的容量CDMA系統(tǒng)的容量時干擾受限的，而在FDMA和TDMA中時帶寬受限的。干擾的減少將導致CDMA系統(tǒng)容量的提高。CDMA系統(tǒng)的容量可表示為：蜂窩CDMA的容量CDMA系統(tǒng)的容量時干擾受限的，而在FDM52提高CDMA系統(tǒng)容量的方法使用定向天線，如使用3個120o的定向天線會使得干擾降為原來的1/3，即用N0’=N0來代替原來的N0。使用語音激活檢測，在沒有語音激活的階段關掉發(fā)射機。語音激活用一個因子α來表示。使用了定向天線和語音激活檢測之后，每個扇區(qū)的用戶容量為：提高CDMA系統(tǒng)容量的方法使用定向天線，如使用3個120o的53樹立質量法制觀念、提高全員質量意識。11月-2211月-22Sunday,November6,2022人生得意須盡歡，莫使金樽空對月。00:03:5200:03:5200:0311/6/202212:03:52AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。11月-2200:03:5200:03Nov-2206-Nov-22加強交通建設管理，確保工程建設質量。00:03:5200:03:5200:03Sunday,November6,2022安全在于心細，事故出在麻痹。11月-2211月-2200:03:5200:03:52November6,2022踏實肯干，努力奮斗。2022年11月6日12:03上午11月-2211月-22追求至善憑技術開拓市場，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務樹立形象。06十一月202212:03:52上午00:03:5211月-22嚴格把控質量關，讓生產(chǎn)更加有保障。十一月2212:03上午11月-2200:03November6,2022作業(yè)標準記得牢，駕輕就熟除煩惱。2022/11/60:03:5200:03:5206November2022好的事情馬上就會到來，一切都是最好的安排。12:03:52上午12:03上午00:03:5211月-22一馬當先，全員舉績，梅開二度，業(yè)績保底。11月-2211月-2200:0300:03:5200:03:52Nov-22牢記安全之責，善謀安全之策，力務安全之實。2022/11/60:03:52Sunday,November6,2022相信相信得力量。11月-222022/11/60:03:5211月-22謝謝大家！樹立質量法制觀念、提高全員質量意識。11月-2211月-2254無線通信原理與應用第9章無線通信多址接入技術無線通信原理與應用第9章無線通信多址接入技術55主要內容多址是一個什么樣的問題？允許沖突的多址方式簡介雙工方式的回顧無沖突的多址方式簡介系統(tǒng)容量

主要內容多址是一個什么樣的問題？56多址是一個什么樣的問題？1一個無線通信系統(tǒng)使用分配給其特定業(yè)務的指定頻段。例如：美國當初為AMPS系統(tǒng)分配的頻段是： 824～849MHz（共25MHz）用于反向通信， 869～896MHz（共25MHz）用于前向通信。又如：900MHzGSM系統(tǒng)的工作頻段是： 890～915MHz（共25MHz）用于反向通信， 935～960MHz（共25MHz）用于前向通信。頻譜是一種稀缺資源，并且已分配的頻段不易被拓展。鑒于此，無線系統(tǒng)必須為在指定頻段內允許盡可能多的用戶同時通信做出一些規(guī)定。多址是一個什么樣的問題？1一個無線通信系統(tǒng)使用分配給其特定業(yè)57

多址是一個什么樣的問題？2使多個用戶同時進行通信的問題可以被劃分為兩個部分：對某個特定基站而言，怎樣與多個移動臺同時通信？多址問題多個基站情況下，如何將頻譜資源分配給它們以使得可能用戶的總數(shù)最大化？以及這些基站在給定地理區(qū)域上如何布置？蜂窩網(wǎng)絡規(guī)劃問題（第3章已介紹過）

多址是一個什么樣的問題？2使多個用戶同時進行通信的問題可以58多址是一個什么樣的問題？3公用通信網(wǎng)絡使用通信資源（如頻譜）的特點：為了提高資源的使用效率，通信資源為用戶所共享。多址（MultipleAccess）技術的本質是在共享通信資源的基礎上，使系統(tǒng)中各個用戶能夠實現(xiàn)有效的互通互聯(lián)的技術?；ネɑヂ?lián)的有效性指的是在保證用戶通信的前提下盡可能地提高信道的使用效率。所謂通信資源，也可以稱作信道（Channel），依照信道使用中是否允許沖突（即同時使用同一信道）出現(xiàn)，將多址技術分為：

無沖突的MA和允許沖突的MA。多址是一個什么樣的問題？3公用通信網(wǎng)絡使用通信資源（如頻譜）59MA的適用性話音業(yè)務特點：實時、速率恒定，且具有一定的端到端時延要求。數(shù)據(jù)業(yè)務特點：突發(fā)（峰值速率遠大于平均速率）、而對傳輸?shù)膶崟r性卻要求不高。MA的適用性話音業(yè)務特點：實時、速率恒定，且具有一定的端到端60

允許沖突的MA允許沖突的MA是指用戶對信道的使用具有系統(tǒng)無法控制（或不必控制）的突發(fā)性和隨機性，從而在共用信道時會發(fā)生沖突的多址方式。常用的允許沖突的MA方式包括：純ALOHA（PureALOHA）時隙ALOHA（SlottedALOHA）載波偵聽多址（CSMA）

允許沖突的MA允許沖突的MA是指用戶對信道的使用具有系統(tǒng)無61ALOHA的易損（沖突）區(qū)間ALOHA的易損（沖突）區(qū)間62

ALOHA與時隙ALOHAALOHA協(xié)議中分組發(fā)送的起始時刻不受限制，完全是隨機的，這就增加了不同用戶分組發(fā)生沖突的概率，造成系統(tǒng)的吞吐率（成功發(fā)送分組的概率）受到較大的限制。時隙ALOHA將發(fā)送時間劃分成一個個的時隙，時隙長度一般略大于用戶分組長度。每個用戶分組的發(fā)送起始時刻只能是時隙的起始時刻，這樣就減小了發(fā)生碰撞的易損區(qū)間，從而減小了沖突概率，可以達到提高吞吐率的目的。

ALOHA與時隙ALOHAALOHA協(xié)議中分組發(fā)送的起始時63吞吐量和傳輸延遲吞吐量和傳輸延遲64CSMA載波偵聽多址(CSMA)：減小沖突，提高系統(tǒng)吞吐率的另一種辦法就是減小分組發(fā)送的盲目性。CSMA是在發(fā)送之前進行“偵聽”來確定信道的忙閑狀態(tài)，然后再決定是否發(fā)送分組。即“先聽后講”?？煞譃橐韵聝煞N類型：CSMA/CD

用于IEEE802.3以太網(wǎng)（有線網(wǎng)），CD：沖突檢測CSMA/CA用于IEEE802.11無線局域網(wǎng)，CA：沖突避免CSMA載波偵聽多址(CSMA)：減小沖突，提高系統(tǒng)吞吐率的65

FDD與TDD1

FDD與TDD166

FDD與TDD2

FDD與TDD267

FDD與TDD3注意：雙工開關在一次通話期間快速交替接通發(fā)射機和接收機，而用戶并不會發(fā)覺到這一點，用戶體驗到的是“全雙工”通信。

FDD與TDD3注意：雙工開關在一次通話期間快速交替接通68無沖突的MA所謂無沖突的MA是指由系統(tǒng)以特定的方式來劃

分信道，然后將不同的信道分配給不同的用戶使

用，以保證信道使用過程中不發(fā)生沖突。如：蜂窩網(wǎng)中，若采用FDMA方式，一般不會在同一小區(qū)中同時使用同一頻道。無沖突的MA所謂無沖突的MA是指由系統(tǒng)以特定的方式來劃69常用的無沖突的MA頻分多址（FDMA）不同信道即不同頻道時分多址（TDMA）不同信道即不同時隙碼分多址（CDMA）不同信道即不同擴頻序列空分多址（SDMA）不同信道即天線的不同點狀定向輻射區(qū)域FrequencyTimeCodeSpace常用的無沖突的MA頻分多址（FDMA）不同信道即不同頻道70

FDMA是TDMA和CDMA的基礎由于信號調制的結果是已調信號占用一定的帶寬，所以信號的無線傳輸最終表現(xiàn)為對頻譜的占用。因此FDMA是TDMA和CDMA的基礎。確切地說，TDMA即TDMA/FDMACDMA即CDMA/FDMA

FDMA是TDMA和CDMA的基礎由于信號調制的結果是已調71

頻分多址FDMA

頻分多址FDMA72

時分多址TDMA

時分多址TDMA73

TDMA的幀和時隙

TDMA的幀和時隙74

GSM幀結構

GSM幀結構75GSM時隙的類型在GSM術語中，時隙又被稱為突發(fā)（burst），根據(jù)功用不同，GSM共有5種突發(fā)類型：常規(guī)突發(fā)，也就是業(yè)務突發(fā)；頻率校正突發(fā)；同步突發(fā)；隨機接入突發(fā)；空閑突發(fā)GSM時隙的類型在GSM術語中，時隙又被稱為突發(fā)（burst76

GSM的不同突發(fā)及其結構（pp391）

GSM的不同突發(fā)及其結構（pp391）77業(yè)務突發(fā)的組成用來傳送業(yè)務數(shù)據(jù)（如用戶話音）的突發(fā)稱為業(yè)務突發(fā)，也稱為常規(guī)突發(fā)。業(yè)務突發(fā)一般由4部分組成：尾比特：用于為功率上升、下降留出時間；業(yè)務數(shù)據(jù)：實際的有效載荷，比如：經(jīng)過編碼、交織和加密處理的數(shù)字話音；訓練序列：是已知序列，用于均衡。保護間隔：實際上是一段空白時間，用于防止在接收端（BS處）不同用戶時隙出現(xiàn)時間重疊。業(yè)務突發(fā)的組成用來傳送業(yè)務數(shù)據(jù)（如用戶話音）的突發(fā)稱為業(yè)務突78保護間隔像GSM這樣的TDMA／FDD系統(tǒng)，系統(tǒng)都是成對地向用戶提供業(yè)務時隙的，即前向和反向鏈路使用相同編號的時隙（但前向鏈路時隙和反向鏈路時隙使用的發(fā)送載頻不同）。由于移動臺處一般采用同一頻率合成器生成本地載頻，所以它不可能同時形成不相同的前向鏈路接收載頻和反向鏈路發(fā)射載頻，因此，GSM系統(tǒng)規(guī)定，前向和反向相同編號時隙之間錯開3個時隙的時間寬度。如下頁圖所示。保護間隔像GSM這樣的TDMA／FDD系統(tǒng)，系統(tǒng)都是成對地向79保護間隔的圖示TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7fc1fc2一個前向幀（8個時隙）一個反向幀（8個時隙）TS0TS1TS2TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS5TS6TS7注意：這里fc1和fc2分別表示前向和反向鏈路載頻，系統(tǒng)會同時提供一對時隙給用戶使用，如一對TS0，但它們之間有固定的3個時隙的偏移。3個時隙的偏移保護間隔的圖示TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS80為什么要留保護間隔？13個時隙的偏移對于GSM系統(tǒng)是個常數(shù)，這就是說，基站會希望在針對某個用戶發(fā)出0號時隙以后，就能夠在2個時隙之后的時刻接收到該用戶發(fā)出的反向鏈路的0號時隙（與前者成對）。但是在支持多用戶在同一對載頻上使用相鄰時隙時就可能出現(xiàn)問題。BSMS1MS2考慮如圖所示情形，MS1和MS2距離基站的遠近不同。假定它們使用同一對載頻上的相鄰時隙，如：MS1使用TS0、MS2使用TS1。為什么要留保護間隔？13個時隙的偏移對于GSM系統(tǒng)是個常數(shù)，81為什么要留保護間隔？2BS發(fā)送：BS收到：到達MS2：MS1發(fā)送：MS2發(fā)送：到達MS1：TS0（MS1）TS1（MS2）………TS0（MS1）TS1（MS2）………………3個時隙的偏移τ1τ2TS0（MS1）3個時隙的偏移TS1（MS2）TS0（MS1）TS1（MS2）反向鏈路在BS處發(fā)生了時隙重疊！由于MS1離BS較遠，傳輸遲延τ1要大于τ2

。為什么要留保護間隔？2BS發(fā)送：BS收到：到達MS2：MS182為什么要留保護間隔？3如上圖所示，為了保證上行鏈路各時隙在基站處即使發(fā)生相互重疊也不致于影響彼此的數(shù)據(jù)內容，在作突發(fā)結構設計時就在一個突發(fā)的末尾安排了一段留空時間——實際上在其間不發(fā)送任何比特，這就是保護間隔。最穩(wěn)妥的辦法是將保護間隔留得最大——對應于MS位于小區(qū)邊界處的情形。但這是非常不經(jīng)濟的，因為我們希望一個突發(fā)期間應該有盡可能多的時間用于傳送有效數(shù)據(jù)，而不是簡單一律地設定保護間隔為最大值。于是，GSM系統(tǒng)中BS會根據(jù)小區(qū)中各MS距離BS的不同距離來要求它們提前發(fā)送，距離遠的MS提前量要大一些，即離得近的MS少提前，離得遠的MS多提前一些。這樣一來，這樣到達基站時就可以做到基本無重疊了。為什么要留保護間隔？3如上圖所示，為了保證上行鏈路各時隙在基83（最大）保護間隔的計算由于用戶的移動性，系統(tǒng)支持的各個用戶與基站間的距離可能是不同的，甚至是差異很大的。尤其是工作于同一對雙工載頻上的8個用戶，如果系統(tǒng)不加以控制，他們的時隙到達基站時就會發(fā)生重疊，從而導致雙方的數(shù)據(jù)均受到破壞。保護間隔(GuardPeriod)是以bit為單位的，GSM中每bit持續(xù)時間為576.92/156.25=3.692μs，電波每秒鐘傳輸300,000,000米；考慮雙向傳輸?shù)拈_銷，如果基站距移動臺距離為d(米)，則

GP=(2d/300)/3.692=d/553.8bits若距離d以km計，則GP=d/0.5538bits

所以最小可分辨的距離為553.8米(0.5538公里)。（最大）保護間隔的計算由于用戶的移動性，系統(tǒng)支持的各個用戶與84

保護間隔的計算例

例：TDMA/FDD系統(tǒng)，假設信道速率為1Mbps，小區(qū)半徑為500m，計算此時需要設置的保護段的大小（用比特表示）。［解］：每bit持續(xù)時間1μs，雙向往返最大距離為1000m。相當于1000/300/1=3.3bit。

又例：GSM系統(tǒng)中，可使用的最大小區(qū)半徑為35公里，則最大保護間隔約為：63bit。

保護間隔的計算例例：TDMA/FDD系統(tǒng)，假設信道速85GSM中的時間提前問題時間提前量(TA)也是以bit為單位的。因為在實際業(yè)務信息（如，話音）通信過程中，業(yè)務信息在時隙中應該占主要的比例（如，GSM業(yè)務突發(fā)業(yè)務信息占73％），不可能再留出非常大的保護間隔，但上述在BS處的時隙重疊問題仍然存在。GSM采用由基站向各移動臺發(fā)送時間提前量（TA）的辦法來避免重疊出現(xiàn)。因此，象業(yè)務突發(fā)中只保留8.25bits的保護間隔的原因就在于已經(jīng)做過TA處理了。GSM中的時間提前問題時間提前量(TA)也是以bit為單位的86TDMA/FDD與TDMA/TDDTDMA/FDD與TDMA/TDD87實際的TDMA系統(tǒng)比較實際的TDMA系統(tǒng)比較88

碼分多址CDMA（即DS-SSMA）

碼分多址CDMA（即DS-SSMA）89

用DSSS實現(xiàn)多址1使用直接序列擴頻技術區(qū)分用戶的方法是給不同用戶分配互不相同的擴頻碼，而不同用戶可以同時、并占用相同載頻發(fā)送。當然，不同用戶所使用的擴頻碼還必須具備一定條件?；咎幍臄U頻發(fā)射系統(tǒng)，可以同時將針對K個用戶的擴頻信號發(fā)送出去，每個用戶使用不同的偽隨機碼PNk，k＝1,……,K。

用DSSS實現(xiàn)多址1使用直接序列擴頻技術區(qū)分用戶的方法是給90用DSSS實現(xiàn)多址2在基帶一個碼元上做積分以下為用戶1處接收機的原理圖。用戶1將采用自己的擴頻碼PN1進行解擴，但是應當注意到，基站可能同時發(fā)射針對多個用戶的信號，該如何消除其他用戶對用戶1的影響，保證正確接收呢？用DSSS實現(xiàn)多址2在基帶一個碼元上做積分以下為用戶1處接收91多用戶時擴頻碼應具有的特點擴頻碼應該是偽噪聲（PN）碼，即具有近似于噪聲的功率譜密度，也就是要求擴頻碼在時域具有強的自相關峰值；碼族中各個碼字間具有良好的互相關特性，即要求接近于零的互相關值；碼族之中應包含足夠數(shù)量的擴頻碼。多用戶時擴頻碼應具有的特點擴頻碼應該是偽噪聲（PN）碼，即具92Walsh序列族1兼具理想的自相關特性和理想的互相關特性的碼族并不好找，而且往往會“顧此失彼”。但是，在進行多址應用時，我們更看重的是互相關特性。具有理想自相關特性的正交序列族是可以找到的。比如：Walsh序列族。Walsh序列由以下Hadamard矩陣定義：，

n=1，2，…。遞推的初始矩陣為：Walsh序列族1兼具理想的自相關特性和理想的互相關特性的碼93Walsh序列族2Walsh序列族中的各個序列對應于Hadmard矩陣的每一列。例如：長度（亦稱作周期）為4的Walsh序列對應于，而不難驗證，在彼此對齊的情況下，它們相互正交。Walsh序列族2Walsh序列族中的各個序列對應于Hadm94

IS95使用的擴頻碼IS95的下行鏈路（BSMS）采用Walsh序列進行擴頻，所用序列為64個碼片的序列，即對應于的各列。擴頻增益為64。值得一提的是，IS95的上行鏈路并不將Walsh序列用于擴頻。這是因為，下行鏈路可以保證針對各個用戶的信號的同時發(fā)送，而就上行鏈路而言，不同用戶的信號不可能同時到達基站。而Walsh序列僅在彼此間不存在時移時能夠保證完全正交，在相互之間存在任意時移時，反而會具有較大的互相關值。于是上行鏈路采用同一m序列（長碼）的不同時移版本實現(xiàn)不同用戶的擴頻。

IS95使用的擴頻碼IS95的下行鏈路（BSMS）采用W95

解擴的實現(xiàn)

解擴的實現(xiàn)96多址干擾和CDMA系統(tǒng)的功率控制問題多址干擾指用于特指CDMA系統(tǒng)中，由于采用不同擴頻碼進行擴頻而引起的相互干擾。在經(jīng)過信道傳播以后，即使是理論上完全正交的碼，由于衰落等因素的影響可能也不再具有零互相關值。在遠近效應發(fā)生時，多址干擾甚至會導致系統(tǒng)無法正常運作。所以為了克服遠近效應、減輕多址干擾、保證系統(tǒng)正常運作和提高系統(tǒng)容量就必須進行功率控制。上行鏈路功率控制要達到的目標是：小區(qū)內所有用戶發(fā)出的信號在到達基站時都具有相同的接收信號強度，并且各用戶的接收信干比剛好等于系統(tǒng)所要求的最小信干比。多址干擾和CDMA系統(tǒng)的功率控制問題多址干擾指用于特指CDM97

碼分多址CDMA的優(yōu)點完全頻率復用，即區(qū)群大小N＝1，基本不用進行頻率規(guī)劃；支持軟切換，提高了切換性能；高傳輸可靠性，采用Rake接收；軟容量，考慮干擾受限、BS處理想功控，BPSK相干解調時，

碼分多址CDMA的優(yōu)點完全頻率復用，即區(qū)群大小N＝1，基98跳頻多址SSMACDMA屬于擴頻多址（SSMA）技術，常見的SSMA方式還有跳頻多址（FHMA），同步的跳頻多址如下圖所示：

跳頻多址SSMACDMA屬于擴頻多址（SSMA）技術，常見的99SDMA——基于智能天線技術信號嚴格定向發(fā)送，減小了相互之間的干擾。——波束切換對單個用戶可以形成多個波束來實現(xiàn)多徑的最大比合并，并在干擾方向上形成零陷?！赃m應天線陣列SDMA——基于智能天線技術信號嚴格定向發(fā)送，減小了相互之間100

多址和雙工方式的系統(tǒng)例

多址和雙工方式的系統(tǒng)例101

FDMA系統(tǒng)容量計算1

FDMA系統(tǒng)容量計算1102FDMA系統(tǒng)容量計算2容量定義：系統(tǒng)容量記作m，m=信道數(shù)/小區(qū)，， 其中，Bt為總帶寬，Bc為頻道帶寬。N為區(qū)群大小。若僅考慮第一層同頻小區(qū)，則信干比(載