移動通信(第四版)第8章 多址技術

8.1簡介8.2FDMA8.3TDMA8.4CDMA8.5SDMA8.6多址方式與系統(tǒng)容量思考題與習題第8章多址技術移動通信是依靠無線電波的傳播來傳輸信號的，具有大面積覆蓋的特點。因此網(wǎng)內(nèi)一個用戶發(fā)射的信號其他用戶均可接收到所傳播的電波。網(wǎng)內(nèi)用戶如何能從播發(fā)的信號中識別出發(fā)送給自己的信號就成為建立連接的首要問題。在蜂窩通信系統(tǒng)中，移動臺是通過基站和其他移動臺進行通信的，因此必須對移動臺和基站的信息加以區(qū)別，使基站能區(qū)分是哪個移動臺發(fā)來的信號，而各移動臺又能識別出哪個信號是發(fā)給自己的。要解決這個問題，就必須給每個信號賦以不同的特征，這就是多址技術要解決的問題。多址技術是移動通信的基礎技術之一。當把多個用戶接入一個公共的傳輸媒質(zhì)實現(xiàn)相互間通信時，需要給每個用戶的信號賦以不同的特征，以區(qū)分不同的用戶，這種技術稱為多址技術。8.1簡介在前面幾章的討論中，我們主要解決了在移動環(huán)境下，點對點的傳輸問題。本章將試圖解決以下問題：對于給定的頻率資源，大家如何來共享?即采用什么樣的多址技術，使得有限的資源能傳輸更大容量的信息?多址技術（多用戶/共用多信道/接入系統(tǒng)的技術）對有限的頻率資源，用戶如何共享，以便能傳輸更大容量的信息——信道的構(gòu)成方式及多用戶共用多信道接入系統(tǒng)的技術。

多址技術的主要類型

(1).FDMA(FrequencyDivisionMultipleAccess)

頻分多址（頻分多信道、多用戶接入）

(2).TDMA(TimeDivisionMultipleAccess)

時分多址（時分多信道、多用戶接入）

(3).CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)

碼分多址（碼分多信道、多用戶接入）

(4).SDMA(SpaceDivisionMultipleAccess)

空分多址（空分多信道、多用戶接入）多址技術的含義：就是要使眾多的客戶共用公共通信信道所采用的一種技術。

⑴多信道的構(gòu)成

FD:按頻率劃分信道

TD:按時隙劃分信道

CD:按正交碼劃分信道

SD:按空間劃分信道⑵多用戶共用多信道接入系統(tǒng)的方式

①.呼叫及通話信道的設置方式

②.通話信道的分配（選?。┓绞筋l分多址是指將給定的頻譜資源劃分為若干個等間隔的頻道(或稱信道)供不同的用戶使用。在模擬移動通信系統(tǒng)中，信道帶寬通常等于傳輸一路模擬話音所需的帶寬，如25kHz或30kHz。8.2頻分多址(FDMA)在單純的FDMA系統(tǒng)中，通常采用頻分雙工(FDD)的方式來實現(xiàn)雙工通信，即接收頻率f和發(fā)送頻率F是不同的。為了使得同一部電臺的收發(fā)之間不產(chǎn)生干擾，收發(fā)頻率間隔|f-F|必須大于一定的數(shù)值。例如，在800MHz頻段，收發(fā)頻率間隔通常為45MHz。一個典型的FDMA頻道劃分方法如圖8-2所示。圖8-2FDMA的頻道劃分方法頻分多址（FDMA）含義：每個用戶占用一個頻率用戶識別：頻道號特點：

簡單，容易實現(xiàn)，適用于模擬和數(shù)字信號 以頻率復用為基礎，以頻帶劃分各種小區(qū) 需要嚴格的頻率規(guī)劃，是頻率受限和干擾受限系統(tǒng) 以頻道區(qū)分用戶地址，一個頻道傳輸一路模擬/數(shù)字話路 對功控的要求不嚴，硬件設備取決于頻率規(guī)劃和頻道設置 基站由多部不同載波頻率的發(fā)射機同時工作 不適宜大容量系統(tǒng)使用應用：模擬/數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)PowerFrequencyTimeFDMA在FDMA系統(tǒng)中，收發(fā)的頻段是分開的，由于所有移動臺均使用相同的接收和發(fā)送頻段，因而移動臺到移動臺之間不能直接通信，而必須經(jīng)過基站中轉(zhuǎn)。移動通信的頻率資源十分緊缺，不可能為每一個移動臺預留一個信道，只可能為每個基站配置好一組信道，供該基站所覆蓋的區(qū)域(稱為小區(qū))內(nèi)的所有移動臺共用。這就是多信道共用問題?？臻e信道選取概念基站控制的小區(qū)內(nèi)有n個無線信道提供給n×m個移動用戶共同使用。當某一用戶需要通信而發(fā)出呼叫時，怎樣從這n個信道中選取一個空閑信道?？臻e信道的選取多信道共用方式：2種

專用呼叫信道（信令信道）方式循環(huán)分散定位標明空閑信道方式循環(huán)定位循環(huán)不定位（共用信令信道）專用呼叫信道方式設置專門的呼叫信道，用于處理用戶的呼叫。特點處理呼叫的速度快;

信道利用率不高。該方式適用于大容量的移動通信網(wǎng)，是公用移動話網(wǎng)采用的主要方式。我國規(guī)定900MHz蜂窩移動電話網(wǎng)就采用這種方式。循環(huán)定位基站在某一空閑信道上發(fā)空閑信號，所有未在通話的移動臺都自動地對所有信道進行循環(huán)掃描，并定位在該信道上守候。所有呼叫都在該標定的空閑信道上進行。當該信道被某一移動臺占用之后，基站就轉(zhuǎn)往另一空閑信道發(fā)空閑信號。特點信道的利用率高；處理呼叫速度快；同搶（兩個以上用戶同時發(fā)起呼叫）概率大；

循環(huán)不定位方式

基站在所有的空閑信道上都發(fā)空閑標志信號，不通話的移動臺始終處于循環(huán)掃描狀態(tài)。移動臺主呼時，首先遇到任何一個空閑信道就立即占用。移動臺被呼時，基站先在某一空閑信道上發(fā)一個保持信號，指令所有循環(huán)掃描中的移動臺都自動地對這個標有保持信號的空閑信道鎖定。保持信號需持續(xù)一段時間，在等到所有空閑移動臺都對它鎖定之后，改發(fā)選呼信號。

特點同搶概率?。唤⒑艚兴俣嚷?。

循環(huán)分散定位方式

基站在所有空閑信道上都發(fā)空閑標志信號，不通話的移動臺循環(huán)掃描并停留在最先搜索到的空閑信道上。由于各移動臺掃描狀態(tài)不同，故移動臺會分散停留在各空閑信道上。

特點同搶概率?。唤⒑艚兴俣瓤?。

在通信時，不同的移動臺占用不同頻率的信道進行通信。因為各個用戶使用不同頻率的信道，所以相互沒有干擾。FDMA的信道每次只能傳遞一個電話，并且在分配成語音信道后，基站和移動臺就會同時連續(xù)不斷地發(fā)射信號，在接收設備中使用帶通濾波器只允許指定頻道里的能量通過，濾除其他頻率的信號，從而將需要的信號提取出來，而限制臨近信道之間的相互干擾。由于基站要同時和多個用戶進行通信，基站必須同時發(fā)射和接收多個不同頻率的信號；另外，任意兩個移動用戶之間進行通信都必須經(jīng)過基站的中轉(zhuǎn)，因而必須占用四個頻道才能實現(xiàn)雙向通信。FDMA是最經(jīng)典的多址技術之一，在第一代移動通信網(wǎng)(如TACS、AMPS等)中使用了頻分多址。這種方式的特點是技術成熟，對信號功率的要求不嚴格。但是在系統(tǒng)設計中需要周密的頻率規(guī)劃，基站需要多部不同載波頻率的發(fā)射機同時工作，設備多且容易產(chǎn)生信道間的互調(diào)干擾，同時，由于沒有進行信道復用，信道效率很低。因此現(xiàn)在國際上蜂窩移動通信網(wǎng)已不再單獨使用FDMA，而是和其他多址技術結(jié)合使用。FDMA原理：為每個用戶指定特定頻率的信道，這些信道按要求分配給請求服務的用戶，在呼叫的整個過程中，其他用戶不能共享這一頻段.

時分多址是指把時間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個時隙(無論幀或時隙都是互不重疊的)。在頻分雙工(FDD)方式中，上行鏈路和下行鏈路的幀分別在不同的頻率上。在時分雙工(TDD)方式中，上下行幀都在相同的頻率上。TDD的方式如圖8-3所示。8.3時分多址(TDMA)

圖8-3TDMA示意圖TDMA中，給每個用戶分配一個時隙，即根據(jù)一定的時隙分配原則，使各個移動臺在每幀內(nèi)只能按指定的時隙向基站發(fā)射信號。在滿足定時和同步的條件下，基站可以在各時隙中接收到各移動臺的信號而互不干擾。同時，基站發(fā)向各個移動臺的信號都按順序安排在預定的時隙中傳輸，各移動臺只要在指定的時隙內(nèi)接收，就能在合路的信號中把發(fā)給它的信號區(qū)分出來。這樣，同一個頻道就可以供幾個用戶同時進行通信，相互沒有干擾。時分多址（TDMA）含義：每個用戶占用一個時隙用戶識別：時隙特點：

以頻率復用為基礎，小區(qū)內(nèi)以時隙區(qū)分用戶 每個時隙傳輸一路數(shù)字信號，軟件對時隙動態(tài)配置 系統(tǒng)要求嚴格的系統(tǒng)定時同步 是時隙受限和干擾受限系統(tǒng)

TDD模式下，上下型信道信息可以共享應用：GSM系統(tǒng)：（上行890～915MHZ，下行935～960MHZ）頻點間隔200KHZ

每個頻道8個時隙FrequencyPowerTimeFDMA/TDMA不同通信系統(tǒng)的幀長度和幀結(jié)構(gòu)是不一樣的。典型的幀長在幾毫秒到幾十毫秒之間。例如：GSM系統(tǒng)的幀長為4.6ms(每幀8個時隙)，DECT系統(tǒng)的幀長為10ms(每幀24個時隙)，PACS系統(tǒng)的幀長為2.5ms(每幀8個時隙)。TDMA系統(tǒng)既可以采用頻分雙工(FDD)方式，也可以采用時分雙工(TDD)方式。在FDD方式中，上行鏈路和下行鏈路的幀結(jié)構(gòu)既可以相同，也可以不同。在TDD方式中，通常將在某頻率上一幀中一半的時隙用于移動臺發(fā)，另一半的時隙用于移動臺接收；收發(fā)工作在相同頻率上。在TDMA系統(tǒng)中，每幀中的時隙結(jié)構(gòu)(或稱為突發(fā)結(jié)構(gòu))的設計通常要考慮三個主要問題：一是控制和信令信息的傳輸；二是信道多徑的影響；三是系統(tǒng)的同步。為了解決上述問題，采取以下四方面的主要措施：

一是在每個時隙中，專門劃出部分比特用于控制和信令信息的傳輸。二是為了便于接收端利用均衡器來克服多徑引起的碼間干擾，在時隙中要插入自適應均衡器所需的訓練序列。訓練序列對接收端來說是確知的，接收端根據(jù)訓練序列的解調(diào)結(jié)果，就可以估計出信道的沖擊響應，根據(jù)該響應就可以預置均衡器的抽頭系數(shù)，從而可消除碼間干擾對整個時隙的影響。三是在上行鏈路的每個時隙中要留出一定的保護間隔(即不傳輸任何信號)，即每個時隙中傳輸信號的時間要小于時隙長度。這樣可以克服因移動臺至基站距離的隨機變化，而引起移動臺發(fā)出的信號到達基站接收機時刻的隨機變化，從而保證不同移動臺發(fā)出的信號，在基站處都能落在規(guī)定的時隙內(nèi)，而不會出現(xiàn)相互重疊現(xiàn)象。四是為了便于接收端的同步，在每個時隙中還要傳輸同步序列。同步序列和訓練序列可以分開傳輸，也可以合二為一。兩種典型的時隙結(jié)構(gòu)如圖8-4所示。圖8-4典型的時隙結(jié)構(gòu)TDMA系統(tǒng)的呼損性能可以完全采用FDMA中的分析方法和結(jié)論。TDMA中的信道數(shù)為每個基站使用的載波數(shù)乘以每載波的時隙數(shù)。TDMA中的空閑信道選取是選擇某個載頻上的某個空閑的時隙。信道間隔：200kHz1710178518051880雙工距離

:95MHz890915935960雙工距離

:45MHzGSM900:GSM1800:GSM系統(tǒng)采用了FDMA、TDMA混合方式：FDD－TDMA

GSM系統(tǒng)頻率資源GSM無線接口的TDMA/FDMA混合多址方式示意圖

FDMA/TDMA示意圖GSM蜂窩系統(tǒng)采用時分多址、頻分多址和頻分雙工(TDMA／FDMA/FDD)制式。在25MHz的頻段中共分125個頻道，頻道間隔200kHz。每載波含8個(以后可擴展為16個)時隙，時隙寬為0.577ms。8個時隙構(gòu)成一個TDMA幀，幀長為4.615msGSM系統(tǒng)工作在以下射頻頻段：上行(移動臺發(fā)、基站收)為890～915MHz下行(基站發(fā)、移動臺收)為935～960MHz收、發(fā)頻率間隔為45MHz。移動臺采用較低頻段發(fā)射，傳播損耗較低，有利于補償上、下行功率不平衡的問題。由于載頻間隔是0.2MHz，因此GSM系統(tǒng)整個工作頻段分為124對載頻。其頻道序號用n表示，則上、下兩頻段中序號為n的載頻可用下式計算：下頻段fl(n)=(890+0.2n)MHz上頻段fh(n)=(935+0.2n)MHz式中，n=1～124。例如n=1，fl(1)=890.2MHz，

fh(1)=935.2MHz。其它序號的載頻依次類推。

在TDMA通信系統(tǒng)中，小區(qū)內(nèi)的多個用戶可以共享一個載波頻率，分享不同時隙，這樣基站只需要一部發(fā)射機，可以避免像FDMA系統(tǒng)那樣因多部不同頻率的發(fā)射機同時工作而產(chǎn)生的互調(diào)干擾；但系統(tǒng)設備必須有精確的定時和同步來保證各移動臺發(fā)送的信號不會在基站發(fā)生重疊，并且能準確地在指定的時隙中接收基站發(fā)給它的信號。

TDMA技術廣泛應用于第二代移動通信系統(tǒng)中。在實際應用中，綜合采用FDMA和TDMA技術的，即首先將總頻帶劃分為多個頻道，再將一個頻道劃分為多個時隙，形成信道。TDMA原理：在一個寬帶的無線載波上，把時間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時隙（幀與時隙都互不重疊），每個時隙即一個信道，分配給一個用戶使用

TDMA信道的劃分8.4碼分多址（CDMA)在CDMA通信系統(tǒng)中，不同用戶傳輸信息所用的信號不是靠頻率不同或時隙不同來區(qū)分，而是用各自不同的編碼序列來區(qū)分，或者說，靠信號的不同波形來區(qū)分。碼分：用戶、信道和基站均依靠多址碼識別針對不同的多址碼需求，分別使用不同類型的碼組基站的識別---不同相移的PN序列，碼元周期為215－1信道的識別---正交的Walsh函數(shù)，完全正交64階Walsh碼用戶的識別---周期足夠長的PN序列，碼元周期為242

－1

公共掩碼：移動臺電子序列號（ESN） 專用掩碼：移動臺識別號（MIN）

卷積編碼和重復：解決多速率業(yè)務的矛盾在IS-95系統(tǒng)中采用低速率重復和高速率并行選通發(fā)送塊交織：抗快衰落碼分多址（CDMA）FrequencyCDMAPowerTime含義：每個用戶使用一個碼型，頻率/時間共享用戶識別：碼型特點：

每個基站只需一個射頻系統(tǒng) 每個碼傳輸一路數(shù)字信號 每個用戶共享時間和頻率 是一個多址干擾受限系統(tǒng) 需要嚴格的功率控制 需要定時同步 軟容量、軟切換，系統(tǒng)容量大 抗衰落、抗多徑能力強應用：IS-95CDMA系統(tǒng)、cdma2000系統(tǒng)、WCDMA系統(tǒng)碼分多址是以擴頻技術為基礎的。所謂擴頻是把信息的頻譜擴展到寬帶中進行傳輸?shù)募夹g。即將需傳送的具有一定信號帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機碼，與接收的帶寬信號作相關處理，把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號即解擴，以實現(xiàn)信息通信。擴頻的概念。眾所周知，對于時域上的脈沖信號，其脈沖寬度越窄，頻譜就越寬。那么，如果用所需要傳送的信號信息去調(diào)制很窄的脈沖序列，就可以將信號的帶寬進行擴展。所謂擴頻調(diào)制，就是指用所需要傳送的原始信號去調(diào)制窄脈沖序列，使信號所占的頻帶寬度遠大于所傳原始信號本身需要的帶寬。其逆過程稱為解擴，即將這個寬帶信號還原成原始信號。這個窄脈沖序列稱為擴頻碼。如果用這樣一種擴頻后的無線信道來傳送無線信號，則由于信號擴展在非常寬的帶寬上，因此來自同一無線信道的用戶干擾就很小，使得多個用戶可以同時分享同一無線信道。擴頻技術擴頻原理：以頻帶換取信噪比 香農(nóng)理論：C=Bwlog2(1+S/N)擴頻系統(tǒng)的優(yōu)點：抗干擾能力強，可抗白噪聲、人為干擾、多徑干擾等保密性好。擴頻信號頻譜近似白噪聲，若不知PN序列生成方法就難以獲取原始信息隱蔽性好。擴頻信號近似白噪聲，難以檢測，寬帶擴頻信號功率譜密度很低，難以監(jiān)聽易于實現(xiàn)大容量多址通信易于精確定時和測距易于采用各種先進的分集技術，如RAKE接收、智能天線等實現(xiàn)擴頻的方式有三種：直接序列擴頻、跳頻、跳時。其中CDMA系統(tǒng)中常用直接序列擴頻方式，它是指在發(fā)送端直接用一個寬帶的擴頻碼序列和原始信號相乘，以擴展信號的帶寬，而在接收端則用相同的擴頻碼和寬帶信號相乘進行解擴，從中還原出原始的信息。只有知道該擴頻碼序列的接收機才能夠?qū)κ盏降男盘栠M行解擴，并恢復出原始數(shù)據(jù)。我們把原始信息的速率稱為信息速率，而把擴頻碼的速率稱為碼片速率，用chip表示。采用每幀改變頻率的方法-跳頻直接序列擴頻實現(xiàn)框圖擴頻技術用于通信系統(tǒng)具有抗干擾、抗多徑、隱蔽、保密和多址能力。適用于碼分多址蜂窩通信系統(tǒng)的擴頻技術是直接序列擴頻(DS)或簡稱直擴。擴頻信號的產(chǎn)生包括調(diào)制和擴頻兩個步驟。比如，先用要傳送的信息比特對載波進行調(diào)制，再用偽隨機序列(PN序列)擴展信號的頻譜；也可以先用偽隨機序列與信息比特相乘(把信息的頻譜擴展)，再對載波進行調(diào)制。二者是等效的。CDMA直接序列擴頻技術直接序列擴頻（DS-SS）發(fā)射和接收電路構(gòu)成框圖

設信息速率為Rb(bit/s),偽隨機序列的速率為Rp(子碼/秒)，定義擴頻因子為通常L>>1，且為整數(shù)，它是信號頻譜的擴展倍數(shù)，也等于擴頻系統(tǒng)抑制噪聲的處理增益。接收端要從收到的擴頻信號中恢復出它攜帶的信息，必須經(jīng)過解擴和解調(diào)兩個步驟。所謂解擴是接收機以相同的偽隨機序列與接收的擴頻信號相乘，也稱相關接收。解擴后的信號再經(jīng)過常規(guī)的解調(diào)，即可恢復出其中傳送的信息。

(2)CDMA中的碼序列。在信息傳輸過程中，各種信號之間的差別越大越好，這樣相互之間不易發(fā)生干擾，也就不會發(fā)生誤判。要實現(xiàn)這一目標，最理想的信號形式是類似白噪聲的隨機信號，但真正的隨機信號或白噪聲是不能重復和再現(xiàn)的，實際應用中是用周期性的碼序列來逼近它的性能的。CDMA中采用偽隨機序列(PN碼)作為擴頻碼，因為偽隨機序列具有近似白噪聲的特性，所以具有良好的相關性。CDMA系統(tǒng)中采用的偽隨機碼有m序列、Walsh函數(shù)等。1.FH-CDMA

在FH-CDMA系統(tǒng)中，每個用戶根據(jù)各自的偽隨機(PN)序列，動態(tài)改變其已調(diào)信號的中心頻率。各用戶的中心頻率可在給定的系統(tǒng)帶寬內(nèi)隨機改變，該系統(tǒng)帶寬通常要比各用戶已調(diào)信號(如FM、FSK、BPSK等)的帶寬寬得多。FH-CDMA類似于FDMA，但使用的頻道是動態(tài)變化的。FH-CDMA中各用戶使用的頻率序列要求相互正交(或準正交)，即在一個PN序列周期對應的時間區(qū)間內(nèi)，各用戶使用的頻率，在任一時刻都不相同(或相同的概率非常小)。8.4

碼分多址(CDMA)

2.DS-CDMA

在DS-CDMA系統(tǒng)中，所有用戶工作在相同的中心頻率上，輸入數(shù)據(jù)序列與PN序列相乘得到寬帶信號。不同的用戶(或信道)使用不同的PN序列。這些PN序列(或碼字)相互正交，從而可像FDMA和TDMA系統(tǒng)中利用頻率和時隙區(qū)分不同用戶一樣，利用PN序列(或碼字)來區(qū)分不同的用戶。信道N?-?-?-信道２信道１時間頻率碼字信道N?-?-?-信道２信道１信道N?-?-?-信道２信道１時間頻率碼字DS－CDMA示意圖信道N?-?-?-信道２信道１時間頻率碼字信道N?-?-?-信道２信道１信道N?-?-?-信道２信道１時間頻率碼字DS－CDMA示意圖DS-CDMA系統(tǒng)邏輯信道示意圖

(a)基站到移動臺的下行鏈路；(b)基站到移動臺的上行鏈路導頻信道傳送導頻信息基站連續(xù)不斷地發(fā)送一種直接序列擴頻信號，供移動臺從中獲得前向信道的定時和提取相干載波以進行相干解調(diào)，并通過對導頻信號強度的檢測，比較相鄰基站的信號強度和決定什么時候需要越區(qū)切換。同步信道傳送同步信息在基站覆蓋范圍內(nèi)，各移動臺利用這種信息進行同步捕獲。尋呼信道基站在呼叫建立階段傳輸控制信息通常，移動臺在建立同步后，就選擇一個尋呼信道監(jiān)聽由基站發(fā)來的信令，在收到基站分配業(yè)務信道的指令后，就轉(zhuǎn)入指配的業(yè)務信道中進行信息傳輸。

DS－CDMA系統(tǒng)特點(一)1.存在自身的多址干擾多址干擾的存在是因為所有用戶都工作在相同的頻率上，進入接收機的信號除了所希望的有用信號外，還疊加有其它用戶的信號（這些信號稱為多址干擾）。多址干擾的大小取決于在該頻率上工作的用戶數(shù)及各用戶的功率大小。

DS－CDMA系統(tǒng)特點(二)2.須采用功率控制克服遠近效應遠近效應近處的強信號抑制遠處弱信號的接收克服方法功率控制調(diào)整各用戶的發(fā)射功率，使得所有用戶信號到達基站的電平都相等。該電平的大小只要剛好達到滿足信號干擾比要求的門限電平即可。理想情況下，設門限信號功率為Pr，移動臺到基站的傳輸傳輸損耗為L（D）（D為距離），則移動臺的發(fā)射功率應為Pt=Pr/L（D）。從基站到達移動臺的下行鏈路也同樣需要功率控制。3.混合碼分多址混合碼分多址的形式有種多樣:FDMA和DS-CDMA混合，TDMA與DS-CDMA混合(TD/CDMA)，TDMA與跳頻混合(TDMA/FH),FH-CDMA與DS-CDMA混合(DS/FH-CDMA)等等。CDMA通信系統(tǒng)中，所有用戶使用所有頻率和所有時間上都是重疊的。系統(tǒng)用不同的正交編碼序列來區(qū)分不同的用戶。CDMA中，不同的移動臺共同使用一個頻率，但是每個移動臺都被分配帶有一個獨特的碼序列，與所有別的碼序列都不相同，所以各個用戶之間沒有干擾。在發(fā)送時，信號信息和該用戶的碼序列相乘進行擴頻調(diào)制，在接收端，接收器使用與發(fā)端同樣的碼序列對寬帶信號進行解擴，恢復出原始信號，而其他使用不同碼型的信號因為和接收機本地產(chǎn)生的碼型不同而不能被解調(diào)。這種多址技術因為是靠不同的碼序列來區(qū)分不同的移動臺，所以叫做碼分多址技術。CDMA示意圖實際應用中，也是綜合采用FDMA和CDMA技術的，即首先將總頻帶劃分為多個頻道，再將一個頻道按碼字分割，形成信道。例如窄帶CDMA中，采用1.25MHz的FDMA頻道，將其再進行碼字的分割，形成CDMA信道。CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)與FDMA系統(tǒng)或TDMA系統(tǒng)相比具有更大的系統(tǒng)容量，更高的話音質(zhì)量以及抗干擾、保密等優(yōu)點，因而近年來得到各個國家的普遍重視和關注。在第三代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)中，無線傳輸技術將采用CDMA技術。蜂窩結(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)特點是通信資源的重用。

頻分多址系統(tǒng)是頻率資源的重用；

時分多址系統(tǒng)是時隙資源的重用；

碼分多址系統(tǒng)是碼型資源的重用。

在實際應用中，一般是多種多址方式的結(jié)合使用。如GSM系統(tǒng)中，是FDMA/TDMA的結(jié)合使用；

窄帶CDMA系統(tǒng)(IS-95)和3G中的寬帶碼分多址(WCDMA)中，采用的則是FDMA/CDMA方式。CDMA原理：為每個用戶分配了各自特定的地址碼，各地址碼相互（準）正交，接收端用與發(fā)端完全一致的本地地址碼對接收的信號進行相關檢測頻率、時間和空間上都可能重疊

空分多址是通過空間的分割來區(qū)別不同的用戶。在移動通信中，能實現(xiàn)空間分割的基本技術就是采用自適應陣列天線，在不同的用戶方向上形成不同的波束。8.5空分多址(SDMA)

空分多址示意圖空分多址（SDMA）依靠智能天線實現(xiàn)在極限情況下，自適應陣列天線具有極小的波束和無限快的跟蹤速度，它可以實現(xiàn)最佳的SDMA。此時，在每個小區(qū)內(nèi)，每個波束可提供一個無其他用戶干擾的唯一信道。采用窄波束天線可以有效地克服多徑干擾和同道干擾。盡管上述理想情況是不可實現(xiàn)的，它需要無限多個陣元；但采用適當數(shù)目的陣元，也可以獲得較大的系統(tǒng)增益?？辗侄嘀罚⊿DMA）SDMA原理：通過空間的分割來區(qū)別不同用戶，采用自適應陣列天線，在不同用戶方向上形成不同的波束，引導能量沿用戶方向發(fā)送隨機多址采用的方式有:ALOHA協(xié)議和時隙ALOHA載波偵聽多址(CSMA)預約隨機多址隨機多址ALOHA協(xié)協(xié)議和時隙ALOHA

ALOHA協(xié)議是一種最簡單的數(shù)據(jù)分組傳輸協(xié)議。任一用戶隨時有數(shù)據(jù)分組要發(fā)送，就立刻接入信道進行發(fā)送。發(fā)送結(jié)束后，在相同的信道上或一個單獨的反饋信道上等待應答。如果在給定時間區(qū)間內(nèi)，沒有收到對方認可應答，則重發(fā)剛發(fā)的數(shù)據(jù)分組。由于在同一信道上，多個用戶獨立隨機地發(fā)送分組，會出現(xiàn)多個分組發(fā)生碰撞，碰撞的分組經(jīng)過隨機時延后重傳。ALOHA協(xié)議如圖5-7（a）所示。隨機多址協(xié)議主要性能指標：通過量（S）（單位時間內(nèi)平均成功傳輸?shù)姆纸M數(shù)）；每個分組的平均時延（D）。

為了改進ALOHA的性能，將時間軸分成時隙，時隙大小大于等于一個分組的長度。所有用戶都同步在時隙開始時刻進行發(fā)送。該協(xié)議就稱為時隙ALOHA協(xié)議，如圖5－7(b)所示。時隙ALOHA與ALOHA協(xié)議相比，將易損區(qū)從2倍的分組長度減少到一個時隙，從而提高了系統(tǒng)的通過量。A1A1A1A1碰撞用戶A:用戶B:圖５－７(b)時隙ALOHA協(xié)議示意圖A1A1A1A1碰撞用戶A:用戶B:A1A1A1A1碰撞用戶A:用戶B:圖５－７(b)時隙ALOHA協(xié)議示意圖載波偵聽多址（CSMA）ALOHA協(xié)議中，各結(jié)點的發(fā)射是相互獨立的，即各結(jié)點的發(fā)送與否與信道狀態(tài)無關。為了提高信道的通過量，減少碰撞的概率，在CSMA協(xié)議中，每個結(jié)點在發(fā)送前，首先要偵聽信道是否有分組在傳輸。若信道空閑（沒有檢測到載波），才可以發(fā)送；若信道忙，則按照設定的準則推遲發(fā)送。

在CSMA協(xié)議中，影響系統(tǒng)性能的主要參數(shù)是檢測時延和傳播時延。

檢測時延是指接收機判斷信道空閑與否所需時間。假定檢測時延之和為τ，如果某結(jié)點在t時刻開始發(fā)送一個分組，則在t+τ時刻以后所有結(jié)點都會檢測到信道忙。因此只要在[t,t+τ]內(nèi)沒有其他用戶發(fā)送，則該結(jié)點發(fā)送的分組將會成功傳輸，如圖5－8所示。

當檢測到信道忙時，有幾種處理辦法：一是繼續(xù)檢測信道直至信道空閑，一旦信道空閑則以概率1發(fā)送分組，該協(xié)議稱為1－堅持CSMA；二是隨機時延一段時間，然后重新檢測信道，直至檢測到空閑信道，該協(xié)議稱為非堅持CSMA；三是繼續(xù)檢測信道直至信道空閑，此時以概率P發(fā)送分組，以1－P推遲發(fā)送，該協(xié)議稱為P－堅持CSMA。2.FDMA及TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量計算系統(tǒng)的總信道數(shù)Mm是頻率復用數(shù)W是無線頻率帶寬B是等效信道帶寬N為系統(tǒng)容量TDMA蜂窩系統(tǒng)通信容量=M/m共道小區(qū)分布

MS干擾BSBS干擾MS(以此為例分析)按Erl/cell或Erl/km2值歸一化FDMA與TDMA系統(tǒng)容量比較系統(tǒng)TACS(模擬FDMA)GSM(數(shù)字TDMA)總頻段/MHz2525頻道帶寬/KHz2525(等效)信道總數(shù)M10001000(C/I)S/dB1811區(qū)群小區(qū)數(shù)N74每小區(qū)信道數(shù)

ch/cell(m)143250每小區(qū)話務量Erl/cell117215Erl/km24582.7歸一化容量1.01.8由n、B及愛爾蘭呼損率公式求出A(Erl)n=M/m由r求出小區(qū)面積討論：

(1).TDMA系統(tǒng)抗干擾能力強，(C/I)s小，則允許共道干擾小區(qū)距離D小，區(qū)群內(nèi)小區(qū)數(shù)N小，則每小區(qū)信道數(shù)

ch/cell增大，即系統(tǒng)容量增大。

(2).另外二種TDMA蜂窩網(wǎng)D-AMPS(IS-54)及JDC采用的話音編碼效率高、碼速率低，故等效頻道帶寬小于GSM，總信道數(shù)M及ch/cell增大，歸一化容量增大到4~7。故一般認為：

TDMA容量=4×模擬FDMA容量CDMA系統(tǒng)的容量

首先考慮一般擴頻通信系統(tǒng)(即暫不考慮蜂窩網(wǎng)絡的特點)的通信容量。載干比可以表示為：式中，Eb是消息的一比特能量；Rb是信息的比特率；I0是干擾的功率譜密度(每赫干擾功率)；W是總頻段寬度(在這里W也是CDMA信號所占的頻譜寬度，即擴頻帶寬)；(Eb/I0）類似于通常所謂的歸一化信噪比(Eb/N0)，其取值決定于系統(tǒng)對誤碼率或話音質(zhì)量的要求，并與系統(tǒng)的調(diào)制方式和編碼方案有關；(W/Rb)是系統(tǒng)的擴頻因子，即系統(tǒng)的處理增益。

n個用戶共用一個無線頻道，每一用戶的信號都受到其他n-1個用戶的信號干擾。若到達一接收機的信號強度和各個干擾強度都一樣，則載干比為：通常n>>1,故C/I≈1/n，即或（8-58）1.話音激活期的影響

人類對話的特征是不連續(xù)的，對話的激活期(占空比d)通常只有35%左右。在許多用戶共享一個無線頻道時，如果利用話音激活技術，使通信中的用戶有話音才發(fā)射信號，沒有話音就停止發(fā)射信號，那么任一用戶在話音發(fā)生停頓時，所有其他通信中的用戶都會因為背景干擾減小而受益。這就是說，話音停頓可以使背景干擾減小65%，能提高系統(tǒng)容量到1/0.35=2.86倍。令話音的占空比為d,則式(6-1)變成

（6-2）2.扇區(qū)的作用

在CDMA蜂窩系統(tǒng)中采用有向天線進行分區(qū)能明顯地提高系統(tǒng)容量。比如，用120°的定向天線把小區(qū)分成三個扇區(qū)，可以把背景干擾減少到原值的1/3,因而可以提高容量3倍。FDMA蜂窩系統(tǒng)和TDMA蜂窩系統(tǒng)利用扇形分區(qū)同樣可以減小來自共道小區(qū)的共道干擾，從而減小共道再用距離，以提高系統(tǒng)容量。但是，達不到像CDMA蜂窩系統(tǒng)那樣，分成三個扇區(qū)系統(tǒng)容量就會增大3倍的效果。令G為扇區(qū)數(shù)，式(6-2）變成：3.干擾的影響

CDMA系統(tǒng)的容量是干擾受限的，而在FDMA和TDMA中是帶寬受限的。干擾的減少將導致CDMA容量的線性增加。

首先考慮一單小區(qū)系統(tǒng)。蜂窩網(wǎng)絡由