移動通信(第四版)第8章 多址技術(shù)

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(xí)題第8章多址技術(shù)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(diǎn)。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(jìn)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(shù)要解決的問題。多址技術(shù)是移動通信的基礎(chǔ)技術(shù)之一。當(dāng)把多個用戶接入一個公共的傳輸媒質(zhì)實(shí)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(shù)稱為多址技術(shù)。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(diǎn)對點(diǎn)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(shù)，使得有限的資源能傳輸更大容量的信息?多址技術(shù)（多用戶/共用多信道/接入系統(tǒng)的技術(shù)）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(shù)。

多址技術(shù)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(shù)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(shù)。

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(shè)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(shí)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(diǎn)：

簡單，容易實(shí)現(xiàn)，適用于模擬和數(shù)字信號 以頻率復(fù)用為基礎(chǔ)，以頻帶劃分各種小區(qū) 需要嚴(yán)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(yán)，硬件設(shè)備取決于頻率規(guī)劃和頻道設(shè)置 基站由多部不同載波頻率的發(fā)射機(jī)同時工作 不適宜大容量系統(tǒng)使用應(yīng)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(yù)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。空閑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(dāng)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。空閑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(biāo)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(shè)置專門的呼叫信道，用于處理用戶的呼叫。特點(diǎn)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(jìn)行循環(huán)掃描，并定位在該信道上守候。所有呼叫都在該標(biāo)定的空閑信道上進(jìn)行。當(dāng)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(diǎn)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(biāo)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(biāo)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(diǎn)同搶概率小；建立呼叫速度慢。

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(biāo)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(diǎn)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(jìn)行通信。因?yàn)楦鱾€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(shè)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(jìn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)雙向通信。FDMA是最經(jīng)典的多址技術(shù)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(diǎn)是技術(shù)成熟，對信號功率的要求不嚴(yán)格。但是在系統(tǒng)設(shè)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(jī)同時工作，設(shè)備多且容易產(chǎn)生信道間的互調(diào)干擾，同時，由于沒有進(jìn)行信道復(fù)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(dú)使用FDMA，而是和其他多址技術(shù)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(wù)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(yù)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(jìn)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(diǎn)：

以頻率復(fù)用為基礎(chǔ)，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(yán)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(yīng)用：GSM系統(tǒng)：（上行890～915MHZ，下行935～960MHZ）頻點(diǎn)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(shè)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(yīng)均衡器所需的訓(xùn)練序列。訓(xùn)練序列對接收端來說是確知的，接收端根據(jù)訓(xùn)練序列的解調(diào)結(jié)果，就可以估計出信道的沖擊響應(yīng)，根據(jù)該響應(yīng)就可以預(yù)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(hù)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(jī)變化，而引起移動臺發(fā)出的信號到達(dá)基站接收機(jī)時刻的隨機(jī)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(xùn)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(kuò)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(bǔ)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(jī)，可以避免像FDMA系統(tǒng)那樣因多部不同頻率的發(fā)射機(jī)同時工作而產(chǎn)生的互調(diào)干擾；但系統(tǒng)設(shè)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(zhǔn)確地在指定的時隙中接收基站發(fā)給它的信號。

TDMA技術(shù)廣泛應(yīng)用于第二代移動通信系統(tǒng)中。在實(shí)際應(yīng)用中，綜合采用FDMA和TDMA技術(shù)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(fù)：解決多速率業(yè)務(wù)的矛盾在IS-95系統(tǒng)中采用低速率重復(fù)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(diǎn)：

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(yán)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(qiáng)應(yīng)用：IS-95CDMA系統(tǒng)、cdma2000系統(tǒng)、WCDMA系統(tǒng)碼分多址是以擴(kuò)頻技術(shù)為基礎(chǔ)的。所謂擴(kuò)頻是把信息的頻譜擴(kuò)展到寬帶中進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。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(yuǎn)大于信號帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴(kuò)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(jī)碼，與接收的帶寬信號作相關(guān)處理，把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。擴(kuò)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(jìn)行擴(kuò)展。所謂擴(kuò)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(yuǎn)大于所傳原始信號本身需要的帶寬。其逆過程稱為解擴(kuò)，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(kuò)頻碼。如果用這樣一種擴(kuò)頻后的無線信道來傳送無線信號，則由于信號擴(kuò)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(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻原理：以頻帶換取信噪比 香農(nóng)理論：C=Bwlog2(1+S/N)擴(kuò)頻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，可抗白噪聲、人為干擾、多徑干擾等保密性好。擴(kuò)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(kuò)頻信號近似白噪聲，難以檢測，寬帶擴(kuò)頻信號功率譜密度很低，難以監(jiān)聽易于實(shí)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(jìn)的分集技術(shù)，如RAKE接收、智能天線等實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻的方式有三種：直接序列擴(kuò)頻、跳頻、跳時。其中CDMA系統(tǒng)中常用直接序列擴(kuò)頻方式，它是指在發(fā)送端直接用一個寬帶的擴(kuò)頻碼序列和原始信號相乘，以擴(kuò)展信號的帶寬，而在接收端則用相同的擴(kuò)頻碼和寬帶信號相乘進(jìn)行解擴(kuò)，從中還原出原始的信息。只有知道該擴(kuò)頻碼序列的接收機(jī)才能夠?qū)κ盏降男盘栠M(jìn)行解擴(kuò)，并恢復(fù)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(kuò)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(kuò)頻實(shí)現(xiàn)框圖擴(kuò)頻技術(shù)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(kuò)頻技術(shù)是直接序列擴(kuò)頻(DS)或簡稱直擴(kuò)。擴(kuò)頻信號的產(chǎn)生包括調(diào)制和擴(kuò)頻兩個步驟。比如，先用要傳送的信息比特對載波進(jìn)行調(diào)制，再用偽隨機(jī)序列(PN序列)擴(kuò)展信號的頻譜；也可以先用偽隨機(jī)序列與信息比特相乘(把信息的頻譜擴(kuò)展)，再對載波進(jìn)行調(diào)制。二者是等效的。CDMA直接序列擴(kuò)頻技術(shù)直接序列擴(kuò)頻（DS-SS）發(fā)射和接收電路構(gòu)成框圖

設(shè)信息速率為Rb(bit/s),偽隨機(jī)序列的速率為Rp(子碼/秒)，定義擴(kuò)頻因子為通常L>>1，且為整數(shù)，它是信號頻譜的擴(kuò)展倍數(shù)，也等于擴(kuò)頻系統(tǒng)抑制噪聲的處理增益。接收端要從收到的擴(kuò)頻信號中恢復(fù)出它攜帶的信息，必須經(jīng)過解擴(kuò)和解調(diào)兩個步驟。所謂解擴(kuò)是接收機(jī)以相同的偽隨機(jī)序列與接收的擴(kuò)頻信號相乘，也稱相關(guān)接收。解擴(kuò)后的信號再經(jīng)過常規(guī)的解調(diào)，即可恢復(fù)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(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，最理想的信號形式是類似白噪聲的隨機(jī)信號，但真正的隨機(jī)信號或白噪聲是不能重復(fù)和再現(xiàn)的，實(shí)際應(yīng)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(jī)序列(PN碼)作為擴(kuò)頻碼，因?yàn)閭坞S機(jī)序列具有近似白噪聲的特性，所以具有良好的相關(guān)性。CDMA系統(tǒng)中采用的偽隨機(jī)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(jī)(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(jī)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(zhǔn)正交)，即在一個PN序列周期對應(yīng)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(dǎo)頻信道傳送導(dǎo)頻信息基站連續(xù)不斷地發(fā)送一種直接序列擴(kuò)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(jìn)行相干解調(diào)，并通過對導(dǎo)頻信號強(qiáng)度的檢測，比較相鄰基站的信號強(qiáng)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(jìn)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(wù)信道的指令后，就轉(zhuǎn)入指配的業(yè)務(wù)信道中進(jìn)行信息傳輸。

DS－CDMA系統(tǒng)特點(diǎn)(一)1.存在自身的多址干擾多址干擾的存在是因?yàn)樗杏脩舳脊ぷ髟谙嗤念l率上，進(jìn)入接收機(jī)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(diǎn)(二)2.須采用功率控制克服遠(yuǎn)近效應(yīng)遠(yuǎn)近效應(yīng)近處的強(qiáng)信號抑制遠(yuǎn)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(dá)基站的電平都相等。該電平的大小只要剛好達(dá)到滿足信號干擾比要求的門限電平即可。理想情況下，設(shè)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(yīng)為Pt=Pr/L（D）。從基站到達(dá)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(dú)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(jìn)行擴(kuò)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(jìn)行解擴(kuò)，恢復(fù)出原始信號，而其他使用不同碼型的信號因?yàn)楹徒邮諜C(jī)本地產(chǎn)生的碼型不同而不能被解調(diào)。這種多址技術(shù)因?yàn)槭强坎煌拇a序列來區(qū)分不同的移動臺，所以叫做碼分多址技術(shù)。CDMA示意圖實(shí)際應(yīng)用中，也是綜合采用FDMA和CDMA技術(shù)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(jìn)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(diǎn)，因而近年來得到各個國家的普遍重視和關(guān)注。在第三代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)中，無線傳輸技術(shù)將采用CDMA技術(shù)。蜂窩結(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)特點(diǎn)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(shí)際應(yīng)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(zhǔn)）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(jìn)行相關(guān)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(shí)現(xiàn)空間分割的基本技術(shù)就是采用自適應(yīng)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(shí)現(xiàn)在極限情況下，自適應(yīng)陣列天線具有極小的波束和無限快的跟蹤速度，它可以實(shí)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(shí)現(xiàn)的，它需要無限多個陣元；但采用適當(dāng)數(shù)目的陣元，也可以獲得較大的系統(tǒng)增益。空分多址（SDMA）SDMA原理：通過空間的分割來區(qū)別不同用戶，采用自適應(yīng)陣列天線，在不同用戶方向上形成不同的波束，引導(dǎo)能量沿用戶方向發(fā)送隨機(jī)多址采用的方式有:ALOHA協(xié)議和時隙ALOHA載波偵聽多址(CSMA)預(yù)約隨機(jī)多址隨機(jī)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(jìn)行發(fā)送。發(fā)送結(jié)束后，在相同的信道上或一個單獨(dú)的反饋信道上等待應(yīng)答。如果在給定時間區(qū)間內(nèi)，沒有收到對方認(rèn)可應(yīng)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(dú)立隨機(jī)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(jī)時延后重傳。ALOHA協(xié)議如圖5-7（a）所示。隨機(jī)多址協(xié)議主要性能指標(biāo)：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(jìn)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(jìn)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(diǎn)的發(fā)射是相互獨(dú)立的，即各結(jié)點(diǎn)的發(fā)送與否與信道狀態(tài)無關(guān)。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(diǎn)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(shè)定的準(zhǔn)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(jī)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)發(fā)送的分組將會成功傳輸，如圖5－8所示。

當(dāng)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(jī)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(fù)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(wù)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(qiáng)，(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(rèn)為：

TDMA容量=4×模擬FDMA容量CDMA系統(tǒng)的容量

首先考慮一般擴(kuò)頻通信系統(tǒng)(即暫不考慮蜂窩網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn))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(kuò)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(guān)；(W/Rb)是系統(tǒng)的擴(kuò)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(dá)一接收機(jī)的信號強(qiáng)度和各個干擾強(qiáng)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(shù)，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?yàn)楸尘案蓴_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(jìn)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(dá)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(dǎo)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(luò)由