無線通信技術(shù)基礎(chǔ)-05-07小尺度衰落和無線多址技術(shù)

無線通信技術(shù)基礎(chǔ)第5章、小尺度衰落內(nèi)容介紹小尺度衰落是指無線信號(hào)在經(jīng)過短時(shí)間或短距離傳播后，其幅度出現(xiàn)的快速衰落。小尺度衰落是由于同一個(gè)無線信號(hào)沿兩個(gè)或多個(gè)不同的路徑傳播，以微小的時(shí)間（相位）差到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)相互干涉所引起的信號(hào)衰落，因此也稱為“多徑衰落”。這些無線信號(hào)稱為多徑信號(hào)，接收機(jī)的天線接收到多徑信號(hào)后，會(huì)將它們合成為一個(gè)幅度和相位急劇變化的信號(hào)，其變化程度取決于多徑信號(hào)的強(qiáng)度、相對(duì)傳播時(shí)間以及傳播信號(hào)的帶寬。在無線通信系統(tǒng)的實(shí)際環(huán)境中，小尺度衰落的變化往往非常劇烈，以致于大尺度路徑損耗的影響幾乎可以忽略不計(jì)。因此在無線通信系統(tǒng)中如何降低小尺度衰落的影響，是一項(xiàng)非常重要的工作。本章重點(diǎn)小尺度多徑傳播多徑信道的參數(shù)小尺度衰落的類型第5.1節(jié)、小尺度多徑傳播1、多徑衰落在無線傳播環(huán)境中，到達(dá)接收機(jī)天線的信號(hào)不是經(jīng)過單一路徑傳輸?shù)?，而是眾多路徑的反射波的合成。這些不同路徑信號(hào)的傳輸距離不同，到達(dá)時(shí)間和相位也有差異，不同相位的信號(hào)在接收天線處疊加，信號(hào)可能增強(qiáng)也可能減弱，相位的差異還會(huì)造成時(shí)間的擴(kuò)展。尤其是在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，移動(dòng)臺(tái)或者路徑中的反射體還可能是移動(dòng)的，多徑信道還會(huì)不斷變化，多徑信號(hào)疊加后的合成信號(hào)的幅度會(huì)發(fā)生劇烈的變化，這就是小尺度衰落。也叫做多徑衰落。小尺度衰落的特點(diǎn)如下：無線信號(hào)經(jīng)過短時(shí)間或短距離傳播后，信號(hào)強(qiáng)度發(fā)生急劇變化。在不同的多徑信號(hào)上，存在多普勒頻移引起的隨機(jī)頻率調(diào)制。多徑傳播會(huì)造成時(shí)延擴(kuò)展（表現(xiàn)為回音）。第5.1節(jié)、小尺度多徑傳播第5.1節(jié)、小尺度多徑傳播第5.1節(jié)、小尺度多徑傳播高樓林立的城市中心區(qū)和室內(nèi)環(huán)境是小尺度衰落的主要環(huán)境。這種環(huán)境幾乎不存在從移動(dòng)臺(tái)到基站的視距傳播路徑，這就導(dǎo)致了多徑衰落的產(chǎn)生。即使存在一條視距傳播路徑，由于地面和周圍建筑物的反射，仍然會(huì)構(gòu)成其他傳播路徑，多徑衰落仍然會(huì)發(fā)生。無線信號(hào)會(huì)從不同的傳播方向、經(jīng)過不同的傳播時(shí)延到達(dá)接收機(jī)，具有隨機(jī)分布的幅度、相位和入射角度，合成信號(hào)的幅度也是隨機(jī)的。移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)性更使得信號(hào)的衰落毫無規(guī)律可言，即使移動(dòng)臺(tái)本身處于靜止?fàn)顟B(tài)，接收信號(hào)也會(huì)由于無線信道傳播環(huán)境中的物體運(yùn)動(dòng)（如汽車）而產(chǎn)生衰落。當(dāng)接收機(jī)在與信號(hào)波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)姆秶?米左右）移動(dòng)時(shí)，由于小尺度多徑衰落引起的接收機(jī)信號(hào)強(qiáng)度的變化可能是非常劇烈的，接收?qǐng)鰪?qiáng)的變化可能會(huì)達(dá)到30~40dB（103~104）的數(shù)量級(jí)。第5.1節(jié)、小尺度多徑傳播當(dāng)移動(dòng)臺(tái)穿過多徑區(qū)域時(shí)，信號(hào)的空間變化可以看作瞬時(shí)變化，高速運(yùn)動(dòng)的接收機(jī)可能在很短時(shí)間內(nèi)經(jīng)過若干次衰落。更為嚴(yán)重的是，接收機(jī)可能會(huì)正好停留在某個(gè)特定的深度衰落區(qū)，在這種情況下，維持良好的通信狀態(tài)非常困難，通信的中斷往往是不可避免的。無線信道的多徑衰落是制約無線通信提高信道容量和質(zhì)量的主要原因之一，在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，必須采用專門的抗衰落技術(shù)來降低多徑衰落的影響才能實(shí)現(xiàn)有效的信息傳輸。在傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)中，多徑一直被看做一種有害的傳播特性。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家們也開始從另外一個(gè)角度思考多徑問題，實(shí)際上在多徑信號(hào)中含有大量可以利用的信息，這一思路給我們指出了一個(gè)新的研究方向?，F(xiàn)在，已經(jīng)有一些新技術(shù)可以通過利用多徑信號(hào)來改善無線信號(hào)的傳輸特性。第5.1節(jié)、小尺度多徑傳播2、小尺度衰落的原因多徑傳播：信道中的反射路徑形成了時(shí)間和空間上的多個(gè)無線電波。不同的多徑成分具有隨機(jī)的幅度和相位特性，會(huì)引起合成信號(hào)強(qiáng)度的劇烈波動(dòng)。多徑傳播還會(huì)延長(zhǎng)信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間，造成碼間干擾。移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度：基站與移動(dòng)臺(tái)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)引起隨機(jī)頻率調(diào)制，這是由于多徑分量存在的多普勒頻移現(xiàn)象。環(huán)境物體的運(yùn)動(dòng)速度：如果無線信道中的環(huán)境物體處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，也會(huì)引起時(shí)交的多普勒頻移。信號(hào)的傳輸帶寬：如果信號(hào)帶寬比多徑信道帶寬大很多，信號(hào)會(huì)失真，但不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的多徑衰落。如果信號(hào)帶寬比多徑信道帶寬窄，信號(hào)幅度就會(huì)快速改變，但不會(huì)出現(xiàn)時(shí)間失真。接收信號(hào)的強(qiáng)度和失真與多徑信道的衰落幅度、時(shí)延、相干帶寬以及信號(hào)的傳輸帶寬有關(guān)。第5.1節(jié)、小尺度多徑傳播3、多普勒頻移多普勒頻移：物體輻射的波長(zhǎng)會(huì)因?yàn)椴ㄔ春陀^測(cè)者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生變化，相對(duì)速度越高，所產(chǎn)生的效應(yīng)越大。多普勒頻移與移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度、移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向和無線電波入射方向之間的夾角有關(guān)。若移動(dòng)臺(tái)朝向入射波方向運(yùn)動(dòng)，則多普勒頻移為正（接收頻率提高）；若移動(dòng)臺(tái)背向入射波方向運(yùn)動(dòng)，則多普勒頻移為負(fù)（接收頻率下降）。信號(hào)經(jīng)不同的方向傳播，其多徑分量會(huì)造成接收機(jī)信號(hào)的多普勒擴(kuò)散，會(huì)增加信號(hào)帶寬。第5.1節(jié)、小尺度多徑傳播第5.1節(jié)、小尺度多徑傳播4、多徑信道的沖激響應(yīng)無線信道的多徑衰落與移動(dòng)無線信道的沖激響應(yīng)直接相關(guān)。無線信道可以建模成一個(gè)具有時(shí)變沖激響應(yīng)特性的線性濾波器，其中的時(shí)變是由于接收機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)所引起的，信道的濾波特性以任一時(shí)刻到達(dá)的多徑波為基礎(chǔ)，其幅度與時(shí)延之和會(huì)影響信道濾波。沖激響應(yīng)可以用于預(yù)測(cè)某一特定移動(dòng)無線信道條件下的傳播帶寬，比較不同移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能。在實(shí)際的無線通信系統(tǒng)中，通常采用信道測(cè)量技術(shù)來測(cè)量出多徑信道的沖激響應(yīng)模型。同一個(gè)多徑信道中不同帶寬的兩種信號(hào)可能具有完全不同的小尺度衰落。當(dāng)信號(hào)帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道帶寬時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重衰落。但是如果信號(hào)帶寬很窄，多徑信號(hào)就可能無法被接收機(jī)分離出來，許多未分離的多徑分量會(huì)導(dǎo)致合成信號(hào)幅度的劇烈起伏，產(chǎn)生嚴(yán)重的多徑衰落。第5.2節(jié)、多徑信道的參數(shù)1、功率延遲分布室外環(huán)境的功率延遲。第5.2節(jié)、多徑信道的參數(shù)室內(nèi)環(huán)境的功率延遲。第5.2節(jié)、多徑信道的參數(shù)2、時(shí)延擴(kuò)展和相干帶寬時(shí)延擴(kuò)展和相干帶寬是用于描述信道的時(shí)間色散特性的兩個(gè)參數(shù)。時(shí)延擴(kuò)展：時(shí)間色散特性通常用平均附加時(shí)延和均方根時(shí)延擴(kuò)展來描述。平均附加時(shí)延是功率延遲分布的一階矩（隨機(jī)變量的期望），均方根時(shí)延擴(kuò)展是功率延遲分布二階矩（隨機(jī)變量平方的期望）的平方根。戶外信道的均方根時(shí)延擴(kuò)展是ms或μs級(jí)，室內(nèi)信道的典型值是ns級(jí)。平均附加時(shí)延和均方根時(shí)延擴(kuò)展都是由一個(gè)功率延遲分布來定義的。一般情況下，在一個(gè)大尺度區(qū)域的移動(dòng)通信系統(tǒng)中，多徑信道參數(shù)的統(tǒng)計(jì)來源于許多本地區(qū)域的測(cè)量值。相干帶寬是指一個(gè)特定的頻率范圍，在該范圍內(nèi)，兩個(gè)頻率分量有很強(qiáng)的幅度相關(guān)性，衰落特性相同。而頻率間隔大于相干帶寬的兩個(gè)信號(hào)受到的信道影響將會(huì)大不相同。第5.2節(jié)、多徑信道的參數(shù)第5.2節(jié)、多徑信道的參數(shù)3、多普勒擴(kuò)展和相干時(shí)間多普勒擴(kuò)展和相干時(shí)間是用來描述小尺度內(nèi)信道的時(shí)變特性的兩個(gè)參數(shù)。時(shí)變特性可能是由移動(dòng)臺(tái)與基站之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起，也可能是由信道傳輸路徑中物體的運(yùn)動(dòng)引起。多普勒擴(kuò)展是頻譜展寬的測(cè)量值，這個(gè)頻譜展寬是移動(dòng)無線信道的時(shí)間變化率的一種量度。多普勒擴(kuò)展定義為一個(gè)頻率范圍，在此范圍內(nèi)接收的多普勒頻譜有非零值。多普勒擴(kuò)展的大小取決于移動(dòng)臺(tái)與發(fā)射源的相對(duì)速度、運(yùn)動(dòng)方向與入射波方向的夾角和信號(hào)的波長(zhǎng)（頻率）。相干時(shí)間是多普勒擴(kuò)展在時(shí)域的表示，用于在時(shí)域描述信道頻率色散的時(shí)變特性。時(shí)間間隔大于相干時(shí)間的兩個(gè)接收信號(hào)所受到信道的影響各不相同。第5.3節(jié)、小尺度衰落的類型移動(dòng)無線信道中的時(shí)間色散與頻率色散是兩種彼此獨(dú)立的傳播機(jī)制，可能產(chǎn)生四種小尺度衰落效應(yīng)。第5.3節(jié)、小尺度衰落的類型1、多徑時(shí)延擴(kuò)展引起的衰落平坦衰落：如果無線信道中具有恒定衰減和線性相位的帶寬大于發(fā)送信號(hào)帶寬，信號(hào)就會(huì)經(jīng)歷平坦衰落。這種衰落最常見，接收信號(hào)的頻譜特性保持不變，但強(qiáng)度會(huì)隨時(shí)間變化。產(chǎn)生平坦衰落的條件是：信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于信道的相干帶寬。信號(hào)的周期（帶寬倒數(shù)）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道的時(shí)延擴(kuò)展。頻率選擇性衰落：如果無線信道具有恒定增益和線性相位的帶寬范圍小于發(fā)送信號(hào)帶寬，信號(hào)就會(huì)經(jīng)歷頻率選擇性衰落。在這種情況下，接收信號(hào)中包含經(jīng)歷了不同的衰減和時(shí)延的多徑波，會(huì)起碼間干擾，產(chǎn)生信號(hào)失真。產(chǎn)生頻率選擇性衰落的條件是：信號(hào)的帶寬大于信道的相干帶寬。信號(hào)的周期小于信道的時(shí)延擴(kuò)展。第5.3節(jié)、小尺度衰落的類型第5.3節(jié)、小尺度衰落的類型2、多普勒擴(kuò)展引起的衰落快衰落：在快衰落信道中，信道的沖激響應(yīng)在符號(hào)周期內(nèi)變化很快，即信道的相干時(shí)間比發(fā)送信號(hào)的信號(hào)周期短。多普勒擴(kuò)展會(huì)產(chǎn)生時(shí)間選擇性衰落而導(dǎo)致信號(hào)失真。從頻域可看出，信號(hào)失真隨發(fā)送信號(hào)帶寬的多普勒擴(kuò)展的增加而加劇。信號(hào)經(jīng)歷快衰落的條件是：信號(hào)的周期大于信道的相干時(shí)間。信號(hào)的帶寬小于信道的多普勒擴(kuò)展。慢衰落：在慢衰落信道中，信道沖激響應(yīng)的變化率比發(fā)送信號(hào)的變化率低得多，在一個(gè)或若干個(gè)信號(hào)周期內(nèi)均為靜態(tài)信道。在頻域中，信道的多普勒擴(kuò)展比基帶信號(hào)帶寬小得多。信號(hào)經(jīng)歷慢衰落的條件是：信號(hào)的周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于信道的相干時(shí)間。信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道的多普勒擴(kuò)展。第5.3節(jié)、小尺度衰落的類型總結(jié)

在無線通信系統(tǒng)中，接收機(jī)會(huì)收到經(jīng)過直射、反射和繞射等多條路徑到達(dá)的電磁波，這種現(xiàn)象就是多徑。這些經(jīng)過不同路徑到達(dá)的電磁波的相位不一致而且具有時(shí)變性，導(dǎo)致接收信號(hào)呈現(xiàn)衰落狀態(tài)。這些電磁波的到達(dá)時(shí)延不同，又會(huì)導(dǎo)致碼間干擾，產(chǎn)生誤碼。這種由于多徑效應(yīng)而產(chǎn)生的小尺度衰落叫多徑衰落。

從空間的角度考慮，由于多徑信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的相位不同，合成后的接收信號(hào)幅度會(huì)隨著移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)距離的變動(dòng)而劇烈變化。從時(shí)間的角度考慮，由于信號(hào)的傳播路徑不同，所以到達(dá)接收端的時(shí)間也就不同，當(dāng)基站發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，接收信號(hào)不僅包含該脈沖，還包括此脈沖的延時(shí)信號(hào)，這種由于多徑效應(yīng)引起的脈沖寬度擴(kuò)展稱為時(shí)延擴(kuò)展。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，還會(huì)產(chǎn)生多普勒擴(kuò)展，使信號(hào)的帶寬被展寬，這也會(huì)造成信號(hào)衰落。無線通信技術(shù)基礎(chǔ)第7章、無線多址技術(shù)內(nèi)容介紹

多址技術(shù)也是無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，甚至是移動(dòng)通信系統(tǒng)換代的一個(gè)重要標(biāo)志。

蜂窩技術(shù)將無線覆蓋區(qū)域規(guī)劃成一個(gè)個(gè)的蜂窩小區(qū)。多址技術(shù)則在一個(gè)無線小區(qū)內(nèi)進(jìn)一步將有限的頻率資源分配給眾多的用戶。

多址技術(shù)允許很多移動(dòng)用戶同時(shí)共享有限的無線頻率資源，通過不同的處理技術(shù)使不同用戶之間的信號(hào)互不干擾，可以分別接收和解調(diào)。

蜂窩系統(tǒng)中登記的用戶數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同一時(shí)刻實(shí)際請(qǐng)求服務(wù)的用戶數(shù)量，多址技術(shù)就是研究如何將有限的頻率資源在多個(gè)用戶之間進(jìn)行有效的分配和共享，在保證通信質(zhì)量的同時(shí)盡可能獲得更高的系統(tǒng)容量。

多址技術(shù)對(duì)無線信號(hào)進(jìn)行了多維劃分，不同的維度對(duì)應(yīng)著不同的多址技術(shù)，如頻分多址、時(shí)分多址、碼分多址和空分多址。信號(hào)維度劃分的目標(biāo)是要使不同用戶的無線信號(hào)之間在所劃分的維度上達(dá)到邏輯上的正交，這樣，這些用戶就可以共享有限的頻率資源而不會(huì)相互干擾。本章重點(diǎn)雙工和多址方式。頻分多址。時(shí)分多址。碼分多址?？辗侄嘀贰６嘀贩绞胶托^(qū)容量。第7.1節(jié)、雙工和多址方式

在蜂窩系統(tǒng)中，用戶可以在發(fā)送信息的同時(shí)接收基站的信息，例如，講和聽可以同時(shí)進(jìn)行。這種通信方式被稱作雙向全雙工通信，發(fā)送和接收必須有各自獨(dú)立的信道。用頻域技術(shù)和時(shí)域技術(shù)都可以做到雙向雙工。頻分雙工（FDD）：FDD為每個(gè)用戶提供了兩個(gè)獨(dú)立的信道，前向信道提供從基站到移動(dòng)臺(tái)的信息傳輸，反向信道提供從移動(dòng)臺(tái)到基站的信息傳輸。雙工信道實(shí)際上是由兩個(gè)單工信道組成的，利用一種叫做雙工器的設(shè)備進(jìn)行前向和反向信道的隔離，允許同時(shí)進(jìn)行發(fā)射和接收。時(shí)分雙工（TDD）：TDD是用時(shí)間而不是頻率來提供前向信道和反向信道的隔離。采用TDD方式時(shí)，發(fā)射和接收使用相同頻率的信道，但數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收都是間歇性的，但時(shí)間間隔很短，用戶并不會(huì)感覺到，使用起來就像是連續(xù)傳輸一樣。第7.1節(jié)、雙工和多址方式第7.1節(jié)、雙工和多址方式雙工分隔的前向和反向信道，再通過多址技術(shù)進(jìn)一步分配給每個(gè)具體用戶。在蜂窩無線通信系統(tǒng)中經(jīng)常采用的的多址接入技術(shù)主要有三種：頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）。通常用雙工和多址技術(shù)一起來描述無線通信系統(tǒng)的信道分配方式。蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)雙工和多址技術(shù)高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)（AMPS）FDMA/FDD全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）TDMA/FDMA/FDD美國(guó)數(shù)字蜂窩（USDC）TDMA/FDMA/FDD窄帶CDMA（IS-95）CDMA/FDMA/FDD小靈通（PHS）TDMA/TDD無繩電話（CT2和DETC）FDMA/TDDWCDMA（3G）CDMA/FDMA/FDDCDMA2000（3G）CDMA/FDMA/FDDTD-SCDMA（3G）CDMA/FDMA/TDD第7.2節(jié)、頻分多址頻分多址（TDMA）為每個(gè)用戶分配一個(gè)特定頻率的信道，該信道分配給請(qǐng)求服務(wù)的用戶專用，在整個(gè)呼叫過程中，其它用戶不能共享這一信道。第7.2節(jié)、頻分多址FDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)如下：如果一個(gè)FDMA信道沒有被使用，那么它就處于空閑狀態(tài)。在分配好話音信道后，基站和移動(dòng)臺(tái)就會(huì)同時(shí)連續(xù)不斷的發(fā)送信號(hào)。FDMA信道的帶寬一般相對(duì)較窄，每個(gè)信道的一對(duì)載波僅支持一個(gè)雙向電路連接（比如1路電話）。FDMA信道的符號(hào)時(shí)間與平均延遲擴(kuò)展相比較是很大的，碼間干擾比較低，因此在窄帶FDMA系統(tǒng)中幾乎不需要均衡。與TDMA和CDMA系統(tǒng)相比，F(xiàn)DMA系統(tǒng)要簡(jiǎn)單得多。FDMA只需要較少的比特來滿足系統(tǒng)開銷（如同步），信道效率高。FDMA需要更高的小區(qū)站點(diǎn)系統(tǒng)開銷，F(xiàn)DMA系統(tǒng)是每載波單個(gè)信道的設(shè)計(jì)，需要使用帶通濾波器來消除基站的雜散和互調(diào)輻射。FDMA需要精確的射頻濾波器來抑制相鄰信道的鄰頻干擾。第7.2節(jié)、頻分多址在FDMA系統(tǒng)中，分配給每個(gè)用戶一個(gè)雙向信道，即一對(duì)載波（載頻），一個(gè)載波用作前向信道，而另一個(gè)用作反向信道。FDMA/FDD的載波頻譜如下。第7.2節(jié)、頻分多址在FDMA系統(tǒng)中，一定的系統(tǒng)帶寬可以同時(shí)支持的信道數(shù)量如下。注意，這里有兩個(gè)保護(hù)帶寬，分別分配在系統(tǒng)頻帶的低端和高端，設(shè)置這兩個(gè)保護(hù)頻帶的目的是為了保證載波的邊緣不會(huì)溢出而進(jìn)入臨近的其他無線系統(tǒng)，同時(shí)臨近的無線系統(tǒng)也會(huì)采取同樣的措施，這樣就可以保證兩個(gè)系統(tǒng)之間不會(huì)互相干擾。第一代模擬蜂窩系統(tǒng)就是以FDMA/FDD為基礎(chǔ)的模擬窄帶調(diào)頻系統(tǒng)，當(dāng)通話進(jìn)行時(shí)，一個(gè)用戶占用一個(gè)雙向信道，這個(gè)信道是具有45MHz雙工間隔的一對(duì)載頻。話音信號(hào)在前向信道上從基站發(fā)送到移動(dòng)臺(tái)，在反向信道上從移動(dòng)臺(tái)發(fā)送到基站。第7.3節(jié)、時(shí)分多址時(shí)分多址（TDMA）把無線頻譜按時(shí)隙劃分，每一個(gè)時(shí)隙僅允許一個(gè)用戶使用，要么發(fā)射要么接收。第7.3節(jié)、時(shí)分多址在TDMA系統(tǒng)中，每個(gè)用戶占用一個(gè)周期性重復(fù)的時(shí)隙，可以把一個(gè)信道看作每一個(gè)幀都會(huì)出現(xiàn)的特定時(shí)隙，N個(gè)時(shí)隙組成一幀。TDMA系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)是用“緩存+突發(fā)”的方式，任何一個(gè)用戶的發(fā)射和接收都不是連續(xù)的，傳統(tǒng)的模擬調(diào)制無法在TDMA系統(tǒng)中使用，模擬信號(hào)數(shù)字化和數(shù)字調(diào)制技術(shù)必須與TDMA一起使用。TDMA幀是由時(shí)隙組成的，每一幀都由頭比特、信息數(shù)據(jù)和尾比特組成，不同的TDMA無線標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)會(huì)有不同的TDMA幀結(jié)構(gòu)。在TDMA/TDD系統(tǒng)中，每個(gè)TDMA幀的一半時(shí)隙用于前向信道，另一半用于反向信道。在TDMA/FDD系統(tǒng)中，前向和反向信道的載波頻率不同，有一對(duì)完全相同或相似的幀結(jié)構(gòu)，一個(gè)用于前向信道，一個(gè)用于反向信道。在TDMA系統(tǒng)中，多個(gè)用戶的發(fā)射在時(shí)間上相互連成一個(gè)重復(fù)的幀結(jié)構(gòu)。第7.3節(jié)、時(shí)分多址第7.3節(jié)、時(shí)分多址TDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)如下：TDMA系統(tǒng)中，多個(gè)用戶共享同一個(gè)載頻，每個(gè)用戶使用不同時(shí)隙。對(duì)于每個(gè)用戶來說，數(shù)據(jù)傳送不是連續(xù)的，而是分組分時(shí)發(fā)送的。在不發(fā)送信息的時(shí)間，可以關(guān)閉發(fā)射機(jī)，降低電池消耗。由于發(fā)送是不連續(xù)，越區(qū)切換對(duì)一個(gè)用戶移動(dòng)臺(tái)來說是很簡(jiǎn)單的，它可以利用空閑時(shí)隙來監(jiān)測(cè)其它基站的信號(hào)。移動(dòng)臺(tái)輔助切換（MAHO）就是通過用戶在TDMA幀中的空閑時(shí)隙監(jiān)測(cè)信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。TDMA信道的速率通常比FDMA要高，需要采用自適應(yīng)均衡器。應(yīng)該把時(shí)隙保護(hù)時(shí)間減到最小以提高帶寬利用率，但過分壓縮會(huì)使發(fā)射頻譜增大并可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)臨近信道的干擾。TDMA系統(tǒng)采用分組發(fā)射，需要較高的同步開銷。TDMA系統(tǒng)可以分配給用戶一幀中不同數(shù)目的時(shí)隙，按需分配帶寬。第7.3節(jié)、時(shí)分多址在實(shí)際的蜂窩無線系統(tǒng)中，一般采用TDMA和FDMA相結(jié)合的方式，如：TDMA/FDMA/FDD，即首先采用FDD分配前向和反向信道，然后采用FDMA劃分不同載頻，最后采用TDMA將每個(gè)載頻劃分成不同的用戶時(shí)隙。以GSM系統(tǒng)為例，在900MHz頻段，首先采用FDD分配兩個(gè)25MHz的前向和反向信道，然后采用FDMA方式將25MHz分為若干個(gè)200KHz的無線信道（載頻），最后采用TDMA方式將每個(gè)載頻分成8個(gè)時(shí)隙（支持8個(gè)話音信道）。TDMA/FDMA系統(tǒng)中所提供的TDMA信道總數(shù)（總時(shí)隙數(shù)）。第7.4節(jié)、碼分多址碼分多址（CDMA）是一種采用擴(kuò)頻技術(shù)的多址方式。擴(kuò)頻通信是一種信息傳輸方式，其傳輸帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所傳輸信息所必需的最小帶寬，頻帶的展寬通過編碼及調(diào)制方法實(shí)現(xiàn)，與所傳輸?shù)男畔o關(guān)，在接收端可以用相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相干解調(diào)來解擴(kuò)并恢復(fù)所傳輸?shù)男畔?。擴(kuò)頻技術(shù)最初是在軍事通信中廣泛采用的一種無線通信技術(shù)，隨后開始廣泛地滲透到了無線通信系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域，包括移動(dòng)通信領(lǐng)域。CDMA系統(tǒng)中每個(gè)用戶需要占用很大的帶寬，只有少量用戶時(shí)，是一個(gè)帶寬效率極低的系統(tǒng)。然而，當(dāng)用戶數(shù)量很大時(shí)，很多用戶可以互不干擾地共享同一個(gè)擴(kuò)頻帶寬，因此在大量用戶的環(huán)境中就變成了具有很高帶寬效率的系統(tǒng)，而這一點(diǎn)正是無線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者非常需要的。碼分多址技術(shù)主要有兩種類型：直接序列擴(kuò)頻碼分多址（DS-CDMA）和跳頻碼分多址（FH-CDMA）。第7.4節(jié)、碼分多址1、直擴(kuò)碼分多址（DS-CDMA）在DS-CDMA系統(tǒng)中，窄帶信號(hào)直接與偽隨機(jī)序列（PN）相乘，PN碼片的速率比信息數(shù)據(jù)的速率要高若干個(gè)數(shù)量級(jí)，因此相乘后的信號(hào)頻譜被擴(kuò)展到很寬的帶寬，簡(jiǎn)稱直擴(kuò)碼分多址。DS-CDMA系統(tǒng)中的每個(gè)用戶都有自己的PN碼，并且與其它用戶的PN碼在邏輯上正交。接收機(jī)需要知道發(fā)射機(jī)所使用的PN碼，然后執(zhí)行相關(guān)操作來檢測(cè)唯一的PN碼，并將其恢復(fù)成窄帶信號(hào)（解擴(kuò)），所有其它不相關(guān)的PN碼都被認(rèn)為是噪音，只會(huì)在一定程度上降低載噪比（C/N）。不同用戶之間的PN碼是正交的，因此所有用戶可以在同一時(shí)間使用同一個(gè)擴(kuò)頻頻帶，每個(gè)用戶都可以看作是獨(dú)立于其它用戶而不會(huì)相互干擾。我們通常所說的CDMA系統(tǒng)一般都是指采用DS-CDMA技術(shù)的系統(tǒng)。比如，2G的CDMA

IS-95系統(tǒng)、3G的WCDMA系統(tǒng)。第7.4節(jié)、碼分多址第7.4節(jié)、碼分多址在DS-CDMA系統(tǒng)中噪聲的大小直接決定了系統(tǒng)的性能，包括通信質(zhì)量和系統(tǒng)容量，因此控制噪聲的DS-CDMA系統(tǒng)的一項(xiàng)重要工作。在DS-CDMA系統(tǒng)中，很多移動(dòng)臺(tái)共享同一個(gè)擴(kuò)頻信道，這些移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率決定了系統(tǒng)的基準(zhǔn)噪音，較強(qiáng)的接收信號(hào)會(huì)提高基站的背景噪音，影響較弱信號(hào)的接收。如果小區(qū)中距離基站很近的某個(gè)用戶的發(fā)射功率沒有得到有效控制，它在基站接收機(jī)處的噪聲就會(huì)很高，就會(huì)出現(xiàn)“遠(yuǎn)近效應(yīng)”，使基站無法正常接收較弱的用戶信號(hào)。為了解決遠(yuǎn)近效應(yīng)問題，在DS-CDMA系統(tǒng)中必須采用更加精確和快速的功率控制技術(shù)?；就ㄟ^快速抽樣每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)的無線信號(hào)強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)臺(tái)的功率控制，保證基站覆蓋區(qū)域內(nèi)的每一個(gè)用戶給基站提供相同強(qiáng)度的信號(hào)，這就解決了由于一個(gè)臨近用戶的信號(hào)過大而覆蓋了遠(yuǎn)處用戶信號(hào)的問題。第7.4節(jié)、碼分多址DS-CDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)。在DS-CDMA系統(tǒng)中，很多用戶共享同一頻帶。DS-CDMA具有軟容量限制，容量的大小取決于噪聲環(huán)境。在DS-CDMA系統(tǒng)中，信號(hào)被擴(kuò)展在一個(gè)較寬頻譜上，頻譜帶寬比信道的相干帶寬大很多，固有的頻率分集會(huì)減小多徑衰落的影響。在DS-CDMA系統(tǒng)中，信道的數(shù)據(jù)速率很高，符號(hào)時(shí)間比信道的時(shí)延擴(kuò)展小很多，超過一個(gè)碼片延遲的多徑將被認(rèn)為是噪音。使用RAKE接收機(jī)收集不同時(shí)延的信號(hào)進(jìn)行疊加可以提高接收的可靠性。DS-CDMA使用同信道小區(qū)（N=1），可以進(jìn)行軟切換。自干擾是DS-CDMA系統(tǒng)的一個(gè)固有問題。自干擾是由于不同用戶的PN序列并不完全正交而造成的。DS-CDMA系統(tǒng)需要采取比FDMA或TDMA更精確的功率控制技術(shù)。第7.4節(jié)、碼分多址2、跳頻碼分多址（FH-CDMA）FH-CDMA系統(tǒng)中，每個(gè)用戶的載波頻率都在寬帶信道范圍內(nèi)按照PN序列變化。信息數(shù)據(jù)被分為同樣大小的組在不同的載波上發(fā)射出去。一個(gè)跳頻信號(hào)僅占用一個(gè)相對(duì)較窄的信道，任意一個(gè)發(fā)射載波的瞬時(shí)帶寬都比整個(gè)擴(kuò)頻帶寬小的多。用戶載頻的偽隨機(jī)變化使得在任意時(shí)刻對(duì)一個(gè)具體信道的占用也隨機(jī)變化，實(shí)現(xiàn)一個(gè)大頻率范圍的多址接入。如果載波變化速率大于系統(tǒng)符號(hào)速率，就叫作快跳頻系統(tǒng)；如果載波變化率小于或等于符號(hào)速率，就叫作慢跳頻系統(tǒng)。對(duì)于FH-CDMA系統(tǒng)來說線性并不是問題，可以使用功率效率高的恒包絡(luò)調(diào)制，用廉價(jià)的接收機(jī)來提供FH-CDMA的非相干檢測(cè)。跳頻系統(tǒng)具有很高的安全性。當(dāng)使用大量跳頻信道時(shí)，一個(gè)并不知道頻率是怎樣隨機(jī)改變的接收機(jī)，不可能很快調(diào)諧到希望監(jiān)測(cè)的信號(hào)。第7.4節(jié)、碼分多址3、混合擴(kuò)頻技術(shù)混合FDMA/CDMA（FCDMA）：寬帶頻譜被劃分成若干帶寬小一些的子信道，每個(gè)子信道采用窄帶CDMA技術(shù)。這種混合系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)是帶寬不需要連續(xù)，而且可以依據(jù)不同用戶的要求分配在不同的子信道。第7.4節(jié)、碼分多址混合直擴(kuò)/跳頻碼分多址（DS/FH-CDMA）。這種技術(shù)由一個(gè)直接序列調(diào)制信號(hào)構(gòu)成，該信號(hào)的中心頻率按照PN序列跳變，這種跳頻系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)是避免遠(yuǎn)近效應(yīng)。但是，這種跳頻系統(tǒng)不適用于軟切換處理。時(shí)分跳頻多址（TD/FH-CDMA）：這種多址技術(shù)在解決嚴(yán)重的多徑衰落或同頻干擾時(shí)具有優(yōu)勢(shì)。用戶可以在一個(gè)新的TDMA幀開始時(shí)跳到一個(gè)新的頻率，避免了在一個(gè)特定信道上的嚴(yán)重衰落或碰撞事件。GSM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)就采用這項(xiàng)技術(shù)，預(yù)先定義了跳頻序列，允許用戶在指定小區(qū)的特定頻率上跳頻。第7.5節(jié)、空分多址空分多址（SDMA）是控制用戶在空間方向上的輻射能量，使用定向天線來服務(wù)于不同的用戶。第7.5節(jié)、空分多址在實(shí)際應(yīng)用中上，SDMA通常與其它多址方式（FDMA、TDMA和CDMA）結(jié)合使用，處于同一波束內(nèi)的不同用戶用其它多址方式加以區(qū)分。采用SDMA方式后，相同頻率（TDMA或CDMA系統(tǒng)）或不同頻率（FDMA系統(tǒng)）的無線信道都可以服務(wù)于被天線定向波束所覆蓋的這些不同區(qū)域。定向天線是SDMA的一個(gè)基本方式，這種天線最適合于TDMA和CDMA系統(tǒng)。在3G系統(tǒng)中使用了自適應(yīng)天線（又稱作智能天線），可以迅速地引導(dǎo)信號(hào)能量沿著用戶的方向發(fā)送和接收，達(dá)到充分利用移動(dòng)用戶信號(hào)并抑制干擾信號(hào)的目的。在蜂窩無線系統(tǒng)中，由于很多原因造成了反向信道（手機(jī)-基站）的困難較多。通過定向天線來空間過濾用戶信號(hào)是一個(gè)很好的方法，可以明顯改善每個(gè)用戶的反向信道，并且需要更少的功率。SDMA實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是智能天線技術(shù)。第7.6節(jié)、分組無線電在分組無線電（PR）接入系統(tǒng)中，大量用戶用一種分散的方式來接入同一個(gè)信道，發(fā)射可以通過數(shù)據(jù)突發(fā)來完成。基站接收機(jī)檢測(cè)多個(gè)發(fā)射機(jī)同時(shí)發(fā)射而產(chǎn)生的碰撞，通過ACK（確認(rèn)）或NACK（否定確認(rèn)）信號(hào)來通知發(fā)射信號(hào)的用戶和所有其它用戶。分組無線電的實(shí)現(xiàn)比較容易，但是，由于用戶是使用競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)在一個(gè)共用信道上發(fā)射，因此效率較低并且可能導(dǎo)致較大的時(shí)間延遲。隨機(jī)接入?yún)f(xié)議：隨機(jī)接入?yún)f(xié)議又分為純ALOHA和分段ALOHA兩種方式。對(duì)于高負(fù)荷通信，純ALOHA和分段ALOHA的效率都很低。載波檢測(cè)多址協(xié)議：每個(gè)終端在發(fā)射信息之前都測(cè)試一下信道狀態(tài)，如果信道空閑，就允許用戶按照在某種特定算法來發(fā)射分組。預(yù)留ALOHA：是以TDMA技術(shù)為基礎(chǔ)的一個(gè)分組接入模式。在該協(xié)議中，某個(gè)分組段被賦予優(yōu)先級(jí)，并