信道分配策略精品PPT课件
无线通信中的信道分配策略
无线通信中的信道分配策略无线通信的信道分配策略是指合理地分配和管理无线信道资源，以确保重复利用频谱和最大程度地提高系统容量、提高系统效率、减少干扰和提高干扰抑制能力。
无线通信系统信道分配策略的设计是实现无线通信的核心技术之一，因此在各种无线通信技术中都具有极为重要的地位。
I. 信道分配策略的基础在数字无线通信系统中，数字信号通过无线信道进行传输，受到多路干扰、衰落和噪声等影响。
因此，无线通信系统需要通过对信道进行合理的管理和分配来保证数据传输的高效率和可靠性。
无线通信系统的信道分配策略是针对信道分配问题而设计的解决方案，主要考虑三方面问题 :1.系统容量信道分配的主要目标是提高系统容量，以便更多的用户能够同时使用系统而不会引起信道冲突。
在满足系统覆盖范围和数据传输需求的基础上，需要最大化地使用可用的信道，以增加系统容量。
2.系统效率信道分配还可以提高系统效率，减少资源浪费，使系统运行更加稳定、可靠。
采用合适的信道分配策略，可以最大程度地利用可用资源，减少信道的浪费和冲突，提高系统效率。
3.干扰和干扰抑制能力信道分配还可以减少干扰和提高干扰抑制能力。
通过合理地分配和管理信道资源，可以降低信号之间的干扰，提高系统的抗干扰能力。
此外，还可以通过合理地选择信道和信号处理方法，将干扰信号削弱或消除，从而进一步提高系统的干扰抑制能力和可靠性。
II. 常见的信道分配策略目前，在数字无线通信系统中，有多种信道分配策略，下面我们将介绍一些常见的信道分配策略：1. 静态信道分配静态信道分配是指事先为每个用户分配一个固定的信道，如时分多址（TDMA）、频分多址（FDMA）和码分多址（CDMA）等。
这种方式不需要对信道进行动态调整，可以有效地减少信道冲突和干扰。
2. 动态信道分配动态信道分配是指根据实际需要和信道的使用情况，动态地选择可用的信道并进行分配，如动态时分多址（TDMA）、动态频率分配（DFMA）和动态码分多址（CDMA）等。
信道分配策略
一个称为令牌的特殊帧在节点间按固定的次序巡游； 节点收到令牌后，若没有数据发送，就将令牌传给下一 个节点；否则发送一定数量的帧，再把令牌传给下一个 节点。
随机访问信道的效率定义为：
当有大量的活动节点、每个节点总有大量的帧要发送时， 长期运行过程中成功传输时间占总时间的份额。 纯ALOHA系统的吞吐量为 S = Ge-2G，其中G为系统负载。当 G = 0.5时，S达到最大值，为0.184。
纯ALOHA的易损时间区
பைடு நூலகம்
时时时时时
t
时时时时
t0
t0+t
时时时时时
即使发送前先侦听信道，以下两种情况仍有可能发生冲突：
信号传播延迟不可忽略，相距较远的竞争节点在不知道另一节点正在 发送的情况下发送。 两个节点同时等待另一个节点结束传输，然后同时发送。
以上观察表明，该策略仅适用于规模较小和负载较轻的网络。
轮流访问
预约
将时间划分成一系列预约周期和数据传输周期，每个预 约周期包含N个时隙，每个节点对应一个时隙。 想发送数据的节点必须在其预约时隙到来时发一个“1”。 预约周期结束后，所有预约的节点按顺序发送。
信道分配策略
信道划分：
频分多路复用：每个节点分配一个频段 时分多路复用：每个节点分配一个时隙 码分多址：每个节点分配一个编码
随机访问：
每个节点自主决定是否发送，冲突发生后，各个节点 随机等待一段时间后重试。
轮流访问：
各个节点按照某种预定的顺序轮流发送，没有冲突。
随机访问--纯ALOHA
基本思想
节点从网络层接收到一个数据包后，立即封装成帧发送。 如果在预定的时间内没有收到确认，节点立即以概率 p 重 发该帧，以概率 1-p 等待一个帧时。 在等待之后，仍以概率 p 重发该帧，以概率 1-p 等待一个 帧时，直至发送成功。
最新通信原理-第四章信道分解教学讲义PPT课件
第4章 信 道
定义：相关带宽＝1/
实际情况：有多条路径。
设m － 多径中最大的相对时延差 定义：相关带宽＝1/m
多径效应的影响：
图4-18 多径效应
多径效应会使数字信号的码间串扰增大。为了减 小码间串扰的影响，通常要降低码元传输速率。因为， 若码元速率降低，则信号带宽也将随之减小，多径效 应的影响也随之减轻。
n2 n1 折射率
125
多模光纤
7～10
(c)
单模光纤
单模阶跃折射率光纤
图4-11 光纤结构示意图
12
第4章 信 道
损耗与波长关系
1.31 m 1.55 m
0.7
0.9
1.1
1.3
1.5
1.7
光波波长（m）
图4-12光纤损耗与波长的关系
损耗最小点：1.31与1.55 m
13
第4章 信 道
f(t)F()
26
第4章 信 道
f(t)F()
（4.4-8）
则有
A(tf0) A(F )ej0
A ( t 0 f ) A A ( ( t t f0 0 f ) ) A A ( () ) F e e F j j ( 0 0 ( 1 ) e j )
上式两端分别是接收信号的时间函数和频谱函数 ，
按噪声来源分类
人为噪声 － 例：开关火花、电台辐射 自然噪声 － 例：闪电、大气噪声、宇宙噪声、热
噪声
31
第4章 信 道
热噪声
来源：来自一切电阻性元器件中电子的热运动。 频率范围：均匀分布在大约 0 ～ 1012 Hz。 热噪声电压有效值：
V 4kTRB(V )
式中 k = 1.38 10-23（J/K） － 波兹曼常数； T － 热力学温度（ºK）； R － 阻值（）； B － 带宽（Hz）。
信道分配策略
COMPUTER NETWORKS
Review
● Specific Functions ● Services ● Framing ● Error Control ● Flow Control ● CRC ● Elementary Data Link Protocols ● Sliding Window Protocols ● HDLC
4.2.1 ALOHA: Pure ALOHA
Principle: if you want to send a frame, just do it. If a collision occurs, finish your current transmission and retry later.
纯ALOHA冲突重发
submissions during a frame time (G≥S). Also Poisson distributed. 在给定的一帧时间共生成k帧的概率如下：
信道分配策略
频分多路复用
静态分配 (将频带或时间片等
固定分给各站点)
站点少且固定，数据量大时
同步时分多路复用 波分多路复用 码分多路复用
随机访问 (争用)---负载较轻时
动态分配 (异步时分多路复用) 仅当有数据发时,才
占信道发数据 。
轮转 (每个站轮流获得发送机会)
控制访问
(负载较重时)
预约 (各站先声明有数据要发送,
Chapter 4. The Medium Access Control Sublayer
Main topics: ● MULTIPLE ACCESS PROTOCOLS
ALOHA CSMA/CD
● ETHERNET ● WIRELESS LANS ● DATA LINK LAYER SWITCHING
精品PPT课件----智能天线与信道分配共50页文档
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯ห้องสมุดไป่ตู้．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
信道分配策略多址协议课件(PPT 149页)
协议基本思想
对节点分组，每个时隙（slot）内只允许一个 组的节点竞争信道，目的是通过减少同一个时 隙内的竞争节点数来提高发送成功的概率。 组内节点数随系统负载的变化动态调整，负载 轻则节点数多，负载重则节点数少，在两个极 端上分别退化为竞争协议和无冲突协议。 协议的关键在于如何根据系统负载自适应调整 组的划分，将时隙分配给节点。
CSMA/CD的状态周期
2.4 无冲突协议（1）
位图协议：
节点在发送前先预约，然后按预约的顺序发送。 该协议不会产生冲突。 轻负载时，每个节点在发送前平均等待N比特； 若帧长为d比特，不考虑其它开销，信道效率为： η= d/(N + d)。 重负载时，每帧的开销为1比特，不考虑其它开 销，信道效率为：η= d/(d+1) 。
纯ALOHA的易损时间区
纯ALOHA系统的信道效率
假设G服从泊松分布，则：
在一个给定的帧时内，产生k个帧的概率为： Pr[k]= Gke-G/k! 在一个给定的帧时内，没有帧出现的概率为： Pr[0]= e-G 对于一个给定的帧，在两个帧时内没有其它帧 的概率为：P0 = e-G×e-G = e-2G S = GP0 = Ge-2G 当G = 0.5时，S达到最大值，为0.184。
位图协议
无冲突协议（2）
Binary Countdown：
节点发送数据前先发送其二进制地址（长度 相等），这些地址在信道中被线性相加，地 址最高的节点胜出，可继续发送数据。 不考虑其它开销，信道效率为：
无线电信道分配
无线电信道分配问题：•我们寻找无线电信道配置模型.在一个大的平面区域上设置一个传送站的均衡網絡,以避免干扰.一个基本的方法是将此区域分成正六边形的格子(蜂窝狀),如图1.传送站安置在每个正六边形的中心点.•容许频率波谱的一个区间作为各传送站的频率.将這一区间规则地分割成一些空间信道,用整数1,2,3,…来表示.每一个传送站将被配置一正整数信道.同一信道可以在许多局部地区使用,前提是相邻近的传送站不相互干扰. 根据某些限制设定的信道需要一定的频率波谱,我们的目标是极小化频率波谱的這个区间宽度.這可以用跨度這一概念.跨度是某一个局部区域上使用的最大信道在一切滿足限制的配置中的最小值.在一个获得一定跨度的配置中不要求小於跨度的每一信道都被使用.•令s为一个正六边形的一側的长度.我们集中考虑存在两种干扰水平的一种情况.•要求A: 频率配置有几个限制,第一,相距4s內的两个传送站不能配给同一信道.第二,由於波谱的传播,相距2s內的传送站必須不配给相同或相邻的信道,它们至少差2.在這些限制下,关于跨度能说些什么.•要求B: 假定前述图1中的格子在各方向延伸到任意远,回答要求A..问题分析：在图中的六边形中填入整数1，2，3…，并且要求相邻六边形中的数相差不小于2，相隔一个六边形的六边形中的数不能相同。
模型构成：可（如铺地板）由这一个单元铺满全平面。
模型求解：从中央的六边形入手，填上数字1；与其相邻的六个六边形不能填2，要从3开始，将3填入1的左下方，4填入1的正上方，6填入1的左上方，7填入1正下方，8填入1的右下方；然后考虑2，将2放入最上方的六边形中；剩下一个填9。
（当然还有其他类似填法，如右图括号中也是符合要求的。
）然后以这个单元为基础向各个方向延伸，直至铺满所要求填充的平面。
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Pure ALOHA vs. Slotted ALOHA
吞吐量S ： 一帧所占时间段 t 内成功发送的平均帧数 网络负载G： 时间段 t 内总共发出的平均帧数
3. 载波监听多重访问协议
（Carrier Sense Multiple Access Protocol,CSMA)
即所谓“先听后说”。希望传输的站 首先对信道进行监听以确定是否有别的站在 传输。若信道空闲，该站可以传输，否则， 该站将按一定算法退避一段时间后再试。这 可以分为：
CSMA/CD 检测冲突时间
CSMA/CD 检测冲突时间
上述情况下，检测冲突的时间等于总线上最远两站点 之间端到端延迟时间的两倍（即一来一回时延 2τ）。
这种 CSMA/CD 冲突检测，对发送站所发送的数据帧长 度有一定要求，以太帧长度的最小值不能小于512位，即64字 节(如所发送的信息不足时，可加以填充)。
带有冲突检测的CSMA（CSMA/CD）
ALOHA、 S-ALOHA
1-坚持CSMA、 非坚持CSMA、 p-坚持CSMA
改进
改进
Ethernet
ALOHA
增加
“发送前 先监听， 忙时则不 发”
CSMA
CSMA/CD
1-坚持 CSMA 增加“一 旦检测到 冲突，立 即停止发 送”
CSMA/CD工作的三个周期
传输周期 (Transmission period) 竞争周期 (Contention period) 空闲周期 (Idle period)
CSMA/CD 中竞争时间片长度＝？
竞争时间片长度取为网络中最大传输时延的2倍。也即 站点开始发送后最多经2τ时间就能确认传输是否成功。
CSMA/CD 检测冲突时间
纯ALOHA冲突重发
2. 时隙 ALOHA 系统
(Slotted ALOHA，或 S-ALOHA)
基本思想： 将时间分成时间片(即时隙T0，slot)，每个时间片可
以用来发送一个帧；用户有数据要发送时，必须等到下一 个时间片开始才能发送。
时隙 ALOHA 工作原理
每一个幀在到
达后，一般都要
在缓冲区中等待 一段时间 (该时 间小于T0), 然后 在下一时间片开
突就不可避免。
1-坚持 CSMA（续）
非坚持 CSMA
当一个站要发送数据时，执行如下步骤： (1)监听信道，若信道空闲就发送； (2)若信道忙则放弃(不坚持)监听，随机等待一段 时间，重复步骤（1）；
优点：采用随机的重发延迟时间可减少冲突可能性； 缺点：即使有几个站有数据要传送，信道仍然可能处
于空闲状态，信道利用率较低。
这是因为CSMA/CD要求发送站一边发送数据，一边进行 冲突检测，若检测到冲突则立即中止发送，然后推迟一段时 间，再发送。如果所发送的帧长度太短，发送站还没来得及 将发送与接收数据进行比较(即检测冲突)就已经发送完了。
检测到冲突后，退避等待的随机时间＝？
等待的随机时间，用截断的二进制指数退避算法。
非坚持 CSMA（续）
p-坚持 CSMA
当一个站要发送数据时，执行如下步骤： (1) 监听信道，若信道空闲就以概率 p 发送数据， 以概率 1-p 延迟至下一个时间片； (2) 若信道忙则继续坚持监听，直至下一个时间片； (3) 至下一个时间片后重复步骤 (1)。
问题：如何选择p的有效值？ 设任一时刻平均有N个站有数据等待发送，则一旦
当前的数据发送完毕，在下一个时间片里平均有Np个站 发送数据。
若 p 过大，使 Np > 1，表明有多个站试图发送，冲 突不可避免，所以应使 Np < 1 ；
若 p 过小，信道利用率会大大降低。
p- 坚持 CSMA（续）
Non-persistent，1-，P- Persistent
几种随机访问协议的性能比较
纯ALOHA系统 (不需时间同步) ALOHA系统
时分ALOHA系统 (需要时间同步)
1. 纯 ALOHA (Pure ALOHA)
基本思想 任何用户有数据发送就可以发送；
每个用户通过监听信道获知数据传输是否成功； 当发现数据传输失败后，各自等待一段随机时
间，再重新发送。
纯ALOHA方 式中，数据可在 任意时刻发送。
1-坚持CSMA 非坚持CSMA P-坚持CSMA
1-坚持 CSMA
当一个站要发送数据时，执行如下步骤： (1)监听信道，若信道空闲就发送； (2)若信道忙则继续坚持监听，直至检测 到信道空闲后就立即(以概率1)发送； (3)若有冲突，则随机等待一段时间，重 复步骤(1)。
优点：只要信道空闲，数据就立即得到发送； 缺点：若有两个或两个以上的站点等发送，冲
4.1 信道分配策略
信道分配 策略
静态分配
(将频带或时间片等 固定分给各站点)
---站点少且固定， 数据量大时
频分多路复用 同步时分多路复用 波分多路复用 码分多路复用
随机访问 (争用)
动态分配
---负载较轻时
(异步时分多路复用)
轮转 (每个站轮流获
仅当有数据发时, 才占信道发数据 。
控制访问
---负载较重时
随机时间的基本单位： 为竞争时间片的长度 2τ
τ－端到端的传播时延(即最远两个站之间的传播时延)
算法规则如下：
设 1 个时间片等于两站之间的最大传播时延的两倍（2τ） ；
(1) 当第一次发生冲突时，设置冲突计数 k=1， (2) 退避等待一个随机时间，取值为 n 个时间片; n为 0, 1, 2, ..., 2k - 1 中的
t=0 A 碰撞
t A 检测到发生碰撞
t = 2
B 检测到发生碰撞
B B 发送数据
t= t= 单程端到端
传播时延记为
1. 站点开始发送后最多经2τ时间就能确认传输是否成功 2. 一来一回的时延定出了以太网的最大直径，也即冲突域 3. 3. 最大直径时，一来一回的时延＝512位时间（对所有以太网）
得发送机会) 预约 (各站先声明有数据
要发送, 然后按预
约顺序发送)
4.1.1 争用协议
在第二章中已介绍了静态分配策略中的频分、同步时 分、波分与码分多路复用，本章介绍动态分配策略中的争 用与控制访问。
最早采用争用协议的计算机网络是美国夏威夷大学的 ALOHA 网，该网通过无线信道将各分校的远程终端接到 本部的主机上。