第七章 移动通信中的多址接入技术

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频分多址(FDMA) 频分多址
FDMA的技术特点如下： 的技术特点如下： 的技术特点如下
FDMA通常在窄带系统实现； 通常在窄带系统实现； 通常在窄带系统实现 符号时间远大于延时扩展，不需要均衡； 符号时间远大于延时扩展，不需要均衡； 不间断发送，系统额外开销少； 不间断发送，系统额外开销少； 系统简单，但需要双工器， 系统简单，但需要双工器，同时需要精确的射频带 通滤波器来消除相邻信道干扰， 通滤波器来消除相邻信道干扰，消除基站的杂散 辐射。 辐射。 信道非线性是FDMA系统的主要矛盾。 系统的主要矛盾。 信道非线性是 系统的主要矛盾
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FDMA的非线性效应
由于发射机功率放大器的非线性，会产生： 由于发射机功率放大器的非线性，会产生： 频谱展宽：单载波的发送信号经过非线性信道， 频谱展宽：单载波的发送信号经过非线性信道，会产 生频谱展宽，并将对相邻信道造成干扰。 生频谱展宽，并将对相邻信道造成干扰。 信号抑制：多载波的发送信号经过非线性信道， 信号抑制：多载波的发送信号经过非线性信道，会产 生大信号抑制小信号的现象，影响通信效果。 生大信号抑制小信号的现象，影响通信效果。 交调噪声：多载波的发送信号经过非线性信道， 交调噪声：多载波的发送信号经过非线性信道，在发 送信号频率以外会产生交调噪声， 送信号频率以外会产生交调噪声，并将对其它的业务 信道造成干扰。 信道造成干扰。
分组无线电(PR) 分组无线电 空分多址(SDMA) 空分多址
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频分多址(FDMA) 频分多址
频分多址技术按照频率来分割信道, 频分多址技术按照频率来分割信道 即给不同的用户 分配不同的载波频率以共享同一信道。 分配不同的载波频率以共享同一信道。 频分多址技术是模拟载波通信、 微波通信、 频分多址技术是模拟载波通信、 微波通信、卫星通 信的基本技术, 也是第一代模拟移动通信的基本技术。 信的基本技术 也是第一代模拟移动通信的基本技术。 系统中, 在FDMA系统中 信道总频带被分割成若干个间隔相 系统中 等且互不相交的子频带(地址 地址), 等且互不相交的子频带 地址 每个子频带分配给一个 用户, 每个子频带在同一时间只能供给一个用户使用, 用户 每个子频带在同一时间只能供给一个用户使用 相邻子频带之间无明显的干扰。 相邻子频带之间无明显的干扰。
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码分多址(CDMA) 码分多址
代码
C1 C2 CN 时间
频率
CDMA信道配置图
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码分多址(CDMA) 码分多址
CDMA的技术特点如下： 的技术特点如下： 的技术特点如下
用户共享一个频率，无需频率规划； 用户共享一个频率，无需频率规划； 具有软容量限制，用户越多，性能越差，用户减少， 具有软容量限制，用户越多，性能越差，用户减少， 性能就变好； 性能就变好； 抗多径衰落：固有的频率分集； 抗多径衰落：固有的频率分集； 利用宏分集可以实现软越区切换； 利用宏分集可以实现软越区切换； 多用户干扰： 码不完全正交 码不完全正交； 多用户干扰：PN码不完全正交； 远近效应：功率控制； 远近效应：功率控制； 利用多径，采用RAKE技术提高系统性能。 技术提高系统性能。 利用多径，采用 技术提高系统性能
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远近效应与功率控制
什么叫做远近效应？ 什么叫做远近效应？
首先说明CDMA系统是一种干扰受限系统，这是由于 系统是一种干扰受限系统， 首先说明 系统是一种干扰受限系统 地址码不可能完全正交。 地址码不可能完全正交。即使采用理想的正交码和理 想的正交分割，但由于信道传输及同步电路的不理想， 想的正交分割，但由于信道传输及同步电路的不理想， 会产生码型噪声。 会产生码型噪声。 假定所有的用户发送功率都一样， 假定所有的用户发送功率都一样，则来自不同地址的 码型噪声由于传输距离不同（即传输衰减不同） 码型噪声由于传输距离不同（即传输衰减不同）就会 有很大的差别，特别对于那些距离很近的用户， 有很大的差别，特别对于那些距离很近的用户，产生 的码型噪声将会很大，因而造成接收干扰的提高， 的码型噪声将会很大，因而造成接收干扰的提高，有 效用户数的降低。这就是CDMA系统的远近效应。 系统的远近效应。 效用户数的降低。这就是 系统的远近效应
是帧长， R 是帧长， 是信道比特速率。 是信道比特速率。 Tf
帧效率： 帧效率：
bOH η f = 1 − bT
×100%
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TDMA系统的信道数
总的信道数：总的 时隙数。 总的信道数：总的TDMA时隙数。即每一信道 时隙数 时隙数乘以有效信道数。 的TDMA时隙数乘以有效信道数。 时隙数乘以有效信道数 N＝(m(Btot－2B保护))/Bc ＝ m为每个信道所支持的 为每个信道所支持的TDMA用户数，Btot信道 用户数， 为每个信道所支持的 用户数 带宽， 保护带宽， 用户带宽 用户带宽。 带宽，B保护保护带宽，Bc用户带宽。
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双工通信
频分双工(FDD) 频分双工
时分双工(TDD) 时分双工
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多址接入技术概述
双工方式和多址方式要统一考虑； 双工方式和多址方式要统一考虑； 主要多址方式： 主要多址方式：FDMA、TDMA、CDMA 、 、 依据分配给用户的有效带宽的大小，可分为： 依据分配给用户的有效带宽的大小，可分为：
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扩频多址(SSMA) 扩频多址
通过伪随机序列将窄带信号在发射前转换成宽 带信号， 带信号，SSMA可以抵抗多径干扰而增强多址 可以抵抗多径干扰而增强多址 能力。 能力。 目前，扩频多址技术主要有两种类型： 目前，扩频多址技术主要有两种类型：直接序 列扩频多址(DS)和跳频多址 和跳频多址(FH)。直接序列扩 列扩频多址 和跳频多址 。 频多址也称为码分多址(CDMA)。 频多址也称为码分多址 。
头比特开销比特， 保护时间间隔等效比特。 头比特开销比特， 保护时间间隔等效比特。
Nr
帧参考突发数， 帧业务突发数， 帧参考突发数， 帧业务突发数，
Nt
参考突发开销比特， 参考突发开销比特， 时隙
br
bp
bg
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TDMA的效率
每一帧的比特总数： 每一帧的比特总数：
bT = T f R
窄带系统：单个信道带宽同所期望信道相干带宽相近。 窄带系统：单个信道带宽同所期望信道相干带宽相近。 宽带系统： 宽带系统：一个信道发射带宽比信道相干带宽宽得多。
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多址接入技术概述
除了FDMA、TDMA和CDMA，还有两种多址 、 除了 和 ， 接入技术用于无线通信，它们分别是： 接入技术用于无线通信，它们分别是：
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时分多址(TDMA)
时分多址技术按照时隙来划分信道, 时分多址技术按照时隙来划分信道 即给不同 的用户分配不同的时间段以共享同一信道。 的用户分配不同的时间段以共享同一信道。 系统中, 在TDMA系统中 时间被分割成周期性的帧 每 系统中 时间被分割成周期性的帧, 一帧再分割成若干个时隙(地址 地址)。 一帧再分割成若干个时隙 地址 。 无论帧或时 隙都是互不重叠的。然后, 隙都是互不重叠的。然后 根据一定的时隙分 配原则, 配原则 使各个移动台在每帧内只能按指定的 时隙向基站发送信号。 时隙向基站发送信号。
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时分多址(TDMA)
代码
信道N
时隙
信道3 信道2 信道1
频率
时间
TDMA信道配置图
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时分多址(TDMA)
T1 T1 … T2 … Tm … … Tm T1 Tm T2 … … T2 T1 T
移移移
…
W
…
基基
… T1 T2 T3 T4 1帧 Tm t
TDMA示意图
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FDMA的典型应用
美国AMPS系统：FDMA/FDD，模拟窄带调频 系统： 美国 系统 ， ），按需分配频率 （NBFM），按需分配频率； ），按需分配频率； 同时支持的信道数： 同时支持的信道数： N＝（ t－2Bguard）/Bc ＝（B ＝（ Bt系统带宽，Bc信道带宽， Bguard为分配频率时的 系统带宽， 信道带宽， 保护带宽。 保护带宽。
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概述
多址技术
所谓多址技术就是使多个用户接入并共享同一个无线通信信道, 所谓多址技术就是使多个用户接入并共享同一个无线通信信道 以 提高频谱利用率的技术。即把同一个无线信道按照时间、 提高频谱利用率的技术。即把同一个无线信道按照时间、 频率等 进行分割, 使不同的用户都能够在不同的分割段中使用这一信道, 进行分割 使不同的用户都能够在不同的分割段中使用这一信道 而又不会明显地感觉到他人的存在, 就好像自己在专用这一信道一 而又不会明显地感觉到他人的存在 占用不同的分割段就像是拥有了不同的地址, 样。 占用不同的分割段就像是拥有了不同的地址 使用同一信道 的多个用户就拥有了多个不同的地址。这就是多址技术 的多个用户就拥有了多个不同的地址。这就是多址技术, 亦称多址 接入技术。 接入技术。
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TDMA的效率
系统效率：在发射数据中信息所占的百分比， 系统效率：在发射数据中信息所占的百分比， 不包括系统开销； 不包括系统开销； 帧效率： 帧效率：发送数据比特在一帧中所占百分比 每一帧的系统开销比特数： 每一帧的系统开销比特数：
bOH = N r br + N t bp + N t bg + N r bg
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跳频多址(FHMA) 跳频多址
跳频多址是一个数字多址系统， 跳频多址是一个数字多址系统，此系统中单个 用户的载波频率在宽带信道范围内以伪随机的 方式变化。 方式变化。用户载频的伪随机变化使得在任意 时刻对具体信道的占用也随机变化， 时刻对具体信道的占用也随机变化，这样就可 以实现一个大频率范围的多址接入。 以实现一个大频率范围的多址接入。 快跳频系统 慢跳频系统