移动通信原理第3次课第3章多址技术3.1多址技术的基本概念3.2移动通信中的典型多址接入技术

(4)空分多址（SDMA） 当li=Si时，称为频分多址(SDMA)。
• 空分多址上下行链路分时使用同一频段，采用 智能天线产生无线电窄波束。系统为用户提供 专用的窄波束作为传输信道。 • 3G技术TD-SCDMA就综合应用了 CDMA/FDMA/TDMA/SDMA 多址接入技术。
(5) 正交频分多址OFDMA
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• 下行(前向)信道配置如下图所示。
下行CDMA信道 1.25MHz,基站发送
导频 同步 寻呼 信道 信道 信道 W0 W32 W1
寻呼 业务 信道 信道 W7 W8
业务 业务 信道 信道 W62 W63
其中，Wi代表第 i 路Walsh函数。64个信道中有一个导频信道 W0 ，一个同步信道W32，七个寻呼信道W1 ～W7 ，其余五十 五个为业务信道。
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• TDMA的主要技术特点： • 每载波8个时隙信道。每个信 道可传输一路数字话音，每个 载波最多可传输8路话音。 0 1 2 超高频 • 突发脉冲序列传输。移动台发 射时间是不连续的，只在分配 超频I 0 1 2 1 的时隙内才发送脉冲序列。 超频II 0 • 传输开销大，GSM的TDMA帧 层次结构如图3.9所示，共分 复帧I 0 1 2 为五个层次：时隙、TDMA帧、 TDMA帧 0 复帧、超帧、超高帧，每个层 次都需占用一些非信息位的开 四类时隙 1 (突发) 销，这样总的开销就比较大， 2 3 以致影响整体传输效率。 4 •需要严格的定时与帧同步, 技 术比较复杂。
2
• PDH数字复用系列由PCM的各次群组成：
6.1.3 数字复用的优点： 1）易于构成通信网，便于分支和插入，并且有较高的 传输效率。复用倍数适中，多在3～5倍之间。 2）可视电话、电视信号以及频分制群信号能与某个高 次群相适应。 3）与传输媒介，如对称电缆、同轴电缆、微波、波导 和光纤等传输容量相匹配。
当li=Fi，并且相邻载波之间有一半带宽相互重叠时， 称为正交频分多址。早期的FDMA技术通过引入
保护带宽，保证各个信道之间相互正交，这种 方式导致频谱利用率降低。 • OFDMA信道之间相互重叠，利用正弦信号的 数学特征保证正交性，因此不必引入保护带宽。 OFDMA与FDMA比较，有效提高了频谱利用 率。 • 学术界和工业界主流观点认为，只有OFDMA 才能够满足第四代移动通信标准IMTAdvanced的技术要求。它是第四代移动通信 的核心技术，典型代表是LTE、WiMax等移动 11 通信体制。
(一般指单个信道速率低于8倍的整数倍)的数据传送， 还可以利用时隙的空闲省去双工器(利用时隙间切换)。19
3.2.3 CDMA • 它是第二代移动通信中的两种主要多址方式中 除TDMA以外的另一种形式，最典型的是IS-95。 在第三代移动通信中，五种体制中最主要的三 种也是采用CDMA，它们是FDD的CDMA2000、 FDD的WCDMA，与TDD的TD-SCDMA。 • 现以IS-95体制中的CDMA为例来介绍这种多址 技术。在IS-95中，一个基站有64个信道，采 用正交的Walsh函数来划分信道，在完全同步 的情况下，64个Walsh函数是完全正交的。
FDMA的主要缺点是： 1）频率利用率低。由于一个信道占用一个载频， 且只可传送一路话音, 频率利用率不高，系统 容量有限。 2）保密性差。因为系统中有多个频率信号, 易 出现相互串话干扰, 且加密困难，保密性差。 3）基站收发设备数量大，不能共用，设备成本 高，若一个基站有30对双向信道，则需要30套 收、发信机设备。基站有多少对双向信道就需 要多少套收发信机。为了发、收隔离，还必须 采用双工器。 4）语音质量较差。在越区切换时,语音信道还必 须抹掉一部分语音信号来传输信令，降低了语 音质量。
3.2 移动通信中的典型多址接入技术 3.2.1 FDMA
• 第一代移动通信是模拟式移动通信，都采用频 分多址FDMA技术，最典型的有北美的AMPS 和欧洲及我国的TACS体制。下面以TACS为例 讨论FDMA技术。TACS多址划分如下图所示。
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• TACS总的可用频段与GSM频段相同，上行： 890~915MHz，占用25MHz；下行： 935~960MHz，占用25MHz。TACS采用频率 双向双工FDD 方式。收/发频段间距为45MHz， 以防止发送的强信号对接收的弱信号的影响。 每个话音信道占用25KHz频带，采用窄带调频 方式。TACS系统可以支持的信道数为：
(2) 时分多址（TDMA）
当li=Ti时，称 为时分多址 (TDMA)。 •TDMA是在相同射 频频段上，将发 射时间分割成若 干帧，再将帧分 成若干时隙。一 个时隙就是一个 信道,系统将这 些时隙分配给不 同地址的信号使 用。
(3 ) 码分多址(CDMA)
• 当li=Ci时，称为码分多址(CDMA)。 CDMA采用扩频 技术，系统为不同的信号分配相互正交或准正交的地 址码。不同地址的信号可以在频率、时间、空间上相 互重叠。
3.1 多址技术的基本概念 • 多址技术利用开放的射频电磁波在服务范围内寻找用户 地址，实现动态寻址；同时为了满足多个移动用户同时 实现寻址，利用地址之间的相互正交特性，避免地址间 的相互干扰，实现地址的识别。 3.1.1基本原理 • 移动通信多址技术从原理上看与固定通信的多路复用技 术是一样的，都是对信号正交划分。不同点是多路复用 通常在有线信道的高速干线上使用，例如，同轴电缆、 光缆和微波接力，方法是将多路低速信道通过FDM或 TDM技术正交复用到有线高速信道，目的是提高有线信 道带宽的利用率。多址技术通常是在开放的无线信道上 使用，方法是采用FDMA、TDMA、CDMA、SDMA和 OFDMA等多址技术使不同地址信号之间产生正交性，既 达到了避免不同地址信号之间相互干扰的目的，又提高 了有限的无线频段的利用率。
• 上行(反向)信道配置如下图所示。
上行CDMA信道 1.25MHz,基站接收
接入 信道 1
接入 业务 信道 信道 n1 1
业务 信道 n2
其中 n1≦32, n2≦64，即接入信道最多为32个，业务信道最 多为64个。
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• IS-95采用频率双向双工FDD方式(与AMPS相同)。 • 下行带宽25MHz，824~849MHz；上行带宽25MHz， 869~894MHz。上、下行频段间隔(即FDD间隔)为45MHz。 • IS-95一个基站最大能提供N1’ =55 个业务信道。 • 一个频段1.25MHz最大提供基站数(不含导频相位规划) ： 15 2 ' N2 512 64 • 25MHz带宽能提供最多的频段数为： 25MHz ' N3 20 1.25MHz • IS-95最多能提供的码分多址业务用户数(不含导频相位规 划)为：
' ' N3 N1' N2 N3 55 512 20 563200
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• IS-95采用的CDMA的主要技术特点： • CDMA系统中所有用户共享同一频段、同 一时隙。 • CDMA采用扩频通信，信道带宽1.25MHz， 属于宽带通信系统，它具有扩频通信的一 系列优点，比如抗干扰性强、低功率谱密 度等。对宽带信号适合采用Rake接收机 抗频率选择性衰落。 • CDMA是一个干扰受限或者认为是信噪比 受限系统，其容量不同于FDMA、TDMA 中的硬容量，它是软容量。CDMA中的多 个地址间的正交性不理想产生的多址干扰 是系统中最主要干扰，且随用户数增多而 增大。
i 1
n
(3.1.2)
其中，xi(t)为第i个地址信号序列；li 为与 xi(t)相乘 的正交参量，Dli 为第i个地址信号的保护区间。公式 (3.1.1)是纯理论上的表达式，公式(3.1.2)为实际表达 式。
2)接收端的正交识别器输出如下：
3)典型例子 • 多址接入技术有频分多址(FDMA)、时分多址 (TDMA) 、码分多址(CDMA)、空分多址 (SDMA)和正交频分多址 (OFDMA)。
第3章 多址技术
在移动通信中两个最核心的问题是如何克服信道 与用户带来的两重动态特性。上一章着重分析了 信道的动态性，这一章将讨论用户动态性及其带 来的一系列问题。 移动通信与固定式有线通信的最大差异在于固定 通信是静态的，而移动通信是动态的。为了满足 多个移动用户同时进行通信，必须解决以下两个 问题，首先是动态寻址，即用户不论何时何处以 何种速度移动都必须保证通信的有效性、可靠性 和安全性；其次是对地址的动态分配与识别，即 只有当用户需要通信时系统才临时随机地为其分 配地址并与其他地址相互区别。为解决这两个问 题就得采用多址技术。
• 信号的正交性是通过使用正交参量 li , i =1,2,…n来实 现的。即, ljlk=0，ljlj=1。j和k是i序列中的任意两个 数。 1)在发送端，正交调制器输出信号如下: n (3.1.1) x(t ) l x (t )

i 1
n i 1
i
i

Dl
i
li xi t
帧头 信息 帧尾时隙1 时隙2 时隙3时隙8尾比特同步
信息比特
保护比特
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• GSM 系统的时隙结构可划分为四种类型：常 规突发序列、频率校正突发序列、同步突发序 列、接入突发序列。 GSM 采用频率双向双工 FDD 方式，与 TACS 相同，不再赘述。上、下 行频段(发、收)间隔为45MHz，每个信道占用 200kHz ，采用 GMSK 调制。 GSM 系统总共可 提供频点数为： N1 25MHz 125 200 KHz 每个频点提供 8个时隙，因此GSM总共可提供 的时分信道数为： 25MHz N2 1000 (200 KHz ) 8
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3.2.2 TDMA • 第二代移动通信是数字式移动通信，它主要采 用两类多址技术：一类是欧洲GMS系统采用的 时分多址TDMA技术，另一类是北美IS-95系统 采用的码分多址CDMA技术，我国两类技术都 采用。这里先介绍GSM系统采用的TDMA技术。 • 在GSM中最多可以八个用户共享一个载波，用 户用不同时隙来传送自己的信号。GSM一个 TDMA帧的结构图如下所示。
N
BS B保护 B
C
25 106 2 10 103 1000 3 25 10
• 其中， Bs为TACS的可用频段带宽，Bc为信道 (话音)带宽。 AMPS信道(话音)带宽为30kHz。
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• 频道号与发射频率之间的关系： • 上行频道号n对应的频率： Fu(n)=890.025MHz+0.025(n-1) MHz • 下行频道号n对应的频率： Fd(n)=Fu(n)+45MHz • n是频道号1、2、3…… FDMA 的主要优点是： 1）技术相对简单成熟。由于采用频分技术，不 需要象时分技术那样需要复杂的成帧和时间同 步信号的传输。 2）适合实时信号的传输。当系统分配给用户一 个信道后, 用户可占有这个信道连续传输信号， 直到传输结束, 信道才被系统收回。
(1) 频分多址（FDMA） • 当li=Fi时，称为频分多址(FDMA)。FDMA是将可以使 用的射频频带分割成互不重叠的若干子频带。每个子 频带就是一个信道，系统为不同地址的信号分配不同 的子频带。 • 在纯FDMA系统中, 采用频分双工(FDD)方式来实现双 向通信。首先将可用射频带宽分割成上行频段和下行 频段，然后再进一步细分为传输子频带作为工作信道， 如图所示。
……
2047
…… ……
复帧II
50 25
……
25
0
1
2
……
50
1
2
3
4
5
6
7
常规突发序列 频率校正突发序列 同步突发序列 接入突发序列
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• GSM每个信道比TACS宽8倍，传输速率达 270.8Kbps，在这个速率上就不能不考虑多径 传输时延扩展的影响。因为GSM的码元周期为 3.7us，而繁华城区的多径时延扩展可达3us左 右，已完全可以比拟。为了克服多径时延扩展， GSM采用了自适应均衡技术，增加了设备的复 杂性。 • GSM中每个载波可供8个用户使用，这8个用户 时分共用一套收、发设备，与 FDMA比较，用 户设备减少了八分之七，降低了成本。 • GSM是数字式移动通信，它对新技术是开放的， 这里的开放是指对新技术适应性比模拟FDMA 强。 • GSM的时隙结构灵活，不仅可以适应不同数据速率