第10章 多用户通信解析

第10章多用户通信

基本内容：多用户通信近些年来得到了很大发展，特别是以卫星通信、移动无线和基于扩频的CDMA 等典型多址技术应用，更具长足发展的前景。本章主要介绍多用户通信基本概念，并重点介绍几种多址技术原理和应用，涉及内容较为广泛，并直接联系到专业技术。

知识点及层次

(1) M多用户通信概念和分类。

(2) 复用/多址的关系与多址原理。

(3) 移动无线、卫星通信和局域网等多址特点。

(4) 三代移动通信中的多址技术概述。

(5)无线信道特征和多径衰落环境下的分集技术

10.1 关于多用户通信

多用户通信近些年来得到了很大发展，特别是以卫星通信、移动无线和基于扩频的CDMA等典型多址技术应用，更具长足发展的前景。

10.1.1 多用户通信描述

1. 通信资源正交分割与信道化（Channelization）

●信道不同域资源正交分割———通信资源从根本上说是传输信道可用带宽，但为共享通信资源，可根据业务流量、性质和级别，将其从各种资源“域”进行均等或不均等分割，提供多个子信道。这种分割可在频域、时域、空（间）域，以及光传输波长，正交编码，甚至时-频、空-时等进行“域”分割。

其中，正交编码、时-频复用基于扩频技术，属于携带信息的正交码序列而使信道同时提供全时、全频带的正交通信方式;空-时编码则并不等同于一般正交传输方式。

●由通信资源的正交分割，而提供大量子信道，可实现多用户通信，并包括复用与多址模式。

2.多用户通信（定义）

●多个用户通过一定接入方式和基于通信资源的某种正交分割方式，同时共享该信道资源。简言之，多用户通信就是一个通信信道被多个用户同时使用。

●由定义，表明多用户通信覆盖广泛的通信领域，并包括较为传统的各种复用和近些年大量发展的光波分复用，各种多址模式和随机接入（多址）方式，以及广播系统等。

10.1.2 复用与多址特点

1. 复用特点

●在复用系统中，多用户的接入、分插、交换、分路等操作，大都是在固定地点集中完成。

●各种多址模式，从传输信道的共享角度，都包含着不同的复用方式。

2.“多址”的含义

●在相应复用形式的基础上脱颖而出的多址技术，突出强调了多用户的“接入”特点———多用户（比一般复用系统大得多的用户数）可在地球广阔领域（地、空、海域）实施个体分布性、遥远分散性的灵活与随机接入。多址模式就是如此超出已有复用概念的特殊接入方式下的复用。

3.多址类型

●类型———FDMA，TDMA，CDMA;SDMA，PDMA;LAN中多址技术—CSMA，CSMAˉCD;ALOHA;光接入系统中的各种多址方式。

● CDMA系列———CDMA通常指基于扩频调制技术的直接序列扩频CDMA（DSˉCDMA），它与复用和FDMA、TDMA等多址概念的不同在于:CDMA 多用户共享信道资源，并非信道本身的“域”资源正交分割，而是相互正交的PN码（m序）系列为极大量多址用户提供携带各自信码的多址码（地址）而达到全时、全带宽（DSˉCDMA是同一个载波）的信道共享。光接入中的CDMA 是在多用户进入ONU中的运行模式采用CDMA。

4.3种主要多址方式的示意表示

下图列出了FDMA、TDMA和CDMA的多址模式。

10.2 卫星网的多址模式

10.2.1 每载波多信道方式（MCPC）

卫星系统中的单路单载波（SCPC）方式的FDMA；MCPC运行机制是为多信宿（多个接收用户）预分配模式：FDM/FM/FDMA。

10.2.2 卫星系统TDMA的帧结构举例

1.适于欧洲A律PCM的高速TDMA帧结构

●基于A律PCM E1基群帧结构的TDMA帧

TDMA帧:利用PCM E1 中的16个帧构成1个TDMA帧。帧周

期:125μs×16帧=2ms/TDMA帧，帧比特数:256×16=4096bit，1个4096bit 的TDMA帧在PCM E1 系统占2ms.

● INTELSAT系统中TDMA帧

1个TDMA高速数据帧———占时间33.9μs

卫星高速数据比特率:R INT=120.832Mbit/s 或帧周期为T f=33.9μs

2.适于北美洲的高速TDMA帧

●基于μ律PCM T1基群，同样取16帧———每帧193bit.

1个TDMA帧比特数:193×16=3088bit或1.544×10 6 ×2ms=3088bit

● INTELSAT系统中TDMA帧比特率仍为R INT

3.匹配速率的压一扩缓存器

●由于A律与μ律各16帧比特数，均以2ms时间映射到INTELSAT 高速TDMA帧结构时，分别占用33.9μs和25.6μs，因此各需一对匹配（缓冲）速率的缓存器。进入缓存的速率分别为2.048Mbit/s和1.544Mbit/s

两缓存输出比特率均为卫星高速帧的比特率R INT=120.832Mbit/s。

●接收端从高速帧中分下的各比特流要进入相应的PCM解复用系统。因此各4096和3088比特数据段仍各以2ms返回到PCM A律E1或μ律T1基群系统。

10.3 无线信道空间传输损耗

10.3.1 直线传播和自由空间损耗

超高频和微波波段信号的空间传播，会对信号带来多种传输损伤、很大衰减和多径衰落。

1.直线传播损伤

●衰减和失真;

●自由空间损耗;

●噪声;

●大气吸收;

●多径和折射。

2.衰减因素

第1章中给出了导向电磁信道的各波段及其波长。这里从双绞线、电缆到光纤、波导等传输媒体，都是导向媒体，而在自由空间长距离的电磁波传播，属于非导向媒体传输;因此衰减是较为复杂的距离函数，并在地球周围受到充满大气层的影响。传播衰减主要影响因素是:传播频段f，传播距离L，电磁波速率C（近于光速）。

10.3.2 自由空间传播损耗

1. 微波段信号远程传播如卫星到地面约36000km。信号波束随传播距离而发散。上行链路的发射信号功率，由大功率速调管可达上千瓦，而卫星转发器只能靠太阳能供电，由于卫星表面积受限，因此下行链路发射功率很难达到上百瓦。因此地球站接收信号功率不过微瓦级，并且还包含了收、发天线增益几十个dB的补偿效果。

2. 空间传播损耗（dB）

10.3.3 多径传播和多径衰落