多用户通信

∫ ∫
x2 x1 x2 x1
sn ( x )sm ( x ) dx = 1, sn ( x )sm ( x ) dx = 0,
n=m n≠m
第9章 多用户通信
9.2 多址技术
常用的多址方式： 常用的多址方式：FDMA、TDMA、CDMA和SDMA 、 、 和
一、频分多址（FDMA） 频分多址（FDMA）
n=m n≠m
∆s
9.2 多址技术
四、空分多址（SDMA） 空分多址（SDMA）
示意图
9.2 多址技术
五、卫星通信中的多址技术
FDMA 卫星通信是典型的多址通信，其多址方式主要有 TDMA CDMA
五、卫星通信中的多址技术
1、频分多址方式FDMA 频分多址方式FDMA 工作原理： 工作原理： 假设有4个地球站， 假设有4个地球站，将卫星转发器的整个带宽划分为四 个互不重叠的频道，分配给相应的地球站，作为发射频带。 个互不重叠的频道，分配给相应的地球站，作为发射频带。 各站接收时，可根据载波的不同频率识别发射站地址。 各站接收时，可根据载波的不同频率识别发射站地址。 比如， 站收到f 即可判断是来自B站发来的信号。 比如，A站收到fB时，即可判断是来自B站发来的信号。 各站发送时，若需要同时向其他各站发送信号， 各站发送时，若需要同时向其他各站发送信号，则其处 理方式有两种： 理方式有两种： 群路单载波方式 单路单载波方式
A站 A1 A2 A2 t B1 B站 t
C1 C站 转发站 A1 t1 B1 t2 t3 A2 t4
C1 t C1 t5 t
五、卫星通信中的多址技术
5、码分多址方式 各站发射的频率和时间可以相互重叠， 各站发射的频率和时间可以相互重叠，即各站使用相 同的载频并占用相同的射频带宽，发射时间是任意的。 同的载频并占用相同的射频带宽，发射时间是任意的。唯 一区分是各站的码型结构。 一区分是各站的码型结构。
五、卫星通信中的多址技术
3、完全随机多址方式
A站 A1 A2 A2 A2 t B1 B站 t
C1 C站 转发站 A1 t1 B1 t2 t3 完全碰撞 t4
C1
C1 t
A3C1 t5
A2 t6
C1 t t7
部分碰撞
五、卫星通信中的多址技术
4、时分随机多址方式 工作原理： 工作原理： 将信道分成许多时隙，每个时隙刚好传送一个分组， 将信道分成许多时隙，每个时隙刚好传送一个分组， 各站只允许在时隙开始发送，一旦发生碰撞就完全碰撞。 各站只允许在时隙开始发送，一旦发生碰撞就完全碰撞。
第9章 多用户通信
9.1 典型信道
2、广播信道 举例：卫星通信下行线路 举例：
第9章 多用户通信
9.1 典型信道
3、中继信道 一对用户之间经过多种途径中转。 一对用户之间经过多种途径中转。
第9章 多用户通信
9.1 典型信道
4、干扰信道 多个通信系统共用一个信道，接收端只关心相应发送 端的信号。
五、卫星通信中的多址技术
1、频分多址方式FDMA
五、卫星通信中的多址技术
1、频分多址方式FDMA （1）群路单载波方式 发送地球站将需发送给其他各站的多个信号按照某种复用 方式组合在一起，构成基带信号，进行载波调制，然后发送。 接收地球站将收到的信号通过载波解调后，然后根据预知 的信号复用方式，选出给该站的信号。 A站的发送信号：
第9章 多用户通信
9.2 多址技术
复用技术和多址技术的共同理论基础： 复用技术和多址技术的共同理论基础： 共同理论基础 信号分割理论， 信号分割理论，即采用各种手段赋予各个信号不同的特 进行分割时须注意： 征，进行分割时须注意： （1）采用可逆的方法 可逆的方法 ）采用可逆 正交。 （2）分割后的各个信号要正交。 ）分割后的各个信号要正交 信号集{s 正交的条件 信号集 1(x), s2(x),…sN(x)}正交的条件： 正交的条件： 任意两个函数s 满足下列关系： 任意两个函数 m(x),sn(x)满足下列关系： 满足下列关系
0
0
π π
0
0
π π π π π
直接序列扩频
接收端：
接收机 A BPF 解调器 信码
PN码产生器 载波 与发送端相同
PN码
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
1
1
PN码相位 接收相位 A点相位 解调信号
π π π
0 0 0
0
0
π π
1 1
π
0
0 0 0 0
π π π π π π π π π π
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
第9章 多用户通信
单用户通信： 单用户通信： 信源 信道 信宿
多用户通信： 多用户通信： 信源 信道
信宿1 信宿2 信宿3 信源1 信源2 信源3 信道 信宿1
第9章 多用户通信
多个用户接入网络时，尤其是移动用户接入网络时， 多个用户接入网络时，尤其是移动用户接入网络时，各 用户共享一个无线信道 那么： 无线信道， 用户共享一个无线信道，那么： （1）多个用户信号如何在同一信道上进行传输？ ）多个用户信号如何在同一信道上进行传输？ （2）接收端如何正确区分并解调各个用户信号？ ）接收端如何正确区分并解调各个用户信号？
接收端1
接收端2 信道
第9章 多用户通信
9.1 典型信道
5、多用户通信网 由多个信源和多个信宿组成的多信道通信。
接收端1
接收端2
接收端3
第9章 多用户通信
9.1 典型信道
6、具有反馈的信道 接收端译码器的输出一部分信号返回编码器。
第9章 多用户通信
多个用户接入网络时，尤其是移动用户接入网络时， 多个用户接入网络时，尤其是移动用户接入网络时，各 用户共享一个无线信道 那么： 无线信道， 用户共享一个无线信道，那么： （1）多个用户信号如何在同一信道上进行传输？ ）多个用户信号如何在同一信道上进行传输？ （2）接收端如何正确区分并解调各个用户信号？ ）接收端如何正确区分并解调各个用户信号？
信宿1 信宿2
信宿M
第9章 多用户通信
9.1 典型信道
1、多址接入信道 举例： 举例：卫星通信上行线路
第9章 多用户通信
9.1 典型信道
2、广播信道 发送端由多个信源经一个编码器编码后，送入同一信 道传送；接收端由多个解码器译出不同信源信息，送给不 同信宿。属于单输入多输出信道：
信宿1 信宿2
信宿M
9.2 多址技术
三、码分多址（CDMA） 码分多址（CDMA）
用户1 用户2
用户n
∫ ∫
T
cn ( t )cm ( t ) dt = 1, cn ( t )cm ( t ) d = 0,
n=m n≠m
T
9.2 多址技术
三、码分多址（CDMA） 码分多址（CDMA）
扩频通信的定义： 用来传输信息的信号带宽远远大于信息本身带宽的一 种方式。属于宽带通信的范畴，其系统带宽一般为信息带 宽的100~1000倍。 扩频技术： 直接序列扩频、跳频扩频、跳时扩频和线性调频扩频。
五、卫星通信中的多址技术
2、时分多址方式TDMA 工作原理： 假设有4个地球站，其中一个为基准站，为其他各站发射 定时基准，各地球站按照规定的时隙依次向卫星发射信号。 在TDMA中，所有地球站在卫星内占有的整个时间间隔 称为帧周期或帧，把给个地球站占有的时隙称为分帧。
五、卫星通信中的多址技术
2、时分多址方式TDMA
信道复用！！ 信道复用！！
第9章 多用户通信
9.1 典型信道
1、多址接入信道 、 2、广播信道 、 3、中继信道 、 4、干扰信道 、 5、多用户通信网 、 6、具有反馈的信道 、
第9章 多用户通信
9.1 典型信道
1、多址接入信道 发送端由多个信源经多个编码器编码后，送入同一信 道传送；接收端由一个解码器译出不同信源信息，送给不 同信宿。属于多输入单输出信道：
复用技术和多址技术！！ 复用技术和多址技术！！
第9章 多用户通信
9.2 多址技术
复用技术：指把多个彼此不相关的信号合并成一个复合的群信 复用技术： 号在一条信道上同时进行传输。 号在一条信道上同时进行传输。 包括：频分复用、 包括：频分复用、时分复用和码分复用 多址技术： 多址技术：指把处于不同地点的多个用户接入一个公共传输 媒质实现各用户之间的通信。 媒质实现各用户之间的通信。 包括： 频分多址（ ）、时分多址 包括： 频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、 ）、时分多址（ ）、 码分多址（ 码分多址（CDMA）和空分多址（TDMA）。 ）和空分多址（ ）。
B C D
其他站的接收信号： B站的处理过程：
B C D B C D B
五、卫星通信中的多址技术
1、频分多址方式FDMA （2）单路单载波方式 发送地球站将需发送给其他各站的多个信号分别进行载波 调制，然后分别发送。 接收地球站将收到的信号进行载波解调 A站的发送信号：
B C D
B站的处理过程：
B B
基本原理： 基本原理： 将传输时间划分为若干个时隙 ，各个用户信号分别占不 同的时隙，用户使用一个指定的时隙按周期轮流收发信号。 同的时隙，用户使用一个指定的时隙按周期轮流收发信号。 按时间区分用户，实现多址通信。 按时间区分用户，实现多址通信。 理论基础： 理论基础： 抽样定理
9.2 多址技术
二、时分多址（TDMA） 时分多址（TDMA）
9.2 多址技术
一、频分多址（FDMA） 频分多址（FDMA）
f 频带n 用户n
频带3 频带2 防护频带 频带1
用户3 用户2 用户1 t
f2 f1 f2 f1
∫ ∫
sn ( f )sm ( f ) df = 1, sn ( f )sm ( f ) df = 0,
n=m n≠m
9.2 多址技术
二、时分多址（TDMA） 时分多址（TDMA）
第9章 多用户通信
9.2 多址技术
复用技术和多址技术的区别与联系： 复用技术和多址技术的区别与联系： 区别： 区别： 复用技术解决的是两点之间的信道上同时传送互不干扰 的多个独立的用户信号。 的多个独立的用户信号。 多址技术解决的是多点之间实现互不干扰的多边通信。 多址技术解决的是多点之间实现互不干扰的多边通信。 可见，多址技术是多点通信内信道复用的一种方法。 可见，多址技术是多点通信内信道复用的一种方法。 联系： 联系： 都是为通信资源共享，降低成本和提高频带利用率。 都是为通信资源共享，降低成本和提高频带利用率。
直接序列扩频
调制 模2加 载波 发射机
发送端：
信码
PN码产生器
接收端：
接收机 BPF 解调器 信码
PN码产生器 载波
直接序列扩频
发送端：
信码 相位调制 模2加 载波 发射机
PN码产生器
信码 PN码 1 1 1
1 0 0 1 0 1 1 1 1
0 1 1 1 1 1 1
发送序列 0
0
0
1
1
0
0
发送相位 0
π π π π π π
1 1 1 1
9.2 多址技术
四、空分多址（SDMA） 空分多址（SDMA）
利用不同的用户空间特征来区分用户。 现在移动通信技术中的小区就充分利用了这一思想。 需要满足的正交条件：
∫ ∫
∆s
sn ( s )s m ( s ) ds = 1, sn ( s )s m ( s ) ds = 0,
五、卫星通信中的多址技术
2、时分多址方式TDMA 卫星TDMA系统帧结构
五、卫星通信中的多址技术
3、完全随机多址方式 工作原理： 不需要定时和同步！ 每个地球站均设有一个发射控制单元，任何站只要有数 据要发射，随时可以发射数据，然后等待一段时间（电波往 返传播时间），如果该站在这段时间内收到对方的应答信号， 就认为发送成功，否则，如果由于用户间发射的信号发生碰 撞，接收端不能正确接收，从而发送端收不到应答信号，则 该站必须重发。为了避免连续碰撞，则随机延迟后重发，若 几次重发均失败，则放弃重发。
f 时 隙 1 用户1 时 隙 2 用户2 防护间隔
时 隙 3
时 隙 n 用户n t
∫ ∫
t2
t1 t2
sn ( t1 )sm ( t 2 ) dt = 1, sn ( t1 )sm ( t 2 ) dt = 0,
n= 码分多址（CDMA）
基本原理： 该多址方式的频率和时间相互重叠，用户信号划分是利 用相互正交的地址码序列实现的。在地址码集中有多少种正 交码序列，就可以有多少个用户同时在一个载波上通信。 理论基础： 扩频原理。
基本原理： 基本原理： 将传输频带划分为若干较窄且互不重叠的子频带，每个 将传输频带划分为若干较窄且互不重叠的子频带， 用户被分配一个固定的子频带，将信号调制 调制到子频带为相应 用户被分配一个固定的子频带，将信号调制到子频带为相应 的用户传送信息。 的用户传送信息。各个子频带之间还要留出足够的间隔防止 干扰。 干扰。 理论基础： 理论基础： 调制与解调