无线通信原理与应用-91-固定多址(频分多址、时分多址、码分多址、空分多址)课件.pptx

1、Wireless Communications Principles and Practice无线通信原理与应用电气工程学院电气工程学院 通信工程系通信工程系第第9 9章章 无线通信多址技术无线通信多址技术 9.1 概述概述 9.2 频分多址（频分多址（FDMA）9.3 时分多址（时分多址（TDMA）9.4 扩频多址（扩频多址（SSMA）9.5 空分多址（空分多址（SDMA）9.6 分组无线电（分组无线电（PR）9.7 蜂窝系统的容量蜂窝系统的容量Wireless Communications Principles and Practice无线通信原理与应用电气工程学院电气工程学院 通信工程系

2、通信工程系第9章 无线通信多址技术 多用户通信系统有几种典型的方式：多址接入系统：许多用户共享有限的无线频谱。广播网：一个发射机发送信号给许多用户。为了能使多用户正常地进行通信，需要采用有效的多址技术。多址方式的基本类型有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。还有两种多址模式用于无线通信：分组无线电（PR）和空分多址（SDMA）。选择什么样的多址方式取决于通信系统的应用环境和要求。Wireless Communications Principles and Practice无线通信原理与应用电气工程学院电气工程学院 通信工程系通信工程系9.1 概述频分双工（FDD）

3、：为一个用户提供两个确定的频段。前向频段提供从基站到移动台的传输，而反向频段提供从移动台到基站的传输。在FDD中，前向和反向频段的频率分配在整个系统中是固定的。时分双工（TDD）：用时间而不是频率来提供前向链路和反向链路。前向时隙和反向时隙之间的时间分隔很小时，用户听起来就是同时的。反向信道前向信道频率频率分隔反向信道前向信道时间时间分隔Wireless Communications Principles and Practice无线通信原理与应用电气工程学院电气工程学院 通信工程系通信工程系9.1 概述 FDD和TDD的比较：FDD 收发信机同时地发送和接收相差大于100dB的无线信号，必须

4、谨慎地分配频率，使其与共用这两个频段地其它用户保持协调。频率分隔必须使用于不太昂贵的RF设备。TDD 消除了单独的两个频段的需要。接收和发射之间存在时间间隔。应用限制在无绳和短距离无线接入。Wireless Communications Principles and Practice无线通信原理与应用电气工程学院电气工程学院 通信工程系通信工程系9.1 概述 共享有效带宽。根据有效带宽是怎样分配给用户的，可以把这些技术分为窄带系统和宽带系统。窄带系统：单个信道的带宽同所期望的信道的相干带宽一致。FDMA/FDD：可用的无线带宽被分成许多窄带信道，这些信道工作在FDD方式，每个用户分配一个信道，

5、不共享。TDMA/FDD和TDMA/TDD：大量的无线信道用FDD/TDD方式分配，而每个信道用TDMA方式共享。宽带系统：信道的发射带宽比信道的相干带宽大得多。Wireless Communications Principles and Practice无线通信原理与应用电气工程学院电气工程学院 通信工程系通信工程系9.1 概述蜂 窝 移 动 通 信 系 统多 址 技 术高 级 移 动 电 话 系 统（AMPS）FDMA/FDD全 球 移 动 通 信 系 统（GSM）TDMA/FDD美 国 数 字 蜂 窝（USDC）TDMA/FDD日 本 数 字 蜂 窝（JDC）TDMA/FDDCT2（无

6、绳 电 话）FDMA/FDD欧 洲 数 字 无 绳 电 话（DECT）FDMA/FDD美 国 窄 带 扩 频（IS-95）CDMA/FDD不 同 无 线 通 信 系 统 中 的 多 址 技 术Wireless Communications Principles and Practice无线通信原理与应用电气工程学院电气工程学院 通信工程系通信工程系9.2 频分多址（FDMA）特点：连续发射、通常用于窄带系统、简单、但基站成本高（使用双工器、带通滤波器和精确的射频滤波器）。许多信道在一个基站中共享同一个天线，可能导致非线性效应，产生交调频率。信道1频率时间代码信道2信道3信道NWireless

7、Communications Principles and Practice无线通信原理与应用电气工程学院电气工程学院 通信工程系通信工程系9.3 时分多址（TDMA）发射数据是用缓存突发法，省电，切换简单，不需要双工器，不同用户分配不同的带宽；同步开销大，必须有自适应均衡、保护时隙；用户共享一个载波频率，利用互不交叉的时隙，时隙数取决于调制技术、有效带宽等；频率代码时隙信道1信道2信道3信道N时间一个TDMA帧头比特信息尾比特时隙1时隙2时隙3-时隙N尾比特同步比特信息数据保护比特Wireless Communications Principles and Practice无线通信原理与应用

8、电气工程学院电气工程学院 通信工程系通信工程系9.3 时分多址（TDMA）TDMA的效率：发射的数据中信息所占的百分比，不包括为接入模式而提供的系统开销。1100O HrrtptgrgrtrpgTfffO HTbN bN bN bN bNNbbbbT RTRbb每 一 帧 的 系 统 开 销 数：每 一 帧 参 考 码 组 数，：每 一 帧 业 务 码 组 数，：参 考 码 组 的 开 销 比 特，：每 一 时 隙 中 每 个 头 比 特 的 开 销，：每 一 保 护 时 间 间 隔 的 等 效 比 特 数每 一 帧 总 比 特 数 为：帧 长，：信 息 比 特 率帧 效 率：Wireless

9、 Communications Principles and Practice无线通信原理与应用电气工程学院电气工程学院 通信工程系通信工程系9.3 时分多址（TDMA）TDMA系统的信道数：把每一个信道的TDMA时隙与有效信道相乘，得到TDMA系统中所提供的TDMA信道时隙数。例9.3 TDMA/FDD GSM 系统采用25MHz带宽用于前向链路，并被分成200kHz的无线信道，如果一个无线信道支持8语音用户，并假设没有保护时隙，求 此GSM系统包含的同时用户数。2:totcm BBNBm保护每一个信道所能支持的最大TDMA用户数，251000200/8MHzNkHzWireless Com

10、munications Principles and Practice无线通信原理与应用电气工程学院电气工程学院 通信工程系通信工程系9.3 时分多址（TDMA）例9.4 如果GSM使用每帧包含8个时隙的帧结构，并且每一帧包含156.25比特，在信道中数据速率为270.833kbps，求（1）比特周期，（2）时隙长，（3）帧长，（4）占用一个时隙的用户在两次发射之间必须等待的时间。11(1)3.692270.833/(2)156.250.577(3)84.6154.615bbslotbfslotTsRkbit sTTmsTTmsms(4)用户必须等待，在一个新帧到来之后才可以进行下一次发射。W

11、ireless Communications Principles and Practice无线通信原理与应用电气工程学院电气工程学院 通信工程系通信工程系9.3 时分多址（TDMA）例9.5 如果一个标准GSM时隙由6个尾比特，8.25个保护比特，26个训练比特和2组业务码组组成，其中每一个业务码组由58比特组成，求帧效率？68.2526258156.258156.2512508(68.2526)322322110074.24%1250O HfbP一 个 时 隙 有比 特一 个 帧 有比 特每 帧 的 系 统 开 销比 特帧 效 率Wireless Communications Princi

12、ples and Practice无线通信原理与应用电气工程学院电气工程学院 通信工程系通信工程系9.4 扩频多址（SSMA）把一个窄带信号在发射前转换成宽带信号。有以下两种类型：9.4.1 跳频多址（FHMA）9.4.2 码分多址（CDMA）9.4.3 混合扩频技术（HSST）9.4.4 矢量量化Wireless Communications Principles and Practice无线通信原理与应用电气工程学院电气工程学院 通信工程系通信工程系9.4.1 跳频多址（FHMA）把一个宽频段分成若干个频率间隔，称为频道。单个用户的载波频率在宽带频道范围内按伪随机方式变化，用户数据就在不同

13、的载波上发射出去。在某一时刻，跳频信号是一个窄带信号。FHMA和FDMA地区别在于FHMA跳频信号快速地变换频道。一个快跳频系统可被认为是使用频率分集的FDMA系统。FHMA系统通常采用功率效率高的恒包络调制技术。一个跳频系统具有一定的安全保证。Wireless Communications Principles and Practice无线通信原理与应用电气工程学院电气工程学院 通信工程系通信工程系9.4.2 码分多址（CDMA）所有用户使用同一载频，并且可以同时发射。发送端伪随机编码调制和接收端相关处理。存在“远近效应”问题，一般采用功率控制来克服。时间信道1信道2信道3信道N频率码Wir

14、eless Communications Principles and Practice无线通信原理与应用电气工程学院电气工程学院 通信工程系通信工程系9.4.2 码分多址（CDMA）CDMA特点：抗干扰，抗噪声能力强；抗多径干扰，分离并收集所需要信号中不同时延的信号能量，增加接收信噪比；能在低功率谱密度情况下工作，而低的发射功率有利于移动通信使用者的健康；有一定的保密性能；由于采用相关接收方式，CDMA通信可以在信噪比很低的情况下工作，其信号具有很强的隐蔽性；与TDMA和FDMA不同，CDMA是干扰受限系统，减小干扰可以直接增加系统容量，因此，可以利用话音激活、前向纠错和扇型分区等技术提高频

15、带利用率；在CDMA蜂窝系统中，相邻小区使用相同的频率，所以它可以实现宏分集和进行软切换。Wireless Communications Principles and Practice无线通信原理与应用电气工程学院电气工程学院 通信工程系通信工程系9.4.3 混合扩频技术（HSST）9.4.3.1 混合FDMA/CDMA（FCDMA）与原来的CDMA系统相比，其处理增益低一些。优点是带宽不需要连续。系统容量是各子带容量之和。9.4.3.2 混合直扩/跳频多址（DS/FHMA）直接序列扩展频谱信号的中心频率以伪随机方式变化。优点是避免了远近效应问题，但不适合软切换。宽 带 CDMA窄 带 CDM

16、A的 频 谱Wireless Communications Principles and Practice无线通信原理与应用电气工程学院电气工程学院 通信工程系通信工程系9.4.3 混合扩频技术（HSST）9.4.3.3 时分CDMA（TCDMA）给不同的小区指定不同的扩频代码；在每一小区内，仅分配给一个用户特定时隙，切换时用户的扩频码变为新小区的；优点是它避免了远近效应。信 道 中 的 码 组 传 递 其 他 码 组 的 可 选 信 道 Wireless Communications Principles and Practice无线通信原理与应用电气工程学院电气工程学院 通信工程系通信工程

17、系9.4.3 混合扩频技术（HSST）9.4.3.4 时分跳频（TDFH）用户可以在一个新的TDMA帧开始时跳到一个新的频率，因此避免了在一个特定信道上的严重衰落或碰撞事件。如果使两个互相干扰的基站发射机在不同频率和不同时间发射，就避免了邻近小区的同信道干扰问题。成倍增加GSM的容量。Wireless Communications Principles and Practice无线通信原理与应用电气工程学院电气工程学院 通信工程系通信工程系9.5 空分多址（SDMA）通过控制用户的空间辐射能量来提供多址接入能力。扇形天线可被看作是SDMA的一个基本方式。(a)全 向 基 站 天 线 模 式 (b)定 向 基 站 天 线 模 式 (c)自 适 应 天 线 模 式,为 小 区 内 每 一 用 户 提 供 单 独 波 束