移动通信(第四版)多址技术

1、第第8 8章章 多址技术多址技术8.1 简介简介 8.2 FDMA8.3 TDMA8.4 CDMA8.5 SDMA8.6 多址方式与系统容量多址方式与系统容量思考题与习题思考题与习题 第第8 8章章 多址技术多址技术第第8 8章章 多址技术多址技术第第8 8章章 多址技术多址技术移动通信是依靠无线电波的传播来传输信号的，移动通信是依靠无线电波的传播来传输信号的，具有大面积覆盖的特点。因此网内一个用户发具有大面积覆盖的特点。因此网内一个用户发射的信号其他用户均可接收到所传播的电波。射的信号其他用户均可接收到所传播的电波。网内用户网内用户如何能从播发的信号中识别出发送给如何能从播发的信号中识别出发

2、送给自己的信号自己的信号就成为建立连接的首要问题。就成为建立连接的首要问题。在蜂窝通信系统中，移动台是通过在蜂窝通信系统中，移动台是通过基站基站和其他和其他移动台进行通信的，因此必须对移动台和基站移动台进行通信的，因此必须对移动台和基站的信息加以的信息加以区别区别，使基站能区分是哪个移动台，使基站能区分是哪个移动台发来的信号，而各移动台又能识别出哪个信号发来的信号，而各移动台又能识别出哪个信号是发给自己的。是发给自己的。第第8 8章章 多址技术多址技术 要解决这个问题，就必须给每个信号赋以不要解决这个问题，就必须给每个信号赋以不同的特征，这就是多址技术要解决的问题。同的特征，这就是多址技术要解

3、决的问题。多址技术是移动通信的基础技术之一。多址技术是移动通信的基础技术之一。 当把多个用户接入一个公共的传输媒质实现当把多个用户接入一个公共的传输媒质实现相互间通信时，需要给每个用户的信号赋以相互间通信时，需要给每个用户的信号赋以不同的特征，以区分不同的用户，这种技术不同的特征，以区分不同的用户，这种技术称为称为多址技术。多址技术。第第8 8章章 多址技术多址技术8.1 简介简介在前面几章的讨论中，我们主要解决了在移动环境下，在前面几章的讨论中，我们主要解决了在移动环境下，点对点的传输问题。点对点的传输问题。 本章将试图解决以下问题：本章将试图解决以下问题： 对于给定的频率资源，对于给定的频

4、率资源， 大家如何来共享大家如何来共享? 即采用即采用什么样的多址技术，什么样的多址技术， 使得有限的资源能传输更大容使得有限的资源能传输更大容量的信息量的信息?第第8 8章章 多址技术多址技术 多址技术（多用户多址技术（多用户/共用多信道共用多信道/接入系统接入系统 的技术）的技术） 对有限的频率资源，用户如何共享，以便对有限的频率资源，用户如何共享，以便能传输更大容量的信息能传输更大容量的信息信道的构成方信道的构成方式及多用户共用多信道接入系统的技术。式及多用户共用多信道接入系统的技术。第第8 8章章 多址技术多址技术 多址技术的主要类型多址技术的主要类型 (1). FDMA(Freque

5、ncy Division Multiple Access) 频分多址（频分多信道、多用户接入）频分多址（频分多信道、多用户接入） (2). TDMA(Time Division Multiple Access) 时分多址（时分多信道、多用户接入）时分多址（时分多信道、多用户接入） (3). CDMA(Code Division Multiple Access) 码分多址（码分多信道、多用户接入）码分多址（码分多信道、多用户接入） (4). SDMA(Space Division Multiple Access) 空分多址（空分多信道、多用户接入）空分多址（空分多信道、多用户接入）第第8 8章章

6、 多址技术多址技术多址技术的含义：多址技术的含义：就是要使众多的客户共用公共通就是要使众多的客户共用公共通信信道所采用的一种技术。信信道所采用的一种技术。 多信道的构成多信道的构成 FD: 按频率划分信道按频率划分信道 TD: 按时隙划分信道按时隙划分信道 CD: 按正交码划分信道按正交码划分信道 SD: 按空间划分信道按空间划分信道 多用户共用多信道接入系统的方式多用户共用多信道接入系统的方式 . 呼叫及通话信道的设置方式呼叫及通话信道的设置方式 . 通话信道的分配（选取）方式通话信道的分配（选取）方式第第8 8章章 多址技术多址技术频分多址是指将给定的频谱资源划分为若干个等间频分多址是指将

7、给定的频谱资源划分为若干个等间隔的频道隔的频道(或称信道或称信道)供不同的用户使用。在模拟移供不同的用户使用。在模拟移动通信系统中，动通信系统中， 信道带宽通常等于传输一路模拟话信道带宽通常等于传输一路模拟话音所需的带宽，音所需的带宽， 如如25 kHz 或或30 kHz。8.2 频分多址频分多址(FDMA)第第8 8章章 多址技术多址技术 在单纯的在单纯的FDMA系统中，系统中， 通常采用频分双工通常采用频分双工(FDD)的方式来实现双工通信，的方式来实现双工通信， 即接收频率即接收频率f和发送频率和发送频率F是不同的。是不同的。 为了使得同一部电台的收发之间不为了使得同一部电台的收发之间不

8、产生干扰，产生干扰， 收发频率间隔收发频率间隔|f-F|必须大于一定的数必须大于一定的数值。值。 例如，例如， 在在800 MHz频段，频段， 收发频率间隔通收发频率间隔通常为常为45 MHz。 一个典型的一个典型的FDMA频道划分方法如频道划分方法如图图 8 - 2 所示。所示。第第8 8章章 多址技术多址技术图图 8 - 2 FDMA的频道划分方法的频道划分方法第第8 8章章 多址技术多址技术频分多址（频分多址（FDMA）含义含义：每个用户占用一个频率用户识别用户识别：频道号特点特点：简单，容易实现，适用于模拟和数字信号以频率复用为基础，以频带划分各种小区需要严格的频率规划，是频率受限和干

9、扰受限系统以频道区分用户地址，一个频道传输一路模拟/数字话路对功控的要求不严，硬件设备取决于频率规划和频道设置基站由多部不同载波频率的发射机同时工作不适宜大容量系统使用应用：应用：模拟/数字蜂窝移动通信系统PowerFrequencyTimeFDMA第第8 8章章 多址技术多址技术在在FDMA系统中，系统中， 收发的频段是分开的，收发的频段是分开的， 由于所有由于所有移动台均使用相同的接收和发送频段，移动台均使用相同的接收和发送频段， 因而移动台因而移动台到移动台之间不能直接通信，到移动台之间不能直接通信， 而必须经过基站中转。而必须经过基站中转。移动通信的频率资源十分紧缺，移动通信的频率资源

10、十分紧缺， 不可能为每一个移不可能为每一个移动台预留一个信道，动台预留一个信道， 只可能为每个基站配置好一组只可能为每个基站配置好一组信道，信道， 供该基站所覆盖的区域供该基站所覆盖的区域(称为小区称为小区)内的所有移内的所有移动台共用。动台共用。 这就是多信道共用问题。这就是多信道共用问题。第第8 8章章 多址技术多址技术空闲信道选取概念空闲信道选取概念基站控制的小区内有基站控制的小区内有n个无线信道提供给个无线信道提供给n m个移动用户共同使用。当某一用户需要通信而个移动用户共同使用。当某一用户需要通信而发出呼叫时，怎样从这发出呼叫时，怎样从这n个信道中选取一个空闲个信道中选取一个空闲信道

11、。信道。空闲信道的选取空闲信道的选取第第8 8章章 多址技术多址技术多信道共用方式：多信道共用方式：2种种 专用呼叫信道（信令信道）方式专用呼叫信道（信令信道）方式循环分散定位循环分散定位标明空闲信道方式标明空闲信道方式循环定位循环定位循环不定位循环不定位（共用信令信道）（共用信令信道）第第8 8章章 多址技术多址技术专用呼叫信道方式专用呼叫信道方式设置专门的呼叫信道，用于处理用户的呼叫。设置专门的呼叫信道，用于处理用户的呼叫。特点特点 处理呼叫的速度快处理呼叫的速度快; 信道利用率不高。信道利用率不高。该方式适用于大容量的移动通信网，是公用移动话该方式适用于大容量的移动通信网，是公用移动话网

12、采用的主要方式。我国规定网采用的主要方式。我国规定900MHz蜂窝移动电话蜂窝移动电话网就采用这种方式。网就采用这种方式。第第8 8章章 多址技术多址技术循环定位循环定位基站在某一空闲信道上发空闲信号，所有未在通话的基站在某一空闲信道上发空闲信号，所有未在通话的移动台都自动地对所有信道进行循环扫描，并定位在移动台都自动地对所有信道进行循环扫描，并定位在该信道上守候。所有呼叫都在该标定的空闲信道上进该信道上守候。所有呼叫都在该标定的空闲信道上进行。当该信道被某一移动台占用之后，基站就转往另行。当该信道被某一移动台占用之后，基站就转往另一空闲信道发空闲信号。一空闲信道发空闲信号。特点特点 信道的利

13、用率高；信道的利用率高； 处理呼叫速度快；处理呼叫速度快； 同抢（两个以上用户同时发起呼叫）概率大；同抢（两个以上用户同时发起呼叫）概率大； 第第8 8章章 多址技术多址技术循环不定位方式循环不定位方式基站在所有的空闲信道上都发空闲标志信号，不基站在所有的空闲信道上都发空闲标志信号，不通话的移动台始终处于循环扫描状态。通话的移动台始终处于循环扫描状态。 移动台主呼时，首先遇到任何一个空闲信道就立移动台主呼时，首先遇到任何一个空闲信道就立即占用。移动台被呼时，基站先在某一空闲信道上发即占用。移动台被呼时，基站先在某一空闲信道上发一个保持信号，指令所有循环扫描中的移动台都自动一个保持信号，指令所有

14、循环扫描中的移动台都自动地对这个标有保持信号的空闲信道锁定。保持信号需地对这个标有保持信号的空闲信道锁定。保持信号需持续一段时间，在等到所有空闲移动台都对它锁定之持续一段时间，在等到所有空闲移动台都对它锁定之后，改发选呼信号。后，改发选呼信号。 特点特点 同抢概率小；同抢概率小； 建立呼叫速度慢。建立呼叫速度慢。第第8 8章章 多址技术多址技术循环分散定位方式循环分散定位方式基站在所有空闲信道上都发空闲标志信号，不通基站在所有空闲信道上都发空闲标志信号，不通话的移动台循环扫描并停留在最先搜索到的空闲信道话的移动台循环扫描并停留在最先搜索到的空闲信道上。上。 由于各移动台扫描状态不同，故移动台会

15、分散停由于各移动台扫描状态不同，故移动台会分散停留在各空闲信道上。留在各空闲信道上。 特点特点 同抢概率小；同抢概率小； 建立呼叫速度快。建立呼叫速度快。第第8 8章章 多址技术多址技术在通信时，不同的移动台占用不同频率的信道进行通在通信时，不同的移动台占用不同频率的信道进行通信。因为各个用户使用不同频率的信道，所以相互没信。因为各个用户使用不同频率的信道，所以相互没有干扰。有干扰。FDMA的信道每次只能传递一个电话，并且的信道每次只能传递一个电话，并且在分配成语音信道后，基站和移动台就会同时连续不在分配成语音信道后，基站和移动台就会同时连续不断地发射信号，在接收设备中使用带通滤波器只允许断地

16、发射信号，在接收设备中使用带通滤波器只允许指定频道里的能量通过，滤除其他频率的信号，从而指定频道里的能量通过，滤除其他频率的信号，从而将需要的信号提取出来，而限制临近信道之间的相互将需要的信号提取出来，而限制临近信道之间的相互干扰。干扰。第第8 8章章 多址技术多址技术 由于基站要同时和多个用户进行通信，基由于基站要同时和多个用户进行通信，基站必须同时发射和接收多个不同频率的信站必须同时发射和接收多个不同频率的信号；另外，任意两个移动用户之间进行通号；另外，任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转，因而必须占用信都必须经过基站的中转，因而必须占用四个频道才能实现双向通信。四个频道才能实

17、现双向通信。第第8 8章章 多址技术多址技术FDMA是最经典的多址技术之一，在第一代移动通信是最经典的多址技术之一，在第一代移动通信网网(如如TACS、AMPS等等)中使用了频分多址。这种方式中使用了频分多址。这种方式的特点是技术成熟，对信号功率的要求不严格。但是的特点是技术成熟，对信号功率的要求不严格。但是在系统设计中需要周密的频率规划，基站需要多部不在系统设计中需要周密的频率规划，基站需要多部不同载波频率的发射机同时工作，设备多且容易产生信同载波频率的发射机同时工作，设备多且容易产生信道间的互调干扰，同时，由于没有进行信道复用，信道间的互调干扰，同时，由于没有进行信道复用，信道效率很低。因

18、此现在国际上蜂窝移动通信网已不再道效率很低。因此现在国际上蜂窝移动通信网已不再单独使用单独使用FDMA，而是和其他多址技术结合使用。，而是和其他多址技术结合使用。第第8 8章章 多址技术多址技术第第8 8章章 多址技术多址技术FDMA原理：为每个用户指定特定频率的原理：为每个用户指定特定频率的信道，这些信道按要求分配给请求信道，这些信道按要求分配给请求服务的用户，在呼叫的整个过程中，服务的用户，在呼叫的整个过程中，其他用户不能共享这一频段其他用户不能共享这一频段. 第第8 8章章 多址技术多址技术 时分多址是指把时间分割成周期性的帧，时分多址是指把时间分割成周期性的帧， 每一帧再分割成若干个时

19、隙每一帧再分割成若干个时隙(无论帧或时隙无论帧或时隙都是互不重叠的都是互不重叠的)。 在频分双工在频分双工(FDD)方式方式中，中， 上行链路和下行链路的帧分别在不同上行链路和下行链路的帧分别在不同的频率上。的频率上。 在时在时分双工分双工(TDD)方式中，上方式中，上下行帧都在相同的频率上。下行帧都在相同的频率上。 TDD的方式如的方式如图图 8-3 所示。所示。 8.3 时分多址时分多址(TDMA) 第第8 8章章 多址技术多址技术图 8 - 3 TDMA示意图第第8 8章章 多址技术多址技术 TDMA中，给每个用户分配一个时隙，即根据一定中，给每个用户分配一个时隙，即根据一定的时隙分配原

20、则，使各个移动台在每帧内只能按的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发射信号。在满足定时和同步指定的时隙向基站发射信号。在满足定时和同步的条件下，基站可以在各时隙中接收到各移动台的条件下，基站可以在各时隙中接收到各移动台的信号而互不干扰。的信号而互不干扰。 同时，基站发向各个移动台的信号都按顺序安排同时，基站发向各个移动台的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分出来。这样，同一个频道就可以供几个用户区分出来。这样，同一个频道就

21、可以供几个用户同时进行通信，相互没有干扰。同时进行通信，相互没有干扰。第第8 8章章 多址技术多址技术时分多址（时分多址（TDMA）含义含义：每个用户占用一个时隙用户识别用户识别：时隙特点特点：以频率复用为基础，小区内以时隙区分用户每个时隙传输一路数字信号，软件对时隙动态配置系统要求严格的系统定时同步是时隙受限和干扰受限系统TDD模式下，上下型信道信息可以共享应用：应用：GSM系统：（上行 890915MHZ，下行935960MHZ） 频点间隔 200KHZ 每个频道8个时隙FrequencyPowerTimeFDMA/TDMA第第8 8章章 多址技术多址技术 不同通信系统的帧长度和帧结构是不

22、一样的。不同通信系统的帧长度和帧结构是不一样的。 典典型的帧长在几毫秒到几十毫秒之间。型的帧长在几毫秒到几十毫秒之间。 例如：例如： GSM系统的帧长为系统的帧长为4.6 ms(每帧每帧8个时隙个时隙)， DECT系统的帧长为系统的帧长为10 ms(每帧每帧24个时隙个时隙)， PACS系统的帧长为系统的帧长为2.5 ms(每帧每帧8个时隙个时隙)。 TDMA系统既可以采用频分双工系统既可以采用频分双工(FDD)方式，也可方式，也可以采用时分双工以采用时分双工(TDD)方式。方式。 在在FDD方式中，上行方式中，上行链路和下行链路的帧结构既可以相同，也可以不同。链路和下行链路的帧结构既可以相同

23、，也可以不同。 在在TDD方式中，通常将在某频率上一帧中一半的时方式中，通常将在某频率上一帧中一半的时隙用于移动台发，另一半的时隙用于移动台接收；隙用于移动台发，另一半的时隙用于移动台接收； 收发工作在相同频率上。收发工作在相同频率上。第第8 8章章 多址技术多址技术 在在TDMA系统中，系统中， 每帧中的时隙结构每帧中的时隙结构(或称为突或称为突发结构发结构)的设计通常要考虑三个主要问题：的设计通常要考虑三个主要问题： 一是控制和信令信息的传输；一是控制和信令信息的传输； 二是信道多径的影响；二是信道多径的影响； 三是系统的同步。三是系统的同步。第第8 8章章 多址技术多址技术为了解决上述问

24、题，为了解决上述问题， 采取以下四方面的主要措施：采取以下四方面的主要措施： 一是一是在每个时隙中，专门划出部分比特用于控制和信在每个时隙中，专门划出部分比特用于控制和信令信息的传输。令信息的传输。二是二是为了便于接收端利用均衡器来克服多径引起的码为了便于接收端利用均衡器来克服多径引起的码间干扰，间干扰， 在时隙中要插入自适应均衡器所需的训练序在时隙中要插入自适应均衡器所需的训练序列。列。 训练序列对接收端来说是确知的，训练序列对接收端来说是确知的， 接收端根据接收端根据训练序列的解调结果，训练序列的解调结果， 就可以估计出信道的冲击响应，就可以估计出信道的冲击响应， 根据该响应就可以预置均衡

25、器的抽头系数，根据该响应就可以预置均衡器的抽头系数， 从而可消从而可消除码间干扰对整个时隙的影响。除码间干扰对整个时隙的影响。第第8 8章章 多址技术多址技术 三是三是在上行链路的每个时隙中要留出一定的保护间在上行链路的每个时隙中要留出一定的保护间隔隔(即不传输任何信号即不传输任何信号)， 即每个时隙中传输信号的即每个时隙中传输信号的时间要小于时隙长度。时间要小于时隙长度。 这样可以克服因移动台至基站距离的随机变化，这样可以克服因移动台至基站距离的随机变化， 而而引起移动台发出的信号到达基站接收机时刻的随机引起移动台发出的信号到达基站接收机时刻的随机变化，变化， 从而保证不同移动台发出的信号，

26、从而保证不同移动台发出的信号， 在基站在基站处都能落在规定的时隙内，而不会出现相互重叠现处都能落在规定的时隙内，而不会出现相互重叠现象。象。 第第8 8章章 多址技术多址技术四是四是为了便于接收端的同步，在每个时隙中还要传为了便于接收端的同步，在每个时隙中还要传输同步序列。输同步序列。 同步序列和训练序列可以分开传输，同步序列和训练序列可以分开传输，也可以合二为一。两种典型的时隙结构如图也可以合二为一。两种典型的时隙结构如图8-4 所所示。示。第第8 8章章 多址技术多址技术图图 8 - 4 典型的时隙结构典型的时隙结构第第8 8章章 多址技术多址技术 TDMA系统的呼损性能可以完全采用系统的

27、呼损性能可以完全采用FDMA中的分析方法和结论。中的分析方法和结论。 TDMA中的信道数为每个基站使用的载波数中的信道数为每个基站使用的载波数乘以每载波的时隙数。乘以每载波的时隙数。 TDMA中的空闲信道选取是选择某个载频上中的空闲信道选取是选择某个载频上的某个空闲的时隙。的某个空闲的时隙。第第8 8章章 多址技术多址技术信道间隔：信道间隔： 200kHz1710178518051880双工距离双工距离 : 95 MHz890915935960双工距离双工距离 : 45 MHzGSM 900 :GSM 1800 :GSM系统采用了系统采用了FDMA、TDMA混合方式：混合方式：FDDTDMA

28、GSM系统频率资源系统频率资源第第8 8章章 多址技术多址技术GSM无线接口的无线接口的TDMA/FDMA混合多址方式示意图混合多址方式示意图 4.6 ms频率fn4fn3fn2fn1fn帧 物理信道577 s时隙200 kHz时间0 1 2 3 4 5 6 7第第8 8章章 多址技术多址技术 FDMA/TDMA示意图时间 t频率 f200 kHz一帧一个时隙频道200 kHz200 kHz200 kHz第第8 8章章 多址技术多址技术 GSM蜂窝系统采用时分多址、蜂窝系统采用时分多址、 频分多址和频分多址和频分双工频分双工(TDMAFDMA/FDD)制式。制式。 在在25 MHz的频段中共分

29、的频段中共分125个频道，个频道， 频道间隔频道间隔200 kHz。 每载波含每载波含8个个(以后可扩展为以后可扩展为16个个)时隙，时隙， 时隙宽为时隙宽为0.577 ms。 8个时隙构成个时隙构成一个一个TDMA帧，帧， 帧长为帧长为4.615 ms第第8 8章章 多址技术多址技术 GSM系统工作在以下射频频段：系统工作在以下射频频段： 上行上行(移动台发、移动台发、 基站收基站收)为为890915 MHz 下行下行(基站发、基站发、 移动台收移动台收)为为935960 MHz 收、收、 发频率间隔为发频率间隔为 45 MHz。 移动台采用较低频段发射，移动台采用较低频段发射， 传播损耗较

30、低，传播损耗较低， 有利有利于补偿上、于补偿上、 下行功率不平衡的问题。下行功率不平衡的问题。 第第8 8章章 多址技术多址技术 由于载频间隔是由于载频间隔是 0.2 MHz， 因此因此GSM系统系统整个工作频段分为整个工作频段分为124对载频。对载频。 其频道序其频道序号用号用n表示，表示， 则上、则上、 下两频段中序号为下两频段中序号为n的的载频可用下式计算：载频可用下式计算： 下频段下频段 fl(n)=(890+0.2 n) MHz 上频段上频段 fh(n)=(935+0.2n) MHz 式中，式中， n=1124。 例如例如n=1， fl(1)=890.2 MHz， fh(1)=935

31、.2 MHz。 其它序号的载其它序号的载频依次类推。频依次类推。 第第8 8章章 多址技术多址技术 在在TDMA通信系统中，小区内的多个用户可以共享一个载通信系统中，小区内的多个用户可以共享一个载波频率，分享不同时隙，这样基站只需要一部发射机，可以避波频率，分享不同时隙，这样基站只需要一部发射机，可以避免像免像FDMA系统那样因多部不同频率的发射机同时工作而产生系统那样因多部不同频率的发射机同时工作而产生的互调干扰；但系统设备必须有精确的定时和同步来保证各移的互调干扰；但系统设备必须有精确的定时和同步来保证各移动台发送的信号不会在基站发生重叠，并且能准确地在指定的动台发送的信号不会在基站发生重

32、叠，并且能准确地在指定的时隙中接收基站发给它的信号。时隙中接收基站发给它的信号。 TDMA技术广泛应用于第二代移动通信系统中。在实际应技术广泛应用于第二代移动通信系统中。在实际应用中，综合采用用中，综合采用FDMA和和TDMA技术的，即首先将总频带划分技术的，即首先将总频带划分为多个频道，再将一个频道划分为多个时隙，形成信道。为多个频道，再将一个频道划分为多个时隙，形成信道。第第8 8章章 多址技术多址技术第第8 8章章 多址技术多址技术TDMA原理：在一个宽带的无线载波上，把时原理：在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙（帧与时

33、隙都互不重叠），每个干时隙（帧与时隙都互不重叠），每个时隙即一个信道，分配给一个用户使用时隙即一个信道，分配给一个用户使用 第第8 8章章 多址技术多址技术TDMA信道的划分信道的划分 第第8 8章章 多址技术多址技术8.4 码分多址（码分多址（CDMA) 在在CDMA通信系统中，不同用户传输信息所用的通信系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分，而是用信号不是靠频率不同或时隙不同来区分，而是用各自不同的编码序列来区分，或者说，靠信号的各自不同的编码序列来区分，或者说，靠信号的不同波形来区分。不同波形来区分。第第8 8章章 多址技术多址技术v 码分：用户、信道和基站均依

34、靠码分：用户、信道和基站均依靠多址码多址码识别识别v针对不同的多址码需求，分别使用不同类型的码组针对不同的多址码需求，分别使用不同类型的码组v基站的识别基站的识别-不同相移的不同相移的PN序列，码元周期为序列，码元周期为215 1v信道的识别信道的识别-正交的正交的Walsh函数，完全正交函数，完全正交64阶阶Walsh码码v用户的识别用户的识别-周期足够长的周期足够长的PN序列，码元周期为序列，码元周期为242 1公共掩码：移动台电子序列号（公共掩码：移动台电子序列号（ESN）专用掩码：移动台识别号（专用掩码：移动台识别号（MIN）v 卷积编码和重复：解决多速率业务的矛盾卷积编码和重复：解决

35、多速率业务的矛盾在在IS-95系统中采用低速率重复和高速率并行选通发送系统中采用低速率重复和高速率并行选通发送块交织：抗快衰落块交织：抗快衰落第第8 8章章 多址技术多址技术码分多址（码分多址（CDMA）FrequencyCDMAPowerTime含义含义：每个用户使用一个码型，频率/时间共享用户识别用户识别：码型特点特点：每个基站只需一个射频系统每个码传输一路数字信号每个用户共享时间和频率是一个多址干扰受限系统需要严格的功率控制需要定时同步软容量、软切换，系统容量大抗衰落、抗多径能力强应用：应用：IS-95 CDMA系统、cdma2000系统、WCDMA系统第第8 8章章 多址技术多址技术

36、码分多址是以扩频技术为基础的。码分多址是以扩频技术为基础的。 所谓扩频是把信息的频谱扩展到宽带中进行传所谓扩频是把信息的频谱扩展到宽带中进行传输的技术。即将需传送的具有一定信号带宽信输的技术。即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行随机码进行调制调制，使原数据信号的带宽被扩展，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即把宽带信号换成原

37、信息数据的窄带信号即解扩解扩，以实现信息通信。以实现信息通信。 第第8 8章章 多址技术多址技术扩频的概念。众所周知，对于时域上的脉冲信扩频的概念。众所周知，对于时域上的脉冲信号，其脉冲宽度越窄，频谱就越宽。那么，如号，其脉冲宽度越窄，频谱就越宽。那么，如果用所需要传送的信号信息去调制很窄的脉冲果用所需要传送的信号信息去调制很窄的脉冲序列，就可以将信号的带宽进行扩展。序列，就可以将信号的带宽进行扩展。第第8 8章章 多址技术多址技术 所谓扩频调制，就是指所谓扩频调制，就是指用所需要传送的原始信号用所需要传送的原始信号去调制窄脉冲序列，使信号所占的频带宽度远大去调制窄脉冲序列，使信号所占的频带宽

38、度远大于所传原始信号本身需要的带宽。于所传原始信号本身需要的带宽。其逆过程称为其逆过程称为解扩，即将这个宽带信号还原成原始信号。这个解扩，即将这个宽带信号还原成原始信号。这个窄脉冲序列称为扩频码。如果用这样一种扩频后窄脉冲序列称为扩频码。如果用这样一种扩频后的无线信道来传送无线信号，则由于信号扩展在的无线信道来传送无线信号，则由于信号扩展在非常宽的带宽上，因此来自同一无线信道的用户非常宽的带宽上，因此来自同一无线信道的用户干扰就很小，使得多个用户可以同时分享同一无干扰就很小，使得多个用户可以同时分享同一无线信道。线信道。第第8 8章章 多址技术多址技术扩频技术扩频技术扩频原理：扩频原理：以频带

39、换取信噪比香农理论：C=Bw log2 (1+S N)扩频系统的优点：扩频系统的优点：v 抗干扰能力强，可抗白噪声、人为干扰、多径干扰等v 保密性好。扩频信号频谱近似白噪声，若不知PN序列生成方法就难以获取原始信息v 隐蔽性好。扩频信号近似白噪声，难以检测，宽带扩频信号功率谱密度很低，难以监听v 易于实现大容量多址通信v 易于精确定时和测距v 易于采用各种先进的分集技术，如RAKE接收、智能天线等第第8 8章章 多址技术多址技术实现扩频的方式有三种：直接序列扩频、跳频、跳时。实现扩频的方式有三种：直接序列扩频、跳频、跳时。其中其中CDMA系统中常用直接序列扩频方式，它是指在系统中常用直接序列扩

40、频方式，它是指在发送端直接用一个宽带的扩频码序列和原始信号相乘，发送端直接用一个宽带的扩频码序列和原始信号相乘，以扩展信号的带宽，而在接收端则用相同的扩频码和以扩展信号的带宽，而在接收端则用相同的扩频码和宽带信号相乘进行解扩，从中还原出原始的信息。只宽带信号相乘进行解扩，从中还原出原始的信息。只有知道该扩频码序列的接收机才能够对收到的信号进有知道该扩频码序列的接收机才能够对收到的信号进行解扩，并恢复出原始数据。我们把原始信息的速率行解扩，并恢复出原始数据。我们把原始信息的速率称为信息速率，而把扩频码的速率称为码片速率，用称为信息速率，而把扩频码的速率称为码片速率，用chip表示。表示。第第8

41、8章章 多址技术多址技术采用每帧改变频率的方法采用每帧改变频率的方法- 跳频跳频第第8 8章章 多址技术多址技术直接序列扩频实现框图直接序列扩频实现框图话音数据载波射频调制扩频调制PN码话音数据本地载波射频解调解扩本地 PN 码第第8 8章章 多址技术多址技术 扩频技术用于通信系统具有抗干扰、抗多径、扩频技术用于通信系统具有抗干扰、抗多径、隐蔽、保密和多址能力。隐蔽、保密和多址能力。 适用于码分多址蜂窝通信系统的扩频技术是适用于码分多址蜂窝通信系统的扩频技术是直接序列扩频直接序列扩频(DS)或简称直扩。或简称直扩。 扩频信号的产生包括扩频信号的产生包括调制调制和和扩频扩频两个步骤。两个步骤。比

42、如，先用要传送的信息比特对载波进行调比如，先用要传送的信息比特对载波进行调制，再用伪随机序列制，再用伪随机序列(PN序列序列)扩展信号的频扩展信号的频谱；也可以先用伪随机序列与信息比特相乘谱；也可以先用伪随机序列与信息比特相乘(把信息的频谱扩展把信息的频谱扩展)，再对载波进行调制。二，再对载波进行调制。二者是等效的。者是等效的。第第8 8章章 多址技术多址技术CDMA直接序列扩频技术直接序列扩频技术Interference SourcesLong & ShortCodeSpreadingEncoding &InterleavingLong &Short CodeCorr

43、elatorDecode &DeinterleavingBasebandDataBasebandDataBackground NoiseExternal InterferenceOther Cell InterferenceOther User NoiseCDMA TransmitterCDMA Receiverf fc cMHz BWf fc c390 kHz BW0 0kHz BW0 01.25MHz BWf fc c1.25MHz BWf fc cf fc c-100 dB/Hzf fc cSpurious SignalsInterference SourcesLong &

44、; ShortCodeSpreadingEncoding &InterleavingLong &Short CodeCorrelatorDecode &DeinterleavingBasebandDataBasebandDataBackground NoiseExternal InterferenceOther Cell InterferenceOther User NoiseCDMA TransmitterCDMA Receiverf fc c1.25f fc c9.6 kHz BW0 09.6kHz BW0 0f fc cMHz BWf fc cf fc c-100

45、 dB/Hzf fc cSpurious SignalsMHz BW1.25第第8 8章章 多址技术多址技术直接序列扩频（直接序列扩频（DS-SS）发射和接收电路构成框图）发射和接收电路构成框图 第第8 8章章 多址技术多址技术第第8 8章章 多址技术多址技术第第8 8章章 多址技术多址技术设信息速率为设信息速率为Rb(bit/s), 伪随机序列的速率为伪随机序列的速率为Rp(子码子码/秒秒)，定义扩频因子为，定义扩频因子为 bPRRL 通常通常L1，且为整数，它是信号频谱的扩展倍数，也等于，且为整数，它是信号频谱的扩展倍数，也等于扩频系统抑制噪声的处理增益。扩频系统抑制噪声的处理增益。 接收

46、端要从收到的扩频信号中恢复出它携带的信息，必接收端要从收到的扩频信号中恢复出它携带的信息，必须经过须经过解扩和解调解扩和解调两个步骤。所谓两个步骤。所谓解扩解扩是接收机以相同的伪是接收机以相同的伪随机序列与接收的扩频信号相乘，也称相关接收。解扩后的随机序列与接收的扩频信号相乘，也称相关接收。解扩后的信号再经过常规的解调，即可恢复出其中传送的信息。信号再经过常规的解调，即可恢复出其中传送的信息。 第第8 8章章 多址技术多址技术 (2) CDMA中的码序列。在信息传输过程中，各中的码序列。在信息传输过程中，各种信号之间的差别越大越好，这样相互之间不易发生种信号之间的差别越大越好，这样相互之间不易

47、发生干扰，也就不会发生误判。要实现这一目标，最理想干扰，也就不会发生误判。要实现这一目标，最理想的信号形式是类似白噪声的随机信号，但真正的随机的信号形式是类似白噪声的随机信号，但真正的随机信号或白噪声是不能重复和再现的，实际应用中是用信号或白噪声是不能重复和再现的，实际应用中是用周期性的码序列来逼近它的性能的。周期性的码序列来逼近它的性能的。CDMA中采用伪中采用伪随机序列随机序列(PN码码)作为扩频码，因为伪随机序列具有近作为扩频码，因为伪随机序列具有近似白噪声的特性，所以具有良好的相关性。似白噪声的特性，所以具有良好的相关性。CDMA系系统中采用的伪随机码有统中采用的伪随机码有m序列、序列

48、、Walsh函数等。函数等。第第8 8章章 多址技术多址技术 1. FH-CDMA 在在FH-CDMA系统中，系统中， 每个用户根据各自的伪随机每个用户根据各自的伪随机(PN)序列，序列， 动态改变其已调信号的中心频率。动态改变其已调信号的中心频率。 各用户的中心频率可在给各用户的中心频率可在给定的系统带宽内随机改变，定的系统带宽内随机改变， 该系统带宽通常要比各用户已调该系统带宽通常要比各用户已调信号信号(如如FM、 FSK、 BPSK等等)的带宽宽得多。的带宽宽得多。 FH-CDMA类似于类似于FDMA， 但使用的频道是动态变化的。但使用的频道是动态变化的。 FH-CDMA中中各用户使用的

49、频率序列要求相互正交各用户使用的频率序列要求相互正交(或准正交或准正交)， 即在一个即在一个PN序列周期对应的时间区间内，序列周期对应的时间区间内， 各用户使用的频率，各用户使用的频率， 在任在任一时刻都不相同一时刻都不相同(或相同的概率非常小或相同的概率非常小) 。8.4 码分多址码分多址(CDMA) 第第8 8章章 多址技术多址技术第第8 8章章 多址技术多址技术2. DS-CDMA 在在DS-CDMA系统中，系统中， 所有用户工作在相同的中所有用户工作在相同的中心频率上，心频率上， 输入数据序列与输入数据序列与PN序列相乘得到宽带信序列相乘得到宽带信号。号。 不同的用户不同的用户(或信道

50、或信道)使用不同的使用不同的PN序列。序列。 这些这些PN序列序列(或码字或码字)相互正交，从而可像相互正交，从而可像FDMA和和TDMA系统中利用频率和时隙区分不同用户一样，系统中利用频率和时隙区分不同用户一样，利用利用PN序列序列(或码字或码字)来区分不同的用户。来区分不同的用户。第第8 8章章 多址技术多址技术信道信道 N-信道信道信道信道时间时间频率频率码字码字信道信道 N-信道信道信道信道信道信道 N-信道信道信道信道时间时间频率频率码字码字DSDSCDMACDMA 示意图示意图信道信道 N-信道信道信道信道时间时间频率频率码字码字信道信道 N-信道信道信道信道信道信道 N N 信道

51、信道信道信道时间时间频率频率码字码字DSDSCDMACDMA 示意图示意图第第8 8章章 多址技术多址技术DS-CDMA系统逻辑信道示意图系统逻辑信道示意图 (a) 基站到移动台的下行链路；基站到移动台的下行链路； (b) 基站到移动台的上行链路基站到移动台的上行链路第第8 8章章 多址技术多址技术导频信道导频信道 传送导频信息传送导频信息基站连续不断地发送一种直基站连续不断地发送一种直接序列扩频信号，供移动台从中获得前向信道的定时接序列扩频信号，供移动台从中获得前向信道的定时和提取相干载波以进行相干解调，并通过对导频信号和提取相干载波以进行相干解调，并通过对导频信号强度的检测，比较相邻基站的

52、信号强度和决定什么时强度的检测，比较相邻基站的信号强度和决定什么时候需要越区切换。候需要越区切换。同步信道同步信道 传送同步信息传送同步信息在基站覆盖范围内，各移动在基站覆盖范围内，各移动台利用这种信息进行同步捕获。台利用这种信息进行同步捕获。寻呼信道寻呼信道 基站在呼叫建立阶段传输控制信息基站在呼叫建立阶段传输控制信息通常，移动台在建立同步后，就选择一个寻呼信道监通常，移动台在建立同步后，就选择一个寻呼信道监听由基站发来的信令，在收到基站分配业务信道的指听由基站发来的信令，在收到基站分配业务信道的指令后，就转入指配的业务信道中进行信息传输。令后，就转入指配的业务信道中进行信息传输。 第第8

53、8章章 多址技术多址技术DSCDMA系统特点系统特点(一一)1.存在自身的多址干扰存在自身的多址干扰多址干扰的存在是因为所有用户都工作在相同的频多址干扰的存在是因为所有用户都工作在相同的频率上，进入接收机的信号除了所希望的有用信号外，率上，进入接收机的信号除了所希望的有用信号外，还叠加有其它用户的信号（这些信号称为多址干还叠加有其它用户的信号（这些信号称为多址干扰）。多址干扰的大小取决于在该频率上工作的用扰）。多址干扰的大小取决于在该频率上工作的用户数及各用户的功率大小。户数及各用户的功率大小。第第8 8章章 多址技术多址技术 DSCDMA系统特点系统特点(二二)2.须采用功率控制克服远近效应

54、须采用功率控制克服远近效应远近效应远近效应 近处的强信号抑制远处弱信号的接收近处的强信号抑制远处弱信号的接收克服方法克服方法 功率控制功率控制 调整各用户的发射功率，使得所有用户信号到达基站的电调整各用户的发射功率，使得所有用户信号到达基站的电平都相等。该电平的大小只要刚好达到满足信号干扰比要求的平都相等。该电平的大小只要刚好达到满足信号干扰比要求的门限电平即可。门限电平即可。 理想情况下，设门限信号功率为理想情况下，设门限信号功率为Pr，移动台到基站的传输，移动台到基站的传输传输损耗为传输损耗为L（D）（）（D为距离），则移动台的发射功率应为为距离），则移动台的发射功率应为Pt=Pr/L（D

55、）。从基站到达移动台的下行链路也同样需要功）。从基站到达移动台的下行链路也同样需要功率控制。率控制。第第8 8章章 多址技术多址技术3. 混合码分多址混合码分多址 混合码分多址的形式有种多样混合码分多址的形式有种多样:FDMA和和DS-CDMA混合，混合，TDMA与与DS-CDMA 混合混合(TD/CDMA)，TDMA与跳频混合与跳频混合(TDMA/FH), FH-CDMA与与DS-CDMA混合混合(DS/FH-CDMA)等等。等等。第第8 8章章 多址技术多址技术CDMA通信系统中，所有用户使用所有频率和所有时间上都是通信系统中，所有用户使用所有频率和所有时间上都是重叠的。系统重叠的。系统用

56、不同的正交编码序列用不同的正交编码序列来区分不同的用户。来区分不同的用户。CDMA中，不同的移动台共同使用一个频率，但是每个移动台中，不同的移动台共同使用一个频率，但是每个移动台都被分配带有一个独特的码序列，与所有别的码序列都不相同，都被分配带有一个独特的码序列，与所有别的码序列都不相同，所以各个用户之间没有干扰。在发送时，信号信息和该用户的所以各个用户之间没有干扰。在发送时，信号信息和该用户的码序列相乘进行扩频调制，在接收端，接收器使用与发端同样码序列相乘进行扩频调制，在接收端，接收器使用与发端同样的码序列对宽带信号进行解扩，恢复出原始信号，而其他使用的码序列对宽带信号进行解扩，恢复出原始信

57、号，而其他使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。这种多址技术因为是靠不同的码序列来区分不同的移动台，调。这种多址技术因为是靠不同的码序列来区分不同的移动台，所以叫做所以叫做码分多址技术码分多址技术。第第8 8章章 多址技术多址技术CDMA示意图示意图码字时间 t频率 f信道第第8 8章章 多址技术多址技术实际应用中，也是综合采用实际应用中，也是综合采用FDMA和和CDMA技术的，技术的，即首先将总频带划分为多个频道，再将一个频道按码即首先将总频带划分为多个频道，再将一个频道按码字分割，形成信道。例如窄带字分割，形成信

58、道。例如窄带CDMA中，采用中，采用1.25 MHz的的FDMA频道，将其再进行码字的分割，形成频道，将其再进行码字的分割，形成CDMA信道。信道。第第8 8章章 多址技术多址技术 CDMA蜂窝移动通信系统与蜂窝移动通信系统与FDMA系统或系统或TDMA系统相比具有更大的系统容量，更高系统相比具有更大的系统容量，更高的话音质量以及抗干扰、保密等优点，因的话音质量以及抗干扰、保密等优点，因而近年来得到各个国家的普遍重视和关注。而近年来得到各个国家的普遍重视和关注。在第三代数字蜂窝移动通信系统中，无线在第三代数字蜂窝移动通信系统中，无线传输技术将采用传输技术将采用CDMA技术。技术。第第8 8章章

59、 多址技术多址技术蜂窝结构的通信系统特点是通信资源的重用。蜂窝结构的通信系统特点是通信资源的重用。频分多址频分多址系统是频率资源的重用；系统是频率资源的重用；时分多址时分多址系统是时隙资源的重用；系统是时隙资源的重用；码分多址码分多址系统是码型资源的重用。系统是码型资源的重用。在实际应用中，一般是多种多址方式的结合使用。如在实际应用中，一般是多种多址方式的结合使用。如GSM系统中，是系统中，是FDMA/TDMA的结合使用；的结合使用；窄带窄带CDMA系统系统(IS-95)和和3G中的宽带码分多址中的宽带码分多址(WCDMA)中，采用的则是中，采用的则是FDMA/CDMA方式。方式。 第第8 8

60、章章 多址技术多址技术第第8 8章章 多址技术多址技术CDMA原理：为每个用户分配了各自特定的地原理：为每个用户分配了各自特定的地址码址码 ，各地址码相互（准）正交，接收，各地址码相互（准）正交，接收端用与发端完全一致的本地地址码对接端用与发端完全一致的本地地址码对接收的信号进行相关检测收的信号进行相关检测频率、时间和空间上都可能重叠频率、时间和空间上都可能重叠 第第8 8章章 多址技术多址技术空分多址是通过空间的分割来区别不同的用户。空分多址是通过空间的分割来区别不同的用户。 在在移动通信中，移动通信中， 能实现空间分割的基本技术就是采用能实现空间分割的基本技术就是采用自适应阵列天线，自适应阵列天线， 在不同的用户方向上形成不同的在不同的用户方向上