无线通信基础-教学课件-1

第五章多址接入技术主讲人：张炜电子科学与工程学院军事通信工程系第五章多址接入技术主讲人：张炜电子科学与工程学院军事通5.1

引言5.2

FDMA5.3

TDMA5.4

CDMA5.5

频谱效率25.1引言5.2FDMA5.3TDMA5.4CDM5.1引言多址接入：两个或多个用户希望利用同一个传播信道同时相互通信的一种信号传输方式广播式传输（下行链路）：基站发射的信号被小区中的每个用户接收；多址接入（上行链路）：用户对基站发射信号是多对一的，多址接入即基站如何有效地分辨这些来自不同用户的信号。5.1引言1、问题的提出35.1引言多址接入：两个或多个用户希望利用同一个传播信道5.1引言5.1引言2、关键问题多址接入的关键是使得来自不同用户的发射信号相互正交两个或多个用户的信号同时达到基站接收机，若多个到达信号相互正交，则相互间无干扰：45.1引言5.1引言2、关键问题多址接入的关键是使得来5.1引言5.1引言3、分类分为两类：有冲突多址接入方式（随机接入）和无冲突多址接入方式无冲突多址接入方式：FDMA：频分多址，FrequencyDivisionMulti-AcccessTDMA：时分多址，TimeDivisionMulti-AcccessCDMA：码分多址，CodeDivisionMulti-AcccessSDMA：空分多址，SpaceDivisionMulti-Acccess有冲突多址接入方式（随机接入）：Aloha；载波侦听多址接入方式（CSMA）等FDMA与TDMA：属于固定容量的分配方案55.1引言5.1引言3、分类分为两类：无冲突多址接入方5.1引言5.1引言4、举例CDMA/FDD美国窄带扩频（IS-95）TDMA/TDD欧洲数字无绳电话（DECT）FDMA/TDDCT2（无绳电话）TDMA/FDD日本数字蜂窝（JDC）TDMA/FDD美国数字蜂窝（USDC）TDMA/FDD全球移动通信系统（GSM）FDMA/FDD高级移动电话系统（AMPS）多址技术蜂窝移动通信系统65.1引言5.1引言4、举例CDMA/FDD美国窄带扩5.2FDMA5.2FDMAFDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess）：将通信系统的总带宽划分为若干等间隔的信道，分配给不同的用户。1、原理75.2FDMA5.2FDMAFDMA（Frequenc实例：AMPS系统

AMPS系统采用FDMA/FDD多址方式，系统带宽为12.5MHz，边界保护间隔为10kHz，信道带宽为30kHz，分配给控制信令的信道数为21个。5.2FDMA5.2FDMA8实例：AMPS系统5.2FDMA5.2FDMA85.2FDMA5.2FDMA2、技术特点

FDMA通常在窄带系统实现，符号时间远大于延时扩展，不需要信道均衡。需要精确的射频带通滤波器来消除相邻信道干扰。非线性是FDMA系统的主要问题：互调干扰：fMI=mf1+nf2

关键问题合理配置频率避开互调分量；采用高线性度的功率放大器；功率放大器的线性补偿。95.2FDMA5.2FDMA2、技术特点FDMA通常5.3TDMA5.3TDMA1、原理TDMA（TimeDivisionMultipleAccess）：信道时间被划分为不同的帧，每个帧又进一步分割为不同的时隙，每个用户在被指定的时隙逐帧发送。帧足够长，每个接受服务的用户都有机会发射至少一次。105.3TDMA5.3TDMA1、原理TDMA（Time1、经实验测试路径损耗因子κ=3，区群大小N=3，小区半径由原来的R变为R/2。为获得相同的边缘通信概率，比较分裂前后的基站发射功率变化。复习：2、系统所要求的S/I不变，路径损耗指数为2，采用3扇区（120度定向天线）后，理论上蜂窝系统的容量是原来的

倍。111、经实验测试路径损耗因子κ=3，区群大小N=3，小区半径由5.3TDMA5.3TDMA2、分类STDMA（同步TDMA）：建立连接时分配的时隙是固定的，各用户与其被指定的时隙保持同步。ATDMA（异步TDMA）：时隙分配不固定，发送时隙在各帧动态分配。帧长度被用户数所固定。各帧长度不同，取决于该帧的激活用户数。125.3TDMA5.3TDMA2、分类STDMA（同步T帧帧头信息帧尾时隙1时隙2时隙3时隙n……头比特同步比特信息数据保护比特5.3TDMA5.3TDMA3、TDMA帧结构能够采用TDD或FDD两种双工方式。13帧帧头信息帧尾时隙1时隙2时隙3时隙n……头比特同步5.3TDMA5.3TDMA4、STDMA（同步TDMA）根据频率分配的方式不同，STDMA可以是宽带的，也可以是窄带的。宽带TDMA窄带TDMA145.3TDMA5.3TDMA4、STDMA（同步TDM5.3TDMA5.3TDMA5、STDMA特点对于移动用户而言，TDMA系统的数据传送不是连续的，电池消耗低。由于TDMA中的不连续发射，切换处理对于一个用户单元来说是简单的。移动台辅助切换（MAHO）通过监听TDMA帧中的一个空闲实隙来执行。在TDMA中，采用均衡器是必要的。因为相对于FDMA信道，TDMA信道的发射速率通常要高得多。TDMA的一个优点是它有可能给不同用户分配一帧中不同数目的时隙。155.3TDMA5.3TDMA5、STDMA特点对于移实例2：GSM系统前向/反向信道的单向带宽：25MHz信道数：共有125个RF载波，每个载波带宽200kHz。5.3TDMA5.3TDMAGSM系统能同时容纳的用户数为：上行：890MHz～915MHz下行：935MHz～960MHz收、发频率间隔为45MHz。16实例2：GSM系统前向/反向信道的单向带宽：25MHz5.35.4CDMA5.4CDMACDMA（CodeDivisionMulti-Acccess

）：直接序列扩频多址方式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，提出的最主要的三种体制也是采用CDMA，它们是FDD的CDMA2000、FDD的WCDMA，与TDD的TD-SCDMA。175.4CDMA5.4CDMACDMA（CodeDi5.4CDMA5.4CDMA（1）频段下行：869MHz～894MHz（基站发射）；上行：824MHz～849MHz（移动台发射）。实例：IS-95系统（2）信道数每一载频：64（码分信道）其中55个为业务信道，另外包括导频信道、同步信道等控制信道；每一载频带宽：1.25MHz185.4CDMA5.4CDMA（1）频段实例：IS-955.4CDMA5.4CDMA实例：IS-95系统（3）调制方式移动台：OQPSK；基站：QPSK交错四相相移键控195.4CDMA5.4CDMA实例：IS-95系统（3）5.4CDMA5.4CDMA特点

CDMA系统多用户共享同一频率，最小区群尺寸为1。

CDMA系统具有软容量控制，对于用户数目没有绝对的限制。当用户数目增加时，本底噪声增加，对用户而言系统性能下降。CDMA中，信道数据率很高，符号周期很短，通常比时延扩展小得多。可以使用RAKE接收机，通过收集所需要信号中不同时延得信号来提高接收机的可靠性。由于不同用户的扩频序列不是完全正交形成的自干扰问题。远近效应问题。205.4CDMA5.4CDMA特点CDMA系统多用户共5.5频谱效率5.5频谱效率移动通信系统中提高频谱利用率的常用技术：压缩数据以降低传输速率；减小带宽；信道分配；选择多址接入方法；移动通信系统总的频谱效率依据以下信息进行估计：以KHz为单位的信道间隔；以km2为单位的小区面积；频率复用因子；所采用的多址接入方法；调制方法在内的系统参数215.5频谱效率5.5频谱效率移动通信系统中提高频谱利用5.5频谱效率5.5频谱效率取决于系统参数的频谱效率分量取决于多址接入方式的频谱效率分量移动通信系统的频谱效率：系统的频谱效率的定义：225.5频谱效率5.5频谱效率取决于系统参数的频谱效率分5.5频谱效率5.5频谱效率1、FDMA系统FDMA的频谱效率控制信道数：Nctr业务信道数：Ndata=Ns-Ncrt同时支持的信道数：频谱效率：235.5频谱效率5.5频谱效率1、FDMA系统FDMA的5.5频谱效率5.5频谱效率1、FDMA系统例：AMPS系统采用FDMA/FDD多址方式，系统带宽为12.5MHz，边界保护间隔为10kHz，信道带宽为30kHz，分配给控制信令的信道数为21个，求FDMA的频谱效率。解：可用信道数为：FDMA的频谱效率为：FDMA的频谱效率245.5频谱效率5.5频谱效率1、FDMA系统例：AMP5.5频谱效率5.5频谱效率1、FDMA系统FDMA的系统频谱效率由系统频谱效率的定义，可有：总信道数：业务信道数：Ndata=Ns-Ncrt小区中的业务信道数：Nc=(Ns–Ncrt)/N255.5频谱效率5.5频谱效率1、FDMA系统FDMA的5.5频谱效率5.5频谱效率1、FDMA系统FDMA的系统频谱效率例：AMPS系统采用FDMA/FDD多址方式，系统带宽为12.5MHz，边界保护间隔为10kHz，信道带宽为30kHz，分配给控制信令的信道数为21个，小区面积为6km2，区群尺寸为7，求FDMA的系统频谱效率。解：可用信道数为：265.5频谱效率5.5频谱效率1、FDMA系统FDMA的5.5频谱效率5.5频谱效率2、TDMA系统TDMA的频谱效率宽带TDMA的频谱效率：帧持续时间帧头持续时间帧尾持续时间时隙中符号总数时隙中信息符号总数帧效率：时隙效率：275.5频谱效率5.5频谱效率2、TDMA系统TDMA的5.5频谱效率5.5频谱效率2、TDMA系统TDMA的频谱效率窄带TDMA的频谱效率：285.5频谱效率5.5频谱效率2、TDMA系统TDMA的5.5频谱效率5.5频谱效率2、TDMA系统TDMA系统的小区容量小区容量定义为小区能够同时支持的最大移动用户数。对于TDMA而言，在可用频谱的一次占用期间，能够支持的同时用户的最大数目为：设一个区群中的小区平分系统容量，则TDMA系统的小区容量为：295.5频谱效率5.5频谱效率2、TDMA系统TDMA系5.5频谱效率5.5频谱效率2、TDMA系统TDMA系统频谱效率【定义】以比特/时间/带宽/小区为单位的TDMA系统频谱效率。305.5频谱效率5.5频谱效率2、TDMA系统TDMA系5.5频谱效率5.5频谱效率解：（1）例:IS-54系统为同步窄带TDMA/FDD系统，其前向/反向信道的单向带宽为25MHz，被划分为30kHz的无线信道，每个信道支持的传输速率为16.2kbps，设保护带Bg=20kHz。帧长40ms，共有6个时隙。单个无线小区支持3个全速率话音信道，每个信道占用一帧中的2个时隙，每个时隙由324比特组成，其中260比特用于传输信息，其余64比特为控制开销。区群大小N=7，用户的编码速率为7.95kbps。求（1）小区容量；（2）TDMA的频谱效率；（3）小区的总频谱效率（系统频谱效率）。315.5频谱效率5.5频谱效率解：（1）例:IS-545.5频谱效率5.5频谱效率解：（2）例:IS-54系统为同步窄带TDMA/FDD系统，其前向/反向信道的单向带宽为25MHz，被划分为30kHz的无线信道，每个信道支持的传输速率为16.2kbps，设保护带Bg=20kHz。帧长40ms，共有6个时隙。单个无线小区支持3个全速率话音信道，每个信道占用一帧中的2个时隙，每个时隙由324比特组成，其中260比特用于传输信息，其余64比特为控制开销。区群大小N=7，用户的编码速率为7.95kbps。求（1）小区容量；（2）TDMA的频谱效率；（3）小区的总频谱效率（系统频谱效率）。325.5频谱效率5.5频谱效率解：（2）例:IS-545.5频谱效率5.5频谱效率例:IS-54系统为同步窄带TDMA/FDD系统，其前向/反向信道的单向带宽为25MHz，被划分为30kHz的无线信道，每个信道支持的传输速率为16.2kbps，设保护带Bg=20kHz。帧长40ms，共有6个时隙。单个无线小区支持3个全速率话音信道，每个信道占用一帧中的2个时隙，每个时隙由324比特组成，其中260比特用于传输信息，其余64比特为控制开销。区群大小N=7，用户的编码速率为7.95kbps。求（1）小区容量；（2）TDMA的频谱效率；（3）小区的总频谱效率（系统频谱效率）。解：（3）335.5频谱效率5.5频谱效率例:IS-54系统为同步无线通信基础END34无线通信基础END34无线通信基础第1章绪论第2章无线信道的特性2.1多径传播环境；2.2线性时变信道模型；2.3信道相关函数；2.4大尺度路径损耗与阴影衰落；2.5小尺度多径衰落；1.1无线通信的定义与工作频段；1.2无线通信的发展历程；1.3无线通信的分类；1.4无线通信的实例；1.5无线通信的发展与展望；35无线通信基础第1章绪论第2章无线信道的特性2.1多径传无线通信基础第3章移动无线系统的带通传输技术第4章蜂窝通信基础3.1引言；3.2移动无线系统常用的数字调制方式；3.3传输错误概率；3.4（补充）扩频通信系统；4.1概述；4.2频率复用与移动性管理；4.3区群的概念；4.4同信道与邻信道干扰；4.5基站处的呼叫阻塞与延迟；4.6扩大系统容量的其他方法；4.7信道分配策略；36无线通信基础第3章移动无线系统的带通传输技术第4章蜂窝通无线通信基础第5章多址接入技术5.1引言；5.2-5.4无冲突多址接入技术；5.4频谱效率；37无线通信基础第5章多址接入技术5.1引言；37第五章多址接入技术主讲人：张炜电子科学与工程学院军事通信工程系第五章多址接入技术主讲人：张炜电子科学与工程学院军事通5.1

引言5.2

FDMA5.3

TDMA5.4

CDMA5.5

频谱效率395.1引言5.2FDMA5.3TDMA5.4CDM5.1引言多址接入：两个或多个用户希望利用同一个传播信道同时相互通信的一种信号传输方式广播式传输（下行链路）：基站发射的信号被小区中的每个用户接收；多址接入（上行链路）：用户对基站发射信号是多对一的，多址接入即基站如何有效地分辨这些来自不同用户的信号。5.1引言1、问题的提出405.1引言多址接入：两个或多个用户希望利用同一个传播信道5.1引言5.1引言2、关键问题多址接入的关键是使得来自不同用户的发射信号相互正交两个或多个用户的信号同时达到基站接收机，若多个到达信号相互正交，则相互间无干扰：415.1引言5.1引言2、关键问题多址接入的关键是使得来5.1引言5.1引言3、分类分为两类：有冲突多址接入方式（随机接入）和无冲突多址接入方式无冲突多址接入方式：FDMA：频分多址，FrequencyDivisionMulti-AcccessTDMA：时分多址，TimeDivisionMulti-AcccessCDMA：码分多址，CodeDivisionMulti-AcccessSDMA：空分多址，SpaceDivisionMulti-Acccess有冲突多址接入方式（随机接入）：Aloha；载波侦听多址接入方式（CSMA）等FDMA与TDMA：属于固定容量的分配方案425.1引言5.1引言3、分类分为两类：无冲突多址接入方5.1引言5.1引言4、举例CDMA/FDD美国窄带扩频（IS-95）TDMA/TDD欧洲数字无绳电话（DECT）FDMA/TDDCT2（无绳电话）TDMA/FDD日本数字蜂窝（JDC）TDMA/FDD美国数字蜂窝（USDC）TDMA/FDD全球移动通信系统（GSM）FDMA/FDD高级移动电话系统（AMPS）多址技术蜂窝移动通信系统435.1引言5.1引言4、举例CDMA/FDD美国窄带扩5.2FDMA5.2FDMAFDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess）：将通信系统的总带宽划分为若干等间隔的信道，分配给不同的用户。1、原理445.2FDMA5.2FDMAFDMA（Frequenc实例：AMPS系统

AMPS系统采用FDMA/FDD多址方式，系统带宽为12.5MHz，边界保护间隔为10kHz，信道带宽为30kHz，分配给控制信令的信道数为21个。5.2FDMA5.2FDMA45实例：AMPS系统5.2FDMA5.2FDMA85.2FDMA5.2FDMA2、技术特点

FDMA通常在窄带系统实现，符号时间远大于延时扩展，不需要信道均衡。需要精确的射频带通滤波器来消除相邻信道干扰。非线性是FDMA系统的主要问题：互调干扰：fMI=mf1+nf2

关键问题合理配置频率避开互调分量；采用高线性度的功率放大器；功率放大器的线性补偿。465.2FDMA5.2FDMA2、技术特点FDMA通常5.3TDMA5.3TDMA1、原理TDMA（TimeDivisionMultipleAccess）：信道时间被划分为不同的帧，每个帧又进一步分割为不同的时隙，每个用户在被指定的时隙逐帧发送。帧足够长，每个接受服务的用户都有机会发射至少一次。475.3TDMA5.3TDMA1、原理TDMA（Time1、经实验测试路径损耗因子κ=3，区群大小N=3，小区半径由原来的R变为R/2。为获得相同的边缘通信概率，比较分裂前后的基站发射功率变化。复习：2、系统所要求的S/I不变，路径损耗指数为2，采用3扇区（120度定向天线）后，理论上蜂窝系统的容量是原来的

倍。481、经实验测试路径损耗因子κ=3，区群大小N=3，小区半径由5.3TDMA5.3TDMA2、分类STDMA（同步TDMA）：建立连接时分配的时隙是固定的，各用户与其被指定的时隙保持同步。ATDMA（异步TDMA）：时隙分配不固定，发送时隙在各帧动态分配。帧长度被用户数所固定。各帧长度不同，取决于该帧的激活用户数。495.3TDMA5.3TDMA2、分类STDMA（同步T帧帧头信息帧尾时隙1时隙2时隙3时隙n……头比特同步比特信息数据保护比特5.3TDMA5.3TDMA3、TDMA帧结构能够采用TDD或FDD两种双工方式。50帧帧头信息帧尾时隙1时隙2时隙3时隙n……头比特同步5.3TDMA5.3TDMA4、STDMA（同步TDMA）根据频率分配的方式不同，STDMA可以是宽带的，也可以是窄带的。宽带TDMA窄带TDMA515.3TDMA5.3TDMA4、STDMA（同步TDM5.3TDMA5.3TDMA5、STDMA特点对于移动用户而言，TDMA系统的数据传送不是连续的，电池消耗低。由于TDMA中的不连续发射，切换处理对于一个用户单元来说是简单的。移动台辅助切换（MAHO）通过监听TDMA帧中的一个空闲实隙来执行。在TDMA中，采用均衡器是必要的。因为相对于FDMA信道，TDMA信道的发射速率通常要高得多。TDMA的一个优点是它有可能给不同用户分配一帧中不同数目的时隙。525.3TDMA5.3TDMA5、STDMA特点对于移实例2：GSM系统前向/反向信道的单向带宽：25MHz信道数：共有125个RF载波，每个载波带宽200kHz。5.3TDMA5.3TDMAGSM系统能同时容纳的用户数为：上行：890MHz～915MHz下行：935MHz～960MHz收、发频率间隔为45MHz。53实例2：GSM系统前向/反向信道的单向带宽：25MHz5.35.4CDMA5.4CDMACDMA（CodeDivisionMulti-Acccess

）：直接序列扩频多址方式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，提出的最主要的三种体制也是采用CDMA，它们是FDD的CDMA2000、FDD的WCDMA，与TDD的TD-SCDMA。545.4CDMA5.4CDMACDMA（CodeDi5.4CDMA5.4CDMA（1）频段下行：869MHz～894MHz（基站发射）；上行：824MHz～849MHz（移动台发射）。实例：IS-95系统（2）信道数每一载频：64（码分信道）其中55个为业务信道，另外包括导频信道、同步信道等控制信道；每一载频带宽：1.25MHz555.4CDMA5.4CDMA（1）频段实例：IS-955.4CDMA5.4CDMA实例：IS-95系统（3）调制方式移动台：OQPSK；基站：QPSK交错四相相移键控565.4CDMA5.4CDMA实例：IS-95系统（3）5.4CDMA5.4CDMA特点

CDMA系统多用户共享同一频率，最小区群尺寸为1。

CDMA系统具有软容量控制，对于用户数目没有绝对的限制。当用户数目增加时，本底噪声增加，对用户而言系统性能下降。CDMA中，信道数据率很高，符号周期很短，通常比时延扩展小得多。可以使用RAKE接收机，通过收集所需要信号中不同时延得信号来提高接收机的可靠性。由于不同用户的扩频序列不是完全正交形成的自干扰问题。远近效应问题。575.4CDMA5.4CDMA特点CDMA系统多用户共5.5频谱效率5.5频谱效率移动通信系统中提高频谱利用率的常用技术：压缩数据以降低传输速率；减小带宽；信道分配；选择多址接入方法；移动通信系统总的频谱效率依据以下信息进行估计：以KHz为单位的信道间隔；以km2为单位的小区面积；频率复用因子；所采用的多址接入方法；调制方法在内的系统参数585.5频谱效率5.5频谱效率移动通信系统中提高频谱利用5.5频谱效率5.5频谱效率取决于系统参数的频谱效率分量取决于多址接入方式的频谱效率分量移动通信系统的频谱效率：系统的频谱效率的定义：595.5频谱效率5.5频谱效率取决于系统参数的频谱效率分5.5频谱效率5.5频谱效率1、FDMA系统FDMA的频谱效率控制信道数：Nctr业务信道数：Ndata=Ns-Ncrt同时支持的信道数：频谱效率：605.5频谱效率5.5频谱效率1、FDMA系统FDMA的5.5频谱效率5.5频谱效率1、FDMA系统例：AMPS系统采用FDMA/FDD多址方式，系统带宽为12.5MHz，边界保护间隔为10kHz，信道带宽为30kHz，分配给控制信令的信道数为21个，求FDMA的频谱效率。解：可用信道数为：FDMA的频谱效率为：FDMA的频谱效率615.5频谱效率5.5频谱效率1、FDMA系统例：AMP5.5频谱效率5.5频谱效率1、FDMA系统FDMA的系统频谱效率由系统频谱效率的定义，可有：总信道数：业务信道数：Ndata=Ns-Ncrt小区中的业务信道数：Nc=(Ns–Ncrt)/N625.5频谱效率5.5频谱效率1、FDMA系统FDMA的5.5频谱效率5.5频谱效率1、FDMA系统FDMA的系统频谱效率例：AMPS系统采用FDMA/FDD多址方式，系统带宽为12.5MHz，边界保护间隔为10kHz，信道带宽为30kHz，分配给控制信令的信道数为21个，小区面积为6km2，区群尺寸为7，求FDMA的系统频谱效率。解：可用信道数为：635.5频谱效率5.5频谱效率1、FDMA系统FDMA的5.5频谱效率5.5频谱效率2、TDMA系统TDMA的频谱效率宽带TDMA的频谱效率：帧持续时间帧头持续时间帧尾持续时间时隙中符号总数时隙中信息符号总数帧效率：时隙效率：645.5频谱效率5.5频谱效率2、TDMA系统TDMA的5.5频谱效率5.5频谱效率2、TDMA系统TDMA的频谱效率窄带TDMA的频谱效率：655.5频谱效率5.5频谱效率2、TDMA系统TDMA的5.5频谱效率5.5频谱效率2、TDMA系统TDMA系统的小区容量小区容量定义为小区能够同时支持的最大移动用户数。对于TDMA而言，在可用频谱的一次占用期间，能够支持的同时用户的最大数目为：设一个区群中的小区平分系统容量，则TDMA系统的小区容量为：665.5频谱效率5.5频谱效率2、TDMA系统TDMA系5.5频谱效率5.5频谱效率2、TDMA系统TDMA系统频谱效率【定义】以比特/时间/带宽/小区为单位的TDMA系统频谱效率。675.5频谱效率5.5频谱效率2、TDMA系统TDMA系5.5频谱效率5.5频谱效率解：（1）例:IS-54系统为同步窄带TDMA/FDD系统，其前向/反向信道的单向带宽为25MHz，被划分为30kHz的无线信道，每个信道支持的传输速率为16.2kbps，设保护带Bg=20kHz。帧长40ms，共有6个时隙。单个无线小区支持3个全速率话音信道，每个信道占用一帧中的2个时隙，每个时隙由324比特组成，其中260比特用于传输信息，其余64