无线通信技术5.1-多址技术

无线通信技术

翟旭平 zhaixp@2012-5-16

多址接入技术 多址接入技术概述 几种多址接入技术

通信与信息工程学院

多址接入技术 5. 1 多址接入技术概述 提高通信资源的总数据速率有三种方法：1 提高发射机的有效各向同性辐射功率或降低系统损耗 缺点：辐射的加剧，而降低系统损耗对于空间来说不太现 实。 2 提供更多的信道带宽 缺点：信道带宽是有限的，频谱资源是宝贵的，不可能无 限增加。 3 更高效的分配通信资源 解决方法：多址接入和多路复用

多址接入技术 5.2 几种多址接入技术---频分多址(FDMA)f5 频带 3

f4频 率

防护频带 频带 2

f3

f2 f1

防护频带

信道总频带被分 割成若干个间隔 相等且互不相交 的子频带(地址), 每个子频带分配 给一个用户, 每 个子频带在同一 时间只能供给一 个用户使用。

频带 1f0 通信与信息工程学院

多址接入技术 5.2 几种多址接入技术---频分多址(FDMA)FDMA特点 一个频带中同一时间只能传一路信道，但是同一个时间 能有多个用户占用信道。 该占用频带在挂机前被一直占用，即使没有数据通信时 也不允许其它用户使用频带，是所谓连续传输模式 。 由于在频域上进行划分，在接收端则需要较陡峭的滤波 器，价格比较昂贵。

码元宽度一般比信号延时扩展大，码间干扰小，不必使 用均衡技术 。通信与信息工程学院

多址接入技术 5.2 几种多址接入技术---频分多址(FDMA)FDMA系统容量 系统容量：在一个固定的频段内，系统所能提供的最大信道数或用户数目。 在一个FDMA蜂窝小区中，如果传播损耗与传播距离的4次方成 比例，则接收机收到的信号功率和干扰功率之比为：C I A r6 4

i

A r6

4

Ii 1

ADi 1

4 i

小区通信系统的总信道数M=W/B和区群小区数K,由于六边形蜂窝 结构共道再用因子 =D/r和区群小区数K的关系为: 3 K 小区可用信道数： W W MN K B B 2 3 ( C I ) min 2 3 ( C I ) min

多址接入技术 5.2 几种多址接入技术---时分多址(TDMA) 每个用户将占据一 个周期重复的时隙， 信道是在每一帧中 重复出现的特定时 隙，每个信道周期 性地重复占据一个 时隙。

防 护 间 隔 时隙 1 时隙 2

防 护 间 隔 时隙 3

t1

t2

t3 时间

t4

t5

t6 通信与信息工程学院

多址接入技术 5.2 几种多址接入技术---时分多址(TDMA)TDMA特点 在TDMA方式中，若干用户共用一个载波，但占用不同的 时隙。同一个时间内只有一个用户在占用信道。每帧的时隙数 取决于不同的调制方式和带宽。 由于一个用户只占用一个时隙，从连接开始到连

接结束， 用户并非一直占用整个频带，所以是非连续传输模式。 相比FDMA不需要陡峭的滤波器，所以价格比较便宜。 信息传输速率比较高，码元宽度一般比信号延时扩展小， 容易产生码间干扰，所以要采用均衡技术。通信与信息工程学院

多址接入技术 5.2 几种多址接入技术---时分多址(TDMA) 假设一个TDMA频道含有n个时隙，那么每个频道里的用 户容量就比FDMA多出了n倍，TDMA在一个频道上用n 个时隙来传n个话音，它所占用的频道带宽比FDMA要大 n倍。二者的系统容量是一样的。 TDMA的系统容量为：N W K B B W 2 3 ( C I ) min 2 3 M ( C I ) min

多址接入技术 5.2 几种多址接入技术---码分多址(CDMA)代 码

代码 4

代码 3 代码 2 代码 1 时间

众用户共用同一个载 波，并同时进行通信 传输。但每个用户具 有自己独有的伪码码 址，以与其他用户相 区分。用户窄带信息 被正交码组扩频后进 行传输。

频率通信与信息工程学院

多址接入技术 5.2 几种多址接入技术---码分多址(CDMA)CDMA特点 CDMA系统中的用户共享同一个载波，共用时间。

CDMA主要受“软容量”限制，当用户数增多时，系统性 能下降，当用户数减少时，系统性能改善。 软切换，即用户在跨小区通信时不必先中断原连接再去与 新小区连接，而是可以实现无中断切换。 码元宽度一般比信号延时扩展小很多，多径效应比较明显。

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多址接入技术 5.2 几种多址接入技术---空分多址(SDMA) SDMA是基于智能 天线技术，用波 束赋形来分隔不 同方向的用户， 使同一组资源可 以在不同方向上 复用。空间的划 分代表不同的用 户或者用户群， 在中心的时间、 频率及代码可以 与空间一起使用 作为划分用户的 工具。

空间 2

空间 1时间 代码 频率

多址接入技术 5.2 几种多址接入技术---空分多址(SDMA) SDMA特点 降低了信号全向发射带来的电磁污染与相互干扰，有方向 性的发送信息加入天线的方向性，使得在某一方向上的输出 功率比全向天线在同样要求下的小的多。 波束可以使用相同频率(TDMA模式),也可以使用不同 频率(FDMA模式),甚至可以使用CDMA,是一种十分自由 的接入方式。 充分利用了资源，由于可以与多种介入方式混合使用，可 以提高频带的利用率。 SDMA不受限于任何调制方式和空中接口协议。 扩大蜂窝系统的覆盖范围，降低系统整体造价和改善系统 管理。

多址接入技术 5.2 几种多址接入技术---空分多址(SDMA) 智能天线方向图 用户1一4拥有相同的 频率、时隙和扩频码 字，方向图中主

瓣对 准的方向为用户方向， 四个主瓣把空间分隔 开，每个用户使用相 同的频率、编码、时 隙，互相并不干扰。

多址接入技术 5.2 几种多址接入技术---空分多址(SDMA) 智能天线在SDMA中的应用智能天线作为空域处理主要手段的阵列信号处理技术，包 括高分辨阵列处理和自适应阵列天线两个主要分支，其研 究内容可分为数字波束形成技术、“陷零”技术及空间谱 估计等几个方面。 数字波束形成技术的主要目的是要使阵列天线方向图的主 瓣指向所期望的方向； “陷零”技术的主要目的是使天线的零点对准干扰方向。

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多址接入技术 5.2 几种多址接入技术---空分多址(SDMA)SDMA与FDMA/TDMA的结合 SDMA提高FDMA/TDMA蜂窝 系统容量的根本原因，在于其 对同信道干扰(CCI)的有效抑制。 对于FDMA/TDMA系统来说， 由于每个用户都有各自基于频 率或时隙划分所定义的无线信 道，所以同一小区内不存在同 信道干扰。

间信道(波束内)的CCI才被基站 接收，其数目一般少于智能天 线的阵元数，也意味着此时千 扰自由度小于天线自由度。

多址接入技术 5.2 几种多址接入技术---空分多址(SDMA)SDMA与CDMA的结合 由于在CDMA系统中的每个用户都是其它用户的干扰源 当在CDMA系统中运用智能天线实现SDMA后，进入SDMA 所定义的空间信道内的用户，数目相对来说仍然是较多的， 一般多于智能天线的阵元数目。 对于CDMA智能天线所形成的辐射方向图以最大增益主 瓣对准期望用户方向，同时，允许一部分多址干扰以较低 的增益进入基站接收机。

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多址接入技术 5.2 几种多址接入技术---空分多址(SDMA)SDMA的缺点： 由于智能天线阵元数目有限，导致其形成的波束具有一定宽 度，这意味着SDMA所建立的空间信道难以做到理想的“狭 窄”。 当大量用户处于同一方向时，SDMA划分的空间信道中仍存 在很强的多址干扰。 在时延较大时(时延超过码片宽度),SDMA难以解决用户多 径信号间的符号间干扰。

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多址接入技术 5.2 几种多址接入技术---OFDMA 正交频分多址(OFDMA)

OFDM(正交频分复用)技术

+

TDMA FDMA多址接入三者之一 CDMA

的一种新的多用户通信系统的接入方式。

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多址接入技术 5.2 几种多址接入技术---OFDMA

CDMA-OFDM 每个用户通过不同的扩频码字来共享同一个OFDM符号， 但这种方式存在着严重的多用户干扰。 TDMA-OFDM 在一段时间内将全部的频带分配给一个特定的用户 全部资源在时间轴上进行分割

设备实现上相对简单频带利用率低，带宽资源浪费

灵活性差TDMA-OFDM通信与信息工程学院

多址接入技术 5.2 几种多址接入技术---OFDMAFDMA-OFDM 将传输带宽划分成正交的子载波集，不同的用户占用不同 的子载波集，总资源在频率上分割。

能较好的处理突发数据要求有较大的功率消耗

FDMA-OFDM 通信与信息工程学院

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