6-移动通信的基本技术之多址技术

在通信过程中，分配给用户的频道是由系统的控 制中心在通信建立阶段，临时分给某一用户的， 在呼叫的整个过程中，其他用户不能共享这一频 道。通信结束后，该用户释放频道，系统重新分 给有需要的用户使用。
1.FDMA
每次通信时，基站和移动台占用一对频道，一个 用作上行信道，一个用作下行信道。
上行信道占有较低的频带，下行信道占有较高的 频带，中间为保护频带。
概念：以不同编码特征区分不同的用户信号
每个用户、信息、基站用不同的编码调制（地址调制）
(1)原理
发端：不同用户信息用不同的地址码调制后传输 收端：用与发送端相同的地址码解调获取自己的信息
码分多址(CDMA)
码分多址技术按照码序列来划分信道, 即给不同的用户分 配一个不同的编码序列以共享同一信道。 码分多址技术是 第二代移动通信的演进技术和第三代移动通信的基本技术。 在CDMA系统中, 每个用户被分配给一个惟一的伪随机码 序列(扩频序列), 各个用户的码序列相互正交, 因而相关性 很小, 由此可以区分出不同的用户。与FDMA划分频带和 TDMA划分时隙不同, CDMA既不划分频带又不划分时隙, 而是让每一个频道使用所能提供的全部频谱, 因而CDMA 采用的是扩频技术, 它能够使多个用户在同一时间、同一 载频以不同码序列来实现多路通信。
码分多址(CDMA)
与FDMA、TDMA相比，CDMA具有容量大、低功率、软 切换、 抗干扰能力强等一系列优点。
CDMA通信系统容量是TDMA通信系统的4-6倍，是 FDMA通信系统的20倍左右。是第三代移动通信系统的主 要方案。
码分多址(CDMA)
以上三种多址技术相比较, CDMA技术的频谱利 用率最高, 所能提供的系统容量最大, 它代表了多 址技术的发展方向; 其次是TDMA技术, 目前技术 比较成熟, 应用比较广泛; FDMA技术由于频谱利 用率低, 将逐渐被TDMA和CDMA所取代, 或者与 后两种方式结合使用, 组成TDMA/FDMA、 CDMA/FDMA方式。
导频信 号强度
3. CDMA
软切换特性
• MS在切换时先不中断与原基站的连接，在与目标基站建立可 靠通信后，再中断与原基站的通信
• 一个MS可有多个BTS同时提供通信连接
上下行功率控制
• GSM中利用APC对MS进行功率控制（上行） • CDMA可对MS进行上行信号功率控制，也可对BTS进行下行 信号功率控制
若R=35km，则τ=166.66μs 令保护时间Tg>166.66μs 如：GSM中，接入突发AB的保护间隔为252μs， 这是因为系统对接入突发不能提供定时提前量信息
(=68.25/270.833k)
252>166.66 满足，不需时间提前
不满足，时间提前
2.TDMA
特点
少量发射机可避免多发射机同时工作而产生互调干扰， 抗干扰能力强，保密性好 不存在频率分配问题，对时隙管理和分配简单经济。对 时隙动态分配，有利于提高容量，系统容量较FDMA大。 空闲时隙可用来检测信号强度或控制信息，有利于加强 网络的控制功能和保证MS的越区切换 需要严格定时与同步，以免信号重叠或混淆。因为信道 时延不固定 可提高频谱利用率，减少BS工作频道数，从而降低BS 造价，方便非话业务的传输
3. CDMA
(2)特点：
频率利用率高
• 使用相同频率，占用相同带宽，同时收发信号
容量大
• 容量：CDMA>TDMA>FDMA • CDMA约是TDMA的4～6倍 约是FDMA的20倍
3. CDMA
软容量特性
• 高负荷时，适当降低通信质量提高系统容量； • 小区呼吸：高负荷小区可适当降低导频信号强度，使周边用户 切换到相邻低负荷小区
概念：以频率区分不同的用户信号
每个用户占用一个频道传输信息 区别于FDD（频分双工） FDM（频分复用）
原理：
发端：每个用户的信息调制到不同载频上传输 收端：接收解调获取自己的信息
1.FDMA
频分多址技术按照频率来分割信道, 即给不同的用户分配 不同的载波频率以共享同一信道。 频分多址技术是模拟 载波通信、 微波通信、卫星通信的基本技术, 也是第一代 模拟移动通信的基本技术。
2.TDMA
T1 移动台 T2 … Tm … … Tm T1 Tm … T2 … T1 … T2 T1 T
…
W
…
基站
… T1 T2 T3 T4 1帧 Tm t
2.TDMA
同步
位同步(比特同步) 帧同步
同步码 或从信号中提取时钟
系统定时(全网同步)----主从同步方式
定时提前量TA：
4.SDMA
(1) 配合电磁波传播特性可以使不同地域的用户在同一时间使用相同
频率来实现互不干扰的通信。典型的应用是利用定向天线或窄波束天 线，使电磁波按确定的指向辐射或局限在波束范围内，不同的指向或 波束范围内可以使用相同的频率。 (2) 控制发射信号的功率，使电磁波仅作用在有限的距离范围内，而 在电磁波作用范围以外的区域仍可使用相同的频率。
多址技术
多址技术
发端：给用户信息赋予不同的特征，然后向空中发射，自然合路 收端：根据不同的特征，从空中提取自己的信号 适用于无线传输
• 提高频率利用率
类型（不同特征）
• FDMA（频率） • TDMA（时间） • CDMA（编码） • SDMA（空间方向）
多址技术
1. FDMA
4. SDMA
定向天线多波束天线
概念：以不同空间方向性区分不同的用户信号
每个用户占用不同的空间波束
原理：（波束赋形）
根据来波方向角估算确定定向发射方向
自适应阵列天线
4.SDMA
SDMA就是利用不同的用户空间特征(即通过空间 的分割)来区分不同的用户，从而实现多址通信的 方式。目前利用最多也是最明显的用户空间特征 是用户的方位。
在多点之间实现多址通信与点到点之间的信号复用通信在技术上有所 不同，信号复用的目的在于区分多路， 而多址通信的目的在于区分多 个动态地址(例如用户号码等)； 复用技术通常在中频或基带上实现，而多址技术通常在射频上实现， 它利用射频辐射的电磁波来寻找识别动态地址；多址通信存在多址干 扰问题，多址干扰是由于多个用户要求同时通信， 而系统不能完全将 它们彼此隔离开而引起的干扰； 复用技术是一个点对点传输问题，而 多址技术则是一个点对多点的通信问题。
(b)
(a) DS-CDMA; (b) FH-CDMA
码分多址(CDMA)
在CDMA系统中，由于所有用户都使用相同的频段和相同 的时隙，用户仅靠地址码序列的不同(互相关特性)加以区 分。由于信道噪声干扰的影响， 可能会使用户地址码序列 之间的互相关不为零，则用户间就存在着干扰，称为多址 干扰。多址干扰是CDMA通信中最主要的干扰。 干扰的 大小将直接影响CDMA系统容量。因此，如何有效地克服 和抑制多址干扰是CDMA系统中最主要、最关键的问题， 解决的方法有： 扩频码设计、 多用户检测、 功率控制等。
抗干扰、抗衰落、保密性好
• 地址码调制（地址码的正交性） • 扩频技术的应用
(3)CDMA系统容量
容量：CDMA>TDMA>FDMA
CDMA的容量不固定（软容量）
CDMA约是TDMA的4～6倍 约是FDMA的20倍
(4)码同步
CDMA中特有的
收端地址解调时须用与发端完全相同的地址码
1. FDMA
特点：
频率利用率低，系统容量有限。每个频道一对频率，只可送一路话音
信息连续传输。 FDMA不需要复杂的成帧、同步和突发脉冲序列的传输，MS设备相 对简单。技术成熟，易实现，但系统中多个频率信号易相互干扰，且 保密性差 BS的共用设备成本高且数量大，每个信道需要一套收发信机 越区切换时，只能在话音信道中传输数字指令，要抹掉一部分话音而 传输突发脉冲序列 容易产生信道间的互调干扰，通信质量差，保密性差；频道有限，系 统容量小，不能容纳较多用户。
独立应用于模拟系统
2.TDMA
概念：以传输时间区分不同的用户信号
每个用户占用一个频道的不同时间段传输信息
区别于TDD（时分双工），TDM（时分复用）
原理：
发端：每个用户的信息调制到一个载频上在规定的 时间段传输 收端：在规定的时间段接收，解调获取自己的信息
2.TDMA
时分多址技术按照时隙来划分信道, 即给不同的用户分配 不同的时间段以共享同一信道。 时分多址技术是数字数 据通信和第二代移动通信的基本技术。 TDMA是在给定传输频带的条件下，把传递时间划分成周 期性的帧，每一帧再分割成若干时隙ΔTi，每个时隙就是 一个通信信道， 分配给一个用户， 即λi=ΔTi 的情况。用 户收发各使用一个指定的时隙。 在发送端， 各个用户在 指定的时隙发射信号(突发信号)。
2.TDMA
TDMA系统只能传送数字信号。例如在GSM数字蜂窝系统 中， 应用FDMA和TDMA 混合技术。其中，FDMA在 GSM 900 MHz频段的上行(移动台到基站)890～915 MHz 或下行（基站到移动台）935～960 MHz频带内分配了124 个载波频率(简称载频)， 各个载频之间的间隔为200 kHz。 上行载频与下行载频是成对的(双工通信)。双工收发载波 对的频率间隔(双工保护频带)为45 MHz。TDMA工作在 GSM 900 MHz的每个载频上，把时间分成由八个时隙(信
作用：实现本地地址码与接收信号地址码的同步
频率上相同，相位上一致
码分多址(CDMA)
CDMA 有两种主要形式：直接序列扩频码分多址 (DS-CDMA) 和跳频码分多址 (FH-CDMA) ，如图所 示，前者多用于民用，后者多用于军事。
f T f F 跳频 带宽 F
T
t
t
(a)
移动通信的基本技术
机电信息工程学院 主讲；任元吉
广州城建职业学院
移动通信的基本技术
【本章内容简介】本章着重介绍了移动通信系统所涉及的 主要技术，通过学习调制解调技术、编码技术、交织技术、 基带传输、多址技术、跳频扩频技术和分集接收技术，了 解这些技术的基本概念、主要特点、应用范围和方式，为 掌握移动通信系统的工作原理和方法打下坚实的基础。 【学习重点与要求】重点掌握调制解调技术、编码技术、 跳频扩频技术等的基本概念、主要特点和应用范围，了解 MSK类调制的性能比较，掌握伪随机（PN）序列基本特 性。
在FDMA系统中, 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, 相邻子频带之 间无明显的干扰。
1. FDMA
1.FDMA
在采用FDMA的通信系统中，频道就是信道，信 道也称作频道，故频道宽度应能保证传输一路语 音信号。
为避免与下一时隙的信息重叠，根据估算的传播时 延确定发射的提前时间。 与突发中的保护间隔有相同功能
TA根据MS与BTS间距离而定，在MS与BTS间不断 传送
2.TDMA
例：若小区半径为R，电波传播速率为c，则传播时延为 τ=R/c
若R=10km，则τ=33.3μs 令保护时间Tg=τ，甚至略小一些 如：GSM中，NB的保护间隔为30.46μs。 (=8.25/270.833k) 30.46<33.3
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电波传播分析 调制与解调技术
编码和解码技术
多址技术
抗噪声和干扰技术
交织技术 分集技术
多址技术 多路复用
发端：用专门的合路设备将多用户信号合在一条路
径上传输
收端：用分路设备将各用户的信号分开 适用于有线传输
• 提高中继线路的利用率
多址技术
在频分复用（FDM）点对点通信过程中，传输频带按频率划分成互不 重叠的多路信道， 每一路信道可传送不同的信号，从而实现多路信号 的传送。
道)组成的TDMA帧， 帧长为4.6 ms，F1－f1=45 MHz，如
图 所示
2.TDMA
时隙0
时隙1
时 隙7
…
MS 0
BS
MS 1
MS 7
(a)
f1 f2 … 上行频带 890 MHz 915 MHz 935 MHz 下行频带 960 MHz f1 24 F1 F2 … f F1 24
(b)
3. CDMA