1、主要内容n多址是一个什么样的问题？多址是一个什么样的问题？n允许冲突的多址方式简介允许冲突的多址方式简介n双工方式的回顾双工方式的回顾n无冲突的多址方式简介无冲突的多址方式简介n系统容量系统容量 多址是一个什么样的问题？多址是一个什么样的问题？1。n例如：美国当初为例如：美国当初为分配的频段是：分配的频段是：（共（共25MHz）用于用于通信，通信，（共（共25MHz）用于用于通信。通信。n又如：又如：的工作频段是：的工作频段是：（共（共25MHz）用于用于通信，通信，（共（共25MHz）用于用于通信。通信。n频谱是一种稀缺资源，并且已分配的频段不易被频谱是一种稀缺资源，并且已分配的频段不易被拓
2、展。鉴于此，无线系统必须为在指定频段内允拓展。鉴于此，无线系统必须为在指定频段内允许尽可能多的用户同时通信做出一些规定。许尽可能多的用户同时通信做出一些规定。多址是一个什么样的问题？多址是一个什么样的问题？2n使多个用户同时进行通信的问题可以被使多个用户同时进行通信的问题可以被划分为两个部分：划分为两个部分：n对某个特定基站而言，怎样与多个移动台同对某个特定基站而言，怎样与多个移动台同时通信？时通信？n多个基站情况下，如何将频谱资源分配给它多个基站情况下，如何将频谱资源分配给它们以使得可能用户的总数最大化？以及这些们以使得可能用户的总数最大化？以及这些基站在给定地理区域上如何布置？基站在给定地
3、理区域上如何布置？多址是一个什么样的问题？多址是一个什么样的问题？3通信网络使用通信资源（如频谱）的特点：通信网络使用通信资源（如频谱）的特点：为了提高资源的使用效率，通信资源为用户所为了提高资源的使用效率，通信资源为用户所。的本质是的本质是在共享通在共享通信资源的基础上，使系统中各个用户能够实现有信资源的基础上，使系统中各个用户能够实现有效的互通互联的技术效的互通互联的技术。互通互联的有效性指的是。互通互联的有效性指的是在保证用户通信的前提下尽可能地提高信道的使在保证用户通信的前提下尽可能地提高信道的使用效率。用效率。n所谓通信资源，也可以称作信道（所谓通信资源，也可以称作信道（Channe
4、l），），依照信道使用中依照信道使用中（即同时使用同一（即同时使用同一信道）出现，将多址技术分为：信道）出现，将多址技术分为：和和 。MA的适用性的适用性：实时、速率恒定，且具有一定的实时、速率恒定，且具有一定的端到端时延要求端到端时延要求。：突发（峰值速率远大于平均速突发（峰值速率远大于平均速率）、而对传输的实时性却要求不高率）、而对传输的实时性却要求不高。允许冲突的允许冲突的MA是指用户对信道的使用具是指用户对信道的使用具有系统无法控制（或不必控制）的突发有系统无法控制（或不必控制）的突发性和随机性，从而在共用信道时会发生性和随机性，从而在共用信道时会发生冲突的多址方式。冲突的多址方式。n
5、常用的允许冲突的常用的允许冲突的MA方式包括：方式包括：n纯纯ALOHA（Pure ALOHA）n时隙时隙ALOHA（Slotted ALOHA）n载波侦听多址（载波侦听多址（CSMA）ALOHA的易损（冲突）区间的易损（冲突）区间ALOHA与时隙与时隙ALOHA协议中分组发送的起始时刻不受限制，协议中分组发送的起始时刻不受限制，完全是随机的，这就增加了不同用户分组发生完全是随机的，这就增加了不同用户分组发生冲突的概率，造成系统的吞吐率（成功发送分冲突的概率，造成系统的吞吐率（成功发送分组的概率）受到较大的限制。组的概率）受到较大的限制。将发送时间划分成一个个的时隙，将发送时间划分成一个个的时
6、隙，时隙长度一般略大于用户分组长度。每个用户时隙长度一般略大于用户分组长度。每个用户分组的发送起始时刻只能是时隙的起始时刻，分组的发送起始时刻只能是时隙的起始时刻，这样就减小了发生碰撞的易损区间，从而减小这样就减小了发生碰撞的易损区间，从而减小了冲突概率，可以达到提高吞吐率的目的。了冲突概率，可以达到提高吞吐率的目的。吞吐量和传输延迟吞吐量和传输延迟CSMA：减小冲突，提高系统减小冲突，提高系统吞吐率的另一种办法就是吞吐率的另一种办法就是。CSMA是在发送之前进行是在发送之前进行“侦听侦听”来确定来确定信道的忙闲状态，然后再决定是否发送分组。信道的忙闲状态，然后再决定是否发送分组。即即“”。可
7、分为以下两种类型：。可分为以下两种类型：nCSMA/用于用于IEEE802.3 以太网（有线网），以太网（有线网），CD：冲突检测：冲突检测nCSMA/用于用于IEEE802.11 无线局域网，无线局域网，CA：冲：冲突避免突避免 FDD与与TDD1 FDD与与TDD2 FDD与与TDD3注意：双工开关在一次通话注意：双工开关在一次通话期间快速交替接通发射机和期间快速交替接通发射机和接收机，而用户并不会发觉接收机，而用户并不会发觉到这一点，用户体验到的是到这一点，用户体验到的是“全双工全双工”通信。通信。无冲突的无冲突的MAn所谓所谓是指是指由系统以特定的方由系统以特定的方式来划式来划 分信道
8、，然后将不同的信道分分信道，然后将不同的信道分配给不同的用户使配给不同的用户使 用，以保证信道使用，以保证信道使用过程中不发生冲突用过程中不发生冲突。n如：蜂如：蜂 窝网中，若采用窝网中，若采用FDMA方式，方式，一般不会在同一小区中同时使用同一频一般不会在同一小区中同时使用同一频道。道。常用的无冲突的常用的无冲突的MA 不同信道即不同不同信道即不同 不同信道即不同不同信道即不同 不同信道即不同不同信道即不同 不同信道即不同信道即FDMA是是TDMA和和CDMA的基础的基础n由于信号调制的结果是已调信号占用一由于信号调制的结果是已调信号占用一定的带宽，所以信号的无线传输最终表定的带宽，所以信号
9、的无线传输最终表现为对频谱的占用。因此现为对频谱的占用。因此FDMA是是TDMA和和CDMA的基础。的基础。n确切地说，确切地说，TDMA即即 CDMA即即 频分多址频分多址 FDMA时分多址时分多址 TDMATDMA的帧和时隙的帧和时隙GSM帧结构帧结构GSM时隙的类型时隙的类型n在在GSM术语中，术语中，又被称为又被称为，根据功用不同，根据功用不同，GSM共有共有5种突发类型：种突发类型：n常规突发，也就是业务突发；n频率校正突发；n同步突发；n随机接入突发；n空闲突发GSM的不同突发及其结构的不同突发及其结构（pp391）业务突发的组成n用来传送业务数据（如用户话音）的突发称为用来传送业
10、务数据（如用户话音）的突发称为业务突发，也称为常规突发。业务突发，也称为常规突发。一般由一般由4部分组成：部分组成：用于为功率上升、下降留出时间；：用于为功率上升、下降留出时间；：实际的有效载荷，比如：经过编码、交：实际的有效载荷，比如：经过编码、交织和加密处理的数字话音；织和加密处理的数字话音；：是已知序列，用于均衡。：是已知序列，用于均衡。：实际上是一段空白时间，用于防止在接：实际上是一段空白时间，用于防止在接收端（收端（BS处）不同用户时隙出现时间重叠。处）不同用户时隙出现时间重叠。保护间隔保护间隔n像像GSM这样的这样的TDMAFDD系统，系统都是系统，系统都是成对地向用户提供业务时隙
11、的，即前向和反向成对地向用户提供业务时隙的，即前向和反向链路使用相同编号的时隙（但前向链路时隙和链路使用相同编号的时隙（但前向链路时隙和反向链路时隙使用的发送载频不同）。由于移反向链路时隙使用的发送载频不同）。由于移动台处一般采用同一频率合成器生成本地载频，动台处一般采用同一频率合成器生成本地载频，所以它不可能同时形成不相同的前向链路接收所以它不可能同时形成不相同的前向链路接收载频和反向链路发射载频，因此，载频和反向链路发射载频，因此，GSM系统规系统规定，前向和反向相同编号时隙之间错开定，前向和反向相同编号时隙之间错开3个时个时隙的时间宽度。如下页图所示。隙的时间宽度。如下页图所示。保护间隔
12、的图示TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7fc1fc2一个前向帧（一个前向帧（8个时隙）个时隙）一个反向帧（一个反向帧（8个时隙）个时隙）TS0TS1TS2TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS5TS6TS7：这里：这里fc1和和fc2分别表示前向和反向链路载频，分别表示前向和反向链路载频，系统会同时提供一对时隙给用户使用，如一对系统会同时提供一对时隙给用户使用，如一对TS0，但它们之间有固定的，但它们之间有固定的3个时隙的偏移。个时隙的偏移。3个时隙的偏移个时隙的偏移为什么要留保护间隔？为什么要留保护间隔？1n3个时隙的偏移对于个时隙的偏移对于GSM系系统是个常数，
13、这就是说，基统是个常数，这就是说，基站会希望在针对某个用户发站会希望在针对某个用户发出出0号时隙以后，就能够在号时隙以后，就能够在2个时隙之后的时刻接收到该个时隙之后的时刻接收到该用户发出的反向链路的用户发出的反向链路的0号号时隙（与前者成对）。但是时隙（与前者成对）。但是在支持多用户在同一对载频在支持多用户在同一对载频上使用相邻时隙时就可能出上使用相邻时隙时就可能出现问题。现问题。MS1MS2n考虑如图所示情形，考虑如图所示情形，MS1和和MS2距离基站距离基站的远近不同。假定它的远近不同。假定它们使用同一对载频上们使用同一对载频上的相邻时隙，如：的相邻时隙，如：MS1使用使用TS0、MS2
14、使使用用TS1。为什么要留保护间隔？为什么要留保护间隔？2BS发送：发送：BS收到：收到：到达到达MS2：MS1发送：发送：MS2发送：发送：到达到达MS1：3个时隙的偏移个时隙的偏移3个时隙的偏移个时隙的偏移为什么要留保护间隔？为什么要留保护间隔？3n如上图所示，为了保证上行链路各时隙在基站处即使如上图所示，为了保证上行链路各时隙在基站处即使发生相互重叠也不致于影响彼此的数据内容，在作突发生相互重叠也不致于影响彼此的数据内容，在作突发结构设计时就在一个突发的末尾安排了一段留空时发结构设计时就在一个突发的末尾安排了一段留空时间间实际上在其间不发送任何比特，这就是保护间实际上在其间不发送任何比特
15、，这就是保护间隔。隔。n最稳妥的办法是将保护间隔留得最大最稳妥的办法是将保护间隔留得最大对应于对应于MS位位于小区边界处的情形。但这是非常不经济的，因为我于小区边界处的情形。但这是非常不经济的，因为我们希望一个突发期间应该有尽可能多的时间用于传送们希望一个突发期间应该有尽可能多的时间用于传送有效数据，而不是简单一律地设定保护间隔为最大值。有效数据，而不是简单一律地设定保护间隔为最大值。n于是，于是，GSM系统中系统中BS会根据小区中各会根据小区中各MS距离距离BS的不的不同距离来要求它们提前发送，距离远的同距离来要求它们提前发送，距离远的MS提前量要大提前量要大一些，即离得近的一些，即离得近的
16、MS少提前，离得远的少提前，离得远的MS多提前一多提前一些。这样一来，这样到达基站时就可以做到基本无重些。这样一来，这样到达基站时就可以做到基本无重叠了叠了。（最大）保护间隔的计算（最大）保护间隔的计算n由于用户的移动性，系统支持的各个用户与基站由于用户的移动性，系统支持的各个用户与基站间的距离可能是不同的，甚至是差异很大的。尤间的距离可能是不同的，甚至是差异很大的。尤其是工作于同一对双工载频上的其是工作于同一对双工载频上的8个用户，如果个用户，如果系统不加以控制，他们的时隙到达基站时就会发系统不加以控制，他们的时隙到达基站时就会发生重叠，从而导致双方的数据均受到破坏。生重叠，从而导致双方的数
17、据均受到破坏。n保护间隔保护间隔(Guard Period)是以是以为单位的，为单位的，GSM中每中每bit持续时间为持续时间为576.92/156.25=3.692s，电波，电波每秒钟传输每秒钟传输300,000,000米；考虑双向传输的开销，米；考虑双向传输的开销，如果基站距移动台距离为如果基站距移动台距离为d(米米)，则，则 =(2d/300)/3.692 若距离若距离d以以km计，则计，则所以最小可分辨的距离为所以最小可分辨的距离为553.8米米(0.5538公里公里)。：TDMA/FDD系统，假设信道速率为系统，假设信道速率为1Mbps，小区半径为小区半径为500m，计算此时需要计算
18、此时需要设置的保护段的大小（用比特表示）。设置的保护段的大小（用比特表示）。解：每解：每bit持续时间持续时间1s，双向往返最大双向往返最大距离为距离为1000m。相当于相当于1000/300/1=3.3bit。：GSM系统中，可使用的最大小区半系统中，可使用的最大小区半径为径为35公里，则最大保护间隔约为：公里，则最大保护间隔约为：63bit。GSM中的时间提前问题中的时间提前问题n时间提前量时间提前量()也是以也是以bit为单位的。因为在实为单位的。因为在实际业务信息（如，话音）通信过程中，业务信际业务信息（如，话音）通信过程中，业务信息在时隙中应该占主要的比例（如，息在时隙中应该占主要的
19、比例（如，GSM业务业务突发业务信息占突发业务信息占73），不可能再留出非常大），不可能再留出非常大的保护间隔，但上述在的保护间隔，但上述在BS处的时隙重叠问题仍处的时隙重叠问题仍然存在。然存在。GSM采用由基站向各移动台发送时间采用由基站向各移动台发送时间提前量（提前量（TA）的办法来避免重叠出现。因此，）的办法来避免重叠出现。因此，象业务突发中只保留象业务突发中只保留8.25bits的保护间隔的原的保护间隔的原因就在于已经做过因就在于已经做过TA处理了。处理了。TDMA/FDD与与TDMA/TDD实际的实际的TDMA系统比较系统比较码分多址码分多址 CDMA（即（即DS-SSMA）用用DS
20、SS实现多址实现多址1n使用直接序列扩频技使用直接序列扩频技术区分用户的方法是术区分用户的方法是给不同用户分配互不给不同用户分配互不相同的扩频码，而不相同的扩频码，而不同用户可以同时、并同用户可以同时、并占用相同载频发送。占用相同载频发送。n当然，不同用户所使当然，不同用户所使用的扩频码还必须具用的扩频码还必须具备一定条件。备一定条件。基站处的扩频发射系统，可以同时基站处的扩频发射系统，可以同时将针对将针对K个用户的扩频信号发送出个用户的扩频信号发送出去，每个用户使用不同的伪随机码去，每个用户使用不同的伪随机码PNk，k1,K。用用DSSS实现多址实现多址2在基带在基带一个码一个码元元上做积分
21、上做积分n以下为用户以下为用户1处接收机的原理图。用户处接收机的原理图。用户1将采用将采用自己的扩频码自己的扩频码PN1进行解扩，但是应当注意到，进行解扩，但是应当注意到，基站可能同时发射针对多个用户的信号，该如基站可能同时发射针对多个用户的信号，该如何消除其他用户对用户何消除其他用户对用户1的影响，保证正确接的影响，保证正确接收呢？收呢？多用户时扩频码应具有的特点多用户时扩频码应具有的特点n扩频码应该是伪噪声（扩频码应该是伪噪声（PN）码，即具有）码，即具有近似于噪声的功率谱密度，也就是要求近似于噪声的功率谱密度，也就是要求扩频码在时域具有强的自相关峰值；扩频码在时域具有强的自相关峰值；n码
22、族中各个码字间具有良好的互相关特码族中各个码字间具有良好的互相关特性，即要求接近于零的互相关值；性，即要求接近于零的互相关值；n码族之中应包含足够数量的扩频码。码族之中应包含足够数量的扩频码。Walsh序列族序列族1n兼具理想的自相关特性和理想的互相关特性的兼具理想的自相关特性和理想的互相关特性的码族并不好找，而且往往会码族并不好找，而且往往会“顾此失彼顾此失彼”。但。但是，在进行多址应用时，我们更看重的是互相是，在进行多址应用时，我们更看重的是互相关特性。具有理想自相关特性的正交序列族是关特性。具有理想自相关特性的正交序列族是可以找到的。比如：可以找到的。比如：Walsh序列族。序列族。nW
23、alsh序列由以下序列由以下Hadamard矩阵定义：矩阵定义：，n=1，2，。递推的初始矩阵为：。递推的初始矩阵为：()()(1)()()nnnhadhadhadnnhadhadHHHHH(1)1111hadHWalsh序列族序列族2nWalsh序列族中的各个序列对应于序列族中的各个序列对应于Hadmard矩矩阵的每一列。阵的每一列。n例如：长度（亦称作周期）为例如：长度（亦称作周期）为4的的Walsh序列对序列对应于应于 ，而，而 不难验证，在彼此对齐的情况下，它们相互正不难验证，在彼此对齐的情况下，它们相互正交。交。(2)hadH(1)(1)(2)(1)(1)11111111111111
24、11hadhadhadhadhadHHHHHIS95使用的扩频码使用的扩频码nIS95的下行链路（的下行链路（BSMS）采用）采用Walsh序列进行扩频，序列进行扩频，所用序列为所用序列为，即对应于，即对应于 的各列。扩的各列。扩频增益为频增益为64。n值得一提的是，值得一提的是，IS95的上行链路并不将的上行链路并不将Walsh序列用于扩序列用于扩频。这是因为，下行链路可以保证针对各个用户的信号的频。这是因为，下行链路可以保证针对各个用户的信号的同时发送，而就上行链路而言，不同用户的信号不可能同同时发送，而就上行链路而言，不同用户的信号不可能同时到达基站。而时到达基站。而Walsh序列仅在彼
25、此间不存在时移时能够序列仅在彼此间不存在时移时能够保证完全正交，在相互之间存在任意时移时，反而会具有保证完全正交，在相互之间存在任意时移时，反而会具有较大的互相关值。于是上行链路采用同一较大的互相关值。于是上行链路采用同一m序列（长码）序列（长码）的不同时移版本实现不同用户的扩频。的不同时移版本实现不同用户的扩频。)(hadH6解扩的实现解扩的实现多址干扰和多址干扰和CDMA系统的功率系统的功率控制问题控制问题n多址干扰指用于特指多址干扰指用于特指CDMA系统中，由于采用系统中，由于采用不同扩频码进行扩频而引起的相互干扰。在经不同扩频码进行扩频而引起的相互干扰。在经过信道传播以后，即使是理论上
26、完全正交的码，过信道传播以后，即使是理论上完全正交的码，由于衰落等因素的影响可能也不再具有零互相由于衰落等因素的影响可能也不再具有零互相关值。关值。在远近效应发生时，多址干扰甚至会导在远近效应发生时，多址干扰甚至会导致系统无法正常运作。所以为了克服远近效应、致系统无法正常运作。所以为了克服远近效应、减轻多址干扰、保证系统正常运作和提高系统减轻多址干扰、保证系统正常运作和提高系统容量就必须进行功率控制。容量就必须进行功率控制。n上行链路功率控制要达到的目标是：小区内所上行链路功率控制要达到的目标是：小区内所有用户发出的信号在到达基站时都具有相同的有用户发出的信号在到达基站时都具有相同的接收信号强
27、度，并且各用户的接收信干比刚好接收信号强度，并且各用户的接收信干比刚好等于系统所要求的最小信干比。等于系统所要求的最小信干比。码分多址码分多址 CDMA的优点的优点n完全频率复用，即区群大小完全频率复用，即区群大小N1，基本不用进基本不用进行频率规划；行频率规划；n支持软切换，提高了切换性能；支持软切换，提高了切换性能；n高传输可靠性，采用高传输可靠性，采用Rake接收；接收；n软容量，考虑干扰受限、软容量，考虑干扰受限、BS处理想功控，处理想功控，BPSK相干解调时，相干解调时，。为为单单个个小小区区的的用用户户数数 K,KGQPSSe 13跳频多址跳频多址SSMAnCDMA属于扩频多址（属
28、于扩频多址（SSMA）技术，常见的）技术，常见的SSMA方式还有跳频多址（方式还有跳频多址（FHMA），同步的），同步的跳频多址如下图所示：跳频多址如下图所示：n信号严格定向发送，减小了相互之间的干信号严格定向发送，减小了相互之间的干扰。扰。n对单个用户可以形成多个波束来实现多径的最对单个用户可以形成多个波束来实现多径的最大比合并，并在干扰方向上形成零陷。大比合并，并在干扰方向上形成零陷。多址和双工方式的系统例多址和双工方式的系统例FDMA系统容量计算系统容量计算1FDMA系统容量计算系统容量计算2定义：系统容量记作定义：系统容量记作m，m=信道数信道数/小区，小区，其中，其中，Bt为总带宽，
29、为总带宽，Bc为频道带宽。为频道带宽。N为区群大为区群大小小。若仅考虑第一层同频小区，则信干比。若仅考虑第一层同频小区，则信干比(载干载干比比)为：为：，n以上约束关系，以上约束关系，。tcBmB N211136666nnnnnCRDQNIDRFDMA系统容量计算系统容量计算3nn=4时，FDMA/FDD系统的容量为：系统的容量为：。nTDMA/FDD系统的容量系统的容量：，n其中，其中，s为每载频的时隙数。为每载频的时隙数。min23tcBmCBImin23tcsBmCBI系统间的容量比较系统间的容量比较nAMPS系统系统 Bt=25MHz，Bc=30kHz；总信数；总信数833个。个。，相
30、应的，相应的，N=7。m=119信道信道/小区小区。nUSDC(即即DAMPS)系统系统 Bt=25MHz，Bc=30kHz；每载频每载频3个时隙个时隙(s=3)，总信道数，总信道数2500个。个。，相应的，相应的，N=4。m=625信道信道/小区小区。蜂窝CDMA的容量nCDMA系统的容量时干扰受限的，而在FDMA和TDMA中时带宽受限的。干扰的减少将导致CDMA系统容量的提高。CDMA系统的容量可表示为：0/1/bWRNEN 提高CDMA系统容量的方法n使用定向天线，如使用3个120o的定向天线会使得干扰降为原来的1/3，即用 N0=N0来代替原来的N0。n使用语音激活检测，在没有语音激活
31、的阶段关掉发射机。语音激活用一个因子来表示。n使用了定向天线和语音激活检测之后，每个扇区的用户容量为：01/1/sbWRNEN n树立质量法制观念、提高全员质量意识。22.11.2422.11.24Thursday,November 24,2022n人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。6:05:166:05:166:0511/24/2022 6:05:16 AMn安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦绷。22.11.246:05:166:05Nov-2224-Nov-22n加强交通建设管理，确保工程建设质量。6:05:166:05:166:05Thursday,November 24,202
32、2n安全在于心细，事故出在麻痹。22.11.2422.11.246:05:166:05:16November 24,2022n踏实肯干，努力奋斗。2022年11月24日上午6时5分22.11.2422.11.24n追求至善凭技术开拓市场，凭管理增创效益，凭服务树立形象。2022年11月24日星期四上午6时5分16秒6:05:1622.11.24n严格把控质量关，让生产更加有保障。2022年11月上午6时5分22.11.246:05November 24,2022n作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2022年11月24日星期四6时05分16秒6:05:1624 November 2022n好的事情马上就会到来，一切都是最好的安排。上午6时5分16秒上午6时5分6:05:1622.11.24n一马当先，全员举绩，梅开二度，业绩保底。22.11.2422.11.246:056:05:166:05:16Nov-22n牢记安全之责，善谋安全之策，力务安全之实。2022年11月24日星期四6时05分16秒Thursday,November 24,2022n相信相信得力量。22.11.242022年11月24日星期四6时05分16秒22.11.24谢谢大家！谢谢大家！
