1、第四章 移动通信主要技术 第一节 多址技术4.1.1 多址接入简介v问题描述:移动通信系统中基站的多路工作和移动台单路工作形成了移动通信的一大特点。基站以怎样的信号传输方式发送信号,使各移动台能从中识别发送给本移动台的信号?(下行)基站如何识别来自各个不同移动台的信号?(上行)多址方式是移动通信网体制范畴,关系到系统容量,小区构成,频谱和信道利用率以及系统复杂性。多址接入简介基本概念基本概念 实现不同地点、不同用户接入网络的技术实现不同地点、不同用户接入网络的技术多址接入与信道多址接入与信道信道：传输信息的通道无线信道：(f，t，C，S)分类：分类：频分多址(FDMA)，频道划分，频带独享，时
2、间共享时分多址(TDMA)，时隙划分，时隙独占，频率共享码分多址(CDMA)，码型划分，时隙，频率共享空分多址(SDMA)，空间角度划分，频率/时隙/码共享4.1.2 频分多址（一）频分多址（一）用用户户1用用户户2ff1f2.基本概念：每个用户占用一个频道用户地址：频道号频分多址(FDMA)：频道划分，频带独享，时间共享频分多址（二）频分多址（二）频分多址（三）频分多址（三）FDMA的特点比较简单、容易实现，适用于模拟和数字是以频率复用为基础的蜂窝结构，以频带划分各种小区需要周密的频率规划，是一个频道受限和干扰受限系统以频道分离用户地址，每一频道传输一个模拟/数字话路对功控要求不严，硬件设备
3、取决于频率规划和频道设置基站是多部不同载波频率发射机同时工作不宜在大容量的系统中使用FDMA中的干扰问题 互调干扰 概念概念：指系统内由于非线性器件(功率放大器)产生的各种组合频率成分落入本频道接收机通带内造成对有用信号的干扰。解决办法解决办法：减小产生互调干扰的条件，尽可能提高系统的线性程度，并选用无互调的频率集。(频率规划)邻信道干扰邻信道干扰概念概念：指相邻信道信号中存在的寄生辐射落入本频道带内造成对有用信号的干扰原因原因：带外抑制不够，非线性器件产生寄生辐射解决方法解决方法：规定收发信机的技术指标，即规定发射机的寄生辐射和接收机的中频选择性，还可采用加大频道间的隔离度。同同信道干扰信道
4、干扰概念概念：指相同频率电台之间的干扰。在蜂窝系统中，同信道干扰指相同区群中同信道信号之间的干扰解决方法解决方法：合理的蜂窝结构和频率规划（同频复用比Q）关键技术问题关键技术问题需要很好解决信道的非线性问题目标：希望保持发送频谱的形状，主瓣不会展宽，旁瓣不会隆起；此外，不会在其它频率上产生交调频率分量。方法：（1）采用高线性度的功率放大器；（2）合理配置频率避开交调分量；（3）功率放大器的输出功率倒退法；（4）功率放大器的线性补偿法。典型应用举例典型应用举例美国AMPS系统：FDMA/FDD，模拟窄带调频（NBFM），按需分配频率；同时支持的信道数：N（Bt2B保护）/Bc 其中，Bt 系统带
5、宽，Bc信道带宽，B保护为分配频率时的保护带宽。典型应用举例典型应用举例第一代移动通信是模拟式移动通信，都采用频分多址FDMA方式，最典型的有北美的AMPS和欧洲及我国的TACS体制。下面以TACS为例讨论FDMA方式：TACS多址划分控制信道控制信道890MHz915MHz935MHz960MHz45MHz上行（移动台至基站）下行（基站至移动台）1 210001 2100025KHz25KHz TACS的总可用频段：(与GSM频段相同)上行：890915MHz，占用25MHz；下行：935960MHz，占用25MHz。TACS采用频率双向双工FDD 方式。收/发频段间距为45MHz，以防止发
6、送的强信号对接收的弱信号的影响。每个话音信道占用25KHz频带，采用窄带调频（NBFM）方式。TACS系统可以支持的信道数为：其中 为TACS的可用频段带宽，为信道(话音)带宽。633225 102 10 10100025 10SCBBNB 保护SBCB典型应用举例（续）典型应用举例（续）v例：如Bt为12.5MHz，B保护为10KHz，Bc为30KHz，求FDMA系统的有效信道数。v解：N（Bt2B保护）/Bc 将上述数值代入即有N4164.1.3 时分时分 多多 址址(一一)v基本概念：基于时间分割信道v用户地址：时隙v引入的概念：时隙，帧，复帧，Burst等时时 分分 多多 址址(二二)
7、特点：以频率复用为基础的蜂窝结构，小区内以时隙分离用户每个时隙传输一路数字信号，时隙动态配置依靠软件系统需要严格的系统定时同步，但对功控要求不严格系统是时隙受限和干扰受限的 TDD模式下，上下行信道信息可以共享频段信道配置信道配置v TDMA/TDD、FDD 信道配置图代码时隙时间频率信道N信道1信道2信道3TDMA帧结构帧结构TDMA帧 头比特信息尾比特时隙1 时隙2 时隙3时隙n尾比特同步比特信息数据保护比特TDMA的效率的效率系统效率：在发射数据中信息所占的百分比，不包括系统开销；帧效率：发送数据比特在一帧中所占的百分比。TDMA的系统定时 TDMA系统突发定时关系移动台的移动性导致各移
8、动台到基站的距离不同，因此发送信号的延时也不相同。导致基站接收的信号相互交叠，干扰解决办法：用户提前发送重要问题：系统定时，保护时间和定时提前量系统定时：全网同步，切换位/时隙/帧/复帧同步定时保护时间 Guard Periods根据基站覆盖小区的半径 和电波传播时延确定TDMA系统的信道数系统的信道数 总的信道数：总的TDMA时隙数，即每一信道的TDMA时隙数乘以有效信道数。N(m(Btot 2B保护)/Bc m为每个信道所支持的TDMA用户数，Btot信道带宽，B保护保护带宽，Bc用户带宽。应用举例应用举例v例：GSM系统，总带宽25MHz，一个信道200KHz，具有8个TDMA用户，未设
9、保护带宽，求总用户数。解：Bc200/825KHz N25106/25 10310004.1.4 码码 分分 多多 址址码分多址(CDMA)：码型划分，时隙，频率共享 v采用扩频通信技术v每个用户具有特定的地址码（相当于扩频中的PN码),利用地址码相互之间的正交性(或准正交性)完成信道分离的任务.vCDMA在频率、时间、空间上重叠。v优点：系统容量大，抗干扰，抗多径能力高。CDMA特点特点方法：窄带调制信号与伪随机序列（PN码）直接相乘（直扩），或由PN序列控制载波发射频率（跳频），达到展宽频谱的目的。性能：（1）各用户使用同一频段，频谱效率较高；（2）具有抗多径、抗干扰特性；（3）采用RAK
10、E接收机提高抗多径性能；（4）PN码具有类似噪声的性能；（5）发射谱密度低，信号隐蔽。CDMA技术的分类技术的分类 直扩码分多址（DS-FHMA）跳频码分多址（FH-CDMA）混合码分多址（Hybrid-CDMA）直扩码分多址（直扩码分多址（DS-CDMA）扩频方法：用PN码进行乘法调制解扩方法：相关、匹配滤波等处理增益：GW/B多址时存在远近效应具有一定的抗干扰、抗衰落特点。DS-CDMA关键技术关键技术地址码的选择地址码的捕获与跟踪远近效应与功率控制DS-CDMA的优点的优点用户共享一个频率，无需频率规划；PN码的正交性；远近效应：功率控制；具有软容量限制，用户越多，性能越差，用户减少，性
11、能就变好；抗多径衰落：固有的频率分集；利用宏分集可以实现软越区切换；多用户干扰：PN码不完全正交；利用多用户检测提高系统性能和容量；利用多径，采用RAKE技术提高系统性能。跳频码分多址（跳频码分多址（FH-CDMA）实现方法：在发送端用PN码控制频率合成器，发射频率随PN序列在一定带宽跳变；在接收端实现本振的同步跳频，然后还原成某个固定中频，进行解调。处理增益：GW/B。多址通信时没有远近效应。具有良好的抗干扰特点。跳频码分多址（续）跳频码分多址（续）发送信息码中频调制上变频跳频本振跳频码发送信号跳频本振下变频解调跳频码捕获参考中频接收信号接收信息码进一步说明进一步说明采用跳频实现多址；每个地
12、址分配不同的跳频序列；安全性能好、抗干扰能力强；跳频同步跟踪是关键技术难点；存在深度衰落、存在频率碰撞问题；一般要求采用纠错编码和交织编码措施；纯跳频系统多用于军方抗干扰通信中。4.1.5 空分多址技术空分多址技术(SDMA)依靠智能天线技术利用天线实现空分多址利用天线实现空分多址控制用户的空间辐射能量；使用定向波束天线服务于不同用户；扇形天线是一种基本方式；自适应天线，效果更好；最适合和TDMA及CDMA系统结合。4.1.6 三种多址技术的比较三种多址技术的比较用用户户1用用户户2用用户户3ff1f2.用户1用户2用户3.tTS1TS2tfBtfC1C2C3用户1用户2多址方式与系统容量系统
13、容量的比较：在给定的总频带带宽给定的总频带带宽内，在保证通信质量保证通信质量的条件下能同时提供呼叫的个数。通信质量的定义：以信干比(S/I)来度量。S/I决定语音质量。cbbBRIEIS0FDMA和TDMA系统的容量蜂窝系统容量的限制因素：同信道干扰 FDMA与TDMA系统中信道正交，同一时间的小区内只允许一个用户占 用一个信道(频带或时隙)，小区内无同信道干扰同信道干扰来自相邻同频小区，频率复用因子邻信道干扰：FDMA(带外辐射)，TDMA(信号时延)FDMA/TDMA的系统容量每小区的信道数(m)sctctISBBKBBm)(321CDMA的系统容量的系统容量蜂窝系统采用CDMA的目的：增
14、大系统容量同信道干扰：本小区的用户多址干扰，邻小区的用户干扰 多址干扰或多用户干扰 CDMA的系统容量：信道数：频带+时隙+扩频码有效用户数(m)：考虑语音激活因子-d(35%)考虑扇区化因子-G,考虑频率复用效率-F)/(1)/()(100IESFIERBSImbbBc)/(10dIEFGSFSImb比较三种多址方式的容量系统AMPSGSMN-CDMA总频带宽带(MHz)1.251.251.25频道带宽(KHz)30301.25载频时隙数131信道数目41.7125频率复用因子741.33扇区数113语音激活因子0.35系统容量(信道数)631.25120FDMATDMACDMAmmm204
