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1、移动通信原理与应用第七章 移动通信中的多址接入技术主要内容概述FDMA方式TDMA方式CDMA方式SDMA方式系统容量习题 问题描述：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。作形成了移动通信的一大特点。 1)1)基站以怎样的信号传输方式发送信号，使各移动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）台能从中识别发送给本移动台的信号？（下行） 2)2)基站如何识别来自各个不同移动台的信号？（上基站如何识别来自各个不同移动台的信号？（上行）行） 多址方式是移动通信网体制范畴，关
2、系到系统容量，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，频谱和信道利用效率以及系统复杂性。小区构成，频谱和信道利用效率以及系统复杂性。 7.1 概述概述7.1 概述概述多址接入的数学基础s(c,f,t)=c(t)s(f,t)正交分割原理c1(t), c2(t),., cN(t), CDMAs(f1,t), s(f2,t),.,s(fN,t), FDMAs(f,t1), s(f,t2),.,s(f,tN), TDMA码型函数7.1 概述概述基本概念多址接入与信道分类频分多址(FDMA),频道划分,频带独享,时间共享时分多址(TDMA),时隙划分,时隙独享,频率共享码分多址(CDMA
3、),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7.2 频分多址方式频分多址方式7.2.1 系统原理频分多址（频分多址（Frequency Division Multiple Access- FDMA): 频道划分，频带独享，时间共享频道划分，频带独享，时间共享 7.2 频分多址方式频分多址方式信道1信道2信道3信道N代码频率时间7.2 频分多址方式频分多址方式FDMA系统的频谱管理FDD, Frequency Division Duplex.反向信道 保护频带 前向信道保护频隙f1 f2 fN f1 f2 fN 7.2 频分多址方式频分多址方式无线通信系统的
4、多址接入方式7.2 频分多址方式频分多址方式7.2.2 FDMA系统中的干扰问题互调干扰非线性效应线性度，频率规划邻道干扰寄生辐射频道间隔同频道干扰同频小区蜂窝结构7.2 频分多址方式频分多址方式7.2.3 FDMA系统的特点1.单路单载波传输：每个频道只传送一路业务信息。单路单载波传输：每个频道只传送一路业务信息。载波间隔必须满足业务信息传输带宽的要求。载波间隔必须满足业务信息传输带宽的要求。2.信号连续传输：在分配好话音信道后，基站和移动信号连续传输：在分配好话音信道后，基站和移动台同时连续不断的发送和接收。台同时连续不断的发送和接收。3.需要周密的频率规划，是一个频道受限和干扰受限需要周
5、密的频率规划，是一个频道受限和干扰受限系统。系统。4.实现简单，无需自适应均衡。实现简单，无需自适应均衡。5.基站需要多个收发信道设备基站需要多个收发信道设备,越区切换复杂。越区切换复杂。6.频率利用率低，容量小。频率利用率低，容量小。7.3 时分多址时分多址7.3.1时分多址系统原理时分多址系统原理 （Time Division Multiple Access- TDMA): 时隙划分，时隙划分，时隙独享，频率共享时隙独享，频率共享 7.3 时分多址时分多址7.3 时分多址时分多址时分复用时分复用7.3 时分多址时分多址7.3.2 TDMA的帧结构的帧结构 头比特 信息 尾比特 时隙1 时隙
6、2 时隙3 时隙N 尾比特 同步比特 信息数据 保护比特一个TDMA帧7.3 时分多址时分多址7.3.2 TDMA的帧结构的帧结构 TD-SCDMA的帧结构上下行非对称业务时隙动态分配UpPTS(160chips)Subframe 5ms (6400chip)1.28McpsDwPTS(96chips)GP (96chips)Switching PointSwitching Point7.3 时分多址时分多址7.3.3 TDMA系统的同步与定时位同步针对每个时隙，接收机解调所需帧同步针对每个帧，进行复用/解复用所需系统定时全网同步，时间基准主从同步独立时钟同步7.3 时分多址时分多址7.3.3
7、 TDMA系统的同步与定时7.3 时分多址时分多址7.3.4 TDMA系统的特点突发传输速率高语音编码速率，NR bit/s；发射信号速率随N的增大而提高,需要自适应均衡；不需双工器；基站复杂性减小；抗干扰能力强，频率利用率高，容量大越区切换简单IS-136和GSM则综合了FDMA和TDMA7.4 码分多址码分多址7.4.1 系统原理系统原理 码分多址（码分多址（Code Division Multiple Access- CDMA):码形划分，时隙、频率共享码形划分，时隙、频率共享 信道1信道2信道3信道N代码频率时间7.4 码分多址码分多址CDMA系统工作原理 MSC MS1 MS2 MS
8、3 C1 C1 C2 C2 C3 C3 BS 7.4 码分多址码分多址7.4 码分多址码分多址 扩频解调 信息解调 D1 PN码发生器 同步电路 扩频调制 信息调制 信息 PN码发生器 B1 B2 B2+N B1 D1 N：噪音 7.4 码分多址码分多址7.4.2 正交Walsh函数Walsh函数波形 t t t t t t t t Wal(0,t) Wal(1,t) Wal(2,t) Wal(3,t) Wal(4,t) Wal(5,t) Wal(6,t) Wal(7,t) 0000000000001111001111000011001101 1001 1001 1010010101 1010
9、010101017.4 码分多址码分多址7.4.2 正交Walsh函数递推关系220242 2220000000101(0) 0100110110HHHHHHHH4484 4440000000000001111001111000011001101 1001 1001 1010010101 101001010101HHHHHH2NNNNNHHHHH7.4 码分多址码分多址7.4.2 正交Walsh函数同步时，同步时，Walsh码是完全正交码（自相关函数码是完全正交码（自相关函数为为1，互相关函数为，互相关函数为0）在非同步情形下，在非同步情形下，Walsh码的自相关特性和互码的自相关特性和互相关
10、特性很差相关特性很差Walsh码序列的功率谱分布彼此不均匀码序列的功率谱分布彼此不均匀;所以不能单独承担扩频任务，通常采用所以不能单独承担扩频任务，通常采用Walsh码与码与Gold序列的结合序列的结合7.4 码分多址码分多址7.4.3 m序列伪随机码：生成m序列是最长线性移位寄存器序列的简称；序列是最长线性移位寄存器序列的简称；m序列是由多级移位寄存器或其他延迟元件序列是由多级移位寄存器或其他延迟元件通过线性反馈产生的最长的码序列。在二进通过线性反馈产生的最长的码序列。在二进制移位寄存器发生器中，若制移位寄存器发生器中，若n为级数，则所为级数，则所能产生的最大长度的码序列为能产生的最大长度的
11、码序列为2n-1位。位。7.4 码分多址码分多址7.4.3 m序列伪随机码：产生电路7.4 码分多址码分多址7.4.3 m序列伪随机码：性质在在m序列中一个周期内序列中一个周期内“1”的数目比的数目比“0”的数的数目多目多 l位位; 一般说来，一般说来，m序列中长为序列中长为k(1 k n 2)的游的游程数占游程总数的程数占游程总数的l2km序列和其位移序列模序列和其位移序列模2加后仍为加后仍为m序列；序列；m序列发生器中的移位寄存器的各状态中，除序列发生器中的移位寄存器的各状态中，除全全0外，其他状态在一个周期中只能出现一次。外，其他状态在一个周期中只能出现一次。7.4 码分多址码分多址7.
12、4.3 m序列伪随机码：自相关和互相关m序列的自相关函数由下式计算序列的自相关函数由下式计算(p = 2n 1):m序列发生器中，并不是任何抽头组合都能产序列发生器中，并不是任何抽头组合都能产生生m序列。序列。总结：总结：m序列的自相关性很好，但互相关性不好序列的自相关性很好，但互相关性不好并为多值，好的并为多值，好的m序列数目很少序列数目很少7.4 码分多址码分多址7.4.3 m序列伪随机码：自相关性互相关计算ai=1110100与bi=1110010t0时,ai+ bi=0000110,A=5,D=2,Rc=3/7t1时,ai+ bi=1001101,A=3,D=4,Rc=-1/77.4
13、码分多址码分多址7.4.4 Gold序列序列R.Gold 于于1967年提出的一种基于年提出的一种基于m序列优选对的序列优选对的码序列码序列;有较优良的自相关和互相关特性，构造简单，产有较优良的自相关和互相关特性，构造简单，产生的序列数多，因而获得了广泛的应用生的序列数多，因而获得了广泛的应用;如有两个如有两个m序列，它们的互相关函数的绝对值有序列，它们的互相关函数的绝对值有界，且满足以下条件：界，且满足以下条件： 称这一对称这一对m序列为优选对。序列为优选对。7.4 码分多址码分多址7.4.4 Gold序列序列:发生电路7.4 码分多址码分多址7.4.4 Gold序列序列:特性相关特性：优良
14、自相关峰尖锐，互相关函数值-t(n)/P数量：多，2n+1周期P=2n-1平衡性：好一个周期内，“1”码元个数比“0”码元个数仅多一个 = 平衡调制时抑制载波峰平比n为奇时,有2n-1+1个;n为偶时,有2n-1+2n-2+1个7.4 码分多址码分多址7.4.5 CDMA系统的特点系统的特点共享频率；共享频率；通信容量大；通信容量大；容量具有软特性；容量具有软特性；减小多径衰落；（频率分集）减小多径衰落；（频率分集）平滑的软切换和有效的宏分集平滑的软切换和有效的宏分集低信号功率谱密度低信号功率谱密度7.4 码分多址码分多址 扩频通信具有很强的干扰抑制的能力，常用扩频通信具有很强的干扰抑制的能力
15、，常用扩频增益表示系统的抗干扰能力：扩频增益表示系统的抗干扰能力： Bw为扩频信号带宽；为扩频信号带宽； Bs为信息带宽；为信息带宽； (C/N)o和和(C/N)i为扩频解调器输出和输入载为扩频解调器输出和输入载波噪声功率比。波噪声功率比。 ioswpNCNCBBG)/()/(7.4 码分多址码分多址7.4.5 CDMA系统的特点系统的特点主要问题有主要问题有多址干扰多址干扰由不同步用户的扩频序列间不正交性，导致非零互由不同步用户的扩频序列间不正交性，导致非零互相关系数引起用户间的相互干扰相关系数引起用户间的相互干扰远近效应远近效应强用户信号对弱用户信号的明显抑制作用强用户信号对弱用户信号的明显抑制作用解决方法有解决方法有多用户接收机多用户接收机功率控制功率控制分布式天线系统分布式天线系统7.5空分多址空分多址 作业7.17.57.8
