多址技术

多址技术1当把多个用户接入一个公共的传输媒质实现相互间的通信时，需要给每个用户的信号赋予不同的特征，以区分不同的用户，这种技术即为多址技术。多址接入技术可以允许多个用户终端同时共享无线通信信道，从而提高频谱利用率。移动通信是依靠无线电波的传播传输信号的，特点：大面积覆盖。移动用户要建立通信，首先要实现动态寻址，即在服务范围内，利用开放式的射频电磁波寻找用户地址，同时为了满足多个移动用户同时实现殉职，多个地址之间还必须满足相互正交性，以避免地址间相互干扰。多址接入从原理上与固定通信中的信号多路复用一样，都属于信号的正交化分与设计技术。差别在于多路复用的目的为：区别多个通道，通常在基带和中频上实现。多址技术是区分不同的用户地址，通常是利用射频频段辐射的电磁波来寻找动态的用户地址，同时为了实现多址信号之间的互不干扰，信号之间必须满足正交性。信号的正交特性是通过信号的正交参量i来实现的。发送端：设计一组正交信号：1natatiii；式中，iat为第i个用户的信号，i为第i个用户的信号的正交参量。正交参量应该满足1,0,ijijij接收端：设计一个正交信号识别器。=,iatij1natiii=0，ijj当Fii时；即为FDMA.当Tii时,为TDMA.当Cii时,为CDMA包括直扩码分DS-CDMA（商用）和跳频（军事）。前两者为一维划分；后者属于二维（时、频域）划分。CDMA中所有用户占有同一时隙、同一频段，区分用户的特征为用户地址码的相关性。前两者的地址划分是基于简单的非此即彼、非共享型，即两个以上的用户不可能同时占有同一频段或时隙；后者的地址划分是基于特征、是相容的，即两个以上的用户可以同时占有同一时隙、同一频段，是共享型的，其条件是他们具有可分离的各自特征（码相关特性）即可。当Sii时.为SDMA（空分多址）。利用无线的方向性波束，将服务区（小区内）划分为不同的子空间进行空间正交隔离。当iiF，且相邻载波之间有一半带宽相互重叠时，为OFDMA（正交频分多址）。比FDMA的效率高。FDMA通过引入保护带宽，保证各个信道之间相互正交所以效率低。而OFDMA，各个信道之间相互重叠，依赖正弦信号的数学特性保证正交性，所以不必引入保护带宽。正交识别器多址技术2一、FDMA1.第一代移动通信系统为模拟式移动通信，均采用FDMA。其即为以传输信号的载波频率不同来区分信道的接入方式。即不同的用户分配不同的载波频率来共享无线信道。2.在FDMA系统中，总频带被分隔成若干个相等且没有交集的子频带，每个子频带分配给不同的用户，每个子频带在同一时间只能供给一个用户使用，相邻子频带之间有保护间隔，且频带之间无明显的干扰。一个子频带相当于一个信道，信号在前向信道上从基站发送到移动台，并且在反向信道上从移动台发送到基站。3.在FDMA系统中，通常采用频分双工（FDD）来实现双工通信，即接收频率f与发送频率F是不同的。为使同一部电台的收发之间不产生干扰，收发频率间隔Ff必须大于一定的数值。反向信道（较低的频带）保护频带前向信道（较高的频带）FDMA的频带划分（用户之间的间隔为保护间隙Fg保护间隙的作用：避免因系统的频率漂移造成信道间的重叠。4.FDMA中存在的干扰：互调、邻道、同频道三种。1）互调干扰。系统内由于非线性器件产生的各种组合频率成分落入本信道接收机通带内造成的对有用信号的干扰。干扰强度足够大时，将对有用信号造成伤害。克服方法：尽可能提高系统的线性程度，减少发射机互调和接收机互调。主要是选择无互调的频率集。2）邻道干扰。相邻信道信号中存在的寄生辐射落入本信道接收机带内对有用的信号干扰。当邻道干扰功率足够大时，将对有用信号造成损害。克服方法：规定发射机寄生辐射和接收机中频选择性。主要是采用加大信道间的隔离度。3）同频干扰。相邻区群中同信道小区的信号造成的干扰。他与蜂窝结构和频率规划密切相关。克服方法：合理的选择蜂窝结构和频率规划，表现为系统设计中对同频道干扰因子Q的选择/QDr，D为同频复用距离，r为小区辐射半径。二、TDMA1.第二代移动通信是数字式移动通信，采用的记为TDMA或CDMA。其是按时隙来划分不f1FnF1fn多址技术3同的信道，即给不同的终端分配不同的时间段以共享无线信道。是以传输信号存在的时间不同来划分信道的接入方式，TDMA是在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧在分成若干时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的），每个时隙就是一个通信信道，然后根据一定的时隙分配原则，使每个用户只能在指定的时隙内发送。2.TDMA系统的帧与时隙结构：1.帧结构。帧是TDMA系统的基本时帧单元，有时隙组成。帧结构与双工的方式有关。（1）时分双工时：前向信道和反向信道的载波频率相同。所以，同一部电台的发射机和接收机只能用轮流工作的办法，才能实现双工通信。比如八帧中的时隙分成两部分，前部分有前向信道占有后部分有反项信道占有。即可实现双工通信。f帧TN1TN5TN6TN10t前向信道反向信道（2频分双工时前向信道和反向信道的载波要在两个不同的频率上工作，且这两个频率之间要有足够的保护间隔。fF1前向信道时隙号TN1TN5TN1TN5t帧号帧一帧二15.。。215.。。。215.。。215.。。。2多址技术4ff1反向信道时隙号TN1TN5TN1TN5t帧号帧一帧二2时隙结构每帧的时隙结构的设计应注意的问题：1.控制和信令信息的传输；2.信道多径的影响；3.系统的同步。采取的措施：1）在每个时隙中，专门划出部分比特用于控制和信令信息的传输；2）为了便于接收端利用均衡器来克服多径引起的码间串扰，在时隙中要插入自适应均衡器所需要的训练序列。训练序列对接收端而言是确知的，接收端根据训练序列的解调结果。就可以估计出信道中的冲击响应，根据该相应就可以预置均衡器的抽头系数，从而消除码间串扰对整个时隙的影响。3）在上行链路的每个时隙中要留出一定的保护间隔（不传输任何信号）。即每个时隙中传输信号的时间要小于时隙长度，这样可以克服因移动台到基站距离的随机变化，而引起移动台发出的信号到达基站接收机时刻的随机变化，从而保证不同移动台发出的信号在基站处都能落在规定的时隙内，而不会出现相互重叠的现象。4）为了便于接收端的同步，在每个时隙中还要传输同步序列，同步序列与训练序列可以分开传输，也可以合二为一。15.。。215.。。。2时隙123……N同步控制信息保护信息训练信息保护典型结构1典型结构2一帧多址技术5TDMA允许多个终端共享同一载波频率，TDMA采用时隙重新分配的方法，为用户提供所需要的带宽，但系统开销相对啊较大。对用户来讲，TDMA系统的数据不是连续的，而是分组发送的，用户发射机不用时（大多数时间）可以关掉，这样可以使电池的消耗降低。TDMA的帧结构3.TDMA系统的同步与定时：同步与定时是TDMA系统正常工作的前提。通信双方只允许在规定的时隙内发送信号和接收信号，因而必须在严格的帧同步、时隙同步、和比特（位）同步的条件下进行工作，如果通信设备采用相干检测，则接收机必须获得载波同步。1）同步。TDMA的位同步和帧同步是由帧结构的细节来保证的。（1）位同步。其是接收机正常解调的基础，位同步的方法：1.用专门的信道传输；2.插入业务信道中传输。（2）帧同步。帧同步与时隙同步的方法一样，如果需要可在每帧和每时隙前面分别设置一个同步码作为同步信息，同步码的选择是在帧长度确定以后，根据信道条件和对同步的要求而确定。帧同步和时隙同步要求为：建立时间短、同步保持时间长、失步概率小。从提高传输效率而言，希望同步码短一些，从可靠性和抗干扰性，希望同步码长一些，对同步码码型的选择，应使之具有良好的相关特性，不易被信息流中的随机比特所混淆而出现假同步。2）。定时。亦称为网同步。只有在全网中有统一的时间基准，才能保证整个系统有条不紊的进行信息的传输、处理和交换，协调一致的对全网设备进行管理和控制以及操作。同步可以保证各基站和移动台迅速的进入同步状态，也不会因为定时误差随时间积累引起失步。常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一个TDMA帧多址技术6用方法：（1）主从同步法。即系统所有设备的时钟均直接或间接的从属于某一个主时钟的信息。主时钟通常有很高的精度，其信息以广播的方式送给全网的许多设备。各设备从接收到的时钟信号中，提取定时信息，或为锁定在主时钟上。（2）独立时钟同步法。在网中各设备内均设置高精度的时钟，在通信开始或进行过程中，只要根据某一标准时钟进行一次时差校正后，在很长的时间内，时钟不发生明显的飘逸，从而得到准确地定时。此方法要求各设备采用稳定度很高的石英振荡器来产生定时信号。三．CDMACDMA是以传输信号的码型不同来区分信道的接入方式，每个移动用户分配有一个地址码，利用公共的信道来传输信息。地址码相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间、空间上都可能重爹。系统的接收端必须有完全一致的本地地址吗，用来对接收的信号进行相关检测，其他使用不同码型的信号因为与接收机本地产生的码型不同而不能被正确解调他们的存在类似于在信道中引入了噪声或干扰称为多址干扰。运用于二三代移动通信中。用户之间的信息传输也是有基站进行转发和控制的，为实现双工通信，正向传输与反向传输各使用一个频率，即频分双工。无论正向传输还是反向传输，除去传输业务信息外还必须有相应的控制信息，为了传送不同的信息需要设置相应的信道，但是CDMA既不分频道又不分时隙，无论传输何种信息的信道都靠采用不同的码型来区分。在有中心站的CDMA系统中，采用频率划分前向/反向信道的方式。在无中心站的的CDMA系统中，前向/反向信道均采用码型划分的方式。f前向信道f’反向信道有中心站无中心站系统存在的问题：1）多址干扰。原因：来自于非同步CDMA网中不同用户的扩频序列不完全正交。这是与TDMA\FDMA不同的，前两者具有合理的频率保护带或时间，接收信号近似保持正交性，而后者对这种正交性是不能保正的。扩频码集的非零互相关系数会引起各用户建的相互干扰，即多址干扰，在异步传输信道以及多径传播环境中多址干扰将更加严重。分类：一是移动台在接受所属基站发来的信号时，会受到所属基站和邻近基站向其他移动台所发出的信号的干扰。二是基站在接收某一移动台的信号时，会受到本小区及邻近小区其他移动台所发信号的干扰。C’1C’kCkC1CkCiC2C1多址技术72）远近效应。许多用户共享同一信道就会发生此问题。由于用户所在的位置处于动态变化中，基站接收到各用户的信号功率可能相差很大，即使用户到基站距离相等，深衰落的存在也会使到达基站信号各不相同，强信号对弱信号有着明显的抑制作用，会使弱信号的接收性能很差。解决办法：功率控制。在上述三种多址技术：CDMA频谱利用率最高所能提供的系统容量最大，是多址技术发展的方向，其次是TDMA,期比较成熟，应用广泛；FDMA由于其频谱利用率低逐被淘汰。