无线通信多址接入技术
无线通信中的多址接入技术
无线通信中的多址接入技术在当今高度互联的世界中，无线通信已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
从日常的手机通话、短信交流，到无线上网、智能设备之间的数据传输，无线通信技术的发展极大地改变了我们的生活方式和工作方式。
而在无线通信系统中，多址接入技术扮演着至关重要的角色，它决定了多个用户如何共享有限的无线资源，实现高效、可靠的通信。
多址接入技术的基本概念可以理解为在一个共同的通信信道上，如何让多个用户能够同时进行通信而互不干扰。
想象一下，就好像在一个繁忙的会议室里，每个人都想发言，但又不能同时说话，需要有一种规则来安排谁在什么时候说话，才能让交流清晰、有序。
在无线通信中，这种规则就是多址接入技术。
常见的多址接入技术主要有三种：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。
频分多址技术就像是把一个大的频段划分成许多小的频段，每个用户被分配到一个特定的频段进行通信。
这样，不同用户使用不同的频段，就避免了相互干扰。
比如说，广播电台就是采用频分多址技术，每个电台都在自己特定的频率上发送信号，听众通过调谐到相应的频率来收听自己喜欢的电台节目。
时分多址技术则是把时间分割成许多小的时间段，每个用户在分配给自己的时间段内进行通信。
这就好比大家轮流发言，每个人都有自己的发言时间，在这段时间内，其他人保持安静。
例如，在一些数字通信系统中，用户按照一定的时间顺序发送和接收数据。
码分多址技术相对来说要复杂一些。
它是通过给每个用户分配一个独特的码序列，使得多个用户可以在同一时间、同一频段上通信。
接收端通过与发送端相同的码序列进行解扩，从而提取出特定用户的信号。
这种技术的优点是频谱利用率高，能够容纳更多的用户同时通信。
除了上述三种常见的多址接入技术，还有一些其他的技术，如空分多址（SDMA）和正交频分多址（OFDMA）等。
空分多址技术是利用天线的方向性，将空间分割成不同的区域，每个区域对应一个用户。
这样可以在同一时间、同一频段上为不同空间位置的用户提供服务。
第一代到第四代多址技术：从FDMA、TDMA、CDMA到OFDMA
第⼀代到第四代多址技术：从FDMA、TDMA、CDMA到OFDMA 做通信物理层有关的内容研究已经有很长⼀段时间了。
⼀直没有怎么总结，今天借着秋招，来总结⼀波。
本⽂所讲的是多址技术，⽇常常见的有时分多址、频分多址、码分多址，对应TDMA、FDMA、CDMA。
那么什么是多址技术呢，为什么需要多址技术呢？早期的⽆线电报就不需要多址技术，因为它的通信⽅式是点对点的，能发能收，就OK了。
⽽现在的移动通信，为了实现更⾼的通信效率，采⽤了基础⽹络构架。
在这个基础⽹络构架当中，包括了很多基站，基站之间是相互连接的。
⼿机在通信的时候，不是直接和另⼀部⼿机通过⽆线电来通信，⽽是先发送信号到离⾃⼰最近的基站，基站把信号送到离另⼀部⼿机最近的基站，再由这个基站通过⽆线的⽅式送达⽬的⼿机。
那么，就会有多部⼿机同时和⼀个基站通信，基站如何区分不同⼿机的信号呢？这就需要多址技术了。
已经获得过实际使⽤的多址技术包括 FDMA、TDMA、CDMA、OFDMA。
这⼏个技术都叫 XDMA，差别就在第⼀个字母。
FDMA 的意思是，通过频率把⽤户区分的多个⽤户同时接⼊的技术。
OFDMA 也是⼀种 FDMA，只不过它是正交的 FDMA ，有更⾼的频谱效率。
多址技术在⽆线通信当中占据着⾮常重要的地位。
⽬前为⽌，移动通信是以多址技术来划分时代的。
FDMA、TDMA、CDMA 和 OFDMA分别代表了第⼀代到第四代的移动通信技术。
FDMA 和 TDMA我们⾸先来看 FDMA。
不同的⽤户占据不同的频段，从⽽避免了相互⼲扰，实现了区分。
⼿机选择哪⼀个频率，可以通过滤波器来实现。
由于滤波器的阻断都有过渡带，因此，相邻的两个频率之间⼀般会保留⼀定的带宽作为保护。
从原理上说，TDMA 和 FDMA 类似，只不过把频率换成了时间⽽已。
时间资源被划分成帧，每⼀帧内⼜被划分为若⼲时隙，不同的⽤户使⽤不同的时隙实现区分。
由于信道存在时延扩展，不同的时隙之间也需要保留⼀定的保护时间。
无线通信系统中的多址接入技术使用教程
无线通信系统中的多址接入技术使用教程无线通信技术在现代社会中扮演着至关重要的角色，而其中的多址接入技术更是其不可或缺的一部分。
多址接入技术是指在一个共享的无线通信信道中，实现多个用户同时进行通信的方法。
在本文中，将为您介绍无线通信系统中的多址接入技术的基本原理和使用教程。
一、多址接入技术的基本原理多址接入技术的基本原理是通过合理地分配和利用通信资源，使多个用户能够在同一时间和同一信道上进行通信，从而提高无线通信系统的容量和效率。
常见的多址接入技术有以下几种：1.频分多址（FDMA）：频分多址技术将可用的频谱资源按照一定的规则进行划分，每个用户被分配一个独立的频带进行通信。
这种方法可使不同用户不受干扰地同时进行通信，但频谱利用率较低。
2.时分多址（TDMA）：时分多址技术将可用的时间资源划分为一系列时隙，每个用户被分配一个或多个时隙进行通信。
这种方法能够提高频谱利用率，同时减少用户之间的干扰。
3.码分多址（CDMA）：码分多址技术通过不同的扩频码将用户的数据进行编码，然后叠加在相同的频率上进行传输。
接收端通过相同的扩频码进行解码还原出原始数据。
码分多址技术具有较高的频谱利用率和较强的抗干扰能力。
二、多址接入技术的使用教程1.选择合适的多址接入技术：在实际应用中，根据不同的应用场景和需求，需要选择合适的多址接入技术。
频分多址适用于对频谱资源要求较高的场景，时分多址适用于对时隙资源要求较高的场景，码分多址则适用于对频谱利用率和抗干扰能力要求较高的场景。
2.合理分配通信资源：在应用多址接入技术时，需要合理分配通信资源，避免资源浪费和冲突。
对于频分多址和时分多址，可以根据用户数量和通信需求进行频谱和时隙的划分，保证每个用户能够获得足够的资源。
对于码分多址，需要合理设计扩频码的长度和数量，以满足用户数量和通信质量的要求。
3.实现多址接入技术的调度和控制：在实际应用中，需要对多址接入技术进行调度和控制，确保各个用户之间不会发生冲突和干扰。
第6章多址接入技术
第6章多址接入技术
2. 多址接入与信道
(2) 数字移动通信的信道 由于频分多址技术发展较早也最为成熟，因此早期的蜂窝
f1'
f
' 2
f
' k
f1
f2
fk
…
…
f g
反向信道
保护频带
f g
前向信道
图6-3 FDMA系统频谱分隔示意图
第6章多址接入技术
1. FDMA系统原理
保证频道之间不重叠（例如频道间隔25kHz）是实现频分 双工通信的基本要求。
FDMA系统基于频率划分信道。每个用户在一对频道(f-f‘) 中通信。若有其他信号的成分落入一个用户接收机的频道带 内时，将造成对有用信号的干扰。就蜂窝小区内的基站与移 动台系统而言，主要干扰有互调干扰和邻道干扰。在频率复 用的蜂窝系统中，还要考虑同频干扰。
第6章多址接入技术
1. 多址接入方式
多址接入方式的数学基础是信号的正交分割原理，原理上 与固定通信中的信号多路复用相似，但有所不同。多路复用 的目的是区分多个通路，通常在基带和中频上实现，而多址 划分是区分不同的用户地址，往往需要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 互不干扰，不同用户无线电信号之间必须满足正交特性。信 号的正交性是通过信号正交参量来实现的。当正交参量仅考 虑时间、频率和码型时，无线电信号写成
第6章 多址接入技术
第6章多址接入技术
内容介绍
6.1 多址接入技术的基本原理 6.2 FDMA方式 6.3 TDMA方式 6.4 CDMA方式 6.5 SDMA方式 6.6 OFDM多址方式 6.7 随机多址方式 6.8 FDMA、TDMA与CDMA系统容量的比较
无线通信中的多址接入技术与调度
无线通信中的多址接入技术与调度无线通信的快速发展使得人们可以随时随地进行信息传输和接收。
为了满足不同用户对带宽和容量的需求，多址接入技术和调度策略在无线通信系统中起到了关键作用。
本文将重点介绍多址接入技术的原理和调度算法的基本概念，并分析了其在无线通信中的应用。
一、多址接入技术的原理1.1 TDMA技术TDMA（时分多址）技术是一种在时间域上划分的多址接入技术。
它将可用的通信资源划分为固定大小的时隙，每个用户在不同的时隙中传输数据。
这种技术可以有效地避免不同用户之间的冲突，提高信道利用率。
1.2 CDMA技术CDMA（码分多址）技术是一种在编码域上划分的多址接入技术。
它通过将不同用户的数据编码为不同的码片序列，然后在同一个频带上同时传输数据。
CDMA技术具有抗干扰能力强、频带利用率高等优点。
1.3 OFDMA技术OFDMA（正交频分多址）技术是一种在频域上划分的多址接入技术。
它将可用的频谱资源划分为多个子载波，每个用户通过在不同子载波上传输数据来实现并行传输。
OFDMA技术在高速移动通信环境下具有较高的频谱效率。
二、调度算法的基本概念2.1 静态调度静态调度是指在通信系统中提前确定每个用户的时隙、码片或子载波分配情况。
这种调度方法通常适用于用户数量较少、通信负载较低的情况下，能够保证每个用户得到一定的通信资源，但对于网络中的动态变化无法进行及时调整。
2.2 动态调度动态调度是指根据实时的网络状态和用户需求，动态地分配通信资源。
这种调度方法能够根据实时的情况进行灵活地分配，保证网络的吞吐量和用户的体验。
常见的动态调度算法包括最小双机、最大连通度、比特分配等。
三、多址接入技术和调度策略在无线通信中的应用3.1 TDMA技术的应用TDMA技术广泛应用于各种无线通信系统中，如GSM（全球系统移动通信）、P25（射频交互标准）等。
它能够将资源合理地划分和分配给不同用户，提高通信系统的容量和效率。
3.2 CDMA技术的应用CDMA技术主要应用于WCDMA（广域CDMA）和CDMA2000等3G无线通信系统中。
现代无线通信原理：第四章 多址技术(2018)
带宽的比值来近似估算系统的扩频处理增益，
GP =
B F
4.1.1 扩频通信理论基础
iHale Waihona Puke 例2 有一个扩展频谱通信系统，信号扩频后带宽为20MHz， 原始基带信号带宽为20KHz，则系统的扩频处理增益为GP?
Gp＝10 lg[20 106(20 103)]=30 (dB)。
4.1.2 扩频通信方法
◼ 目前，最基本的展宽频谱的方法有三种
2
e
1.44
令x = S/(N0B)，代入上式得
lim C
B→
=
S N0
lim
B→
N0B S
log2 (1+
S )
N0 B
=
S N0
log2
e
= 1.44
S 极限值
N0
◼上式表明，保持S／N0一定，即使增加信号带宽B→ ，信 道容量C也是有限的。原因是当信号带宽B→ 时，噪声功率 N也趋于无穷大。
4.1.1 扩频通信理论基础
S )
N0 B
4.1.1 扩频通信理论基础
由香农定理可以得到如下结论：
1) 增大信号功率S可以增加信道容量，从而增加了信息传输
的极限速率Ri。若信号功率趋于无穷大，则信道容量也趋于无
穷大，即
lim
S→
C
=
lim
S→
B log2 (1+
S )
N0B
→
2) 减小噪声功率N（或减小噪声功率谱密度N0）可以增加信 道容量，若噪声功率趋于0（或噪声功率谱密度N0趋于0），则 信道容量趋于无穷大，即
4.1.3 跳频系统（4）
◼ 接收端必须以同样的伪码置定本地频率合成器，使 其与发端的频率作相同的改变，即收发跳频必须同 步，这样，才能保证通信的建立。解决同步及定时 是实际跳频系统的一个关键问题。
无线 第7章 无线多址技术
跳频码分多址（FH-CDMA）。
第7.4节、码分多址
1、直扩码分多址（DS-CDMA） 在DS-CDMA系统中，窄带信号直接与伪随机序列（PN）相乘，PN码片
的速率比信息数据的速率要高若干个数量级，因此相乘后的信号频谱被
扩展到很宽的带宽，简称直扩码分多址。 DS-CDMA系统中的每个用户都有自己的PN码，并且与其它用户的PN码
无线通信技术基础
第7章、无线多址技术
内容介绍
多址技术也是无线通信系统的关键技术之一，甚至是移动通信系统换代 的一个重要标志。 蜂窝技术将无线覆盖区域规划成一个个的蜂窝小区。多址
技术则在一个无线小区内进一步将有限的频率资源分配给众多的用户。
多址技术允许很多移动用户同时共享有限的无线频率资源，通过不同的 处理技术使不同用户之间的信号互不干扰，可以分别接收和解调。 蜂窝系统中登记的用户数量远远大于同一时刻实际请求服务的用户数量 ，多址技术就是研究如何将有限的频率资源在多个用户之间进行有效的分配 和共享，在保证通信质量的同时尽可能获得更高的系统容量。 多址技术对无线信号进行了多维划分，不同的维度对应着不同的多址技 术，如频分多址、时分多址、码分多址和空分多址。信号维度划分的目标是 要使不同用户的无线信号之间在所划分的维度上达到逻辑上的正交，这样， 这些用户就可以共享有限的频率资源而不会相互干扰。
DS-CDMA具有软容量限制，容量的大小取决于噪声环境。
在DS-CDMA系统中，信号被扩展在一个较宽频谱上，频谱带宽比信 道的相干带宽大很多，固有的频率分集会减小多径衰落的影响。
在DS-CDMA系统中，信道的数据速率很高，符号时间比信道的时延
扩展小很多，超过一个码片延迟的多径将被认为是噪音。使用RAKE 接收机收集不同时延的信号进行叠加可以提高接收的可靠性。
无线通信多址接入技术
7
频分多址(FDMA)
代码
信2 信 信 道 道道
13
n
频率 信
道
时间
FDMA信道配置图
精选可编辑ppt
8
频分多址(FDMA) F1
f1
F
f2
2
移动台
… …
基站
f
m
Fm
W
F1 F2 F3 F4 W
Fm
f
…
T F1
FDMA示意图
精选可编辑ppt
9
频分多址(FDMA)
❖ FDMA的技术特点如下：
FDMA通常在窄带系统实现； 符号时间远大于延时扩展，不需要均衡； 不间断发送，系统额外开销少； 系统简单，但需要双工器，同时需要精确的射频
❖ 早期卫星系统的ALOHA协议
精选可编辑ppt
39
分组无线电(PR)
❖ ALOHA
有数据发射的任何时候发射 用户监听确认反馈 碰撞发生，等待一段时间重发
❖ 分组竞争技术的优点在于服务大量用户时开 销小。
❖ 竞争技术的性能衡量：吞吐量T，平均延迟D
精选可编辑ppt
40
分组无线协议
❖ 易损阶段Vp：分组可能与其他用户的发射产 生碰撞的时间间隔。
精选可编辑ppt
36
SDMA关键技术问题
❖ 需要很好解决天线的自适应定向问题。 目标：天线具有良好的波束，并能对用户进 行快速跟踪。 方法：天线阵技术和自适应技术。
精选可编辑ppt
37
SDMA的技术特点
❖ 系统容量大幅度提高。 ❖ 扩大覆盖范围。 ❖ 兼容性强。 ❖ 大幅度降低来自其他系统和其他用户的扰。 ❖ 功率大大降低。 ❖ 定位功能强。
❖ 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。
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时分多址(TDMA)
移 动台
T1
T1
T1
…
…
基站
…
T2
T2
T2
…
…
T
T
m
m
…
…
W T1
T1 T2 T3 T4 1帧
…
Tm
t
TDMA示意图
无线通信多址接入技术
T … Tm
TDMA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
无线通信多址接入技术
无线通信多址接入技术
FDMA的关键技术问题
❖ 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。
❖ 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。
❖ 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。
无线通信多址接入技术
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FDMA的典型应用
❖ 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＝（Bt－2Bguard）/Bc
Bt系统带宽，Bc信道带宽， Bguard为分配频率时 的保护带宽。
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时分多址(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。
无线通信多址接入技术
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目录
❖ 概述 ❖ 频分多址(FDMA) ❖ 时分多址(TDMA) ❖ 扩频多址(SSMA) ❖ 空分多址(SDMA) ❖ 分组无线电(PR) ❖ 习题
无线通信多址接入技术
概述
❖ 多址技术
所谓多址技术就是使多个用户接入并共享同一个无线通信信 道, 以提高频谱利用率的技术。即把同一个无线信道按照时 间、 频率等进行分割, 使不同的用户都能够在不同的分割段 中使用这一信道, 而又不会明显地感觉到他人的存在, 就好像 自己在专用这一信道一样。 占用不同的分割段就像是拥有了 不同的地址, 使用同一信道的多个用户就拥有了多个不同的 地址。这就是多址技术, 亦称多址接入技术。
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。
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扩频多址(SSMA)
❖ 通过伪随机序列将窄带信号在发射前转换成 宽带信号，SSMA可以抵抗多径干扰而增强 多址能力。
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TDMA的效率
❖ 每一帧的比特总数：
bT Tf R
❖ T f 是帧长， R 是信道比特速率。
❖ 帧效率：
f
1bbOTH
100%
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Hale Waihona Puke TDMA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
FDMA通常在窄带系统实现； 符号时间远大于延时扩展，不需要均衡； 不间断发送，系统额外开销少； 系统简单，但需要双工器，同时需要精确的射频
带通滤波器来消除相邻信道干扰，消除基站的杂 散 辐射。 信道非线性是FDMA系统的主要矛盾。
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FDMA的非线性效应
❖ 由于发射机功率放大器的非线性，会产生： 频谱展宽：单载波的发送信号经过非线性信道，会 产生频谱展宽，并将对相邻信道造成干扰。 信号抑制：多载波的发送信号经过非线性信道，会 产生大信号抑制小信号的现象，影响通信效果。 交调噪声：多载波的发送信号经过非线性信道，在 发送信号频率以外会产生交调噪声，并将对其它的 业务信道造成干扰。
❖ 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百分比 ❖ 每一帧的系统开销比特数：
b O H N rb r N tb p N tb g N rb g
❖ N r 帧参考突发数，N t 帧业务突发数，b r 参考突发开销比特，
时隙b 头p 比特开销比特， 保护b g 时间间隔等效比特。
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双工通信
❖ 频分双工(FDD)
反向信道
频率间隔
前向信道
频率
❖ 时分双工(TDD)
反向信道
前向信道
时间间隔
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时间
多址接入技术概述
❖ 双工方式和多址方式要统一考虑； ❖ 主要多址方式：FDMA、TDMA、CDMA ❖ 依据分配给用户的有效带宽的大小，可分
为：
窄带系统：单个信道带宽同所期望信道相干带宽相 近。
频分多址(FDMA)
代码
信2 信 信 道 道道 13
n
频率 信
道
时间
FDMA信道配置图
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频分多址(FDMA) F1
f1
F
f2
2
移动台
… …
基站
f
m
Fm
W
F1 F2 F3 F4 W
Fm
f
…
T F1
FDMA示意图
无线通信多址接入技术
频分多址(FDMA)
❖ FDMA的技术特点如下：
❖ 在TDMA系统中, 时间被分割成周期性的帧, 每一帧再分割成若干个时隙(地址)。 无论帧 或时隙都是互不重叠的。然后, 根据一定的时 隙分配原则, 使各个移动台在每帧内只能按指 定的时隙向基站发送信号。
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时分多址(TDMA)
代码
时隙
信道3 信道2
信道1
信道N
频率
时间
TDMA信道配置图
保护比特
时分多址(TDMA)
❖ TDMA的技术特点如下：
多用户共享一个载波频率，时隙数取决于有效带 宽和调制技术等；
数据分组发送，不连续发送，需开关； 由于速率较高，往往需要采用均衡器； 系统开销大，包括保护时隙、同步时隙等； 采用时隙重新分配的方法，为用户提高所需要的
带宽。
无线通信多址接入技术
TDMA的效率
宽带系统：一个信道发射带宽比信道相干带宽宽得 多。
无线通信多址接入技术
多址接入技术概述
❖ 除了FDMA、TDMA和CDMA，还有两种多址 接入技术用于无线通信，它们分别是： ❖分组无线电(PR) ❖空分多址(SDMA)
无线通信多址接入技术
频分多址(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。