第四章 多址接入
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。
多址接入技术
多址接入技术
多址接入技术是一种利用同一通信信道传输多个用户数据的技术，主要用于网络通信中的资源共享和灵活性。
此技术在现代通信网络中非常普遍，其原理是将数据分成小段，然后将每个小段分配给不同的用户，在同一时段内传输这些小段，从而实现多用户同时使用同一通信信道的目标。
多址接入技术通常包括以下几种：时分多址（TDMA）、频分多址（FDMA）、码分多址（CDMA）以及其衍生技术，其中CDMA是目前最为普遍的技术之一。
时分多址技术（TDMA）是一种将时间分割成段，每个时间段分别给不同的用户使用的技术。
在每个时间片中，只有一个用户可以发送数据，其他用户则等待下一个时间片，以此类推。
TDMA技术主要用于数字通信系统中，如GSM移动通信系统中。
使用TDMA技术时，每个时隙都包含一帧，每个帧则可以包含多个时间槽，每个时间槽包含一组数据。
频分多址技术（FDMA）是一种将频率分割成段，每个频段分别给不同的用户使用的技术。
多个用户可以同时使用同一个通信信道，但每个用户使用的频率不同。
FDMA技术通常用于模拟信号的传输，如无线电广播等领域。
码分多址技术（CDMA）是一种将数据编码后再进行传输的技术。
CDMA技术中的每个用户都使用相同的频率和时间片，但使用不同的编码序列。
这种编码序列可以在接收端进行反向解码，以获得原始数据。
CDMA技术是一种高效且具
有扩展性的技术，通常用于移动通信领域。
总而言之，多址接入技术是一种高效可靠的数据传输技术，它利用同一通信信道实现多用户数据传输，极大的提高了通信的资源利用率。
目前，多址接入技术已经被广泛应用于网络通信领域，成为现代通信技术中的重要组成部分。
多址接入技术
多址接入技术多址接入技术是指一种可以同时连接多个网络地址的技术，通过这种技术，用户可以在同一时间内访问多个网络资源，从而提高网络使用效率和便利性。
这项技术在当今互联网时代具有重要意义，可以帮助用户更快速地获取所需信息，提高工作效率和生活质量。
在过去，用户在浏览网页或下载文件时通常只能连接一个网络地址，如果需要同时访问多个网站或下载多个文件，就需要依次进行操作，耗费大量时间和精力。
而多址接入技术的出现，可以有效解决这一问题。
通过这项技术，用户可以同时连接多个网络地址，实现并行访问，极大地提高了网络资源的利用效率。
多址接入技术的实现离不开网络协议和软件支持。
网络协议是指规定网络通信中数据传输格式和传输规则的规范，它们是多址接入技术实现的基础。
而软件则是实现多址接入技术的关键，通过软件的支持，用户可以轻松实现同时连接多个网络地址的操作。
在使用多址接入技术时，用户可以通过浏览器插件或特定的软件工具来实现，这些工具通常提供了简洁明了的界面，方便用户进行操作。
用户可以在浏览器中打开多个标签页，同时访问多个网站；也可以通过下载工具同时下载多个文件，极大地提高了工作效率和使用便利性。
除了提高效率外，多址接入技术还可以帮助用户更好地管理网络资源。
通过同时连接多个网络地址，用户可以更快速地比较和获取所需信息，从而更好地进行决策和处理事务。
同时，多址接入技术还可以帮助用户避免信息遗漏和混乱，提高信息检索和整合的效率。
总的来说，多址接入技术是一项极具实用性和便利性的技术，在当前互联网时代具有重要意义。
通过这项技术，用户可以更快速、更方便地获取所需信息，提高工作效率和生活质量。
希望未来这项技术能够不断发展和完善，为用户带来更好的网络体验和服务。
多址接入技术
多址接入技术
多址接入技术是一种能够同时连接多个网络地址的技术，它为用户提供了更便捷、高效的网络体验。
在当今数字化社会中，人们对互联网的需求越来越高，因此多址接入技术的应用变得愈发重要。
多址接入技术可以极大地提高用户的上网速度和稳定性。
通过同时连接多个网络地址，用户可以获得更大的带宽和更快的传输速度，从而实现更快速的数据下载和上传。
在高清视频、在线游戏等对带宽要求较高的应用场景下，多址接入技术能够有效地提升用户体验，避免网络卡顿和延迟现象的发生。
多址接入技术还可以提高网络的稳定性和可靠性。
通过同时连接多个网络地址，即使其中某一个网络出现故障或不稳定，其他网络仍然可以正常工作，保障用户的网络连接不中断。
这对于一些对网络稳定性要求较高的行业，如金融、医疗等领域而言尤为重要。
多址接入技术还可以提供更加安全的网络连接。
通过同时连接多个网络地址，用户可以在不同网络之间切换，避免单一网络被攻击或监控的风险。
这对于一些对网络安全要求较高的用户来说是非常重要的，可以有效保护用户的隐私和数据安全。
总的来说，多址接入技术为用户提供了更加便捷、高效、稳定和安全的网络连接方式，符合当今数字化社会对网络的需求。
随着技术的不断发展和创新，相信多址接入技术将会在未来发挥越来越重要
的作用，为用户带来更好的网络体验。
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。
多址接入的概念
多址接入的概念多址接入（Multiple Access）是一种通信方式，指多个终端设备共享同一通信信道进行数据传输的技术。
多址接入技术允许多个终端设备同时使用同一个信道，提高了信道的利用率，降低了通信成本，并提供了更高的传输效率。
多址接入的主要目的是实现多个终端设备之间的并发通信，以满足同一信道上多个用户或终端设备的通信需求。
多址接入技术可以分为以下几类：1. 分时多址接入（Time Division Multiple Access，TDMA）：将时间划分为若干个时隙，每个用户在不同的时隙内进行数据传输。
这种方式适用于周期性的低速数据传输，例如电话通信。
2. 频分多址接入（Frequency Division Multiple Access，FDMA）：将频率范围划分为若干个不重叠的子载波频带，每个用户占用不同的频带进行数据传输。
这种方式适用于传输带宽较大的高速数据，例如广播电视信号。
3. 波分多址接入（Wavelength Division Multiple Access，WDMA）：将光纤通信中的不同波长信号分配给不同的用户进行数据传输，实现多个用户同时共享同一光纤通信信道的方式。
4. 码分多址接入（Code Division Multiple Access，CDMA）：以编码技术为基础，将不同用户的数据进行编码，然后混合在同一频率信道上进行传输。
接收端通过相应的解码技术将自己所需的数据恢复出来。
CDMA技术具有较好的抗干扰性能和高的频谱利用率，广泛应用于移动通信系统。
多址接入技术在现代通信系统中得到了广泛的应用，包括移动通信、有线电视、无线局域网等。
不同的多址接入技术适用于不同的通信需求，可以根据具体的应用场景选择合适的多址接入方式。
无线网络规划与优化-多址接入技术
多址接入技术
多址接入技术
几种多址技术 FDMA（频分多址）：频域上频道相互不重叠。 TDMA（时分多址）：时域上时隙相互不重叠。 CDMA（码分多址）：码型域上码型Ci相互不重叠。
多址接入技术
多址接入技术
FDMA（频分多址） 对给定的频率资源规划处多个载波，一个载频对应一个物理信道。在模拟移
多址接入技术
多址接入技术
多址接入技术
多址 通信系统是以信道来区分通信对象的，每个信道只容纳一个用户进行通话，
许多同时通话的用户以不同的信道加以区分，这样多个信道就称作多址。 多址接入
多址接入技术，是指移动通信系统中，使所有的用户共享有限的无线资源， 实现不同用户不同地点同时通信，并尽可能减少干扰。 多址技术与复用技术的区别
Play
送话器
f1
发射机 f1
f2
接收机 f2
受话器 基站
f2 双工器
f1
发射机
送话器
接收机 受话器
移动台
多址接入技术
2
02
工作方式
移动通信系统的工作方式： 双工模式 ·频分双工（FDD） ·时分双工（TDD） 双向传输 ·上行链路（uplink） ·下行链路（downlink）
上行链路 下行链路
上/下行链路
多址接入技术
2
02
工作方式
FDD和TDD的概念： FDD：利用两个不同的频率进行上下行信道区分。由于收发频带和接收频带有 一定间隔，可以提高抗干扰能力，技术简单 。 TDD：利用同一频率进行上下行通信，但上行与下行使用不同的时隙发送信息。
多址接入技术
2
02
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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无线通信原理与应用
刘 涛
E-mail: ttlyz@
2011/4/12 1
第四章 多址接入
2011/4/12
2
主要内容
多址接入技术概述 基于竞争的多址接入
• Aloha • CSMA
无冲突的多址接入
• FDMA • TDMA • CDMA
频谱效率和系统容量
2011/4/12 3
2011/4/12 11
时隙ALOHA
基本思想
将时间分成离散的时间片（slot），每个时间片用来传输 一个帧，每个用户只能在一个时间片的开始传送帧，其 它与纯ALOHA系统同。该系统要求全局时钟同步。
冲突 重传 重传
1
时隙
2&3
2
3
Time
2011/4/12
12
时隙ALOHA的易损时间区
不会碰撞
35
无冲突多址接入技术概述
双工方式和多址方式要统一考虑 主要多址方式：FDMA、TDMA、CDMA 窄带系统采用方式：
• FDMA/FDD、TDMA/FDD、TDMA/TDD；
宽带系统采用方式：
• TDMA、CDMA/FDD、TDD；
空分多址（SDMA）是一种辅助方式。
2011/4/12 36
无冲突多址接入技术概述
S max 1 = ≈ 0.368 e
2011/4/12
14
纯ALOHA和时分ALOHA的吞吐量比较
2011/4/12
15
p-持续ALOHA
分时隙Aloha 的一种变形，其中p持续参数 决定节点在一个时隙发送数据包的概率 （0>p>1） 。 减小持续参数也就减小了碰撞次数，但同 时增加了传输时延。
2011/4/12
6
基于竞争的多址接入
• ALOHA • CSMA • 有限竞争协议
2011/4/12
7
纯ALOHA
基本思想
任何用户有数据发送就可以发送，每个用户通过监听信 道判断是否发生了冲突，一旦发现冲突，随机等待一段 时间后重新发送。 等待随机时间
冲突 重传 重传
1
2
3
3
2
Time
2011/4/12
多址接入技术概述
所有用户共享无线资源 信道接入成为中心问题，它决定了网络的基本容 量，并且对系统复杂度和/或成本有极大的影响 基本概念：实现不同地点、不同用户接入网络的 技术
2011/4/12
4
多址接入技术概述
多址接入技术分类
基于竞争 随机接入 Collision resolution 多址接入 无冲突
2011/4/12
44
频分多址
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 非线性是FDMA系统的主要矛盾
f1’ f2’ fn’ f1 f2 fn
…
Reverse channels Protecting bandwidth
…
Frequency
Forward channels
2011/4/12
39
频分多址
2011/4/12
40
频分多址
组成信号的频谱
2011/4/12
41
频分多址
2011/4/12
42
非坚持CSMA
• 站点在发送数据前先监听信道，若信道忙则放弃 监听，等待一个随机时间后再监听，若信道空闲 则发送数据。 • 信道利用率高于 1- 坚持 CSMA ，但延迟特性要差 些
2011/4/12
21
载波侦听多址（CSMA）
p-坚持CSMA
• 适用于时分信道。站点在发送数据前先监听信道，信 道忙则等到下一个时间片再监听，信道空闲则以概率 p发送数据，以概率1-p将发送推迟到下一个时间片。 下一个时间片执行相同的操作直至发送成功或检测到 信道忙 • 该协议试图在 1-坚持CSMA和非坚持CSMA间取得性 能的折衷，影响协议性能的关键在于p的选择。
ALOHA, CSMA, BTMA
TREE, WINDOW, etc
FDMA, TDMA, CDMA， SDMA
2011/4/12
5
多址接入技术概述
多址接入技术设计主要考虑问题
• 小区内的效率 • 对其它小区的干扰 • 蜂窝系统容量
其它考虑的问题：
• • • • • 频率规划； 同步需求； 软切换； 功率控制需求； dma2000(3GPP2)
频分多址
频分多址
基本概念：总带宽被分隔成多个正交的频道，每个用户占用一个频道
2011/4/12
38
FDMA/FDD信道结构
Guard Band Wg Sub Band Wc
1
2
3
4
…
N
Frequency
Total Bandwidth W=NWc
t
不会碰撞
易损时间区 t0 t0+t t0+2t t0+3t 时间
2011/4/12
13
时隙ALOHA的吞吐量
与纯ALOHA比较，每个帧的易损时间区缩小了，冲突的概率 随之减小，因而系统吞吐量随之提高 易损周期内无其他分组传输出现的概率为 吞吐量为 最大吞吐量为
P(0 ) = e − G
S = G ⋅ P(0 ) = G ⋅ e − G
2011/4/12
10
纯ALOHA的吞吐量
在易损周期内到达分组为n的概率为
(2G ) n e −2G P(n ) = n! 易损周期内无其他分组传输出现的概率为
吞吐量为 最大吞吐量为
P(0 ) = e −2G
S = G ⋅ P(0 ) = G ⋅ e −2G
S max 1 = ≈ 0.184 2e
2011/4/12
34
无冲突多址接入技术概述
时分双工-TDD
• 双工装置简单； • 一个方向上的信号传输可用于另一个方向的信道测量 • 上下行链路之间的带宽分配灵活； • 需要同步，并要考虑收发无线切换的时间； • 需保护时隙来防止上下行时隙混叠； • 引起额外的延时和缓冲器的开销。
2011/4/12
30
无冲突的多址接入
• FDMA • TDMA • CDMA • SDMA
2011/4/12
31
无冲突多址接入技术概述
信号的分割 • 正交
• FDMA • TDMA • SDMA
• 准正交
• CDMA
2011/4/12 32
无冲突多址接入技术概述
多址还要考虑双工方式，收发如何复接在一起 分类：
Slotted Aloha
2011/4/12
24
有限竞争协议
竞争协议：轻负载下延迟特性好，重负载下信道利用 率低； 无冲突协议：重负载下信道利用率高，轻负载下延迟 特性不好； 有限竞争协议：结合以上两类协议的优点和克服各自 的缺点，在轻负载下获得良好的延迟特性，而在重负 载下获得较高的信道利用率。
频分多址
频分优点：
• 窄带信道（没有或较轻ISI） • 比较简单，容易实现，适用于模拟和数字 • 用于以频率复用为基础的蜂窝结构，以频带划分各种小 区 • 对功控要求不严，硬件设备取决于频率规划和频道设置 • 允许连续时间传送信号和进行信道估计
2011/4/12
43
频分多址
频分缺点：
• • • • 由于连续时间传送信号而导致越区切换复杂； 信道专用（空闲的用户也占有信道造成浪费）； 难以为一个用户分配多个信道； 需要周密的频率规划，是一个频道受限和干扰受限系 统 • 频谱效率低，不宜在大容量的系统中使用。 • FD 没有在现有数字系统中单独使用。
2011/4/12
19
载波侦听多址（CSMA）
1-坚持CSMA
• 站点在发送数据前先监听信道，若信道忙则坚持 监听直至发现信道空闲，一旦信道空闲立即（概 率1）发送数据，发现冲突后随机等待一段时间， 然后重新开始监听信道。 • 该协议适合于规模较小和负载较轻的网络。
2011/4/12
20
载波侦听多址（CSMA）
2011/4/12
25
有限竞争协议
有限竞争协议的基本思想
• 对用户进行分组，每个时隙内只允许一个组的用户竞争信 道，通过减少在同一个时隙内竞争信道的用户数来提高竞 争成功的概率 • 组内用户数量随系统负载的变化动态调整，负载越轻用户 数越多，负载越重用户数越少，在两个极端上分别退化为 竞争协议和无冲突协议 • 协议的关键就在于如何根据系统负载自适应调整组的划分 ，将时隙分配给用户
Node 5 sense Delay
1
2
Delay
Node 4 sense
3
4
5
Collision
Time
2011/4/12
18
CSMA分类
Unslotted Nonpersistent CSMA Nonpersistent CSMA Slotted Nonpersistent CSMA CSMA Unslotted persistent CSMA Persistent CSMA Slotted persistent CSMA 1-persistent CSMA p-persistent CSMA
2011/4/12 22
载波侦听多址（CSMA）
p的选择
• 假设信道忙，N个结点有一分组要发送 • 则一旦信道空闲，尝试发送的结点数为Np • 如果 Np > 1，则冲突发生 • 因此，网络必须确保Np < 1以避免冲突，这里N是可 以被激活的最大结点数
2011/4/12