各种多址方式

第六章各种多址方式

多址接入和广播

使用公共的媒质连接多个通信设备，不象交换是在各媒质之间交换转发。

通过公共的媒质实现一对多广播、多对一的多址接入。节点只有一个公共收、发设备和相应的缓存器。

多址方式：时分多址、频分多址、码分多址

信号工作总是要占一定时间、频带和功率的。

多址信道的划分从时间、频率、功率三个轴上进行。

f f

TDMA t

FDMA t 时分多址：组成一定的时间结构，形成帧

帧是由时隙组成的，每个用户分配一个时隙。

帧

12

时隙

一般一个用户时隙由以下几部分组成：

导引：针对非连续信号，用于建立接收同步，尽可能缩短同步时间。

突发字：巴克码，标志信息的开始，自相关性极好。

帧头：维持通信，传输勤务、信令。

信息：用户信息。

校验：如CRC校验，用于碰撞检测。

保护：

频分：构成一定的频谱结构。

划分频带，每用户一个频道，频道之间要有保护间隔。

由于存在带外辐射：产生邻道干扰

对带外辐射有一定要求，在一倍频程处，信号能量应衰减10～20dB。

经过非线性设备会增加带外辐射，出现交调干扰，产生串话现象

解决方法：采用恒定包络信号。

码分：所有信号都在共同的频带和时隙上发射，按不同的码型调制

接收信号的格式：

()()()

()()()a t b t w t a t b t w t i i i i i i K i i i i i --+--+=∑ττϕττϕcos cos 010：码型信号

：信息

：载波

希望格式之间的相互干扰越少越好，即

()()a t a t i

dt i i j j T --=⎰ττ000就可保证相互间干扰为 要找到这样的码型，即对任意的τ，任意的旋转方向即正交的多对码是不太容易的，这是一种理想的状况。

解决方法1：使τi =τj ，即整个系统是同步的，在广播型的网络中可以实现，但是对于不同源的多址接入则不能做到。

解决方法2：使上述的互相关值尽可能地小，不一定非为0。

假设信息带宽为r b ，公用信道带宽为r c 。

定一个量，n r r c b =，如果互相关值接近1n 就可以使相互干扰降到1n

，这样的系统称为“准正交系统”。

码分系统中近远干扰非常严重，即距离接收站远近不同的发射站之间的干扰。 前面曾经提到：地面电磁波与r 4成反比。

如果二者的发射功率是相同的，那么距离接收端0.5米和10米的两个手机的接收功率相差52dB 。

当n=1000时，要求1n =10-3，与52dB 相比很小，因此近远干扰极为严重。 因此，在码分系统中功率控制是必须的。要求近的站功率小些，远的功率大些，发

射功率要随距离发生变化，一般要能控制到90dB 。

三种体制争论的焦点：

①频带利用率的高、低

频带资源有限，是宝贵资源。

②系统容量的大小

系统容量要大。

TDMA 系统的容量取决于：

（1） 时隙的个数

（2） 受到的干扰（邻区干扰、外来干扰）

FDMA 系统的容量取决于：

（1） 频道的个数

（2） 受到的干扰（邻区干扰、外来干扰、邻道干扰）

CDMA系统的容量取决于

（1）正交码的个数

对于“准正交系统”，码个数是不受限制的，它只受干扰的影响。

（2）干扰（邻区干扰、外来干扰、本区其他用户干扰）

目前比较推崇CDMA体制，它的优点：

①用户容量大

理论分析表明可提供相当于TDMA系统4倍，FDMA系统20倍的容量。

②CDMA系统可与目前使用的窄带FDMA系统信号共存。

重复利用现有的微波系统占用的系统，不影响现有系统。

③覆盖范围广

同一小区内提供的信道多，小区的划分不如FDMA系统细，基站个数因此减少，节约投资。

④具有抗干扰和保密的能力，因此话音质量高，系统规划简单

扩展频谱信号具有抗干扰能力

码调制本身具有加密性质

⑤CDMA系统的越区切换可使用“软切换”

不用关掉信道，再打开另一个

同时接收两个基站的信号，这样切换过程中用户不会中断通话。即，先“换”后“断”，掉话（drop）的概率很小。

FDMA则为“硬切换”。

⑥可以采用多种分集技术，抗多径干扰

空间分集、频率分集（本身固有的，宽带信号）、时间分集、路径分集（多径RAKE接收机、软切换）

CDMA缺点：

①设备复杂度高。

②存在近远效应，功率控制增加设备复杂度。

多址接入中信道的分配方法

①固定分配方法

②竞争分配（随机分配）

③按需分配：预约、轮询

以TDMA为例说明几种分配的方法

①固定时隙的TDMA

最简单，效率最低，用户数受到时隙个数的限制

②随机分配的TDMA：ALOHA，S-ALOHA

也比较简单，但用户数不受限，有碰撞，效率不高

③预约：没有人用时，随机申请，占用以后保持该时隙，效率较高

随机分配方式效率分析

ALOHA：

夏威夷的问候语。1968.9 夏威夷大学一项研究计划取名为ALOHA，解决岛间通信。基本特征是所有用户对信道有同等的访问权，因此有时称为同等站系统。是适于广播网的方式。

①随机ALOHA（纯ALOHA方式）

方法：任何一个站有消息传给广播网的其他站，可以利用共同媒介随时地立即发送；若不成功，随机时延一段后再发送，直至成功为止。

用监听或收ACK的方法确定是否成功

只有一个站发送成功多于一个站发送不成功

→

→

⎧

⎨

⎩

系统效率：

假设：

●用户的数据包长度都是定长，持续时间为单位时间

●系统中大量的站是按泊松律发送数据包，单位时间包的到达率，也就是网络的负荷，定

义为G

按上述假设：任何一个站发送一个数据包时不会产生碰撞，要求在两个单位时间内没有任何其他用户发送信号：

泊松律

()λ

λ

t

k

e

k

t

!

-

此时t=2，k=0，λ=G

概率为e G

-2

此时泊松通过量（成功发送的包）S Ge G

=-2

取极大值

ds

dG

G

=⇒=

005.

则S e

==

-

05018

1

..

0.18

0.5G

可见，在信道负荷加重时（G较大时），网络的吞吐量会明显下降，但信道中不需传送控制信息，系统简单，适于突发性信息发送。

②时隙ALOHA方式（SLOT-ALOHA）

规定固定的时隙，只能在时隙开始点发送，但并不规定是哪个时隙。

减少碰撞系统中每个站都有一个统一的钟，因此在一个时隙内只有一个分组时即可避免碰撞。