当前课程知识点：移动通信原理 > 第三章 多址技术与扩频通信 > 3.2 移动通信中的典型多址接入方式 > 3.2 移动通信中的典型多址接入方式
我们刚才已经给大家介绍了
多址接入一些基本概念
下面
我们通过一些例子来给大家介绍
首先
我们先看这个FDMA
就是频分多址
像第一代移动通信的一些典型体制
北美的AMPS
还有欧洲和我们国家所采用的TACS制式
都是基于FDMA方式
我们看一下
我们以TACS制式为代表
来给大家做一些介绍
我们看TACS制式
这是它的频段划分
左面频段是移动台到基站的上行频段
是890到915
那么右侧是下行频段
是935到960
实际上上下行都是对称的
一共25M频段
我们把这25M频段
因为它采用的是FDMA方式
就划分为1000个频道
每个频道都是25KHz
大家看左右都是1000个
TACS制式它可用的频道数目
我们就可以这样的公式来进行计算
也就是总的频段是25M
除以每个频道的带宽25K
总频段数目就是1000
我们解释一下这个1000的含义
可以给个概念这叫做是极限容量
什么叫极限容量呢 它指的是说
我们这样一个基站
假如说有个TACS制式的大区制基站
那么总的工作频段是25MHz
在这个小区里面我们就问个问题
说是同时通信
一共能支持多少个用户来进行通信
假设说
每个用户只用1个频道
显然
一共最多能够支持1000个频道
也就是只支持1000个用户同时通信
所以这就是极限容量概念
我们需要再做多一些解释
并不是说
TACS制式只能支持1000个用户
只是说我们看极限条件下
它同时能够通信的用户数是1000
当然实际系统当中哪怕是第一代移动通信体制
它也能支持很多用户
它如何鞥够支持大量用户通信呢
其实是靠频率规划 靠空间复用来实现的
也就是说
实际的系统不止这一个基站
我们可以好多个机制
比如说我这有好多小区
好多好多
每个小区
它其实只有一部分频段
在空间上隔离一段距离之后
比如这是基站1
这是基站2
那基站1和基站2
在空间上已经隔离得比较远了
那因此基站1 BS1原来用过的频段
那么BS2在远端可以进行重用
这就是所谓空间复用或者是频率复用
靠频率复用才能够支持大量用户
如果我们现在限定每个频道只有一次
那TACS制式的极限容量其实就是1000
并且这个容量大家观察
这个容量显然这是一个硬的限制
假如说我们刚才举例子
小区里面已经有1000个用户同时通信
再来第1001个用户
那这个用户就接不进来了
因为我所有频道已经用满了
这就是它的一个基本概念
那我们再看
第二代的制式
第二代就是TDMA
TDMA代表性的体制就是GSM
还有北美所用到的DAMPS制式
这是一种时分多址技术
我们看看这GSM的体制
这是GSM一个TDMA帧的结构
大家看帧的结构
我们把这个帧
一帧划分成8个时隙
每个时隙具体的结构
它是长这个样子的
大家可以看
首尾都有一些保护间隔
就是为了保护比特和尾比特
这样就正好符合
我们刚才介绍的那个概念
实际系统当中TDMA的这些相邻用户的时隙
其实是需要有一些保护间隔的
那么中间我们再加信息比特
信息比特加到中间
1帧划分为8个时隙
每个用户占用1个时隙
这就是
GSM它的一个基本帧格式
GSM的极限容量是多大呢
我们可以给大家做个估算
因为GSM它频段上是兼容TACS的
也是占用900M的频段
那么上下行频段都是25MHz
GSM因为它采用数字调制
所以它的每一个信道所占带宽就是200KHz
25M带宽
每1个信道占200个Hz
可用的频点数我们就应当是25M除以200K
就是其实只有125个频点
而每1个频点
我们再在时间上划分为8个时隙
支持8个用户使用
所以GSM总共可以提供的信道数目
就应当是125乘以8 也是1000
所以从这个意义上来讲
GSM的极限容量
和TACS制式是一样的
也是1000个信道
大家可能会有疑问
你这个1G和2G
不是说2G比1G好吗
为什么容量是一样的
我们从两方面做一点解释
一方面来说
从原理上来讲
确实GSM极限容量和TACS是一样的
不过GSM因为它广泛采用了
数字信号处理技术
它的抗噪能力比TACS要好得多
所以实际运行的时候
GSM的语音质量还有系统容量
还是显著要高于TACS制式的
另外一方面
虽然它的极限容量是相等的
但是GSM它不完全是大区制组网
它可以有宏蜂窝
这是一个大的宏蜂窝
然后里面还配有微蜂窝
甚至还有微微蜂窝
它可以进行不同层次 不同尺度的
混合组网
所以GSM在网络组网的结构上灵活
它能够支持的网络容量
或者说网络的变化情况要远好于
TACS制式
但是从极限容量上来看
GSM也是类似于TACS的
也就是说
TDMA也是类似于FDMA的
它们都宏观
可以给它们起个共性的名字
叫做是硬容量
什么叫硬容量呢
它的时频单元是有限度的
只要你的视频单元被
使用尽了 使用完了
那么再新增的用户需求
就没有办法介入了
所以硬容量就是相当于我们给系统
加了一个硬的极限值
你只要超过这个极限值
那么新加的用户就直接中断掉
这就是它的一个特点
那么下面
我们以IS-95为示例来给大家讲讲
CDMA一些基本配置
我们看一个基站IS-95当中有64个信道
那这是它的一个配置情况
其中W0用于承载导频信道
W32用于承载同步信道
W1到W7我们用于承载7个寻呼信道
那么以上这些信道都是控制信道
那剩余这55个信道就是业务信道
那IS-95系统它采用是FDD
也就是和AMPS一样的
是频分双工的方式
它所占用的频道
也是上下行各25M带宽
我们可以计算一下IS-95
可以使用的频点数
25M带宽
IS-95的1个载波带宽是1.25M
1.25M带宽
所以我们可以算出来
它可用的频道数目其实是有20个
这是20个
这就是可用频点的数
那我们刚才也估算过
一个基站实际上可用的码字数目
实际上是55个
所以从这个意义上来讲
IS-95的极限容量
对IS-95而言
它的极限容量就应当是
20再乘以55
所以应当等于1100
1100个码道
实际上这个数量并不比
我们刚才提到的TDMA或者是FDMA
TACS或者是GSM多
只稍微多一点
因此从这个意义上来讲
IS-95 GSM还有TACS制式
它们的极限容量是差不多的
不过我们得再进一步做一些分析和解释
虽然极限容量
CDMA和TDMA FDMA是差不多的
但是工程上它还是有很大的优势的
一方面我们看
CDMA系统
它可以进行码分复用
它在组网的时候
相同的码字在空间上隔离一段距离之后
还可以重复使用
类似的像IS-95
它的基站识别码就我们一般称为是短码
实际上是一个15阶的小M序列
进行循环移位来构造的
那循环移位有多少种组合呢
这就是以IS-95基站识别码的组合数目
它其实应当有512个基站识别码
所以它的组合是我们相对是比较多的
而每一个基站识别码又能够
对应1100个极限容量
1100个码道所以
CDMA的总容量
相对来讲还是大一些的
但是另外一方面我也给大家做一下解释
这1100个码原则上讲
其实不是都够使用的
因为55个码道是理论上
我们能够支持55个用户
但其实因为IS-95用到的是
Walsh序列
这个Walsh码序列
它在正交性上虽然是好的
但是实际移动通信信道当中会有多径
那么多径和多址干扰是比较大的
所以在实际系统当中55个码道
是远远达不到的
一般情况下同一个基站下面
IS-95能够支持同时通信用户数
大概也就是13到15个用户
远达不到55
所以实际系统当中
这只是个上限
我们并没有这么大
CDMA用户容量其实并没有这么大
这就是对CDMA一些解释
那么下面
我们再看看第四代移动通信体制
这叫OFDMA
OFDMA里面这个O
刚才已经反复提到
这就是正交的意思
orthogonal
那么第四代移动通信
像LTE wiMax系统当中所用到的OFDMA
这个体制它的核心思想实际上
是类似于第一代移动通信的FDMA的
广义上理解
它也是FDMA
不过
它与FDMA还是有重大差异的
它与FDMA还是有重大差异的
FDMA当中
各个用户所占用频道是互不重叠的
比如说我们这儿给一个
这是两个用户
两个用户的频道
这两个用户的道不仅不能重叠
并且在中间
必然还要再加上有一定的间隔
加上一定的保护带宽
所以第一代体制当中的FDMA
实际上由于保护频段的存在
这个个频谱利用率是要降低一些的
换句话讲相当于说
有效的频段使用是要有一些浪费的
而对于OFDMA 它不一样
OFDMA的频段它是各个用户的频道
实际上不仅不用引入保护带宽
而且这些相邻用户的频段
实际上还要有重叠
它们是一个正交服务的方式
比如举个例子讲
这是一个用户的频道
这是另外一个用户的频道
这两个用户实际上
有一半的带宽是要重叠到一起去的
也就这两个用户的信号
其实要靠这种重叠来保证正交性
从这个意义上来讲
OFDMA 因为它有重叠
因此它的频谱效率
频率的使用率要比FDMA更高
所以OFDMA是一种比较好的
高频谱效率的频分多址方式
那么我们可以给大家看一下
OFDMA它在各个用户的
占用的频率资源的划分上
这叫做是子载波映射方式上
我们大致上讲可以归纳为这样三种
第一种我们称为是分布式映射
大家看到每一个小尖
这就是一个子载波
那么所有这些相邻的子载波
全都是相互正交的
我们实际上采用是FFT
快速傅立叶变换
来实现多个载波的调制和解调的
那么我们这儿一共有4个用户
用不同颜色和阴影区域来区分用户
对于分布式映射来讲
这4个用户的信号
它其实是分别间插式地占满整个带宽的
比如说我们看把整个子载波
4个子载波1组我们来进行区分
这是第1个子载波 第2个子载波
第3个子载波 第4个
1234 5678
就每隔4个子载波
分配给1个用户来使用
大家可以看见第1个 第5个
第9个 依次类推
就都分配给第1个用户来使用
像第2个 第6个
第10个 就分配第2个用户来使用
所以 明显大家能看到
对于分布式映射而言
每一个用户
其实基本上讲全是占满整个系统带宽的
那由此我们可以知道
对于这种映射方式
因为它的信号带宽比较宽
所以每一个用户都能获得
比较充分的频率分集的增益
那我们再看看第二种
第二种映射方式叫做集中式映射
这个也容易理解
就是我们把整个系统带宽均分为4段
比如说第1段
连续4分之1就分配第1个用户
第2段分配给第2个用户 以此类推
这种方式大家明显看到每个用户
他所占用带宽
实际上是整个系统带宽的4分之1
因此这种方式
它在频率分集增益上
就比前者集中式映射就要少一些
但这种方式因为它带宽占少
所以它在实现上就比较简单
或者说接收成本就可以低一些
那么第三种方式就是随机映射
随机映射这种方式
它不是等间隔均匀分配的
是按照一定
这种映射规则随机地打散
把4个用户的信号
随机分散到所有的系统带宽里面去的
理论上来讲这种方式
它更能够抵抗一些脉冲式干扰
那么获得比较充分的频率分集增益
但这种方式
它在实现上成本比较高
带宽宽
所以我们一般是不怎么采用的
在4G LTE
还有Wimax系统当中
我们综合考虑性能和成本
它们之间的折衷
最终我们主要选择的是这种集中式映射
因为集中式映射相对来讲实现成本低
并且也能获得一定的性能增益
-1.1 前言
--1.1 前言
-1.2 移动通信发展的回顾
-1.3 第四代移动通信技术
-1.4 第五代移动通信技术
-1.5 未来移动通信技术
-第一章 作业
--第一章 作业
-2.1 移动信道的特点
-2.2 三类主要快衰落
-2.3 传播类型与信道模型的定量分析
-2.4 无线信道模型
-第二章 作业
--第二章 作业
-3.1 多址技术的基本概念
-3.2 移动通信中的典型多址接入方式
-3.3 码分多址CDMA中的地址码
-3.4 伪随机序列(PN)和扩频码的理论基础与分析
-第三章 作业
--第三章 作业
-4.1 语音压缩编码
-4.2 移动通信中的语音编码
-4.3 图像压缩编码
-4.4 我国音视频标准
-第四章 作业
--第四章 作业
-5.1 概述
--5.1 概述
-5.2 保密学的基本原理
-5.3 GSM系统的鉴权与加密
-5.4 IS-95系统的鉴权与加密
-5.5 3G系统的信息安全
-5.6 B3G与4G系统的信息安全
-第五章 作业
--第五章 作业
-6.1 移动通信系统的物理模型
-6.2 调制/调解的基本功能与要求
-6.3 MSK/GMSK调制
-6.4 π/4-DQPSK调制
-6.5 3π/8-8PSK调制
-6.6 用于CDMA的调制方式
-6.7 MQAM调制
-第六章 作业
--第六章 作业
-7.1 信道编码的基本概念
-7.2 线性分组码
-7.3 卷积码
--7.3 卷积码
-7.4 级联码
--7.4 级联码
-7.5 Turbo码
-7.6 交织编码
--7.6 交织编码
-7.7 ARQ与HARQ简介
-7.8 信道编码理论上的潜在能力与最大编码增益
-7.9 GSM系统的信道编码
-7.10 IS-95系统中的信道编码
-7.11 CDMA2000系统的信道编码
-7.12 WCDMA系统的信道编码
-第七章 作业
--第七章 作业
-8.1 分集技术的基本原理
-8.2 RAKE接收与多径分集
-8.3 均衡技术
--8.3 均衡技术
-8.4 增强技术与应用
-第八章 作业
--第八章 作业
-9.1 多用户检测的基本原理
-9.2 最优多用户检测技术
-9.3 线性多用户检测技术
-9.4 干扰抵消多用户检测器
-第九章 作业
--第九章 作业
-10.1 OFDM基本原理
-10.2 OFDM中的信道估计
-10.3 OFDM中的同步技术
-10.4 峰平比(PAPR)抑制
-第十章 作业
--第十章 作业
-11.1 多天线信息论简介
-11.2 空时块编码（STBC）
-11.3 分层时空码
-11.4 空时格码（STTC）
-11.5 空时预编码
-11.6 MIMO技术在宽带移动通信系统中的应用
-第十一章 作业
--第十一章 作业
-12.1 引言
--12.1 引言
-12.2 多功率控制原理
-12.3 功率控制在移动通信中的应用
-12.4 无限资源的最优分配
-12.5 速率自适应
-第十二章 作业
--第十二章 作业
-13.1 标准化进程
-13.2 HSPA系统
-13.3 EVDO系统
-13.4 LTE系统
-13.5 WiMax系统
-第十三章 作业
--第十三章 作业
-14.1 TDD原理
-14.2 TD-SCDMA
-14.3 UTRA TDD
-14.4 TD-HSPA
-第十四章 作业
--第十四章 作业
-15.1 移动网络的概念与特点
-15.2 从GSM/GPRS至WCDMA网络演讲
-15.3 第三代（3G）移动通信与3GPP网络
-15.4 从IS-95至CDMA2000网络演讲
-15.5 B3G与4G移动通信网络
-第十五章 作业
--第十五章 作业
-16.1 移动通信中的业务类型
-16.2 呼叫建立与接续
-16.3 移动性管理
-16.4 无线资源管理RRM
-16.5 跨层优化
-第十六章 作业
--第十六章 作业
