1、第2章 空中接口設(shè)計(jì) 2.3 2.3 無線介質(zhì)接入方案無線介質(zhì)接入方案作用作用 無線介質(zhì)接入方案主要完成與介質(zhì)的接口并協(xié)調(diào)無線信無線介質(zhì)接入方案主要完成與介質(zhì)的接口并協(xié)調(diào)無線信道里多個(gè)終端順利工作的任務(wù)。道里多個(gè)終端順利工作的任務(wù)。（接入方案構(gòu)成了（接入方案構(gòu)成了OSI協(xié)議的第二層和局域網(wǎng)協(xié)議的第二層和局域網(wǎng)IEEE802標(biāo)準(zhǔn)的第三層。標(biāo)準(zhǔn)的第三層。 移動(dòng)通信的一大特點(diǎn)是基站的多路工作和移動(dòng)臺(tái)的單路工作，基站移動(dòng)通信的一大特點(diǎn)是基站的多路工作和移動(dòng)臺(tái)的單路工作，基站和移動(dòng)終端之間的通信方式即是接入方案問題）和移動(dòng)終端之間的通信方式即是接入方案問題）分類分類無線網(wǎng)絡(luò)的主要業(yè)務(wù)是話音和數(shù)據(jù)，根據(jù)業(yè)

2、務(wù)的特點(diǎn)接入方案也分為了：無線網(wǎng)絡(luò)的主要業(yè)務(wù)是話音和數(shù)據(jù)，根據(jù)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)接入方案也分為了：面向語音的固定接入和面向數(shù)據(jù)的隨機(jī)接入。面向語音的固定接入和面向數(shù)據(jù)的隨機(jī)接入。 第2章 空中接口設(shè)計(jì) 2.3.12.3.1、面向語音的固定接入方案、面向語音的固定接入方案 一、含義：一、含義： 用戶在通信會(huì)話過程中會(huì)按照預(yù)先確定用戶在通信會(huì)話過程中會(huì)按照預(yù)先確定的原則分配到一個(gè)固定信道資源。（頻率、的原則分配到一個(gè)固定信道資源。（頻率、時(shí)間、擴(kuò)頻碼）。時(shí)間、擴(kuò)頻碼）。二、多址接入方案：二、多址接入方案：FDMA、TDMA、CDMA、SCDM 第2章 空中接口設(shè)計(jì) FDMA是使用最早的一種多址接入方式，建

3、立在是使用最早的一種多址接入方式，建立在FDM的基礎(chǔ)之上，的基礎(chǔ)之上，當(dāng)當(dāng)FDM用來做信道時(shí)就稱為用來做信道時(shí)就稱為FDMA。它實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，更適合于模擬技術(shù)。它實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，更適合于模擬技術(shù)。 FDMA目前仍在許多系統(tǒng)中應(yīng)用，如：在衛(wèi)星通信、目前仍在許多系統(tǒng)中應(yīng)用，如：在衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信、一點(diǎn)多址微波通信系統(tǒng)中。移動(dòng)通信、一點(diǎn)多址微波通信系統(tǒng)中。 通常，一個(gè)無線電信號(hào)可以表達(dá)為時(shí)間、頻率和碼型通常，一個(gè)無線電信號(hào)可以表達(dá)為時(shí)間、頻率和碼型的函數(shù)，即可表達(dá)為：的函數(shù)，即可表達(dá)為：),()(),(tfStCtfcS1、FDMA原理原理 1當(dāng)以傳輸信號(hào)的載頻不同來區(qū)分信道建立多址接入時(shí)，稱當(dāng)以傳輸信號(hào)的

4、載頻不同來區(qū)分信道建立多址接入時(shí)，稱為頻分多址（為頻分多址（FDMA）方式。）方式。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 基本原理基本原理將給定的頻譜資源按頻率劃分，把傳輸頻帶劃分為若干將給定的頻譜資源按頻率劃分，把傳輸頻帶劃分為若干個(gè)較窄的且互不重疊的子頻帶（或稱信道），每個(gè)用戶個(gè)較窄的且互不重疊的子頻帶（或稱信道），每個(gè)用戶分配到一個(gè)固定子頻帶，按頻帶區(qū)分用戶；分配到一個(gè)固定子頻帶，按頻帶區(qū)分用戶；將信號(hào)調(diào)制到該子頻帶內(nèi)，各用戶信號(hào)同時(shí)傳送；將信號(hào)調(diào)制到該子頻帶內(nèi)，各用戶信號(hào)同時(shí)傳送；接收時(shí)分別按頻帶提取，從而實(shí)現(xiàn)多址通信。接收時(shí)分別按頻帶提取，從而實(shí)現(xiàn)多址通信。圖給出了圖給出了N個(gè)信道的三維示意圖。個(gè)信

5、道的三維示意圖。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 各用戶同時(shí)發(fā)送，頻帶上互不重疊，在采用理想濾波器分各用戶同時(shí)發(fā)送，頻帶上互不重疊，在采用理想濾波器分割用戶信號(hào)時(shí)，應(yīng)滿足式割用戶信號(hào)時(shí)，應(yīng)滿足式(2)所示的頻域正交的分割條件。所示的頻域正交的分割條件。 信道1信道2信道3信道N代碼時(shí)間頻率圖圖1 FDMA示意圖示意圖第2章 空中接口設(shè)計(jì) 式中，式中， 是第是第n路信號(hào)路信號(hào) 的傅氏變的傅氏變換；換； 是是 的使用頻帶。的使用頻帶。 2,0)()(, 1)()(fmnfmnmndffSfSmndffSfS)()(tSFfSnn)(tSn12fff)(tSn第2章 空中接口設(shè)計(jì) 保護(hù)間隔保護(hù)間隔 實(shí)際的濾波器

6、總是達(dá)不到理想條件，各信號(hào)間總是實(shí)際的濾波器總是達(dá)不到理想條件，各信號(hào)間總是存在一定的相關(guān)性，總有一定的干擾，各頻帶之間存在一定的相關(guān)性，總有一定的干擾，各頻帶之間必須留有一定的保護(hù)間隔以減少各頻帶之間的串?dāng)_。必須留有一定的保護(hù)間隔以減少各頻帶之間的串?dāng)_。 在模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)中，信道帶寬通常等于傳在模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)中，信道帶寬通常等于傳輸一路模擬話音所需的帶寬，如輸一路模擬話音所需的帶寬，如25 kHz或或30 KHz。 在單純的在單純的FDMA中，常用頻分雙工（中，常用頻分雙工（FDD）的）的方式來實(shí)現(xiàn)雙工通信，即接收頻率和發(fā)送頻率是不方式來實(shí)現(xiàn)雙工通信，即接收頻率和發(fā)送頻率是不同的。為了使

7、得同一終端的收發(fā)之間不產(chǎn)生干擾，同的。為了使得同一終端的收發(fā)之間不產(chǎn)生干擾，收發(fā)頻率間隔還必須大于一定的數(shù)值。收發(fā)頻率間隔還必須大于一定的數(shù)值。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 應(yīng)用應(yīng)用 模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)都可采用頻分多址模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)都可采用頻分多址（FDMA)方式傳輸。方式傳輸。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 2、TDMA原理原理 TDMA技術(shù)建立在技術(shù)建立在TDM基礎(chǔ)之上基礎(chǔ)之上 是在給定傳輸頻帶的條件下，把傳遞的時(shí)間劃分為若干是在給定傳輸頻帶的條件下，把傳遞的時(shí)間劃分為若干時(shí)間間隙，簡(jiǎn)稱時(shí)隙。時(shí)間間隙，簡(jiǎn)稱時(shí)隙。 用戶的收發(fā)各使用一個(gè)指定的時(shí)隙，經(jīng)過數(shù)字化后的用用戶的收發(fā)各使用一個(gè)指定的時(shí)隙，經(jīng)過數(shù)字化

8、后的用戶信號(hào)被安插到指定的時(shí)隙中，多個(gè)用戶依序分別占用時(shí)戶信號(hào)被安插到指定的時(shí)隙中，多個(gè)用戶依序分別占用時(shí)隙，經(jīng)傳輸，各用戶接收并解調(diào)后分別提取相應(yīng)時(shí)隙的信隙，經(jīng)傳輸，各用戶接收并解調(diào)后分別提取相應(yīng)時(shí)隙的信息，按時(shí)間區(qū)分用戶，從而實(shí)現(xiàn)多址通信。息，按時(shí)間區(qū)分用戶，從而實(shí)現(xiàn)多址通信。 當(dāng)以傳輸信號(hào)存在的時(shí)間不同來區(qū)分信道，建立多址接當(dāng)以傳輸信號(hào)存在的時(shí)間不同來區(qū)分信道，建立多址接入時(shí)，稱為時(shí)分多址（入時(shí)，稱為時(shí)分多址（TDMA）方式。）方式。第2章 空中接口設(shè)計(jì) TDMA把時(shí)間分割成周期性的幀，每一幀再分割成把時(shí)間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙（無論幀或時(shí)隙都是互不重疊的）。各用戶在

9、若干個(gè)時(shí)隙（無論幀或時(shí)隙都是互不重疊的）。各用戶在同一頻帶中傳送，時(shí)間上互不重疊，符合式同一頻帶中傳送，時(shí)間上互不重疊，符合式(3)給出的時(shí)域給出的時(shí)域正交條件。正交條件。 3, 0)()(, 1)()(fmntmnmndttStSmndttStS第2章 空中接口設(shè)計(jì) 時(shí)間 式中，式中， 是第是第n個(gè)信號(hào)個(gè)信號(hào) 的持續(xù)時(shí)間。圖的持續(xù)時(shí)間。圖2給出了給出了N個(gè)個(gè)信道信道TDMA的三維示意圖。的三維示意圖。tnS頻率代碼信道1信道2信道3信道N圖圖2 TDMA示意圖示意圖 第2章 空中接口設(shè)計(jì) 在傳輸時(shí)，由于實(shí)際信道中幅頻特性、相頻特性不在傳輸時(shí)，由于實(shí)際信道中幅頻特性、相頻特性不理想及多徑等因素

10、的影響，可能破壞正交條件，形成碼間理想及多徑等因素的影響，可能破壞正交條件，形成碼間串?dāng)_。因此，通信中，除了傳送用戶信息外，還需要一定串?dāng)_。因此，通信中，除了傳送用戶信息外，還需要一定的比特開銷，以保證和提高傳輸質(zhì)量。兩種典型的時(shí)隙結(jié)的比特開銷，以保證和提高傳輸質(zhì)量。兩種典型的時(shí)隙結(jié)構(gòu)如圖構(gòu)如圖3所示。所示。幀圖圖3 TDMA時(shí)隙分配示意圖時(shí)隙分配示意圖典型結(jié)構(gòu)2典型結(jié)構(gòu)1時(shí)隙123N同步控制保護(hù)信息訓(xùn)練信息信息保護(hù)第2章 空中接口設(shè)計(jì) 時(shí)隙結(jié)構(gòu)（或稱突發(fā)結(jié)構(gòu)）設(shè)計(jì)考慮的問題時(shí)隙結(jié)構(gòu)（或稱突發(fā)結(jié)構(gòu)）設(shè)計(jì)考慮的問題 控制和信令的傳輸；控制和信令的傳輸； 信道多徑的影響；信道多徑的影響； 系統(tǒng)的同

11、步。系統(tǒng)的同步。解決問題的主要措施解決問題的主要措施在每個(gè)時(shí)隙中，專門劃出部分比特用于控制和信令信息的傳輸；在每個(gè)時(shí)隙中，專門劃出部分比特用于控制和信令信息的傳輸；為了便于接收端利用均衡器來克服多徑等原因引起的碼間干擾，為了便于接收端利用均衡器來克服多徑等原因引起的碼間干擾，在時(shí)隙中要插入自適應(yīng)均衡器所需的訓(xùn)練序列。訓(xùn)練序列對(duì)接收端在時(shí)隙中要插入自適應(yīng)均衡器所需的訓(xùn)練序列。訓(xùn)練序列對(duì)接收端來說是確知的，接收端根據(jù)訓(xùn)練序列的解調(diào)結(jié)果，就可以估計(jì)出信來說是確知的，接收端根據(jù)訓(xùn)練序列的解調(diào)結(jié)果，就可以估計(jì)出信道的沖擊響應(yīng)，根據(jù)該響應(yīng)就可以預(yù)置均衡器的系數(shù)，從而可消除道的沖擊響應(yīng)，根據(jù)該響應(yīng)就可以預(yù)置

12、均衡器的系數(shù)，從而可消除碼間干擾對(duì)整個(gè)時(shí)隙的影響。碼間干擾對(duì)整個(gè)時(shí)隙的影響。各時(shí)隙間還應(yīng)留有保護(hù)間隙，以減少碼間串?dāng)_的影響。各時(shí)隙間還應(yīng)留有保護(hù)間隙，以減少碼間串?dāng)_的影響。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 整個(gè)系統(tǒng)要有精確的同步，要由基準(zhǔn)站統(tǒng)一系統(tǒng)內(nèi)各站整個(gè)系統(tǒng)要有精確的同步，要由基準(zhǔn)站統(tǒng)一系統(tǒng)內(nèi)各站的時(shí)鐘，才能保證各用戶準(zhǔn)確地按時(shí)隙提取各自需要的信的時(shí)鐘，才能保證各用戶準(zhǔn)確地按時(shí)隙提取各自需要的信號(hào)。為了便于接收端達(dá)到同步的要求，在每個(gè)時(shí)隙中還要號(hào)。為了便于接收端達(dá)到同步的要求，在每個(gè)時(shí)隙中還要傳輸同步序列。同步序列和訓(xùn)練序列可分開傳輸，也可合傳輸同步序列。同步序列和訓(xùn)練序列可分開傳輸，也可合二為一。二

13、為一。 TDMA系統(tǒng)只能傳輸數(shù)字信號(hào)，用戶信號(hào)如果是模系統(tǒng)只能傳輸數(shù)字信號(hào)，用戶信號(hào)如果是模擬的，必須先進(jìn)行擬的，必須先進(jìn)行A/D變換，使之成為數(shù)字信號(hào)。每時(shí)隙變換，使之成為數(shù)字信號(hào)。每時(shí)隙可以是單個(gè)用戶占用，也可以是一組時(shí)分復(fù)用的用戶占可以是單個(gè)用戶占用，也可以是一組時(shí)分復(fù)用的用戶占用。即用。即TDM數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制TDMA方式。方式。第2章 空中接口設(shè)計(jì) TDMATDMA工作方式工作方式 TDMA/ FDD和和TDMA /TDDFDDFDD（頻分雙工）方式（頻分雙工）方式FDD系統(tǒng)中前向和反向鏈路需要使用不同的頻率段。系統(tǒng)中前向和反向鏈路需要使用不同的頻率段。FDD特點(diǎn)特點(diǎn) （1） 上下行

14、頻率不同上下行頻率不同 （2） 頻率間隔足夠大（或使用高選通性濾波器）頻率間隔足夠大（或使用高選通性濾波器） （3） 抗快衰減和多普勒效應(yīng)的能力較好抗快衰減和多普勒效應(yīng)的能力較好（4） 小區(qū)半徑相對(duì)較大小區(qū)半徑相對(duì)較大 第2章 空中接口設(shè)計(jì) TDMA/FDD典型應(yīng)用典型應(yīng)用在在GSM中正向和反向信道采用不同的載波頻率中正向和反向信道采用不同的載波頻率（FDD），每個(gè)方向?yàn)椋總€(gè)方向?yàn)?5MHZ（890MHZ915MHAZ；935MHZ960MHZ），每一路載波帶寬為），每一路載波帶寬為200KHZ，共，共有有125個(gè)載波頻率。每個(gè)載波采用個(gè)載波頻率。每個(gè)載波采用TDMA方式可同時(shí)支持方式可同

15、時(shí)支持8用戶。用戶。 為此，為此，GSM總共可以提供的時(shí)分信道數(shù)為總共可以提供的時(shí)分信道數(shù)為1000個(gè)。個(gè)。第2章 空中接口設(shè)計(jì) TDD方式方式 系統(tǒng)中前向和反向鏈路可以使用相同頻點(diǎn)上的不系統(tǒng)中前向和反向鏈路可以使用相同頻點(diǎn)上的不同時(shí)間間隙，即前向和反向鏈路。同時(shí)間間隙，即前向和反向鏈路。TDD特點(diǎn)特點(diǎn) （1） 上下行工作與同一頻率，對(duì)稱的電波傳播特上下行工作與同一頻率，對(duì)稱的電波傳播特性使之便于使用諸如智能天線等技術(shù)；性使之便于使用諸如智能天線等技術(shù)； （2） 頻率資源利用率高；頻率資源利用率高； （3） 小區(qū)半徑相對(duì)較小；小區(qū)半徑相對(duì)較小； （4） 抗衰落和多普勒效應(yīng)的能力較抗衰落和多普勒

16、效應(yīng)的能力較FDD差；差； 第2章 空中接口設(shè)計(jì) FDD上行鏈路和下行鏈路的幀結(jié)構(gòu)既可以上行鏈路和下行鏈路的幀結(jié)構(gòu)既可以相同，也可以不同。相同，也可以不同。 TDD方式中，通常收發(fā)工作在相同頻率上，方式中，通常收發(fā)工作在相同頻率上，一幀中一半的時(shí)隙用于移動(dòng)臺(tái)發(fā)送，另一半的一幀中一半的時(shí)隙用于移動(dòng)臺(tái)發(fā)送，另一半的時(shí)隙用于移動(dòng)臺(tái)接收。采用時(shí)隙用于移動(dòng)臺(tái)接收。采用TDD方式時(shí)無需使方式時(shí)無需使用雙工器，因收發(fā)處于不同時(shí)隙，由高速開關(guān)用雙工器，因收發(fā)處于不同時(shí)隙，由高速開關(guān)把接收機(jī)和發(fā)射機(jī)接到天線上即可。把接收機(jī)和發(fā)射機(jī)接到天線上即可。第2章 空中接口設(shè)計(jì) TDMA/TDD典型應(yīng)用典型應(yīng)用北美標(biāo)準(zhǔn)北美

17、標(biāo)準(zhǔn)IS-54和和IS-136中，每條語音信中，每條語音信道的帶寬為道的帶寬為30KHZ，由，由6個(gè)時(shí)隙組成，其個(gè)時(shí)隙組成，其中前中前3個(gè)時(shí)隙用于上行信道，后個(gè)時(shí)隙用于上行信道，后3個(gè)時(shí)隙個(gè)時(shí)隙用于下行信道）用于下行信道）第2章 空中接口設(shè)計(jì) 3 3、 CDMACDMA原理原理 CDMA系統(tǒng)中，各用戶使用相同的載波頻率，占系統(tǒng)中，各用戶使用相同的載波頻率，占用相同頻帶，發(fā)射時(shí)間是任意的。即：各用戶的頻率用相同頻帶，發(fā)射時(shí)間是任意的。即：各用戶的頻率和時(shí)間可相互重疊，用戶的劃分是利用不同地址碼序和時(shí)間可相互重疊，用戶的劃分是利用不同地址碼序列實(shí)現(xiàn)的，如圖列實(shí)現(xiàn)的，如圖4所示。所示。 由于在每一個(gè)

18、用戶信息碼元時(shí)隙中填入了一定長(zhǎng)由于在每一個(gè)用戶信息碼元時(shí)隙中填入了一定長(zhǎng)度的用戶碼序列，序列中每一個(gè)用戶信息字碼（度的用戶碼序列，序列中每一個(gè)用戶信息字碼（chip）比碼元時(shí)隙寬度小若干數(shù)量級(jí)，因而傳輸信號(hào)帶寬將比碼元時(shí)隙寬度小若干數(shù)量級(jí)，因而傳輸信號(hào)帶寬將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于用戶信號(hào)的原始寬度，所以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于用戶信號(hào)的原始寬度，所以CDMA方式一定方式一定是頻譜擴(kuò)展的通信方式，也就是擴(kuò)頻方式。是頻譜擴(kuò)展的通信方式，也就是擴(kuò)頻方式。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 用戶信號(hào)經(jīng)擴(kuò)頻處理，再經(jīng)載波調(diào)制后發(fā)送出去。用戶信號(hào)經(jīng)擴(kuò)頻處理，再經(jīng)載波調(diào)制后發(fā)送出去。接收端使用完全相同的擴(kuò)頻碼序列，同步后與接收的接收端使用完全相同的擴(kuò)

19、頻碼序列，同步后與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)解擴(kuò)為原始數(shù)據(jù)信帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)解擴(kuò)為原始數(shù)據(jù)信息。息。 不同用戶使用不同的碼序列，它們占用相同頻帶，不同用戶使用不同的碼序列，它們占用相同頻帶，可以同時(shí)傳輸，接收機(jī)雖然能收到但不能解出，這樣可以同時(shí)傳輸，接收機(jī)雖然能收到但不能解出，這樣可實(shí)現(xiàn)互不干擾的多址通信。當(dāng)以不同的相互正交的可實(shí)現(xiàn)互不干擾的多址通信。當(dāng)以不同的相互正交的碼序列區(qū)分用戶、建立多址接入時(shí)，稱為碼分多址方碼序列區(qū)分用戶、建立多址接入時(shí)，稱為碼分多址方式。式。 第2章 空中接口設(shè)計(jì) 圖圖5 CDMA示意圖示意圖代碼時(shí)間頻率信道1信道2信道3信道N第2章 空中接

20、口設(shè)計(jì) 碼分多址系統(tǒng)運(yùn)用相互正交的碼序列互不干擾的碼分多址系統(tǒng)運(yùn)用相互正交的碼序列互不干擾的原理來實(shí)現(xiàn)多址通信，在原理來實(shí)現(xiàn)多址通信，在CDMA中，相互正交的碼序中，相互正交的碼序列也就是地址碼，應(yīng)符合式列也就是地址碼，應(yīng)符合式確定的正交條件。確定的正交條件。)4(, 0)()(, 1)()(TmnTmnmndttCtCmndttCtC式中，式中，T為信息序列的碼元間隔；為信息序列的碼元間隔； 為第為第n個(gè)用個(gè)用戶的地址碼序列。戶的地址碼序列。)(tCn第2章 空中接口設(shè)計(jì) CDMA系統(tǒng)工作方式系統(tǒng)工作方式CDMA/FDD正向信道和反向信道采用不同的頻率（正向信道和反向信道采用不同的頻率（IM

21、T2000，IS-95中使用）。中使用）。CDMA/TDD正向信道和反向信道采用相同的頻率，不同的時(shí)間。正向信道和反向信道采用相同的頻率，不同的時(shí)間。CDMA在頻率、時(shí)間和空間上都可能重疊。在頻率、時(shí)間和空間上都可能重疊。 即他們占即他們占有相同的頻段和時(shí)間。為此，每個(gè)用戶相對(duì)于其他用有相同的頻段和時(shí)間。為此，每個(gè)用戶相對(duì)于其他用戶都是一個(gè)噪聲源。這樣系統(tǒng)中用戶數(shù)的增加，超過戶都是一個(gè)噪聲源。這樣系統(tǒng)中用戶數(shù)的增加，超過某個(gè)數(shù)量就會(huì)使系統(tǒng)崩潰。為此，研究某個(gè)數(shù)量就會(huì)使系統(tǒng)崩潰。為此，研究CDMA的容量的容量問題就尤為重要。問題就尤為重要。第2章 空中接口設(shè)計(jì) CDMA容量容量容量的定義容量的定

22、義 一個(gè)無線電系統(tǒng)的容量被定義為：一定的一個(gè)無線電系統(tǒng)的容量被定義為：一定的頻段內(nèi)所能提供的信道數(shù)或用戶的最大數(shù)目或頻段內(nèi)所能提供的信道數(shù)或用戶的最大數(shù)目或系統(tǒng)輸入話務(wù)總量。（它與信道的載頻間隔、系統(tǒng)輸入話務(wù)總量。（它與信道的載頻間隔、每載頻的時(shí)隙數(shù)、頻率資源和頻率復(fù)用方式、每載頻的時(shí)隙數(shù)、頻率資源和頻率復(fù)用方式、基站設(shè)置方式有關(guān)）。基站設(shè)置方式有關(guān)）。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 容量的計(jì)算容量的計(jì)算CDMA的實(shí)現(xiàn)是建立在擴(kuò)頻技術(shù)基礎(chǔ)之上的。的實(shí)現(xiàn)是建立在擴(kuò)頻技術(shù)基礎(chǔ)之上的。CDMA的最簡(jiǎn)單形式是采用一個(gè)擴(kuò)頻發(fā)送器把信號(hào)的最簡(jiǎn)單形式是采用一個(gè)擴(kuò)頻發(fā)送器把信號(hào)的功率擴(kuò)展為比原來信號(hào)頻帶寬的功率擴(kuò)展為比

23、原來信號(hào)頻帶寬N倍的頻帶上。即：倍的頻帶上。即：設(shè)：信號(hào)帶寬為設(shè)：信號(hào)帶寬為R；發(fā)射之后帶寬為：；發(fā)射之后帶寬為：W 則：則：W=NR擴(kuò)頻接收器在處理收到信號(hào)時(shí)會(huì)得到擴(kuò)頻增益擴(kuò)頻接收器在處理收到信號(hào)時(shí)會(huì)得到擴(kuò)頻增益N。這。這意味著在接收處理的過程中，如果接收器收到的信意味著在接收處理的過程中，如果接收器收到的信號(hào)里包含了該接收器認(rèn)可的碼，那么經(jīng)過處理后的號(hào)里包含了該接收器認(rèn)可的碼，那么經(jīng)過處理后的該信號(hào)的功率將比處理前提高該信號(hào)的功率將比處理前提高N倍。倍。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 設(shè)：在一個(gè)獨(dú)立小區(qū)，設(shè)：在一個(gè)獨(dú)立小區(qū)，CDMA的反向信道上同時(shí)有的反向信道上同時(shí)有M個(gè)用戶，對(duì)每個(gè)用戶的接收功率都

24、相同為個(gè)用戶，對(duì)每個(gè)用戶的接收功率都相同為P，則：目標(biāo)接收器的信雜比：則：目標(biāo)接收器的信雜比： 1) 1(MNPMNPSr由于系統(tǒng)的由于系統(tǒng)的 是一定的，為此可求出：是一定的，為此可求出：rSrSRWM1第2章 空中接口設(shè)計(jì) 實(shí)際容量計(jì)算公式實(shí)際容量計(jì)算公式在實(shí)際的數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，影響系統(tǒng)容量的還有在實(shí)際的數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，影響系統(tǒng)容量的還有3個(gè)參數(shù)：個(gè)參數(shù)：扇區(qū)增益因子（扇區(qū)增益因子（ ） 采用定向天線把小區(qū)扇區(qū)化可以增加頻帶的利用率采用定向天線把小區(qū)扇區(qū)化可以增加頻帶的利用率,減減少總體的干擾，從而增加同時(shí)通信的用戶數(shù)，這可以少總體的干擾，從而增加同時(shí)通信的用戶數(shù)，這可以量化為一個(gè)扇

25、區(qū)增益因子。量化為一個(gè)扇區(qū)增益因子。語音活躍因子（語音活躍因子（ ）全部通話時(shí)間和語音活躍時(shí)間的比值。全部通話時(shí)間和語音活躍時(shí)間的比值。干擾增加因子（干擾增加因子（ ）相鄰小區(qū)同頻的干擾相鄰小區(qū)同頻的干擾 。AGVGOH第2章 空中接口設(shè)計(jì) 考慮這三個(gè)因素后，實(shí)際容量計(jì)算公式：考慮這三個(gè)因素后，實(shí)際容量計(jì)算公式： OArHGGSRWMV1OVAHGGK 設(shè)：設(shè)： 。 性能提高因子性能提高因子K=4dB第2章 空中接口設(shè)計(jì) 4 、空分多址、空分多址SDMA方式方式 空分多址（空分多址（SDMA）是利用不同的用戶空間特征）是利用不同的用戶空間特征區(qū)分用戶，從而實(shí)現(xiàn)多址通信的方式。區(qū)分用戶，從而實(shí)現(xiàn)

26、多址通信的方式。 目前利用最多也是最明顯的特征就是用戶的位置。目前利用最多也是最明顯的特征就是用戶的位置。配合電磁波傳播的特征可以使不同地域的用戶使用相配合電磁波傳播的特征可以使不同地域的用戶使用相同頻率實(shí)現(xiàn)互不干擾的通信。同頻率實(shí)現(xiàn)互不干擾的通信。 例如：可以利用定向天線或窄波束天線，使電磁波按例如：可以利用定向天線或窄波束天線，使電磁波按一定指向輻射，局限在波束范圍內(nèi)，不同波束范圍可一定指向輻射，局限在波束范圍內(nèi)，不同波束范圍可以使用相同的頻率，也可以控制發(fā)送的功率，使電磁以使用相同的頻率，也可以控制發(fā)送的功率，使電磁波只能作用在有限的距離內(nèi)。在電磁波作用范圍以外波只能作用在有限的距離內(nèi)。

27、在電磁波作用范圍以外的地域仍可使用相同的頻率，以空間區(qū)分不同用戶。的地域仍可使用相同的頻率，以空間區(qū)分不同用戶。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 實(shí)際上在頻率資源管理上早已采用了這種可以說是實(shí)際上在頻率資源管理上早已采用了這種可以說是較古老的多址方式。較古老的多址方式。 在蜂窩移動(dòng)通信中由于充分運(yùn)用了這種多址方在蜂窩移動(dòng)通信中由于充分運(yùn)用了這種多址方式，才能用有限的頻譜構(gòu)成大容量的通信系統(tǒng)，稱式，才能用有限的頻譜構(gòu)成大容量的通信系統(tǒng)，稱為頻率再用技術(shù)，這是蜂窩通信中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。為頻率再用技術(shù)，這是蜂窩通信中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。 衛(wèi)星通信中采用窄波束天線實(shí)現(xiàn)空分多址，也衛(wèi)星通信中采用窄波束天線實(shí)現(xiàn)空分多址，

28、也提高了頻譜的利用率。由于空間的分割不可能太細(xì)，提高了頻譜的利用率。由于空間的分割不可能太細(xì)，雖然衛(wèi)星天線采用陣列處理技術(shù)后，分辨率有較大雖然衛(wèi)星天線采用陣列處理技術(shù)后，分辨率有較大的提高，但一般情況下不可能某一空間范圍只有一的提高，但一般情況下不可能某一空間范圍只有一個(gè)用戶，所以空分多址通常與其他多址方式綜合運(yùn)個(gè)用戶，所以空分多址通常與其他多址方式綜合運(yùn)用。用。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 用不同的空間特征區(qū)分用戶時(shí)，稱為空間多址用不同的空間特征區(qū)分用戶時(shí)，稱為空間多址（SDMA）方式。應(yīng)滿足）方式。應(yīng)滿足式所示的正交分割條件。式所示的正交分割條件。)5(,0)()(, 1)()(SmnSmnmnS

29、fSfmnSfSf式中，式中，S是用戶是用戶n所在天線的輻射區(qū)。所在天線的輻射區(qū)。 第2章 空中接口設(shè)計(jì) （三）多址接入方案的比較（三）多址接入方案的比較 1、格式的靈活性、格式的靈活性 TDMA相對(duì)于相對(duì)于FDMA在于在于TDMA能夠?yàn)榫C合語音和數(shù)能夠?yàn)榫C合語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供更靈活的環(huán)境，據(jù)業(yè)務(wù)提供更靈活的環(huán)境，TDMA網(wǎng)絡(luò)中原本為語音網(wǎng)絡(luò)中原本為語音傳輸設(shè)計(jì)的時(shí)隙可以單獨(dú)也可以按分組的形式以不同傳輸設(shè)計(jì)的時(shí)隙可以單獨(dú)也可以按分組的形式以不同的速率為用戶傳輸數(shù)據(jù)的速率為用戶傳輸數(shù)據(jù) 。 CDMA相對(duì)相對(duì)TDMA的主要優(yōu)點(diǎn)在于其時(shí)間和傳輸質(zhì)量的主要優(yōu)點(diǎn)在于其時(shí)間和傳輸質(zhì)量具有靈活性。在具有靈活

30、性。在CDMA里用戶通過不同的碼彼此劃分，里用戶通過不同的碼彼此劃分，不受相對(duì)于其他用戶的傳輸時(shí)間的影響。不受相對(duì)于其他用戶的傳輸時(shí)間的影響。 第2章 空中接口設(shè)計(jì) 2、多徑衰落下的性能、多徑衰落下的性能 無線環(huán)境下的多徑導(dǎo)致頻率選擇性衰落，當(dāng)發(fā)生頻率選擇性無線環(huán)境下的多徑導(dǎo)致頻率選擇性衰落，當(dāng)發(fā)生頻率選擇性衰落時(shí)，如一個(gè)窄帶系統(tǒng)的傳輸頻帶恰好落入衰減區(qū)，全部信號(hào)衰落時(shí)，如一個(gè)窄帶系統(tǒng)的傳輸頻帶恰好落入衰減區(qū)，全部信號(hào)將損失。當(dāng)我們?cè)黾觽鬏攷挄r(shí)，衰落只會(huì)影響到傳輸頻帶的部將損失。當(dāng)我們?cè)黾觽鬏攷挄r(shí)，衰落只會(huì)影響到傳輸頻帶的部分，這使得寬帶接收器能夠利用沒有受到衰落的頻帶來建立一個(gè)分，這使得

31、寬帶接收器能夠利用沒有受到衰落的頻帶來建立一個(gè)更可靠的通信連路。一般來說，帶寬越寬，平均衰落頻率的效果更可靠的通信連路。一般來說，帶寬越寬，平均衰落頻率的效果越好。越好。 在寬帶系統(tǒng)中用來對(duì)抗頻率選擇性衰落的技術(shù)主在寬帶系統(tǒng)中用來對(duì)抗頻率選擇性衰落的技術(shù)主要有：要有：OFDM，扇區(qū)天線、擴(kuò)頻和均衡技術(shù)。，扇區(qū)天線、擴(kuò)頻和均衡技術(shù)。 FDMA不能采用這些技術(shù)不能采用這些技術(shù) TDMA中的中的GSM只采用了均衡技術(shù)。只采用了均衡技術(shù)。 CDMA的傳輸帶寬寬（在的傳輸帶寬寬（在IS-95中的帶寬為中的帶寬為1.25MHZ，WCDMA為為10MHZ），可以對(duì)抗頻率選擇性衰落，獲得好的平），可以對(duì)抗頻率

32、選擇性衰落，獲得好的平均衰落頻率。均衰落頻率。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 3、系統(tǒng)容量、系統(tǒng)容量容量的比較決定于幾個(gè)因素：頻率復(fù)用因子、語音編碼速容量的比較決定于幾個(gè)因素：頻率復(fù)用因子、語音編碼速率和天線類型。為此以實(shí)際例子對(duì)三個(gè)方式作下比較：率和天線類型。為此以實(shí)際例子對(duì)三個(gè)方式作下比較： IS-95 CDMA、IS -136TDMA、AMPS FDMA的容量的容量CDMA系統(tǒng)，假設(shè)可以接收信號(hào)干擾比為系統(tǒng)，假設(shè)可以接收信號(hào)干擾比為6 數(shù)據(jù)速率數(shù)據(jù)速率為為9600 ，語音負(fù)荷為，語音負(fù)荷為50%，等效的天線扇區(qū)分化因子，等效的天線扇區(qū)分化因子為為2.75，相鄰小區(qū)的干擾因子為，相鄰小區(qū)的干擾因子為

33、1.67。解：對(duì)于解：對(duì)于IS-95CDMA，每一個(gè)載波，每一個(gè)載波W=1.25MHZ，R=9600 dBbpsbps)( 6 dBSr %50(2的語音負(fù)荷）VG75.2GA67. 1OH第2章 空中接口設(shè)計(jì) 小區(qū)用戶/1081OVArHGGSRWM對(duì)于對(duì)于IS-136，載波帶寬為，載波帶寬為 每一個(gè)載波用戶每一個(gè)載波用戶數(shù)為數(shù)為 頻率復(fù)用因子為頻率復(fù)用因子為K=4（通常用于這些系統(tǒng)（通常用于這些系統(tǒng)中），則每中），則每1.25MHZ的帶寬可以支持的用戶數(shù)為：的帶寬可以支持的用戶數(shù)為：ZcKHW303uN小區(qū)用戶/25.31KNWWMUC第2章 空中接口設(shè)計(jì) 對(duì)于AMPS模擬系統(tǒng)，載波帶寬為

34、模擬系統(tǒng)，載波帶寬為 頻率頻率復(fù)用因子為復(fù)用因子為K=7（通常用于這些系統(tǒng)中），則每（通常用于這些系統(tǒng)中），則每1.25MHZ的帶寬可以支持的用戶數(shù)為：的帶寬可以支持的用戶數(shù)為：ZcKHW30信道用戶/61KWWMC第2章 空中接口設(shè)計(jì) 4、越區(qū)切換、越區(qū)切換越區(qū)切換發(fā)生在一個(gè)越區(qū)切換發(fā)生在一個(gè)MS（移動(dòng)臺(tái)）接收信號(hào)變?nèi)酰ㄒ苿?dòng)臺(tái)）接收信號(hào)變?nèi)酰硪粋€(gè)另一個(gè)BS（基站）可以為之提供更強(qiáng)的信號(hào)的時(shí)候。（基站）可以為之提供更強(qiáng)的信號(hào)的時(shí)候。FDMA：硬判決切換：硬判決切換由基站控制負(fù)責(zé)監(jiān)視從由基站控制負(fù)責(zé)監(jiān)視從BS收到的信號(hào)強(qiáng)度，完成切換。收到的信號(hào)強(qiáng)度，完成切換。TDMA：移動(dòng)自助切換：移動(dòng)

35、自助切換移動(dòng)臺(tái)對(duì)可以收到信號(hào)的基站進(jìn)行監(jiān)視然后向基站控制移動(dòng)臺(tái)對(duì)可以收到信號(hào)的基站進(jìn)行監(jiān)視然后向基站控制器發(fā)出報(bào)告，由基站控制器負(fù)責(zé)越區(qū)切換。器發(fā)出報(bào)告，由基站控制器負(fù)責(zé)越區(qū)切換。這兩種系統(tǒng)在切換的時(shí)候問題：這兩種系統(tǒng)在切換的時(shí)候問題：（1）信號(hào)質(zhì)量差，有卡卡聲。）信號(hào)質(zhì)量差，有卡卡聲。 這是因?yàn)椋噜彽男^(qū)采用不同的頻率，因此，這是因?yàn)椋噜彽男^(qū)采用不同的頻率，因此，MS必須先從網(wǎng)絡(luò)斷開然后再連接必須先從網(wǎng)絡(luò)斷開然后再連接。（2）越區(qū)切換時(shí)間判決復(fù)雜：切換點(diǎn)的信號(hào)太弱。）越區(qū)切換時(shí)間判決復(fù)雜：切換點(diǎn)的信號(hào)太弱。第2章 空中接口設(shè)計(jì) CDMA：軟切換。（可以實(shí)現(xiàn)無縫切換）：軟切換。（可以實(shí)現(xiàn)

36、無縫切換） 在在CDMA網(wǎng)絡(luò)里相鄰小區(qū)采用相同的頻率。因此移網(wǎng)絡(luò)里相鄰小區(qū)采用相同的頻率。因此移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)小區(qū)移動(dòng)另一個(gè)小區(qū)時(shí)，通過采用信號(hào)合并動(dòng)臺(tái)從一個(gè)小區(qū)移動(dòng)另一個(gè)小區(qū)時(shí)，通過采用信號(hào)合并可以實(shí)現(xiàn)無縫切換。不僅消除了卡塔聲，而且改善了接可以實(shí)現(xiàn)無縫切換。不僅消除了卡塔聲，而且改善了接收質(zhì)量。收質(zhì)量。軟切換軟切換當(dāng)移動(dòng)臺(tái)接近小區(qū)之間的邊界時(shí)，移動(dòng)臺(tái)與所有小區(qū)都當(dāng)移動(dòng)臺(tái)接近小區(qū)之間的邊界時(shí)，移動(dòng)臺(tái)與所有小區(qū)都進(jìn)行通信，一個(gè)控制器負(fù)責(zé)合并來自所有鏈路的信號(hào)，進(jìn)行通信，一個(gè)控制器負(fù)責(zé)合并來自所有鏈路的信號(hào)，當(dāng)已經(jīng)與一個(gè)新的基站建立起來可靠的鏈路以后，移動(dòng)當(dāng)已經(jīng)與一個(gè)新的基站建立起來可靠的鏈路以后，

37、移動(dòng)臺(tái)中斷與先前的基站的通信，到此和新基站的通信完全臺(tái)中斷與先前的基站的通信，到此和新基站的通信完全建立，這種技術(shù)稱為軟切換。建立，這種技術(shù)稱為軟切換。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 5、功率控制、功率控制為了控制相鄰信道的干擾以及減輕遠(yuǎn)近效應(yīng)的影響，為了控制相鄰信道的干擾以及減輕遠(yuǎn)近效應(yīng)的影響，改善用戶收到的語音質(zhì)量，功率控制是必須的。改善用戶收到的語音質(zhì)量，功率控制是必須的。CDMA 系統(tǒng)的容量直接依賴于功率控制。為此功率控系統(tǒng)的容量直接依賴于功率控制。為此功率控制技術(shù)要求更高。制技術(shù)要求更高。6、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度CDMA是以擴(kuò)頻技術(shù)為基礎(chǔ)的，擴(kuò)頻是一個(gè)兩層調(diào)制是以擴(kuò)頻技術(shù)為基礎(chǔ)的，擴(kuò)頻是一個(gè)

38、兩層調(diào)制技術(shù)，為此，調(diào)制電路更復(fù)雜。移動(dòng)終端的能耗更高，技術(shù)，為此，調(diào)制電路更復(fù)雜。移動(dòng)終端的能耗更高，增加了成本和重量。增加了成本和重量。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 2.3.2 面向數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的隨機(jī)接入面向數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的隨機(jī)接入一一 、含義含義 按需接入網(wǎng)絡(luò)按需接入網(wǎng)絡(luò) （只有當(dāng)用戶需要發(fā)送信息時(shí)才（只有當(dāng)用戶需要發(fā)送信息時(shí)才接入網(wǎng)絡(luò)，是隨機(jī)接入的）。接入網(wǎng)絡(luò)，是隨機(jī)接入的）。 這種接入方法特別適合數(shù)據(jù)通信這種突發(fā)性強(qiáng)這種接入方法特別適合數(shù)據(jù)通信這種突發(fā)性強(qiáng)的業(yè)務(wù)，像短信業(yè)務(wù)。的業(yè)務(wù)，像短信業(yè)務(wù)。 但是隨之帶來的問題是網(wǎng)絡(luò)的用戶在接入信道但是隨之帶來的問題是網(wǎng)絡(luò)的用戶在接入信道時(shí)會(huì)產(chǎn)生線路競(jìng)爭(zhēng)。為此

39、，在面向數(shù)據(jù)的無線時(shí)會(huì)產(chǎn)生線路競(jìng)爭(zhēng)。為此，在面向數(shù)據(jù)的無線網(wǎng)絡(luò)里使用基于競(jìng)爭(zhēng)的分組通信方案。網(wǎng)絡(luò)里使用基于競(jìng)爭(zhēng)的分組通信方案。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 二、接入方案二、接入方案 根據(jù)使用場(chǎng)合的不同，接入方案也不同，下面介根據(jù)使用場(chǎng)合的不同，接入方案也不同，下面介紹目前廣泛使用的接入方案。紹目前廣泛使用的接入方案。（一）、移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中的隨機(jī)接入方案（一）、移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中的隨機(jī)接入方案1、 基于基于ALOHA的無線隨機(jī)接入技術(shù)的無線隨機(jī)接入技術(shù)（1）基本原理：）基本原理： 當(dāng)有分組到來時(shí)，移動(dòng)終端就把信息發(fā)出去。當(dāng)有分組到來時(shí)，移動(dòng)終端就把信息發(fā)出去。第2章 空中接口設(shè)計(jì) ALOHA系統(tǒng)的一般模型系

40、統(tǒng)的一般模型第2章 空中接口設(shè)計(jì) （2）具體接入方案：）具體接入方案： 基本基本ALOHA第2章 空中接口設(shè)計(jì) 發(fā)送發(fā)送各站點(diǎn)在任何時(shí)刻只要需要，就可以自由的發(fā)送信息（以各站點(diǎn)在任何時(shí)刻只要需要，就可以自由的發(fā)送信息（以幀的形式）幀的形式）信息發(fā)送完畢，發(fā)送站等待一定時(shí)間，等待時(shí)間等于信道信息發(fā)送完畢，發(fā)送站等待一定時(shí)間，等待時(shí)間等于信道上最遠(yuǎn)的兩個(gè)站之間的傳輸時(shí)延的兩倍。上最遠(yuǎn)的兩個(gè)站之間的傳輸時(shí)延的兩倍。若在等待時(shí)間內(nèi)收到接收站的確認(rèn)形式，則表明發(fā)送成功，若在等待時(shí)間內(nèi)收到接收站的確認(rèn)形式，則表明發(fā)送成功，否則重發(fā)該數(shù)據(jù)幀。否則重發(fā)該數(shù)據(jù)幀。但為了避免繼續(xù)沖突，各站需等待一段隨機(jī)時(shí)間后再重

41、發(fā)但為了避免繼續(xù)沖突，各站需等待一段隨機(jī)時(shí)間后再重發(fā);若再產(chǎn)生沖突，則等待一段隨機(jī)時(shí)間再重發(fā)若再產(chǎn)生沖突，則等待一段隨機(jī)時(shí)間再重發(fā).若多次重發(fā)都失敗（仍收不到確認(rèn)信息），則停止發(fā)送該若多次重發(fā)都失敗（仍收不到確認(rèn)信息），則停止發(fā)送該幀。幀。ALOHA協(xié)議的最大特點(diǎn)是協(xié)議的最大特點(diǎn)是“想說就說想說就說”第2章 空中接口設(shè)計(jì) 接收接收接收站根據(jù)接收站根據(jù)“幀校驗(yàn)字段幀校驗(yàn)字段”（同（同HDLC幀）值對(duì)所接幀）值對(duì)所接收的幀進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)。收的幀進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)。如果檢驗(yàn)無差錯(cuò)，而且地址相符，接收站就發(fā)送一個(gè)如果檢驗(yàn)無差錯(cuò)，而且地址相符，接收站就發(fā)送一個(gè)確認(rèn)確認(rèn) 幀。否則就丟棄所接收的幀。幀。否則就丟棄所

42、接收的幀。幀可能因信道噪聲或同一時(shí)間其他站點(diǎn)傳輸發(fā)出幀而幀可能因信道噪聲或同一時(shí)間其他站點(diǎn)傳輸發(fā)出幀而損壞（發(fā)生沖突了）。任何幀相遇都會(huì)立即產(chǎn)生沖突損壞（發(fā)生沖突了）。任何幀相遇都會(huì)立即產(chǎn)生沖突純純ALOHA協(xié)議最大的缺點(diǎn)是最大吞吐率不到理想值協(xié)議最大的缺點(diǎn)是最大吞吐率不到理想值的的18.4%（吞吐率：成功發(fā)送的信息與實(shí)際發(fā)送的信（吞吐率：成功發(fā)送的信息與實(shí)際發(fā)送的信息數(shù)之比）。息數(shù)之比）。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 時(shí)隙時(shí)隙ALOHA ALOHA的改進(jìn)版，的改進(jìn)版，1972年由年由Robert提出，可將吞吐提出，可將吞吐率提高一倍率提高一倍 將信道時(shí)間分為等長(zhǎng)的時(shí)間長(zhǎng)度，每個(gè)長(zhǎng)度正好等將信道時(shí)間分

43、為等長(zhǎng)的時(shí)間長(zhǎng)度，每個(gè)長(zhǎng)度正好等于一個(gè)幀的傳輸時(shí)間（又稱于一個(gè)幀的傳輸時(shí)間（又稱“時(shí)隙時(shí)隙”或或“分槽分槽”） 所有站點(diǎn)的時(shí)鐘必須保持同步所有站點(diǎn)的時(shí)鐘必須保持同步 各站只能在時(shí)隙的起始時(shí)間才能開始發(fā)送信息。這各站只能在時(shí)隙的起始時(shí)間才能開始發(fā)送信息。這樣只有那些都在同一時(shí)隙開始進(jìn)行傳輸?shù)膸庞锌赡軟_樣只有那些都在同一時(shí)隙開始進(jìn)行傳輸?shù)膸庞锌赡軟_突突 可能發(fā)生沖突的危險(xiǎn)區(qū)比可能發(fā)生沖突的危險(xiǎn)區(qū)比ALOHA降低了大約一半。降低了大約一半。在任何一幀傳輸時(shí)無其他幀發(fā)送的概率約為在任何一幀傳輸時(shí)無其他幀發(fā)送的概率約為0.368，即信，即信道的吞吐率最大可達(dá)道的吞吐率最大可達(dá)37%第2章 空中接口設(shè)

44、計(jì) 時(shí)隙時(shí)隙ALOHA第2章 空中接口設(shè)計(jì) 2、基于、基于CSMA的無線接入技術(shù)：的無線接入技術(shù)： 在在ALOHA中之所以會(huì)發(fā)生沖突，是因?yàn)橛脩粼诎l(fā)送的時(shí)候中之所以會(huì)發(fā)生沖突，是因?yàn)橛脩粼诎l(fā)送的時(shí)候沒有考慮其他用戶在做什么，沒有避免沖突的機(jī)制。沒有考慮其他用戶在做什么，沒有避免沖突的機(jī)制。CSMA則解則解決決了這個(gè)問題。了這個(gè)問題。（1）基本原理）基本原理： 在發(fā)送分組之前偵聽信道，如果有用戶在信道上發(fā)送則用戶在發(fā)送分組之前偵聽信道，如果有用戶在信道上發(fā)送則用戶 就延遲自己分組的發(fā)送。就延遲自己分組的發(fā)送。其最大的特點(diǎn)是其最大的特點(diǎn)是“先聽后說先聽后說”（2）具體方案：）具體方案：非持續(xù)非持續(xù)

45、CSMA：在偵聽信道忙后，終端經(jīng)過一個(gè)隨機(jī)的等待時(shí)：在偵聽信道忙后，終端經(jīng)過一個(gè)隨機(jī)的等待時(shí)間后再次偵聽。間后再次偵聽。持續(xù)持續(xù)CSMA：偵聽時(shí)發(fā)現(xiàn)信道忙，終端繼續(xù)偵聽該信道直到信：偵聽時(shí)發(fā)現(xiàn)信道忙，終端繼續(xù)偵聽該信道直到信道釋放。道釋放。 1-持續(xù)：當(dāng)信道釋放后，終端立即發(fā)送其分組。持續(xù)：當(dāng)信道釋放后，終端立即發(fā)送其分組。 P-持續(xù)：當(dāng)信道釋放后，間隔一個(gè)隨機(jī)數(shù)持續(xù)：當(dāng)信道釋放后，間隔一個(gè)隨機(jī)數(shù)P后發(fā)送其分組。后發(fā)送其分組。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 非持續(xù)非持續(xù)CSMA信道監(jiān)聽信道監(jiān)聽如果信道忙，等待一如果信道忙，等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間，然后再個(gè)隨機(jī)時(shí)間，然后再次對(duì)信道進(jìn)行監(jiān)聽次對(duì)信道進(jìn)行監(jiān)聽如果信道

46、空閑，則立如果信道空閑，則立即發(fā)送即發(fā)送發(fā)現(xiàn)沖突發(fā)現(xiàn)沖突等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間，等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間，然后重新開始。然后重新開始。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 1-持續(xù)持續(xù)CSMA信道監(jiān)聽信道監(jiān)聽如果信道忙，繼續(xù)監(jiān)聽信道，一如果信道忙，繼續(xù)監(jiān)聽信道，一旦發(fā)現(xiàn)信道空閑，立即發(fā)送。旦發(fā)現(xiàn)信道空閑，立即發(fā)送。發(fā)現(xiàn)沖突發(fā)現(xiàn)沖突等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間，然后重新開等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間，然后重新開始始之所以稱為之所以稱為“1-堅(jiān)持堅(jiān)持”，原因是，原因是主機(jī)一發(fā)現(xiàn)信道空閑，百分之百主機(jī)一發(fā)現(xiàn)信道空閑，百分之百（即概率為（即概率為1）肯定發(fā)送。）肯定發(fā)送。第2章 空中接口設(shè)計(jì) P-持續(xù)持續(xù)CSMA信道監(jiān)聽信道監(jiān)聽如果信道忙，等待直到信道空

47、閑如果信道忙，等待直到信道空閑信道空閑，可能發(fā)送（概率為信道空閑，可能發(fā)送（概率為P），可能延遲一個(gè)時(shí)間單位再），可能延遲一個(gè)時(shí)間單位再發(fā)送（概率為發(fā)送（概率為1-P）。時(shí)間單位通）。時(shí)間單位通常等于最大傳播時(shí)延。常等于最大傳播時(shí)延。發(fā)現(xiàn)沖突發(fā)現(xiàn)沖突等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間，然后重新開等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間，然后重新開始始第2章 空中接口設(shè)計(jì) （3）缺點(diǎn)：也有沖突產(chǎn)生）缺點(diǎn)：也有沖突產(chǎn)生當(dāng)終端同時(shí)偵聽到信道忙時(shí)，延遲一段時(shí)間發(fā)送，會(huì)當(dāng)終端同時(shí)偵聽到信道忙時(shí)，延遲一段時(shí)間發(fā)送，會(huì)有重疊現(xiàn)象出現(xiàn)。有重疊現(xiàn)象出現(xiàn)。 在無線網(wǎng)絡(luò)中，由于多徑和陰影衰落以及終端的移動(dòng)在無線網(wǎng)絡(luò)中，由于多徑和陰影衰落以及終端的移動(dòng)性，有

48、時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)終端無法偵聽到彼此的發(fā)射，被性，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)終端無法偵聽到彼此的發(fā)射，被稱為隱蔽終端，這時(shí)沖突發(fā)生了。稱為隱蔽終端，這時(shí)沖突發(fā)生了。(例如：在無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣大的地區(qū)，其中山區(qū)地形會(huì)例如：在無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣大的地區(qū)，其中山區(qū)地形會(huì)遮擋一組用戶偵聽另一組用戶的發(fā)射，這時(shí)，兩組彼遮擋一組用戶偵聽另一組用戶的發(fā)射，這時(shí)，兩組彼此隱蔽的用戶之間就會(huì)發(fā)生沖突。）此隱蔽的用戶之間就會(huì)發(fā)生沖突。）第2章 空中接口設(shè)計(jì) （4）解決沖突的方法：典型的解決方案是）解決沖突的方法：典型的解決方案是 BTMA（忙音多址協(xié)議）（忙音多址協(xié)議） 這是多跳這是多跳 ad hoc ad hoc 網(wǎng)絡(luò)所采用的方案。這

49、種網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)所采用的方案。這種網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，沒有中央站或基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。沒有中央站或基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)帶寬被分為兩個(gè)信道：系統(tǒng)帶寬被分為兩個(gè)信道：消息信道和忙音信道消息信道和忙音信道消息信道：發(fā)射信號(hào)能量消息信道：發(fā)射信號(hào)能量 忙音信道：發(fā)射忙音信號(hào)忙音信道：發(fā)射忙音信號(hào)當(dāng)用戶占用消息信道時(shí)，就在忙音信道發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)單的忙音當(dāng)用戶占用消息信道時(shí)，就在忙音信道發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)單的忙音信號(hào)（例如一個(gè)正弦波）。只要有終端檢測(cè)到其他用戶在信號(hào)（例如一個(gè)正弦波）。只要有終端檢測(cè)到其他用戶在使用消息信道時(shí)，就在忙音信道發(fā)出警報(bào)來通知每一個(gè)用使用消息信道時(shí)，就在忙音信道發(fā)出警報(bào)來通知每一個(gè)用戶。包括那些相對(duì)于發(fā)射終端隱蔽的終

50、端。當(dāng)一個(gè)擁有分戶。包括那些相對(duì)于發(fā)射終端隱蔽的終端。當(dāng)一個(gè)擁有分組的用戶站想要發(fā)送時(shí)，它首先偵聽忙音信道來確定網(wǎng)絡(luò)組的用戶站想要發(fā)送時(shí)，它首先偵聽忙音信道來確定網(wǎng)絡(luò)是不是已被占用。從而避免了隱蔽終端不能偵聽的問題。是不是已被占用。從而避免了隱蔽終端不能偵聽的問題。第2章 空中接口設(shè)計(jì) DSMA（數(shù)據(jù)偵聽多址協(xié)議）：（數(shù)據(jù)偵聽多址協(xié)議）：這種方法主要應(yīng)用在蜂窩移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)這種方法主要應(yīng)用在蜂窩移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)大多數(shù)的蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在正向信道和反向信道采用不同的頻大多數(shù)的蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在正向信道和反向信道采用不同的頻率。率。正向信道的消息由基站發(fā)送，基站被設(shè)計(jì)和部署來提供全面正向信道的消息由基站發(fā)送，基站被

51、設(shè)計(jì)和部署來提供全面和可靠的覆蓋。即：和可靠的覆蓋。即：基站相對(duì)于移動(dòng)終端不會(huì)隱蔽，基站相對(duì)于移動(dòng)終端不會(huì)隱蔽，為此，為此，利用正向信道來向移動(dòng)終端聲明信道的可用性。即，正向信利用正向信道來向移動(dòng)終端聲明信道的可用性。即，正向信道廣播一個(gè)周期性的忙空閑比特，用來為數(shù)據(jù)傳輸聲明反向道廣播一個(gè)周期性的忙空閑比特，用來為數(shù)據(jù)傳輸聲明反向信道的可用性。信道的可用性。移動(dòng)終端在發(fā)送前首先檢測(cè)忙空閑比特，一旦移動(dòng)終端開始移動(dòng)終端在發(fā)送前首先檢測(cè)忙空閑比特，一旦移動(dòng)終端開始發(fā)送，基站將調(diào)整忙空閑比特為忙，以避免其他移動(dòng)終端發(fā)發(fā)送，基站將調(diào)整忙空閑比特為忙，以避免其他移動(dòng)終端發(fā)送數(shù)據(jù)。送數(shù)據(jù)。由于偵聽過程是在

52、數(shù)據(jù)從數(shù)字信息解調(diào)之后進(jìn)行的，它被稱由于偵聽過程是在數(shù)據(jù)從數(shù)字信息解調(diào)之后進(jìn)行的，它被稱為數(shù)字或數(shù)據(jù)偵聽，而不是載波偵聽多址為數(shù)字或數(shù)據(jù)偵聽，而不是載波偵聽多址 。 第2章 空中接口設(shè)計(jì) （二）無線局域網(wǎng)的接入方案（二）無線局域網(wǎng)的接入方案1、CSMA/CA: 避免碰撞的載波偵聽多路訪問避免碰撞的載波偵聽多路訪問 所有無線節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)前首先進(jìn)行載波偵聽的操所有無線節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)前首先進(jìn)行載波偵聽的操作，以查看線路是否空閑，如果其他節(jié)點(diǎn)正在傳輸數(shù)據(jù)，作，以查看線路是否空閑，如果其他節(jié)點(diǎn)正在傳輸數(shù)據(jù)，那么該偵聽節(jié)點(diǎn)就會(huì)隨機(jī)等待一段時(shí)間，然后再進(jìn)行發(fā)那么該偵聽節(jié)點(diǎn)就會(huì)隨機(jī)等待一段時(shí)間，然后再進(jìn)行發(fā)

53、送。送。 CSMA/CA:協(xié)議被協(xié)議被IEEE802.11無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)采納。無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)采納。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)802.11的的MAC和和802.3協(xié)議的協(xié)議的MAC非常相似：非常相似：都是在都是在一個(gè)共享媒體之上支持多個(gè)用戶共享資源，由發(fā)送者在發(fā)送數(shù)據(jù)前先一個(gè)共享媒體之上支持多個(gè)用戶共享資源，由發(fā)送者在發(fā)送數(shù)據(jù)前先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的可用性檢測(cè)。進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的可用性檢測(cè)。 在在802.3協(xié)議中，是由一種稱為協(xié)議中，是由一種稱為CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)的協(xié)議來完成調(diào)節(jié)，這

54、個(gè)協(xié)議解決了的協(xié)議來完成調(diào)節(jié)，這個(gè)協(xié)議解決了在在Ethernet上的各個(gè)工作站如何在線纜上進(jìn)行傳輸?shù)膯栴}，利用它上的各個(gè)工作站如何在線纜上進(jìn)行傳輸?shù)膯栴}，利用它檢檢測(cè)測(cè)和和避免避免當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)網(wǎng)絡(luò)上的當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)網(wǎng)絡(luò)上的沖突。沖突。在在802.11無線局域網(wǎng)協(xié)議中，沖突的檢測(cè)存在一定的問題，這個(gè)問題無線局域網(wǎng)協(xié)議中，沖突的檢測(cè)存在一定的問題，這個(gè)問題稱為稱為“Near/Far”現(xiàn)象，現(xiàn)象，這是由于要檢測(cè)沖突，這是由于要檢測(cè)沖突，設(shè)備必須能夠一邊接設(shè)備必須能夠一邊接受數(shù)據(jù)信號(hào)一邊傳送數(shù)據(jù)信號(hào)受數(shù)據(jù)信號(hào)一邊傳送數(shù)據(jù)信號(hào)，而這在無線系統(tǒng)

55、中是無法辦到的。，而這在無線系統(tǒng)中是無法辦到的。鑒于這個(gè)差異，在鑒于這個(gè)差異，在802.11中對(duì)中對(duì)CSMA/CD進(jìn)行了一些調(diào)整，采用了新進(jìn)行了一些調(diào)整，采用了新的協(xié)議的協(xié)議CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 第2章 空中接口設(shè)計(jì) CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect ）帶沖突檢測(cè)的載波幀聽和多路訪問）帶沖突檢測(cè)的載波幀聽和多路訪問工作過程：工作過程： 先聽后發(fā)先聽后發(fā) 邊聽邊發(fā)邊聽邊發(fā) 沖突回退沖突回退 候時(shí)重發(fā)候時(shí)重發(fā)第2章 空

56、中接口設(shè)計(jì) CSMA/CD的工作原理四句話具體過程：的工作原理四句話具體過程：當(dāng)一個(gè)站點(diǎn)想要發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，它檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)查看是否有其他當(dāng)一個(gè)站點(diǎn)想要發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，它檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)查看是否有其他站點(diǎn)正在傳輸，即監(jiān)聽信道是否空閑站點(diǎn)正在傳輸，即監(jiān)聽信道是否空閑如果信道忙，則等待，直到信道空閑如果信道忙，則等待，直到信道空閑 如果信道閑，站點(diǎn)就傳輸數(shù)據(jù)如果信道閑，站點(diǎn)就傳輸數(shù)據(jù)在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)，站點(diǎn)繼續(xù)監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)確信沒有其他站點(diǎn)在同在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)，站點(diǎn)繼續(xù)監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)確信沒有其他站點(diǎn)在同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。因?yàn)橛锌赡軆蓚€(gè)或者多個(gè)站點(diǎn)都同時(shí)檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。因?yàn)橛锌赡軆蓚€(gè)或者多個(gè)站點(diǎn)都同時(shí)檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)的空閑后幾乎同一

57、時(shí)刻開始傳輸數(shù)據(jù)，如果兩個(gè)或多個(gè)站點(diǎn)同的空閑后幾乎同一時(shí)刻開始傳輸數(shù)據(jù)，如果兩個(gè)或多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，就會(huì)產(chǎn)生沖突。時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，就會(huì)產(chǎn)生沖突。當(dāng)一個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)識(shí)別出一個(gè)沖突，它就發(fā)送一個(gè)擁塞信號(hào)，這當(dāng)一個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)識(shí)別出一個(gè)沖突，它就發(fā)送一個(gè)擁塞信號(hào)，這個(gè)信號(hào)使得沖突時(shí)間足夠長(zhǎng)，讓其他的節(jié)點(diǎn)都有發(fā)現(xiàn)。個(gè)信號(hào)使得沖突時(shí)間足夠長(zhǎng)，讓其他的節(jié)點(diǎn)都有發(fā)現(xiàn)。其他節(jié)點(diǎn)收到擁塞信號(hào)后，都停止傳輸，等待一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的其他節(jié)點(diǎn)收到擁塞信號(hào)后，都停止傳輸，等待一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的時(shí)間間隙（回退時(shí)間，時(shí)間間隙（回退時(shí)間，Backoff Time）后重發(fā)。）后重發(fā)。第2章 空中接口設(shè)計(jì) （1）CSMA/CA 的工作原理的工作

58、原理 CSMA/CA的演示的演示基本單元基本單元幀內(nèi)間隔幀內(nèi)間隔DIFS：兩：兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)窗之間的間隔個(gè)競(jìng)爭(zhēng)窗之間的間隔競(jìng)爭(zhēng)窗競(jìng)爭(zhēng)窗CW：用來競(jìng)：用來競(jìng)爭(zhēng)和發(fā)送分組爭(zhēng)和發(fā)送分組后退計(jì)數(shù)器：用于組后退計(jì)數(shù)器：用于組織發(fā)送分組的后退程織發(fā)送分組的后退程序。序。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 基本原理基本原理 圖中畫出了一個(gè)圖中畫出了一個(gè)IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)中采用的標(biāo)準(zhǔn)中采用的CSMA/CA機(jī)制的工機(jī)制的工作示意圖。在這個(gè)圖中有作示意圖。在這個(gè)圖中有5個(gè)站為了發(fā)射自己的數(shù)據(jù)參與競(jìng)爭(zhēng)。其競(jìng)個(gè)站為了發(fā)射自己的數(shù)據(jù)參與競(jìng)爭(zhēng)。其競(jìng)爭(zhēng)過程為：爭(zhēng)過程為：1、A站有一個(gè)幀在空中發(fā)射，站有一個(gè)幀在空中發(fā)射，B，C和和D站偵聽

59、信道發(fā)現(xiàn)信道正忙。站偵聽信道發(fā)現(xiàn)信道正忙。2、B、C、D各站產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)的后退時(shí)間。（各站產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)的后退時(shí)間。（C站的后退時(shí)間最短）站的后退時(shí)間最短）3、三個(gè)終端繼續(xù)偵聽信道并且推遲各自的發(fā)射，直到、三個(gè)終端繼續(xù)偵聽信道并且推遲各自的發(fā)射，直到A終端的發(fā)射終端的發(fā)射完成。完成。4、三個(gè)終端等候、三個(gè)終端等候DIFS周期，一旦此周期結(jié)束他們開始計(jì)數(shù)。周期，一旦此周期結(jié)束他們開始計(jì)數(shù)。5、第一個(gè)完成計(jì)數(shù)的終端（、第一個(gè)完成計(jì)數(shù)的終端（C站），開始其幀的發(fā)射。其余的兩個(gè)站），開始其幀的發(fā)射。其余的兩個(gè)終端將各自的計(jì)數(shù)器停止在終端將各自的計(jì)數(shù)器停止在C站開始發(fā)射的計(jì)數(shù)值。站開始發(fā)射的計(jì)數(shù)值。 6、

60、在、在C站發(fā)射的過程中，站發(fā)射的過程中，E站開始偵聽信道，也獲得一個(gè)退后時(shí)間。站開始偵聽信道，也獲得一個(gè)退后時(shí)間。7、C站發(fā)射完成后，重復(fù)上面的過程，直到所有終端的信息發(fā)送成站發(fā)射完成后，重復(fù)上面的過程，直到所有終端的信息發(fā)送成功功 。CSMA/CA較較CSMA/CD的最大優(yōu)點(diǎn)是無需沖突檢測(cè)程序，并且等候的最大優(yōu)點(diǎn)是無需沖突檢測(cè)程序，并且等候時(shí)間是公平分布的，平均來說是執(zhí)行了先來先服務(wù)的原則。時(shí)間是公平分布的，平均來說是執(zhí)行了先來先服務(wù)的原則。第2章 空中接口設(shè)計(jì) （2）CSMA/CD和和CSMA/CA的主要差別的主要差別 CSMA/CD：帶有沖突檢測(cè)的：帶有沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽多路訪問載波監(jiān)聽