移动通信 第9课 数据链路层关键技术
- 格式：pdf
- 大小：876.97 KB
- 文档页数：121
频分多址（FDMA）
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。 用户地址：频道号。
FDMA 中的干扰问题
互调干扰：
概念：指系统内由于非线性器件（功率放大器）产 生的各种组合频率成分落入本频道接收机通带内， 造成对有用信号的干扰。 解决办法：减小产生互调干扰的条件，尽可能提高 系统的线性程度，并选用无互调的频率集（频率规 划）。 概念：指相邻信道信号中存在的寄生辐射落入本频 道带内，造成对有用信号的干扰。 原因：带外抑制不够，非线性器件产生寄生辐射。 解决方法：规定收发信机的技术指标，即规定发射 机的寄生辐射和接收机的中频选择性，还可采用加 大频道间的隔离度。
PRMA 分析
系统状态用马尔可夫链建模。 稳态概率用于判决阻塞概率。 分析的复杂度极高。 可换用平衡点分析（EPA）技术进 行分析：
任何状态的到达和离开概率相等； 用于推导掉话率闭式解； 与仿真结果非常吻合。
PRMA 性能
比 Aloha 减小 1-2 个数量级的掉话概 率。 用户移动性：
D-AMPS
频谱使用同 AMPS 系统。 业务信道被分成每帧 6 个时隙。 每个频道可为多个用户使用。 信道的数据速率为 8.1kbps，但信 道可集中起来使用，以支持更高速业 务。 信道接入近似 AMPS。
GSM 接入
接入方式结合了 FD、TD 和慢 FH：
总 BW 分割成 200Khz 带宽的载波频道； 每个载波被分为一个帧长中有 8 个时隙； 每个小区最多有 200 个全双工信道； 基站为移动台分配信道； 小区信道复用基于对信号和干扰的测量结 果； 所有信号用一个 FH 扩频码调制；
同一小区的 FH 扩频码正交； 不同小区的 FH 扩频码半正交。
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。
码分双工-CDD 半正交码不能克服“远近效 应 ”； 正交码的正交性在多径信道 中被恶化； 在任何现有系统中没被采用 过。
信道分配问题 静态信道分配或基于分配的 MAC 协议。（同步） 动态信道分配或基于竞争的 MAC 协议。 （异步） 混合 MAC 协议（合并静态和 动态信道分配）。
基于分配的协议
在同步传输媒介中使用排序算法。 发送 schedule 决定了某时隙中允许哪个节点发送数 据。 大多数情况下不会发生碰撞（但有例外情况！） 在负载重时进行预测，但在负载轻时不做预测，数据包 时延明显比基于竞争的协议大。 在各种负载条件下都浪费带宽资源。 基于分配的协议举例：
从数据信道到控制信道 Offloads 接入机制。
对短信息则效率极低。 对于 CDMA，预约过程必须为发射机和接收机 分配单独的扩频码。 话音和数据技术： PRMA； 可变速率 CDMA。
分组预约多址（PRMA）
1 2
1 3,4
2
时间轴被组成时隙和帧。 所有未预约的时隙开放用于竞争。 在未预约的时隙以概率发送信息P。 数据用户在每个时隙竞争发送（Aloha）。 对话音用户，在一个未预约时隙的成功发送即 为候选的发送预约了该时隙。延时超时的数据 包则被丢弃。 得到话音激活的优点（预约的时隙在讲话 spurt 结束后退出）。
缺点：
FD 没有在现有数字系统中单独使用。
时分（TD）
时间被划分为正交的时隙，不同的时隙被分配给不同的用户使 用。 优点：
用于以频率复用为基础的蜂窝结构，小区内以时隙分离用户； 在基站所有的用户公用无线电设备； 不连续传输信号使越区切换简单，并且功耗减小； 每个时隙传输一路数字信号，时隙可以按需动态分配； 容易为一个用户分配多个信道； 对功控要求不严格； 无需双工器； TDD 模式下，上下行信道信息可以共享。 需严格的系统定时同步； 系统是时隙受限和干扰受限的； 多径恶化了时隙的正交性； 通常需采取措施减轻 ISI 的影响； 空闲信道可能被浪费； 短时传送信号使均衡和动态资源分配困难。
系统定时：
定时保护时间：
码分多址（CDMA）
基本概 念：基于 码型结构 分隔信 道，频 率、时间 共享。 用户地 址：扩频 码字。
空分多址技术（SDMA）
基本概 念：基于 空间角度 分隔信 道，频 率、时 间、码字 共享。 用户地 址：角度 号。
AMPS
基于 FDMA 的蜂窝系统。 共划分成 832 全双工信道（组成控制信 道和业务信道）。 每个小区有 1 个全双工控制信道和 4550 个全双工业务信道。 采用基于 CSMA（可能发生碰撞）的协议 接入控制信道。 由基站分配业务信道。
缺点：
码分（CD）
通常用正交或准正交码来调制每个用户的信号，接收机 则根据用户的专用码分离用户。 优点：
每个基站只需一个射频系统； 抗衰落、抗多径能力强； 采用多码道或多速率技术可为一个用户分配多个“信道”； 软容量——系统是干扰受限的； 可使用减小干扰技术增加容量； 具有软切换能力。 需要相当严格的功率控制，使系统复杂； 存在“远近效应”问题。
双工方式
针对问题：收发如何复接在一起。 分类：
频分双工-FDD：上下行信流在不同的频段 同时传送。 时分双工-TDD：上下行信流在不同的时隙 交替传送。 码分双工-CDD：用正交和半正交码来分离 上下行链路。
频分双工-FDD 没有同步问题； 上下行链路信道衰落相互独 立； 需用双工器来分离上下行信 号。
TDMA、FDMA、CDMA（如前面面向语音多址接入的介 绍）； 预约协议； 5 相预约协议（FPRP）； 时间扩展多址（TSMA）。
预约协议
按需分配：
使用一个公共预约信道来按需分配带宽； 预约信道需用额外带宽； 若开销的流量是消息流量的百分之几时就非常有 效。 控制信道通常使用 Aloha。
多址接入控制（MAC） 基本概念：实现不同地点、不 同用户接入网络的技术。 多址接入与信道：
信道：传输信息的通道。 无线信道：（f，t，C，S）。
接入技术设计
FD、TD、CD、SD 或混合。
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：
当移动节点切换小区时，其原来的预约就被 放弃； 话音的延时限制可能在重新竞争期间超期； 性能降低可以被忽略。 收到的话音比特差错被丢弃； 收到的头比特出错时会导致失去预约； 不能忽略其对性能的影响。
错误比特：
5 相预约协议（FPRP）1 网络 size 独立且可增减 （scalable）。 复杂的帧类型应用两种子帧：
邻信道干扰：
时分多址（TDMA）
基本概念：信道是基于时间分割并组成 帧的时隙。 用户地址：时隙。 引入的概念：时隙、帧、复帧、Burst 等。
TDMA 的系统定时
TDMA 系统突发定时关系：
移动台的移动性导致各移动台到基站的距离不同因此发送信号 的延时也不相同导致基站接收的信号相互交叠干扰； 解决办法用户提前发送 ； 重要问题系统定时保护时间和定时提前量。 全网同步切换； 位/时隙/帧/复帧同步。 Guard Periods； 根据基站覆盖小区的半径 和电波传播时延确定。
当移动台决定要越区切换到另一个小区时，需 严格进行功率控制。 移动台可同时与多个基站进行通信。 cdma2000 是 IS-95 的 3G 版本。
面向数据的多址接入
无线分组数据网络节点通过无线 电波交换信息（例如数据包）。 在 MAC 层，数据包可以是：
单播（Unicast）数据包—— 寻址 特定的节点； 组播（Multicast）数据包（或在 特殊情况下的广播）——寻址一组 节点。
频率规划； 同步需求； 软切换； 功率控制需求； 频率复用需求。
频分（FD）
所有的带宽被划分成正交的频道，再分配给不同的用户 使用。 优点：
窄带信道（没有 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； 需要周密的频率规划，是一个频道受限和干扰受限系统； 以频道分离用户地址，每一频道传输一个模拟/数字话路； 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。 基站需采用多个无线电设备； 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； 频谱效率低，不宜在大容量的系统中使用。
MAC 层的位置
MAC 层在简单协议栈内的位置：
MAC 的功能
在多址接入信道上决定“Who does next” ； 根据系统需求和应用（例如 QoS 需 求）可能发生改变； 很多无线 MAC 协议源于有线系统； 很多 MAC 协议主要为满足无线网络 的 ad hoc 需求而变得复杂。
预约帧； 信息帧。
在一系列信息帧之前是一个预 约帧。
5 相预约协议（FPRP）2
