【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 行連續(xù)的信號(hào)發(fā)射 . 時(shí)分多址 (TDMA) 時(shí)分多址 (TDMA)在第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用 ,如 GSM、 NADC和 PACS等 。此外在不少新建的衛(wèi)星 通信系統(tǒng)中也有所采用 .時(shí)分多址的原理如圖 2(b)所示 。此時(shí) ,式 1中的自變量 x應(yīng)為時(shí)間 ,可以共享頻帶資源 ,因此頻譜利用率高 ,系統(tǒng)容量較大 .同樣是由于用戶工作的非連續(xù)性 ,所以電源效率高 .TDMA 系統(tǒng)的發(fā)射和接收均在不同的時(shí)隙 ,所以無(wú)須雙工器 .而且 TDMA 系統(tǒng)還可以根據(jù)用戶需求靈活地進(jìn)行時(shí)隙分配 .TDMA 系統(tǒng)的缺陷是由于發(fā)射速率較高 ,為了消除碼間干擾的影響需要采用自適應(yīng)均衡 。此外就是用于同步控制等的系統(tǒng)開(kāi)銷較大 . 空分多址 (SDMA) 空分多址 (SDMA)是一種新發(fā)展的多址技術(shù) ,在由中國(guó)提出的第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)TDSCDMA中就應(yīng)用了 SDMA技術(shù) 。此外在衛(wèi)星通信中也有人提出應(yīng)用 原理如圖 2(c)所示 。此時(shí) ,式 1中的自變量 x應(yīng)為空間變量 線的應(yīng)用 ,理想情況下它要求天線給每個(gè)用戶分配一個(gè)點(diǎn)波束 。這樣根據(jù)用戶的空間位置就可以區(qū)分每個(gè)用戶的無(wú)線信號(hào) ,換句話說(shuō) ,處于不同位置的用戶可以在同一時(shí)間使用同一頻率和同一碼型而不會(huì)相互干擾 .實(shí)際上 ,SDMA 通常都不是獨(dú)立使用的 ,而是與其他多址方式如FDMA、 TDMA和 CDMA等 結(jié)合使用 。也就是說(shuō)對(duì)于處于同一波束內(nèi)的不同用戶再用這些多址方式加以區(qū)分 . 擴(kuò)頻多址 (SSMA)/碼分多址 (CDMA) 擴(kuò)頻多址 (SSMA)系統(tǒng)的共同特點(diǎn)之一是擴(kuò)頻 ,也就是說(shuō)用于傳輸信息的信號(hào)帶寬遠(yuǎn)大于信息帶寬 。共同特點(diǎn)之二是在擴(kuò)頻的實(shí)現(xiàn)上 ,不論通過(guò)什么途徑擴(kuò)頻 ,但基本都是用一組優(yōu)選的擴(kuò)頻碼進(jìn)行控制 ,正因?yàn)榇?,擴(kuò)頻多址又稱為碼分多址 (CDMA).或者說(shuō) ,CDMA 是在信號(hào)的擴(kuò)展維 —— 編碼維上對(duì)無(wú)線信號(hào)空間進(jìn)行劃分 .顧名思義 ,碼分多址就是給每個(gè)用戶分配一個(gè)唯一的擴(kuò)頻碼 (或稱地址碼 ),通過(guò)該擴(kuò)頻碼的不同 來(lái)識(shí)別用戶 . (PR)/隨機(jī)多址 (RA) 分組無(wú)線電 (PR)是基于數(shù)據(jù)通信的思想 ,將需要傳送的信息進(jìn)行分組打包 ,所有用戶在需要接入信道的隨機(jī)時(shí)刻 ,將數(shù)據(jù)包發(fā)送出去 。而當(dāng)有多個(gè)用戶同時(shí)進(jìn)行信息發(fā)送時(shí)就會(huì)產(chǎn)生碰撞 ,PR系統(tǒng)具有有效的碰撞檢測(cè)機(jī)制讓碰撞用戶重發(fā)直至通信成功 .當(dāng)前移動(dòng)通信中的 GPRS商用網(wǎng)絡(luò)就是 PR 的成功應(yīng)用 ,有人稱之為移動(dòng)通信的第 代 。作為 PR 的一種具體實(shí)現(xiàn) ,ALOHA協(xié)議早在 1973年就被用于衛(wèi)星通信 [8].PR網(wǎng)絡(luò)是 Ad Hoc無(wú)線網(wǎng)絡(luò) [7]的前身 .由于各用戶需要發(fā)送信 息而接入信道的時(shí)刻是隨機(jī)的 ,所以這種多址方式又被稱為隨機(jī)多址(RA).當(dāng)然也有不少文獻(xiàn) (如 [6][8])將多址方式 RA 看作是一種將可用信道切割之后如何分配給用戶的一種信道分配方式 ,這樣它就屬于信道的一種隨機(jī)分配方式 .根據(jù) PR 的原理 ,PR 解決通信資源共享的方法是在多個(gè)用戶之間引入簡(jiǎn)單的競(jìng)爭(zhēng)與裁決機(jī)制 .此外 ,PR 中用戶的隨機(jī)接入與競(jìng)爭(zhēng)行為必然是在信號(hào)空間的特定維上進(jìn)行的 。而且從 PR 的發(fā)展來(lái)看 ,這種競(jìng)爭(zhēng)行為還可能發(fā)生在多維的信號(hào)子空間之中 .為了適應(yīng) PR 的競(jìng)爭(zhēng)與裁決機(jī)制 ,人們已經(jīng)制定了多種協(xié)議 ,其中最早也是用得最多 的便是各種形式的 ALOHA協(xié)議 [1][6].但需要說(shuō)明的是 ,PR協(xié)議的選擇要考慮具體的業(yè)務(wù)模型和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量的大小 ,還沒(méi)有一種協(xié)議總是最佳的 . 純 ALOHA(PALOHA) 純 ALOHA(PALOHA)協(xié)議就是對(duì)于用戶競(jìng)爭(zhēng)發(fā)射的時(shí)間沒(méi)有任何限制 ,用戶在需要發(fā)射的任何時(shí)間即刻發(fā)射 ,然后等待反饋回來(lái)的碰撞檢測(cè)信號(hào) ,如果碰撞發(fā)生就再等候一個(gè)隨機(jī)的時(shí)間進(jìn)行重發(fā) .顯然 ,當(dāng)用戶數(shù)增加時(shí) ,因碰撞概率的增加就會(huì)引入較長(zhǎng)的平均時(shí)延 .設(shè) R 為歸一化信道流量 (單位 Erlang),PALOHA的吞吐量 T=Re2R (3) 時(shí)隙 ALOHA(SALOHA) 與 PALOHA 相比 ,時(shí)隙 ALOHA(SALOHA)主要的改進(jìn)是將時(shí)間軸以時(shí)隙為單位進(jìn)行劃分 ,要求用戶發(fā)信的時(shí)刻必須是某個(gè)任意時(shí)隙的開(kāi)始 .顯然 ,時(shí)隙的劃分就要求 SALOHA 系統(tǒng)必須要解決一個(gè)時(shí)鐘同步問(wèn)題 .SALOHA避免了在 PALOHA協(xié)議下不同用戶數(shù)據(jù)分組之間可能發(fā)生的部分碰撞問(wèn)題 ,它實(shí)際是在傳輸延遲與吞吐量之間的一種折中 ,文獻(xiàn) [1]和 [6]還給出了相應(yīng)的曲線圖 .與式 3給出的 PALOHA不同 ,SALOHA將吞吐量 T提高為 T=ReR (4) 載波檢測(cè)多址 (CSMA) 載波檢測(cè)多址 (CSMA)是對(duì) ALOHA協(xié)議的進(jìn)一步改進(jìn) .CSMA要求用戶在發(fā)射信息之前先偵聽(tīng)一下信道是否空閑 (是否有載波 ),若忙則還需根據(jù)協(xié)議的具體規(guī)定進(jìn)行等待 .CSMA 又有如下的一些演變形式 . 1持續(xù) CSMA:用戶在發(fā)射前偵聽(tīng)信道 ,若信道空閑則以概率 1發(fā)送 。若信道忙則持續(xù)偵聽(tīng)等待直到信道空閑 . 非持續(xù) CSMA:與 1持續(xù) CSMA不同的是 ,用戶在偵聽(tīng)到信道忙時(shí)將不再繼續(xù)偵聽(tīng)信道 ,而是等待一個(gè)隨機(jī)長(zhǎng)的時(shí)間后重復(fù)上述偵聽(tīng)過(guò)程 ,直到信道空閑再發(fā)射 . p持 續(xù) CSMA:該協(xié)議用于時(shí)隙信道 .用戶若偵聽(tīng)到信道空閑 ,則以概率 p在第一個(gè)可用時(shí)隙內(nèi)發(fā)送信息 ,而以概率 1p在下一個(gè)時(shí)隙內(nèi)發(fā)送 . 具有碰撞檢測(cè)的 CSMA(CSMA/CD):這是對(duì) CSMA 的又一改進(jìn) ,若多個(gè)用戶在偵聽(tīng)到信道空閑后同時(shí)發(fā)射 ,它們就會(huì)檢測(cè)到碰撞并隨即終止發(fā)射 ,在等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間后再次嘗試 . 數(shù)據(jù)檢測(cè)多址 (DSMA):這是 CSMA的一種特例 ,用戶可以在前向信道中檢測(cè)是否有其他用戶占用信道 ,若信道空閑則可以進(jìn)行信息的發(fā)送 . ALOHA協(xié)議的其他擴(kuò)展形式 此外 ,ALOHA協(xié)議還有多種擴(kuò)展形 式 ,現(xiàn)分述如下 . 預(yù)留 ALOHA(RALOHA):預(yù)留 ALOHA(RALOHA)是在 SALOHA 的基礎(chǔ)上 ,對(duì)時(shí)隙賦予了優(yōu)先級(jí) ,而且能夠?yàn)樘囟ǖ挠脩粲谰妙A(yù)留或是按請(qǐng)求預(yù)留用于發(fā)射的時(shí)隙 . 分組預(yù)留多址 (PRMA):分組預(yù)留多址 (PRMA)與 RALOHA類似 ,它可以讓每一個(gè) TDMA時(shí)隙傳輸語(yǔ)音或數(shù)據(jù) ,其中語(yǔ)音優(yōu)先 .為了提高系統(tǒng)效率 ,PRMA可以應(yīng)用語(yǔ)音激活檢測(cè)技術(shù) (VAD),以充分利用語(yǔ)音的非連續(xù)性 . 時(shí)頻多址 (FTMA):時(shí)頻多址 (FTMA)[9]是在 SALOHA 的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的 。但與其不同的是 ,FTMA將各個(gè)用戶原先只在一維時(shí)間軸上的競(jìng)爭(zhēng)發(fā)射引入到時(shí)頻二維 .FTMA在將時(shí)間軸劃分為時(shí)隙的同時(shí)也將可用的頻帶劃分為 頻槽 ,二者的組合就是 時(shí)頻槽 .每個(gè)用戶的信息發(fā)送總是在某個(gè) 時(shí)頻槽 上進(jìn)行的 ,多個(gè)用戶便形成了在二維時(shí)頻槽上的競(jìng)爭(zhēng)發(fā)射 。只有在同一時(shí)頻槽上的不同用戶發(fā)射才會(huì)發(fā)生碰撞 .文獻(xiàn) [9]從理論上得出了結(jié)論 :與 SALOHA 相比 ,FTMA在提高系統(tǒng)吞吐量的同時(shí)獲得了更好的穩(wěn)定性和時(shí)延特性 .FTMA協(xié)議的主要應(yīng)用是 VAST 網(wǎng)絡(luò) . 擴(kuò)頻 ALOHA:擴(kuò)頻 ALOHA[10]是在原 PALOHA或是 SALOHA協(xié)議的基礎(chǔ)上 ,將每個(gè)用戶的信號(hào)在頻域進(jìn)行擴(kuò)展 .擴(kuò)頻 ALOHA的擴(kuò)頻方法與 DSCDMA類似 ,也是采用高速的擴(kuò)頻碼 ,所以單從單個(gè)信息包的發(fā)送信號(hào)形式看擴(kuò)頻 ALOHA 類似于 DSCDMA。但擴(kuò)頻 ALOHA 的最大不同是所有用戶均使用相同的擴(kuò)頻碼 ,也就是說(shuō) ,擴(kuò)頻 ALOHA的擴(kuò)頻碼不再具有地址碼的功能 .擴(kuò)頻 ALOHA 具有較好的抗碰撞和抗干擾性能 ,同時(shí)可以降低信道的平均功率 .擴(kuò)頻ALOHA的主要應(yīng)用領(lǐng)域有 VAST 網(wǎng)、 PCN和 LAN等 . 目前使用的幾種時(shí)分多址接入技術(shù)比較 DTDMA技術(shù) 概述 在傳統(tǒng)的 TDMA 協(xié)議中通常是給固定的節(jié)點(diǎn)分配了固定的時(shí)隙 ,這意味著 MAC(Medium Access Control)協(xié)議不能支持動(dòng)態(tài)的接入和退出 ,也不能支持超過(guò)一幀時(shí)隙數(shù)量的用戶組成的網(wǎng)絡(luò) .例如 ,一幀時(shí)隙數(shù)量為 20 個(gè)時(shí)隙 ,利用靜態(tài) TDMA協(xié)議組成的網(wǎng)絡(luò) ,用戶數(shù)最多為 20個(gè) ,不可能超過(guò) 20個(gè) .因此 ,一些動(dòng)態(tài) TDMA協(xié)議就被提出以解決上述問(wèn)題 .在這些協(xié)議的基礎(chǔ)上 ,DTDMA協(xié)議結(jié)合了以往動(dòng)態(tài) TDMA的優(yōu)點(diǎn)并提供了較高的吞吐量 . 時(shí)隙結(jié)構(gòu) SOF CSSSi Si1 Si2 Si3 Si4 Si5 … SiM SOF:用作幀同步的頭標(biāo)志 CSSSi:主節(jié)點(diǎn)用來(lái)發(fā)送時(shí)隙分配包的時(shí)隙 Sij:第 i幀的第 j個(gè)時(shí)隙 M:最大的時(shí)隙數(shù) 主節(jié)點(diǎn)的功能 分配時(shí)隙 主節(jié)點(diǎn)維持著一張時(shí)隙分配表 ,它記錄了每一個(gè)時(shí)隙的狀態(tài) ,并根據(jù)從節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求來(lái)更新該表 . 時(shí)隙號(hào) 狀態(tài) 發(fā)送節(jié)點(diǎn)地址 接收節(jié)點(diǎn)地址 1 idle / busy 000001 000010 2 idle / busy 000010 000001 … … … … M idle / busy 000011 000100 主節(jié)點(diǎn)管理著一個(gè)隊(duì)列 ,它記錄了從節(jié)點(diǎn)發(fā)出的請(qǐng)求信息 .該請(qǐng)求信息包括發(fā)出時(shí)隙請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)地址和所需的數(shù)量 . 作為一個(gè)主節(jié)點(diǎn) ,它總是監(jiān)聽(tīng)著網(wǎng)絡(luò)中發(fā)出的信息包 .當(dāng)它發(fā)現(xiàn)一個(gè)時(shí)隙請(qǐng)求的信息包在某個(gè)空閑時(shí)隙被某個(gè)從節(jié)點(diǎn)發(fā)出 ,它就會(huì)把該信息加到時(shí)隙請(qǐng)求隊(duì)列的尾部 . 在每一幀的開(kāi)始部分 ,主節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)時(shí)隙請(qǐng)求隊(duì)列頭部的記錄信息進(jìn)行分析 .假定根據(jù)時(shí)隙請(qǐng)求隊(duì)列頭部的信息得知時(shí)隙請(qǐng)求的數(shù)量為 N,網(wǎng)絡(luò)中還保留了 S個(gè)空閑時(shí)隙 ,那么主節(jié)點(diǎn)將會(huì)對(duì)請(qǐng)求信息作如下處理 : if S=N then 分配最初的 N個(gè)空閑時(shí)隙給從節(jié)點(diǎn) 消除時(shí)隙請(qǐng)求隊(duì)列當(dāng)前頂部的消息 讀取時(shí)隙請(qǐng)求隊(duì)列新的頭部信息 ,并返回 a End if 通知從節(jié)點(diǎn) 在 CSSSi時(shí)隙 ,主節(jié)點(diǎn)會(huì)廣播 P信息包來(lái)通告該幀各個(gè)時(shí)隙的狀態(tài) ,具體格式如下 : P F Ai1 Ai2 Ai3 … AiM L A1 … AL FCS F P:開(kāi)始序列 Aij:被允許在第 i幀的第 j個(gè)時(shí)隙發(fā)送信息的節(jié)點(diǎn)的地址 (如果沒(méi)有節(jié)點(diǎn)得到該時(shí)隙就是 0) FCS:幀校驗(yàn)序列 F:幀標(biāo)志 ,兩個(gè) F之間即為一幀 L:指那些雖然已提出請(qǐng)求 ,且請(qǐng)求已被發(fā)現(xiàn) ,但尚未分配時(shí)隙的節(jié)點(diǎn)的總數(shù)量 Ai:指那 些雖然已提出請(qǐng)求 ,且請(qǐng)求已被發(fā)現(xiàn) ,但尚未分配時(shí)隙的節(jié)點(diǎn)的地址 釋放時(shí)隙 主節(jié)點(diǎn)會(huì)以以下兩種方式釋放應(yīng)分配到節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙 : 主動(dòng)釋放 主動(dòng)釋放是指主節(jié)點(diǎn)在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)聽(tīng)到某個(gè)從節(jié)點(diǎn)發(fā)出釋放時(shí)隙的信息后 ,自動(dòng)釋放該節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙 . 被動(dòng)釋放 被動(dòng)釋放是指主節(jié)點(diǎn)在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)超過(guò)三次未聽(tīng)到某個(gè)從節(jié)點(diǎn)發(fā)出信息 ,則自動(dòng)釋放該節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙 . 從節(jié)點(diǎn)的功能 和主節(jié)點(diǎn)一樣 ,每個(gè)從節(jié)點(diǎn)也維持著一張時(shí)隙狀態(tài)表 ,記錄了所有時(shí)隙的狀態(tài) ,但該表的信息只包含了時(shí)隙序列號(hào)、時(shí)隙的狀態(tài) (閑或忙 ),并由一個(gè)布爾變量表 示該時(shí)隙是否是該從節(jié)點(diǎn)本身的 . 只要從節(jié)點(diǎn)聽(tīng)到一個(gè) P信息包發(fā)送 ,就會(huì)立即更新時(shí)隙狀態(tài)表 . 時(shí)隙號(hào) 狀態(tài) 是否是本節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙 1 busy / idle Y/N 2 busy / idle Y/N … … … M busy / idle Y/N 請(qǐng)求時(shí)隙 如果某個(gè)從節(jié)點(diǎn)的用戶希望申請(qǐng)一些時(shí)隙來(lái)給其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息 ,它將核對(duì)自己的時(shí)隙狀態(tài)表找出是否存在一些空閑時(shí)隙可以發(fā)送時(shí)隙請(qǐng)求的信息 ,如果還存在 S 個(gè)空閑時(shí)隙可以用來(lái)請(qǐng)求 ,從節(jié)點(diǎn)則會(huì)在 1到 S之間取一個(gè)隨機(jī)數(shù) ,并根據(jù)該隨機(jī)數(shù)發(fā)送一個(gè)時(shí)隙請(qǐng)求信息 ,請(qǐng)求該時(shí)隙 . 在下一幀的 CSSSi時(shí)隙中 ,剛剛發(fā)出請(qǐng)求時(shí)隙信息的從節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)主節(jié)點(diǎn)廣播的 P 信息來(lái)確認(rèn)是否該請(qǐng)求已經(jīng)被主節(jié)點(diǎn)聽(tīng)到 .最好的情況就是發(fā)送的請(qǐng)求被聽(tīng)見(jiàn) ,而且所需要的時(shí)隙也已經(jīng)被給與 ,從節(jié)點(diǎn)將可以在相應(yīng)的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送信息 .但如果申請(qǐng)的時(shí)隙未獲得 ,從節(jié)點(diǎn)將一直等待 ,直到主節(jié)點(diǎn)釋放了某個(gè)時(shí)隙 ,并分配給它 .最壞的情況是從節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求甚至沒(méi)有被聽(tīng)到 ,從節(jié)點(diǎn)將會(huì)根據(jù)當(dāng)前幀的情況重新發(fā)送請(qǐng)求時(shí)隙的信息 . 發(fā)送請(qǐng)求時(shí)隙信息的時(shí)隙和隨機(jī)數(shù)之間的關(guān)系如下 : 發(fā)送和接收信息 在請(qǐng)求時(shí)隙內(nèi) ,從節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)送一 個(gè)請(qǐng)求時(shí)隙信息包 .而在已分配的時(shí)隙內(nèi) ,從節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)送一包數(shù)據(jù)信息 .當(dāng)數(shù)據(jù)信息已經(jīng)發(fā)完 ,并且該從節(jié)點(diǎn)不再需要改時(shí)隙去發(fā)送數(shù)據(jù)信息 ,它就會(huì)在原先發(fā)送數(shù)據(jù)信息的時(shí)隙中發(fā)送一包要求釋放時(shí)隙的信息包 .這 3種信息包 (數(shù)據(jù)信息報(bào)、時(shí)隙請(qǐng)求信息包、時(shí)隙釋放信息包 )的格式是一樣的 ,僅在控制域上有所區(qū)別 . P F AS Ad Control L Data FCS F As:源地址 Ad:目的地址 Control:控制信息 L:數(shù)據(jù)信息包時(shí) ,為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 。時(shí)隙請(qǐng)求信息包時(shí) ,為從節(jié)