RM3.5 TDMA,FDMA,OFDMA

除了码分多址(CDMA),还有时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)和正交频分多址(OFDMA)等技术。

时分多址 TDMA


发送器仅在部分时间内处于活动状态,用户信号在时间上被分离。

可以分为静态时隙分配;和动态时隙分配。前者的时隙分配是预定义的,与用户的无线信道条件变化无关;后者则每个用户的信道条件随时间变化,因此从用户处发送和接收的数据速率也是随时间变化的,一般来说会分配给当前信道条件较好的用户,但在一定程度上保持用户之间的公平性。


当完全分配给当前信道条件较好的用户是,可以最大化系统的比特率:

其中 $h(t)$ 是时刻 $t$ 的信道系数。

但这可能导致用户间缺乏公平性,通常需要保证每个用户的平均比特率满足最低要求。
问题转化为一个有约束的最大化问题:

  • 目标函数:
  • 约束条件:

其中,$\lim{K \rightarrow \infty} \frac{1}{K} \sum{k=1}^K E\left(Ui(k) 1{\text {user } i \text { is scheduled at time } k}\right)$即为平均比特率。

  • $\mathbb{1}_$ 是指示函数,当 $k$ 时隙分配给用户 $i$ 时,取值为 1;
  • $\mathbb{E}(\cdot)$ 表示期望(对所有可能的信道条件取平均);
  • $R_i$ 是每个用户的最低要求比特率

频分多址和正交频分多址 FDMA&OFDMA


在单个载波频率上传输


每个用户的信号按以下方式传输:

  • 考虑要传输的一串比特,例如:$1 1 -1 1 -1 -1 …$
  • 每个位将占据给定的时间窗口。

其中,$g(t)$是一个脉冲整形滤波器。考虑其傅里叶变换:

得到时间短意味着频率范围宽,反之亦然。也就是$g(t)$本身会影响带宽。

对$g(t)$进行卷积$g^{\prime}(t)=g(t) * e^{2 \pi i f_0 t}$即可将信号移频$f_0$,从而在$f_0$上传输。

FDMA


不同用户的频率之间必须保持足够的间隔以避免干扰。若用户 $n+1$ 和 $n$ 的频率分别为 $f_{n+1}$ 和 $f_n$,则必须满足:

OFDMA


在 4G 和 5G 系统中,实际使用的是 OFDMA(正交频分多址)。它是一种 FDMA,但频段之间可以重叠。