1999 Radio Engineering Vo1．29 No 2
关于随机多址技术的研究
≥l
信道分配两个方面分析1多址枝术，在此基础上重点研究7几种重要随机多址技术，为随机多址技
术的进一步研究和方案选择提供7必要参考。
关键词 堕机多些 兰些垫奎 △ —CS—MA 旦墨 垒
1 引言
多址技术即多元接人技术，是关系到系统能否
高效、可靠运行．． 关键技术之一，它直接影响通信系
统的容量、吞吐量、时延、频谱利用率、小区结构、系
统设备复杂性和成本等等。因此，多址技术在通信
中占有十分重要的地位。
由于多址技术与多路复用技术有许多相似之
处，常常混淆，在这里进行一下简要说明。从技术上
来讲，多址技术与多路复用技术有许多相似之处，它
们都是信号分割理论的具体应用。但是多址技术是
多个用户或多个通信网(站)的射频信号在射频信道
上的复用，以达到多个用户或多个通信网(站)之间
的多址通信的目的。而多路复用技术是一个通信站
的多路群信号在群信道上的复用，以达到两个站(即
所谓点对点)间的双边多路通信为目的。
传统的理论分析是把描述信号的参量(幅度、时
间、频率、空问等)作为多址的研究对象，对各参量进
行正交或准正交分解，利用信号参量的正交性或准
正交性来达到识别多址(多路)的目的。用数学表达
式可表示为：
r (1 i=i lx
．(n)x (n)da=i ，r_i． =』．2，⋯，^ Iu
J
该表达式将经典的四种多址方式：频分多址
．(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址((CDMA)
和空分多址(sDMA)进行了统一描述。x( )根据不
同的多址方式代表不同的信号形式，在 FDMA中它
是通过不同频率划分以获得信号识别，在 TDMA中
它是依时间分割的信号，在CDMA中它代表不同的
编码，在SDMA中它又代表了信号的空间分割。完
美的数学描述使经典的多址技术已经成熟，并得以
1998年 11月 12Ⅱ收稿
一 26 一
广泛的应用。然而，上述多址方式并不能完全描述
所有的实际系统，也还有许多其它多址方式，虽然没
有上述完美的数学描述，但它们在实际应用系统中
发挥着重要的作用。如：载波监听多址接入方式
(CSMA)和ALOHA多址协议等。
根据信号分割理论．只要描述信号的参量(幅
度、时间、频率、空间等)正交或准正交．就可以依此
来区分信道。因此，从信道划分的角度来分类，多址
技术可分为：FDMA，TDMA．CDMA，SDMA和极化
分割多址技术等。这是区分信道的实质。
一 般来说，在通信中很少有用户会长时间占用
一 个信道，因此目前的系统为了提高系统的吞吐量，
一 般不采用信道的固定分配方式。所以．从信道分
配策略上来划分，多址技术又分为：固定分配多址、
按需分配多址和随机分配多址技术等。采用合理的
信道分配策略，对系统的性能(系统的容量、吞吐量、
时延、频谱利用率等)将产生很大的影响。
此外应注意的是，目前的系统已不再是某一单
一 多址技术((如TDMA，CDMA等)的应用，而是几
种多址技术相混合的混合多址技术的广逆应用。
如：FDMA～TDMA的混合多址技术，其中FDMA
用来划分频道，TDMA划分信道，此种方式已应用
于无线通信网中。多信道时隙ALOHA (Multlchan—
nel Slotted—ALOHA)也得到了人们足够的重视，它
是在多个信道上(通常为多个载波，即 FDMA)采用
ALOHA协议。
如何提高线路利用率，提高系统容量已是现代
网络设计的首要问题之一．因此固定分配多址技术
目前已很少采用，此种多址方式常与其他多址方式
相结合，以满足某些特殊应用的需要。目前，按需分
配多址方式在各种通信网中，特别是在蜂窝移动通
信系统和无绳电话系统中也都得到了广泛的应用，
要 ／
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无线l乜工程 第 29卷 第2期
是增加用户容量的有效手段之一。
2 随机多址技术(随机分配多址技术)
分析
所谓随机多址技术就是指信道的使用是动态
的，但没有中心站进行统一的信道分配．各站按一定
方式随机地使用(访问)公共信道。
自从随机多址通信方式(如 AI ()HA)提出之
后．由于它具有一系列优点和特点，在计算机通信
(如：LAN，Wireless LAN)中得到了广泛的应用．此
外也经常应用于按需分配多址系统的信令信道上。
因此．对几种重要的随机多址方式进行深入地分析
和比较，为人们认识和应用随机多址技术是十分必
要的。随机多址技术的主要优点是：方便、灵活，无
需控制，且具有大的用户数量；其缺点主要表现为：
当系统负荷较大时，系统常常不稳定或吞吐量急剧
减小。随机多址技术主要应用干用户信息数据量
小．信道占用时间很短．丽用户随机突发性强及无需
网络控制的场台或信令信道。随机多址技术主要采
用分组方式。
下面就几种重要的随机多址方式进行分析和比较：
2．1 AL0HA
在随机地址技术中，AI 0HA是最简单的。多
址用户只要一有数据就可以马上发送。在一定时间
内未收到应答信号．则随机等待一段时间再次发送．
直到发送成功为止。此种多址方式适合用户数少、
系统负荷不是很大的网络，主要应用于无线数据通
信网。由于 ALOHA多址方式的系统吞吐量低．目
前除了在信令信道中尚有应用外，在无线通信网中
已很少采用。不过 ALOHA开创了随机多址的先
河，是其他随机多址技术的基础。可以证明．系统吞
吐量 S和实际信道业务量 G之间的关系为：S=
信道业务量 G
附图 吞吐量特性
Ge 2G~附图给出了吞
吐量特性曲线，其最 大
吞 吐量 S=1／2e=0．
184(G=0 5时)。若业
务量 G超过 0．5之后
继续增加，系统吞吐量
S反而下降，并导致系
统不稳定。
2 2 S—A1 OHA(时隙 ALOHA)
S—ALOIIA(Slotted—ALOHA)只能应用于固
定包长的网络中。系统按照一帧数据包所占用的时
间来划分时隙。每个要 送数据的用户必须从时隙
的起始开始发送数据包。其余过程与纯 AL OHA相
同。与纯 ALOHA 相 比．S—ALOHA 改变了纯
ALOHA系统的完全随机发送数据的概念。其系统
一 番吐 量S和实际信道业务量 G之间的关系为：S=
Ge 。。附图也给出了 S—ALOHA吞吐量特性曲
线，理论上，S—ALOHA系统的最大吞吐量§是纯
ALOIqA的二倍，可达 O．368(G=1时)。此种方式
主要应用于无线数据通信同或信令信道。
2．3 CSMA／CD(具有；中突检测的载波监听多址接
人方式】 ～——
CSMA／CD是CSMA的一种改进型，是在总线
同络(特别是有线同)中用得摄多的一种协议，它是
通过监听公共信道是否有载波来判断信道的忙闲，
并在数据包发出后检 是否发生碰撞，如有碰撞立
即停止发送，随机等待一段时间再次发送．直到发送
成功为止。CSMA／CD的吞吐量受传播时延和电台
的收发转换时间的影响。在时延很小的情况下，它
在理论上具有相当高吞吐量。但对于无线网，载波
监听十分困难，有隐藏终端的问题，一般不被采用。
IEEE802．3标准已作出了详细的规范。 ．
2．4 DsMA(数字监听多址接人方式)
DSMA与CSMA类似．其区别在于终端站是通
过监听广播信道上中心站发出的“忙音”米决定是否
发送数据．所以又称为 BTMA(忙音多址接八方
式)。在分组接入网中．固终端之间距离遥远电波不
能到选，或因环境影响而不能相互通信的终端称为
隐式终端。隐式终端辑引起冲突增加，吞吐量下降。
采用 DSMA方式可以有效地消除隐式终端。主要
应用于分组无线网。
2．5 CSMA／CA{具有；中突避免的载波监听多址接
人方式】
CSMA／CA是 cSMA／CD的变种。CSM．aJCD
是用检测数据包碰撞的办法解决介质争用问题，而
CSMAjCA却是在数据包发送之前，利用两次发送
调制“载波脉冲”来解决介质的争用。这样系统的效
率将大大提高，特别是对于宽带系统中远距离重负
载通信的效果尤为显著 CSMA／CA最重要的特点
就是发送站发送的数据包无碰撞的危险。另外，由
于不存在数据包碰撞检测，从而对数据无最小长度
的要求，包可以非常短，数据吞吐量可以大大增加。
f下转第 39页】
一 27 —
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信元分蟠避人
圉5 同播 白选 路由
图6说明了同播多址自选路由算法在路由网络
中的应用，其中表示哑信元．表示实信元，图中还标
出了在路由网络的不同级信元分组头信息中D1和
132的变化。
4 结论
本文研究了一种同播 ATM交换网络结构原
第一缎 第=缎 ■=宝5}
圈6 同播多址自选路由举例
理，说明了同播自选路由算法的过程，并举例说明了
在网络路由选择中的应用。
参考文献
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network．Proc．IN 000M．86：667～675
(上接第 27页l
CSMA／CA协议 主要 用于无 线数据通 信网 (如
WLAN)。其工作比较可靠且解决了无线网中可能出
现的隐藏终端问题。IEEES02 11标准已作出了详
细的规范。
3 结论
从以上讨论分析中可以看出，随机多址技术具
有一系列优点和特点，在有线和无线圈中都得到了
广泛应用。本文对多址方式进行了分类，使多址方
式更加明确、清晰，并在此基础上可以得到各种多种
混合多址方式。本文特别讨论、分析了随机多址技
术．并对几种重要随机多址方式进行了比较、说明．
指出各种技术的优、缺点以及适用场合，为多址方式
的设计和多址技术的应用提供了参考。
此外，PRMA、Multichannel S—ALOHA、GRAP
和RAP等随机多址方式或以随机多址方式为基础
的混合多址方式也得到了广泛的应用。对各种多址
技术进行分析，并改进和组合必将产生新的多址方
式，从而进一步丰富了多址技术，为有效、可靠的多
址通信提供保证。
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