多用户信息论.pptVIP

第1页，共27页，星期日，2025年，2月5日

引言

随着网络通信技术的发展，以单信源、单信宿为基础建立起的经典信息论，已经无法满足研究通信网络的编码和信道容量问题的需要，于是多用户信息论（网络信息论）成为人们关注的热点，并在实际的通信系统中已经得到广泛的应用。案例一：卫星通信。地球上的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信，卫星和地面之间的下行通道就是多用户信道中的广播信道，卫星将来自各地面站的信息经过编码后统一发回地面，各地面站经过各自的译码器译出所需信息。案例二：微波中继通信。它是指利用微波作为载波，采用中继（接力）方式在地面上进行无线通信，一对地面站可经过一个或多个卫星中转或经地面通信转接实现单向通信，卫星和地面站之间的通道就是中继信道。

第7章多用户信息论第2页，共27页，星期日，2025年，2月5日

7.1多用户信道

前面讨论的信道均只有一个输入端和一个输出端，称为单用户信道，采用单用户信道的系统称为单路通信系统。前面讨论的是两个用户之间（一个信源，一个信宿）的通信问题，情况比较简单，适用于作深入的理论分析。但实际的通信系统是多用户通信系统，例如，单向的无线电台、电视台广播、有线广播或双向的计算机通信、网络通信等，这些均属于多用户信道。7.1.1多用户通信多用户通信近些年来得到了很大发展，特别是以卫星通信、移动无线和基于扩频的CDMA等典型多址技术的应用，更具长足发展的前景。多用户通信就是指多个用户通过一定接入方式和基于通信资源的某种正交分割方式，同时共享该信道资源，简而言之，多用户通信就是一个通信信道被多个用户同时使用。由定义表明多用户通信覆盖广泛的通信领域，并包括较为传统的各种复用和近些年大量发展的光波分复用，各种多址模式和随机接入（多址）方式，以及广播系统等。

第7章多用户信息论第3页，共27页，星期日，2025年，2月5日多址是在相应复用形式的基础上脱颖而出的，它突出强调了多用户的“接入”特点———多用户（比一般复用系统大得多的用户数）可在地球广阔领域（地、空、海域）实施个体分布性、遥远分散性的灵活与随机接入，多址模式就是如此超出已有复用概念的特殊接入方式下的复用。多址的类型有很多，如时分多址(TDMA)，码分多址(CDMA)，频分多址(FDMA)等，这些方式在实际的通信系统中都得到了广泛的应用。在我们的生活中，一些实际的通信系统如电话交换网、广播系统网、卫星电视网等都是多用户通信系统，也称为网络通信系统。这些系统的输入端涉及到两个或两个以上的信源，或者输出端涉及到两个或两个以上的信宿（终端或用户）。近年来，随着手机和个人计算机的普及，推动了移动通信和以计算机为中心的互联网的迅速发展，形成了全国性甚至全球性的通信，在这些通信网中，信息是在多用户和多方向中流通的，实际上都是多用户通信。7.1.2多用户信道的分类多用户信道可以允许多个输入端和输出端，一般情况下可以将多用户信道划分成下列几种典型类型。

第7章多用户信息论第4页，共27页，星期日，2025年，2月5日⒈多址接入信道多址接入信道是指多个用户的信息用各自的编码器编码后，送入同一信道传输到信宿，而信宿端却只有一个译码器进行译码，然后将译码后的信号分送给多个不同的用户。显然，这是有多个输入端（多个译码器）和一个输出端（一个译码器）的多用户信道。卫星通信系统中，个地面站同时与一个公用卫星进行通信的上行链路就是多址接入信道的实例。同卫星通信系统的上行通道一样，移动通信系统中多个移动终端（手机）与基站通信的上行链路也是一种典型的多址接入信道，如图7.1所示。第一代和第二代移动通信分别采用时分多址、频分多址技术，无线资源在时域或频域被划分成多个独立的信道，实现多用户信息传输，但从信息论的角度来看，这些技术并不是最优的，信道利用率有待进一步的提高。第三代移动通信系统，如CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA均采用码分多址技术，能够更好地利用信道资源。

第7章多用户信息论第5页，共27页，星期日，2025年，2月5日图7.1移动通信系统上行链路

第7章多用户信息论第6页，共27页，星期日，2025年，2月5日⒉广播信道广播信道与多址接入信道正好相反，这种信道将多个信源的信息放在一起进行统一编码，然后送入信道，在信宿端则有多个译码器，多个译码器对应译出多个信源的信息，分别送给对应的多个用户