2021-08-22 11:26:25

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在移动通信中,为了使许多用户同时通话,以不同的移动信道分隔,有频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)等方式。后面又增加了空分多址技术。

基本信息

  • 中文名称

    多址方式

  • 外文名称

    The comparison of different Multiple Access technologies

  • 目的

    防止相互干扰

  • 分类

    频分多址 时分多址 码分多址

折叠 编辑本段 定义

无线通信中,许多用户同时通话,以不同的无线信道分隔,防止相互干扰的技术方式称为多址方式

折叠 编辑本段 技术

公共陆地移动网(PLMN Public Land Mobile Network)主要使用使用的频分多址(FDMA Frequency Division Multiple Access),时分多址(TDMA Time Division MultipleAccess),码分多址(CDMA Code Division Multiple Access),空分多址(SDMA Space Division Multiple Access)和包分多址(PDMA Packet Division Multiple Access)等技术

另有仅仅停留在理论层面的极分多址(PDMA Polarization division multiple access)

卫星通信中主要使用的按需分配多址接入(DAMA) 或脉冲寻址多址接入(PAMA Pulse Address Multiple Access)

频分多址--以频率来区分信道。

特点:使用简单,信号连续传输,满足模拟话音通信,技术成熟。

缺点:多频道信号互调干扰严重,频率利用率低,容量小。

时分多址--在一个无线频道上,按时间分割为若干个时隙,每个信道占用一个时隙,在规定的时隙内收发信号。

时分多址只传数字信息,信息需经压缩和缓冲存储的过程,在实际使用时常 FDMA/TDMA复分使用。

码分多址--采用扩频通信技术,每个用户具有特定的地址码(相当于扩频中的PN码),利用地址码相互之间的正交性(或准正交性)完成信道分离的任务

CDMA在频率、时间、空间上重叠。

优点:系统容量大,抗干扰、抗多径能力高。

折叠 编辑本段 发展历史

为了解决通信运营商"最后一公里"接入的瓶颈问题,促进接入网技术及市场的全面发展,无线电频率管制部门于2000年3月开放了3.5GHz频段2×31.5MHz频率资源,并于2001年7月对南京、厦门、青岛、武汉、重庆5个试点城市3.5GHz频率使用权采用招标方式进行了分配。随着中标城市运营商进行大规模的建设,3.5GHz频段无线接入系统已在众多宽带固定无线接入系统中脱颖而出,率先进入大规模商用阶段。 随着固定无线接入尤其是3.5GHz宽带固定无线接入网建设的持续升温以及各种新的技术不断被引入,固定无线接入系统已经从最初基于电话接入方式的窄带系统演变成为面向高速数据业务为主的宽带综合业务接入系统。经过近几年市场的促进以及技术的不断进步,3.5GHz宽带固定无线接入技术的发展主要体现在多址方式演变、调制方式、双工方式选择、对OFDM技术的支持、对电路交换与分组交换支持、动态带宽分配以及业务接入能力几方面。

折叠 编辑本段 种类划分

信号的特征表现在这样几个方面:信号的工作频率、信号出现的时间、信号具有的波形。

折叠 频分多址

FDMA是最成熟的多址复用方式之一,采用FDMA寻址方式,系统中心站具有N个信道,每个信道对应一个中心载频;所有的远端站TS可以共享中心站的信道资源,即在中心站的控制下,TS可工作在任一载频信道上;FDMA的特点是技术成熟、稳定、容易实现且成本较低。它的主要缺点是频谱利用率较低,每个用户(远端站)都要占用一定的频带,尤其在空中带宽资源有限的情况下,FDMA系统组织多扇区基站会遇到困难。单纯采用FDMA作为多址接入方式已经很少见,实用系统多采用TDMA方式或采用FDMA+TDMA方式。

折叠 时分多址

TDMA也是非常成熟的通信技术,所谓TDMA就是一个信道由连续的周期性时隙构成,不同信号被分配到不同的时隙里,系统中心站将用户数据按时隙排列(TDM)广播发送,所有的TS都可接收到,根据地址信息取出送给自己的数据,下行发送使用一个载频;所有TS共享上行载频,在中心站控制下,按分配给自己的时隙将数据突发到中心站。由于TDMA的频谱利用率相对FDMA要高,在宽带无线接入领域中被广泛采用。

比如,有8个用户都处于相同的工作频率,按频分多址系统来看,他们不能同时工作,只能是一个用户工作后,别一个用户才能工作,否则会造成同频干扰。但若按图的时分多址方式,把T0时隙分配给第一个用户,或者说第一个用户在时帧1到T0工作后隔T1-T7时隙,又在时帧2的T0时隙工作。以此类推,把T1时隙分配第二个用户工作……把T7时隙分配给第八个用户。用这种"分时复用"的方式,可以使同频率的用户同时工作,有效地利用频率资源,提高了系统的容量。例如,一个系统的总频段划分成124个频道,若只能按FDMA方式,则只有124个信道。若在FDMA基础上,再采用时分多址,每个频道容纳8个时隙,则系统信道总的容量为124×8=992个信道。

折叠 码分多址

所谓CDMA就是给每一个信号分配一个伪随机二进制序列进行扩频,不同信号的能量被分配到不同的伪随机序列里,中心站使用正交的PN码作为信道标志,与不同TS通信使用同一频率,但不同的PN码扩频来实现;每个TS都可以同时收到中心站发给所有TS的信号,中心站要同时接收来自各TS的同一频率不同PN码的信号;CDMA系统保证通信质量必须做到:PN码之间正交特性良好;PN码要有足够长度,以提高扩频增益,即干扰容限。提高扩频处理增益与支持宽带业务接入是一对矛盾,在3.5GHz频段频率资源有限情况下,采用码分多址技术的无线接入系统以窄带业务为主。

折叠 编辑本段 容量比较

折叠 频分多址

FDMA方式是把通信系统的总频段划分为若干个等间隔、互不交叠的频道分配给不同的用户使用,每个频道的宽度都能传输一路话音信息,在相邻频道间无明显的串扰。把系统中的小区划为区群,每个区群有K个小区。再把总频段W分成U=W/B(B是频道宽度)个频道,把它们互不重复地分成K个频组,指配给一个区群的K个小区使用。利用蜂窝区群结构的频率复用特点,U个频道在蜂窝结构的不同区群中被重复利用,这样能同时通话的用户数,即每小区的用户数会大幅增加。在总频率资源和用户信道带宽M给定的前提下,区群内的信道数是一定的,所以小区的容量就取决于区群内所含的小区数,即小区数K越小,小区内的频道数M/K就越大。但是小区数K越小,相邻区群之间的地理位置靠得越近,同频(共道)小区之间存在的同频(共道)干扰就越大。因此小区数目受制于同频小区的共道干扰。在模拟蜂窝系统中,要求接收端载干比(C/I)大于等于18dB,这时解调后的基带信噪比(S/N)可达38dB,能满足通信话音质量的要求。

折叠 时分多址

TDMA方式是把时间分割成周期性不交叠的帧,每一帧再分割成若干个不交叠的时隙,再根据一定的时隙分配原则,使各个移动台在每帧内按指定的时隙发送信号;在接收端按不同时隙来区分出不同用户的信息,从而实现多址通信。由于TDMA采用了话音编码技术,再加上移动台辅助越区切换技术、跳频技术和分集技术等手段的运用,TDMA数字蜂窝通信系统的容量可以提升至FDMA系统的3倍乃至更高。

以GSM系统为例,系统总带宽W=25MHz,信道宽度B=200kHz,每频道含8个时隙,则信道总数M=25×8/0.2=1000;小区半径为1km,每小区分3个扇区,运用了跳频技术后的C/I=9dB,由(1)式可得共道再用因子q=2.62≈3;每小区信道数为1000/3≈333(结果2)。

折叠 码分多址

CDMA多址方式用不同码型的地址码来划分信道,每一地址码对应一个信道,每一信道对时间及频率都是共享的,而FDMA、TDMA系统信道的数量要受到频率或时隙的限制。在发射端,信息数据被高速地址码调制;在接收端,用一与发端相同的本地地址码控制的相关器进行相关接收;其它与本地地址码不同码型的信号被作为多址干扰处理。 在CDMA蜂窝系统中,为了实现双工通信,前向信道(基站到移动台)与反向信道(移动台到基站)各使用一个频率,即频分双工。在实际中前后向信道是不完全对称的,不能以基站收到的信号功率大小来确定用户所需的基站发射功率;用前向与后向链路功率之和(是一个常数)来确定基站发射功率。下面以前向链路在考虑功率控制的情况下,估算CDMA系统的小区容量。

折叠 MC-CDMA

多载波调制的原理是将所要传输的数据流串/并变换成若干个并行低速率的比特流,并且用这些数据流去并行调制若干个相互正交的子载波。MC-CDMA是使用给定的扩频码对并行数据进行扩展,然后将每个码片与一个不同的载波进行调制,这种扩频是在频域上进行的,各个子载波相互正交,实现了信道的正交频分复用(OFDM)。因此,MC-CDMA是OFDM与CDMA相结合的一种多址方式,它主要用于前向信道。

由于DS-CDMA的扩展序列之间不是全部正交的,并且不得不选择好的互相关特性,系统的用户数MDS很难达到GDS;而MC-CDMA系统可以近似达到GMC个用户。

折叠 编辑本段 相关问题

时分多址系统中有一个关键的问题是系统的定时问题。要保证整个时分多址系统有条不紊地工作,包括信号的传输、处理、交换等,必须要有一个统一的时间基准。

要解决上述问题,大家很容易想到的方法是系统中的各个设备内部设置一个高精度时钟,在通信开始时,进行一次时钟校正,只要时钟不发生明显漂移,系统都能准确定时。但真正的情况不是这样,因为要使系统的时钟很精确,无论从技术还是价格方面考虑都不适合。

GSM系统的定时采用的是主从同步法。即系统所有的时钟均直接或间接从属于某一个主时钟信息。主时钟有很高的精度,其时钟信息以广播的方式传送到系统的许多设备,或以分层方式逐层传送给系统的其他设备。各设备收到上层的时钟信号后,提取出定时信息,与上层时钟保持一致,这个过程又称之为时钟锁定。

折叠 GSM的信道

在GSM系统规范中,对总的频谱划分成200kHz为单位的一个个频段,称为频段,而对每一个频隙,允

许8个用户使用,即从时分多址方式来看,每个时帧有8个时隙(TimeSlot),每个时隙的长度为BP=

15/26=0.577ms,而每一个时帧长度为15/26×8=4.615ms。

所讲的时隙长度是GSM规范定义的,而移动台在无线路径上的传输的实际情况又是怎样的呢?前面讲到的经交织加密后的数据块为114位,这些位加上其它一些信息位元共组成156.25位,以脉冲串的形成调制到某一个频率上,并限定在一个时隙范围内进行传输,这些脉冲串称为"Burst"(突发)。

根据用途不同,Burst有许多格式,如接入Burst、Fburst、Sburst、常规Burst等。我们仅介绍常规Burst的内容。

在Burst之间,即每个时隙之间要有一定的保护间隔,即147位有用信息的前后有一段保护时间,取信号小于-59dB的部分为保护时间,约30μs。

折叠 时帧结构

GSM的时帧结构有5个层次,分别是高帧、超帧、复帧、TDMA时帧和时隙。时隙是构成物理信道的基本单元,8个时隙构成一个TDMA时帧。TDMA时帧构成复帧,复帧是业务信道和控制信道进行组合的基本单元。由复帧构成超帧,超帧构成高帧,高帧是TDMA帧编号的基本单元,即在高帧内对TDMA帧顺序进行编号。

1高帧=2048个超帧=2715648个TDMA帧,高帧的时长为3小时28分53秒760毫秒。高帧周期与加密及跳频有关,每经过一个高帧时长会重新启动密码与跳频算法。

1个超帧=1326个TDMA帧,超帧时长为6.12秒。

复帧有两种结构,一种用于业务信道,其结构形式是由26个TDMA帧构成的复帧;另一种用于控制信道,其结构为51个TDMA帧构成的复帧。

1个TDMA帧=8个时隙,其时帧长度为4.615毫秒,1个时隙长度为0.577ms,在时隙内传送数据脉冲串,称为突发(Burst),一个突发包含156.25位数据。

折叠 数字调制技术

前面讨论过的话音信息(控制信息也一样)是经模/数转换、语音编码、信道编码、交织、加密、时帧形成等过程形成的脉冲数据流。这些基带数据信号含有丰富的低频成分,不能在无线信道中传输,必须将数字基带信号的频谱变为适合信道转输的频谱,才能进行传输,这一过程称为数字调制。数字调制是用正弦高频信号为载波,用基带信号控制载波的三个基本参量(幅度、相位、频率),使载波的幅度、相位、频率随基带信号的变化而变化,从而携带基带信号的信息。相对应的三种调制方式是最基本的数字调制方式,称为幅度键控(ASK)、频率键控(FSK)、和相位键控(PSK)。

对相同频率的基带数据,采用不同的调制方式可以使调制后的频谱的有效带宽不同,而无线系统的频谱资源非常有限(如GSM系统每个信道频谱宽度为200kHz),所以采用何种调制技术使得调制后的频谱适合无线信道的有限带宽要求是非常重要的,在泛欧的GSM系统规范中,采用的是GMSK(最小高斯滤波频移键控)调制技术,这种调制方式使得调制后的频谱的主瓣宽度窄、旁瓣衰落快,对相邻信道的干扰小,其调制的速率为270.833kbit/s。

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