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多址技术

1. 多址的基本原理
       在无线通信系统中是以信道来区分通信对象的,一个信道只容纳一个用户进行通话,许多同时通话的用户,可以共享无线媒体,用某种方式可区分不同的用户,这就是多址方式。在无线通信环境的电波覆盖区内,如何建立用户之间的无线信道的连接,是多址接入方式的问题。解决多址接入问题的方法叫多址接入技术。
       多址接入方式的数学基础是信号的正交分割原理。无线电信号可以表达为时间、频率和码型的函数,即可写作:
多址技术(图1)
        式(10-37)中,c(_f)是码型函数是时间⑴和频率(/)的函数。
        当以传输信号的载波频率不同来区分信道建立多址接入时,称为频分多址方式(FDMA);当以传输信号存在的时间不同来区分信道建立多址接入时,称为时分多址方式(TDMA);当以传输信号的码型不同来区分信道建立多址接入时,称为码分多址方式(CDMA)。图10.21分别给出了N个信道的FDMA.TDMA和CDMA的示意图。
FDMA\TDMA\CDMA示意图
图21    FDMA、TDMA和CDMA示意图
       目前在无线通信中应用的多址方式有:频分多址(FDMA),时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)以及它们的混合应用方式等。另外采用智能天线技术,可以构成空间上用户的分割,因此除了以上三种多址方式外,还有空分多址(SDMA)技术,一般空分多址需要与其他多址方式结合。
FDMA
2.频分多址技术(FDMA)
(1)FDMA系统原理
       频分多址为每一个用户指定了特定信道,这些信道按要求分配给请求服务的用户。在呼叫的整个过程中,其他用户不能共享这一频段。从图10.22中可以看出,在FDD系统中,分配给用户一个信道,即一对频谱多址技术(图4)多址技术(图5);一个频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道,另一个则用作反向信道即移动台向基站方向的信道。这种通信系统的基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号;任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转,因而必须同时占用2个信道(2对频谱)才能实现双工通信。在频率轴上,前向信道占有较高的频带,反向信道占有较低的频带,中间为保护频段。在用户频道之间,设有保护频带多址技术(图5),,以免因系统的频率漂移造成频道间的重叠。
FDMA系统的工作示意图
图22  FDMA系统的工作示意图
       前向与反向信道的频带分割,是实现频分双工通信的要求;频道间隔(例如25kHz)是保证频道之间不重叠的条件。
(2) FDMA系统中的干扰问
      FDMA系统是基于频率划分信道。每个用户利用一对频道和九进行通信。若有其他信号的成分落入一个用户接收机的频道带内时,将造成对有用信号的干扰。就蜂窝小区内的基站动台系统而言,主要干扰有互调干扰和邻道干扰。在频率集重复使用的蜂窝系统中,还要考虑同频道干扰。所谓互调干扰是指系统内由于非线性器件产生的各种组合频率成分落入本频道接收机通带内造成对有用信号的干扰。所谓邻道干扰是指相邻波道信号中存在的寄生辐射落入本频道接收机带内造成对有用信号的干扰。
(3) FDMA系统的特点
       每信道占用一个载频,相邻载频之间的间隔应满足传输信号带宽的要求。为了在有限的频谱中増加信道数量,系统均希望间隔越窄越好。FDMA信道的相对带宽较窄,每个信道的每一载波仅支持一个电路连接,也就是说FDMA通常在窄带系统中实现。
       符号时间与平均延迟扩展相比较是很大的。FDMA方式中,每信道只传送一路数字信号,信号速率低,一般在25kbit/s以下,远低于多径时延扩展所限定的100kbit/s,所以在数字信号传输中,由码间干扰引起的误码极小,因此在窄带FDMA系统中无须自适应均衡。
FDMA
       基站复杂庞大,重复设置收发信设备。基站有多少信道,就需要多少部收发信机,同时需用天线共用器,功率损耗大、易产生信道间的互调干扰。
       FDMA系统每载波单个信道的设计,使得在接收设备中必须使用带通滤波器允许指定信道里的信号通过,滤除其他频率的信号,从而限制临近信道间的相互干扰。
       越区切换较为复杂和困难。因在FDMA系统中,分配好语音信道后,基站和移动台都是连续传输的,所以在越区切换时,必须瞬时中断传输数十至数百毫秒,以把通信从一频率切换到另一频率去。对于话音,瞬时中断问题不大.对于数据传输则将带来数据的丢失。
       在模拟蜂窝系统中,采用频分多址方式是唯一的选择。而在数字蜂窝中,则很少采用纯频分的方式。