【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn) FDMA 的主要優(yōu)點(diǎn) 設(shè)備簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟。使用簡(jiǎn)單，信號(hào)連續(xù)傳輸，滿足模擬話音通信，容易實(shí)現(xiàn)且成本較低。 FDMA 的主要缺點(diǎn) 所有的 FDMA 系統(tǒng)，不論是模擬的還是數(shù)字的，都有一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)，那就是為了滿足給定數(shù)量的用戶的通信需求，需要相當(dāng)多的共用設(shè)備。這是由于每載波單路所造成的。 多頻道信號(hào)互調(diào)干擾嚴(yán)重，頻率利用率低，容量小。同時(shí)頻譜利用率較低，每個(gè)用戶（遠(yuǎn)端站）都要占用一定的頻帶，尤其在空中帶寬資源有限的情況下， FDMA 系統(tǒng)組織多扇區(qū)基站會(huì)遇到困難。單純采用 FDMA 作為多址接入方式已經(jīng)很少見，實(shí)用系統(tǒng)多采用 TDMA 方式或采用 FDMA＋ TDMA 方式。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 頻分多址技術(shù)的使用范圍 應(yīng)用于移動(dòng)通信 在傳統(tǒng)的移動(dòng)通信中，長(zhǎng)期以來(lái)延用了 FDMA 方式。就應(yīng)用最廣的蜂窩區(qū)移動(dòng)電話而言，第 1 代系統(tǒng)是以 FDMA 多址和模擬調(diào)制為基礎(chǔ)的，它的系統(tǒng)容量?jī)H為帶寬的l0%左右，如 AMPS 系統(tǒng)等。第 l 代系統(tǒng)曾得到廣泛應(yīng)用，但由于通信容量小、話音質(zhì)量差和保密性差等問(wèn)題的存在，難以繼續(xù)發(fā)展。 應(yīng)用于衛(wèi)星通信 其是讓不同的地球通信站占用不同頻率的信道進(jìn)行通信。因?yàn)楦鱾€(gè)用戶使用著不同頻率的信道，所以相互沒(méi)有干擾。 時(shí)分多址技術(shù)（ TDMA）的概述 TDMA 也是非常成熟的通信技術(shù)，所謂 TDMA 就是一個(gè)信道由連續(xù)的周期性時(shí)隙構(gòu)成，不同信號(hào)被分配到不同的時(shí)隙里，系統(tǒng)中心站將用戶數(shù)據(jù)按時(shí)隙排列（ TDM）廣播發(fā)送，所有的 TS 都可接收到，根據(jù)地址信息取出送給自己的數(shù)據(jù)，下行發(fā)送使用一個(gè)載頻；所有 TS 共享上行載頻，在中心站控制下，按分配給自己的時(shí)隙將數(shù)據(jù)突發(fā)到中心站。 時(shí)分多址技術(shù)的相關(guān)理論（ TDMA） 由于 TDMA 的頻譜利用率相對(duì) FDMA 要高，在寬帶無(wú)線接入領(lǐng)域中被廣泛采用。時(shí)分多址只傳數(shù)字信息，信息需經(jīng)壓縮和緩沖存儲(chǔ)的過(guò)程，在實(shí)際使用時(shí)常 FDMA/TDMA 復(fù)分使用。 TDMA 是在給定頻帶的最高數(shù)據(jù)傳送速率的條件下，把傳遞時(shí)間劃分為若干時(shí)間間隙，即時(shí)隙，用戶的收發(fā)各使用一個(gè)指定的時(shí)隙，以突發(fā)脈沖序列方式接收和發(fā)送信號(hào)。多個(gè)用戶依序分別占用時(shí)隙，在一個(gè)寬帶的無(wú)線載波上以較高速率傳遞信息數(shù)據(jù)，接收并解調(diào)后，各用戶分別提取相應(yīng)時(shí)隙的信息，按時(shí)間區(qū)分用戶，從而實(shí)現(xiàn)多址通信?？偟拇a元速率是各路之和，還有一些位同步、幀同步等額外開銷。圖 所示為一幀 8 個(gè)時(shí)隙的圖例?，F(xiàn)在的 TDMA 系統(tǒng)總是采用數(shù)字體制，每時(shí)隙可以是單個(gè)用戶占用，也可以是一組時(shí)分復(fù)用的用戶占用。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 一幀八個(gè)時(shí) 隙的圖例 圖 時(shí)分多址的技術(shù)模型 圖 所示為 TDMA 的三維圖，式（ ）給出了時(shí)域正交的表示式。各用戶在同一頻帶中傳送，時(shí)間上互不重疊，符合時(shí)域的正交條件。在實(shí)際傳輸時(shí)，由于多徑等各種影響，可能破壞正交條件，形成碼間串?dāng)_。 （ ） 時(shí)分多址技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn) TDMA 的主要特點(diǎn) 整個(gè)系統(tǒng)要有精確的同步，要由基準(zhǔn)站統(tǒng)一系統(tǒng)內(nèi)各站的時(shí)鐘，才能保證各站準(zhǔn)確地按時(shí)隙提取本站需要的信號(hào)。 包括信號(hào)的傳輸、處理、交換等，必須要有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)。要解決上述問(wèn)題，使用的方法是系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備內(nèi)部設(shè)置一個(gè)高精度 時(shí)鐘，在通信開始時(shí)，進(jìn)行一次時(shí)鐘校正，只要時(shí)鐘不發(fā)生明顯漂移，系統(tǒng)都能準(zhǔn)確定時(shí)。但真正的情況不是這樣，因?yàn)橐瓜到y(tǒng)的時(shí)鐘很精確，無(wú)論從技術(shù)還是價(jià)格方面考慮都不適合。 TDMA 的主要優(yōu)點(diǎn) TDMA 系統(tǒng)同 FDMA 系統(tǒng)相比，其主要優(yōu)點(diǎn)在于每一個(gè)信道為許多用戶有效地使用。 TDMA 同 FDMA 的主要 區(qū)別在于每載波多路。所有 TDMA 系統(tǒng)都是時(shí)分多路復(fù)用的，通常為 8 路、 15 路、 30 路或者更多。 TDMA 的主要缺點(diǎn) 系統(tǒng)要求嚴(yán)格的系統(tǒng)定時(shí)同步，是時(shí)隙受限和干擾受限系統(tǒng)。 時(shí)分多址技術(shù)的使用范圍 應(yīng)用于移動(dòng)通信 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 將 TDMA 方法用于移動(dòng)通信的理由之一是：寬帶傳輸可以緩和對(duì)無(wú)線頻率穩(wěn)定度的要求。自 20 世紀(jì) 80 年代末起，以 TDMA 和數(shù)字調(diào)制為基礎(chǔ)的第 2 代移動(dòng)通信迅速發(fā)展起來(lái)。第 2 代系統(tǒng)是以歐洲開發(fā)的泛歐數(shù)字蜂窩區(qū)移動(dòng)電話系統(tǒng)為代表，又稱 GSM系統(tǒng)。目前， GSM 在我國(guó)也得到廣泛應(yīng)用， GSM 數(shù)字移動(dòng)電話用戶已突破 l000 萬(wàn)戶。第 2 代系統(tǒng)的特點(diǎn)是在容量、質(zhì)量、功能和功耗等方面比第 1 代系統(tǒng)有很大的改進(jìn)，進(jìn)入 20 世紀(jì) 99 年代中期，又出現(xiàn)了可傳送話音、數(shù)據(jù)等各種業(yè)務(wù)。 應(yīng)用于衛(wèi)星通信 TDMA 用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的基本原理，是用不同時(shí)間間隙來(lái)區(qū)分地球站的地址，在該系統(tǒng)中只允許各地球站在規(guī)定的時(shí)隙內(nèi)發(fā)射信號(hào)，這些射頻信號(hào)通過(guò)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)，在時(shí)間上是嚴(yán)格依次排列，互不重疊的。這種多址技術(shù)是讓若干個(gè)地球站共同使用一個(gè)信道。但是占用的時(shí)間不同，所以相互之間不會(huì)干擾。顯然，在相同信道數(shù)的情況下，采用時(shí)分多址要 比頻分多址能容納更多的用戶。 它有如下基本特點(diǎn)： (1) 任何時(shí)刻在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器中都只有一個(gè)載波工作。 (2) 可以比 FDMA 方式更充分地利用轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出功率。 (3) 易于實(shí)現(xiàn)信道的按需分配。 (4) 全網(wǎng)正常工作要靠網(wǎng)同步，技術(shù)和設(shè)備比較復(fù)雜。 應(yīng)用于時(shí)分多址技術(shù)的 GSM 系統(tǒng) GSM 的信道 在 GSM 系統(tǒng)規(guī)范中，對(duì)總的頻譜劃分成 200kHz為單位的一個(gè)個(gè) 頻段， 稱為頻段，而對(duì)每一個(gè)頻隙，允許 8 個(gè)用戶使用，即從時(shí)分多址方式來(lái)看，每個(gè)時(shí)幀有 8 個(gè)時(shí)隙（ TimeSlot），每個(gè)時(shí)隙的長(zhǎng)度為 BP＝ 15/26＝ ，而每一個(gè)時(shí)幀長(zhǎng)度為 15/268＝ 。所講的時(shí)隙長(zhǎng)度是 GSM 規(guī)范定義的，而 移動(dòng)臺(tái)在 無(wú)線路徑上的傳輸?shù)膶?shí)際情況是不同的。前面講到的經(jīng)交織加密后的數(shù)據(jù)塊為 114 位，這些位加上其它一些信息位元共組成 位，以脈沖串的形成 調(diào)制到 某一個(gè)頻率上，并限定在一個(gè)時(shí)隙范圍內(nèi)進(jìn)行傳輸，這些脈沖串稱為 Burst（突發(fā)）。在常規(guī) Burst 之間，即每個(gè)時(shí)隙之間要有一定的保護(hù)間隔，即 147 位有用信息的前后有一段保護(hù)時(shí)間，取信號(hào)小于 59dB 的部分為保護(hù)時(shí)間，約 30μs。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 GSM 的時(shí)幀結(jié)構(gòu) GSM 的時(shí)幀結(jié)構(gòu)有 5 個(gè)層次，分別是高幀、超幀、復(fù)幀、 TDMA 時(shí)幀和 時(shí)隙， 時(shí)隙是構(gòu)成物理信道的基本單元， 8 個(gè)時(shí)隙構(gòu)成一個(gè) TDMA 時(shí)幀。 TDMA 時(shí)幀構(gòu)成復(fù)幀，復(fù)幀是業(yè)務(wù)信道和控制信道進(jìn)行組合的基本單元。由復(fù)幀構(gòu)成超幀，超幀構(gòu)成高幀，高幀是 TDMA 幀編號(hào)的基本單元，即在高幀內(nèi)對(duì) TDMA 幀順序進(jìn)行編號(hào)。 1 高幀＝ 2048個(gè)超幀＝ 2715648 個(gè) TDMA 幀，高幀的時(shí)長(zhǎng)為 3 小時(shí) 28 分 53 秒 760 毫秒。高幀周期與加密及跳頻有關(guān)，每經(jīng)過(guò)一個(gè)高幀時(shí)長(zhǎng)會(huì)重新啟動(dòng) 密碼 與跳頻 算法 。 1 個(gè)超幀＝ 1326 個(gè)TDMA 幀，超幀時(shí)長(zhǎng)為 秒。復(fù)幀有兩種結(jié)構(gòu)，一種用于業(yè)務(wù) 信道 ，其結(jié)構(gòu)形式是由 26 個(gè) TDMA 幀構(gòu)成的復(fù)幀；另一種用于控制信道，其結(jié)構(gòu)為 51 個(gè) TDMA 幀構(gòu)成的復(fù)幀。 1 個(gè) TDMA 幀＝ 8 個(gè)時(shí)隙，其時(shí)幀長(zhǎng)度為 毫秒， 1 個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)度為 ，在時(shí)隙內(nèi)傳送數(shù)據(jù) 脈沖 串，稱為突發(fā)（ Burst），一個(gè)突發(fā)包含 位數(shù)據(jù)。 GSM 系統(tǒng)的定時(shí)采用的是主從同步法。即系統(tǒng)所有的時(shí)鐘均直接或間接從屬于某一個(gè)主時(shí)鐘信息。主時(shí)鐘有很高的精度，其時(shí)鐘信息以廣播的方式傳送到系統(tǒng)的許多設(shè)備，或以分層方式逐層傳送給系統(tǒng)的其他 設(shè)備。各設(shè)備收到上層的時(shí)鐘信號(hào)后，提取出定時(shí)信息，與上層時(shí)鐘保持一致，這個(gè)過(guò)程又稱之為時(shí)鐘鎖定。 碼分多址技術(shù)（ CDMA）的概述 CDMA 多址技術(shù)的原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端由使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。 碼分多址技術(shù)的發(fā)展情況（ CDMA） 自 20 世紀(jì) 80 年代開始， CDMA 的技術(shù)取得了很大的進(jìn)展， FDMA 系統(tǒng)每載波只傳送一路電話， TDMA 系統(tǒng)可傳送幾路或幾十路電話，而 CDMA 系統(tǒng)則可傳送幾百路電話。信道的帶寬一般可達(dá)到 1～ 10MHz。 CDMA 技術(shù)起源于美國(guó)。近幾年，美國(guó)進(jìn)一步將 CDMA 方式在移動(dòng)通信中實(shí)用化，新的 CDMA 制式也將用于蜂窩區(qū)移動(dòng)通信，有人稱其為 2． 5 代蜂窩區(qū)移動(dòng)通信。 CDMA技術(shù)的應(yīng)用帶動(dòng)了一系列新的通信技術(shù)的發(fā)展。從上述對(duì)幾種多址連接技術(shù)的比較分析理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 來(lái)看，每種連接技術(shù)都有其不同的特點(diǎn)及技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其中 CDMA 技術(shù)以它獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)成為實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信、無(wú)線多媒體 通信、無(wú)線傳輸?shù)鹊睦硐爰夹g(shù)。在實(shí)際運(yùn)用中，選擇哪種多址方式，則應(yīng)根據(jù)具體情況作出具體決定。 碼分多址技術(shù)的相關(guān)理論（ CDMA） CDMA 多址技術(shù)的原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端由使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。 擴(kuò)頻信號(hào)是用擴(kuò)頻碼序列填充到所需傳送的數(shù)據(jù)中形成的信號(hào)。頻帶展寬的倍數(shù)稱為擴(kuò)頻 系數(shù)，用分貝表示稱為擴(kuò)頻增益。 每個(gè)用戶具有特定的地址碼（相當(dāng)于擴(kuò)頻中的 PN 碼），利用地址碼相互之間的正交性（或準(zhǔn)正交性）完成信道分離的任務(wù)。 不同用戶使用不同的碼序列，它們占用相同頻帶，接收機(jī)雖然能收到，但不能解出，這樣可實(shí)現(xiàn)互不干擾的多址通信。它以不同的互相正交的碼序列區(qū)分用戶，故稱為 “ 碼分多址 ” 。 CDMA 多址技術(shù)是給每一個(gè)信號(hào)分配一個(gè)偽隨機(jī)二進(jìn)制序列進(jìn)行擴(kuò)頻，不同信號(hào)的能量被分配到不同的偽隨機(jī)序列里，中心站使用正交的 PN 碼作為信道標(biāo)志，與不同 TS通信使用同一頻率，但不同的 PN 碼擴(kuò)頻來(lái)實(shí)現(xiàn)；每個(gè) TS 都可以同時(shí)收到中心站發(fā)給所有 TS 的信號(hào)，中心站要同時(shí)接收來(lái)自各 TS 的同一頻率不同 PN 碼的信號(hào) [2]。 擴(kuò)頻方式及擴(kuò)頻碼 目前應(yīng)用最多的擴(kuò)頻方式有兩類 （ 1）直接擴(kuò)頻方式碼分多址（ DS/CDMA） 直接用擴(kuò)頻碼作為地址碼調(diào)制信號(hào)，調(diào)制方式通常用 PSK。 眾所周知， DS/CDMA在現(xiàn)在的第二代移動(dòng)通信中已經(jīng)得到了成功應(yīng)用 ,而且它還是第三代移動(dòng)通信的核心技術(shù)，在 IMT－ 2020 的眾多標(biāo)準(zhǔn)中，大部分都采用了 DS/CDMA。此外，在軍事通信和衛(wèi)星通信中， DS/CDMA 也都受到了青睞。從原理上來(lái)說(shuō)， DS/CDMA 是通過(guò)將攜帶信息的窄帶信號(hào)與高速地址碼信號(hào)相乘而獲得的寬帶擴(kuò)頻信號(hào)。收端需要用與發(fā)端同步的相同地址碼信號(hào)去控制輸入變頻器的載頻相位即可實(shí)現(xiàn)解擴(kuò)。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 DS/CDMA 系統(tǒng)具有抗窄帶干擾、抗多徑衰落和保密性好的優(yōu)點(diǎn)。此外，關(guān)于DS/CDMA 的優(yōu)點(diǎn)還可以羅列很多：許多用戶可以共享頻率資源，無(wú)須復(fù)雜的頻率分配和管理；具有 “軟容量 ”特性，即在一定限度內(nèi)的用戶數(shù)增加，只會(huì)使得信噪比下降，而不會(huì)終止通信，也就是說(shuō) DS/CDMA 沒(méi)有絕對(duì)的容量限制。當(dāng)然， DS/CDMA 也存在一些問(wèn)題，如多址干擾問(wèn)題，這是由于不同地址碼之間的非完全正交性而造成的，通信過(guò)程中不同用戶的發(fā)射信號(hào)會(huì)相互干擾。多址干擾是 DS/CDMA 系統(tǒng)中相當(dāng)嚴(yán)重的一個(gè)問(wèn)題，這還需要人們通過(guò)對(duì)地址碼選擇的進(jìn)一步研究來(lái)解決。此外，在 DS/CDMA 系統(tǒng)中還存在 “遠(yuǎn)近效應(yīng) ”，就是說(shuō)離基站近的強(qiáng)信號(hào)用戶會(huì)對(duì)遠(yuǎn)離基站的弱信號(hào)用戶的通信形成干擾，本質(zhì)上說(shuō)這還是由于地址碼的非完全正交性所致，但現(xiàn)階段人們已通過(guò)在移動(dòng)通信系統(tǒng)中引入 “自動(dòng)功率控制 ”技術(shù)削弱了遠(yuǎn)近效應(yīng)的影響 [3]。 （ 2）跳頻擴(kuò)頻方式碼分多址（ FH/CDMA） 屬于 間接型，用 MFSK 調(diào)制。通常用地址碼控制特制的頻率合成器，產(chǎn)生頻率在較大范圍內(nèi)按一定規(guī)律周期性跳動(dòng)的本振信號(hào)，與高速的信息碼混頻后輸出。 跳頻碼分多址（ FH/CDMA）在民用通信中并不多見，但在軍事抗干擾通信中則是一種常見的通信方式。 FH/CDMA 的基本原理是優(yōu)選一組正交跳頻碼（地址碼 /擴(kuò)頻碼），為每個(gè)用戶分配一個(gè)唯一的跳頻碼，并用該跳頻碼控制信號(hào)載頻在一組分布較寬的跳頻集中進(jìn)行跳變。 擴(kuò)頻碼 （ 1）擴(kuò)頻碼的相關(guān)理論 在碼分多址通信中，所用擴(kuò)頻碼也就是地址碼，應(yīng)符合式（ ）確定的正交條件。 （ ） 有多少個(gè)互為正交的碼序列，就可以有多少個(gè)用戶同時(shí)在一個(gè)載波上通信?；フ坏拇a序列數(shù)取決于碼的位數(shù)和擴(kuò)頻碼的類型。一般而言，位數(shù)越多，正交碼序列數(shù)越多，但帶寬也展得越寬。例如用 511 位擴(kuò)頻碼，帶寬就要擴(kuò)展 511 倍。至于序列數(shù)有多少，取決于擴(kuò)頻碼的性質(zhì)。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13