多址方式

多址方式在移動通信中，許多用戶同時通話，以不同的移動信道分隔，防止相互干擾的技術方式稱為多址方式。根據特徵，有三種多址方式，即：頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）等方式。頻分多址－－以頻率來區分信道。後面又增加了空分多址技術。

基本介紹

• 中文名：多址方式
• 外文名：The comparison of different Multiple Access technologies
• 目的：防止相互干擾
• 分類：頻分多址 時分多址 碼分多址

定義

在無線通信中，許多用戶同時通話，以不同的無線信道分隔，防止相互干擾的技術方式稱為多址方式。

技術

公共陸地移動網(PLMN Public Land Mobile Network)主要使用使用的頻分多址(FDMA Frequency Division Multiple Access)，時分多址(TDMA Time Division MultipleAccess)，碼分多址(CDMA Code Division Multiple Access)，空分多址(SDMA Space Division Multiple Access)和包分多址(PDMA Packet Division Multiple Access)等技術

拓撲結構

另有僅僅停留在理論層面的極分多址(PDMA Polarization division multiple access)

衛星通信中主要使用的按需分配多址接入(DAMA) 或脈衝定址多址接入(PAMA Pulse Address Multiple Access)

頻分多址－－以頻率來區分信道。

特點：使用簡單，信號連續傳輸，滿足模擬話音通信，技術成熟。

缺點：多頻道信號互調干擾嚴重，頻率利用率低，容量小。

時分多址－－在一個無線頻道上，按時間分割為若干個時隙，每個信道占用一個時隙，在規定的時隙內收發信號。

時分多址只傳數字信息，信息需經壓縮和緩衝存儲的過程，在實際使用時常 FDMA/TDMA復分使用。

碼分多址－－採用擴頻通信技術，每個用戶具有特定的地址碼（相當於擴頻中的PN碼），利用地址碼相互之間的正交性（或準正交性）完成信道分離的任務。

CDMA在頻率、時間、空間上重疊。

優點：系統容量大，抗干擾、抗多徑能力高。

發展歷史

為了解決通信運營商“最後一公里”接入的瓶頸問題，促進接入網技術及市場的全面發展，無線電頻率管制部門於2000年3月開放了3.5GHz頻段2×31.5MHz頻率資源，並於2001年7月對南京、廈門、青島、武漢、重慶5個試點城市3.5GHz頻率使用權採用招標方式進行了分配。隨著中標城市運營商進行大規模的建設，3.5GHz頻段無線接入系統已在眾多寬頻固定無線接入系統中脫穎而出，率先進入大規模商用階段。 隨著固定無線接入尤其是3.5GHz寬頻固定無線接入網建設的持續升溫以及各種新的技術不斷被引入，固定無線接入系統已經從最初基於電話接入方式的窄帶系統演變成為面向高速數據業務為主的寬頻綜合業務接入系統。經過近幾年市場的促進以及技術的不斷進步，3.5GHz寬頻固定無線接入技術的發展主要體現在多址方式演變、調製方式、雙工方式選擇、對OFDM技術的支持、對電路交換與分組交換支持、動態頻寬分配以及業務接入能力幾方面。

種類劃分

信號的特徵表現在這樣幾個方面：信號的工作頻率、信號出現的時間、信號具有的波形。

頻分多址

FDMA是最成熟的多址復用方式之一，採用FDMA定址方式，系統中心站具有N個信道，每個信道對應一個中心載頻；所有的遠端站TS可以共享中心站的信道資源，即在中心站的控制下，TS可工作在任一載頻信道上；FDMA的特點是技術成熟、穩定、容易實現且成本較低。它的主要缺點是頻譜利用率較低，每個用戶（遠端站）都要占用一定的頻帶，尤其在空中頻寬資源有限的情況下，FDMA系統組織多扇區基站會遇到困難。單純採用FDMA作為多址接入方式已經很少見，實用系統多採用TDMA方式或採用FDMA+TDMA方式。

時分多址

TDMA也是非常成熟的通信技術，所謂TDMA就是一個信道由連續的周期性時隙構成，不同信號被分配到不同的時隙里，系統中心站將用戶數據按時隙排列（TDM）廣播傳送，所有的TS都可接收到，根據地址信息取出送給自己的數據，下行傳送使用一個載頻；所有TS共享上行載頻，在中心站控制下，按分配給自己的時隙將數據突發到中心站。由於TDMA的頻譜利用率相對FDMA要高，在寬頻無線接入領域中被廣泛採用。

比如，有8個用戶都處於相同的工作頻率，按頻分多址系統來看，他們不能同時工作，只能是一個用戶工作後，別一個用戶才能工作，否則會造成同頻干擾。但若按圖的時分多址方式，把T0時隙分配給第一個用戶，或者說第一個用戶在時幀1到T0工作後隔T1－T7時隙，又在時幀2的T0時隙工作。以此類推，把T1時隙分配第二個用戶工作……把T7時隙分配給第八個用戶。用這種“分時復用”的方式，可以使同頻率的用戶同時工作，有效地利用頻率資源，提高了系統的容量。例如，一個系統的總頻段劃分成124個頻道，若只能按FDMA方式，則只有124個信道。若在FDMA基礎上，再採用時分多址，每個頻道容納8個時隙，則系統信道總的容量為124×8=992個信道。

碼分多址

所謂CDMA就是給每一個信號分配一個偽隨機二進制序列進行擴頻，不同信號的能量被分配到不同的偽隨機序列里，中心站使用正交的PN碼作為信道標誌，與不同TS通信使用同一頻率，但不同的PN碼擴頻來實現；每個TS都可以同時收到中心站發給所有TS的信號，中心站要同時接收來自各TS的同一頻率不同PN碼的信號；CDMA系統保證通信質量必須做到：PN碼之間正交特性良好；PN碼要有足夠長度，以提高擴頻增益，即干擾容限。提高擴頻處理增益與支持寬頻業務接入是一對矛盾，在3.5GHz頻段頻率資源有限情況下，採用碼分多址技術的無線接入系統以窄帶業務為主。

TD-SCDMA多址方式示意圖

容量比較

頻分多址

FDMA方式是把通信系統的總頻段劃分為若干個等間隔、互不交疊的頻道分配給不同的用戶使用，每個頻道的寬度都能傳輸一路話音信息，在相鄰頻道間無明顯的串擾。把系統中的小區劃為區群，每個區群有K個小區。再把總頻段W分成U=W/B(B是頻道寬度)個頻道，把它們互不重複地分成K個頻組，指配給一個區群的K個小區使用。利用蜂窩區群結構的頻率復用特點，U個頻道在蜂窩結構的不同區群中被重複利用，這樣能同時通話的用戶數，即每小區的用戶數會大幅增加。在總頻率資源和用戶信道頻寬M給定的前提下，區群內的信道數是一定的，所以小區的容量就取決於區群內所含的小區數，即小區數K越小，小區內的頻道數M/K就越大。但是小區數K越小，相鄰區群之間的地理位置靠得越近，同頻(共道)小區之間存在的同頻(共道)干擾就越大。因此小區數目受制於同頻小區的共道干擾。在模擬蜂窩系統中，要求接收端載乾比(C/I)大於等於18dB，這時解調後的基帶信噪比(S/N)可達38dB，能滿足通信話音質量的要求。

多址方式概念圖

時分多址

TDMA方式是把時間分割成周期性不交疊的幀，每一幀再分割成若干個不交疊的時隙，再根據一定的時隙分配原則，使各個移動台在每幀內按指定的時隙傳送信號；在接收端按不同時隙來區分出不同用戶的信息，從而實現多址通信。由於TDMA採用了話音編碼技術，再加上移動台輔助越區切換技術、跳頻技術和分集技術等手段的運用，TDMA數字蜂窩通信系統的容量可以提升至FDMA系統的3倍乃至更高。

以GSM系統為例，系統總頻寬W=25MHz，信道寬度B=200kHz，每頻道含8個時隙，則信道總數M=25×8/0.2=1000；小區半徑為1km，每小區分3個扇區，運用了跳頻技術後的C/I=9dB，由(1)式可得共道再用因子q=2.62≈3；每小區信道數為1000/3≈333(結果2)。

碼分多址

CDMA多址方式用不同碼型的地址碼來劃分信道，每一地址碼對應一個信道，每一信道對時間及頻率都是共享的，而FDMA、TDMA系統信道的數量要受到頻率或時隙的限制。在發射端，信息數據被高速地址碼調製；在接收端，用一與發端相同的本地地址碼控制的相關器進行相關接收；其它與本地地址碼不同碼型的信號被作為多址干擾處理。 在CDMA蜂窩系統中，為了實現雙工通信，前向信道(基站到移動台)與反向信道(移動台到基站)各使用一個頻率，即頻分雙工。在實際中前後向信道是不完全對稱的，不能以基站收到的信號功率大小來確定用戶所需的基站發射功率；用前向與後向鏈路功率之和(是一個常數)來確定基站發射功率。下面以前向鏈路在考慮功率控制的情況下，估算CDMA系統的小區容量。

時分多址

MC－CDMA

多載波調製的原理是將所要傳輸的數據流串/並變換成若干個並行低速率的比特流，並且用這些數據流去並行調製若干個相互正交的子載波。MC－CDMA是使用給定的擴頻碼對並行數據進行擴展，然後將每個碼片與一個不同的載波進行調製，這種擴頻是在頻域上進行的，各個子載波相互正交，實現了信道的正交頻分復用(OFDM)。因此，MC－CDMA是OFDM與CDMA相結合的一種多址方式，它主要用於前向信道。

由於DS－CDMA的擴展序列之間不是全部正交的，並且不得不選擇好的互相關特性，系統的用戶數MDS很難達到GDS；而MC－CDMA系統可以近似達到GMC個用戶。

相關問題

時分多址系統中有一個關鍵的問題是系統的定時問題。要保證整個時分多址系統有條不紊地工作，包括信號的傳輸、處理、交換等，必須要有一個統一的時間基準。

要解決上述問題，大家很容易想到的方法是系統中的各個設備內部設定一個高精度時鐘，在通信開始時，進行一次時鐘校正，只要時鐘不發生明顯漂移，系統都能準確定時。但真正的情況不是這樣，因為要使系統的時鐘很精確，無論從技術還是價格方面考慮都不適合。

GSM系統的定時採用的是主從同步法。即系統所有的時鐘均直接或間接從屬於某一個主時鐘信息。主時鐘有很高的精度，其時鐘信息以廣播的方式傳送到系統的許多設備，或以分層方式逐層傳送給系統的其他設備。各設備收到上層的時鐘信號後，提取出定時信息，與上層時鐘保持一致，這個過程又稱之為時鐘鎖定。

GSM的信道

在GSM系統規範中，對總的頻譜劃分成200kHz為單位的一個個頻段，稱為頻段，而對每一個頻隙，允

許8個用戶使用，即從時分多址方式來看，每個時幀有8個時隙（TimeSlot），每個時隙的長度為BP=

15/26=0.577ms，而每一個時幀長度為15/26×8=4.615ms。

所講的時隙長度是GSM規範定義的，而移動台在無線路徑上的傳輸的實際情況又是怎樣的呢？前面講到的經交織加密後的數據塊為114位，這些位加上其它一些信息位元共組成156.25位，以脈衝串的形成調製到某一個頻率上，並限定在一個時隙範圍內進行傳輸，這些脈衝串稱為"Burst"（突發）。

多址方式

根據用途不同，Burst有許多格式，如接入Burst、Fburst、Sburst、常規Burst等。我們僅介紹常規Burst的內容。

在Burst之間，即每個時隙之間要有一定的保護間隔，即147位有用信息的前後有一段保護時間，取信號小於-59dB的部分為保護時間，約30μs。

時幀結構

GSM的時幀結構有5個層次，分別是高幀、超幀、復幀、TDMA時幀和時隙。時隙是構成物理信道的基本單元，8個時隙構成一個TDMA時幀。TDMA時幀構成復幀，復幀是業務信道和控制信道進行組合的基本單元。由復幀構成超幀，超幀構成高幀，高幀是TDMA幀編號的基本單元，即在高幀內對TDMA幀順序進行編號。

1高幀=2048個超幀=2715648個TDMA幀，高幀的時長為3小時28分53秒760毫秒。高幀周期與加密及跳頻有關，每經過一個高幀時長會重新啟動密碼與跳頻算法。

1個超幀=1326個TDMA幀，超幀時長為6.12秒。

復幀有兩種結構，一種用於業務信道，其結構形式是由26個TDMA幀構成的復幀；另一種用於控制信道，其結構為51個TDMA幀構成的復幀。

1個TDMA幀=8個時隙，其時幀長度為4.615毫秒，1個時隙長度為0.577ms，在時隙內傳送數據脈衝串，稱為突發（Burst），一個突發包含156.25位數據。

數字調製技術

前面討論過的話音信息（控制信息也一樣）是經模/數轉換、語音編碼、信道編碼、交織、加密、時幀形成等過程形成的脈衝數據流。這些基帶數據信號含有豐富的低頻成分，不能在無線信道中傳輸，必須將數字基帶信號的頻譜變為適合信道轉輸的頻譜，才能進行傳輸，這一過程稱為數字調製。數字調製是用正弦高頻信號為載波，用基帶信號控制載波的三個基本參量（幅度、相位、頻率），使載波的幅度、相位、頻率隨基帶信號的變化而變化，從而攜帶基帶信號的信息。相對應的三種調製方式是最基本的數字調製方式，稱為幅度鍵控（ASK）、頻率鍵控（FSK）、和相位鍵控（PSK）。

碼分多址接入

對相同頻率的基帶數據，採用不同的調製方式可以使調製後的頻譜的有效頻寬不同，而無線系統的頻譜資源非常有限（如GSM系統每個信道頻譜寬度為200kHz），所以採用何種調製技術使得調製後的頻譜適合無線信道的有限頻寬要求是非常重要的，在泛歐的GSM系統規範中，採用的是GMSK（最小高斯濾波頻移鍵控）調製技術，這種調製方式使得調製後的頻譜的主瓣寬度窄、旁瓣衰落快，對相鄰信道的干擾小，其調製的速率為270.833kbit/s。