分類
無線通信系統的主要多址技術
在地面移動通信和衛星通信系統中,有許多用戶需要同時通信,包括相互通信。因此系統所占的頻率資源必須以適當的方式分配給用戶,以使它們能同時接入系統1101。多址技術是根據信號分割原理,把頻率資源以頻帶、時間、空間和碼型等參數分成相互正交或準正交的子空間,即信道。把這些信道以適當的方式分配給那些需要通信的用戶,例如按需分配、預分配和自適應分配等。頻率資源是特殊的有限寶貴資源,各種多址方式都是根據當時技術水平,充分利用頻率資源,儘量減小相互干擾以滿足業務需求。
在移動通信系統中採用的多址方式主要有三種:頻分多址、時分多址與碼分多址。
碼多分址(1)頻分多址(FDMA) :發端對所傳送的信號頻率參量進行正交分割,形成許多互不重疊的頻帶。收端利用頻率的正交性,通過頻率選擇(濾波),從混合信號中選出相應的信號。
(2)時分多址(TDMA):發端對所發信號的時間參量進行正交分割,形成很多互不重疊的時隙。收端利用時間的正交性,通過時間選擇(選通門)從混合信號中選出相應的信號。
(3)碼分多址(CDMA):發端利用各不相同的、相互(準)正交的地址碼調製所傳送的信號。在收端利用碼型的(準)正交性,通過地址識別(相關檢測)從混合信號中選出相應的信號。其特點是,網內所有用戶使用同一載波,占用相同的頻寬;各個用戶可以同時傳送或接收信號,各用戶發射信號共同使用整個頻帶,各用戶的發射信號在時間上、頻帶上都可能互相重疊。與FDMA、TDMA相比,CDMA有以下主要優勢:
①更大的系統容量
在相同的傳播和設備條件下,CDMA是一種干擾受限系統,容量較FDMA增加20倍,較TDMA增加4倍。
②業務範圍更廣泛
利用寬頻擴頻在更大的射頻頻寬上支持更高速率的業務,以滿足視頻、多媒體業務等高頻寬業務的需求,支持多業務多速率。
③便於規劃和管理
FDMA和TDMA有多個射頻信道,需要實施動態頻率管理以減小實時干擾,而CDMA只有一個射頻信道,簡化了系統資源的管理和設計的複雜程度。
④抗多徑干擾能力更強
隨著擴頻頻寬的增加,多徑解析度增加,可以更好地避免移動通信中的多徑衰落,也大大提高了系統的容量和覆蓋面積。
⑤更有效的功率控制
更有效地克服遠近效應和多址干擾,也有利於提高系統容量。
基本原理
碼分多址系統將每個用戶分配了各自特定的地址碼，利用公共信道來傳輸信息。碼分多址系統的地址碼具有準正交性，而在頻域、時域、空域上都可以重疊。系統的接收端必須有完全的本地地址碼，用來對接收的信號進行相關檢測。其他使用不同碼字的信號因為和本地產生的碼字不同而不能被接收。碼分多址在原理上主要依靠編碼的正交性，主要實現方法可以簡單的歸納為編碼、混合、分離三個步驟。下面以兩用戶同時輸入為例分析碼分多址的基本實現方法，圖為其原理框圖。
( 1) 編碼: 讓兩人信息分別乘以彼此正交的正交編碼，如哈達碼、沃爾什碼等。
( 2) 混合: 將編碼後的信息混合，送入信道傳輸。
( 3) 分離: 在接收端對收到的混合信號進行分離，讓混合信號再次與各自的正交碼相乘，分離出不同的用戶信息。
碼多分址在以上的三個步驟中需要注意的是，在實現碼分多址的過程中最關鍵的是要保證不同用戶之間的碼組必須是正交的。
套用領域
CDMA通信系統
CDMA正在被廣泛套用並且是未來移動通信的主流技術。1949年Shannon和Pierce。提出了擴頻通信的基本思想,1950年Rogoff提出一種直接序列擴頻系統。對CDMA技術的實質性研究是始於二十世紀五十年代中期的美國,主要套用于軍事和導航目的。1956年Price和Green等提出了抗多徑干擾的RAKE接收技術。1978年cooper和Nettleton首先提出在蜂窩系統中套用CDMA技術以提高系統容量。Qualcomm公司研究了CDMA在蜂窩系統中的套用,並在1993年最終形成了窄帶CDMA IS-95標準,在19%年投入商用。1993年TIA批准CDMA為擴頻數字蜂窩系統標準以來,CDMA技術在國內外得到迅速發展,已呈後來居上之勢。尤其在GSM的大本營歐洲,ETSI(歐洲電信標準委員會)審議3G(第三代移動通信)標準,無論採用Nokia、Ericsson還是Motorola、Siemens原型,都將採用CDMA作為空中接口標準,這也進一步確立了CDMA為商業移動通信網的主流方向。在美國10大蜂窩公司中有7家選用CDMA。在亞洲,CDMA技術商業化趨勢更強,1995年,韓國LGIC公司推出世界上首批商用CDMA交換系統。1995年9月,世界上第一個商用CDMA移動網在香港地區開通,1996年在韓國漢城附近開通世界上最大的商用CDMA網,新加坡的CDMA個人通信網於1997年開通,這也是亞洲第一個CDMA個人通信網。
在ITU-TG8/1確定的IMT-2儀舊無線接口技術規範(lMT RSPC)中將無線接口標準明確為5個,包括3個CDMA技術和2個DTMA技術，其中，
CDMA技術:
(1)IMT-2000 CDMA DS對應WCDMA;簡化為IMT-DS。
(2)IMT-2000 CDMA MC對應CDMA2000;簡化為IMT-MC。
(3)IMT-2000 CDMA TDD對應TD-SCDMA和UTRATDD;簡化為IMT-TD。
TDMA技術:
(1)IMT-2000 TDMA SC對應UWC-136;簡化為IMT-SC。
(2)IMT-2000 FDMA/TDMA對應DCET;簡化為IMT-FT。
其中,IMT-DS是WDCMA技術與CDMA 2000技術的直接擴頻部分(DS)融合
後的技術,仍稱為WCDMA。IMT-MC即CDMA 2000,在融合後只含多載波方式,
即1X、3X、6X、9X等。
WCDMA主要由歐洲ETSI和日本ARIB提出,WCDMA系統的核心網是基於GSM-MAP的,同時可通過網路擴展方式提供基於ANSl-41核心網的運行能力,系統採用DS-CDMA多址方式。
美國TIATR45.5向ITU提出CDMA 2000方案,其核心是由Lucent、Motorola、Nortel和Qualcomm聯合提出的Wideband cdma-one技術, CDMA 2000的一個主要特點是與現有的TIA/EIA-95-B標準向後兼容,並可與IS-95系統的頻段共享或重疊,這樣就使CDMA 2000系統可以從IS-95系統的基礎上平滑的過渡、發展,保護已有的投資。另外, CDMA 2000也能有效的支持現存的IS-634A標準。CDMA 2000的核心問題是基於ANSI-41的,同時通過網路擴展方式提供基於GSM-MAP的核心網上運行的能力,系統採用MC-CDMA(多載波CDMA)的多址方式。
TD-SCDMA是由信息產業部電信科學技術研究院(CATT)於1998年6月代表中國提出的第三代移動通信標準。TD-SCDMA技術在經歷了融合與完善後,於2000年5月正式被ITU確認為國際第三代移動通信標準。2001年4月完成了在3GPP(產業聯盟)的標準工作。TD-SCDMA事實上已成為全球第三代移動通信系統中惟一的TDD標準。國際電聯為TDD劃分的頻段將完全被TD-SCDMA使用,為TD-SCDMA走向世界鋪平了道路,也為TD-SCDMA在世界漫遊創造了條件。與WCDMA和CDMA 2000所採用的FDD模式不同,TD-SCDMA採用的是TDD模式,且同時採用了同步CDMA、智慧型天線、軟體無線電、聯合檢測、接力切換、低的碼片速率、多時隙TDMA等一系列新技術,從而提高了系統的抗干擾能力,降低了發射功率,減小了電磁污染,節約了製造成本,增加了系統容量。
