6.2.3  移動(dòng)通信網(wǎng)中的基本技術(shù)
1．多址方式
當(dāng)把多個(gè)用戶接入一個(gè)公共的傳輸媒質(zhì)實(shí)現(xiàn)相互間通信時(shí)，需要給每個(gè)用戶的信號(hào)賦以不同的特征，以區(qū)分不同的用戶，這種技術(shù)稱為多址技術(shù)。眾所周知，移動(dòng)通信是依靠無(wú)線電波的傳播來(lái)傳輸信號(hào)的，具有大面積覆蓋的特點(diǎn)。因此網(wǎng)內(nèi)一個(gè)用戶發(fā)射的信號(hào)其他用戶均可接收到所傳播的電波。網(wǎng)內(nèi)用戶如何能從播發(fā)的信號(hào)中識(shí)別出發(fā)送給自己的信號(hào)就成為建立連接的首要問(wèn)題。在蜂窩通信系統(tǒng)中，移動(dòng)臺(tái)是通過(guò)基站和其他移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信的，因此必須對(duì)移動(dòng)臺(tái)和基站的信息加以區(qū)別，使基站能區(qū)分是哪個(gè)移動(dòng)臺(tái)發(fā)來(lái)的信號(hào)，而各移動(dòng)臺(tái)又能識(shí)別出哪個(gè)信號(hào)是發(fā)給自己的。要解決這個(gè)問(wèn)題，就必須給每個(gè)信號(hào)賦以不同的特征，這就是多址技術(shù)要解決的問(wèn)題。多址技術(shù)是移動(dòng)通信的基礎(chǔ)技術(shù)之一。

多址方式的基本類型有：頻分多址方式(FDMA: Frequency Division Multiple Access)、時(shí)分多址方式(TDMA: Time Division Multiple Access)、空分多址方式(SDMA: Space Division Multiple Access)、碼分多址方式(CDMA: Code Division Multiple Access)等。目前移動(dòng)通信系統(tǒng)中常用的是FDMA、TDMA、CDMA以及它們的組合。
1) 頻分多址方式(FDMA)
在通信時(shí)，不同的移動(dòng)臺(tái)占用不同頻率的信道進(jìn)行通信。因?yàn)楦鱾€(gè)用戶使用不同頻率的信道，所以相互沒有干擾。FDMA的信道每次只能傳遞一個(gè)電話，并且在分配成語(yǔ)音信道后，基站和移動(dòng)臺(tái)就會(huì)同時(shí)連續(xù)不斷地發(fā)射信號(hào)，在接收設(shè)備中使用帶通濾波器只允許指定頻道里的能量通過(guò)，濾除其他頻率的信號(hào)，從而將需要的信號(hào)提取出來(lái)，而限制臨近信道之間的相互干擾。由于基站要同時(shí)和多個(gè)用戶進(jìn)行通信，基站必須同時(shí)發(fā)射和接收多個(gè)不同頻率的信號(hào)；另外，任意兩個(gè)移動(dòng)用戶之間進(jìn)行通信都必須經(jīng)過(guò)基站的中轉(zhuǎn)，因而必須占用四個(gè)頻道才能實(shí)現(xiàn)雙向通信。

FDMA是最經(jīng)典的多址技術(shù)之一，在第一代蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)(如TACS、AMPS等)中使用了頻分多址。這種方式的特點(diǎn)是技術(shù)成熟，對(duì)信號(hào)功率的要求不嚴(yán)格。但是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要周密的頻率規(guī)劃，基站需要多部不同載波頻率的發(fā)射機(jī)同時(shí)工作，設(shè)備多且容易產(chǎn)生信道間的互調(diào)干擾，同時(shí)，由于沒有進(jìn)行信道復(fù)用，信道效率很低。因此現(xiàn)在國(guó)際上蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)已不再單獨(dú)使用FDMA，而是和其他多址技術(shù)結(jié)合使用。
在TDMA通信系統(tǒng)中，小區(qū)內(nèi)的多個(gè)用戶可以共享一個(gè)載波頻率，分享不同時(shí)隙，這樣基站只需要一部發(fā)射機(jī)，可以避免像FDMA系統(tǒng)那樣因多部不同頻率的發(fā)射機(jī)同時(shí)工作而產(chǎn)生的互調(diào)干擾；但系統(tǒng)設(shè)備必須有精確的定時(shí)和同步來(lái)保證各移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的信號(hào)不會(huì)在基站發(fā)生重疊，并且能準(zhǔn)確地在指定的時(shí)隙中接收基站發(fā)給它的信號(hào)。
TDMA技術(shù)廣泛應(yīng)用于第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)中。在實(shí)際應(yīng)用中，綜合采用FDMA和TDMA技術(shù)的，即首先將總頻帶劃分為多個(gè)頻道，再將一個(gè)頻道劃分為多個(gè)時(shí)隙，形成信道。例如GSM數(shù)字蜂窩標(biāo)準(zhǔn)采用200 kHz的FDMA頻道，并將其再分割成8個(gè)時(shí)隙，用于TDMA傳輸，如圖6.5所示。

　　3) 碼分多址方式(CDMA)
(1) 擴(kuò)頻的概念。眾所周知，對(duì)于時(shí)域上的脈沖信號(hào)，其脈沖寬度越窄，頻譜就越寬。那么，如果用所需要傳送的信號(hào)信息去調(diào)制很窄的脈沖序列，就可以將信號(hào)的帶寬進(jìn)行擴(kuò)展。所謂擴(kuò)頻調(diào)制，就是指用所需要傳送的原始信號(hào)去調(diào)制窄脈沖序列，使信號(hào)所占的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳原始信號(hào)本身需要的帶寬。其逆過(guò)程稱為解擴(kuò)，即將這個(gè)寬帶信號(hào)還原成原始信號(hào)。這個(gè)窄脈沖序列稱為擴(kuò)頻碼。如果用這樣一種擴(kuò)頻后的無(wú)線信道來(lái)傳送無(wú)線信號(hào)，則由于信號(hào)擴(kuò)展在非常寬的帶寬上，因此來(lái)自同一無(wú)線信道的用戶干擾就很小，使得多個(gè)用戶可以同時(shí)分享同一無(wú)線信道。
實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻的方式有三種：直接序列擴(kuò)頻、跳頻、跳時(shí)。其中CDMA系統(tǒng)中常用直接序列擴(kuò)頻方式，它是指在發(fā)送端直接用一個(gè)寬帶的擴(kuò)頻碼序列和原始信號(hào)相乘，以擴(kuò)展信號(hào)的帶寬，而在接收端則用相同的擴(kuò)頻碼和寬帶信號(hào)相乘進(jìn)行解擴(kuò)，從中還原出原始的信息，如圖6.6所示。只有知道該擴(kuò)頻碼序列的接收機(jī)才能夠?qū)κ盏降男盘?hào)進(jìn)行解擴(kuò)，并恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。我們把原始信息的速率稱為信息速率，而把擴(kuò)頻碼的速率稱為碼片速率，用chip表示。

(2)  CDMA中的碼序列。大家知道，在信息傳輸過(guò)程中，各種信號(hào)之間的差別越大越好，這樣相互之間不易發(fā)生干擾，也就不會(huì)發(fā)生誤判。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，最理想的信號(hào)形式是類似白噪聲的隨機(jī)信號(hào)，但真正的隨機(jī)信號(hào)或白噪聲是不能重復(fù)和再現(xiàn)的，實(shí)際應(yīng)用中是用周期性的碼序列來(lái)逼近它的性能的。CDMA中采用偽隨機(jī)序列(稱為PN碼)作為擴(kuò)頻碼，因?yàn)閭坞S機(jī)序列具有近似白噪聲的特性，所以具有良好的相關(guān)性。CDMA系統(tǒng)中采用的偽隨機(jī)碼有m序列、Walsh函數(shù)等。
(3)  CDMA。CDMA通信系統(tǒng)中，所有用戶使用所有頻率和所有時(shí)間上都是重疊的。系統(tǒng)用不同的正交編碼序列來(lái)區(qū)分不同的用戶，如圖6.7所示。

CDMA中，不同的移動(dòng)臺(tái)共同使用一個(gè)頻率，但是每個(gè)移動(dòng)臺(tái)都被分配帶有一個(gè)的碼序列，與所有別的碼序列都不相同，所以各個(gè)用戶之間沒有干擾。在發(fā)送時(shí)，信號(hào)信息和該用戶的碼序列相乘進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，在接收端，接收器使用與發(fā)端同樣的碼序列對(duì)寬帶信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)，恢復(fù)出原始信號(hào)，而其他使用不同碼型的信號(hào)因?yàn)楹徒邮諜C(jī)本地產(chǎn)生的碼型不同而不能被解調(diào)。這種多址技術(shù)因?yàn)槭强坎煌拇a序列來(lái)區(qū)分不同的移動(dòng)臺(tái)，所以叫做碼分多址技術(shù)。
實(shí)際應(yīng)用中，也是綜合采用FDMA和CDMA技術(shù)的，即首先將總頻帶劃分為多個(gè)頻道，再將一個(gè)頻道按碼字分割，形成信道。例如窄帶CDMA中，采用1.25 MHz的FDMA頻道，將其再進(jìn)行碼字的分割，形成CDMA信道。
CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)與FDMA系統(tǒng)或TDMA系統(tǒng)相比具有更大的系統(tǒng)容量，更高的話音質(zhì)量以及抗干擾、保密等優(yōu)點(diǎn)，因而近年來(lái)得到各個(gè)的普遍重視和關(guān)注。在第三代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，無(wú)線傳輸技術(shù)將采用CDMA技術(shù)。
由上可見，蜂窩結(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)特點(diǎn)是通信資源的重用。頻分多址系統(tǒng)是頻率資源的重用；時(shí)分多址系統(tǒng)是時(shí)隙資源的重用；碼分多址系統(tǒng)是碼型資源的重用。在實(shí)際應(yīng)用中，一般是多種多址方式的結(jié)合使用。如GSM系統(tǒng)中，是FDMA/TDMA的結(jié)合使用；窄帶CDMA系統(tǒng)(IS-95)和3G中的寬帶碼分多址(WCDMA)中，采用的則是FDMA/CDMA方式。

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