多址連接通信系統(tǒng)

多址技術(shù)是指把處于不同地點(diǎn)的多個(gè)用戶接入一個(gè)公共傳輸媒質(zhì)，實(shí)現(xiàn)各用戶之間通信的技術(shù)。多址技術(shù)多用于無線通信。多址技術(shù)又稱為"多址連接"技術(shù)。下面以衛(wèi)星通信為例說明頻分多址、時(shí)分多址和碼分多址的概念。

多址技術(shù)分為頻分多址(FDMA)、時(shí)分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)、空分多址(SDMA)。頻分多址是以不同的頻率信道實(shí)現(xiàn)通信。時(shí)分多址是以不同時(shí)隙實(shí)現(xiàn)通信。碼分多址是以不同的代碼序列來實(shí)現(xiàn)通信的?？辗侄嘀肥且圆煌轿恍畔?shí)現(xiàn)多址通信的。目前，人們對(duì)正交變擴(kuò)頻因子碼(OVSF)進(jìn)行了廣泛研究，希望徹底解決其生成方法、可用數(shù)目和復(fù)用等問題;同時(shí)對(duì)CDMA/PRMA多址協(xié)議也給予了極大關(guān)注被視作傳統(tǒng)分組預(yù)約多址(PRMA)初議的擴(kuò)展。3G系統(tǒng)中多址技術(shù)包括CDMA系統(tǒng)中地址碼和各種多址協(xié)議兩方面研究，對(duì)擴(kuò)頻碼的選擇也就變得很重要。

1.頻分多址(FDMA)技術(shù)

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，所以相互沒有干擾。早期的移動(dòng)通信就是采用這個(gè)技術(shù)。

2.時(shí)分多址(TDMA)技術(shù)

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。現(xiàn)在的移動(dòng)通信系統(tǒng)多數(shù)用這種多址技術(shù)。

3.碼分多址(CDMA)技術(shù)

這種多址技術(shù)也是多個(gè)地球站共同使用一個(gè)信道。但是每個(gè)地球站都被分配有一個(gè)獨(dú)特的"碼序列"，與所有別的"碼序列"都不相同，所以各個(gè)用戶相互之間也沒有干擾。因?yàn)槭强坎煌?quot;碼序列"來區(qū)分不同的地球站，所以叫做"碼分多址"。采用CDMA技術(shù)可以比時(shí)分多址方式容納更多的用戶。這種技術(shù)比較復(fù)雜，但現(xiàn)在已經(jīng)為不少移動(dòng)通信系統(tǒng)所采用。在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，也采用寬帶碼分多址技術(shù)。

除了上述3種多址技術(shù)之外，還有一種叫做"空分多址"的技術(shù)。

4.空分多址(SDMA)技術(shù)

是利用空間分割來構(gòu)成不同信道的技術(shù)。舉例來說，在一個(gè)衛(wèi)星上使用多個(gè)天線，各個(gè)天線的波束分別射向地球表面的不同區(qū)域。這樣，地面上不同區(qū)域的地球站即使在同一時(shí)間使用相同的頻率進(jìn)行通信，也不會(huì)彼此形成干擾。

空分多址是一種信道增容的方式，可以實(shí)現(xiàn)頻率的重復(fù)使用，有利于充分利用頻率資源?？辗侄嘀愤€可以與其它多址方式相互兼容，從而實(shí)現(xiàn)組合的多址技術(shù)，例如"空分-碼分多址(SD-CDMA)"。

在工程上，多址通信也稱為點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信(一個(gè)地點(diǎn)的通信設(shè)備只與另外一個(gè)指定地點(diǎn)的通信設(shè)備相聯(lián)接)是多址通信的簡單特例。按照信號(hào)的參量，多址通信的具體聯(lián)接方式可以分為頻分多址、時(shí)分多址、碼分多址和空分多址等不同方式。頻分多址的特點(diǎn)是給不同的地址分配不同的頻率;時(shí)分多址的特點(diǎn)是給不同的地址分配不同的時(shí)隙位置;碼分多址是給不同地址分配不同的碼型;空分多址則是給不同地址分配不同的傳輸方位(空間)。

多址通信系統(tǒng)的關(guān)鍵問題，是既要使各用戶能實(shí)時(shí)地使用信道，又要最大限度地提高信道利用率。多址通信技術(shù)的主要內(nèi)容包括信道分配和信道復(fù)用。

信道分配給各用戶使用，其主要分配方式有固定分配、按需分配和隨機(jī)占用三種方式。①固定分配(亦稱預(yù)分配):把公共信道分成為若干子信道，任何兩個(gè)站之間通信時(shí)要占用預(yù)先分配給它們的固定子信道，分配好后不再變更。用這種方式通信時(shí)不需要附加控制和調(diào)度信道，因而設(shè)備簡單。但是，各信道的容量固定、不能增減，特別是當(dāng)某站分得的信道空閑不用時(shí)，其他臺(tái)站不能利用它，因此信道利用率低。②按需分配:按照需要和業(yè)務(wù)變動(dòng)情況，隨時(shí)把信道合理地分配給用戶使用。多數(shù)這類系統(tǒng)設(shè)有一中心站集中控制信道分配。當(dāng)某用戶需要通信時(shí),它先與中心站聯(lián)系,中心站根據(jù)當(dāng)時(shí)情況給通信雙方安排信道。有些系統(tǒng)采用分散控制方式，這時(shí)上述中心站的功能分別由各用戶自己實(shí)現(xiàn)。采用按需分配方式，雖然系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，但信道利用率高。③隨機(jī)占用(亦稱爭用):它沒有信道控制系統(tǒng)，當(dāng)用戶需要通信時(shí)可按一定的規(guī)程隨機(jī)占用信道。這種方式適用于各用戶通信量較小的情況。當(dāng)系統(tǒng)中同時(shí)工作的用戶過多時(shí)，會(huì)造成較大的互相干擾甚至失效，因而信道利用率低。

主要方式有:頻分多址、時(shí)分多址、碼分多址、空分多址和極化分割等。

頻分多址

各站發(fā)出的信號(hào)在指定頻帶內(nèi)互不重疊地排列，共同使用一個(gè)射頻信道。這種方式在衛(wèi)星通信和地面通信中使用得最多。它的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備比較簡單，技術(shù)比較成熟。采用預(yù)分配方式的頻分多址通信最適用于對(duì)信道需要量變化不大的大容量通信干線。當(dāng)采用按需分配信道時(shí)，根據(jù)需要,每個(gè)站可使用不同的載頻,占用不同的頻帶。頻分方式的缺點(diǎn)是不同載頻的多個(gè)信號(hào)同時(shí)在一個(gè)信道中傳輸時(shí)，由于信道非線性(如衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的非線性)產(chǎn)生的互調(diào)干擾，會(huì)導(dǎo)致信道的功率和頻帶利用率降低。

時(shí)分多址

信道按時(shí)隙順序分配給不同的用戶。各站信號(hào)都使用相同的載頻，而在每瞬時(shí)只有一個(gè)站的信號(hào)在信道中傳輸。時(shí)分多址方式的優(yōu)點(diǎn)是可以充分利用信道的功率和頻帶。其缺點(diǎn)是要求各站信號(hào)在時(shí)間上保持嚴(yán)格的同步，因而各站需要有復(fù)雜的同步設(shè)備。隨著數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展，時(shí)分多址將在多址技術(shù)中占據(jù)越來越重要的地位。

碼分多址

主要包括時(shí)頻編碼和擴(kuò)頻多址兩種形式。①時(shí)頻編碼:各個(gè)用戶發(fā)出的每個(gè)信息碼元都由一組射頻脈沖傳輸。這些射頻脈沖之間的時(shí)間間隔和載頻有約定的規(guī)律。各站根據(jù)其約定不同，可以實(shí)現(xiàn)多址通信。這種系統(tǒng)可容納同時(shí)工作的用戶數(shù)由射頻脈沖的時(shí)隙數(shù)、載頻數(shù)和約定方式等因素決定。由于信道分配采用隨機(jī)占用方式，所以它主要用于移動(dòng)無線通信網(wǎng)。②擴(kuò)頻多址:各站使用擴(kuò)展頻譜信號(hào)(見擴(kuò)頻通信)互相通信。它們同時(shí)占用同一頻段。收信端根據(jù)信號(hào)采用的特定擴(kuò)頻方式(如地址碼)來識(shí)別需要接收的信號(hào)。而對(duì)收到的其他信號(hào)有很強(qiáng)的抑制能力，所以盡管各信號(hào)同時(shí)被接收機(jī)接收，但解調(diào)器能排除無用信號(hào)的干擾，解調(diào)出需要的信號(hào)。

空分多址

利用不同空間的線路實(shí)現(xiàn)多址通信。例如，在地面線路中使用同一根電纜中的不同線對(duì)，在一顆衛(wèi)星上產(chǎn)生不同指向的多個(gè)天線波束來分別供各站使用。各站可以同時(shí)使用相同頻率通信,不會(huì)互相干擾(即頻率再用)。通常,這種系統(tǒng)需要有控制設(shè)備，用以編排在各線路上傳輸?shù)男盘?hào)。

極化分割

使兩個(gè)站的信號(hào)極化方向不同(如互相正交)。這樣，兩個(gè)信號(hào)可以使用同一頻率但沒有相互干擾。這種方法主要用在衛(wèi)星通信中。

各種多址技術(shù)與多路復(fù)用、交換技術(shù)等通信技術(shù)相互配合，已成為有效利用信道的關(guān)鍵措施。