多址通信簡介

多址通信(multiple access communication)，多個用戶使用一個公共信道實現(xiàn)各用戶間通信的方式，又稱任意選址通信和多元聯(lián)接 。在多址通信的聯(lián)接方式下，一個地點(地址)的通信設(shè)備可以同時與另外多個地點(地址)的通信設(shè)備相聯(lián)接;參與多址通信的各個地點的通信設(shè)備實際上構(gòu)成了一個通信網(wǎng)。在工程上，多址通信也稱為點對多點通信。

在工程上，多址通信也稱為點對多點通信。點對點通信(一個地點的通信設(shè)備只與另外一個指定地點的通信設(shè)備相聯(lián)接)是多址通信的簡單特例。按照信號的參量，多址通信的具體聯(lián)接方式可以分為頻分多址、時分多址、碼分多址和空分多址等不同方式。頻分多址的特點是給不同的地址分配不同的頻率;時分多址的特點是給不同的地址分配不同的時隙位置;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時地使用信道，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，任何兩個站之間通信時要占用預(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，其他臺站不能利用它，因此信道利用率低。②按需分配:按照需要和業(yè)務(wù)變動情況，隨時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,它先與中心站聯(lián)系,中心站根據(jù)當(dāng)時情況給通信雙方安排信道。有些系統(tǒng)采用分散控制方式，這時上述中心站的功能分別由各用戶自己實現(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)用戶需要通信時可按一定的規(guī)程隨機占用信道。這種方式適用于各用戶通信量較小的情況。當(dāng)系統(tǒng)中同時工作的用戶過多時，會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)出的信號在指定頻帶內(nèi)互不重疊地排列，共同使用一個射頻信道。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，根據(jù)需要,每個站可使用不同的載頻,占用不同的頻帶。頻分方式的缺點是不同載頻的多個信號同時在一個信道中傳輸時，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，會導(dǎo)致信道的功率和頻帶利用率降低。

時分多址

信道按時隙順序分配給不同的用戶。各站信號都使用相同的載頻，而在每瞬時只有一個站的信號在信道中傳輸。時分多址方式的優(yōu)點是可以充分利用信道的功率和頻帶。其缺點是要求各站信號在時間上保持嚴格的同步，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

主要包括時頻編碼和擴頻多址兩種形式。①時頻編碼:各個用戶發(fā)出的每個信息碼元都由一組射頻脈沖傳輸。這些射頻脈沖之間的時間間隔和載頻有約定的規(guī)律。各站根據(jù)其約定不同，可以實現(xiàn)多址通信。這種系統(tǒng)可容納同時工作的用戶數(shù)由射頻脈沖的時隙數(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占用方式，所以它主要用于移動無線通信網(wǎng)。②擴頻多址:各站使用擴展頻譜信號(見擴頻通信)互相通信。它們同時占用同一頻段。收信端根據(jù)信號采用的特定擴頻方式(如地址碼)來識別需要接收的信號。而對收到的其他信號有很強的抑制能力，所以盡管各信號同時被接收機接收，但解調(diào)器能排除無用信號的干擾，解調(diào)出需要的信號。

空分多址

利用不同空間的線路實現(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，在一顆衛(wèi)星上產(chǎn)生不同指向的多個天線波束來分別供各站使用。各站可以同時使用相同頻率通信,不會互相干擾(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)男盘枴?/p>

極化分割

使兩個站的信號極化方向不同(如互相正交)。這樣，兩個信號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。

多址聯(lián)接的意思是同一個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器可以聯(lián)接多個地球站，多址技術(shù)是根據(jù)信號的特征來分割信號和識別信號，信號通常具有頻率、時間、空間等特征。衛(wèi)星通信常用的多址聯(lián)接方式有頻分多址聯(lián)接（FDMA）、時分多址聯(lián)接（TDMA）、碼分多址聯(lián)接（CDMA）和空分多址聯(lián)接（SDMA），另外頻率再用技術(shù)亦是一種多址方式。

在微波頻帶，整個通信衛(wèi)星的工作頻帶約有500MHz寬度，為了便于放大和發(fā)射及減少變調(diào)干擾，一般在衛(wèi)星上設(shè)置若干個轉(zhuǎn)發(fā)器。每個轉(zhuǎn)發(fā)器的工作頻帶寬度為36MHz或72MHz的衛(wèi)星通信多采用頻分多址技術(shù)，不同的地球站占用不同的頻率，即采用不同的載波。它對于點對點大容量的通信比較適合。已逐漸采用時分多址技術(shù)，即每一地球站占用同一頻帶，但占用不同的時隙，它比頻分多址有一系列優(yōu)點，如不會產(chǎn)生互調(diào)干擾，不需用上下變頻把各地球站信號分開，適合數(shù)字通信，可根據(jù)業(yè)務(wù)量的變化按需分配，可采用數(shù)字話音插空等新技術(shù)，使容量增加5倍。另一種多址技術(shù)使碼分多址（CDMA），即不同的地球站占用同一頻率和同一時間，但有不同的隨機碼來區(qū)分不同的地址。它采用了擴展頻譜通信技術(shù)，具有抗干擾能力強，有較好的保密通信能力，可靈活調(diào)度話路等優(yōu)點。其缺點使頻譜利用率較低。它比較適合于容量小，分布廣，有一定保密要求的系統(tǒng)使用。

多址技術(shù)是指把處于不同地點的多個用戶接入一個公共傳輸媒質(zhì)，實現(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、時分多址和碼分多址的概念。

多址技術(shù)分為頻分多址(FDMA)、時分多址(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現(xiàn)通信。時分多址是以不同時隙實現(xiàn)通信。碼分多址是以不同的代碼序列來實現(xiàn)通信的。空分多址是以不同方位信息實現(xiàn)多址通信的。目前，人們對正交變擴頻因子碼(OVSF)進行了廣泛研究，希望徹底解決其生成方法、可用數(shù)目和復(fù)用等問題;同時對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，對擴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行通信。因為各個用戶使用著不同頻率的信道，所以相互沒有干擾。早期的移動通信就是采用這個技術(shù)。

2.時分多址(TDMA)技術(shù)

這種多址技術(shù)是讓若干個地球站共同使用一個信道。但是占用的時間不同，所以相互之間不會干擾。顯然，在相同信道數(shù)的情況下，采用時分多址要比頻分多址能容納更多的用戶?，F(xiàn)在的移動通信系統(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)也是多個地球站共同使用一個信道。但是每個地球站都被分配有一個獨特的"碼序列"，與所有別的"碼序列"都不相同，所以各個用戶相互之間也沒有干擾。因為是靠不同的"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)為不少移動通信系統(tǒng)所采用。在第三代移動通信系統(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，在一個衛(wèi)星上使用多個天線，各個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間使用相同的頻率進行通信，也不會彼此形成干擾。

空分多址是一種信道增容的方式，可以實現(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，從而實現(xiàn)組合的多址技術(shù)，例如"空分-碼分多址(SD-CDMA)"。

VSAT通信系統(tǒng)綜合了諸如分組信息的傳輸、交換、多址協(xié)議以及頻譜擴展等多種先進通信技術(shù)，進行數(shù)據(jù)、語音、視頻圖像、圖文傳真和隨機信息等多種信息的傳輸。一般情況下，星形網(wǎng)以數(shù)據(jù)通信為主，兼容語音業(yè)務(wù)。網(wǎng)狀網(wǎng)和混合網(wǎng)以語音通信為主，兼容數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。和通常一般的衛(wèi)星通信一樣，VSAT通信 的一個基本優(yōu)勢是可利用同一個衛(wèi)星實現(xiàn)多個地球站即VSAT小站之間的同時通信，這稱為"多址聯(lián)結(jié)"。實現(xiàn)多址聯(lián)結(jié)的關(guān)鍵是各地球站所發(fā)信號經(jīng)過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā) 器混合與轉(zhuǎn)發(fā)后，能為相應(yīng)的對方站所識別，同時各地球站信號之間的干擾要盡量的小些。實現(xiàn)多址聯(lián)接的技術(shù)基礎(chǔ)是信號的分割。只要各信號之間在某一參量上有差別，如信號頻率不同、信號出現(xiàn)的時間不同，或信號所處的空間不同等等，就可將它們分割開來。為達到此目的，需要采用一定的多址聯(lián)接方式。

在VSAT通信網(wǎng)中，主要采用三種多址方式:

1、頻分多址(FDMA)方式中的"單路載波"(SCPC)即采用傳輸信號不同頻率來區(qū)分或代表不同的VSAT站的站址。也就是每個VSAT小站使用不同的信號頻率，以區(qū)分不同的VSAT小站。

2、時分多址(TDMA)方式。即采用傳輸信號的不同的時間間隔來區(qū)分或代表不同的VSAT站的站址。也就是每個VSAT小站傳輸信號對具有不同收、發(fā)數(shù)字碼的時間間隔，以此區(qū)分不同小站。

3、碼分多址(CDMA)方式。即采用傳輸信號的不同的碼元來區(qū)分或代表不同的VSAT站的站址。

在VSAT通信系統(tǒng)中，又常因傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)類別而采用不同的多址聯(lián)接方式。比如，在同一個地球站，傳輸語音時采用頻分多址的單路載波方式，傳輸數(shù)據(jù)時則采用時分多址技術(shù)。與多址聯(lián)接方式緊密相關(guān)的還有一個信道的分配問題，就是怎樣將頻帶、時隙、地址碼等有序地分配給各站使用，稱為信道分配技術(shù)。

多址方式的信道分配技術(shù)方法很多，在VSAT通信系統(tǒng)中，常采用的有預(yù)分配方式和按需分配方式。預(yù)分配方式中又有固定預(yù)分配方式和按時預(yù)分配方式，前者是按事先約定固定分配給每個VSAT站一定數(shù)目的載波頻率，VSAT站只能使用分配給它的專用頻率與有關(guān)的VSAT站通信，其他站不能占用這些頻率，由 于各個VSAT站都有專用的載波頻率，故建立通信較快。但因各VSAT站不管是否工作始終占據(jù)著一個載波頻率，也使得頻率利用較低。所以，這種方式適用于 業(yè)務(wù)量大的線路，后者為了提高信道利用率，根據(jù)VSAT站不同時間的業(yè)務(wù)量而提出的預(yù)分配方式。