無(wú)線接入方法和多址技術(shù)6.1無(wú)線雙工通信方式6.2頻分多址技術(shù)6.3時(shí)分多址技術(shù)6.4碼分多址技術(shù)6.5擴(kuò)頻及混合多址技術(shù)6.6正交頻分復(fù)用多址接入技術(shù)6.7空分多址技術(shù)本章小結(jié)習(xí)題與思考題

教學(xué)目標(biāo)

?掌握無(wú)線雙工通信方式。

?熟悉頻分多址技術(shù)。

?熟悉時(shí)分多址技術(shù)。

?熟悉碼分多址技術(shù)。

?了解擴(kuò)頻及混合多址技術(shù)。

?了解正交頻分復(fù)用多址接入技術(shù)。

?熟悉空分多址技術(shù)。

重點(diǎn)、難點(diǎn)

?碼分多址技術(shù)。

?正交頻分復(fù)用多址接入技術(shù)。

無(wú)線通信系統(tǒng)是以信道來(lái)區(qū)分對(duì)象的,一個(gè)信道只能容納一個(gè)用戶進(jìn)行通話,許多同時(shí)通話的用戶是以信道來(lái)區(qū)分的,這就是多址。無(wú)線通信是一個(gè)多信道同時(shí)工作的系統(tǒng),具有廣播和大面積覆蓋的特點(diǎn)。在電波覆蓋區(qū)內(nèi),如何建立用戶之間的無(wú)線信道的連接是多址接入問(wèn)題,解決

多址接入問(wèn)題的方法即為多址接入技術(shù)。多址接入技術(shù)在無(wú)線通信中占有重要的地位,它關(guān)系到系統(tǒng)的構(gòu)成、容量、頻譜、信道利用率以及系統(tǒng)復(fù)雜性。

6.1無(wú)線雙工通信方式

通信資源(CommunicationResource，CR)是指一個(gè)給定系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)處理所能使用的時(shí)間和帶寬，它可以用二維坐標(biāo)來(lái)表示，其中橫坐標(biāo)表示時(shí)間、縱坐標(biāo)表示頻率。為了獲得高效的通信系統(tǒng)，必須合理地、有效地規(guī)劃系統(tǒng)用戶之間的資源分配，最大限度地利用時(shí)間頻率塊，使系統(tǒng)用戶能夠以有效的方式共享資源，同時(shí)還要盡量不降低系統(tǒng)性能。

6.1.1頻分雙工

兩個(gè)信道通過(guò)頻率來(lái)區(qū)分，這種技術(shù)稱為頻分雙工(FrequencyDivisionDuplex，F(xiàn)DD)。FDD技術(shù)為每個(gè)用戶提供了兩個(gè)確定的頻段：前向頻段和反向頻段，如圖6-1所示。在無(wú)線移動(dòng)通信中，前向頻段(也稱為前向信道)提供從基站到移動(dòng)用戶的信號(hào)傳輸信道頻段(下行信道)，反向頻段(也稱為反向信道)提供從移動(dòng)用戶到基站的信號(hào)傳輸信道頻段(上行信道)。圖6-1頻分雙工

在FDD中，任何雙工信道實(shí)際上都是由兩個(gè)單工信道組成的，通過(guò)利用用戶和基站里的雙工器，允許同時(shí)在雙工信道上進(jìn)行無(wú)線發(fā)射和接收。前向信道和反向信道的頻率分隔在整個(gè)系統(tǒng)中是固定的，為了盡量減少每個(gè)用戶信道上前向頻段與反向頻段之間的相互干擾，應(yīng)在通信系統(tǒng)的頻譜范圍內(nèi)，使頻率分隔盡可能大一些。

FDD適用于為每個(gè)用戶提供單個(gè)無(wú)線頻率信道的無(wú)線通信系統(tǒng)。由于每個(gè)用戶通信時(shí)，需要同時(shí)發(fā)送和接收功率相差大于100dB的無(wú)線信號(hào)，所以必須謹(jǐn)慎地分配用于前向信道和反向信道的頻率，使其與占用這兩個(gè)頻段之間頻譜的其他用戶保持協(xié)調(diào)。此外，頻率的分配和選擇必須考慮到降低射頻(RF)設(shè)備成本。

6.1.2時(shí)分雙工

兩個(gè)信道通過(guò)時(shí)隙來(lái)區(qū)分，這種技術(shù)稱為時(shí)分雙工(TimeDivisionDuplex，TDD)。TDD技術(shù)是用時(shí)間而不是用頻率來(lái)提供前向信道和反向信道的，如圖6-2所示。如果前向時(shí)隙和反向時(shí)隙之間的時(shí)間間隔很小，那么信號(hào)的發(fā)送和接收在用戶看來(lái)就是同時(shí)的。由于TDD是在同一個(gè)頻率信道上通過(guò)時(shí)間分隔來(lái)提供前向信道和反向信道的，所以不需要雙工器，從而簡(jiǎn)化了設(shè)備。

圖6-2時(shí)分雙工

TDD可以使每個(gè)用戶在同一頻段上的不同時(shí)隙發(fā)送和接收信號(hào)，發(fā)送信號(hào)的時(shí)隙與接收信號(hào)的時(shí)隙之間應(yīng)保留一段非常小的時(shí)間間隔作為保護(hù)間隔，以防止發(fā)送信號(hào)與接收信號(hào)之間的相互沖突。此外，通信的雙方還要嚴(yán)格地保持時(shí)間上的同步，以保證能夠正確地接收信號(hào)。

6.2頻分多址技術(shù)

6.2.1FDMA基本原理

在整個(gè)通信領(lǐng)域，不論無(wú)線通信還是有線通信，F(xiàn)DMA是最經(jīng)典的多址技術(shù)，在通信電纜、衛(wèi)星通路和各種無(wú)線通信網(wǎng)中，很多使用頻分多址。

頻分多址是一種常用的多址方式。它按頻率劃分，把各站發(fā)射的信號(hào)配置在衛(wèi)星頻帶內(nèi)的指定位置上。為了使各載波之間互不干擾，它們的中心頻率必須有足夠的時(shí)間間隔，而且要留有保護(hù)頻帶。在頻分多址/頻分雙工工作方式(FDMA/FDD)中，每個(gè)用戶分配兩個(gè)頻道，其中頻率較高的頻道用做前向信道，頻率較低的頻道用做反向信道，即發(fā)送頻道和接收頻道不同。

如果用頻率、時(shí)間和代碼作為三維空間的3個(gè)坐標(biāo)，則FDMA/FDD數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在這個(gè)坐標(biāo)系中的位置如圖6-3所示，它表示系統(tǒng)的每個(gè)用戶由不同的頻道所區(qū)分，但可以在同一時(shí)間、用同一代碼進(jìn)行通信。為了防止各用戶收、發(fā)信號(hào)相互干擾，各用戶收、發(fā)頻道之間通常都要留有一段間隔頻段，稱為保護(hù)頻段，此間隔必須大于一定的數(shù)值，例如在800MHz和900MHz頻段，收、發(fā)頻率間隔通常為45MHz。

圖6-3頻分雙工/頻分多址工作方式(FDMA/FDD)

6.2.2FDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)

模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)都可采用頻分多址方式傳輸，但在模擬無(wú)線通信系統(tǒng)中，采用FDMA方式是唯一的選擇。該方式有如下特點(diǎn)：

（1）單路單載頻。每個(gè)頻道只傳送一路信息，每個(gè)頻道帶寬應(yīng)滿足所傳輸信號(hào)的帶寬要求。為了在有限的頻譜中增加信道數(shù)量，希望載頻帶寬越窄越好。FDMA信道的相對(duì)帶寬較窄(25kHz或30kHz)，每個(gè)信道的每一載波僅支持一個(gè)電路連接。

（2）連續(xù)傳輸。系統(tǒng)分配給移動(dòng)臺(tái)和基站一對(duì)FDMA信道，它們利用此頻道通信直到結(jié)束。因此在FDMA系統(tǒng)中，分配好用戶信道后，移動(dòng)臺(tái)越區(qū)切換時(shí)，必須瞬時(shí)（數(shù)十至數(shù)百毫秒）中斷傳輸，以便把通信從某一頻率切換到另一頻率上去。對(duì)于語(yǔ)音，瞬時(shí)中斷問(wèn)題不大，對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸則將帶來(lái)數(shù)據(jù)的丟失。

（3）是頻道受限和干擾受限的系統(tǒng)。FDMA系統(tǒng)中載波帶寬與單個(gè)信道一一對(duì)應(yīng)，在接收設(shè)備中的窄帶濾波器可使指定頻率的信號(hào)通過(guò)，并濾除其他頻率的信號(hào)，從而可擬制鄰道干擾、互調(diào)干擾和同頻干擾。

（4）在FDMA方式中，每個(gè)信道只傳送一路數(shù)據(jù)信號(hào)，信號(hào)速率低，碼元寬度與平均延遲相比是很大的，這就意味著由碼間干擾引起的誤碼極小，因此在窄帶FDMA系統(tǒng)中無(wú)須進(jìn)行均衡。

（5）需要周密的頻率計(jì)劃，頻率分配工作復(fù)雜。

（6）頻率利用率低，系統(tǒng)容量小。

FDMA系統(tǒng)可以同時(shí)支持的信道(用戶)數(shù)可用下式計(jì)算：

其中BS為系統(tǒng)帶寬，BP為在分配頻譜時(shí)的保護(hù)帶寬，BC為信道帶寬。

(6-1)

6.3時(shí)分多址技術(shù)

6.3.1TDMA基本原理

時(shí)分多址系統(tǒng)以時(shí)間作為信號(hào)分割的參量來(lái)區(qū)分信道，它把時(shí)間劃分為叫做時(shí)隙的時(shí)間小段，N個(gè)時(shí)隙組成一幀，無(wú)論是時(shí)隙與時(shí)隙之間還是幀與幀之間，在時(shí)間軸上必須互不重疊。根據(jù)一定的時(shí)隙分配原則，每一幀中固定位置周期性重復(fù)出現(xiàn)的一系列離散的時(shí)隙組成一個(gè)信道，系統(tǒng)的每一個(gè)用戶占用一個(gè)這樣的信道。

時(shí)分多址方式中，時(shí)間軸按時(shí)隙嚴(yán)格分割，時(shí)隙間無(wú)保護(hù)時(shí)間，并在頻率軸上是重疊的，此時(shí)“信道”一詞的含義即為“時(shí)隙”。

在TDMA中，各個(gè)用戶在每幀中只能在規(guī)定的時(shí)隙內(nèi)向基站發(fā)射信號(hào)(突發(fā)信號(hào))，在滿足定時(shí)和同步的條件下，基站可以在相應(yīng)的時(shí)隙中接收到相應(yīng)用戶的信號(hào)。同時(shí)，基站發(fā)向各個(gè)用戶的信號(hào)按順序安排在規(guī)定的時(shí)隙中傳輸，各個(gè)用戶只要在規(guī)定的時(shí)隙內(nèi)接收，就能從時(shí)分多路復(fù)用(TDM)信號(hào)中接收到發(fā)給它的信號(hào)。

如果用頻率、時(shí)間和代碼作為三維空間的三個(gè)坐標(biāo)，則TDMA數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在這個(gè)坐標(biāo)系中的位置圖6-4所示，它表示系統(tǒng)的每個(gè)用戶由不同的時(shí)隙所區(qū)分，但可以在同一頻段、用同一代碼進(jìn)行通信。

圖6-4時(shí)分雙工與頻分雙工的時(shí)分多址工作方式

在時(shí)分多址/時(shí)分雙工工作方式(TDMA/TDD)中，幀結(jié)構(gòu)中的每個(gè)時(shí)隙的一半用于前向鏈路，而另一半用于反向鏈路。

在時(shí)分多址/頻分雙工工作方式(TDMA/FDD)中，其前向頻段和反向頻段有一個(gè)完全相同或相似的幀結(jié)構(gòu)，前者用于前向傳送，后者用于反向傳送。

6.3.2TDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)

TDMA系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：

（1）頻帶利用率高，系統(tǒng)容量大。

（2）互調(diào)干擾小，基站設(shè)備的復(fù)雜性減小。

（3）由于TDMA系統(tǒng)是在不同的時(shí)隙內(nèi)來(lái)發(fā)射和接收信號(hào)的，因此不需要雙工器。就是對(duì)于使用了FDD雙工技術(shù)的TDMA系統(tǒng)，亦是如此。

（4）越區(qū)切換簡(jiǎn)單。

（5）電池消耗低。

（6）可以通過(guò)一定的方式，按照不同用戶的不同要求來(lái)提供帶寬。

（7）TDMA系統(tǒng)相對(duì)于FDMA系統(tǒng)有更大的系統(tǒng)開銷。

（8）發(fā)射信號(hào)速率一般比FDMA信道的發(fā)射速率高得多，并且隨著時(shí)分信道數(shù)目N的增加而提高，如果達(dá)到100kb/s以上，碼間串?dāng)_就會(huì)變大，必須采用自適應(yīng)均衡，用以補(bǔ)償傳輸失真。

（9）在TDMA系統(tǒng)中，為了充分利用時(shí)間資源，應(yīng)把保護(hù)時(shí)間壓縮到最小。但是為了縮短保護(hù)時(shí)間而把時(shí)隙邊緣的發(fā)射信號(hào)加以明顯抑制，將使發(fā)射信號(hào)的頻譜擴(kuò)展并會(huì)導(dǎo)致對(duì)相鄰信道的干擾。

6.4碼分多址技術(shù)

6.4.1CDMA基本原理

碼分多址系統(tǒng)以碼型結(jié)構(gòu)作為信號(hào)分割的參量，它為每個(gè)用戶分配了各自特定的地址碼。系統(tǒng)的各用戶用互不相關(guān)的、相互正交的地址碼調(diào)制其所發(fā)送的信號(hào)，在接收端利用碼型的正交性，通過(guò)地址識(shí)別(相關(guān)檢測(cè))從混合信號(hào)中選出相應(yīng)的信號(hào)。

在CDMA方式中，不同的用戶傳輸信息所用的信號(hào)不是根據(jù)頻率或時(shí)隙的不同來(lái)區(qū)分的，而是用各不相同的碼型結(jié)構(gòu)序列來(lái)區(qū)分的。如果從頻域或時(shí)域來(lái)觀察，多個(gè)CDMA信號(hào)是互相重疊的。接收機(jī)用相關(guān)器可以在多個(gè)CDMA信號(hào)中選出使用預(yù)定碼型的信號(hào)，而其他使用不同碼型的信號(hào)不能被解調(diào)。它們的存在類似于在信道中引入了噪聲和干擾(稱為多址干擾)，各碼型之間的互相關(guān)性越小，多址干擾就越小。

CDMA系統(tǒng)無(wú)論傳送何種信息的信道，都是靠采用不同的碼型來(lái)區(qū)分的，此時(shí)“信道”一詞的含義為“碼型”或“碼道”。

如圖6-5所示，在碼分多址/頻分雙工工作方式(CDMA/FDD)中，每一個(gè)用戶分配有一個(gè)地址碼，這些碼型信號(hào)相互正交(即碼型互不重疊)，并在同一載波上傳輸，其用戶的前向信道和反向信道采用頻率劃分實(shí)現(xiàn)雙工通信。

圖6-5碼分多址/頻分雙工工作方式(CDMA/FDD)

6.4.2CDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)

CDMA系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：

（1）頻率共享。CDMA系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多用戶在同一時(shí)間內(nèi)使用同一頻率進(jìn)行各自的通信而不會(huì)相互干擾。

（2）通信容量大。通過(guò)分析計(jì)算，在相同條件下，CDMA的系統(tǒng)容量大約是TDMA系統(tǒng)的5倍，是FDMA系統(tǒng)

的12倍。

（3）抗多徑衰落。由于CDMA是擴(kuò)頻系統(tǒng)，其信號(hào)被擴(kuò)展在一個(gè)較寬的頻譜上，從而可以減小多徑衰落。

（4）更好的接收效果。在CDMA系統(tǒng)中，信道數(shù)據(jù)速率很高。

（5）平滑的軟切換。CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中所有小區(qū)使用相同的頻率，所以它可以用宏空間分集來(lái)進(jìn)行軟切換，使越區(qū)切換得以平滑地完成。

（6）低信號(hào)功率譜密度。在CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中，信號(hào)功率被擴(kuò)展到比自身頻帶寬度寬百倍以上的頻帶范圍內(nèi)，因而其功率譜密度大大降低。由此可得到兩方面的好處，一是具有較強(qiáng)的抗窄帶干擾能力；二是對(duì)窄帶系統(tǒng)的干擾很小，有可能與其他系統(tǒng)共用頻段，使有限的頻譜資源得到更充分的使用。

6.4.3CDMA系統(tǒng)的兩個(gè)問(wèn)題

雖然CDMA系統(tǒng)具有較多的優(yōu)越性，但也存在著兩個(gè)重要的問(wèn)題，一個(gè)是自干擾問(wèn)題，另一個(gè)是“遠(yuǎn)近效應(yīng)”問(wèn)題。

1.自干擾問(wèn)題

由于CDMA系統(tǒng)中不同用戶采用的擴(kuò)頻序列(地址碼)不完全正交，在同步狀態(tài)下，各用戶序列的互相關(guān)系數(shù)雖然不為零但比較小，在非同步狀態(tài)下，各用戶序列的互相關(guān)系數(shù)不但不為零，有時(shí)還比較大。這一點(diǎn)與FDMA和TDMA是不同的。FDMA具有合理的保護(hù)頻隙，TDMA具有合理的保護(hù)時(shí)隙，接收信號(hào)近似保持正交；而CDMA對(duì)這種正交性是不能保證的。這種擴(kuò)頻碼集的非零互相關(guān)系數(shù)引起的各用戶之間的相互干擾被稱為多址干擾(MultipleAccessInterference，MAI)，在異步傳輸信道以及多徑傳播環(huán)境中多址干擾將更為嚴(yán)重。由于這種干擾是系統(tǒng)本身產(chǎn)生的，所以稱為自干擾。解決自干擾問(wèn)題的根本辦法是找到在同步狀態(tài)下和非同步狀態(tài)下序列的互相關(guān)系數(shù)均為零的數(shù)字序列。

2.“遠(yuǎn)近效應(yīng)”問(wèn)題

如果CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中不同的用戶都以相同的功率發(fā)射信號(hào)的話，那么離基站近的用戶的接收功率就會(huì)高于離基站遠(yuǎn)的用戶的接收功率。這樣在不同位置的用戶，其信號(hào)在基站的接收狀況將會(huì)不同。即使各用戶到基站的距離相等，各用戶信號(hào)在信道上的不同衰落也會(huì)使到達(dá)基站的信號(hào)狀況各不相同。如果期望用戶與基站的距離比干擾用戶與基站的距離遠(yuǎn)得多，那么干擾用戶的信號(hào)在基站的接收功率就會(huì)比期望用戶信號(hào)的接收功率大得多(最大可以相差80dB)。

6.5擴(kuò)頻及混合多址技術(shù)

目前擴(kuò)頻及混合多址技術(shù)主要有3種：直接序列擴(kuò)頻多址(DirectSequenceSpreadSpectrumMultipleAccess，DS-SSMA)、跳頻多址(FrequencyHoppingMultipleAccess，F(xiàn)HMA)和混合擴(kuò)頻多址(HybridSpreadSpectrumMultipleAccess，HSSMA)。

直接序列擴(kuò)頻多址也叫做碼分多址(CDMA)，是最基本的多址技術(shù)之一，根據(jù)擴(kuò)頻后的頻譜(或擴(kuò)頻序列碼的長(zhǎng)短)分為窄帶CDMA和寬帶CDMA。本章前面對(duì)此已有所討論，這里不再介紹，下面僅介紹FHMA和HSSMA。

6.5.1跳頻多址

單純跳頻多址(FHMA)系統(tǒng)與頻分多址系統(tǒng)一樣，仍僅以頻率作為用戶信號(hào)的分割參量，但不同的是在跳頻多址系統(tǒng)中，分配給每個(gè)用戶的頻帶(或載波)不是固定不變，而是在系統(tǒng)信道帶寬范圍內(nèi)按偽隨機(jī)PN代碼方式不斷變化的。也就是說(shuō)，系統(tǒng)所有用戶占用的頻帶(或載波)在不斷地按偽隨機(jī)方式重新分配的。圖6-6說(shuō)明了跳頻多址系統(tǒng)的工作方式。

圖6-6跳頻多址系統(tǒng)頻譜的再分配

假設(shè)跳頻系統(tǒng)的有效信道帶寬被劃分為n個(gè)頻帶(或載波)，則最多可以有n個(gè)用戶占用這n個(gè)頻帶(或載波)，但各個(gè)用戶在各時(shí)間段(時(shí)隙)所占用的頻帶(或載波)是不同的，所以，用戶數(shù)據(jù)將在不同的載波上發(fā)射，并且任一個(gè)發(fā)射組的瞬時(shí)帶寬都比整個(gè)信道擴(kuò)展帶寬小得多。

在FHMA接收機(jī)中，用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生的PN碼來(lái)使接收機(jī)的瞬時(shí)載波與發(fā)送機(jī)同步，以便正確地接收跳頻信號(hào)。

如果FHMA系統(tǒng)中各個(gè)用戶的載波變化速率(跳頻速率)大于系統(tǒng)傳輸信號(hào)的碼元速率，那么該系統(tǒng)就被稱為快跳頻系統(tǒng)；如果載波變化速率小于或等于碼元速率，那么該系統(tǒng)就被稱為慢跳頻系統(tǒng)。

一個(gè)快跳頻系統(tǒng)可以被認(rèn)為是使用頻率分集的FDMA系統(tǒng)。FHMA系統(tǒng)經(jīng)常使用能量效率高的恒包絡(luò)調(diào)制，并用廉價(jià)的接收機(jī)來(lái)提供FHMA的非相干檢測(cè)。

跳頻系統(tǒng)具有良好的保密性能，尤其是當(dāng)可供選擇頻帶(或載波)的數(shù)量比較多時(shí)，因?yàn)橄敫`取信息的接收機(jī)并不知道頻帶(或載波)是怎樣隨機(jī)改變的，所以不能很快地調(diào)諧到它希望監(jiān)聽的動(dòng)態(tài)頻帶(或載波)上并與之保持同步。

跳頻系統(tǒng)中偶爾會(huì)在某些頻段出現(xiàn)深度衰落，可以用糾錯(cuò)編碼和交織技術(shù)來(lái)保證跳頻信號(hào)不受衰落的影響。糾錯(cuò)編碼和交織技術(shù)也可用來(lái)防止碰撞(兩個(gè)或多個(gè)用戶同時(shí)在同一頻段上發(fā)射稱為碰撞)的影響。

6.5.2混合擴(kuò)頻多址

在頻率、時(shí)間或碼型的信號(hào)參量中，用兩個(gè)以上信號(hào)參量來(lái)分割用戶的技術(shù)稱為混合多址技術(shù)，常用的有頻分/碼分、時(shí)分/碼分、跳頻/碼分、時(shí)分/跳頻等混合多址技術(shù)。由于這些混合多址方式中均使用擴(kuò)頻技術(shù)，所以常稱為混合擴(kuò)頻多址(HSSMA)技術(shù)。這些技術(shù)各具優(yōu)點(diǎn)，下面簡(jiǎn)單討論其原理。

1.頻分/碼分混合多址技術(shù)

頻分/碼分多址(FDMA/CDMA)又稱頻分CDMA(FCDMA)，是頻分多址技術(shù)與碼分多址技術(shù)相結(jié)合而形成的一種混合擴(kuò)頻技術(shù)，如圖6-7所示。

圖6-7頻分雙工時(shí)的頻分/碼分混合多址方式示意圖

首先將系統(tǒng)的有效寬帶頻譜劃分為(頻分)若干個(gè)子頻譜，這些子頻譜不直接分配給各用戶，而是分配給各窄帶CDMA系統(tǒng)。也就是說(shuō)以碼分多址為基礎(chǔ)，占用有效寬帶頻譜中的一個(gè)子頻譜，形成一個(gè)窄帶CDMA系統(tǒng)，一個(gè)一個(gè)頻譜分開的窄帶CDMA系統(tǒng)，構(gòu)成了頻分/碼分混合多址方式。

頻分CDMA系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：一是整個(gè)系統(tǒng)的有效帶寬可以不連續(xù)；二是可以根據(jù)不同用戶的不同要求分配其在不同的子頻譜上；三是整個(gè)系統(tǒng)的容量就是所有窄帶CDMA系統(tǒng)的容量之和。

2.時(shí)分/碼分混合多址技術(shù)

時(shí)分/碼分多址(TDMA/CDMA)又稱時(shí)分CDMA(TCDMA)，是時(shí)分多址技術(shù)與碼分多址技術(shù)相結(jié)合而形成的一種混合擴(kuò)頻技術(shù)，如圖6-8所示。

圖6-8頻分雙工時(shí)的時(shí)分/碼分混合多址方式示意圖

在TCDMA系統(tǒng)中，一個(gè)碼分地址(擴(kuò)頻代碼)不是直接分配給一個(gè)特定用戶的，而是分配給一個(gè)特定的小區(qū)用戶群，在小區(qū)內(nèi)，給每個(gè)用戶再分配一個(gè)特定的時(shí)隙(時(shí)分)。因此在任意時(shí)刻，每一小區(qū)只有一個(gè)CDMA用戶在發(fā)射和接收信號(hào)。當(dāng)用戶從一個(gè)小區(qū)切換到另一個(gè)小區(qū)時(shí)，擴(kuò)頻代碼就變成新小區(qū)的擴(kuò)頻代碼。

時(shí)分CDMA系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：由于在一個(gè)小區(qū)內(nèi)的任一時(shí)刻只有一個(gè)用戶在發(fā)射和接收信號(hào)，因此避免了遠(yuǎn)近效應(yīng)。

3.跳頻/碼分混合多址技術(shù)

跳頻/碼分多址(FHMA/CDMA)又稱跳頻CDMA(FHCDMA)，是跳頻多址技術(shù)與碼分多址技術(shù)相結(jié)合而形成的一種混合擴(kuò)頻技術(shù)。它以碼分多址為基礎(chǔ)，占用有效寬帶頻譜中的一個(gè)子頻譜，形成一個(gè)窄帶CDMA系統(tǒng)，但是這個(gè)窄帶CDMA系統(tǒng)所占用的子頻譜不是固定的，而是以偽隨機(jī)方式在有效寬帶頻譜范圍內(nèi)跳變(跳頻)。

跳頻CDMA系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是避免了遠(yuǎn)近效應(yīng)，然而這種混合系統(tǒng)不適用于軟切換處理，因?yàn)楹茈y使跳頻CDMA基站接收機(jī)和多路跳頻信號(hào)同步。

跳頻CDMA與頻分CDMA的區(qū)別是：FHCDMA中有多個(gè)窄帶CDMA系統(tǒng)，它們各自占用FHCDMA系統(tǒng)有效寬帶頻譜范圍內(nèi)若干個(gè)子頻譜中的一個(gè)，但不是固定不變而是隨時(shí)間變化的，即隨時(shí)間不斷地以偽隨機(jī)方式重新分配子頻譜；FCDMA也有多個(gè)窄帶CDMA系統(tǒng)，但是每個(gè)窄帶CDMA系統(tǒng)固定地占用FCDMA系統(tǒng)有效寬帶頻譜范圍內(nèi)的一個(gè)子頻譜，不隨時(shí)間變化。

4.時(shí)分/跳頻混合多址技術(shù)

時(shí)分/跳頻多址(TDMA/FHMA)又稱時(shí)分FHMA(TFHMA)，是時(shí)分多址技術(shù)與跳頻多址技術(shù)相結(jié)合而形成的一種混合擴(kuò)頻技術(shù)。它以跳頻多址為基礎(chǔ)，但每個(gè)跳頻地址不是分配給一個(gè)用戶而是分配給若干個(gè)用戶，然后再把系統(tǒng)占用某一頻段的時(shí)間劃分為若干個(gè)時(shí)隙分配給這若干個(gè)用戶(時(shí)分)，從而構(gòu)成時(shí)分FHMA系統(tǒng)。

時(shí)分/跳頻多址系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)雖然每個(gè)用戶也是周期性地占用一個(gè)時(shí)隙(TDMA幀)，但該用戶在本時(shí)隙采用一個(gè)發(fā)射頻率，在下一個(gè)時(shí)隙就會(huì)跳到一個(gè)新的發(fā)射頻率(跳頻)，因此避免了在一個(gè)特定信道上的嚴(yán)重多徑衰落或碰撞事件。

(2)如果采取措施使兩個(gè)互相干擾的基站發(fā)射機(jī)在不同頻率和不同時(shí)間發(fā)射，可以避免鄰近小區(qū)的同信道干擾；

(3)采用這種混合擴(kuò)頻技術(shù)可以成倍增加系統(tǒng)容量。

GSM標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)采用此項(xiàng)技術(shù)。在GSM標(biāo)準(zhǔn)中，預(yù)先定義了跳頻序列，并且允許用戶在指定小區(qū)的特定頻率上跳頻。

6.6正交頻分復(fù)用多址接入技術(shù)

正交頻分復(fù)用(OFDM)本身是一種調(diào)制技術(shù)，但它可以很容易地與多種多址接入技術(shù)相結(jié)合，為多個(gè)用戶同時(shí)提供接入服務(wù)。常用的多址接入方式有時(shí)分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)和碼分多址(CDMA)，OFDM與它們結(jié)合分別構(gòu)成OFDM-TDMA、OFDM-FDMA和OFDM-CDMA，下面就來(lái)介紹這3種技術(shù)。

6.6.1OFDM-TDMA

在正交頻分復(fù)用時(shí)分多址(OFDM-TDMA)系統(tǒng)中，信息的傳送是在時(shí)域上按幀來(lái)進(jìn)行的，每個(gè)時(shí)間幀包含多個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙的寬度等于1個(gè)OFDM符號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度。有信息要傳送的用戶根據(jù)各自的需求可以占用1個(gè)或多個(gè)OFDM符號(hào)。每個(gè)用戶在信息傳送期間，可占用所有的系統(tǒng)帶寬，即該用戶的信息可以在OFDM的所有子載波上進(jìn)行分配。

6.6.2OFDM-CDMA

OFDM與CDMA擴(kuò)頻技術(shù)相結(jié)合的方法可分為兩類：頻域擴(kuò)頻和時(shí)域擴(kuò)頻。頻域擴(kuò)頻通常稱為Multicarrier-CDMA(簡(jiǎn)稱MC-CDMA)。時(shí)域擴(kuò)頻有兩種不同的構(gòu)成方法，分別稱為MulticarrierDS-CDMA(簡(jiǎn)稱MC-DS-CDMA)和MultitoneCDMA(簡(jiǎn)稱MT-CDMA)，下面介紹一下三種不同的OFDM-CDMA。

1.MC-CDMA

MC-CDMA是最早提出的OFDM與CDMA相結(jié)合的方案。在此方案中，每個(gè)信息符號(hào)先與擴(kuò)頻序列各位相乘，相乘后對(duì)應(yīng)于不同碼片的信號(hào)分別被調(diào)制到不同的子載波上，若擴(kuò)頻序列長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則信息符號(hào)分別被調(diào)制到L個(gè)子載波上，調(diào)制方式可采用二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)。若假定OFDM系統(tǒng)共有L個(gè)子載波，則CDMA系統(tǒng)的擴(kuò)頻增益等于L。

在直接序列擴(kuò)頻(DS-CDMA)系統(tǒng)中，信息在許多時(shí)間碼片上用同一載波頻率進(jìn)行發(fā)送，而在MC-CDMA系統(tǒng)中，信息是在許多載波頻率碼片上同時(shí)發(fā)送的?？梢?，DS-CDMA與MC-CDMA系統(tǒng)之間有“時(shí)間/頻率”的對(duì)應(yīng)關(guān)系：MC-CDMA把信息同時(shí)調(diào)制在不同載波頻率分量上(頻率碼片)，接收時(shí)對(duì)頻率碼片進(jìn)行分集接收；DS-CDMA把信息同時(shí)調(diào)制在不同的時(shí)隙(時(shí)間碼片)上，但是使用同一載波頻率，接收時(shí)對(duì)時(shí)間碼片進(jìn)行分集接收。

2.MC-DS-CDMA

在MC-DS-CDMA方案中，輸入信息比特首先進(jìn)行串/并變換，變換后的信號(hào)被分配到并行支路上，然后各支路上的信息符號(hào)分別用長(zhǎng)度為L(zhǎng)的擴(kuò)頻碼進(jìn)行直接序列擴(kuò)頻，擴(kuò)頻后的信號(hào)再分別用各自的載波進(jìn)行BPSK調(diào)制，調(diào)制后的信號(hào)進(jìn)行求和后發(fā)送。

3.MT-CDMA

在MT-CDMA方案中，輸入的信息比特首先經(jīng)過(guò)串/并變換，再調(diào)制到不同的載波上，以形成OFDM信號(hào)，OFDM的符號(hào)周期為TS。然后經(jīng)過(guò)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻，擴(kuò)頻后每個(gè)子載波的帶寬擴(kuò)展為L(zhǎng)/TS，而相鄰子載波的間隔仍然保持以前的1/TS。MT-CDMA一般采用較長(zhǎng)的擴(kuò)頻序列，比DS-CDMA能容納更多用戶。

6.6.3OFDM-FDMA

OFDM-FDMA在許多文獻(xiàn)中又被稱為OFDMA。這種多址接入方案與傳統(tǒng)的頻分復(fù)用(FDMA)很類似，它通過(guò)為每個(gè)用戶提供部分可用子載波的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多用戶接入。與傳統(tǒng)FDMA的不同之處在于，OFDMA方法不需要在各個(gè)用戶頻率之間采用保護(hù)頻段以區(qū)分不同的用戶。

OFDMA接入方案的優(yōu)勢(shì)之一是可以很容易地引入跳頻技術(shù)，即在每個(gè)時(shí)隙中可以根據(jù)跳頻圖樣來(lái)選擇每個(gè)用戶所使用的子載波頻率。每個(gè)用戶使用不同的跳頻圖樣進(jìn)行跳頻，可以把OFDM系統(tǒng)變?yōu)樘lCDMA系統(tǒng)，從而可以利用跳頻的優(yōu)點(diǎn)為OFDM系統(tǒng)帶來(lái)好處。

與直擴(kuò)CDMA或者M(jìn)C-CDMA相比，跳頻OFDMA的最大好處在于可以為小區(qū)內(nèi)的多個(gè)用戶設(shè)計(jì)正交跳頻圖樣，從而可以較容易地消除小區(qū)內(nèi)的干擾。

6.7空分多址技術(shù)

在無(wú)線多址技術(shù)中，除了根據(jù)信號(hào)的頻率、時(shí)間和碼型等參量來(lái)分割用戶的技術(shù)外，還可以根據(jù)天線輻射波束的空間特征來(lái)區(qū)分用戶，下面簡(jiǎn)單討論其多址原理。

空分多址(SpaceDivisionMultipleAccess，SDMA)也稱為多波束頻帶再利用(MultipleBeamFrequencyReuse)，它是以空間特征作為用戶信號(hào)的分割參量，目前利用最多也是最明顯的空間特征就是用戶的位置，即利用電磁波傳播的特點(diǎn)可以使不同地域的用戶在同一時(shí)間使用同一頻率實(shí)現(xiàn)互不干擾的通信。圖6-9為定向窄波束輻射時(shí)的空分多址方式的工作示意圖。

圖6-9空分多址方式的工作示意圖

空分多址是一種比較早期的