信息与通信工程-02:多址方式FDMA、TDMA、CDMA之间的区别


一、多址方式概述

在无线通信系统中,多用户同时通过同一个基站和其他用户进行通信,必须对不同用户和基站发出的信号赋予不同特征。这些特征使基站从众多手机发射的信号中,区分出是哪一个用户的手机发出来的信号;各用户的手机能在基站发出的信号中,识别出哪一个是发给自己的信号。

在无线通信系统中,使用多址方式寻址。“多”表示多个用户可以同时通信;“址”指的是按照时间T、频率F和扩频码字C来共同区分的用户的地址。

比如同一个办公室里的小红和小黑可以同时打电话,之所以不是轮流打,是因为通信网络给同时打电话的小红和小黑都分配了不同的地址,这样接收手机信号的基站就能通过地址这个标识把小红和小黑区分出来了。如果没有多址方式,小红和小黑的信号的混在一起了分不开了。

常用的多址技术主要有:FDMA(频分多址)、TDMA(时分多址)、CDMA(码分多址)。其中,D表示分,M表示多,A表示址。从效果上看三种方式等价,这个效果就是同一办公室的人们都可以同时打电话。

二、常用的多址技术

2.1 FDMA-频分多址

FDMA(频分多址),将总频段划分为不同的小频道分配给不同的用户,让不同的用户占用不同频率的信道进行通信。因为各个用户使用着不同频率的信道,所以相互没有干扰。早期的移动通信就是采用这个技术。

优点:简单,易实现,技术成熟,对信号功率控制要求不高;
缺点:频率利用率低,容量小,基站需要多部不同载波频率发射机同时工作,容易造成同频干扰。

FDMA(频分多址)就好比把聚会大厅分成一个个小房间,房间里面的双方可以很清楚的听到对方讲话,但是这种方式的缺点也很明显,就是房间数有限,能够容纳的客人太少了。

大家的手机在不同的频率上给基站同时发送信号,就像是各自在不同的车道上行驶,互不干扰。

FDMA(频分多址)的“址”就是分配给用户的不同频率。

2.2 TDMA-时分多址

TDMA(时分多址),将时间段划分为小时隙,分配给不同的用户。这种多址技术是让多用户使用同一个信道,但是我们把一个载波在不同的时间上进行切片,分成不同的时隙给各个用户使用。由于占用的时间不同,所以相互之间不会干扰。显然,在相同信道数的情况下,TDMA要比FDMA能容纳更多的用户。

优点:容量大,频率利用率高;
缺点:技术复杂,严格的同步要求。

TDMA通信系统和FDMA通信系统相比具有以下主要特点:
(1)TDMA通信系统的基站只用一部发射机,可以避免FDMA通信系统多部不同频率发射机同时工作而产生的互调干扰;
(2)TDMA通信系统不存在频率分配问题,对时隙的管理和分配比对频率的管理和分配简单而经济;
(3)移动台只在指定的时隙中接收信息,有利于通信网络的控制和管理,可保证移动台的越区切换功能可靠的实现;
(4)可同时提供多种业务,使系统的通信容量和通信速率成倍地增长;
(5)TDMA通信系统具有精确的定时和同步功能,可保证各移动台发送的信号不会在基站发生重叠和混淆。

TDMA(时分多址)就好比所有人都在同一个房间里,但是规定房间里的每个人只能连续讲10分钟的话,超过10分钟就要让给下一个人,等下次轮到你了,你再占用这个房间讲话。通过这种方式,可以有更多的人参加到聚会里来,只要间隔时间(例子中的10分钟)在可以忍受的范围内,那么就不会有什么问题;

大家的手机轮流给基站发送信号,但是轮流的非常非常快,每个手机发送的时间只占1秒的几十万分之一,再加上手机的一些信号处理,人耳感觉不到轮流中等待的那段时间,感觉就像连续通话一样。

TDMA(时分多址)的“址”就是轮流分得的发送时间。

2.3 CDMA-码分多址

CDMA(码分多址),不同的用户采用各自独立的编码序列。也是多个用户使用同一个信道。但是每个用户都被分配有一个独特的“码序列”,与所有别的“码序列”都不相同且正交,所以各个用户相互之间也没有干扰。因为是靠不同的“码序列”来区分不同的用户,所以叫做“码分多址”。CDMA可以比TDMA容纳更多的用户。

优点:容量最大,频率利用率高,质量好。背景噪声受限的系统,软容量。
缺点:起步太晚,用户群体少。

CDMA系统的特点总结如下:
(1)容量大;
(2)软容量(背景噪音受限的系统);
(3)软切换;
(4)话音激活技术,以提高系统的通信容量;
(5)CDMA蜂窝通信系统的功率控制;
(6)CDMA蜂窝系统以扩频技术为基础,因而它具有扩频通信系统所固有的优点(抗干扰、抗多径、隐蔽、保密和多址能力)。

CDMA(码分多址)也是好比所有人都在同一个房间里。但是,你和张三说中国话,alice和bob说英文,cici和coco说意大利语,虽然大家都叽叽喳喳的说着话,但是你还是可以很清楚的听明白张三说的什么,因为你只能听懂中国话,听不懂英文和意大利语,就把其他语言当成噪音直接过滤掉了。

大家发送信号前,给自己的信号上加个扩频码字,基站接收到大家一起发来的信号后,通过扩频码字就能分辨出谁是小红、谁是小黑。扩频的意思的大大增加了传送的数据量,需要扩展车道,这是因为大家发送数据时给每个数据都额外加上了这个扩频码字,所以要用更宽的车道来传。

CDMA(码分多址)的“址”就是标识用户的扩频码字。

2.4 实际应用

在实际中,并不一定仅由时间T、频率F或扩频码字C中的一个因素就决定用户的地址,可能是一个或是多个因素一起决定。

就像小红在指定车道上开着贴着自己车牌(扩频码字)的车,这就叫FDMA-CDMA,这样混合的优点是能让系统容纳更多的用户。当然单一因素也是可以的,只是系统用户容量会小一些。


文章作者: 拿破仑940911
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