理论教育 老将解读时频码分多址技术

老将解读时频码分多址技术

时间:2023-06-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:时分多址、频分多址和码分多址三者算是多址方式中的老将了,本节一起来介绍。时分多址方式里,用户间的数据分离显而易见。图17-2 用户间频分多址在实际系统中,频分多址的一个可能的缺点是频率资源浪费问题。这个基对于CDMA来说,也称为码。

老将解读时频码分多址技术

时分多址、频分多址和码分多址三者算是多址方式中的老将了,本节一起来介绍。

1.时分多址(TDMA)

时分多址(Time Division Multiplexing Access,TDMA),其实就是把时间分成小块,比如分成n个小块,每一小块只能由一个用户使用,不同用户占用不同的小块来通信,如图17-1所示。时分多址方式里,用户间的数据分离显而易见。不过,似乎任何系统都有时分多址的影子,因为其他不管什么多址方式,总不可能同一个用户从时间上看总是一直在通信,那么也就是说不同时间段有不同用户在通信,这也符合时分多址的思想。没办法,谁叫时间是最能被感觉到的资源呢?

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图17-1 用户间时分多址

时分系统一般分两种,一种是各用户能用的小块是由一个中心控制器/调度器为其分配的,比如由基站分配,用户需要听从基站的安排。比如GSM系统里,同一个小区的用户就是这样获得信道和基站通信的。另一种是各用户通过竞争机制自己去抢信道,谁抢到谁就可以占用信道通信,当然这个“抢”也有规则,不然碰到不讲理的,一直霸占信道,那其他用户就别想用了,比如802.11 a/b/g/n/ac系列系统(俗称WiFi)里的分布式协作信道竞争机制。

在实际系统中,时分多址的一个可能的缺点是业务时延问题,因为用户A的数据来了,但信道每次只能被一个用户使用,可能轮到用户A还要等一会儿,从而造成时延。

换另一种方式来看,对于n个小块资源,假设每一个用户都用了其中一块,相当于每一个用户用了一个基[0,…,1,…,0]的形式。显然这些基是正交的,从而接收端可以唯一分离出各路。

2.频分多址(FDMA)

频分多址(Frequency Division Multiplexing Access,FDMA),就是把频带分成小块,除了分法和TDMA有区别外,后面的和TDMA没什么区别。传统多载波系统,就是频分复用用户,不同用户的数据携带在不同载波上同时传输,如图17-2所示。

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图17-2 用户间频分多址

在实际系统中,频分多址的一个可能的缺点是频率资源浪费问题。因为实际系统的滤波器不可能是截止频率滤波器,那么两个载波如果离得太近,相互之间会有干扰,承载在这两个载波上的用户数据之间有干扰。为了避免这个干扰,一般在两个相邻载波间留一段频率来做保护带,这个保护带就是被浪费的频率。

3.码分多址(CDMA)

码分多址(Code Division Multiplexing Access,CDMA),看起来是码分,其实它还是首先要依赖于时间或者频带甚至后面讲的空间。以依赖于时间为例,它也是先把时间分成小块,比如分成n块,然后还是每一路用了一个基,只不过比TDMA里的基稍微复杂一点,用了非平凡的基,即尽量让每个时间块对应的分量不为0,它能在复用的同时得到比TDMA更多的分集效果。这个基对于CDMA来说,也称为码。如图17-3所示的例子,对于4块资源,用户1用的码是[1,1,1,1],用户2用的码是[1,-1,1,-1],用户3用的码是[-1,1,1,-1]。发射端把3个用户的信号x1x2x3分别携带在对应的码上,然后一起发出去,则发出去的信号为

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图17-3 用户间码分多址

三个用户都会接收到信号s,但用户1用它的码和信号做相关为

s[1,1,1,1]T=4x1+0+0

从而用户1可得到给它的信号x1是多少,其他用户类似。

采用CDMA的系统包括WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等,系统给每一用户分配一个唯一的码序列(扩频码),并用它对承载信息的信号进行编码。知道用户码序列的接收机对收到的信号进行解码,就能恢复出原始数据,这是因为用户码序列之间的互相关很小。由于码序列的带宽远大于所承载信息的信号的带宽,编码过程扩展了信号的频谱,所以也称为扩频调制,其所产生的信号也称为扩频信号。

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