FDAM频分多址

1、FDAM频分多址(frequency division multiple access, FDMA)，是把总带宽被分隔成多个正交的频道，每个用户占用一个频道。例如，把分配给无线蜂窝电话通讯的频段分为30个信道，每一个信道都能够传输语音通话、数字服务和数字数据。频分多址是模拟高级移动电话服务(AMPS)中的一种基本的技术，是北美地区应用最广泛的蜂窝电话系统。采用频分多址，每一个信道每一次只能分配给一个用户。频分多址还用于全接入通信系统(TACS)。1. 基本介绍FDMA是以不同的频率区分不同用户的信道的。在一个频率信道中同一时刻只能传送一个用户的业务信息。典型的例子如第一代蜂窝系统中的AMPS制

2、式和TACS制式中所用的多址技术。在TACS或AMPS制式中，由于必须采用FDD方式，要为每个无线小区分配一组n对(上行和下行)频率信道，这n对频率信道可供该无线小区中的所有用户共同使用，但只能供该无线小区的n个用户同时使用。某移动用户在发送信息时，占用一对频率信道中的上行频率信道，工作在该频率信道上的基站接收机就设置相应中心频率及带宽的接收带通滤波器接收该用户信息；而其他移动用户可在其他上行频率信道上同时发送信息。由于各频率信道上的基站接收机都设置了对应中心频率和一定带宽的接收带通滤波器，所以基站各接收机能正确地接收各用户的信息。同样，各移动用户接收信息时，在同一对频率信道中的下行频率信道上

3、接收来自基站的信息。由于各移动台设置了相应中心频率及带宽的带通滤波器，也能正确地接收各自的信息。在900MHz频段，一对频率信道的上下行频率信道的频率间隔为45MHz。按照这种技术，把在频分多路传输系统中集中控制的频段根据要求分配给用户。同固定分配系统相比，频分多址使通道容量可根据要求动态地进行交换。在FDMA系统中，分配给用户一个信道，即一对频谱，一个频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道，另一个则用作反向信道即移动台向基站方向的信道。这种通信系统的基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号，任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转，因而必须同时占用2个信道(2对频谱)才能实现双工通

4、信。特点：FDMA是指不同的移动台(或手机)占用不同的频率，即每个移动台占用一个频率的信道进行通话或通信。因为各个用户使用不同频率的信道，所以相互没有干扰。这是模拟载波通信、微波通信、卫星通信的基本技术，也是第一代模拟移动通信的基本技术，早期的移动通信多使用这种方式。由于每个移动用户进行通信时占用一个频率、一个信道，频带利用率不高。随着移动通信的迅猛发展，很快就显示出其容量不足的缺点。在频分多址中，不同地址用户占用不同的频率，即采用不同的载波频率，通过滤波器选取信号并抑制无用干扰，各信道在时间上可同时使用。频分多址技术比较成熟，第一代蜂窝式移动电话系统采用的就是FDMA技术。模拟蜂窝式移动电话

5、系统均使用频分多址技术。在采用FDMA技术的第一代蜂窝系统中，各频率信道除了要传送用户语音外，还要传送信令信息。一般情况下，要为信令信息的传送专门分配频率信道，该频率信道称为专用控制信道或专用信令信道。但在通话过程中进行信道切换时，是在业务信道中传送切换信令的。由于每个移动用户使用控制信道的时间相对于使用业务信道的时间要少得多，所以往往一对控制信道可供一个基站或多个基站内的所有移动用户共同使用。另外还利用语音信道传送状态信号、证实信号、应答信号以及为检测正在使用的话音信道质量而在整个通话过程中总是传送的检测音(SAT)等模拟信令。采用FDMA技术的第一代蜂窝系统，每频率信道带宽不超过30kHz

6、。传送语音的业务信道是采用调频方式将用户话音调制到某一载频上实现的。传送信令的专用控制信道是采用FSK调制方式将较低速率的信令数据调制到某一载频上实现的。由于传送的信令数据速率较低，一般为810kbit/s，每个码元的持续时间远大于由于多径传输产生的时延扩展。所以，在接收端不需要采用自适应均衡技术。卫星通信中的多址联接技术和多路复用技术是信号分割理论的具体应用。它们很相似，但又有区别。多址技术是多个通信站的射频信号在射频信道上进行的多路复用，以达多个通信站间多边通信的目的；而多路复用是一个通信站的多路群信号在中频信道上进行的多路复用，以达两个站间的双边多路通信的目的。FDMA频分多路多址联接方

7、式是每个地球站分配一个专用的载波，并且，所有地球站的载波互不相同，为了载波互不干扰，它们之间有足够的间隔。即频分多路复用调频方式频分多址联接（FDMFMFDMA），这里，首先将电话信号经长途电信局送到载波终端，按频分多路复用FDM方式把信号复用在60路标准基带中，整个基带包括5个基群，每个基群有12个话路，将它们按预先分配方式分配给一个地球站。然后把60路的群信号用FM方式调制到分配给地球站的载波上，经本站天线系统向卫星发射。通过卫星上转发器将上行频率变换成下行频率，并发向各站，这些地球站将收到的信号解调便得到60路群信号，从群信号滤出发给本站的基群信号。目的：频分复用的目的在于提高频带利用率

8、。在通信系统中，信道能提供的带宽往往要比传送一路信号所需的带宽宽得多。因此，一个信道只传输一路信号是非常浪费的。为了充分利用信道的带宽，因而提出了信道的频分复用问题。合并后的复用信号，原则上可以在信道中传输，但有时为了更好地利用信道的传输特性，还可以再进行一次调制。在接收端，可利用相应的带通滤波器（BPF）来区分开各路信号的频谱。然后，再通过各自的相干解调器便可恢复各路调制信号。频分复用系统的最大优点是信道复用率高，容许复用的路数多，分路也很方便。因此，它成为模拟通信中最主要的一种复用方式。特别是在有线和微波通信系统中应用十分广泛。频分复用系统的主要缺点是设备生产比较复杂，会因滤波器件特性不够

9、理想和信道内存在非线性而产生路间干扰。计算：2. 相关技术数字移动通信网的主要多址方式是FDMA、TDMA系统(GSM，DAMPS)。在频谱效率上约是模拟系统的3倍，容量有限；在话音质量上13kbit/s编码也很难达到有线电话水平、FTDMA系统的业务综合能力较高，能进行数据和话音的综合，但终端接入速率有限(最高9.6kbit/s)TDMA系统无软切换功能，因而容易掉话，影响服务质量；TDMA系统的国际漫游协议还有待进一步的完善和开发。因而TDMA并不是现代蜂窝移动通信的最佳无线接入。CDMA码分多址技术完全适合现代移动通信网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换、国际漫游等。多址技术区别：

10、FDMA是采用调频的多址技术。业务信道在不同的频段分配给不同的用户。如TACS系统、AMPS系统等。TDMA是采用时分的多址技术。业务信道在不同的时间分配给不同的用户。如GSM、DAMPS等。CDMA(码分多址)是采用扩频的码分多址技术。所有用户在同一时间、同一频段上，根据不同的编码获得业务信道。GSM：全球移动通讯系统Global System of Mobile communication，是当前应用最为广泛的移动电话标准。GPRS：Gerneral Packer Radio Service，通用无线分组业务是一项高速数据处理的科技，即以分组的“形式”把数据传送到用户手上。因此，GPRS技

11、术可以令手机上网省时、省力、省花费。打个比方，GPRS就好比移动通信设备的ADSL，而GSM就是普通固定电话线。时分多址：时分多址(TimeDivisionMultipleAccess)是把时间分割成周期性的帧(Frame)每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在予定的时隙中传输，各移动终端只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。正交频分多址：正交频分多址是OFDM(正交频分复用)调制的一种形式，它针对多用户通信进行了优化，尤其是蜂窝电

12、话和其它移动设备。它是针对蜂窝电话长期演进(LTE)的最合适调制方案。在这种演变的过程中,OFDMA的名称变为高速正交频分复用分组接入(HSOPA)。OFDMA的变量由WiMAX论坛选为调制方案，后来又根据IEEE针对IEEE802.16-2004(固话)和802.12e(移动)WiMAX的标准进行了标准化。与CDMA(码分多真址接入)宽带CDMA及通用移动通信系统(UMTS)这类3G调制方案相比，它的好处在于具有更高的频谱效率和更好的抗衰落性能。对于低数据率用户，它只需要更低的发射功耗，具有恒定而不是随时间变化的更短延迟，以及避免冲突的更简洁方法。OFDMA会把副载波的子集分配给各个用户。以

13、关于信道状态的反馈为基础，系统能执行自适应用户到副载波的分配。只要这些副载波分配被迅速地执行，与OFDM相比，快速衰退、窄带同频干扰性能都得到了改进。反过来，这又改进了系统的频谱效率。OFDMA显然与其它的调制方案既有不同点，又有相似之处。例如，它能被当作一种替代方案，把OFDM与时分多址连接方式(TDMA)或时域统计多路复用技术的结合起来。不采用“脉控”高功率载波，低数据率用户就能连续地以低发射功率进行传输，并且这会产生恒定且更短的延迟时间。另一方面，OFDMA也可以被看作是频域和时域多路接入的结合。从这个角度看，频谱被分割成时频空间，并且时隙会沿着OFDM符号引导部分以及OFDM副载波引导

14、部分进行分配。通过一个短故事来理解OFDMA和其它几种技术之间的关系是最好的方法。IEEE802.11WLAN系列的标准是对室内网络考虑的。当模拟蜂窝技术表现出了它的市场潜力及它在技术上的不足时，工程师就开始设计能把Wi-Fi功能扩展到户外网络的专有的MAC和PHY系统。事实上，宽带接入中的大部分活动发生在ISO第1层(PHY层)和2层(媒体访问控制或MAC层)。当宽带无线MAN(城域网)的标准化工作开始后，它为研究其它调制方案打开了大门，并且OFDM和OFDMA的价值也变得显而易见了。WiMAX论坛对这些方案的评估和向标准机构提出的建议发挥了帮助作用。这最终演进成IEEE802.16标准。I

15、EEE802.16-2004提供固定带宽无线的标准，而IEEE802.16e则提供移动带宽无线标准。这两种标准都支持多个PHY模式，但其选项都不支持包括WCDMA或UMTS这种3G调制方案在内的现有方案。与OFDM和OFDMA一起，可扩展的OFDMA方案也被包括在这一标准当中。可扩展的802.16物理层(sOFDMA)凭借针对固话和便携式/移动使用模式的固定副载波间隔，为范围从1.25MHz到20MHz的信道带宽提供了最佳的性能。根据信道带宽，利用可变的快速傅氏变换算法(FFT)，这一架构以可扩展的子通道化结构为基础。除了可变的FFT大小外,这一规范也支持像多输入多输出(MIMO)天线分集这样

16、的功能。3. 分类详解频分复用：在FDD系统中，分配给用户一个信道，即一对频谱；一个频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道，另一个则用作反向信道即移动台向基站方向的信道。这种通信系统的基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号；任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转，因而必须同时占用2个信道（2对频谱）才能实现双工通信。它们的频谱分割如图所示。在频率轴上，前向信道占有较高的频带，反向信道占有较低的频带，中间为保护频带。在用户频道之间，设有保护频隙，以免因系统的频率漂移造成频道间的重叠。FDMA系统是基于频率划分信道。每个用户在一对频道中通信。若有其它信号的成分落入一个用户接收机的频道

17、带内时，将造成对有用信号的干扰。就蜂房小区内的基站移动台系统而言，主要干扰有互调干扰和邻道干扰（关于互调干扰和邻道干扰，见前面对干扰的介绍）。在频率集重复使用的蜂房系统中，还要考虑同频道干扰。在模拟蜂窝系统中，采用频分多址方式是唯一的选择。如以前我们所用的模拟网TACS系统，用的就是频分多址。而在数字蜂窝中，则很少采用纯频分的方式。比如我们现在用的GSM系统，虽然也在频率上做了划分，但是更重要的是采用了时隙的概念，所以人们更愿意把其划入时分复用（TDMA）。时分复用：时分多址是在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的），每个时隙就是一个通

18、信信道，分配给一个用户。系统根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发射信号（突发信号），在满足定时和同步的条件下，基站可以在各时隙中接收到各移动台的信号而互不干扰。同时，基站发向各个移动台的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号（TDM信号）中把发给它的信号区分出来。所以TDMA系统发射数据是用缓存-突发法，因此对任何一个用户而言发射都是不连续的。这就意味着数字数据和数据调制必须与TDMA一起使用，而不象采用模拟FM的FDMA系统。由于TDMA更考虑时间上的问题，所以我们要注意通信中的同步和定时问题，否则会因为时隙的错位

19、和混乱而导致接收端移动台无法正常接收信息。采用TDMA带来的优点是抗干扰能力增强，频率利用率有所提高，系统容量增大，基站复杂性减小。TDMA用不同的时隙来发射和接收，因此不需双工器。同时越区切换简单（和FDMA相比较而言）。由于在TDMA中移动台是不连续地突发式传输，所以切换处理对一个用户单元来说是很简单的，因为它可以利用空闲时隙监测其他基站，这样越区切换可在无信息传输时进行。因而没有必要中断信息的传输，即使传输数据也不会因越区切换而丢失。由于TDMA的诸多优点，所以我们在第二代移动通信系统（指我国采用的GSM系统）中引入了TDMA技术。TDMA时分多址（time division multi

20、ple access，TDMA）把时间分割成互不重叠的时段（帧），再将帧分割成互不重叠的时隙（信道）与用户具有一一对应关系，依据时隙区分来自不同地址的用户信号，从而完成的多址连接。这是通信技术中基本多址技术之一，一种数字传输技术，将无线电频率分成不同的时间间隙来分配给若干个通话。在2G(为GSM)移动通信系统中多被采用，卫星通信和光纤通信的多址技术中。TDMA较之FDMA具有通信口号质量高，保密较好，系统容量较大等优点，但它必须有精确定时和同步以保证移动终端和基站间正常通信，技术上比较复杂。简介:时分多址是把时间分割成周期性的帧(Frame)每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，在满足定时

21、和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在予定的时隙中传输，各移动终端只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。时分多址（TDMA）的N个时隙（信道）在时间轴上互不重叠，应该满足时间正交性：式中，Ti为时隙长度；Xi和Xj分别表示第i个利第j个时隙（信道）发送的突发信号，接收端的TDMA定时单元根据系统定时信号实时控制时间闸门，选择出所需信道（时隙）所传送的突发信号。时分多址只能用于数字通信系统。模拟话音必须先进行模数变换（数字语音编码）及成帧处理，然后以突发信号的形式发射出去。应用:多址联

22、接（Multiple Access）是在卫星通信系统蜂窝移动通信系统以及为点到多点的光通信系统中一个非常重要的技术。在卫星通信系统中是指若干个地球站同时利用一个卫星转发器（或其它任何输入输出装置）与其它拟与之通信的地球站进行联接的方式，而在蜂窝移动通信中则是指若干个移动用户终端同时通过一个基站与其它拟与之通信的对象进行通信联接的方式。在光通信系统中也是为解决类似的问题而采取多址联接技术。多址联接基本上有三种方式，即FDMA（频分多址）、TDMA（时分多址）和CDMA（码分多址）。在实际应用技术中还有一些从这三种基本方式派生出来的多址方式，如DAMA（按需分配多址卫星通信中采用）、TDMA/FD

23、MA、CDMA/FDMA等。此外，还有PDMA（极分多址）、SDMA（空分多址）等。TDMA时分多址联接方式是把卫星转发器的工作时间分割成周期性、互不重叠的时隙，我们把一个周期叫做一帧，一帧中每一个时隙叫做分帧。将每个分帧分配给各地球站使用。时分多址联接主要用来传输时分多路复用数字信号，一个典型的应用是脉码调制时分复用移相键控时分多址联接（即PCMTDMPSKTDMA）。这里，各地球站首先将PCM数字信号按时分多路复用（TDM）方式形成多路信号，然后通过调制器产生数字移相键控信号，各地球站在定时同步系统控制下，只在自己的时隙内向卫星发射信号，而卫星转发器将这些不同时隙来的各地球站信号，按时间顺

24、序排列起来。为了各站之间互不干扰，各时隙之间有一定的保护时隙。一般过程为：首先地球站接收机收到卫星转发器发来的各地球站的微波TDMA帧信号，在解调器中进行相干解调，并同时取出各站的前置码（它位于各分帧信号码的最前边），根据前置码可判别出来自各地球站发给本站的信号。解调后的信号送至时分多址分离和缓冲控制装置，在此设备中，先由前置码去控制分离装置选出发给本站的PCM信号，再经缓冲器和PCM译码器变为模拟信号，最后送给用户。特点：1、多个用户共享一个载波频率 。2、非连续传输，使切换更简单 。3、时间插槽可以根据动态TDMA的需求分配 。4、较CDMA宽松的功率控制，由于信元间干扰较小 。5、高于C

25、DMA的同步开销 。6、频率分配的复杂性 。CDMA码分多址(CDMA)是在数字技术的分支-扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。CDMA是指一种扩频多址数字式通信技术，通过独特的代码序列建立信道，可用于二代和三代无线通信中的任何一种协议。CDMA是一种多路方式，多路信号只占用一条信道，极大提高带

26、宽使用率，应用于800MHz和1.9GHz的超高频(UHF)移动电话系统。CDMA使用带扩频技术的模-数转换(ADC)，输入音频首先数字化为二进制元。传输信号频率按指定类型编码，因此只有频率响应编码一致的接收机才能拦截信号。由于有无数种频率顺序编码，因此很难出现重复，增强了保密性。CDMA通道宽度名义上1.23MHz，网络中使用软切换方案，尽量减少手机通话中信号中断。数字和扩频技术的结合应用使得单位带宽信号数量比模拟方式下成倍增加，CDMA与其他蜂窝技术兼容，实现全国漫游。最初仅用于美国蜂窝电话中CMDAOne标准只提供单通道14.4Kbps和八通道115Kbps的传输速度。CDMA2000和

27、宽带CDMA速度已经成倍提高。概述：由于CDMA体制具有抗认为干扰、抗窄带干扰、抗多径干扰、抗多径延迟扩展的能力，同时具有提高蜂窝系统的通信容量和便于模拟与数字体制的共存与过渡等优点，使得CDMA数字蜂窝系统成为TDMA数字蜂窝系统的强有力的竞争对手。IS-95 CDMA 和 cdma2000 1x1 蜂窝系统为两种典型的CDMA系统，其相应的工作频带为上行（移动台发，基站收）870894MHz下行（基站发，移动台收）825849MHz双工间隔为45MHz。应用蜂窝结构的IS-95 CDMA 和cdma 2000-1x系统采用码分多址接入技术,载频间隔为1.23MHz,码片速率为1.2288M

28、chip/s,每个小区可采用相同的载波频率，即频率复用因子为1.通信原理：CDMA通信系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分，而是用各自不同的编码序列来区分，或者说，靠信号的不同波形来区分。如果从频域或时域来观察，多个CDMA信号是互相重叠的。接收机用相关器可以在多个CDMA信号中选出其中使用预定码型的信号。其它使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。它们的存在类似于在信道中引入了噪声和干扰，通常称之为多址干扰。在CDMA蜂窝通信系统中，用户之间的信息传输是由基站进行转发和控制的。为了实现双工通信，正向传输和反向传输各使用一个频率，即通常所谓的频

29、分双工。无论正向传输或反向传输，除去传输业务信息外，还必须传送相应的控制信息。为了传送不同的信息，需要设置相应的信道。但是，CDMA通信系统既不分频道又不分时隙，无论传送何种信息的信道都靠采用不同的码型来区分。类似的信道属于逻辑信道，这些逻辑信道无论从频域或者时域来看都是相互重叠的，或者说它们均占用相同的频段和时间。1扩频原理扩频原理框图下图所示。由图可见，发射端是将待传输的信息码a(t)经编码后，先对伪随机码c(t)进行扩频调制，然后再对射频进行调制，得到输出信号为：s(t)=b(t)c(t)式中：c(t)的速率(chip/s)为Rc，b(t)的速率(bit/s)为Rb。通常Rc远大于Rb，

30、因而调制后的扩频信号带宽主要取决于c(t)带宽。信号通过无线传输后，将会受到噪声和其他信号的干扰。因此，接收端所收到的信号除有用信号外，还包含有干扰信号。式中n(t)为噪声和干扰信号的总和。接收机接收到的信号先用相干载波进行解调。 z(t)经宽带(带宽约为码片速率)滤波后，得：并将G(t)与本地伪随机码c(t)相乘，即进行解扩处理。因c(t)与发端的c(t)码完全一致，所以输出信号V0(t)再经基带滤波器，基带滤波器的带宽为信号b(t)的带宽，远小于解扩之前的宽带滤波器带宽，而还是宽带信号，经基带滤波后就只剩下很小一部分噪声功率。处理后为，其信号功率不变。所以解扩输出的信噪比要比解扩输入的信噪

31、比大得多。再经解码器，就恢复成原始信号。2扩频系统对噪声和干扰的抑制能力扩展频谱系统引入“处理增益”GP的概念来衡量对噪声和干扰的抑制能力，GP定义为接收机解扩器输出信噪比与输入信噪比之比，即：越大，则抗干扰性能越强。扩频系统有如下的抗噪声和抗干扰性能：首先，扩频系统具有较强的抗白噪声性能。由于白噪声的功率谱是均匀分布在整个频率范围内，经解扩器后，其噪声功率谱密度分布不变，而信号经过相关解扩后，却变为窄带信号，但信号功率不变。我们可以用一个窄带滤波器排除带外的噪声，于是窄带内的信噪比就大大提高了。若白噪声功率谱密度为N0，则解扩器的输入信噪比和输出信噪比分别为和式中：BP为扩频后(解扩前)信号

32、所占有的带宽；Bm为扩频前(解扩后)信号所占有的带宽。于是有：该式说明扩频系统对白噪声干扰的处理增益等于扩频后信号所占的带宽BP(或信息速率RP)与扩频前信号所占的带宽Bm(或信息速率Rm)之比。其次，扩频系统具有抗单频和窄带干扰能力。单频干扰是一条线谱，经过相关解扩后，线谱被扩展为BP宽的功率谱，这时通过带通滤波器的干扰功率仅为输入干扰功率的Bm/BP倍。所以，处理增益同样为扩频系统还具有抗宽带干扰性能。宽带干扰是指那些所占频带与扩频信号频带可以相比拟的信号，如多径干扰和多址干扰信号。由于这些干扰信号对有用信号是不相关的，经解扩后能量有所分散，不能像有用信号那样成为窄带信号。如果干扰信号的频

33、谱足够宽时，则处理增益与白噪声的处理增益相同，即：CDMA与信道配置CDMA与蜂窝结构的关系扩频CDMA数字蜂窝系统3 是频带资源共享的，在一个CDMA蜂窝系统中各个小区都共享一个频带。从频率重用角度来说，蜂窝区群结构的关系大为减弱了。在CDMA系统中，蜂窝结构（包括扇区结构）的考虑在于频带资源共享后的多用户干扰的影响。CDMA蜂窝系统的信号带宽窄带CDMA蜂窝系统频谱带宽的确定，是基于如下考虑：频谱资源的限制；系统容量；多径分离；扩频处理增益。码分多址与蜂窝系统的小区和扇区在扩频CDMA蜂窝系统之间是采用频分的，即不同的CDMA蜂窝系统占用不同频段的1.23MHz带宽。而在一个扩频CDMA蜂

34、窝系统之内，则是采用码分站址的，即对不同的小区和扇区基站分配不同的码型。IS-95 CDMA 物理信道与逻辑信道物理信道将BS到MS方向的链路称为前向链路，将MS到BS方向的链路称为反向链路。前向链路和反向链路均是由码分物理信道构成。逻辑信道利用码分物理信道可以传送不同功能的信息。依据所传送的信息功能不同而分类的信道，称为逻辑信道，发展方向：CDMA是移动通信技术的发展方向。在2G阶段，CDMA增强型IS95A与GSM在技术体制上处于同一代产品，提供大致相同的业务。但CDMA技术有其独到之处，在通话质量好、掉话少、低辐射、健康环保等方面具有显著特色。在2.5G阶段，CDMA20001XRTT与

35、GPRS4 在技术上已有明显不同，在传输速率上1XRTT高于GPRS，在新业务承载上1XRTT比GPRS成熟，可提供更多的中高速率的新业务。从2.5G向3G技术体制过渡上，CDMA20001.X向CDMA20003.X过渡比GPRS向WCDMA过渡更为平滑。技术特点：1CDMA是扩频通信的一种，它具有扩频通信的以下特点：抗干扰能力强。这是扩频通信的基本特点，是所有通信方式无法比拟的。宽带传输，抗衰落能力强。由于采用宽带传输，在信道中传输的有用信号的功率比干扰信号的功率低得多，因此信号好像隐蔽在噪声中；即功率谱密度比较低，有利于信号隐蔽。利用扩频码的相关性来获取用户的信息，抗截获的能力强。2在扩

36、频CDMA通信系统中，由于采用了新的关键技术而具有一些新的特点：采用了多种分集方式。除了传统的空间分集外。由于是宽带传输起到了频率分集的作用，同时在基站和移动台采用了RAKE接收机技术，相当于时间分集的作用。采用了话音激活技术和扇区化技术。因为CDMA系统的容量直接与所受的干扰有关，采用话音激活和扇区化技术可以减少干扰，可以使整个系统的容量增大。采用了移动台辅助的软切换。通过它可以实现无缝切换，保证了通话的连续性，减少了掉话的可能性。处于切换区域的移动台通过分集接收多个基站的信号，可以减低自身的发射功率，从而减少了对周围基站的干扰，这样有利于提高反向联路的容量和覆盖范围。采用了功率控制技术，这

37、样降低了平准发射功率。具有软容量特性。可以在话务量高峰期通过提高误帧率来增加可以用的信道数。当相邻小区的负荷一轻一重时，负荷重的小区可以通过减少导频的发射功率，使本小区的边缘用户由于导频强度的不足而切换到相临小区，使负担分担。兼容性好。由于CDMA的带宽很大，功率分布在广阔的频谱上，功率话密度低，对窄带模拟系统的干扰小，因此两者可以共存。即兼容性好。CDMA的频率利用率高，不需频率规划，这也是CDMA的特点之一。CDMA高效率的OCELP话音编码。话音编码技术是数字通信中的一个重要课题。OCELP是利用码表矢量量化差值的信号，并根据语音激活的程度产生一个输出速率可变的信号。这种编码方式被认为是

38、目前效率最高的编码技术，在保证有较好话音质量的前提下，大大提高了系统的容量。这种声码器具有8kbit/S和13kbit/S两种速率的序列。8kbit/S序列从1.2kbit/s到9.6kbit/s可变，13kbit/S序列则从1.8kbt/s到14.4kbt/S可变。最近，又有一种8kbit/sEVRC型编码器问世，也具有8kbit/s声码器容量大的特点，话音质量也有了明显的提高。相关问题：在小区的规划问题上，虽然CDMA无需频率规划，但它的小区规划却并非十分容易。由于所有的基站都使用同一个频率，相互之间是存在干扰的，如果小区规划做得不好，将直接影响话音质量和使系统容量打折扣，因而在进行站距、

39、天线高度等方面的设计时应当小心谨慎。其次，在标准的问题上，CDMA的标准并不十分完善。许多标准都仍在研究才试制定之中。如A接口，目前各厂家有的提供IS一634版本0，有的支持Is634版本。还有的使用Is634/TSB80。因此对于系统运营商来说，选择统一的A接口是比较困难的。由于功率控制的误差所导致的系统容量的减少。技术标准：第三代移动通信系统（简称3G）的技术发展和商用进程是近年来全球移动通信产业领域最为关注的热点问题之一。目前，国际上最具代表性的3G技术标准有三种，分别是TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000。其中TD-SCDMA属于时分双工(TDD)模式，是由中国提出的3G技术

40、标准；而WCDMA和CDMA2000属于频分双工(FDD)模式，WCDMA技术标准由欧洲和日本提出，CDMA2000技术标准由美国提出。优势：CDMA移动通信网5 是由扩频、多址接入、蜂窝组网和频率复用等几种技术结合而成，含有频域、时域和码域三维信号处理的一种协作，因此它具有抗干扰性好，抗多径衰落，保密安全性高，同频率可在多个小区内重复使用，容量和质量之间可做权衡取舍等属性。这些属性使CDMA比其它系统有很大的优势。1、系统容量大理论上，在使用相同频率资源的情况下，CDMA移动网比模拟网容量大20倍，实际使用中比模拟网大10倍，比GSM要大4-5倍。2、系统容量的配置灵活在CDMA系统中，用户

41、数的增加相当于背景噪声的增加，造成话音质量的下降。但对用户数并无限制，操作者可在容量和话音质量之间折衷考虑。另外，多小区之间可根据话务量和干扰情况自动均衡。这一特点与CDMA的机理有关。CDMA是一个自扰系统，所有移动用户都占用相同带宽和频率，打个比方，将带宽想像成一个大房子，所有的人将进入惟一的大房子。如果他们使用完全不同的语言，他们就可以清楚地听到同伴的声音而只受到一些来自别人谈话的干扰。在这里，屋里的空气可以被想像成宽带的载波，而不同的语言即被当作编码，可以不断地增加用户直到整个背景噪音就限制住了。如果能控制住用户的信号强度，在保持高质量通话的同时，就可以容纳更多的用户。3、通话质量更佳

42、TDMA的信道结构最多只能支持4Kb的语音编码器，它不能支持8Kb以上的语音编码器。而CDMA的结构可以支持13kb的语音编码器。因此可以提供更好的通话质量。CDMA系统的声码器可以动态地调整数据传输速率，并根据适当的门限值选择不同的电平级发射。同时门限值根据背景噪声的改变而变，这样即使在背景噪声较大的情况下，也可以得到较好的通话质量。另外，TDMA采用一种硬移交的方式，用户可以明显地感觉到通话的间断，在用户密集、基站密集的城市中，这种间断就尤为明显，因为在这样的地区每分钟会发生2至4次移交的情形。而CDMA系统“掉话”的现象明显减少，CDMA系统采用软切换技术，“先连接再断开”，这样完全克服

43、了硬切换容易掉话的缺点。4、频率规划简单用户按不同的序列码区分，所以不相同CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。5、建网成本低CDMA技术通过在每个蜂窝的每个部分使用相同的频率，简化了整个系统的规划，在不降低话务量的情况下减少所需站点的数量从而降低部署和操作成本。CDMA网络覆盖范围大，系统容量高，所需基站少，降低了建网成本。CDMA数字移动技术与现在众所周知的GSM数字移动系统不同。模拟技术被称为第一代移动电话技术，GSM是第二代，CDMA是属于移动通讯第二代半技术，比GSM更先进。系统知识：1.CDMA系统概念CDMA系统是基于码分技术（扩频技术）和多址技术的通信系统，

44、系统为每个用户分配各自特定地址码。地址码之间具有相互准正交性，从而在时间、空间和频率上都可以重叠；将需传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的伪随机码进行调制，使原有的数据信号的带宽被扩展，接收端进行向反的过程，进行解扩，增强了抗干扰的能力。CDMA系统属于子干扰系统。2.CDMA系统时间系统零时：定义1980年1月6日0时整为系统起始时间。偏置为零的长码和短码此时同时处于初始状态。所有基站将在GPS时间的每个偶秒起始时刻（或在此之后80ms整数倍处）作为0偏置PN码（周期为80/3ms）的初态，即在此之前恰好输出了1个“1”和连续15个“0”这样的PN码片。所有基站需将1

45、980年1月6日零时（GPS起始时间）作为m序列长码的初态（在此之前恰好输出了一个“1”码片和41个连续的“0”码片）。使用GPS定时的好处：切换快，同步简单。3.CDMA系统缺点来自非同步CDMA网中不同的用户的扩频序列不完全正交，从而引起多址干扰。由于使用相同的载频，许多用户共用一个信道，强信号对弱信号有着明显的抑制作用，从而产生“远近”效应，影响用户通话。CDMA系统中采用功率控制技术解决“远-近”效应。4.中国CDMA系统频率使用规划联通新时空CDMA占用的载频上行（825MHz-835MHz）下行（870MHz-880MHz）OFDMA正交频分多址 Orthogonal Freque

46、ncy Division Multiple Access(OFDMA):OFDMA是OFDM技术的演进，将OFDM和FDMA技术结合。在利用OFDM对信道进行子载波化后，在部分子载波上加载传输数据的传输技术。OFDM是一种调制方式；OFDMA是一种多址接入技术，用户通过OFDMA共享频带资源，接入系统。发展由来：通用陆地无线接入（UTRAN）演进的目标是构建出高速率、低时延、分组优化的无线接入系统。演进的UTRA致力于建立一个上行速率达到50 Mbps、下行速率达到100 Mbps、频谱利用率为3G R6的34倍的高速率系统。为达到上述目标，多址方案的选择应该考虑在复杂度合理的情况下，提供更高

47、的数据速率和频谱利用率。在上行链路中，由于终端功率和处理能力的限制，多址方案的设计更具挑战性，除了性能和复杂度，还需要考虑峰值平均功率比（PAPR）对功率效率的影响。在3GPP LTE的标准化过程中，诺基亚、北电等公司提交了若干多址方案，如多载波（MC)-WCDMA，MC-TD-SCDMA，正交频分多址接入（OFDMA），交织频分复用（IFDMA）和基于傅立叶变换扩展的正交频分复用（DFT-S OFDM）。OFDMA已成为下行链路的主流多址方案，并且是上行链路的热门候选方案，其中，北电公司的方案支持频分双工（FDD)方式，信息产业部电信传输研究所的方案支持时分双工（TDD）方式。由于正交频分复

48、用（OFDM) 能够很好地对抗无线传输环境中的频率选择性衰落，可以获得很高的频谱利用率，OFDM非常适用于无线宽带信道下的高速传输。通过给不同的用户分配子载波，OFDMA提供了天然的多址方式。由于用户间信道衰落的独立性，可以利用联合子载波分配带来的多用户分集增益提高性能，达到服务质量（QoS）要求。然而，为了降低成本，在用户设备（UE）端通常使用低成本的功率放大器，OFDM中较高的PAPR将降低UE的功率利用率，降低上行链路的覆盖能力。由于单载波频分复用（SC-FDMA）具有的较低的PAPR，它被提议成为候选的多址方案。目前，OFDMA已被广泛研究，并已成为3GPP LTE的下行链路的主流多址

49、方案。然而，在上行链路的研究中，尽管SC-FDMA成为主流的多址方式，但OFDM和SC-FDMA之间的比较大多从PAPR的角度进行，而没有考虑两者的链路性能，更没有充分地考虑PAPR和性能的折衷。OFDMA技术与OFDM技术相比，用户可以选择条件较好的子载波进行数据传输，而不像OFDM技术那样，一个用户在整个频带内发送，从而保证了子载波都被对应信道条件较优的用户使用，获得了频率上的分集增益。在OFDMA中，一组用户可以同时接入到某一子载波。目前使用OFDMA的无线通信技术有：IEEE 802.16。技术简介：正交频分多址- OFDMA (Orthogonal Frequency Divisio

50、n Multiple Access）是无线通讯系统的标准，是一种多址技术。WiMax,LTE,都支持OFDMA。OFDMA 多址接入系统将传输带宽划分成正交的互不重叠的一系列子载波集，将不同的子载波集分配给不同的用户实现多址。OFDMA系统可动态地把可用带宽资源分配给需要的用户，很容易实现系统资源的优化利用。由于不同用户占用互不重叠的子载波集，在理想同步情况下，系统无多户间干扰，即无多址干扰（MAI）。右图给出出了OFDMA系统的原理示意图。其中，灰色、白色以及深灰色时频栅格代表不同的子载波集，它们在频带上是互不重叠的，并分别分配给不同用户。OFDMA方案可以看作将总资源（时间、带宽）在频率上

51、进行分割，实现多用户接入。基本原理：多径效应是目前无线系统面临的挑战之一。多径来自发射器和接收器间的反射，反射在不同时刻到达接收器。分离各反射的时间间隔被称为延迟扩展。当延迟扩展与发送的符号时间（Symbol Time）大致相等时，这种干扰有可能引发问题。典型的延迟扩展时长几微秒，与CDMA符号时间接近。OFDMA的符号时间大致在100微秒，因而多径现象的影响不太严重。为缓解多径效应，在每一符号后插入一个约10微秒、称为循环前缀的警戒边带。为得到更高数据速率，OFDM系统必须比CDMA系统更有效地利用频宽。每单位赫兹的位数称为频谱效率。采用高阶调制是实现更高效率的方法之一。调制是指每一子载波发

52、送的位数。例如，在正交振幅调制（QAM）中，每载频发送2位。在16 QAM和64 QAM中，每个子载波分别发送4和6位。在4G系统，因预期会采用64 QAM，所以其频谱效率很高。OFDMA针对多用户通信进行了优化，尤其是蜂窝电话和其它移动设备。它是针对蜂窝电话长期演进（LTE）的最合适调制方案。在这种演变的过程中， OFDMA的名称变为高速正交频分复用分组接入（HSOPA）。OFDMA的变量由WiMAX论坛选为调制方案，后来又根据IEEE针对IEEE 802.16-2004（固话）和802.12e（移动）WiMAX的标准进行了标准化。与CDMA（码分多址接入）宽带CDMA及通用移动通信系统（U

53、MTS）这类3G调制方案相比，它的好处在于具有更高的频谱效率和更好的抗衰落性能。对于低数据率用户，它只需要更低的发射功耗，具有恒定而不是随时间变化的更短延迟，以及避免冲突的更简洁方法。OFDMA会把副载波的子集分配给各个用户。以关于信道状态的反馈为基础，系统能执行自适应用户到副载波的分配。只要这些副载波分配被迅速地执行，与OFDM相比，快速衰退、窄带同频干扰性能都得到了改进。反过来，这又改进了系统的频谱效率。OFDMA将整个频带分割成许多子载波，将频率选择性衰落信道转化为若干平坦衰落子信道，从而能够有效地抵抗无线移动环境中的频率选择性衰落。由于子载波重叠占用频谱，OFDM能够提供较高的频谱利用

54、率和较高的信息传输速率。通过给不同的用户分配不同的子载波，OFDMA提供了天然的多址方式，并且由于占用不同的子载波，用户间满足相互正交，没有小区内干扰（如图1所示）。同时，OFDMA可支持两种子载波分配模式：分布式和集中式。在子载波分布式分配的模式中，可以利用不同子载波的频率选择性衰落的独立性而获得分集增益。此外，因为OFDMA已成为下行链路的主流方案，上行链路如也采用OFDMA，LTE的上下行链路将具有最大的一致性，可以简化终端的设计。一个分配了M个子载波的用户的传输信号可表示为：D =d 0，d 1d M-1T，其中，T代表矩阵转置，di是调制信号。经过快速傅立叶反变换（IFFT）调制后，

55、信号向量S =F N* T N,M D，其中TN，M代表子载波分配的映射矩阵，其元素是表达子载波的分布式或者集中式分配。F*N是N点IFFT矩阵，*代表共轭转置，并且FN=f 1T，f 2Tf NTT，192x31经过衰落信道和快速傅立叶变换（FFT）信号处理后，频域的接收信号可以作如下表达：R=HTN，M D+n，其中H=diag(Hk），Hk是第k个子载波上的频域响应；n是高斯噪声向量；R=r(0），r r (N-1）T，r (k）是第k个子载波上的接收信号。由于OFDM的时域信号是若干平行随机信号之和，因而容易导致高PAPR。基站端的功率限制相对较弱，并且可以采用较为昂贵的功率放大器，所

56、以在下行链路中，高PAPR不会带来太大的问题。然而，在上行链路中，由于用户终端的功率放大器要求低成本，并且电池的容量有限，因而高PAPR会将降低UE的功率利用率，减小上行的有效覆盖。为避免OFDM的上述缺点，必须降低PAPR。降低OFDM的PAPR的技术有很多，比如选择性映射、削波和滤波等等。文献6中证明了通过削波和滤波，可以将PAPR降低到6 dB以下时，同时对OFDM的性能影响很小，而且带来的复杂度增加也是可以接受的。因此，本文将主要研究不同多址方案的链路级性能的比较。在OFDM中，采用快速傅立叶变换（FFT）将可用带宽分成数学上正交的许多小带宽。而频带的重构是由快速傅立叶反变换（IFFT

57、）完成的。FFT和IFFT都是定义得很完善的算法，当大小为2的整数倍时，可被非常高效地实现。OFDM系统的典型FFT大小是512、1024和2048，而较小的 128和256也是可能的。可支持5、10和20 MHz带宽。该技术的一个优异特性是易于改用其它带宽。即便整个可用带宽改变了，较小的带宽单元也可维持不变。例如：10MHz可分成1,024个小频带；而5MHz可分成512个小频带。这些典型大小为10 kHz的小频带被称为子载波。技术分类：OFDMA又分为子信道（Subchannel）OFDMA和跳频OFDMA。1) 子信道OFDMA子信道OFDMA将整个OFDM系统的带宽分成若干子信道，每个子信道包括若干子载波，分配给一个用户（也可以一个用户占用多个子信道）。 OFDM子载波可以按两种方式组合成子信道：集中式和分布式 集中式将若干连续子载波分配给一个子信道（用户），这种方式下系统可以通过频域调度（Scheduling）选择较优的子信道（用户）进行传输，从而获得多用户分集增益。另外，集中方式也可以降低信道估计的难度。但这种方式获得的频率分集增益较小，用户平均性能略差。