移动通信中的多址技术可以被认为是滤波技术。许多用户可以同时使用同一频谱,然后采用不同的滤波器和处理技术,使不同用户信号互不干扰地被分别接收和解调。移动通信现在主要采用三种多址技术:频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)。
一、三种多址方式简介
1、频分多址:所谓频分多址(FDMA:Frequency Division Multiple Access),就是在频域中一个相对窄带的信道里,信号功率被集中起来传输,不同信号被分配到不同频率的信道里,发往和来自邻近信道的干扰用带通滤波器限制,这样在规定的窄带里只能通过有用信号的能量,而任何其它频率的信号被排斥在外。
2、时分多址:所谓时分多址(TDMA:Time Division Multiple Access),就是一个信道由一连串周期性的时隙构成。不同信号的能量被分配到不同的时隙里,利用定时选通来限制邻近信号的干扰,从而只让在规定时隙中有用的信号能量通过。典型系统有欧洲的GSM和美国的DAMPS。
3、码分多址:所谓码分多址(CDMA:Code Division Multiple Access),就是每一个信号被分配一个伪随机(二进制)序列,不同信号的能量被分配到不同的伪随机序列里。由于伪随机序列带宽比信号带宽大100多倍,这一过程称为扩频。不同的伪随机序列具有正交性,在接收机里,信号用相关器加以分离。相关器只接收选定的伪随机序列,并压缩其频谱,凡不符合该用户伪随机序列的信号就不被压缩带宽。结果只有有用信号的信息才被识别和提取出来。典型系统有美国的IS-95。
二、三种多址方式的频谱效率
频谱效率可以用每话音信道占用的频谱带宽来表示。移动通信不同的多址方式有不同的频谱效率。
1、FDMA的频谱效率
FDMA的频谱效率取决于每信道带宽和频率复用因子。
如美国AMPS系统:信道带宽为30kHz,信道总数666,话音信道数624,其余为控制信道。为保证可靠通话所需的18dB载干比,频率复用因子应该取7,即每7个小区组成一个群,每个群的频率可复用。这样,每个小区中每话音信道占用的频谱带宽为B=224kHz。
再如英国TACS系统:信道带宽为25kHz,信道总数300,话音信道数279,其余为控制信道。频率复用因子为7。这样,每个小区中每话音信道占用的频谱带宽为B=188kHz。
2、TDMA的频谱效率
TDMA的频谱效率计算方法与FDMA基本相同。
如欧洲GSM系统:每载频带宽200kHz,有话音信道8个。为保证可靠通话所需的9dB载干比,频率复用因子取3。这样,每个小区中每话音信道占用的频谱带宽为B=75kHz。
再如美国DAMPS系统:每载频带宽30kHz,有话音信道3个。为保证可靠通话,频率复用因子取7。这样,每个小区中每话音信道占用的频谱带宽为B=70kHz。
3、CDMA的频谱效率
CDMA的频谱效率依赖于处理增益(BW/R)、每个比特能量对于干扰的比(Eb/Io)、话音负荷周期、全向频率再用效率ηf和扇区数G。即使上述参数都确定,频谱效率还受具体的地理环境、背景噪声、外部干扰等条件的影响。所以,CDMA中每话音信道占用的频谱带宽是不确定的。理论估算的公式如下,式(1)和(2)中各符号的含义详见下表2-3。
CDMA每小区容量为:
N= ηf BW Cd G/[VfR(Eb/Io)] (1)
CDMA每话音信道占用的频谱带宽为:
B=BW/N=Vf R (Eb/Io)/(ηf Cd G) (2)
表2-3:CDMA系统频谱效率计算公式中符号的含义
如美国IS-95系统:ηf=0.67;Cd=0.5;Vf=0.4;BW=1250;R=9.6;G=2.55;Eb/Io=5。代入公式,可估算得:CDMA每小区用户容量约为N=56。
CDMA每小区每话音信号占用频谱带宽约为B=22.5kHz。
三、小结
通过上述分析估算可知,FDMA、TDMA和CDMA每小区每话音信号占用频谱带宽分别为224/188kHz、70/75kHz、22.5kHz。可见,TDMA的频谱效率是FDMA的2~3倍;CDMA的频谱效率是FDMA的8~10倍。
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