通信原理学习12-多址技术（频分多址、时分多址、空分多址、ALO
多址技术
无线通信中经常采用多址通信方式，尤其是移动通信和卫星通信更是如此。多址技术与多路复用技术不同，多路复用是指在两点间或通过中继方式在多点间进行通信采用的种通信方式。为了实现用户在任意时间、任意地点与任意对象通信，于是就出现了多址通信方式。
下图所示为卫星多址通信示意图。在卫星天线波束盖区内的任意两点都可以进行双边或多边通信，这种方式就是卫星多址通信。
卫星多址通信示意图
多址方式的实现技术是多种多样的。目前常用的多址方式有频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)和空分多址(SDMA)以及它们的组合形式。此外，还有利用正交极化分割多址方式等。在数据通信网中还广泛采用随机多址ALOHA方式及其改进形式。由于计算机和通信的结合，多址技术仍在不断发展。
在多址通信中，还有一个信道分配问题。 “信道”一词在不同场合有不同的含义。在FDMA方式中，是指各站占用的频段：在TDMA方式中，是指各站占用的时隙；在CDMA方式中，是指各站使用的正交码组。因此，信道分配方式与具体采用的多址方式有关。目前常用的分配方式有固定预分配和按需分配两种。
如果将特定的频段、时隙或者地址码预先分配给各站，系统在运行时不再改变分配方案，这就是预分配方式。该分配方式的优点是通信线路的建立控制简单，缺点是信道利用率低。这种分配方式只适用于通信业务量人的场合。
为了克服预分配方式的缺点，提出了按需分配方式。按需分配方式的特点是所有的信道为系统中的各站共用，根据当时各站通信业务量临时分配信道。这种分配方式的优点是信道的利用率高，缺点是线路控制复杂。
频分多址
频分多址(FDMA）是把通信的总频带划分为若干个等间隔的频道分配给不同的用户使用，这些频道互不重叠，相邻频道之间留有一定的防护频带，以防相邻频道之间相互干扰。FDMA方式是卫星通信使用较多的一种多址方式，其原理下图所示。假设有4个地球站，将卫星转发器的整个频带划分为4个互不重叠的频道，分配给相应的地球站，作为发射频带。为了防止各载波之间相互干扰，各中心频率保持足够的间隔，并且留有防护频带。各站接收时，可根据载波的不同频率识别发射站址。例如，当A站收到人fb'时，就知道是B站发来的信号：而收到fc'时，就知道是C站发来的信号。从原理上讲，利用相应的带通滤波器即可分离出这些信号。
FDMA方式示意图
上图所示为一种预分配方式，在这种分配方式中，即使信道空闲，也不能再分配给其他站使用，因此该方式的信道利用率低。按需分配是将卫星转发器频带的全部信道集中起来共用，如果一地球站在某一时刻有通信业务需求，转发器就提供某一信道为其服务，通信完毕后收回。这种方式的信道利用率高。
时分多址
在时分多址(TDMA)方式中，分配给各站的不再是一个特定频率的载波，而是一个特定的时隙。在这种方式中，维持系统正常工作的一个非常重要的问题是需要精确的同步控制，各站在同步系统的控制下，只在指定的时隙内发射信号，而且时间上应互不重叠。在任何时隙转发器转发的仅是某一站的信号，这样允许各站使用相同的载波频率，并且都可以利用整个带宽。
下图所示为卫星通信TDMA系统工作示意图。图中画出4个地球站其中1个为基准站，它的任务是为其他各站提供定时信号。实际中，基准站可由某一地球站兼任。各地球站按规定的时隙依次向卫星发送信号。
TDMA原理示意图
在TDMA系统中，所有地球站占有卫星的整个时间间隔称为帧周期或简称帧，而把每个地球站占有的时隙称为分帧（或子帧）。每一帧的各分帧之间设有防护时间，以免各分帧同步不准在时间上产生重叠干扰。
TDMA系统具有大的信息传输能力，易于实现按需分配，对各种业务的适应能力强，是大容量卫星通信的发展方向。
空分多址
空分多址(SDMA)方式是指在卫星上安装多个天线，这些天线的波束分别指向地球表面上的不同区域，于是，不同的信道占用不同的空间。不同区域的地球站所发射的电波互不重叠，即使不同区域的地球站使用相同的频率，它们之间也不会产生干扰。但是，当地球站比较多时，要求天线波束的指向要非常准确。如果一个通信区域内有几个地球站，则它们之间的站址识别还要借助于FDMA或TDMA方式。所以，在实际应用中，一般不单独使用SDMA方式，而是与其他方式结合使用。
在移动通信中，蜂窝小区频率重复使用也是空分多址的明显例子。相同的频率用于不同的小区，使用相同频率的小区之间有足够的距离，可使它们之间不产生干扰。
ALOHA多址
ALOHA是一种为计算机数据传输而设计的按需分配时分多址方式，1968年开始研究。最初，由夏威夷大学应用于地面网，1973年第一次用于卫星通信系统。目前，已广泛用于各种无线数据通信网。
ALOHA系统采用的多址方式实质上是一种无规则的时分多址，或叫随机多址方式。它有3种基本方式：纯ALOHA、时隙ALOHA和预约ALOHA。
纯ALOHA
纯ALOHA(P-ALOHA)是一种完全随机多址方式，全网不需要定时和同步，网内任意站点根据需要可随时发送数据。每个站点将数据分成若干段，每段加上报头和报尾构成一个数据分组，每次以分组形式发送数据。在纯ALOHA系统中，任何站只要有数据要传输，随时可以发送，然后等待一段时间（等于电波往返传播时间)。如果该站在这段时间内收到对方的应答信号，就认为传输成功。否则，如果由于用户间发送的信号发生碰撞，或因信道噪声产生误码，接收端均不能正确接收，发送端收不到应答信号，则该站必须重发。但为了避免连续碰撞，各站应该随机延迟一段时间后再重发。由此可见，这种系统非常简单，但由于碰撞与信道窄闲时间较多，故信道利用率低。
时隙ALOHA
时隙ALOHA(S-ALOHA)是一种时分随机多址方式。它是将信道分成许多时隙，每个时隙正好传送一个分组。时隙的定时由系统时钟决定，各站必须与此时钟同步。各站只允许在时隙开始时刻发送数据。因此，一旦发生碰撞就是完全重叠。和纯ALOHA—样，发生碰撞后，各站仍是经过随机时延后重发，并且S-ALOHA仍存在不稳定性问题。如果各站发送的信息重要性不同，可以设立优先级。高优先级的用户在发送前先发一“通知”信号，低优先级的用户收到“通知”不再去争用该时隙。
预约ALOHA
预约ALOHA(R-ALOHA)是为了解决长、短报文传输的兼容问题提出的一种ALOHA方式。各站要发长报文时，为了避免分成许多数据分组传输造成时延过长，可以申请预约，分配它一段时隙（连续数个时隙），让其一次发射一批数据。对于短报文则利用非预约的S-ALOHA方式传输。这既解决了长报文的传输时延问题，又保留了S-ALOHA传输短报文信道利用率高的优点。ALOHA方式在无线数据通信网中是一种很重要的多址协议，除上述3种基本形式外，目前还有许多改进型。
码分多址
码分多址(CDMA)对时间和带宽都没有限制，每个站可随时使用分配给它们的信道或系统的部分甚至全部带宽发送数据。由于带宽没有限制，有时又把CDMA叫做扩展频谱多址方式，在给定带宽的整个范围内都可以用来传送数据。信号的分离是根据各站的码型结构来实现的。每个站都有一个唯一的码（地址码），为了接收某个特定站发送的数据，接收站必须掌握该站的码。对CDMA而言，系统内的所有站都有可能在同一时间使用相同的频率进行信号的发送。因此，一个站可能同时接收来自多个站发送的信号，为此，一个站的码绝对不能与其他站的码相同。
CDMA方式的各站使用相同的载波频率，并占用相同的带宽，发送时间是任意的。因此，它属于随机多址方式，即各站发送的频率和时间可以互相重叠。这时，站址的识别是根据各站的码型结构不同实现的。某一站发出的信号，只有与它匹配的地址码才能检测出来。一般选择伪随机(PN)码作地址码。所选择的地址码的正交性越好，信号经解扩后的信噪比就越高，即是说，地址码的选择直接影响着CDMA系统的容量、抗干扰能力和信号的质量等。因此，所选择的地址码应尽量正交，其频谱特性尽量接近白噪声，这样，一个站发出的信号，只能由与它相关的接收机才能检测出来。
CDMA的基础是扩频技术。目前，面对全球范围对移动通信和个人通信日益增长的需要，CDMA通信系统越来越显示出它独具的优越性。应用范围己涉及数字蜂窝移动通信、卫星通信、一点多址微波通信和无线接入网等领域。窄带CDMA能满足语音和一般数据传输的要求，而宽带CDMA可满足多媒体通信的要求。CDMA应用的范围将遍及无线通信的各个领域。
yo，peace！
