多址通信

多址通信（multiple access communication），多個用户使用一個公共信道實現各用户間通信的方式，又稱任意選址通信和多元聯接 。在多址通信的聯接方式下，一個地點（地址）的通信設備可以同時與另外多個地點（地址）的通信設備相聯接；參與多址通信的各個地點的通信設備實際上構成了一個通信網。在工程上，多址通信也稱為點對多點通信。

多址通信廣泛應用於移動通信網、衞星通信網，也廣泛用於計算機區域網絡上，是一種很有發展前途的通信方式。

多址通信的具體聯接方式有很多，目前常用的多址聯接方式有頻分多址FDMA、時分多址TDMA和碼分多址CDMA，以及它們的組合方式。

值得注意的是，雖然多址技術是多路複用技術的一種應用，但是多址與多路複用的含義還是有區別的：多址是指不同地點的通信站之間的聯接關係；多路複用是指同一通信站內不同用户信號之間共用信道的關係。

在多址聯接方式中有一個信道分配的問題，這裏的信道在不同的場合有不同的含義，在FDMA中信道是指各用户佔用的頻段，在TDMA中，是指各用户佔用的時隙，在CDMA中，是指使用的正交碼組。 ^[1] 

信道分配給各用户使用，其主要分配方式有固定分配、按需分配和隨機佔用三種方式。①固定分配（亦稱預分配）：把公共信道分成為若干子信道，任何兩個站之間通信時要佔用預先分配給它們的固定子信道，分配好後不再變更。用這種方式通信時不需要附加控制和調度信道，因而設備簡單。但是，各信道的容量固定、不能增減，特別是當某站分得的信道空閒不用時，其他台站不能利用它，因此信道利用率低。②按需分配：按照需要和業務變動情況，隨時把信道合理地分配給用户使用。多數這類系統設有一中心站集中控制信道分配。當某用户需要通信時,它先與中心站聯繫,中心站根據當時情況給通信雙方安排信道。有些系統採用分散控制方式，這時上述中心站的功能分別由各用户自己實現。採用按需分配方式，雖然系統設備複雜，但信道利用率高。③隨機佔用（亦稱爭用）：它沒有信道控制系統，當用户需要通信時可按一定的規程隨機佔用信道。這種方式適用於各用户通信量較小的情況。當系統中同時工作的用户過多時，會造成較大的互相干擾甚至失效，因而信道利用率低。

頻分多址方式一般用於衞星通信中。在頻分多址中，可以傳輸多路模擬電話信號，也可以傳輸多路數字信號。頻分多址方式也有幾種不同形式。

（1）預分配的頻分多址方式

這是最簡單的一種多址方式。每個地面站的載頻工作在一個專用頻率上，所有地面站的載波互不相同。這些不同的載波同時通過衞星轉發器進行相互通信。為了使各載波之間互相不干擾，它們的載波頻率之間必須有足夠的間隔，而各載波頻帶之間必須留有保護頻帶。各個地面站之間的通信是這樣連接的：每個地面站的基帶信息是預先固定分配好了的，即發往某個地面站的信息都固定在基帶的某一基羣內。因此地面站接收到從衞星轉發器發來的信號（載波是給本站的，基帶信息是全部的）後，從基帶信號中取出發給本站的基羣信號以完成通信。

預分配方式適用於地面站之間的通信業務量很大，而且在大部分時間上業務都較忙的情況下將某些通路固定分配給這些地面站使用，而業務量不大的地面站之間的通信可通過另一種頻分多址方式進行。

（2）按需分配的頻分多址方式

在按需分配方式中，衞星轉發器的全部不同頻率的通路集中起來準備公用，某一地面站在某一時間有通信業務需要，就臨時指定讓轉發器已準備着的一種頻率來實現與對方地面站的互相通信。當通信完成後，該線路又可轉讓給其他地面站使用。這種按需分配方式，既能有效地利用衞星通信系統的容量，又能有效地利用陸地通信的連接設備。這種方式在衞星通信中使用已久，在地面移動通信大區域組網時也可應用這種方式。

像多路複用技術中時分複用代替頻分複用一樣，時分多址（TDMA）是代替頻分多址的主要形式。時分多址避免了頻分多址中的交調幹擾問題。衞星功率利用率可以達到90%以上。而且時分多址的帶寬利用率可以達到與頻分多址相似的效率。這是因為信道間沒有頻率保護間隔，雖然需要保護時間，但使用準確定時技術可使保護時間引起的損耗較小。

時分多址可以使衞星（也可以是其他系統）在互不重疊的時隙內接收各地面終端發來的信號，因此避免了由非線性轉發器所產生的交調產物。每個地面終端必須確定它到達衞星系統的時間和距離，以便所發射的信號在規定的時隙內到達衞星。這需要規定信號定時和信號形式。

如圖1所示是TDMA網的典型示意圖，網中每個高速射頻能量（一般為四相相位調製）分幀要在分配給它的時隙內到衞星，每一時刻非線性所引起的交調產物在時分多址中就很小，甚至沒有。但發射分幀的比特率要比到達地面終端的連續輸入比特率高很多倍。

TDMA方式允許輸出功率放大器工作在全飽和狀態，這樣會使有用輸出功率顯著增加。所發射的每個信號應在各時隙之間留有足夠的保護時間，以便適應各種定時的不準確性，同時也可防止前一脈衝的“拖尾”在下一個脈衝出現的時隙內所引起的干擾，這就能足夠地避免交調產物所造成的性能下降。“拖尾”的幅度與電路的瞬態響應有關，也就是與濾波器的幅頻和相頻特性有關。

假定衞星轉發器工作在“硬限幅”狀態，它同時也對輸入噪聲進行限幅，這樣，輸出包絡即使在保護時間間隔內也將是恆定的。通常，保護時間取得足夠小，使每幀中的總保護時間所損耗的功率小於有用信號功率的10%，轉發器的利用率將大於90%。

隨着傳輸系統的發展，以及需要交換的信息日益增多，在移動體之間以及移動體與定點之間，通信的需求驟然增加起來。為了進行這種通信，必須以電波作為傳輸介質，而原來的頻愛多址與時分多址已不能適應新的情況。對於頻分多址，存在着頻譜不夠分配（包括按需分配方式在內）問題；而對時分多址來説，又要求太高的數碼率，再則對傳輸也有着明顯的干擾，特別是在市區，情況更嚴重。

碼分多址方式是一種頻域和時域為多數用户（電台）所公用的新型通信方式。在這種方式中，每個通信用户所發射的信號往往佔用整個通信系統（例如超短波）的頻帶，而發射的時間任意，因此各用户所發射的信號在時間上和頻率上都可以互相重疊。這時是按照信號波形來區分各地面站的，即利用各用户不同波形的信號（不同的編碼）來實現多址通信的。CDMA有許多特殊的優點，因而是一種有發展前途的多址方式。

碼分是信號正交分割原理的第三種應用。通常，把滿足正交性條件的非互斥型信號集稱為複雜正交信號，把利用複雜正交信號的正交性來分割的系統稱為波型分割或碼型分割系統，當信號取數字形式時，一般稱為碼分。

在碼分多址中，首先每個用户（電台）都有自己的地址碼，接收端要產生與發射端完全相廈的地址碼，當兩者同步或接收端檢測到地址碼時，通信才能完成。其他站由於地址碼不同，因而無法解調出信號來。由於各用户使用了不同的地址碼，因此，使用同一載波共用同一射頻綵帶不會發生相互干擾。這就要求不同地址碼應有很小的相關特性。

在碼分多址通信網中的任一用户，可以隨時隨地在公用信道上根據自己的需要，呼叫網內任何其他用户。這就使碼分多址系統不像TDMA系統那樣必須有一套定時系統，或者如FDMA系統那樣對帶寬有一套特別的要求。

碼分多址的最一般的形式是擴展頻譜通信。因此這種多址方式有時也可稱為擴展頻譜多址（SSMA）。這種多址方式的優點為：具有很強的抗干擾能力，有較高的保密能力，多址方式比較靈活，屬於隨機多址。可以隨機接入和撤除。當接入的站址數定額不滿時，通信質量會自動提高；當接入的站址數略大於定額時，也能繼續通信，只是通信質量稍差一些。

碼分多址特別適合於軍用衞星通信系統和小容量的移動通信系統。

因為CDMA屬於擴頻通信，因此要佔用很寬的頻帶（遠大於信息帶寬），而且頻帶利用率一般比較低，這是CDMA的重要缺點。CDMA所需的設備與固定預分配的頻分多址相比也要複雜一些。 ^[2]