基站是如何區(qū)分不同手機信號的呢時分與頻分多址技術詳細介紹

思考這樣一個問題，同一個基站(信號塔)覆蓋范圍內，大家都在玩手機，那么這個基站是如何區(qū)分不同手機信號呢？怎么區(qū)別這是張三女朋友電話，還是李四的追??？

圖1 不同用戶同時接入網(wǎng)絡

本文將從頻率開始介紹，逐步過渡多頻分與時分多址技術。主要內容有：

頻率資源

FDMA

TDMA

GSM的多址技術

多址技術(Multiple Access)

我們知道，大自然中從無線電、自然可見光線到X射線，都有一定的頻率范圍。先從一個基本的公式說起：

圖2 頻率與波長公式

光速=波長*頻率，光速值是固定的，所以頻率越高，波長越短。

想想同學們身邊的通信技術，要么通過有線，要么通過無線傳播，即有線通信與無線通信。通過有線傳輸，自然不必多說。平時上網(wǎng)用的網(wǎng)線，叫做雙絞線，就是一種常見的有線傳輸介質，現(xiàn)在的5類雙絞線傳輸速率可以達到100Mbps。

圖3 有線與無線通信

如果把有線介質換成光纖，在實驗室里面測試，單模光纖最大速率可以達到26Tbps，這是我們網(wǎng)線速率的將近3萬倍。

圖4 光纖，尾纖

我們的平常所說的無線通信，實際上是指利用電磁波進行通信。

電磁波的頻率有大有小，比如說頻率高的Gamma射線，具有殺死細胞的能力，用于醫(yī)療。而我們用于無線通信的頻率，從圖5可以看出，主要集中在微波Microwave和無線Radio wave波段。

頻率資源非常有限。

圖5 頻率譜

在無線通信領域內，多個用戶同時通過一個基站和其他用戶進行通信時，很明顯為了不相互之間“干擾”，有必要對不同的用戶的進行區(qū)分？怎么區(qū)分呢？

通過頻率、時間和碼來區(qū)分。

頻率區(qū)分就是FDMA(frequency division multiple access)，Access不是地址，而是接入的意思。通過頻率frequency，區(qū)分division，多個用戶multiple，接入access網(wǎng)絡的技術。

時間區(qū)分就是TDMA，碼區(qū)分就是CDMA，還有4G/5G使用的OFDMA技術。

這些都是成熟的多址技術。多址技術在無線通信領域中異常重要，我們的移動通信的第一代技術1G，使用的是FDMA技術，2G使用了TDMA技術，3G時代使用 了CDMA技術，4G時代使用了OFDMA技術。

圖6 1G-5G通信技術

FDMA

頻分多址技術，就是給小王同學、小李同學分配不同的通信頻率，比如圖7中所示。小李同學使用頻率2，小王同學使用頻率1。這樣小王和小李，就可以在同一時間段一起通信了，互相不干擾。

圖7 頻分多址技術

普遍的說，不同的用戶，占用不同的頻率段，這些頻率段互相不影響，可以實現(xiàn)多個用戶同時接入網(wǎng)絡。正如車道一樣，你走你的，我走我的。

圖8 不同用戶使用不同的頻率

在實際的衛(wèi)星CBAND通信中，總帶寬為500MHZ，就是說總共能給使用的帶寬是500M，然后我們把它進行切割，分成24個小塊，或者叫做24個信道CHannel，每個信道的帶寬為40MHz(36MHz可用的，預留4MHz作為相鄰兩個信道的過度保護帶)。這樣可以實現(xiàn)同時滿足24位用戶通信。

圖9 衛(wèi)星CBAND

TDMA

時分多址Time Division Multiple Access，顧名思義，就是切割時間。文章前面也說了，頻率資源是有限的，在這有限的頻率資源內，我們必須盡可能的提高它的利用率。

而且，為了獲得高傳輸速率，盡可能的要用大帶寬。

如果同樣的一段頻率，小王同學和小李同學都在同一時間去使用，必然會相互之間干擾。那么簡單??？只要在時間上劃分不就可以了，小王同學你晚上用，小李同學你早上用。雖然都是用同一段頻譜，但是時間不一樣，也可以實現(xiàn)相互不影響。

這就是TDMA的思想。圖10中，一段2.5KHz的頻譜，有兩個用戶在使用，這兩個用戶都完全占用了這段頻率，只是在時間軸上按照1-2-1-2這樣的順序，輪流“坐莊”。

圖10 TDMA

我們一般把時間上劃分的小塊，叫做時隙Slot。

總結

CDMA與OFDMA多址方式相對比較復雜，將單獨介紹。

在通信系統(tǒng)中，經(jīng)常是多種多址方式組合在一起，時間軸上劃分時隙，同時頻率軸上也進行劃分，這樣實現(xiàn)了更多的用戶同時接入，提升了網(wǎng)絡容量。

比如說我們的GSM通信技術，就是使用了TDMA+FDMA結合，總共有25MHz的帶寬，劃分成124個小塊，每個小塊頻率范圍是200KHz。對應在時間軸上，每個200KHz對應8個時隙。

圖11 GSM頻率與時隙劃分

可以這樣粗略的推斷，GSM的一個200Khz載波上，可以同時準許8個用戶電話。實際的GSM系統(tǒng)是，還要預留部分信道用于傳輸控制信令，再考慮HR半速率，實際的系統(tǒng)中用戶數(shù)會有變化。

補充：

同學們可能也經(jīng)常聽說“復用”的概念，復用和多址如果不是很較真的，初學者可以認為是一個意思，就是在資源有限的情況下，如何高效利用資源。如果硬是要區(qū)別，多址肯定要復用，不同的用戶肯定先要占用不同的資源，才能區(qū)分；但是復用不一定要多址，因為我一個用戶同時占用多個資源，這也叫資源復用。