CDMA与TDMA的技术特点分析.docx
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CDMA与TDMA的技术特点分析.docx
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CDMA与TDMA的技术特点分析
CDMA与TDMA的技术特点分析
学生姓名:
范晓庆指导老师:
王顺珍
摘要:
随着科技的发展和社会的进步,无线通信已经变成目前和将来最重要的通信手段。
其多址方式主要是采用时分多址TDMA和码分多址CDMA。
实际上TDMA和CDMA都是与频分多址FDMA混合使用。
在七十年代末TDMA通信体制就应用在数字卫星通信领域,并在九十年代的第二代数字移动通信系统中得到广泛应用,在第三代数字移动通信系统中也将占有一席之地。
CDMA最早应用在军事领域,在第二代数字移动通信中窄带CDMA已成功地应用,而宽带CDMA将成为第三代数字移动通信系统的主流技术。
关键词:
无线通信时多分址(TDMA)码多分址(CDMA)
摘要
1引言
1.1无线通讯系统
1.2无线通信系统的主要多址技术
1.2.1FDMA、TDMA与CDMA
2CDMA与TDMA
2.1什么是CDMA技术与TDMA技术
2.2.CDMA技术特点与TDMA技术特点
2.2.1CDMA技术特点
2.2.2TDMA系统具有如下特性:
3CDMA技术与TDMA技术比较
3.1TDMA与CDMA技术比较
3.2TDMA和CDMA发展趋势
结束语
致谢
参考文献
Abstract
1引言
进入21世纪之后,我们进入了信息社会,现代通信系统是信息社会的动脉。
现代通信技术在这些年中得到了迅速的发展,它克服了时间和空间的局限性,特别是无线通信技术使得人们在广域范围内随时随地获取和交流信息成为可能。
无线电通信技术是集芯片制造技术,计算机技术,数字信号处理技术等多方面的综合技术。
无线通信技术作为信息技术的重要组成部分,其发展水平已经成为国家综合国力的重要标准。
我们即将进入一个全新的信息社会,无线通信技术将成为决定生产力发展的关键因素之一,也是新的经济发展增长点。
因此,研究开发无线通信产品和跟踪当今最新技术发展具有特别重要的意义。
本文着重分析无线通信中的CDMA技术与TDMA技术。
1.1无线通讯系统
1863年英国人马克斯韦尔(Maxswell)的电磁理论的产生和完善,使的意大利人马可尼(Marconi)在1895年试验成功了无线电报机,从此人类进入了无线通信的新时代,为现代无线通信奠定了基础。
在无线电报发明后,人们又开始了研究无线语音通信。
1921年美国底特律和密执安警察厅使用的车载无线电台是最早的无线话音通信应用。
横跨英吉利海峡的微波电话在1934年实验成功,二十世纪七十年代微波通信系统开始投入使用。
微波通信和空间技术的结合诞生了卫星通信,1965年世界第一颗商用同步卫星“晨鸟”号上天,同步卫星通信进入实用阶段。
从此人类跨入了空间通信时代,拓展了通信领域。
在1980年以前,由于一些原因如:
无线通信系统的频谱利用率不高;无线电话系统容量较小;移动终端受电子器件的限制等;所以很难实现针对个人用户的便携化。
但无线电通信技术也带来了一些好处,它使通信摆脱了固定线路的限制,获得了前所未有的自由通信方式,并且带给人们崭新的通信观念,激发了人们对面向大众的移动通信和个人无线电通信技术发展的需求。
在进入二十世纪八十年代后,个人通信时代在无线寻呼、蜂窝通信的应用下拉开了帷幕。
模拟蜂窝移动通信技术是基于空间频率复用的技术,它的发明是移动通信的里程碑,模拟蜂窝移动通信采用频分多址方式(FDMA),它被称为第一代移动通信。
1979年美国贝尔实验室研制成功了先进移动电话通信系统AMPS并在芝加哥投入试运行,八十年代模拟蜂窝移动通信技术走向成熟并在全球得到广泛应用,它们包括AMPS,TACS(全接入通信系统),NMT(北欧移动电话),NTT(日本电报电话)等系统,但是由于模拟体制存在业务单一,容量小,保密性差,阻塞和干扰严重,无法提供兼容性和难以漫游等缺陷,它在九十年代初被逐步淘汰。
第二代移动通信系统应运而生。
在1928年出现了奈奎斯特准则和取样定理,和1943年出现了山农(Shannon)定理,以及以后出现的纠错编码理论,调制理论,信号检测理论等,都为数字通信奠定了理论基础。
伴随着五十年代半导体技术和六十年代集成电路技术的发展,数字通信得以应用并得到发展,在六十年代末用于卫星通信。
以大规模集成电路为基础的数字信号处理技术的发展与应用,产生了以数字话音编码,信道编码和时分多址(TDMA)等新技术为基础的第二代移动通信。
1991年,以TDMA技术为基础的第二代数字蜂窝移动通信系统GSM(全球移动通信系统),DAMPS(15一136),PHS(个人便携电话系统)等相继投入使用。
其中最具代表的GSM系统是欧洲统一标准,实现了国际漫游和提供数据通信,自从开通以来工程实用发展异常迅速,目前仍然在世界上占主导地位。
1993年美国通过了以码分多址(CDMA)为基础的15一95CDMA系统,1997年末在我国实验,并于2002年正式开通业务。
随着GSM系统的GPRS(通用分组无线业务),HSCSD(高速电路交换数据)数据业务,edma2000lx系统的相继开通,移动通信系统现在正进入从第二代向第三代过渡阶段,即二代半。
第三代移动通信技术,简称3G,全称为3rdGeneration,中文含义就是指第三代数字通信。
1995年问世的第一代模拟制式手机(1G)只能进行语音通话;1996到1997年出现的第二代GSM、TDMA等数字制式手机(2G)便增加了接收数据的功能,如接受电子邮件或网页;第三代与前两代的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升,它能够要能在全球范围内更好地实现无缝漫游,并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式,提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务,同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。
1.2无线通信系统的主要多址技术
在地面移动通信,许多用户需要同时通信,并且相互通信,因此系统所占的频率资源必须以适当地方式分配给用户,以便它们能同时接入系统。
多址技术是根据信号分割原理,把频率资源以频带,时间,空间和码型等参数分成相互正交或准正交的子空间,即信道。
把这些信道以适当的方式分配给那些需要通信的用户,例如按需分配、预分配和自适应分配等。
频率资源是特殊的有限宝贵资源,不充分利用会造成不必要的浪费。
各种多址方式都是根据当时技术水平,充分利用频率资源,尽量减小相互干扰以满足业务需求。
1.2.1FDMA、TDMA与CDMA
FDMA是最早出现的多址技术,它把系统所占的频带分割成许多互不重叠的子带(信道),各子带的宽度可以不同,采用频率选择(带通滤波器)分离信道。
用户根据业务类型可占据1个或多个信道。
当前FDMA大都与其它方式混合使用。
TDMA方式是将传输时间周期地分成互不重叠的时隙,一个重复周期称为一帧。
每个信道对应一个时隙,各时隙的宽度可以不同,采用时间选择(时间门)分离信道。
用户根据业务类型可占据一个或多个信道。
CDMA是根据通信信号波形在时域的准正交性来区别各个信道。
每个信道分配宽带相互准正交的地址码,将基带信号的频谱展宽用于发送,接收端在时域采用与地址码相对应的匹配滤波器或相关器提取基带信号。
用户根据业务类型可占据一个或多个信道,甚至改变扩频增益。
2CDMA与TDMA
2.1什么是CDMA技术与TDMA技术
CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)即码分多址,是一种信道复用技术,它允许每个用户在同一时刻同一信道上使用同一频带进行通信。
同时它也是一种以码分多址接入技术为基础的数字蜂窝移动通信系统。
码分多址是以扩频技术为基础,所谓扩频是以把信息的频谱扩展到宽带中传输的技术,将扩频技术应用于通信系统中,可以加强系统的抗干扰、抗多径、隐蔽、保密和多址能力。
TDMA(TimeDivisionMultipleAccess)时分多址。
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。
2.2.CDMA技术特点与TDMA技术特点
2.2.1CDMA技术特点
1.CDMA是扩频通信的一种,他具有扩频通信的以下特点:
(1)它是用宽带传输,它的抗衰落能力强。
(2)它允许多个用户同时接收,同时发送。
(3)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;即功率话密度比较低,有利于信号隐蔽。
(4)它利用扩频码的相关性来获取用户的信息,因此抗截获的能力强。
(5)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。
2.在扩频CDMA通信系信中,由于采用了新的关键技术而具有一些新的特点:
(1)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。
(2)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。
(3)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。
(4)采用了功率控制技术,这样降低了平准发射功率。
(5)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。
(6)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。
(7)CDMA的频率利用率高,不需频率规划,这也是CDMA的特点之一。
(8)CDMA高效率的QCELP话音编码。
话音编码技术是数字通信中的一个重要课题。
QCELP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1.8kbit/s到14.4kbit/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。
2.2.2TDMA系统具有如下特性:
(1)载频多路信道。
如前所述,TDMA系统形成频率时间矩阵,在每一频率上产生多个时隙,这个矩阵中的每一点都是一个信道,在基站控制分配下,可为任意一移动客户提供电话或非话业务。
(2)传输速率高,自适应均衡。
每载频含有时隙多,则频率间隔宽,传输速率高,但数字传输带来了时间色散,使时延扩展加大,故必须采用自适应均衡技术。
(3)传输开销大。
由于TDMA分成时隙传输,使得收信机在每一突发脉冲序列上都得重新获得同步。
为了把一个时隙和另一个时隙分开,保护时间也是必须的。
因此,TDMA系统通常比FDMA系统需要更多的开销。
(4)利用突发脉冲序列传输。
移动台信号功率的发射是不连续的,只是在规定的时隙内发射脉冲序列。
(5)移动台
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