頻分多址

頻分多址

FDMA (Frequency Division Multiple Access/Address),有許多不同技術可以用來實現信道共享。把信道頻帶分割為若幹更窄的互不相交的頻帶(稱為子頻帶),把每個子頻帶分給一個使用者專用(稱為地址)。這種技術被稱為“頻分多址”技術。頻分復用(FDM)是指載波頻寬被劃分為多種不同頻帶的子信道,每個子信道可以並行傳送一路信號的一種技術。頻分復用技術下,多個使用者可以共享一個物理通信信道,該過程即為頻分多址復用(FDMA)。FDMA 模擬傳輸是效率最低的網路,這主要體現在模擬信道每次隻能供一個使用者使用,使得頻寬得不到充分利用。

  • 中文名稱
    頻分多址
  • 外文名稱
    Frequency Division Multiple Access/Address
  • 屬性
    FDMA 
  • 信道傳輸速率
     30kHz

​簡介

FDM 用于模擬傳輸過程。所有信道都可以作為單信號被擴大、控製,並轉換為頻帶傳送至目的地,該技術主要優點在于經濟實用。接收終端的接收者隔離復用信號取決于接收頻帶傳送還是拒絕過濾操作,並進行適合于特定波段或波段組調製方式的解調檢波過程。WDM 和 FDM(頻分復用)基本上都基于相同原理,所不同的是, WDM 套用于光纖信道上的數位化光波傳輸過程,而 FDM 套用于模擬傳輸,諸如雙絞線話路傳輸、電纜接入、峰窩、無線電以及 TV 通信等。一直以來 TDMA 和 CDMA 都是結合 FDMA 共同作用,也就是說,特定頻帶可以獨立用于其它頻帶的 TDMA 或 CDMA 信號。

FDMA 模擬傳輸是效率最低的網路,這主要體現在模擬信道每次隻能供一個使用者使用,使得頻寬得不到充分利用。此外 FDMA 信道大于通常需要的特定數位壓縮信道,且對于通信沉默過程 FDMA 信道也是浪費的。模擬信號對噪聲較為敏感,並且額外噪聲不能被過濾出去。

頻分多址

套用

正交頻分多址接入(OFDMA)是OFDM(正交頻分復用)調製的一種形式,它針對多使用者通信進行了最佳化,尤其是蜂窩電話和其它移動設備。

它是針對蜂窩電話長期演進(LTE)的最合適調製方案。在這種演變的過程中, OFDMA的名稱變為高速正交頻分復用分組接入(HSOPA)。OFDMA的變數由WiMAX論壇選為調製方案,後來又根據IEEE針對IEEE 802.16-2004(固話)和802.12e(移動)WiMAX的標準進行了標準化。

與CDMA(碼分多真址接入)寬頻CDMA及通用移動通信系統(UMTS)這類3G調製方案相比,它的好處在于具有更高的頻譜效率和更好的抗衰落性能。對于低資料率使用者,它隻需要更低的發射功耗,具有恆定而不是隨時間變化的更短延遲,以及避免沖突的更簡潔方法。

OFDMA會把副載波的子集分配給各個使用者。以關于信道狀態的反饋為基礎,系統能執行自適套用戶到副載波的分配。隻要這些副載波分配被迅速地執行,與OFDM相比,快速衰退、窄帶同頻幹擾性能都得到了改進。反過來,這又改進了系統的頻譜效率。

兩點構想

OFDMA顯然與其它的調製方案既有不同點,又有相似之處。例如,它能被當作一種替代方案,把OFDM與時分多址連線方式(TDMA)或時域統計多路復用技術的結合起來。不採用"脈控"高功率載波,低資料率使用者就能連續地以低發射功率進行傳輸,並且這會產生恆定且更短的延遲時間。

另一方面,OFDMA也可以被看作是頻域和時域多路接入的結合。從這個角度看,頻譜被分割成時頻空間,並且時隙會沿著OFDM符號引導部分以及OFDM副載波引導部分進行分配。

OFDMA演進

通過一個短故事來理解OFDMA和其它幾種技術之間的關系是最好的方法。IEEE 802.11 WLAN系列的標準是對室區域網路絡考慮的。當模擬蜂窩技術表現出了它的市場潛力及它在技術上的不足時,工程師就開始設計能把Wi-Fi功能擴展到戶外網路的專有的MAC和PHY系統。

事實上,寬頻接入中的大部分活動發生在ISO第1層(PHY層)和2層(媒體訪問控製或MAC層)。

當寬頻無線MAN(城域網)的標準化工作開始後,它為研究其它調製方案開啟了大門,並且OFDM和OFDMA的價值也變得顯而易見了。WiMAX論壇對這些方案的*估和向標準機構提出的建議發揮了幫助作用。

這最終演進成IEEE 802.16標準。IEEE 802.16-2004提供固定頻寬無線的標準,而IEEE 802.16e則提供移動頻寬無線標準。這兩種標準都支持多個PHY模式,但其選項都不支持包括WCDMA或UMTS這種3G調製方案在內的現有方案。

與OFDM和OFDMA一起,可擴展的OFDMA方案也被包括在這一標準當中。

可擴展的802.16物理層(sOFDMA)憑借針對固話和攜帶型/移動使用模式的固定副載波間隔,為範圍從1.25 MHz到20 MHz的信道頻寬提供了最佳的性能。

根據信道頻寬,利用可變的快速傅氏變換演算法(FFT),這一架構以可擴展的子通道化結構為基礎。除了可變的FFT大小外,這一規範也支持像多輸入多輸出(MIMO)天線分集這樣的功能。

針對大多數實際目的,因為它們是如此的相似,sOFDMA和OFDMA是可以是互換的。作為一種關鍵技術,這兩種方案都支持子通道化。子通道化涉及把多個信道??成許多子信道-理論???成數千個子信道有關。子通道的特征是具有所有4種變化: OFDM; OFDMA;sOFDMA;Flash OFDMA。這是一個由 Flarion公司建立的變數,去年Flarion被高通兼並,這清楚地表明CDMA變數不會成為4G調製方案。

OFDMA網路的使用者在整個頻寬內被分配了大量子信道。與基站接近的使用者,通過像64QAM(正交幅度調製)這樣的高調製方案,分配了更多數量的信道,從而能提供最大的資料流量。隨著使用者向更遠處移動,大量的子信道被動態地重新向下分配,但是被分派到每個信道的功率卻增加了。單元的容量仍保持相同的容量,並且盡管每個使用者都擁有魯棒的連線,但在邊緣地區,仍存在較低流量的折中。

有更大的可擴展性

因為信道容量在不同國家會有所不同,802.16標準支持所有從1.25MHz到20MHz的不同信道容量。然而,通過改變以信道容量為基礎的FFT大小,或者由頻寬提供的更好信號質量,可以確定子信道的間隔。

不變子信道間隔的主要爭議在于,如果子信道間隔不是恆定的,一個正在移動的物體的多普勒頻移會影響信號質量。有關可擴展性的更多信息可在IEEE 802.16 WirelessMAN中可擴展OFDMA物理層一節中獲得。

sOFDMA擴展版本包含128 FFT、512 FFT和1024 FFT,它可以信道和頻寬為基礎改變它的FFT大小,因而就變成可擴展的。換句話說,正在通過手機漫遊的使用者,根據像信道大小這樣的因素,使用者可能接收到通過128 FFT或512 FFT處理的信號。

OFDMA的缺點

盡管OFDMA在其實現過程中進展良好,但也要謹記它也有一些缺陷,這些缺陷有如下幾方面:

1. OFDMA電子部分,包括FFT和前向糾錯(FEC)是復雜的。與結合了封包調度的OFDM相比,它也有功率不足的弱點。

2. 如果被分配到每個使用者的副載波很少,或者如果相同的載波被用于每個OFDM符號中,頻率選擇性衰落和分集增益的優勢可能至少有部分損失。

3. 處理來自鄰近單元的同信道幹擾時,OFDM要比CDMA更復雜。

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