[1]无线通信--介绍基本概念
[1]無線通信介紹
- 1. 無線通信基本概念
- 2. 無線通信多址技術
- 3. 無線通信雙工方式
1. 無線通信基本概念
無線通信就是利用電磁波的輻射和傳播，經過空間傳輸信號的通信方式。利用無線通信可以傳送電報、電話、傳真、數據、圖像以及廣播和電視節目等通信業務。無線通信系統可以分為移動蜂窩網系統（2G、3G、4G、5G）、無線局域網系統（WLAN）、廣播電視系統、衛星通信系統等。
2. 無線通信多址技術
本文所講的多址技術包括：
頻分多址技術、時分多址技術、碼分多址技術與空分多址技術，分別對應FDMA、TDMA、CDMA與SDMA。
什么是多址技術？為什么要出現多址技術？各個多址技術理解？
其實很簡單
早期的無線電報就不需要多址技術，因為它的通信方式是能發能收，用戶承載量不大，只需要點對點通信。而現在的移動通信，為了實現更高的通信效率，采用了基礎網絡構架。在這個基礎網絡構架當中，包括了很多基站，基站之間是相互連接的。手機在通信的時候，不是直接和另一部手機通過無線電來通信，而是先發送信號到離自己最近的基站，基站把信號送到離另一部手機最近的基站，再由這個基站通過無線的方式送達目的手機。
那么，就會有多部手機同時和一個基站通信，基站如何區分不同手機的信號呢？這就需要多址技術了。
- FDMA（第一代通信采用）：
如圖：頻分多址技術是通過不同的用戶占用不同頻率的信道，從而避免了相互干擾，實現了區分。
手機選擇哪一個頻率，可以通過濾波器實現。由于濾波器的阻斷都有過渡帶。因而，相鄰的兩個頻率之間一定會保留一定的帶寬作為保護。（后面我們會講到OFDMA技術，屬于正交頻分多址技術，不保留帶寬保護，提高頻帶利用率）
- TDMA（第二代通信采用）
如圖：從原理上來說，TDMA和FDMA類似，只不過頻率換成了時間而已，時間資源被劃分成幀，每一幀內又被劃分成若干時隙，需要定時器，并且需要與基站同步。
- CDMA（第三代通信采用）
CDMA和OFMDA分別是第三代和第四代移動通信的多址技術。其實，從數學上看，這兩種技術的差別非常小。
現在使用的是CMDA是直接序列擴頻（direct sequence spread spectrum），CDMA是用碼（code）來區分用戶的，所謂的碼，就是一個由1和-1構成的序列，列如 1 1 -1 -1，就是長度為4的擴頻碼。
擴頻操作，就是把用戶數據符號，假設為 x0，乘以上面這個碼，得到 x0，x0，-x0，-x0 。也就是說，經過擴頻知乎，一個符號變成了 4 個符號。如果要保持用戶的速率不變，就需要 4 倍的帶寬。因此，這個技術被稱為直接序列擴頻。
CDMA技術的講解實為復雜，后期會出一章節，詳細推導整個過程。
- OFDMA（第四代第五代采用）
傳統的 FDMA 的各個信道之間為了避免相互干擾，需要保留一定的保護帶，有一定的頻譜損失。而 OFDM 的各個子載波之間沒有保護帶，而且又是正交的，互相之間沒有干擾，所以比 FDMA 有較大的頻譜效率優勢。但是，這樣的標準太低，子載波之間的正交是很自然的事情。
OFDMA技術的講解，后期也會出一章節，仔細推導關于OFDM技術原理，及原理中QPSK、16QAM、64QAM，256QAM等。
總結：
多址技術是無線通信的基礎性技術，我們按照技術發展的過程介紹了 FDMA TDMA CDMA OFDMA ，他們分別是第一代到第五代移動通信的多址技術。實現 FDMA的基礎是濾波器技術，因為其最簡單所以最先應用。而 TDMA 是走向寬帶化的第一步，需要依托于定時技術的發展。TDMA的問題在于，只有一個資源劃分的維度，也就是時間，在走向更高的帶寬的時候資源分配存在困難。但是 CDMA的問題在于他是一個自干擾的系統，雖然采用了快速功率控制， UFR、軟切換等技術手段，但是仍然無法克服其缺點。CDMA 系統的多用戶檢測是解決這一問題的根本方法，但是由于實際系統設計的限制使得多用戶檢測技術無法應用。 OFDM 也是一種特殊的 CDMA ，它利用了線性系統的特性，用比較小的代價克服了信道的多徑效應和多用戶干擾，稱為第四代移動通信的多址技術。
3. 無線通信雙工方式
雙工分為半雙工和全雙工
- 半雙工指的是同一時間只允許一個設備傳送信息，若另一設備要傳送信息，需等原來傳送信息的設備傳送完成后再處理，對講機就是半雙工技術的典型應用。
- 全雙工指的是允許二臺設備同時進行雙向信息傳輸。一般的電話、手機就是全雙工的系統，因為在講話的同時也可以聽到對方的聲音，我們平時講的雙工技術通常指的就是全雙工技術。
雙工方式分為頻分雙工（FDD）、時分雙工（TDD）
- 頻分雙工（FDD）：用頻率來區分發送和接收信號，優點：實現簡單；缺點：在上下行業務不對稱時（主要指數據業務）頻譜利用效率低；典型應用：GSM、CDMA2000、WCDMA系統。
- 時分雙工（TDD）：用時隙來區分發送和接收信號，優點：在上下行業務不對稱時可以給上下行靈活分配不同數量的時隙，頻譜利用效率高；缺點：實現較復雜，需要GPS同步，并且和CDMA技術一起使用時，上下行之間的干擾控制困難；典型應用：TD-SCDMA、TD-LTE系統。
總結
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