移动通信系统的多址接入方式探讨与应用

侯少康

广东海格怡创科技有限公司广东揭阳510031

摘要：从第二代移动通信系统到第三代移动通信系统，已至当前我们正在使用的第四代移动通信系统，每一代都有着鲜明而卓绝的技术创新和突破，使得移动通信在连接质量、峰值速率、连接数、误码率以及系统容量上不断提升。其中系统容量的提升离不开多址接入技术的引入。本篇论文将重点探讨每一代移动通信系统中的多址接入方式，并结合实际给出多址接入方式的典型应用。

关键词：移动通信；多址技术；频分多址；时分多址；码分多址

14G与5G移动通信系统的优劣分析

1.1系统容量有限，通信速度局限大

当前的4G所采用的TD-LTE系统容量规模在许多方面都受到了限制。首先是固定的配置和算法的性能本身所具有的局限性；其次,实际网络整体信道环境的闭塞拥堵和链路质量的不稳定也限制了容量规模。4G系统容量规模的限制使得当系统存在较多用户时，通信的速率受限。5G移动通信系统采用了超密集异构网络技术提高系统的容量。减小小区半径，提高频谱资源复用率是未来通信网发展的趋势。超密集异构网络技术以该趋势为宗旨，通过近距离建设低功率节点，达到一对一用户节点式服务。

1.2基站分布不均，通信网络质量差

目前，中国的移动通信网络已基本实现了城市全覆盖，但一些偏远的地区仍是现有4G网络的盲区。中国各地区经济水平发展不均导致了各地基站数量和地理位置受限，导致了目前“偏远地区无信号，城市地区信号差”现象的出现。5G移动通信系统采用了D2D种通信技术。D2D通信是指设备与设备之间直接进行通信的技术。是一种基于蜂窝系统的近距离数据传输技术，它可以使信息直接在终端之间进行传输，而不需要经过基站。

2移动通信系统组成架构

通信从信息的产生、发送到接收，主要涉及信源、信源编码、信道、信道编码、信宿解码，最终到达信宿。蜂窝移动通信系统中，主要的系统构成架构是：用户移动侧设备、基站、基站控制器以及移动交换机和核心网。其中一个基站在物理空间上的覆盖近似为六边形面积，满足该小区内用户的接入和上下行数据传输。因此每个小区有小区容量的概念，小区容量即小区内用户数接入和上下行传输数据总量。因此，在设计通信系统中，我们需要为网络容量的提升而做更多的工作和努力。其中多址接入方式是提升小区容量的一种重要方法，每一代移动通信系统始终孜孜不倦的进行探索着。

3移动通信系统多址接入方式

我们将进行移动通信系统多址接入方式的探讨，可以直观的了解到移动通信系统多址接入方式的多种变化和小区系统容量的提升。

3.1第一代移动通信系统——FDMA

第一代模拟移动通信系统采用的多址接入方式为频分多址接入。频分多址是把总带宽分割成多个频道，每个用户占用一个频道，因为各个用户使用不同频率的信道，所以互相没有干扰。但同时由于一个移动用户进行通信时占用一个频率、一个信道，在未有数据发送和接收的时候，仍然占用信道资源，导致频谱利用率不高。随着第一代移动通信的迅猛发展，很快呈现出了容量不足的缺点。

3.2第二代移动通信系统——TDMA

时分多址是第二代移动通信系统的主流多址接入技术，主要的原理是把时间分割成互不重叠的时间段，依据时隙的不同来区分不同的用户，每个用户在不同的时隙上进行信息的传输。TDMA较FDMA具有通信信号质量更高，保密性更好，系统容量更大的优点。但同时TDMA又需要有精确的时间同步来确保移动终端和基站之间的正常通信，在技术上的实现较为复杂。

3.3第三代移动通信系统——CDMA

码分多址的原理是利用不同的编码序列识别不同的用户，即使用不同的信号波形区分不同的用户[1]。码分多址是一种扩频技术，扩频技术是指发射端采用扩频码调制，使信号占用的频段宽度远大于所传信息必须的带宽，接收端需采用和发送端相同的扩频码进行相关解调和解扩，恢复所传信息数据。CDMA一个信道对应一个码序列，每个用户使用相同的频率，但采用不同的码序列，不同的码序列之间相互正交。

3.4第四代移动通信系统——OFDM

正交频分复用技术，由多载波技术MCM（Multi-CarrierModulation，多载波调制）发展而来，OFDM既属于调制技术，又属于多址接入复用技术。采用快速傅里叶变换FFT可以很好地实现OFDM技术。在以前由于技术条件限制，实现傅里叶变换的设备难度大，直到DSP芯片技术发展，FFT技术实现设备成本降低，OFDM技术才走向高速数字移动通信领域。OFAM的基本思想为：将信道分成N个子信道，每一个子信道上有一个载波，该载波称为子载波，每一个子载波间相互正交。在调制实现过程中，将一路高速串行输入的数据信号流转换成N路并行的低速子数据流，调制到每一个子载波上进行传输[2]。OFMA的优缺点：OFDM的优势，正交信号可以通过在接收端采用相关技术分离，这样可以减少子信道之间的相互干扰，同时通过把信道分成多个带宽很窄的子信道，可以使OFDM系统比单载波系统具有更强的抗频率选择性衰落的能力，能减少突发错误，因为对于每一个子信道而言，遭受到的衰落是平坦衰落；与采用自适应均衡的单载波系统相比，OFDM系统的信道均衡更简单；同时由于每一个子载波之间相互正交，所以每个子载波的频带之间互相重叠，可以获得更高的频率效率，这是OFDM技术与FDMA技术的本质区别。OFDM不足之处在于，OFDM信号是由多个不同频率，不同振幅，不同相位的信号相互叠加的结果[3]。因此，具有很高的峰平功率比（PAPR），对器件上要求RF功率放大器要有更大的动态范围。同时与单载波系统相比，OFDM系统对频偏和频漂更敏感。

4多址接入方式在实践中的应用

为了更好的理解多址接入在移动系统中的作用，现将其引入现实生活中。我们班目前有53名同学，为了解决这53名同学的通信，且相互间不产生干扰。经研究分析决定采用CDMA码分多址的方式对每一名同学进行信道划分，求解出到每一名同学的码序列，从而使其彼此间无干扰通信[4]。首先，由于码序列的产生个数多为2的幂次方。因此需要64个码序列满足53名同学的通信。CDMA码序列的产生有一种经典的算法：Walsh函数。Walsh函数是一种非正弦的完备正交函数系，它有两种取值（-1、+1或0、1），Walsh函数中，两两之间的互相关函数为“0”，它们之间是完全正交的。Walsh函数是通过哈达码矩阵H产生的。

结束语：

移动通信系统历经30年的发展，现已达到了百兆速率随时用的状态。从2G、3G到4G以及未来的5G，移动通信系统的容量不断提升、速率不断提升、时延不断降低、干扰不断降低。其性能的不断优化离不开一代又一代通信人艰苦卓绝的奋斗和探索，离不开多种通信技术的提出和应用。其中系统容量的提升离不开多址接入技术的不断创新和优化。

参考文献：

[1]杨宇.浅谈4G移动通信系统的网络接入技术[J].现代信息科技,2018,2(10):67-68.

[2]项弘禹,张欣然,朴竹颖,彭木根.5G移动通信系统的接入网络架构[J].电信科学,2018,34(08):10-18.

[3]祝婵婵,刘晨宇,顾少龙,骆盼.卫星移动通信系统无线接入网模拟实现[J].无线电通信技术,2017,43(06):24-27.

[4]吴大鹏,闫俊杰,杨鹏.面向5G移动通信系统的智慧城市汇聚及接入网络[J].电信科学,2016,32(06):52-57.