Komunikacja bezprzewodowa - wielokrotny dostęp

Schematy wielodostępu umożliwiają wielu użytkownikom mobilnym jednoczesne współdzielenie określonej ilości widma radiowego.

Techniki wielokrotnego dostępu

W systemach komunikacji bezprzewodowej często pożądane jest umożliwienie abonentowi jednoczesnego wysyłania informacji ze stacji mobilnej do stacji bazowej podczas odbierania informacji ze stacji bazowej do stacji mobilnej.

System komórkowy dzieli dowolny obszar na komórki, w których jednostka ruchoma w każdej komórce komunikuje się ze stacją bazową. Głównym celem w projektowaniu systemu komórkowego jest umiećincrease the capacity of the channel, tj. do obsługi możliwie największej liczby połączeń w danym paśmie przy wystarczającym poziomie jakości usług.

Dostęp do kanału można uzyskać na kilka różnych sposobów. Obejmuje to głównie:

• Wielodostęp z podziałem częstotliwości (FDMA)
• Wielodostęp z podziałem czasu (TDMA)
• Wielodostęp z podziałem kodowym (CDMA)
• Wielodostęp z podziałem przestrzeni (SDMA)

W zależności od tego, jak dostępna przepustowość jest przydzielana użytkownikom, techniki te można sklasyfikować jako narrowband i wideband systemy.

Systemy wąskopasmowe

Systemy działające z kanałami znacznie węższymi niż szerokość pasma koherencji nazywane są systemami wąskopasmowymi. Wąskopasmowe TDMA umożliwia użytkownikom korzystanie z tego samego kanału, ale przydziela każdemu użytkownikowi w kanale unikalną szczelinę czasową, oddzielając w ten sposób niewielką liczbę użytkowników w czasie na jednym kanale.

Systemy szerokopasmowe

W systemach szerokopasmowych szerokość pasma transmisji pojedynczego kanału jest znacznie większa niż szerokość pasma koherencji kanału. Dlatego zanikanie wielościeżkowe nie wpływa znacząco na odbierany sygnał w kanale szerokopasmowym, a zanikanie selektywne częstotliwości występuje tylko w niewielkiej części szerokości pasma sygnału.

Wielodostęp z podziałem częstotliwości (FDMA)

FDMA to podstawowa technologia dla zaawansowanych usług telefonii komórkowej. Funkcje FDMA są następujące.

• FDMA przydziela różne podzakresy częstotliwości każdemu innemu użytkownikowi w celu uzyskania dostępu do sieci.
• Jeśli FDMA nie jest używany, kanał pozostaje bezczynny zamiast przydzielania go innym użytkownikom.
• FDMA jest implementowane w systemach wąskopasmowych i jest mniej skomplikowane niż TDMA.
• Dokonywane jest tutaj ścisłe filtrowanie, aby zredukować zakłócenia sąsiedniego kanału.
• Stacja bazowa BS i stacja mobilna MS nadają i odbierają jednocześnie i stale w FDMA.

Wielodostęp z podziałem czasu (TDMA)

W przypadkach, gdy transmisja ciągła nie jest wymagana, zamiast FDMA stosuje się TDMA. Funkcje TDMA obejmują następujące.

• TDMA współdzieli jedną częstotliwość nośną z kilkoma użytkownikami, przy czym każdy użytkownik korzysta z nienakładających się szczelin czasowych.
• Transmisja danych w TDMA nie jest ciągła, ale odbywa się w seriach. Dlatego proces przekazywania jest prostszy.
• TDMA wykorzystuje różne szczeliny czasowe do transmisji i odbioru, dlatego dupleksery nie są wymagane.
• TDMA ma tę zaletę, że można przydzielić różną liczbę szczelin czasowych na ramkę różnym użytkownikom.
• Szerokość pasma może być dostarczana na żądanie różnym użytkownikom poprzez konkatenację lub ponowne przypisanie przedziału czasowego na podstawie priorytetu.

Code Division Multiple Access (CDMA)

Technika wielodostępu z podziałem kodowym jest przykładem wielodostępu, w którym kilka nadajników używa jednego kanału do jednoczesnego przesyłania informacji. Jego cechy są następujące.

• W CDMA każdy użytkownik korzysta z pełnego dostępnego widma, zamiast być przydzielanym przez oddzielną częstotliwość.
• CDMA jest bardzo zalecane do komunikacji głosowej i transmisji danych.
• Podczas gdy wiele kodów zajmuje ten sam kanał w CDMA, użytkownicy mający ten sam kod mogą komunikować się ze sobą.
• CDMA oferuje większą pojemność przestrzeni powietrznej niż TDMA.
• CDMA bardzo dobrze obsługuje połączenia między stacjami bazowymi.

Wielodostęp z podziałem kosmicznym (SDMA)

Wielodostęp z podziałem przestrzeni lub wielokrotny dostęp z podziałem przestrzennym to technika będąca architekturą MIMO (ang. Multiple-input, multiple-output), stosowana głównie w komunikacji bezprzewodowej i satelitarnej. Posiada następujące cechy.

• Wszyscy użytkownicy mogą komunikować się w tym samym czasie za pomocą tego samego kanału.
• SDMA jest całkowicie wolne od zakłóceń.
• Pojedynczy satelita może komunikować się z większą liczbą odbiorników satelitarnych na tej samej częstotliwości.
• Stosowane są kierunkowe anteny punktowe, a zatem stacja bazowa w SDMA może śledzić poruszającego się użytkownika.
• Kontroluje wypromieniowaną energię dla każdego użytkownika w przestrzeni.

Wielodostęp do rozpowszechniania widma

Wielodostęp o widmie rozproszonym (SSMA) wykorzystuje sygnały, które mają szerokość pasma transmisji, której wielkość jest większa niż minimalna wymagana szerokość pasma RF.

Istnieją dwa główne typy technik wielokrotnego dostępu do widma rozproszonego -

• Widmo rozproszone z przeskokiem częstotliwości (FHSS)
• Widmo rozproszone z sekwencją bezpośrednią (DSSS)

Widmo rozproszone ze skokiem częstotliwości (FHSS)

Jest to cyfrowy system wielodostępu, w którym częstotliwości nośne poszczególnych użytkowników zmieniają się w sposób pseudolosowy w kanale szerokopasmowym. Dane cyfrowe są dzielone na pakiety o jednakowej wielkości, które są następnie przesyłane na różnych częstotliwościach nośnych.

Bezpośrednia sekwencja rozproszona (DSSS)

Jest to najczęściej używana technologia w przypadku CDMA. W DS-SS sygnał wiadomości jest zwielokrotniany przez kod pseudolosowego szumu. Każdy użytkownik otrzymuje swoje własne słowo kodowe, które jest ortogonalne do kodów innych użytkowników i aby wykryć użytkownika, odbiornik musi znać słowo kodowe używane przez nadajnik.

Sekwencje kombinacyjne zwane as hybrid są również używane jako inny rodzaj widma rozproszonego. Time hopping jest też innym rzadko wymienianym typem.

Ponieważ wielu użytkowników może współużytkować tę samą szerokość pasma widma rozproszonego bez zakłócania się nawzajem, stają się systemy widma rozproszonego bandwidth efficient w środowisku wielu użytkowników.