Беспроводная связь - множественный доступ

Схемы множественного доступа используются, чтобы позволить множеству мобильных пользователей одновременно совместно использовать ограниченный объем радиочастотного спектра.

Методы множественного доступа

В системах беспроводной связи часто бывает желательно разрешить абоненту одновременно отправлять информацию с мобильной станции на базовую станцию, одновременно принимая информацию от базовой станции на мобильную станцию.

Сотовая система делит любую заданную область на ячейки, где мобильный модуль в каждой ячейке связывается с базовой станцией. Основная цель при проектировании сотовой системы - это возможностьincrease the capacity of the channel, т. е. обрабатывать как можно больше вызовов в данной полосе пропускания с достаточным уровнем качества обслуживания.

Есть несколько разных способов разрешить доступ к каналу. Они включают в себя в основном следующее -

• Множественный доступ с частотным разделением каналов (FDMA)
• Множественный доступ с временным разделением (TDMA)
• Множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA)
• Множественный доступ с пространственным разделением каналов (SDMA)

В зависимости от того, как доступная полоса пропускания распределяется между пользователями, эти методы можно классифицировать как narrowband и wideband системы.

Узкополосные системы

Системы, работающие с каналами, значительно более узкими, чем ширина полосы когерентности, называются узкополосными системами. Узкополосная TDMA позволяет пользователям использовать один и тот же канал, но выделяет уникальный временной интервал каждому пользователю на канале, таким образом разделяя небольшое количество пользователей по времени на одном канале.

Широкополосные системы

В широкополосных системах ширина полосы пропускания одного канала намного больше, чем ширина полосы когерентности канала. Таким образом, замирания из-за многолучевого распространения не сильно влияют на принимаемый сигнал в широкополосном канале, а частотно-избирательные замирания возникают только в небольшой части полосы пропускания сигнала.

Множественный доступ с частотным разделением каналов (FDMA)

FDMA - это базовая технология для расширенных услуг мобильной связи. Особенности FDMA следующие.

• FDMA выделяет разные поддиапазоны частот каждому пользователю для доступа к сети.
• Если FDMA не используется, канал остается незанятым, а не выделяется другим пользователям.
• FDMA реализован в узкополосных системах и менее сложен, чем TDMA.
• Здесь выполняется жесткая фильтрация для уменьшения помех по соседнему каналу.
• Базовая станция BS и мобильная станция MS передают и принимают одновременно и непрерывно в FDMA.

Множественный доступ с временным разделением (TDMA)

В тех случаях, когда непрерывная передача не требуется, вместо FDMA используется TDMA. Возможности TDMA включают следующее.

• TDMA разделяет одну несущую частоту с несколькими пользователями, где каждый пользователь использует неперекрывающиеся временные интервалы.
• Передача данных в TDMA не является непрерывной, а происходит пакетами. Следовательно, процесс передачи обслуживания проще.
• TDMA использует разные временные интервалы для передачи и приема, поэтому дуплексеры не требуются.
• TDMA имеет преимущество, заключающееся в том, что можно выделять разное количество временных интервалов в кадре для разных пользователей.
• Пропускная способность может предоставляться по запросу разным пользователям путем объединения или переназначения временного интервала на основе приоритета.

Множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA)

Метод множественного доступа с кодовым разделением каналов является примером множественного доступа, при котором несколько передатчиков используют один канал для одновременной отправки информации. Его особенности заключаются в следующем.

• В CDMA каждый пользователь использует весь доступный спектр вместо выделения отдельной частоты.
• CDMA настоятельно рекомендуется для передачи голоса и данных.
• Хотя несколько кодов занимают один и тот же канал в CDMA, пользователи, имеющие один и тот же код, могут общаться друг с другом.
• CDMA предлагает большую емкость воздушного пространства, чем TDMA.
• Автоматическая связь между базовыми станциями очень хорошо обрабатывается CDMA.

Множественный доступ с пространственным разделением (SDMA)

Множественный доступ с пространственным разделением или множественный доступ с пространственным разделением - это метод, который представляет собой архитектуру MIMO (несколько входов и выходов) и используется в основном в беспроводной и спутниковой связи. Он имеет следующие особенности.

• Все пользователи могут общаться одновременно по одному каналу.
• SDMA полностью свободен от помех.
• Один спутник может связываться с несколькими приемниками спутников той же частоты.
• Используются направленные лучевые антенны, и, следовательно, базовая станция в SDMA может отслеживать движущегося пользователя.
• Контролирует излучаемую энергию для каждого пользователя в космосе.

Множественный доступ Spread Spectrum

Множественный доступ с расширенным спектром (SSMA) использует сигналы, ширина полосы пропускания которых превышает минимально требуемую полосу пропускания RF.

Существует два основных типа методов множественного доступа с расширенным спектром:

• Расширенный спектр со скачкообразной перестройкой частоты (FHSS)
• Расширенный спектр прямой последовательности (DSSS)

Расширенный спектр со скачкообразной перестройкой частоты (FHSS)

Это система цифрового множественного доступа, в которой несущие частоты отдельных пользователей изменяются псевдослучайным образом в пределах широкополосного канала. Цифровые данные разбиваются на пакеты одинакового размера, которые затем передаются на разных несущих частотах.

Спектр распространения прямой последовательности (DSSS)

Это наиболее часто используемая технология для CDMA. В DS-SS сигнал сообщения умножается на псевдослучайный шумовой код. Каждому пользователю дается его собственное кодовое слово, ортогональное кодам других пользователей, и для обнаружения пользователя приемник должен знать кодовое слово, используемое передатчиком.

Комбинационные последовательности, называемые hybrid также используются как другой тип расширенного спектра. Time hopping также является другим типом, который редко упоминается.

Поскольку многие пользователи могут совместно использовать одну и ту же полосу расширенного спектра, не мешая друг другу, системы с расширенным спектром становятся bandwidth efficient в многопользовательской среде.