FDMA (Frequency Division Multiple Access)

FDMA (Frequency Division Multiple Access) – множественный доступ с частотным разделением. Это один из самых распространенных методов множественного доступа, применяемых не только в сотовой связи, но и в других системах радиосвязи. Сам термин "множественный доступ" предусматривает разделение общего ресурса линии связи между информационными источниками. Принцип FDMA заключается в том, что весь частотный спектр разделяется между пользователями на равные или не равные частотные полосы. Причем каналы могут быть как симметричными в обоих направлениях, так и ассиметричными. Источники информации могут использовать выделенный им частотный ресурс неограниченно по времени, но при этом не должны создавать помехи соседним каналам. Чтобы избежать переходных помех вводят специальный защитный частотный интервал между соседними каналами. Это так называемая полоса расфильтровки. Она не используется для передачи информации и поэтому снижает общую пропускную способность имеющегося канала связи.

Принцип организации FDMA

Метод FDMA используется как в аналоговых системах связи, так и в цифровых обычно на ряду вместе с другими методами множественного доступа TDMA (Time Division Multiple Access) и CDMA. В сотовой связи FDMA применяется во всех стандартах: NMT (Nordic MobileTELEPHONE ), GSM (Global System for Mobile Communications), UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), LTE (Long Term Evolution), Mobile WIMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access). Такое широкое распространение FDMA в первую очередь обусловлено тем, что все системы сотовой связи используют радио соединение на участке между мобильной станцией и базовой, а частота – это самый важный и ценный ресурс такого соединения. Дело в том, что в отличии от проводных соединений, доступ к которым имеют лишь абоненты данной сети, в радио соединениях доступ к эфиру имеют одновременно несколько абонентов/операторов/систем сотовой связи и они не могут работать на одной частоте в одной точке пространства. В связи с этим появляется необходимость в разделении всего имеющегося ресурса на частотные полосы.

FDMA часто применяется в совокупности с другими методами разделения каналов. В GSM частотный метод разделения применяется вместе с TDMA. Весь частотный диапазон разделяется на последовательно пронумерованные частотные симметричные в обоих направлениях полосы, каждый шириной 200 кГц. В свою очередь каждый частотный канал разделяется на 8 таймслотов, в которых уже и передается информация абонентов и системы. Между частотными каналами используется полоса расфильтровки для того, чтобы избежать переходных помех. В стандарте UMTS также используется FDMA вместе с CDMA. Однако в этом случае используют гораздо более широкие частотные каналы и меньшие полосы расфильтровки за счет меньшего уровня излучаемой мощности.

Как организуется многостанционный доступ с кодовым разделением канала (CDMA)?

 

Многостанционный доступ с кодовым разделением (CDMA — Code Division Multiple Access) — технология, отличающаяся от доступа с частотным разделением и доступа с временным разделением. Она не использует для разделения каналов ни частоты, ни времени, хотя по многим признакам она напоминает частотный доступ (рис. 3.1).

 

 

 

Рис. 3.1. Упрощенная структурная схема системы с кодовым разделением каналов

Каждый входной цифровой сигнал складывается («модулируется») с отдельной «несущей», в качестве которой выступает псевдослучайная последовательность (ПСП). ПСП передается со скоростью большей, чем скорость исходного сигнала, после чего полученные сигналы объединяются в единый поток. При этом полоса частот, используемая в радиоканале, гораздо шире, чем полоса исходного сигнала. Этот процесс получил название расширение спектра (Spreading Specter). Псевдослучайные последовательности выбираются таким образом, чтобы на приемном конце их можно было разделить (отфильтровать) и отделить сигнал от его псевдослучайной последовательности («несущей»). Передача единого объединенного потока осуществляется в одной полосе частот с помощью одного из видов фазовой манипуляции. Поэтому системы, основанные на CDMA, не требуют разделения полосы частот на отдельные каналы, что, в свою очередь, облегчает процесс хэндовера (переход из одной соты в другую).

Псевдослучайные последовательности должны иметь нулевую корреляцию, т. е. быть взаимонезависимы.

Существует два способа множественного (многостанционного) доступа с кодовым разделением каналов (CDMA):

• ортогональный многостанционный доступ;

• неортогональный многостанционный доступ, или асинхронный многостанционный доступ с кодовым разделением каналов.

Принцип организации CDMA

Принцип CDMA заключается в том, что каждому источнику информации назначается индивидуальный код, при помощи которого он кодирует передаваемое сообщение. Приемник информации также знает этот код и его задача в том, чтобы выделить закодированное сообщение нужного отправителя из всего потока других сообщений. В этом и заключается вся сложность, т.к. коды должны быть как можно меньше похожи друг на друга, даже при временном смещении сообщений. На математическом языке свойство "похожести" называется корреляцией. Таким образом, закодированные сообщения должны обладать как можно меньшей корреляцией. Этим свойством обладают ортогональные коды, взаимное скалярное произведение которых равно 0. На практике удается получить не полностью ортогональные коды, а почти ортогональные. Это означает, что ортогональное произведение стремится к 0, но не достигает его, чего вполне достаточно для устойчивой работы системы, но, в свою очередь, накладывает определенные ограничения. В теории если бы можно было сгенерировать бесконечное число полностью ортогональных кодов, то в одном канале связи смогут одновременно работать бесконечное число абонентов. Из-за неполной ортогональности кодов сигналы различных источников могут создавать помехи друг на друга. Причем чем выше мощности сигналов, тем ощутимее может оказаться влияние. Поэтому число одновременно работающих абонентов и максимально возможная передаваемая мощность в системе с CDMA ограничены.

Метод CDMA используется в основном в системах радиодоступа, т.к. в проводных системах его нецелесообразно использовать из-за высокой сложности и стоимости приемо-передающих устройств. В сотовой связи принцип CDMA нашел применение в стандартах 2G и 3G. В частности стандарт CDMA 2000включает этот метод множественного доступа на участке между базовой станцией (BTS) и мобильным оборудованием (MS). В UMTS используется модифицированный метод – WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access – широкополосный метод множественного доступа с кодовым разделением), главное отличие которого от CDMA заключается в ом, что сигнал перед передачей в радиоэфир дополнительно расширяется. Это в свою очередь, позволяет добиться лучшей помехустойчивости, безопасности и снижения потребляемой мощности.