1.3 雙工技術和多址技術

移動通信技術里的雙工技術是用于區分用戶上行和下行信號的方式。上行信號是指移動臺發給基站的信號，下行信號是指基站發給移動臺的信號。雙工技術主要包含TDD和FDD兩種。

當把多個用戶接入一個公共的傳輸媒質以實現相互間的通信時，需要給每個用戶的信號賦予不同的特征，以區分不同的用戶，這種技術即為多址技術。

1.3.1 雙工技術

對于FDD，系統發送和接收數據使用不同的頻段，在上行和下行頻率之間有雙工間隔。GSM、CDMA 2000、WCDMA等系統都是典型的FDD系統。而對于TDD，系統的發送和接收使用相同的頻段，上、下行數據發送時在時間上錯開。通過在不同時隙發送上、下行數據，可有效避免上、下行干擾。TD-SCDMA就是TDD系統。

FDD和TDD技術有各自的特點與優勢。

（1）TDD系統便于進行信道估計。對于TDD技術，只要基站和移動臺之間的上、下行時間間隔不大，小于信道相干時間，就可以簡單地根據接收信號估計收、發信道特征。這一特點使得采用TDD方式的移動通信體制在功率控制及智能天線技術的使用方面有明顯的優勢。而對于FDD技術，通常上、下行頻率間隔遠遠大于信道相干帶寬，幾乎無法利用上行信號估計下行信道，也無法用下行信號估計上行信道。

（2）FDD系統硬件實現簡單。對于FDD技術，由于基站的接收和發送使用不同射頻單元，且有收發隔離，因此使得系統的設計、實現相對簡單。而對于TDD技術，射頻單元在發射和接收時分時隙進行，因此， TDD的射頻模塊里要配置一個收發開關。

（3）TDD系統更適合支持非對稱業務。對非對稱業務而言，TDD技術可以靈活設置上、下行的轉換時刻，可用于實現不對稱的上行和下行業務帶寬，有利于實現明顯上、下行不對稱的互聯網業務。當然，這種轉換時刻的設置必須與相鄰基站協同進行。因此，在支持非對稱業務時，TDD頻譜利用率更高。

（4）FDD系統在實現對稱業務時，頻譜利用率更高。對于對稱業務，FDD技術的上行和下行使用不同的頻率，因此FDD上、下行間沒有干擾。而TDD技術的上行和下行使用相同的頻率，為了避免上、下行信號間的干擾，需要在上、下行中間插入一個保護間隔，從而導致FDD在支持對稱業務時，能充分利用上下行的頻譜，但在支持非對稱業務時，頻譜利用率將大大降低。

1.3.2 多址技術

無線通信系統中常用的多址技術分為頻分多址（Frequency Division Multiple Access，FDMA）、時分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）、碼分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）、空分多址（Space Division Multiple Access，SDMA）和正交頻分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）。在實際的移動通信系統中，某一種多址技術可以單獨使用，也可以兩種或者多種多址技術相結合使用。

（1）FDMA：以傳輸信號的頻率不同來區分信道的接入方式，即為不同的用戶分配不同的載波頻率來共享無線信道。在FDMA系統中，總頻帶被分成若干個帶寬相等且沒有交集的子頻帶，將不同的子頻帶分配給不同的用戶，每個子頻帶在同一時間只能供一個用戶使用，相鄰子頻帶之間有保護間隔，頻帶之間無明顯的干擾。一個子頻帶相當于一個信道，從基站發送到移動臺的信號在前向信道上傳輸，而從移動臺發送到基站的信號在反向信道上傳輸。頻分多址技術比較成熟，1G系統均采用該技術，但是由于各個用戶使用不同頻率的信道，所以用戶容量受限。FMDA示意圖如圖1-2所示。

（2）TDMA：以傳輸信號存在的時間段不同來劃分信道的接入方式，即給不同的用戶分配不同的時間段以共享無線信道。TDMA 是在一個具有一定寬帶的無線載波上把時間分成周期性的幀，每一幀再分成若干時隙，每個時隙就是一個通信信道。然后根據一定的時隙分配原則，使每個用戶只能在指定的時隙內發送。2G中的GSM系統在FDMA的基礎上還采用了TDMA。對比單純采用FDMA的系統，在可用頻段相同的情況下，TDMA 能夠容納更多的用戶。但是時分通信系統需要精確的時間同步，以保證各用戶發送的信號不會發生時間上的重疊。TMDA示意圖如圖1-3所示。

（3）CDMA：以傳輸信號的碼字不同來區分信道的接入方式，即給每個移動用戶分配不同的碼字。每個用戶所分配到的碼字是唯一的、互相正交或準正交的，從而實現不同用戶的信號在頻率、時間上都可以重疊。發送時使用該碼字對基帶信號進行擴頻，接收機使用相關檢測器將具有特定碼字的用戶信號檢測出來，與接收機本地產生的碼字正交或準正交，從而被消除或大部分被消除，殘留的小部分非本用戶信號相當于背景噪聲。3G系統主要采用CDMA。CDMA可容納比TDMA系統更多的用戶，且具有低功率、軟切換、抗干擾能力強等優點。CDMA示意圖如圖1-4所示。

（4）SDMA：亦稱多波束頻率復用，即通過在不同方向上使用相同頻率的定位天線波束來區分信道的接入方式。該多址方式以天線技術為基礎，用點射束天線實現信道復用。理想情況下，它要求天線給每個用戶分配一個點波束，這樣，根據用戶的空間位置就可以區分每個用戶的無線信號，從而完成多址的劃分。SDMA示意圖如圖1-5所示。

（5）OFDMA：以相互正交的不同頻率子載波來區分信道的接入方式，即為不同的用戶分配若干不同的正交頻率子載波來共享無線信道。在OFDMA系統中，總頻帶被分成若干個相互正交的子載波，根據用戶需求調度若干個不同的子載波給不同的用戶，每個子載波在同一時間只能供一個用戶使用。4G 系統采用 OFDMA 技術。由于OFDMA系統中的子載波之間是相互正交的，子載波之間的排列更加緊密，因此OFDMA能夠提高頻譜效率和系統容量。OFMDA示意圖如圖1-6所示。