Division Multiple Access（分多址）——移动通信系统变革之源

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移动通信系统被人为的分成了1G、2G、3G、……。如果更仔细的观察不同移动通信系统的关键特点（有的就在名称中体现），我们会发现一些共有的东西。

　　FDMA
　　TDMA
　　CDMA
　　SCDMA
　　SDMA
　　WCDMA
　　TD-SCDMA

　　共有什么呢？三个字母“DMA”，如果把这些缩略语解释出来，这三个字母就是“Division Multiplex Access”，中文叫“分多址”，频分多址、时分多址、空分多址、码分多址、正交频分多址、……。几乎所有的移动通信系统都是拿“分多址”的方式来做区分的。

　　大道至简。

　　其实，解析“Division Multiplex Access”，还是要先把这三个词拆开，Division是分隔，Multiplex是复用，Access是接入——也就是“址”。接入是目的，分隔是手段，而复用充当了连接目的和手段的桥梁。

　　复用是将多个同时发生的通信信息合并到一个电路或频段，“复用接入”就是通信信息合并到一个电路或频段，但同时又能区分出不同终端的通信信息。如果只是霸王硬上弓，直接复用之后接入就会搞砸，因为直接的复用结果就是干扰，在通信的通道里，这些个干扰再加上其他乱七八糟的噪音，哪个终端也择不出来，多个通信合到一起就是谁也通信不了。把一堆人放一个房间里，然后各说各话，声音很大，通话双方距离都是随机的，结果就是大家听到的声音类似于一群犀牛在跑，谁也听不明白。但如果所有通信和信息传输不复用，任何两两通信都是独立的，那对线路资源的浪费就是平方级别，这对于规模化的大生产就是灾难。于是人们理所当然的想出了很多招数，既实现复用接入，又能把每个通信择出来，是为“分多址”。

　　如果是固定通信，那就是天生的空分多址，多个固定终端用电话线被分隔开，最后复用到一个接线盒中，接线盒就是个复用器，将多路电话复用到一根电缆或光缆中，再通到交换机，实现程控交换。

　　移动通信的特点是媒介很特别，不是封闭的线，而是开放的空气。移动通信如何实现分多址呢？

Ø 时分多址（TDMA）

　　通信空间是四维空间，人们想到了把时间切成片，同时分给多个终端。但是我们通话都是连续的，就是多个正弦波的跌加，把这个波切碎了分开了，再掺上别人的波，这还能择开嘛？奈奎斯特抽样准则救了时分多址：不需要抽样无穷而只需要以带宽2倍以上的速率抽样即可恢复信号。当抽头是离散时，就出现了缝隙（这个缝隙还很大），之后就可以利用这个空隙来抽样其他的信号，用《庄子》的话讲叫“以无厚入有间”。这样在整个时间段内就可以把其分成N多时间缝隙（简称时隙），然后每个时隙为某终端传一路信息，依旧能确保无损恢复。

Ø 频分多址（FDMA）

　　频分多址的概念很简单。时间都能切成时隙分了，那通过调制这种高招，也可以把每个终端的通信调制到不同的频率上，让不同地址的用户占用不同的频率（也叫载波），就不会出现干扰。在更高的射频波频段可是从几十MHz到几十GHz，通过把低频的话音、图像、数据调制到射频波频段，再把它分成成千上万路载波。

Ø 空分多址（SDMA）

　　电磁波在空中传递，人们又看上了空间，能不能利用空间就把终端给分开？智能天线，给通话的人专门提供一个很窄的天线波束，设想一下，如果这个波束窄到像跟线一样，就有点像固定通话的电话线了。这样通过空分降低干扰，反过来说就是为了网络容量提供了增益。所以说，移动通信的空分多址跟天线很相关，天线技术没有突破，空分就是空谈。

Ø 码分多址（CDMA）

　　这是个神奇的发明，即不切时间、也不切频率、还不切空间。让每个终端的通信信息用相互正交的码来区分。这让我想起了一个事：我夫人是江苏人，她说当地话我根本听不懂，设想在这样一个环境里我对张三说 “我没说他拿了你的钱”，我说普通话、她在旁边说另外一句江苏话，张三只能听懂普通话，那么张三能听懂我说的，江苏话的干扰就跟外边马路上汽车跑的噪音一样，不影响理解。但如果她说了另外一句普通话，声音还都挺大，那张三估计就听不清谁说啥了。普通话跟江苏话就是正交的扩频码，这就是码分多址。

　　估计高通公司发明码分多址团队的每个人都是地方口音很重的人，要不怎么能迸发出这种匪夷所思的火花来。

　　当然，真正的码分多址是拿一个相互正交的扩频码跟信息相乘，把信息扩频，按香农公式的推导，扩频以后就产生了增益。这个原理在很多书都讲了N遍了，不多说了。

　　移动通信网络技术几乎都是以“分多址”技术为核心，原因在于分多址技术的任何一次变革和创新，都能够在数量级上提升频谱效率（或称频谱利用率），在有限的频谱资源内能够大幅度提升容量。而反过来，移动通信网络的辈份划分的一个主要依据就是频谱效率（或称频谱利用率）。

　　（频谱利用率：指每单位的频谱能够支持多少数据能力， bps/Hz，但是且慢，移动通信的特点是频谱可以在多个空间重复使用，把移动网络分成小区、蜂窝就是以此为目的的，因此移动通信的频谱利用率不同于卫星、广播，必须将其确定为单位面积内的频谱效率才有意义，因此一般单位取为 bps/Hz/cell）

TD-SCDMA是个最综合的“分多址”系统，这个名字看上去就很好很强大，包含了TDMA、SDMA和CDMA，实际由于一个载波的带宽为1.6MHz，一个频带可以放不少载波，因此还隐含了FDMA，能想到的都用上了。一个规划工程师必须了解关于TD时隙的原理，才能配置好上下行时隙；必须了解智能天线的工作原理，才能计算其赋形增益；必须了解其多频点的特性，才能进行频率规划.