1.3 双工技术和多址技术

移动通信技术里的双工技术是用于区分用户上行和下行信号的方式。上行信号是指移动台发给基站的信号，下行信号是指基站发给移动台的信号。双工技术主要包含TDD和FDD两种。

当把多个用户接入一个公共的传输媒质以实现相互间的通信时，需要给每个用户的信号赋予不同的特征，以区分不同的用户，这种技术即为多址技术。

1.3.1 双工技术

对于FDD，系统发送和接收数据使用不同的频段，在上行和下行频率之间有双工间隔。GSM、CDMA 2000、WCDMA等系统都是典型的FDD系统。而对于TDD，系统的发送和接收使用相同的频段，上、下行数据发送时在时间上错开。通过在不同时隙发送上、下行数据，可有效避免上、下行干扰。TD-SCDMA就是TDD系统。

FDD和TDD技术有各自的特点与优势。

（1）TDD系统便于进行信道估计。对于TDD技术，只要基站和移动台之间的上、下行时间间隔不大，小于信道相干时间，就可以简单地根据接收信号估计收、发信道特征。这一特点使得采用TDD方式的移动通信体制在功率控制及智能天线技术的使用方面有明显的优势。而对于FDD技术，通常上、下行频率间隔远远大于信道相干带宽，几乎无法利用上行信号估计下行信道，也无法用下行信号估计上行信道。

（2）FDD系统硬件实现简单。对于FDD技术，由于基站的接收和发送使用不同射频单元，且有收发隔离，因此使得系统的设计、实现相对简单。而对于TDD技术，射频单元在发射和接收时分时隙进行，因此， TDD的射频模块里要配置一个收发开关。

（3）TDD系统更适合支持非对称业务。对非对称业务而言，TDD技术可以灵活设置上、下行的转换时刻，可用于实现不对称的上行和下行业务带宽，有利于实现明显上、下行不对称的互联网业务。当然，这种转换时刻的设置必须与相邻基站协同进行。因此，在支持非对称业务时，TDD频谱利用率更高。

（4）FDD系统在实现对称业务时，频谱利用率更高。对于对称业务，FDD技术的上行和下行使用不同的频率，因此FDD上、下行间没有干扰。而TDD技术的上行和下行使用相同的频率，为了避免上、下行信号间的干扰，需要在上、下行中间插入一个保护间隔，从而导致FDD在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率将大大降低。

1.3.2 多址技术

无线通信系统中常用的多址技术分为频分多址（Frequency Division Multiple Access，FDMA）、时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）、码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）、空分多址（Space Division Multiple Access，SDMA）和正交频分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）。在实际的移动通信系统中，某一种多址技术可以单独使用，也可以两种或者多种多址技术相结合使用。

（1）FDMA：以传输信号的频率不同来区分信道的接入方式，即为不同的用户分配不同的载波频率来共享无线信道。在FDMA系统中，总频带被分成若干个带宽相等且没有交集的子频带，将不同的子频带分配给不同的用户，每个子频带在同一时间只能供一个用户使用，相邻子频带之间有保护间隔，频带之间无明显的干扰。一个子频带相当于一个信道，从基站发送到移动台的信号在前向信道上传输，而从移动台发送到基站的信号在反向信道上传输。频分多址技术比较成熟，1G系统均采用该技术，但是由于各个用户使用不同频率的信道，所以用户容量受限。FMDA示意图如图1-2所示。

（2）TDMA：以传输信号存在的时间段不同来划分信道的接入方式，即给不同的用户分配不同的时间段以共享无线信道。TDMA 是在一个具有一定宽带的无线载波上把时间分成周期性的帧，每一帧再分成若干时隙，每个时隙就是一个通信信道。然后根据一定的时隙分配原则，使每个用户只能在指定的时隙内发送。2G中的GSM系统在FDMA的基础上还采用了TDMA。对比单纯采用FDMA的系统，在可用频段相同的情况下，TDMA 能够容纳更多的用户。但是时分通信系统需要精确的时间同步，以保证各用户发送的信号不会发生时间上的重叠。TMDA示意图如图1-3所示。

（3）CDMA：以传输信号的码字不同来区分信道的接入方式，即给每个移动用户分配不同的码字。每个用户所分配到的码字是唯一的、互相正交或准正交的，从而实现不同用户的信号在频率、时间上都可以重叠。发送时使用该码字对基带信号进行扩频，接收机使用相关检测器将具有特定码字的用户信号检测出来，与接收机本地产生的码字正交或准正交，从而被消除或大部分被消除，残留的小部分非本用户信号相当于背景噪声。3G系统主要采用CDMA。CDMA可容纳比TDMA系统更多的用户，且具有低功率、软切换、抗干扰能力强等优点。CDMA示意图如图1-4所示。

（4）SDMA：亦称多波束频率复用，即通过在不同方向上使用相同频率的定位天线波束来区分信道的接入方式。该多址方式以天线技术为基础，用点射束天线实现信道复用。理想情况下，它要求天线给每个用户分配一个点波束，这样，根据用户的空间位置就可以区分每个用户的无线信号，从而完成多址的划分。SDMA示意图如图1-5所示。

（5）OFDMA：以相互正交的不同频率子载波来区分信道的接入方式，即为不同的用户分配若干不同的正交频率子载波来共享无线信道。在OFDMA系统中，总频带被分成若干个相互正交的子载波，根据用户需求调度若干个不同的子载波给不同的用户，每个子载波在同一时间只能供一个用户使用。4G 系统采用 OFDMA 技术。由于OFDMA系统中的子载波之间是相互正交的，子载波之间的排列更加紧密，因此OFDMA能够提高频谱效率和系统容量。OFMDA示意图如图1-6所示。