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2017年3月16日 星期四

多重接取(Multiple Access)技術概念整理



多重存取(Multiple Access) 談的是讓很多人共同來使用的資訊通道,而彼此不互相干擾,因此必須以多工技術(multiplex)架構來提供。依方法可分為FDMA、TDMA、CDMA三種。

頻寬可以想像是一個房間空間,有N個人要用

  1. FDMA: 在相同的空間隔出很多的小間,所以N個人可以在同一時段使用 
  2. TDMA: 只要時間錯開, 所以不用隔間。由1個人使用全部空間,用完再換另一個人
  3. CDMA: 不隔間且時間也不必錯開,只要這N個人講不同的語言(spreading code),而互不影響彼此的對話,各自仍然可以分辨出各自不同的語言,不會造成解讀的困擾。CDMA,將不同使用者的資料分別與特定密碼(正交展頻碼)運算以後,再傳送到資料通道,接收端以不同的密碼來分辨要接收的訊號。這種方法必須將數位訊號與密碼進行運算,故只能使用在數位通訊系統中。



「CDMA」的圖片搜尋結果


我們說話的時候,不可能只有一種頻率,而會有高音(高頻)與低音(低頻)的變化;也就是說,我們其實是發出某一個頻率範圍的聲音(聲波)。因此,當我們以高頻電磁波來傳送語音訊號時,不會只用到一個「頻率」,必須使用某一個「頻率範圍」來通話才行。這個可以傳遞訊號的頻率範圍就稱為頻寬(bandwidth),單位和頻率相同為赫茲(Hz)。

通訊時,每一對通訊使用者必須使用「不同的頻率範圍」來通話,因為手機並不會分辨到底是誰和誰在說話,而是接收「某一個頻率範圍」


在通訊設備中,「調變」是指發射端將低頻訊號(聲音)處理成高頻訊號(電磁波)以後,再傳送出去;「解調」則是指接收端將高頻訊號(電磁波)接收以後,還原成低頻訊號(聲音)。

科學家發現聲音傳輸時損耗比較大,容易受到干擾,所以無法傳遞很遠;而電磁波傳輸時損耗較小,不易受到干擾,所以能夠傳遞很遠。例如:人類的聲音頻率約300~3400 Hz,僅能傳遞數百公尺;而FM 收音機的頻率約88~108 MHz,便可傳遞數百公里之遠。因此,聰明的科學家就想到要以高頻的電磁波「載著」低頻的聲音,如此一來就可以傳遞數百公里了,我們稱之為高頻載波技術。  


http://scimonth.blogspot.tw/2014/09/blog-post_3.html



OFDM 調變技術

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 正交分頻多工,是一種高效率的多通道調變解調變技術。利用離散快速傅利葉轉換(FFT)和反快速傅利葉轉換(IFFT)來調變和解調變傳送的訊號。將可使用的頻寬被劃分為多個狹窄的頻帶,資料就可以被平行的在這些頻帶上傳輸。

藉由將原本單一通道切割成若干的子通道,將高速的資料信號轉換成並行的低速的子資料流程,並於子通道上傳輸,可以將更多資料載到子頻道上,有效提昇頻譜利用率(spectrum efficiency),增加系統的資料傳輸量。

(傳輸所要使用的Bandwidth 愈窄,愈容易有機會找到空頻段(White Space)傳, 雖然Bandwidth 小, 傳輸會愈慢。 OFDM 傳輸即由集結一堆小變成大的)


OFDM 是對Radio Frequency 使用上的調變技術 , 可以搭配多使用多工技術,
成為 OFDM/FDMA、OFDM/TDMA、以及OFDM/CDMA



「ofdm」的圖片搜尋結果



「ofdm」的圖片搜尋結果




OFDM 為PHY 調變技術的一種, 使得Channel 之間不需要有guard band 而仍不會影響訊號的接收,如此可以省下的bandwidth , 可用來產生可多傳輸 channel ,加快資料的傳送


「ofdm」的圖片搜尋結果








OFDMA亦是行動式WiMAX (mobile WiMAX, 亦稱IEEE 802.16e)、及4G行動通訊技術(IEEE 802.16m, LTE/LTE-Advanced) 的調變技術。


OFDM 缺點:

高的峰值對均值功率比(High Peak-to-Average Power Ratio)。
因為OFDM是multitone的調變系統, 所以OFDM的每個subcarrier的功率會忽大忽小, 這是根據中央極限定理, 有很多的獨立random variable的組成,會呈現高斯分布, 而這種忽大忽小的power對於amplifier來說, 會造成amplifier所需要操作的線性區間過大, 容易使signal被clip掉, 造成訊號的失真

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