基站是如何区分不同手机信号的呢时分与频分多址技术详细介绍

思考这样一个问题，同一个基站(信号塔)覆盖范围内，大家都在玩手机，那么这个基站是如何区分不同手机信号呢？怎么区别这是张三女朋友电话，还是李四的追剧？

图1 不同用户同时接入网络

本文将从频率开始介绍，逐步过渡多频分与时分多址技术。主要内容有：

频率资源

FDMA

TDMA

GSM的多址技术

多址技术(Multiple Access)

我们知道，大自然中从无线电、自然可见光线到X射线，都有一定的频率范围。先从一个基本的公式说起：

图2 频率与波长公式

光速=波长*频率，光速值是固定的，所以频率越高，波长越短。

想想同学们身边的通信技术，要么通过有线，要么通过无线传播，即有线通信与无线通信。通过有线传输，自然不必多说。平时上网用的网线，叫做双绞线，就是一种常见的有线传输介质，现在的5类双绞线传输速率可以达到100Mbps。

图3 有线与无线通信

如果把有线介质换成光纤，在实验室里面测试，单模光纤最大速率可以达到26Tbps，这是我们网线速率的将近3万倍。

图4 光纤，尾纤

我们的平常所说的无线通信，实际上是指利用电磁波进行通信。

电磁波的频率有大有小，比如说频率高的Gamma射线，具有杀死细胞的能力，用于医疗。而我们用于无线通信的频率，从图5可以看出，主要集中在微波Microwave和无线Radio wave波段。

频率资源非常有限。

图5 频率谱

在无线通信领域内，多个用户同时通过一个基站和其他用户进行通信时，很明显为了不相互之间“干扰”，有必要对不同的用户的进行区分？怎么区分呢？

通过频率、时间和码来区分。

频率区分就是FDMA(frequency division multiple access)，Access不是地址，而是接入的意思。通过频率frequency，区分division，多个用户multiple，接入access网络的技术。

时间区分就是TDMA，码区分就是CDMA，还有4G/5G使用的OFDMA技术。

这些都是成熟的多址技术。多址技术在无线通信领域中异常重要，我们的移动通信的第一代技术1G，使用的是FDMA技术，2G使用了TDMA技术，3G时代使用 了CDMA技术，4G时代使用了OFDMA技术。

图6 1G-5G通信技术

FDMA

频分多址技术，就是给小王同学、小李同学分配不同的通信频率，比如图7中所示。小李同学使用频率2，小王同学使用频率1。这样小王和小李，就可以在同一时间段一起通信了，互相不干扰。

图7 频分多址技术

普遍的说，不同的用户，占用不同的频率段，这些频率段互相不影响，可以实现多个用户同时接入网络。正如车道一样，你走你的，我走我的。

图8 不同用户使用不同的频率

在实际的卫星CBAND通信中，总带宽为500MHZ，就是说总共能给使用的带宽是500M，然后我们把它进行切割，分成24个小块，或者叫做24个信道CHannel，每个信道的带宽为40MHz(36MHz可用的，预留4MHz作为相邻两个信道的过度保护带)。这样可以实现同时满足24位用户通信。

图9 卫星CBAND

TDMA

时分多址Time Division Multiple Access，顾名思义，就是切割时间。文章前面也说了，频率资源是有限的，在这有限的频率资源内，我们必须尽可能的提高它的利用率。

而且，为了获得高传输速率，尽可能的要用大带宽。

如果同样的一段频率，小王同学和小李同学都在同一时间去使用，必然会相互之间干扰。那么简单啊？只要在时间上划分不就可以了，小王同学你晚上用，小李同学你早上用。虽然都是用同一段频谱，但是时间不一样，也可以实现相互不影响。

这就是TDMA的思想。图10中，一段2.5KHz的频谱，有两个用户在使用，这两个用户都完全占用了这段频率，只是在时间轴上按照1-2-1-2这样的顺序，轮流“坐庄”。

图10 TDMA

我们一般把时间上划分的小块，叫做时隙Slot。

总结

CDMA与OFDMA多址方式相对比较复杂，将单独介绍。

在通信系统中，经常是多种多址方式组合在一起，时间轴上划分时隙，同时频率轴上也进行划分，这样实现了更多的用户同时接入，提升了网络容量。

比如说我们的GSM通信技术，就是使用了TDMA+FDMA结合，总共有25MHz的带宽，划分成124个小块，每个小块频率范围是200KHz。对应在时间轴上，每个200KHz对应8个时隙。

图11 GSM频率与时隙划分

可以这样粗略的推断，GSM的一个200Khz载波上，可以同时准许8个用户电话。实际的GSM系统是，还要预留部分信道用于传输控制信令，再考虑HR半速率，实际的系统中用户数会有变化。

补充：

同学们可能也经常听说“复用”的概念，复用和多址如果不是很较真的，初学者可以认为是一个意思，就是在资源有限的情况下，如何高效利用资源。如果硬是要区别，多址肯定要复用，不同的用户肯定先要占用不同的资源，才能区分；但是复用不一定要多址，因为我一个用户同时占用多个资源，这也叫资源复用。