2oo5年第 9期 (总第 83期 l No．9，2005
(Cumulatively No．83'
多址通信技术及其应用
李向辉。李晓辉
(湖南科技大学，湖南 湘潭 411201)
【摘 要1新一代无线通信 系统要求大容量、高速率、综合业务、适用于各种环境。在大、中型通信网中，众多的
通信 台、站利用 同一颗卫星(或几颗卫星)的一 个(或几个)信道 的转发 器复 用方式 ，实现相互之 间的长距 离、大范
围的多址通信。这种通信方式 ，既不受地域 的限制 ，又不受 气候的影响 ，十分方便 、灵活，又便于通信保密。
【关键词】频分多址；时分多址；码分多址；空分多址
【中图分类号】TN918 【文献标识码】A
多址通信 ．就 是通信 网中各个通信 台 、站利用 同
一 指定射频信道 ．进行相互间的多址通信 。
最典型的多址通信方式是卫星通信。在卫星通信
中．多址通信技术就是指通信 网中每个地 面站利用 同
一 颗卫星的信道(譬如一个 转发器 的信 道 )进行多边
通信 。所 以多址通信实质上就是各地面站对一个转发
器 的复用方式。
多址通信 。按分 配方式分 ，粗 分有预分配制 多址
(Preassigned Multiple Aeees．简称 PMA)和按需分配制
多 址 (Demand assignment Multiple Access．简 称
DAMA)两种。预分配 制多址方式 ，是将有关两站间需
要 的线路 ．预 先分配 成 固定的 (也 是相 对的 )专 用线
路 ．只供该两地 面站间使用 ，又分 为固定预分 配多址
和时 间预分配多址等几 种方式 。按需分配制 多址方
式 ．是有关地面站需 要通信 时 ，临时分配给线路 进行
通信 ，当通信结束 ，此线路立 即撤销 。显然 ，按需 分配
制可以充分地发挥线路的利用率。按需分配多址又分
为接收站可变多 址 、发 送站可 变多址 、全可变多址 等
多种方式 。
多址通信 ．按复 用方 式分 ，主要有频分多址 、时分
多址 、码分多址和空分多址等四种。上述这些多址技
术的实现都是基于对信号的某种参量(从广义上讲)，
例如频率 、时间、波型(或码 型)和空 间，进行一定 的分
割和识别 ．以达到多址 通信 的 目的 ，下面将上述 四种
多址方式分别进行介 绍。
一
、频分 多址 (Frequency Division Multi-
pie Access．简称 FDMA)
各地面使用不 同的载频 (即将卫星转发器分成互
不重叠的若干个频 带)所 构成 的多址通信信道 ，称之
为频分多址 。又分为简单 的频分多址和数字式的频分
多址。
简单 的频分多址方式 是 由 n个 地面站组 成卫星
通信 网。其中 ．每站 的多路信号按频分 复用方式组成
群频 ．然后对射频进行频率调制 。各站所用 的载波频
率互不相同 ．分别在一个转发器的指定频带 内占有相
应 的位置 ，使各站信号的频谱互不重叠地共用一个转
【文章编号】1008—1151(2005)09-0025—03
发器 的频带 W。这种通信方式在卫星通信 中得到 了比
较多地使用，因为它的优点是技术成熟，设备非常简
单 。它的主要缺点有 两点 ：
(一 )行波管用作射频功率放大器 时，在饱和工作
点 附近 。它的射频效率最高。因此实际运用时 ，常常让
它在饱和点附近工作，它成了一个非线性器件，输入
的是各载频分量 f1、f2⋯⋯fn之和的信号 ，输出的信
号中却产生了mfi+mj形成的许多新频率．既造成了
交扰调制干扰，形成了高调噪波和串音干扰 ，又浪费
了卫星电源的功率 。为了避开比较严重的干扰频率 ．
有些频 带就不得不禁用 ，这又造成 卫星频带的浪费 ，
同时也会发生强者抑制弱者的现象。为了防止强者 抑
制弱者 的现象 。就要求各地面站对发射信 号的功率进
行严格控制．而这在实际操作时是不方便的，这种通
信方式特别 不适合 发射 功率不 同的大小 地面站的兼
容。由于存在交调 问题 ，在 系统设计时 ，频率 的分配往
往 比较麻烦 。
(二 )在多载频 同时工作的情况下 ，由于存 在交调
干扰 问题 ．转发器的有效信道数量急剧下降。有时甚
至使信道的利用率仅达 50％，当全是小容量地面站进
行 通信 时．这个效率还会进一步降低 。
数字式 的频分 多址 又分为斯派德 (SPADE方式和
每 载波 单信道 (SCPC)方式 。斯派德方式 ，是“每话路
一 个载波——脉码调制——披 需分配——频分多址
方式”的简称 。它是在国际范围内投入商用的第一种
全数字按需分配话音通信网络。斯派德系统是解决小
容量线路充分利用卫星功率和线路利用率的一种有
效方式 。以 36MHz宽波束转发器为例 ，斯派德方式具
有 以下特点 ：每个载波 的容量只有一路话音信号 ；整
个转发器等间隔地安排 了 800个载频 ，即 800个单话
路信道 ．这些信道是各站公用 的 ，采用按需分配方式 ；
对话路进行脉码调制(PCM)，并用移相键控发射 ，因
而抗 干扰性 能强 ：采用话 音控制技术 。仅在有话音 信
号时才发射载波 ．提高了卫星发射功率 的利用率 ；线
路的分配是 由地面站 自行安排 的。由于斯派德方式具
有 以上特点 ．从 而可以看 出这种方式具有下列优点 ：
【收稿日期】2005—07-11
【作者简介】李向辉(1965一)，男，湖南湘潭人，供职于湖南科技大学商学院，研究方向：工商管理。
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线路 的选择不是 由主控站去控制 ，而是 A己选择 ，因
此 当一个地面站出故障时 ．不会对整个通信 系统造成
影 响；由于各 地面站 的时差 ，使 电话通话 的峰值分散
了．提高了卫星线路的实际利用率：即使对通的地面
站增 加了 ．也不 必增加现有 站的设备 ：增设本 站 的线
路 时．只需增设 信道装置 的部分设备 ．不 必更 换本站
设备 。
每载波 单信道 (SCPC)的全 称是 脉码 调制，移相
键控 每载波单 信道 (PCM／PSK SCPC)，它实质 上是
SPADE方式的一种预分 配制的应用 ，它具有 提供 优
良质量的高速数据传输和话音线路的能力 。SCPC的
设备基本上与 SPADE设备相同 ，只要从 SPADE终端
机中将按需 分配信号 的转 换装置及 中频分配 系统 和
联络线路拆掉 ，并把它们重新装配成一个完备面独立
的终端机 即可 。SCPC可以采用和 SPADE相 同的转发
器 ．因为两者都采用 同样的通道 间隔 、每载波功率 和
调制方法 。但是 SCPC需 要增加一个前 向纠错编译码
器和一个 错乱器，反错乱 器 。已广 泛使用 过的 PCM，
PsK．SCPC可传输 48、50和 56k bit／s的数据速率 。此
外 ．还 有一种 AM／PSK SCPC，它采用 3／4码率 的卷 积
码 ，速率为 32k bit／s，在 C／N值低时能传输相当好的
语 言。
二、时分多址 (Time Division Multiple Ac—
cess。简称 TDMA)
时分 多址就是各 站发射的信号 在转发器 内在 时
间上是互不重重叠 的．即每个时刻始终只有一个地面
站 的信号通过转发 器。与频分多址方式相 比，这种技
术 主要具 有下列几个 方面的优点 ：避免 了交 调的产
生 ．充分利用 了卫星功率 和卫 星频 带 ；各地面 站的发
射功率无需精确调整 到相等 同，不会产生强信号抑制
弱信 号的现象 ，因而大小站 易于兼 容 ；易 于根 据业 务
量 的变化 重新划定 时隙或分帧长度 来改变地 面站 的
容量 ．因而更适应按 需分配 的工作 方式 ；采用 数字化
话音 插空技术可进一步提高系统容量 ；地面站的容量
可以很简单地适应瞬时业务量 的大小 。时分多址通信
也存在一些缺点 ，其中最主要的是这 种系统要求 各站
之间在时 间上保 持严格 的同步 ，包 括载波 同步 、定时
同步以及 子帧 同步 。实现这些同步的技术 比较复杂 。
TDMA的工作流程是这样的：各站的话音信号首先经
过数字化处理 ，然后在群频信道上按 时分方式 复用起
来．再对载频 f作移相键控，最后，受同步系统的控制
分别 在ATk’时段 内发射给卫星 。T是各站信号发射
时间的总和 ，称为 帧周期 ，或简称为帧 ，每帧 内含 K个
子帧。帧周期通常取为 125 (对 应于 8KHz的取样
频率 )或 1251xS的某个倍数 。在时分卫 星通信中 ，各 站
的载频可以相同。任何站的时分多路复用信号，按其
所需送往的站名的不同 ．以一定的分配信道 的规律 ，
分用 △Tk’中不 同的时段 。例如 ，按最简单 的分配规
律 ．以第 1#站为例 ：1#一 ，1#一3#⋯⋯ 1#一K#的信
号依次安排 在一个子 帧的时间之 内．其它各站也作类
似的相应安排。这种规律称为卫星信 道的预分配。对
于某一站来说 ．如 要与其他任 何站通信 ，就一方 面在
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本站子帧的某个时段发出给对方的信号 ．另一方面可
在对方站 的子帧 内相 应的 时段 接收对 方发给 自己的
信号 ，从而建立 了双向通信。
为了提高 TDMA系统效率 ，增加容量 ，在工作过
程中 ，对 各站子 帧进行缩短 或加 长 ，把 不需要 的通信
能力暂 时用 到需要 的地方 。
每一个帧都有一个报头 ，其后 安排该 站至其它各
站的数字化话音信息。报头一般由以下几部分组成 ：
(一 )保护时间——它是一段 时间空隙 ，用 以作为
各子帧同步不准确时的保护段 ，以免各子帧互相重叠 ；
(二 )载波和 定时恢复 时间—— 用作供收方恢复载
波和定时 同步信息的时间 ．载波和定时 同步信息是移
相键控信号解调所 必须 的 ：
(三)独特码—— 独特码时间 的作用有二个 ：一是
作为本子帧数字化话音信息起始时 间的标志 ；二是作
为本站站名的标志 ：
(四)测量控制—— 用来进行接收信道 的测量 ，并
标明信道分 配的规律和指令 ：
(五 )勤务 时间—— 是各站机务人员的通信 时间。
时分方式 的一切 同步功能 和动作指令都 在报头
中作 了规定 ，因此 ，收信 时首先就要收译报头 ，根据报
头指令 才能正确解调信 号，并正确地选 出与本站有关
的信 号。
时分多址的具体方式很多，它们各有其优缺点，
各有其用途 。
三、码分多址 (Code Division Multiple Ac—
cess，简称 CDMA)
码分多址的特征是 ：各站所发的信号往往使用整
个转发器频带 ．而发射 的时间任意。因此 ，各站所发信
号 ．在时间上 、频率上都可能互相重叠 ，信号的分割是
根据它 的在码型(波型 )结构上 的正交性来实现。对某
站发 出的某个信号 ．只有与之相匹配的接收机能够检
测到它，而其它接收机将对它不起任何反应。码分多
址方式的基本 调制 方法 是频谱展宽调制 ，即发射信 号
所 占带宽比基带信 息大几十倍甚至上百倍 ，所 以码 分
多址又称频谱展宽多址 。
码分多址 的主要优 点是 ：由于信 号在编码 变换后
其频带展 宽了 ．抗 干扰能 力加强 了；恢 复信号 的设备
比较简单 ．通信 的接续相 当机动灵 活 ，只要同时通信
的用户不超过界 限(这个界 限由互干 扰决 定)，任一通
信站的加入或退 出都 十分方 便 ；当同时通信 的站数减
少时 ，通信质量会 自动提高 ；保密性能好。
码分多址也有其缺点 ：传输数据速率较低 ．不能充
分利用频带：需要对上行功率进行控制 ．否则某些站会
过多地使用卫星输出功率 ：收发方之间需要 同步。
码分多址 的频谱展宽调制 主要有 两种方式 ，一种
是噪声展宽频谱 ．另一种是跳频展宽频谱 。码分多址
方 式在军事通仪中应用较多。
四、空分多址(Space Division Multiple AC-
cess简称 SDMA)
空分多址就是 多个地面 站利用天线 的方 向性来
分割信 号。各站发出的射频信 号在时间上、频带上都
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可以相同，但它们在卫星上不会混淆。这是因为不同
站 的信号将瞄准不同的卫星点波束天线 ，利用多个 点
波束天线对信号的空间参量作正交分割，即信号在卫
星转发器天线阵空间内位于不同的方位。在卫星上．
则根据各站的要发往的方向，即时地把这些信号分别
转接至相应的卫星发射天线 ，地面站通过方位选择方
窄波束天线就可只收对方站的信号。在这种空分系统
中．卫星具有类似于 自动交换机 的作用 ．所以有“空 中
交换站”之称 。
由于各站的射频信号在空间上互不重叠 ，因此各
站射频信号的频率和时间即使相同也不会互相干扰。
这样 ，同样的频带就可以容纳更多的用户 ，起 到了“频
率再用”(即多次运用 同一频率 )的效果。这在卫星频
带严重不足而卫 星功率 富裕 的场合 ，可以成倍地扩展
通信容量。
SDMA 制 有 FDMA——SDMA与 TDMA—SDMA
两种。采用 FDMA—SDMA时，卫星必须准备为各种规
格 的、数量很多 的多址载波进行滤波和频率交换 ．这
样 ．卫星转 发器 的重量和功率 消耗就成 了一个难题 ．
并且由于行波管效率 的损失 ，频分多址比时分多址的
效率还要差 。
TDMA—SDMA 的基本 类型有两 种 ．一 种 叫“转 发
器转换”式(Transponder Switching)．另一种叫“波束转
换”式 (Beam Switching)。还有一种 叫“混合 的卫 星转
换时分多址 ”(Hybrid—SS—TDMA)，它是 上述 两种 基本
类型的混合形式。这种型式通信的基本原理是：来 自
多个地 面站 的上行线 路的 TDMA帧 ，在卫星上按 时间
转换 ，重新 编成发 向各地 面站 的下行 线路的帧 ，这样
就实现了多址通信。在卫星内，通过时分开关矩阵回
路把各地面站发来的时分多址信号重新编排。把所有
上行线路 中发 向同一 地面站 的时分多址信 号编成一
个新的下行线路的时分多址的一帧．然后用控制信号
去控制卫星转发的信道的转换开关，使它接通对应于
指定地面站的窄波束天线和放大器，这样 ．下行的时
分多址信号就经下变频和放大后转分下来。在地面站
内，把时分多址信号解调，取出信号和同步信号．再通
过控制单元 ，使在指定分帧 内把信号送到对应 用户的
脉码调 制译码器 。
空分多址方式必须有好几个同步过程 ：首先是
每个 地区站发 到其它各 站去 的上 行线路 时分多址信
号 ，进入卫星时必须保持各分帧之 间的同步。其次是
卫 星转 换开关 必须分别与 上行时分 多址及下 行时分
多址帧保持严格同步。具体方法是选择某一天线波
束 内的一个地 面站 作为整个 系统 的基准站 ．该基准
站单独地向卫星发射同步脉冲信号，并去控制卫星
上的基准振荡器所产生的时钟信号．这个时钟信号
又去控制卫星信道转换开关电路的同步触发脉冲，
使它与 基准站 的同步脉 冲信号之 间保持一 个正确 的
相位关系，从而就能在对应的上行与下行时分多址
帧 内分 别接通对应 的接 收与发射 天线 ，实现 了整个
系统的帧同步。第三个同步过程是每个站的移相键
控调制与解 调必须与 发射的时分 复用及 接收 的时 分
复用每一分帧相同步。
与其它多址技术相 比较 ，空分多址技术 的优点是
可以使卫 星通信 的容量大大增加 ，但卫星转换 电路 比
较 复杂 ，而且必 须装设能产生多个点波束的天线。
【参考文献】
[1】张禄林．无线通信网：军用、商用和在研系统之
比较Ⅱ】．现代军事通信，1999，(4)、
[2】陈显治、现代通信技术[M】．北京：电子工业出版
社 ．2001．
(上接第 28页)能降低 50％的网络成本。在提供 II)业
务时能够确保 QoS和安全性，并具有流量工程能力。
另外 ，采用更快包转发速率 的路 由器和更宽 的带
宽也是解决 II)网络 QoS的措施。更宽的带宽就是经
常听到的“带宽保障QoS措施”，如中国电信、网通等
运 营商采用 的 IP语音传输 业务 网与 Internet业 务网
隔离的方式 ．为 IP语音传输业务提供 了较为充分的
带宽预 留。
(四)网络传输模块
在该模块中包含两个方 面：一是 网络传输控 制协
议，它是保证语音信息分组在网络中的可靠传输；二
是实时传输控制协议 ，它是满足 II)语音传输 的实时
性要求 的．
网络传输 的控制协议有两种：面向连接的 TCP协
议和无连接的 UDP协议。由于 TCP的流控和差错恢复
机制会产生明显的时延和抖动 ，不适合作为传输层控制
协议 ．所 以语音再 IP网络上传输采用 UDP／IP协议。
实 时传输 RTP协议提供 端到端的包括语音数据
在 内的实时数据传输业务 。它通 常运行在 UDP协议
之上，两者共同完成传输层协议控制功能 。RTP协议
单元 由数据 (DATA)和传 输控制 (RTCP)两部 分组成 ，
传输控 制部分 RTCP，它 为数 据包提供可靠 的按顺序
传送的传送 机制 ，同时也提供 流量 控制或拥 塞控制。
在承载语音数据 的 rI)协议数据单元 中 ．话音净荷
通 常都 很 短 ．IP、UDP和 rI)报 头都 按 最 小 长 度计
算．同时在多路复用技术的支持下就能够最大限度的
提高实时语音信息的传输效率。
三、发展方向
虽然现 阶段 的 IP语音传 输技术还不完 善 ，还存
在 着诸如服务质量、网络安全 、运营管理 等方面 的问
题 ．但 这些因素并没有 阻碍它 的发展 ，反而成 为其发
展的推动因素。各大电信运营商和技术支持商都在不
断的对 IP语音传输技术进行探索研究．随着 NGN(下
一 代网络)的核心技术一软交换技术的发展，成熟，IP
语音 传输技术将 会跃上一个 全新 的业 务发展平 台 。
届 时的 IP语音 传输 网络将会 以优 质的服务 、低廉的
价格 、可靠 的运 营管理为用户提供包括 语音 、视频 、数
据和多媒体消息等在内的多种基本业务服务和相关
增值业务 服务 ，真正 意义 上实现“三 网合一 ，归 于 IP，，
的发展宗 旨。
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