移動(dòng)通信課程多址技術(shù)教學(xué)案例設(shè)計(jì)

【摘要】本文針對(duì)移動(dòng)通信“多址技術(shù)”教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際教學(xué)工作，設(shè)計(jì)淺顯易懂的教學(xué)案例，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，期望取得良好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】移動(dòng)通信 ?多址技術(shù) ?案例設(shè)計(jì)

【中圖分類(lèi)號(hào)】TN929.5-4;G712 ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2020）02-0238-02

1.引言

移動(dòng)通信技術(shù)課程是通信工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課，具有起點(diǎn)高、多交叉、覆蓋廣、更新快且實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)。許多知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容抽象，難以理解，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。本文結(jié)合教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)移動(dòng)通信課程中“多址技術(shù)”知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)教學(xué)案例，將抽象枯燥的理論化解為生動(dòng)易懂的實(shí)例，便于學(xué)生理解。

2.案例設(shè)計(jì)

通信的基礎(chǔ)是通過(guò)信道傳輸符號(hào)。大量的手機(jī)要通過(guò)信道傳輸符號(hào)，就好比大量的車(chē)輛跑一條道路一樣。避免擁塞、碰撞的技術(shù)就是多址技術(shù)。通信系統(tǒng)常見(jiàn)的多址技術(shù)有頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）。

直觀(guān)簡(jiǎn)單的方法是FDMA。把頻段劃分為一些子頻段，每個(gè)用戶(hù)只能在子頻段上傳輸符號(hào)。這就好比把一條大路分隔成幾個(gè)車(chē)道，每輛車(chē)只能沿一條車(chē)道行駛。這種方式的主要弊端是子頻段之間必須留有隔離帶。因?yàn)楦綦x帶內(nèi)的信號(hào)，會(huì)對(duì)子頻段內(nèi)的信號(hào)形成干擾，所以隔離帶不能用來(lái)傳輸符號(hào)，這就造成了資源的浪費(fèi)。第一代移動(dòng)通信（1G）采樣的就是這種體制。

第二代移動(dòng)通信（2G）采用了TDMA。將時(shí)間分為4.62毫秒的幀，每幀再分為8個(gè)時(shí)隙。A手機(jī)以正常速率發(fā)送符號(hào)，手機(jī)先將這個(gè)正常速率的符號(hào)存儲(chǔ)起來(lái)，當(dāng)分配給A手機(jī)的時(shí)隙到來(lái)時(shí)，手機(jī)以8倍的速率在“1”時(shí)隙內(nèi)“突發(fā)”完所有已經(jīng)存儲(chǔ)的符號(hào)，在后面2、3、4、5、6、7、0時(shí)隙到來(lái)時(shí)，A手機(jī)只是存儲(chǔ)而不發(fā)送符號(hào)，等到下一幀的“1”時(shí)隙到來(lái)時(shí)，它再以8倍的碼速“突發(fā)”，然后再存儲(chǔ)，再“突發(fā)”，……。與A手機(jī)通信的B手機(jī)必須同步地跟蹤A手機(jī)的突發(fā)時(shí)隙，也以8倍的速率在每一個(gè)時(shí)隙內(nèi)接收完全部符號(hào)，存儲(chǔ)在手機(jī)里，然后以正常速率播放，然后再接收存儲(chǔ)、播放，……。對(duì)于A(yíng)手機(jī)和B手機(jī)的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，他們感覺(jué)上都是以正常語(yǔ)速通信，根本不知道A手機(jī)經(jīng)過(guò)了“緩存——突發(fā)”，B手機(jī)也經(jīng)過(guò)了“緩存——稀釋”的過(guò)程。其他手機(jī)占用另外的時(shí)隙進(jìn)行同樣的通信，以達(dá)到互不干擾的目的。

第三代移動(dòng)通信則采用CDMA。CDMA體制既不劃分子頻段，也不劃分時(shí)隙，將所有頻率和時(shí)間讓用戶(hù)共享，也就是說(shuō)，所有用戶(hù)既可以使用相同的頻率，也可以同時(shí)發(fā)送符號(hào)。這樣豈不是大亂了嗎？CDMA又是如何避免擁塞和碰撞，仍然保持交通流暢的呢？Walsh函數(shù)起到了關(guān)鍵作用。

第一，Walsh序列的符號(hào)只有“1”和“-1”兩種，與數(shù)字通信采用的二進(jìn)制相契合。第二，Walsh序列兩兩互乘都等于零，其三，Walsh序列自乘都等于1。以上就是Walsh序列的正交性。

假設(shè)有A、B、C和D 共4個(gè)用戶(hù)，他們同時(shí)、同頻率發(fā)送的符號(hào)序列分別是SA、SB、SC和SD，那么，在不進(jìn)行任何隔離的信道里面?zhèn)鬏敚瑐鬏數(shù)木褪腔殳B的符號(hào)序列，沒(méi)有人能夠識(shí)別它們。如果利用Walsh序列，情況就不同了。在用戶(hù)在發(fā)送碼序列之前，先乘以Walsh序列，然后再送去信道里面?zhèn)鬏敚詈罄肳alsh序列的正交性，就可以將碼序列分揀出來(lái)。

這有點(diǎn)像一個(gè)古老的游戲：我給你一張寫(xiě)滿(mǎn)字母的紙，別人不知道紙上寫(xiě)的是啥內(nèi)容。但是，我已經(jīng)事先給你一張同樣大小的紙，這張紙上沒(méi)有字母，只是一系列小孔，用布有小孔的紙與寫(xiě)滿(mǎn)字母的紙重合，通過(guò)小孔就可以讀到真實(shí)內(nèi)容。這布有小孔的紙就像Walsh序列，它屏蔽了不需要的內(nèi)容，分揀出了需要的內(nèi)容。

通過(guò)上述案例設(shè)計(jì)并結(jié)合講解，學(xué)生普遍反應(yīng)良好，枯燥抽象的“多址技術(shù)”變得淺顯易懂了。

3.總結(jié)

本文結(jié)合《移動(dòng)通信》課程中“多址技術(shù)”知識(shí)點(diǎn)的特點(diǎn)，分析了教學(xué)當(dāng)中出現(xiàn)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了生動(dòng)有趣的案例，達(dá)到了較好的教學(xué)效果。但移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展迅速，新技術(shù)不斷出現(xiàn)，教學(xué)改革也需要不斷探討，案例設(shè)計(jì)也要不斷更新優(yōu)化。

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作者簡(jiǎn)介：

潘子宇（1984-），男，江蘇姜堰人，南京工程學(xué)院信息與通信工程學(xué)院教師，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師。主要從事移動(dòng)通信、Matlab/Simulink通信仿真設(shè)計(jì)等方面的教學(xué)工作。