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摘要: 描述了CDMA_OFDM 调制及多模式通信原理， 对其工作特点进行了分析， 并就CDMA 和O FDM 两种调制方式各自的工作原理和工作方式进行了分析比较。 在此基础上， 专门就CDMA 和OFDM 两种调制方式的组合与实现和无线局域网及移动网互连的多模式通信进行了探讨。
关键词: CDMA_OFDM；多模式通信；WLAN；移动网
引 言
CDMA (码分多路) 和O FDM (正交频分多路复用) 都曾经是美国军方在战场上使用的通信技术， 从20 世纪90 年代初起， 开始被引入民用领域并得到迅速而又长足的发展。 其中最典型的代表有: 以CDMA 制式为基础的第2 代以及第3 代(几年后， 即将面市应用) 的手机; 而O FDM 已经在无线局域网(WLAN ) 上得到广泛应用， 并且在第4 代面向无线网络视频高速通信的手机研究开发中，O FDM 技术也成为最热门的关键技术。
CDMA -OFDM 组合调制， 2001 年10 月台湾东华大学的杨庆隆博士曾撰文提出并在理论上分析论述过， 但是他仅仅论述了多载波的CDMA ，没有提到多模式的调制和通信; 在国际4G 手机的多次研究讨论会上尽管也提出了O FDM 与CDMA 兼容的问题， 但是未提出具体方案和设计思想。 文中所提出的， 是这2 种技术相结合的一种调制技术， 以及如何灵活实现多模式的兼容通信。讨论这种新技术之前， 先分析一下CDMA 及OFDM 两者各自的技术特点及优缺点。
CDMA 与OFDM的特点和比较
CDMA 是基于PN 码(伪随机噪声) 的扩频通信， 由于信号频谱的扩展， 因此在通信中， 信号的传输功率很小， 不易干扰别的设备， 而且不易被截获， 具有良好的保密性， 同时由于扩展了频谱， 因此抗频率选择性衰落能力强， 抗多谱勒频移能力强， 当然， 由于PN 码的尖锐自相关特性能消除多径影响， 因而抗多径干扰的能力强， 加上CDMA 又普遍采用了RA KE 分集接收技术， 更增强了抗多径干扰和抗衰落能力。
CDMA 由于采用了同频发射接收， 用PN 码作地址码实现多路通信， 因此在给定的带宽下，CDMA 系统容量取决于PN 码的设计及码域范围， 这也使得CDMA 难以适应高速(> 10M bˆs)无线网络视频通信。此外，直扩(DS) 的CDMA 远近特性不好， 需要双向多环的精密的功率控制。
OFDM 是采用正交频分的多路技术， 由于它可直接用DFT 和IDFT (离散傅里叶正变换和反变换) 实现， 故易于用计算机处理信号。 而且， 又因为这N 个正交的子载波频谱可以重叠，从而可大大提高频率利用率，很适合高速率( > 10M bˆs) 的无线网络视频通信。此时,由于O FDM 是采用正交的N 个子载波调制。 因而抗频率选择性衰落能力强， 抗多径衰落能力强，同时也具有相当的保密性能。
OFDM 由于N 个子载波的正交要求严格， 因而对相偏移较敏感， 抗时间选择性衰落及多普勒频移能力较差， 需要对信源进行编码来解决上述难点， 此外由于OFDM 的合或波形对功放线性度要求较高， 因此前述的信源编码要加上钝化(白化) 处理。
加上信源编码后的OFDM 又称为C OFDM ，也可实现同频(单频) 通信网， 且是高速视频(> 10M bˆs) 的单频无线通信网络。 OFDM 的信道中传输的信号功率要求要大于CDMA。
CDMA 与OFDM 各有优缺点， 两者的比较主要在于以下几点: (1) 在给定的带宽下，OFDM 的最大数据传输率要远远高于CDMA;(2) 在给定带宽下， 在信道中以同样的信号功率传输时， CDMA 的传输距离要远大于O FDM ， 换言之， 在相同的距离下，O FDM 的信号功率要求要大于CDMA; (3) 在抗干扰性方面， CDMA 要优于O FDM ， 但CO FDM 则与CDMA 相近。由以上分析可知， 可将CDMA 与OFDM 技术相结合， 并且采用附加部件实现多模式切换。
CDMA _OFDM 调制及兼容多模式切换
原理框图， 见图1。
图1a) 中图的3 个开关和图1 b) 中的4 个电子切换开关， 由切换控制部分的硬软件控制， 负责CDMA_OFDM 方式及两个主兼容方式(CDMA及WLAN 的OFDM 方式) 的切换。 其中图1 b) 中开关④是控制在CDMA 方式时用PN 码控制本振进行直接下变频解扩。 而DS_CDMA 的解调是指解扩后对Q PSK 中频信号的解调。
由于本方案考虑兼容模式涵盖频率范围较宽，所以可变本振目前暂定范围为900MHz～ 6GHz,上限包含了802.11a 的WLAN 频带，下限则包含了CDMA 95， CDMA 1x，CDMA 2000 和802.11b 的频带，可变本振考虑为晶片组加多级分频输出相结合，这样又灵活，费用又低。至于高频宽带放大及高频功放，以微波功率芯片的上限频率及功率选取为合适，这样又可兼容较低频率和小功率输出需求。
802.11a 与802.11b 不兼容， 不仅传输频率不同， 而且编码方式也不同， 为了可兼容接入这两个WLAN 中的任意一个， 除了上面已说明了的可变频率范围已包含在内之外， 两种编码方式均要有。
图1 的原理框图中没有画出OFDM 的调制所需要的数据信源编码， 本图是隐含在OFDM的方框中。 至于在CDMA -OFDM 方式时， 是否将信源编码切换在CDMA 之前完成， 笔者认为这不是关键问题， 因为当CDMA -OFDM 方式时， 数据信息已经由PN 码扩展，相当于已作了纯化(白化) 处理，这种处理本身就是一种信源编码。所以，如何处理信源编码问题，最好是在进一步的验证测试中评价。
CDMA 1x 和CDMA 2000 的码片速率不同， 但它们都满足向下兼容的要求( 兼容CDMA 95) ， 故选取这一部分的芯片和组件时， 应以选用高一层的标准并满足向下兼容为适宜。
图1 因为是原理框图， 故高频部分的呼叫及信号检测部分没有展开画， 而是隐含其中。 切换的原则是哪种模式的信号最强(以WLAN 为例)就切换到哪种模式， 当然若WLAN 信号不能满足通信要求时则自动切换到CDMA ， 而在同等信号强度下， 优先考虑切换到WLAN。 尽量利用WLAN 的高速数据传输信道， 同时在WLAN 达不到的区域则切换到CDMA 1x (或CDMA 2000)移动网。 以实现在快速移动的载体上(如长途汽车和火车上) 不间断的连续上网， 至于飞机上和船舶上的连网， 已有企业提供了卫星连网服务就不在本文考虑的范围之内了。
工作原理
开机后， 高频呼叫及信号检测部分按照WLAN 网及CDMA 移动网的顺序(依次为802.11a，802.11b， CDMA 2000ˆCDMA 1x(CDMA 2000 目前还在实验阶段) ) 搜寻和检测在当前位置可连接的网络 ， 并按照上面所描述的原则切换连接到相应的网络。 在通信传输过程中， 信号检测部分依然同步检测信号， 以决策在已连接网络的信号减弱时执行跨区或跨网的自动切换。 连接移动网的跨区切换是软切换， 而连接WLAN 的跨网切换是硬软结合的切换。 在图1 中的切换控制部分存有切换顺序表和控制表， 用程序控制自动切换跳转。 至于与各种无线网连接时相关协议的执行， 则由与图1 相连的多模式通控制单元(MCCU ) 来完成， 就不在本文中讨论了。
CDMA -OFDM 的调制方式集合了CDMA和O FDM 各自优点， 由于CDMA 是扩频编码， 如上面已描述的，本身就是一种信源编码， 因而降低了OFDM 对功放输出功率和线性度的要求， 即同样的功率下，可传输更远的距离，而OFDM是正交多子载波调制并允许子载波频谱混叠， 因而具有更高的频率利用率， 能适应高速数据传输， 所以在CDMA 与OFDM 调制相结合的情况下， 可大大提高基于CDMA 的数据传输率。 此外通过切换又易于与原有的CDMA 网和WLAN 网无缝连接且向下兼容。 所以对未来4G 手机的一些指标要求，CDMA -O FDM 是一个具有一定优势的备选方案， (因为4G 手机既要求达到OFDM 的高速( > 20M bˆs ) ， 又要求与原CDAM 2000 和CDMA 1x， SM -GPRS 向下兼容)。此外在WLAN的发展上，又要求扩展通信距离， 并做到与WLAN 网的各个标准兼容互通， 本文所描述的方案也具有一定优势。
结束语
文中所述的方案主要以移动上网终端为主考虑的， 当然在多模式基站的设计上这个方案也具有一定的优势， 尤其是在对移动基站的设计上更有其独特的优点。
关于服务质量(QoS) 的问题， 无线网络的QoS 是一个十分复杂的问题， 本文主要是就无线终端的调制技术考虑为主干的， 因此， 关于Q sS 的问题不在文中叙述。 但是文中所提供的方案能实现与手机网和WLAN 的无缝连接和自动切换， 至少对提高QsS 是有益的。
