码分多址（CDMA）蜂窝移动通信

发布: 2010-10-20 00:50 | 作者: | 来源: | 字体: 小中大

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码分多址（CDMA）蜂窝移动通信
    由于第三代移动通信的空中接口的标准大多是基于cdma技术的，本文详细的介绍了一下
CDMA技术的发展历程，它的主要特点以及当前占主流地位的两种宽带cdma技术的主要异同。
以及WCDMA与第二代技术相比所具有的优点。
一、CDMA技术的发展历程
    CDMA即码分多址，起源于扩频技术。由于扩频技术具有抗干扰能力强、保密性能好的特
点，80年代就在军事通信领域获得了广泛的应用。为了提高频率利用率，在扩频的基础上，
人们又提出了码分多址的概念，即在同一频带内，利用不同的地址码来区分无线信道。尽管
人们已经看到这种技术的诸多优越性，但实现起来的难度较大。1990年。美国的Qualcomm公
司在曼哈顿区进行了小型实验，虽然只有三个基站和两个原始的移动台，但已证明许多性能
都是成功的，1990年7月将“CDMA数字空中接口标准窝双模式移动台一基站兼容标准”第一草
案提交给有关的厂家。1993年，美国通信工业协会（TIA）正式通过CDMA的空中接口标准——
TA IS－95，Qualcomm公司已经设计开发了用于CDMA系统的超大规模集成电路芯片作为系统用
户设备和基站的元件，并于1995年生产出CDMA的基础设备和配套设备。目前，CDMA作为新兴
的蜂窝移动通信技术，已被众多的通信设备制造商和移动通信运营商看好。可提供CDMA设备
的厂商已有MOTOROLA LUCENT NORTFIQUALCOMM、三星电子等四十多家。同时，CDMA也在世界
各地加快了商用化的进程。例如，在香港世界上第一个CDMA商用网已于1995年9月向公众提供
服务。其后，韩国、美国、俄罗斯、巴西等国家也相继开通了CDMA商用网。在中国也利用800
MHZ频段，组建了 CDMA移动通信网——一中国电信长城网”，在北京、广州、上海、西安等
地开通。1998年 3月，中国联通公司的第一个CDMA试验网在天津首次开通，在上海和广州的
试验网也正在建设之中。这一阶段的技术基本是基于IS－95的 CDMA的技术。
    目前，扩频CDMA的研究进入了一个新的阶段。Is－95建议的CDMA技术的扩频码的速率为
1.2288MChiP／S扩频带宽约为1.25MHZ，信息数据速率最高为 13kb/s；它属于窄带CDMA范畴。
窄带CDMA的缺点是传输能力有限，不能提供多媒体业务，扩频增益不高，不能充分的利用扩
频通信的优点。为此，ITU制定了第三代移动通信的标准，统称为IMT－2000（开始的名称是
FPLMTS，欧洲叫UMTS）IMT－2000空中接口的设计目标是：在覆盖区域内，移动台高速运动时。
用户的最高速率要达到144KbPS，更高可达到 384KbPS，在有限的覆盖区域内，移动台以一定
的速率运动时，用户的速率最高可达到2Mbps。从UMTS的总体结构来看，它具有更高的频谱利
用率。可在任何地方以任何方式为任何人提供通用个人通信服务，包括提供Internet接入、
电视会议和其他宽带业务。作为一个新的无线宽带系统将采用通用传输机制，提供实时（如
话音）、非实时（如E－MAIL）两种业务连接，为用户提供话音、数据、图形、多媒体和基于
视频的信息。
    许多地区性标准化组织根据IMT－2000的要求制定了自己的标准，其中，日本的无线电标
准组织（ARIB）于1998年6月向ITU提交了类似欧洲的WCDMA的标准。1995年3月，美国电信工业
协会（TIA）负责制定Is－95标准的TR45.5委员会推出了与Is－95兼容的cdma2000方案。韩国
也提出了两种宽带CDMA技术，一种类似与WCDMA，另一种类似与cdma2000。
二、CDMA的技术持点
    1．CDMA是扩频通信的一种，他具有扩频通信的以下特点：
    （1）抗干扰能力强。这是扩频通信的基本特点，是所有通信方式无法比拟的。
    （2）宽带传输，抗衰落能力强。
    （3）由于采用宽带传输，在信道中传输的有用信号的功率比干扰信号的功率低得多，因
此信号好象隐蔽在噪声中；即功率话密度比较低，有利于信号隐蔽。
    （4）利用扩频码的相关性来获取用户的信息，抗截获的能力强。
    2．在扩频CDMA通信系统中，由于采用了新的关键技术而具有一些新的特点：
    （1）采用了多种分集方式。除了传统的空间分集外。由于是宽带传输起到了频率分集的
作用，同时在基站和移动台采用了RAKE接收机技术，相当于时间分集的作用。
    （2）采用了话音激活技术和扇区化技术。因为CDMA系统的容量直接与所受的干扰有关，
采用话音激活和扇区化技术可以减少干扰，可以使整个系统的容量增大。
    （3）采用了移动台辅助的软切换。通过它可以实现无缝切换，保证了通话的连续性，减
少了掉话的可能性。处于切换区域的移动台通过分集接收多个基站的信号，可以减低自身的
发射功率，从而减少了对周围基站的干扰，这样有利于提高反向联路的容量和覆盖范围。
    （4）采用了功率控制技术，这样降低了平准发射功率。
    （5）具有软容量特性。可以在话务量高峰期通过提高误帧率来增加可以用的信道数。当
相邻小区的负荷一轻一重时，负荷重的小区可以通过减少导频的发射功率，使本小区的边缘
用户由于导频强度的不足而切换到相临小区，使负担分担。
    （6）兼容性好。由于CDMA的带宽很大，功率分布在广阔的频谱上，功率话密度低，对窄
带模拟系统的干扰小，因此两者可以共存。即兼容性好。
    （7）COMA的频率利用率高，不需频率规划，这也是CDMA的特点之一。
    （8）CDMA高效率的OCELP话音编码。话音编码技术是数字通信中的一个重要课题。OCELP
是利用码表矢量量化差值的信号，并根据语音激活的程度产生一个输出速率可变的信号。这种
编五马方式被认为是目前效率最高的编码技术，在保证有较好话音质量的前提下，大大提高了
系统的容量。这种声码器具有8kbit／S和13kbit／S两种速率的序列。8kbit／S序列从1.2
kbit／s到9.6kbit／s可变，13kbit／S序列则从1.8kbt／s到14.4kbt／S可变。最近，又有一
种8kbit／sEVRC型编码器问世，也具有8kbit／s声码器容量大的特点，话音质量也有了明显的
提高。
    三、WCDMA与cdma2000的主要分歧与共同点
    1．WCDMA与cdma2000的主要分歧点是：
    （1）扩频码片速率与射频信道结构：W－CDMA根据ITU关于5MHZ信道基本带宽的划分规则，
将基本码片速率定为4.096Mchip／S，在一个完整的信道内，使用直接扩频调制；Cdma2000为
了兼容Cdmaone，以原CdmaOne的基本码片速率的三倍，即3.6864Mchip／s作为 Cdma2000的基
本速率进行直接扩频调制。同时，Cdma2000还定义了以原Cdmaone系统3个基本信道（带宽1.25
MHZ）作频分复用的多载波扩频调制方式。
    （2）支持不同的核心网络标准：W－CDMA要求实现与GSM网络的全兼容，所以它把GSM的
MAP协议作为上层核心网络协议；Cdma2000要求完全兼容cdmaone，因此，它支持ANSI－41作为
自己的核心网络协议。
    （3）基站之间的同步问题：cdma2000沿袭了cdmaone各个基站依靠GPS测量实现前向信道
同步的要求；而 W－CDMA没有基站同步的要求。
    （4）cdma 2000方案提出采用可变速率语音编码，采用帧长为20ms的全速率、1／2、1／4、
和1／8速率，而WCDMA采用自适应多速率编码（AMR），帧长10ms
    2．技术上他们是相容的，就总的无线信道的空中接口结构而言，这两类方案有如下的共
同特点。
    （1）都是采用定时长的帧结构作为基本的传送单位，在一个帧上实施速率匹配；卷积纠
错，交织运算等操作。
    （2）以短的可变长度正交序列调制出独立的物理通道（“通道化”），并遵循ITU建议
M.1035，将这些独立的通道映射为具有不同功能的逻辑通道。
    （3）在一个独立通道内，又可将导频引导字、功率控制消息、数据速率信息进行时分复用。
    （4）在完成了利用短码调制的“通道化”之后，不同通道可以按不同的加权增益组合起
来进行在I／O信道的复用。
    （5）为了分隔不同小区和不同用户；采用长码（如大M序列或GOLD序列）进行最后的扩频
调制，完成整个“复杂扩频电路”结构。
    （6）关于W－CDMA和Cdma2000建议中对于导频的设计和使用。导频在CDMA移动通信系统计
中占有举足轻重的地位。W－CDMA和Cdma2000都是依靠导频信道来完成相干接收的。在上下行
方向，W－CDMA都采用了直接指派到用户的时分复用的导频，以配合多速率以及分组突发业务的
接收。Cdma2000则仍沿用了Is－95标准下的导频设计方法：上行信道上码分复用导频，下行信
道采用公共连续导频。这里，由于W－CDMA和Cdma2000在下行信道上的导频设计不同，直接导致
W－CDMA成为“异步”的CDMA；即相邻小区之间异步；而Cdma2000依靠下行公共导频和GPS，实现
相邻小区间的同步。但由于W一CDMA拥有指派到用户的时分导频，在异步环境下的越区切换同样
没有问题。
    （7）关于多速率业务的支持，W-CDMA和Cdma2000方案都采用可变扩频增益／多万马道并行
调制，并且扩频指数都是4～256
    （8）关于功率控制方法，两个方案都采用了开环结合快速闭环的控制。
    综上所述，就RTT主要技术项目的设计方法来看，W－CDMA和Cdma2000是相容的。W－CDMA和
Cdma2000建议的争论，与其说是技术角度的分歧，还不如说是商业利益上的斗争。
    四、宽带cdma系统与第二代通信系统相比所县有的优点
    W－CDMA因其宽带和扩频码分多址的特性，具有以下主要优点：
    （1）容量更大、覆盖范围更广。CDMA信道带宽是宽带的，而 W－CDMA信道带宽（以典型的
每载波5MHZ带宽为例）更是窄带CDMA（如IS－95）信道带宽的4倍，较宽的带宽将增加频率分集
的效果，从而降低衰落的影响，提高上行与下行键路快速功率控制的精度，以及上行信道采用
相干解调可获得2dB～3dB的解调增益等等，这大大提高了系统容量。有研究结果表明，5MHZW－
CDMA系统的容量是窄带CDMA系统的8倍。
    （2）频谱利用率高。CDMA系统中用户共享频谱资源；功率控制、话音激活等技术的采用大
大提高了频谱利用率，而又不必象TDMA／FDMA（时分多址／频分多址）系统那样进行复杂的频率
管理。
    （3）适合不对林业务、变速率业务以及高速业务。由于上行与下行信道可以采用独立的无
线资源，W－CDMA系统通过采用可变增益的正交扩频码（OVSF码）和自动调整发射功率，统计复
接及多码传输等技术，可方便地支持不对称业务如Internet（因特网）接入、变速率业务和高速
业务。
    （4）W－CDMA终端可同时支持多个业务。例如；通过统计复接，W-CDMA可使用户在接入相应
无线局域网（LAN）的同时接收电话呼叫，提供多媒体服务。
    （5）同时支持电路交换业务与分组交换业务。对分组模式数据的支持为用户提供了与Inte
rnet接入有关的业务。
    （6）移动台发射功率低。由于采用扩频技术和RAKE接收；移动台发射功率大大降低，从而
减少了对其他用户的干扰，延长了移动台电池的连续通话和待机时间。
    （7）对FDD方式，各基站不需要严格的同步。从而可不必依赖昂贵的全球定位系统即（GPS）
卫星系统。
    （8）采用开放式系统设计。便于引入可进一步提高系统性能的更先进技术，如支持自适应
天线阵、多用户检测和分层小区结构（HCS）等等。
五、CDMA存在的问题
    （1）在小区的规划问题上，虽然CDMA无需频率规划，但它的小区规划却并非十分容易。由
于所有的基站都使用同一个频率，相互之间是存在干扰的，如果小区规划做得不好，将直接影响
话音质量和使系统容量打折扣，因而在进行站距、天线高度等方面的设计时应当小心谨慎。
    （2）其次，在标准的问题上，CDMA的标准并不十分完善。许多标准都仍在研究才四制定之
中。
如A接口，目前各厂家有的提供IS一634版本0，有的支持Is－634版本。还有的使用Is－634／TSB
－80。因此对于系统运营商来说，选择统一的A接口是比较困难的。
    （3）由于功率控制的误差所导致的系统容量的减少。


摘自《邮电商情》