碼分多址

基本介紹

　　CDMA（碼分多址）是指一種擴(kuò)頻多址數(shù)字式通信技術(shù)，通過獨(dú)特的代碼序列建立信道，可用于二代和三代無線通信中的任何一種協(xié)議。CDMA是

　　一種多路方式，多路信號只占用一條信道，極大提高帶寬使用率，應(yīng)用于800MHz和1.9GHz的超高頻（UHF)移動(dòng)電話系統(tǒng)。CDMA使用帶擴(kuò)頻技術(shù)的模-數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC).輸入音頻首先數(shù)字化為二進(jìn)制元。傳輸信號頻率按指定類型編碼，因此只有頻率響應(yīng)編碼一致的接收機(jī)才能攔截信號。由于有無數(shù)種頻率順序編碼，因此很難出現(xiàn)重復(fù)，增強(qiáng)了保密性。CDMA通道寬度名義上1.23MHz，網(wǎng)絡(luò)中使用軟切換方案，盡量減少手機(jī)通話中信號中斷。數(shù)字和擴(kuò)頻技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用使得單位帶寬信號數(shù)量比模擬方式下成倍增加，CDMA與其他蜂窩技術(shù)兼容，實(shí)現(xiàn)全國漫游。最初僅用于美國蜂窩電話中CMDAOne標(biāo)準(zhǔn)只提供單通道14.4Kbps和八通道115Kbps的傳輸速度。CDMA2000和寬帶CDMA速度已經(jīng)成倍提高。

　　移動(dòng)通信系統(tǒng)有多種分類方法。例如按信號性質(zhì)分，可分為模擬、數(shù)字；按調(diào)制方式分，可分為調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅；按多址連接方式分，可分為頻分多址(FDMA）、時(shí)分多址(TDMA）和碼分多址（CDMA）。中國聯(lián)通、中國移動(dòng)所使用的GSM移動(dòng)電話網(wǎng)采用的便是FDMA和TDMA兩種方式的結(jié)合。GSM比模擬移動(dòng)電話有很大的優(yōu)勢，但是，在頻譜效率上僅是模擬系統(tǒng)的3倍，容量有限；在話音質(zhì)量上也很難達(dá)到有線電話水平；TDMA終端接入速率最高也只能達(dá)到9.6kbit/s；TDMA系統(tǒng)無軟切換功能，因而容易掉話，影響服務(wù)質(zhì)量。因此，TDMA并不是現(xiàn)代蜂窩移動(dòng)通信的最佳無線接入，而CDMA多址技術(shù)完全適合現(xiàn)代移動(dòng)通信網(wǎng)所要求的大容量、高質(zhì)量、綜合業(yè)務(wù)、軟切換等，正受到越來越多的運(yùn)營商和用戶的青睞。

通信原理

　　碼分多址（CDMA）通信系統(tǒng)中，不同用戶傳輸信息所用的信號不是靠頻率不同或時(shí)隙不同來區(qū)分，而是用各自不同的編碼序列來區(qū)分或者說，靠信號的不同波形來區(qū)分。如果從頻域或時(shí)域來觀察，多個(gè)CDMA信號是互相重疊的。接收機(jī)用相關(guān)器可以在多個(gè)CDMA信號中選出其中使用預(yù)定碼型的信號。其它使用不同碼型的信號因?yàn)楹徒邮諜C(jī)本地產(chǎn)生的碼型不同而不能被解調(diào)。它們的存在類似于在信道中引入了噪聲和干擾，通常稱之為多址干擾。

　　在CDMA蜂窩通信系統(tǒng)中，用戶之間的信息傳輸是由基站進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和控制的。為了實(shí)現(xiàn)雙工通信，正向傳輸和反向傳輸各使用一個(gè)頻率，即通常所謂的頻分雙工。無論正向傳輸或反向傳輸，除去傳輸業(yè)務(wù)信息外，還必須傳送相應(yīng)的控制信息。為了傳送不同的信息，需要設(shè)置相應(yīng)的信道。但是，CDMA通信系統(tǒng)既不分頻道又不分時(shí)隙，無論傳送何種信息的信道都靠采用不同的碼型來區(qū)分。類似的信道屬于邏輯信道，這些邏輯信道無論從頻域或者時(shí)域來看都是相互重疊的，或者說它們均占用相同的頻段和時(shí)間。

　　CDMA是碼分多址（Code－DivisionMultiple Access）技術(shù)的縮寫，是近年來在數(shù)字移動(dòng)通信進(jìn)程中出現(xiàn)的一種先進(jìn)的無線擴(kuò)頻通信技術(shù)，它能夠滿足市場對移動(dòng)通信容量和品質(zhì)的高要求，具有頻譜利用率高、話音質(zhì)量好、保密性強(qiáng)、掉話率低、電磁輻射小、容量大、覆蓋廣等特點(diǎn)，可以大量減少投資和降低運(yùn)營成本。

　　CDMA最早由美國高通公司推出，近幾年由于技術(shù)和市場等多種因素作用得以迅速發(fā)展。截至2009年第二季度末，全球共有5.02億用戶使用CDMA系列技術(shù)，其中包含CDMA2000和EV-DO寬帶用戶。我國也在全國范圍內(nèi)（除個(gè)別偏遠(yuǎn)地區(qū)）開通了CDMA電話網(wǎng)。

發(fā)展方向

　　CDMA是移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展方向。在2G階段，CDMA增強(qiáng)型IS95A與GSM在技術(shù)體制上處于同一代產(chǎn)品，提供大致相同的業(yè)務(wù)。但CDMA技術(shù)有其獨(dú)到之處，在通話質(zhì)量好、掉話少、低輻射、健康環(huán)保等方面具有顯著特色。在2.5G階段，CDMA2000 1X RTT 與GPRS在技術(shù)上已有明顯不同，在傳輸速率上1X RTT高于GPRS，在新業(yè)務(wù)承載上1X RTT比GPRS成熟，可提供更多的中高速率的新業(yè)務(wù)。從2.5G向3G技術(shù)體制過渡上，CDMA2000 1.X向CDMA20003.X過渡比GPRS向WCDMA過渡更為平滑。

技術(shù)持點(diǎn)

　　1．CDMA是擴(kuò)頻通信的一種，他具有擴(kuò)頻通信的以下特點(diǎn)：

　　⑴抗干擾能力強(qiáng)。這是擴(kuò)頻通信的基本特點(diǎn)，是所有通信方式無法比擬的。

　?、茖拵鬏敚顾ヂ淠芰?qiáng)。

　?、怯捎诓捎脤拵鬏?，在信道中傳輸?shù)挠杏眯盘柕墓β时雀蓴_信號的功率低得多，因此信號好像隱蔽在噪聲中；即功率話密度比較低，有利于信號隱蔽。

　?、壤脭U(kuò)頻碼的相關(guān)性來獲取用戶的信息，抗截獲的能力強(qiáng)。

　　2．在擴(kuò)頻CDMA通信系統(tǒng)中，由于采用了新的關(guān)鍵技術(shù)而具有一些新的特點(diǎn)：

　?、挪捎昧硕喾N分集方式。除了傳統(tǒng)的空間分集外。由于是寬帶傳輸起到了頻率分集的作用，同時(shí)在基站和移動(dòng)臺(tái)采用了RAKE接收機(jī)技術(shù)，相當(dāng)于時(shí)間分集的作用。

　　⑵采用了話音激活技術(shù)和扇區(qū)化技術(shù)。因?yàn)镃DMA系統(tǒng)的容量直接與所受的干擾有關(guān)，采用話音激活和扇區(qū)化技術(shù)可以減少干擾，可以使整個(gè)系統(tǒng)的容量增大。

　?、遣捎昧艘苿?dòng)臺(tái)輔助的軟切換。通過它可以實(shí)現(xiàn)無縫切換，保證了通話的連續(xù)性，減少了掉話的可能性。處于切換區(qū)域的移動(dòng)臺(tái)通過分集接收多個(gè)基站的信號，可以減低自身的發(fā)射功率，從而減少了對周圍基站的干擾，這樣有利于提高反向聯(lián)路的容量和覆蓋范圍。

　?、炔捎昧斯β士刂萍夹g(shù)，這樣降低了平準(zhǔn)發(fā)射功率。

　?、删哂熊浫萘刻匦?。可以在話務(wù)量高峰期通過提高誤幀率來增加可以

　　用的信道數(shù)。當(dāng)相鄰小區(qū)的負(fù)荷一輕一重時(shí)，負(fù)荷重的小區(qū)可以通過減少導(dǎo)頻的發(fā)射功率，使本小區(qū)的邊緣用戶由于導(dǎo)頻強(qiáng)度的不足而切換到相臨小區(qū)，使負(fù)擔(dān)分擔(dān)。

　?、始嫒菪院?。由于CDMA的帶寬很大，功率分布在廣闊的頻譜上，功率話密度低，對窄帶模擬系統(tǒng)的干擾小，因此兩者可以共存。即兼容性好。

　?、薈DMA的頻率利用率高，不需頻率規(guī)劃，這也是CDMA的特點(diǎn)之一。

　　⑻CDMA高效率的OCELP話音編碼。話音編碼技術(shù)是數(shù)字通信中的一個(gè)重要課題。OCELP是利用碼表矢量量化差值的信號，并根據(jù)語音激活的程度產(chǎn)生一個(gè)輸出速率可變的信號。這種編碼方式被認(rèn)為是目前效率最高的編碼技術(shù)，在保證有較好話音質(zhì)量的前提下，大大提高了系統(tǒng)的容量。這種聲碼器具有8kbit/S和13kbit/S兩種速率的序列。8kbit/S序列從1.2kbit/s到9.6kbit/s可變，13kbit/S序列則從1.8kbt/s到14.4kbt/S可變。最近，又有一種8kbit/sEVRC型編碼器問世，也具有8kbit/s聲碼器容量大的特點(diǎn)，話音質(zhì)量也有了明顯的提高。

相關(guān)問題

　　⑴在小區(qū)的規(guī)劃問題上，雖然CDMA無需頻率規(guī)劃，但它的小區(qū)規(guī)劃卻并非十分容易。由于所有的基站都使用同一個(gè)頻率，相互之間是存在干擾的，如果小區(qū)規(guī)劃做得不好，將直接影響話音質(zhì)量和使系統(tǒng)容量打折扣，因而在進(jìn)行站距、天線高度等方面的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)小心謹(jǐn)慎。

　?、破浯?，在標(biāo)準(zhǔn)的問題上，CDMA的標(biāo)準(zhǔn)并不十分完善。許多標(biāo)準(zhǔn)都仍在研究才試制定之中。如A接口，目前各廠家有的提供IS一634版本0，有的支持Is－634版本。還有的使用Is－634/TSB－80。因此對于系統(tǒng)運(yùn)營商來說，選擇統(tǒng)一的A接口是比較困難的。

　?、怯捎诠β士刂频恼`差所導(dǎo)致的系統(tǒng)容量的減少。

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

　　第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（簡稱3G）的技術(shù)發(fā)展和商用進(jìn)程是近年來全球移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域最為關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。目前，國際上最具代表性的3G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有三種，分別是TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000。其中TD-SCDMA屬于時(shí)分雙工（TDD）模式，是由中國提出的3G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；而WCDMA和CDMA2000屬于頻分雙工（FDD）模式，WCDMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由歐洲和日本提出，CDMA2000技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由美國提出。

發(fā)展階段

　　CDMA技術(shù)的出現(xiàn)源自于人類對更高質(zhì)量無線通信的需求。第二次世界大戰(zhàn)期間因戰(zhàn)爭的需要而研究開發(fā)出CDMA技術(shù)，其思想初衷是防止敵方對己方通訊的干擾，在戰(zhàn)爭

　　期間廣泛應(yīng)用于軍事抗干擾通信，后來由美國高通公司更新成為商用蜂窩電信技術(shù)。1995年，第一個(gè)CDMA商用系統(tǒng)運(yùn)行之后，CDMA技術(shù)理論上的諸多優(yōu)勢在實(shí)踐中得到了檢驗(yàn)，從而在北美、南美和亞洲等地得到了迅速推廣和應(yīng)用。全球許多國家和地區(qū)，包括中國香港、韓國、日本、美國都已建有CDMA商用網(wǎng)絡(luò)。在美國和日本，CDMA成為國內(nèi)的主要移動(dòng)通信技術(shù)。在美國，10個(gè)移動(dòng)通信運(yùn)營公司中有7家選用CDMA。韓國有60%的人口成為CDMA用戶。在澳大利亞主辦的第28屆奧運(yùn)會(huì)中，CDMA技術(shù)更是發(fā)揮了重要作用。CDMA技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)歷了幾個(gè)階段。IS-95是cdmaONE系列標(biāo)準(zhǔn)中最先發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，真正在全球得到廣泛應(yīng)用的第一個(gè)CDMA標(biāo)準(zhǔn)是IS-95A，這一標(biāo)準(zhǔn)支持8K編碼話音服務(wù)。其后又分別出版了13K話音編碼器的TSB74標(biāo)準(zhǔn)，支持1.9GHz的CDMA PCS系統(tǒng)的STD-008標(biāo)準(zhǔn)，其中13K編碼話音服務(wù)質(zhì)量已非常接近有線電話的話音質(zhì)量。隨著移動(dòng)通信對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的增長，1998年2月，美國高通公司宣布將IS-95B標(biāo)準(zhǔn)用于CDMA基礎(chǔ)平臺(tái)上。IS-95B可提供CDMA系統(tǒng)性能，并增加用戶移動(dòng)通信設(shè)備的數(shù)據(jù)流量，提供對64kbps數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持。其后，cdma2000成為窄帶CDMA系統(tǒng)向第三代系統(tǒng)過渡的標(biāo)準(zhǔn)。cdma2000在標(biāo)準(zhǔn)研究的前期，提出了1X和3X的發(fā)展策略，但隨后的研究表明，1X和1X增強(qiáng)型技術(shù)代表了未來發(fā)展方向。

　　CDMA技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，推進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)在世界范圍的應(yīng)用。在美國、韓國、日本等國家，CDMA技術(shù)已獲得了較大規(guī)模的應(yīng)用。在一些歐洲國家，一些運(yùn)營商也建起了CDMA網(wǎng)絡(luò)。據(jù)CDG（世界CDMA發(fā)展集團(tuán)）統(tǒng)計(jì)，1996年底CDMA用戶僅為100萬；到1998年3月已迅速增長到1000萬；截至1999年9月，用戶數(shù)量已超過4000萬。2000年初全球CDMA移動(dòng)電話用戶的總數(shù)已突破5000萬，在一年內(nèi)用戶數(shù)量增長率達(dá)到118%。CDG表示，亞洲已經(jīng)成為CDMA市場增長的主要?jiǎng)恿?，亞洲地區(qū)CDMA用戶數(shù)量比一年前增長88%，達(dá)到2800萬。美國地區(qū)的增長率更是高達(dá)143%，達(dá)到1650萬，但用戶絕對數(shù)量要低于亞洲，在亞太地區(qū)，中國香港、日本、韓國、澳大利亞、泰國、印度、菲律賓、新西蘭、孟加拉國等許多國家和地區(qū)都已建有CDMA商用網(wǎng)絡(luò)，用戶數(shù)量已超過2100萬戶。增長率位于第三的是中美洲和南美洲，CDMA用戶數(shù)量達(dá)到500萬。CDG還表示，今后全球CDMA市場中，中國大陸地區(qū)的增長潛力最大，估計(jì)2003年中國大陸市場的用戶數(shù)量可以達(dá)到4000萬。

優(yōu)勢

　　CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)是由擴(kuò)頻、多址接入、蜂窩組網(wǎng)和頻率復(fù)用等幾種技術(shù)結(jié)合而成，含有頻域、時(shí)域和碼域三維信號處理的一種協(xié)作，因此它具有抗干擾性好，抗多徑衰落，保密安全性高，同頻率可在多個(gè)小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用，容量和質(zhì)量之間可做權(quán)衡取舍等屬性。這些屬性使CDMA比其它系統(tǒng)有很大的優(yōu)勢。

       1、 系統(tǒng)容量大

　　理論上，在使用相同頻率資源的情況下，CDMA移動(dòng)網(wǎng)比模擬網(wǎng)容量大20倍，實(shí)際使用中比模擬網(wǎng)大10倍，比GSM要大4-5倍。

　　2、系統(tǒng)容量的配置靈活

　　在CDMA系統(tǒng)中，用戶數(shù)的增加相當(dāng)于背景噪聲的增加，造成話音質(zhì)量的下降。但對用戶數(shù)并無限制，操作者可在容量和話音質(zhì)量之間折衷考慮。另外，多小區(qū)之間可根據(jù)話務(wù)量和干擾情況自動(dòng)均衡。

　　這一特點(diǎn)與CDMA的機(jī)理有關(guān)。CDMA是一個(gè)自擾系統(tǒng)，所有移動(dòng)用戶都占用相同帶寬和頻率，打個(gè)比方，將帶寬想像成一個(gè)大房子，所有的人將進(jìn)入惟一的大房子。如果他們使用完全不同的語言，他們就可以清楚地聽到同伴的聲音而只受到一些來自別人談話的干擾。在這里，屋里的空氣可以被想像成寬帶的載波，而不同的語言即被當(dāng)作編碼，可以不斷地增加用戶直到整個(gè)背景噪音就限制住了。如果能控制住用戶的信號強(qiáng)度，在保持高質(zhì)量通話的同時(shí)，就可以容納更多的用戶。

　　3、通話質(zhì)量更佳

　　TDMA的信道結(jié)構(gòu)最多只能支持4Kb的語音編碼器，它不能支持8Kb以上的語音編碼器。而CDMA的結(jié)構(gòu)可以支持13kb的語音編碼器。因此可以提供更好的通話質(zhì)量。CDMA系統(tǒng)的聲碼器可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率，并根據(jù)適當(dāng)?shù)拈T限值選擇不同的電平級發(fā)射。同時(shí)門限值根據(jù)背景噪聲的改變而變，這樣即使在背景噪聲較大的情況下，也可以得到較好的通話質(zhì)量。另外，TDMA采用一種硬移交的方式，用戶可以明顯地感覺到通話的間斷，在用戶密集、基站密集的城市中，這種間斷就尤為明顯，因?yàn)樵谶@樣的地區(qū)每分鐘會(huì)發(fā)生2至4次移交的情形。而CDMA系統(tǒng)“掉話”的現(xiàn)象明顯減少，CDMA系統(tǒng)采用軟切換技術(shù)，“先連接再斷開”，這樣完全克服了硬切換容易掉話的缺點(diǎn)。

　　4、 頻率規(guī)劃簡單

　　用戶按不同的序列碼區(qū)分，所以不相同CDMA載波可在相鄰的小區(qū)內(nèi)使用，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃靈活，擴(kuò)展簡單。

　　5、建網(wǎng)成本低

　　CDMA技術(shù)通過在每個(gè)蜂窩的每個(gè)部分使用相同的頻率，簡化了整個(gè)系統(tǒng)的規(guī)劃，在不降低話務(wù)量的情況下減少所需站點(diǎn)的數(shù)量從而降低部署和操作成本。CDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍大，系統(tǒng)容量高，所需基站少，降低了建網(wǎng)成本。

　　CDMA數(shù)字移動(dòng)技術(shù)與現(xiàn)在眾所周知的GSM數(shù)字移動(dòng)系統(tǒng)不同。模擬技術(shù)被稱為第一代移動(dòng)電話技術(shù)，GSM是第二代，CDMA是屬于移動(dòng)通訊第二代半技術(shù)，比GSM更先進(jìn)。

系統(tǒng)知識(shí)

　　1.CDMA系統(tǒng)概念

　　CDMA系統(tǒng)是基于碼分技術(shù)（擴(kuò)頻技術(shù)）和多址技術(shù)的通信系統(tǒng)，系統(tǒng)為每個(gè)用戶分配各自特定地址碼。地址碼之間具有相互準(zhǔn)正交性，從而在時(shí)間、空間和頻率上都可以重疊；將需傳送的具有一定信號帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號帶寬的偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原有的數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴(kuò)展，接收端進(jìn)行向反的過程，進(jìn)行解擴(kuò)，增強(qiáng)了抗干擾的能力。

　　2.CDMA系統(tǒng)時(shí)間

　　系統(tǒng)零時(shí)：定義1980年1月6日0時(shí)整為系統(tǒng)起始時(shí)間。偏置為零的長碼和短碼此時(shí)同時(shí)處于初始狀態(tài)

　　所有基站將在GPS時(shí)間的每個(gè)偶秒起始時(shí)刻（或在此之后80ms整數(shù)倍處）作為0偏置PN碼（周期為80/3 ms）的初態(tài)，即在此之前恰好輸出了1個(gè)“1”和連續(xù)15個(gè)“0”這樣的PN碼片

　　所有基站需將1980年1月6日零時(shí)（GPS起始時(shí)間）作為m序列長碼的初態(tài)（在此之前恰好輸出了一個(gè)“1”碼片和41個(gè)連續(xù)的“0”碼片）

　　使用GPS定時(shí)的好處：切換快，同步簡單。

　　3.CDMA系統(tǒng)缺點(diǎn)

　　來自非同步CDMA網(wǎng)中不同的用戶的擴(kuò)頻序列不完全正交，從而引起多址干擾

　　由于使用相同的載頻，許多用戶共用一個(gè)信道，強(qiáng)信號對弱信號有著明顯的抑制作用，從而產(chǎn)生“遠(yuǎn)－－近”效應(yīng)，影響用戶通話。

　　CDMA系統(tǒng)中采用功率控制技術(shù)解決“遠(yuǎn)---進(jìn)”效應(yīng)

　　4.中國CDMA系統(tǒng)頻率使用規(guī)劃

　　聯(lián)通新時(shí)空CDMA占用的載頻上行（825MHz-835MHz）下行（870MHz-880MHz）

　　載頻計(jì)算：

　　上行：載頻=0.030MHz*載頻號+825.000MHz

　　下行：載頻=0.030MHz*載頻號+870.000MHz

　　載頻號信道號 上行（MHz）下行（MHz）

　　7 283 833.49 878.49

　　6 242 832.26 877.26

　　5 201 831.03 876.03

　　4 160 829.80 874.80

　　3 119 828.57 873.57

　　2 78 827.34 872.34

　　1 37 826.11 871.11

　　CDMA網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商更換

　　2008年6月3日中國聯(lián)通與中國電信就c網(wǎng)出售達(dá)成框架協(xié)議，雙方將共同保障用戶的服務(wù)和權(quán)益不受影響。

　　2008年國慶節(jié)后，cdma將成為中國電信大家庭中一員，在移動(dòng)通信領(lǐng)域與聯(lián)通和移動(dòng)兩家運(yùn)營商并駕齊驅(qū)。

　　中國聯(lián)通的CDMA網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)與技術(shù)從2008年10月1日起正式轉(zhuǎn)交給中國電信。