CDMA技術(shù)基礎知識

一、什么是CDMA技術(shù)

CDMA直譯為碼分多址，是在數字通信技術(shù)的分支擴頻通信的基礎上發(fā)展起來(lái)的一種技術(shù)。所謂擴頻，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是把頻譜擴展。CDMA技術(shù)采用的是直接序列擴頻方式，就是用具有噪聲特性的載波以及比簡(jiǎn)單點(diǎn)到幾點(diǎn)通信所需帶寬寬得多的頻帶去傳輸相同的數據。

同調頻、調幅技術(shù)一樣，直接序列擴頻是一種調制技術(shù)，它采用一個(gè)碼序列（高速）去調制原始數據信息（低速），這樣調制后的信息就能以高速傳輸。

CDMA技術(shù)的是直接序列擴頻方式，......同調頻、調幅技術(shù)一樣，直接序列擴頻是一種調制技術(shù)，它采用一個(gè)碼序列（高速）去調制原始數據信息(低速)，這樣調制后的信息就能以高速傳輸。

CDMA直譯為碼分多址，是在數字通信技術(shù)的分支擴頻通信的基礎上發(fā)展起來(lái)的一種技術(shù)。所謂擴頻，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是把頻譜擴展。CDMA技術(shù)采用的是直接序列擴頻方式，就是用具有噪聲特性的載波以及比簡(jiǎn)單點(diǎn)到幾點(diǎn)通信所需帶寬寬得多的頻帶去傳輸相同的數據。

二、CDMA技術(shù)的起源

擴頻技術(shù)的起源要追溯到二戰時(shí)期，這種思想的初衷是防止敵方對己方通訊的干擾。我們知道，由于窄帶通訊采用的帶寬只有幾十kHz，只需要使用一個(gè)具有相同發(fā)射頻率及足夠大功率的發(fā)射機就可以非常容易地干擾對方的通信。因為無(wú)論調幅、調頻技術(shù)都很難從惡劣的信噪比環(huán)境中恢復原始信息。

CDMA這種新頻的想法就是通過(guò)特殊的碼型處理，把信號能量擴散到一個(gè)很寬的頻帶上，湮沒(méi)在噪聲里，在接收端只有通過(guò)相同的碼型才能把信號恢復出來(lái)（整個(gè)過(guò)程就像加密、解密一樣），我們稱(chēng)之為直接序列擴頻。由于信號湮沒(méi)在噪聲里，故很難敵方偵測到。因此，這種技術(shù)在軍事領(lǐng)域中有著(zhù)廣泛的應用。

三、CDMA的軟容量是指什么

按上面對CDMA系統的類(lèi)比，房間里可能不斷有新的交談?wù)哌M(jìn)入。當然交談?wù)呖倲涤幸欢ㄏ薅?，這與房間大小、人的音量、交談?wù)咧g的距離都有密切的關(guān)系。這里我們又引入了幾處新類(lèi)比：房間的大小對于CDMA系統來(lái)說(shuō)就是單載波的容量；而交談?wù)咧g的音量則相當于CDMA系統中手機的發(fā)射功率；音量控制即對應著(zhù)CDMA中一個(gè)非常重要的技術(shù)---功率控制；交談?wù)叩木嚯x即對應手機與基站的距離。通過(guò)這個(gè)例子，我們可以總結出CDMA系統的一些特點(diǎn)：CDMA系統是一個(gè)自干擾系統；CDMA系統單載頻的容量不像FDMA、TDMA那樣是固定的，這也就是我們常提到的"軟容量"；因此功率控制在CDMA系統中起著(zhù)重要作用，它直接影響著(zhù)系統容量。

四、什么是CDMA短碼？它和CDMA長(cháng)碼有什么區別？它們有什么用途？

CDMA系統使用了兩種偽隨機機碼序列，即短碼和長(cháng)碼。

短碼：短碼是長(cháng)度為215-1的周期序列。

在CDMA系統的前向信道（從基站指向手機方向）中，短碼用于對前向信道進(jìn)行調制，使前向信道帶上本基站的標記，不同的基站使用不同相位的短碼，從而互相區別開(kāi)來(lái)。

在反向信道中（從手機指向基站方向），短碼用于對反向業(yè)務(wù)信道進(jìn)行調制，作用與短碼在前向信道中相同。

長(cháng)碼：長(cháng)碼是長(cháng)度為242-1的周期序列。

在CDMA系列的前向 信道（從基站指向手機方向）中，長(cháng)碼用于對業(yè)務(wù)信道進(jìn)行擾碼（作用類(lèi)似于加密）。

在反向信道中（從手機指向基站方向）。長(cháng)碼用來(lái)直接進(jìn)行擴頻，由于區分不同的接入手機。

沃爾什碼：除了長(cháng)碼、短碼，CDMA系統中還使用64位長(cháng)沃爾什碼（Walsh Code）。沃爾什碼在數學(xué)上具有很好的正交性。所謂正交性，就是講不同語(yǔ)言且不懂對方語(yǔ)言的人，相互之間無(wú)法用語(yǔ)言進(jìn)行交流。用沃爾什碼可以區分開(kāi)不同的前向信道。

五、為什么功率控制在CDMA系統中非常重要？

前面提到，CDMA系統的功率控制尤為重要，功率控制被認為是所有CDMA關(guān)鍵技術(shù)核心。要解釋功率控制的重要性，我們首先要了解"遠近效應"這個(gè)概念。我們可以設想，如果小區中的所有用戶(hù)均以相同的功率發(fā)射信號，則靠近基站的手機到達基站的信號就強，而遠離基站的手機到達基站的信號就弱，這樣將導致強信號掩蓋弱信號，這就是移動(dòng)通信中的"遠近效應"問(wèn)題。

因為所有用戶(hù)共同使用同一頻率（載波），所以"遠近效應"問(wèn)題更加突出。CDMA功率控制的目的就是克服"遠近效應"，使系統既能維持高質(zhì)量通信，又不對占用同一信道的其它用戶(hù)產(chǎn)生不應有的干擾。

六、為什么CDMA手機能保持低的發(fā)射功率？

這是由于CDMA系統有一套精確的功率控制方法。CDMA系統中的功率控制分為前向功率控制和反向功率控制。反向功率控制又分為僅有手機參與的開(kāi)環(huán)控制和手機、基站同時(shí)參與的閉環(huán)功率控制。反向開(kāi)環(huán)功率控制由手機獨立完成，手機根據它本身在小區中所接收功率的變化，迅速調節手機發(fā)射功率。正是由于這些精確的功率控制，才使CDMA手機能保持適當的發(fā)射功率。

七、什么是CDMA軟切換？它與硬切換有什么分別？

移動(dòng)通訊是建立在移動(dòng)之中的。有了頻率的復用，必然帶來(lái)移動(dòng)中的頻率切換問(wèn)題，一個(gè)網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量的好壞在無(wú)線(xiàn)方面主要表現在掉話(huà)、頻率丟失等指標上，切換方式將對這些指標產(chǎn)生影響。通過(guò)下面軟切換和硬切換方法的比較，孰優(yōu)孰劣，我們能得出結論。

硬切換

在FDMA和TDMA系統中，所有的切換都是硬切換都是硬切換。當切換發(fā)生時(shí)，手機總是先釋放原基站的信道，然后才能獲得新基站分配的信道，是一個(gè)"釋放-建立"的過(guò)程，切換過(guò)程發(fā)生在兩個(gè)基站過(guò)度區域或扇區之間，兩個(gè)基站或扇區是一種競爭的關(guān)系。

如果在一定區域里兩基站信號強度劇烈變化，手機就會(huì )在兩個(gè)基站間來(lái)回切換，產(chǎn)生所謂的"乒乓效應"。這樣一方面給交換系統增加了負擔，另一方面也增加了掉話(huà)的可能性。

軟切換

在CDMA系統中，切換的情況有所不同。當一部手機處于切換狀態(tài)下，同時(shí)將會(huì )有兩個(gè)甚至更多的基站對它進(jìn)行監測，系統中的基站控制器將逐幀比較來(lái)自各個(gè)基站的有關(guān)這部手機的信號質(zhì)量報告，并選用最好的一幀。

可見(jiàn)CDMA的切換是一個(gè)"建立-比較-釋放"的過(guò)程，我們稱(chēng)這種切換為軟切換，以區別與FDMA、TDMA中的切換。軟切換可以是同一基站控制器下的不同基站或不同基站控制器下不同基站之間發(fā)生的切換。

八、什么是CDMA的"更軟切換"？

在CDMA系統中還有一種切換稱(chēng)為"更軟切換"。它指發(fā)生在同一基站具有相同頻率的不同扇區間的切換。另外，CDMA系統中還可以提供導頻引導（PilotBeacon）的不同載波間的切換，以及軟件控制的一些切換。所有這些切換措施都為CDMA系統帶來(lái)了更可靠的無(wú)線(xiàn)通路。

現有的蜂窩系統分級接收,與CDMA的分級接收有什么分別？

在CDMA系統中，由于采用了Rake接收機，克服了多徑效應，使得不利變?yōu)榱擞欣?，這是CDMA中獨有的路徑分級技術(shù)。

路徑分級接收的遠離是這樣的：在基站處，每一個(gè)反向信道都有四個(gè)數字解調器，而每個(gè)數字解調器又包含有搜索單元和解調單元，搜索單元負責搜索不同的多徑信號，并交由各解調單元解調。這樣每個(gè)基站都可以同時(shí)解調四路多徑信號，并進(jìn)行矢量合并，通過(guò)這樣恢復出的信號比任何一路的信號都要好。在手機里，有三個(gè)數字解調單元、一個(gè)搜索單元，這樣手機也能同時(shí)解調三路多徑信號并進(jìn)行矢量合并。由于采用了多徑接受機，使得基站、手機均能有穩定的接受信號。

九、為什么CDMA需要對整個(gè)網(wǎng)絡(luò )同步？

如果碼序列在傳輸中有傳輸時(shí)延，在收端便不能解調恢復出原始數數據，需要在接受端通過(guò)人工的時(shí)延來(lái)補償傳輸及數字信號處理造成的時(shí)延。要做到這種補償，我們必需建立一種同步體制，即必須使收、發(fā)端產(chǎn)生的碼序列同步。這就是CDMA系統的同步問(wèn)題。由于CDMA系統中的碼速率非常高，因此不許有一套高精度的同步時(shí)鐘作為參考，協(xié)調全網(wǎng)所有基站的工作。

目前，全球衛星定位系統（GPS）是這種時(shí)鐘參考的最佳選擇。GPS是一個(gè)由24顆繞地球運轉的衛星組成的天線(xiàn)導航系統，它的優(yōu)勢在于全球覆蓋，系統時(shí)鐘精度高，不易受電磁暴、低頻干擾源的影響。作為備份，遠距離導航（LORAN-C）系統也是一個(gè)很好的選擇，該系統采用地波傳播技術(shù)，同樣具有時(shí)鐘精確、不受電離層變化影響、衰減小、相位及幅度穩定等特點(diǎn)。