CDMA

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CDMA(Code Division Multiple Access)

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什么是CDMA

  CDMA又称码分多址,是在无线通讯上使用的技术,CDMA允许所有的使用者同时使用全部频带(1.2288Mhz),并且把其他使用者发出的讯号视为杂讯,完全不必考虑到讯号碰撞 (collision) 的问题。

CDMA的专业定义

  CDMA,就是利用展频的通讯技术,因而可以减少手机之间的干扰,并且可以增加用户的容量,而且手机的功率还可以做的比较低,不但可以使使用时间更长,更重要的是可以降低电磁波辐射对人的伤害。CDMA的带宽可以扩展较大,还可以传输影像,这是第三代手机为什么选用CDMA的原因。就安全性能而言,CDMA不但有良好的认证体制,更因为其传输的特性,用码来区分用户,防止被人盗听的能力大大地增强。 目前CDMA系统正快速发展中。 Wideband CDMA(WCDMA)宽带码分多址传输技术,为IMT-2000的重要基础技术,将是第三代数字无线通信系统的标准之一。

CDMA的优点

  CDMA的优点包括: CDMA中所提供的语音编码技术,其通话品质比目前的GSM好,而且可以把用户对话时周围环境的噪音降低,使通话更为清晰。

CDMA的技术背景

  CDMA技术的出现源自于人类对更高质量无线通信的需求。第二次世界大战期间因战争的需要而研究开发出CDMA技术,其思想初衷是防止敌方对己方通讯的干扰,在战争期间广泛应用于军事抗干扰通信,后来由美国高通公司更新成为商用蜂窝电信技术。1995年,第一个CDMA商用系统(被称为IS-95A)被美国高通公司运行之后,CDMA技术理论上的诸多优势在实践中得到了检验,从而在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。全球许多国家和地区,包括中国大陆、中国香港、韩国、日本、美国都已建有CDMA商用网络。在美国和日本,CDMA成为国内的主要移动通信技术。在美国,10个移动通信运营公司中有7家选用CDMA。到2006年4月,韩国有60%的人口成为CDMA用户。在澳大利亚主办的第27届奥运会中,CDMA技术更是发挥了重要作用。

  中国联通于2002年1月8日正式开通了CDMA网络并投入商用,2008年10月1日后转由中国电信经营,手机号段为133、153、189及尚未放号的180号段。

  女演员海蒂拉玛和她的作曲家丈夫定义Spectrum(频谱)的概念早在1942年。该专利提出了一个重要的概念“展布频谱技术”此后的这个思路带给了我们这个世界不可思议的变化。50年代,纽约州的Sylvania公司(台积电老板张忠谋在美国的第一份工作,就是在这家半导体公司)开始以海蒂和乔治的专利为出发点作相关的研发。后来在60年代,相关的展频(Spread Spectrum)技术出现了,美国军方也开始在军事通讯系统中使用展频技术。80年代冷战结束后,美国军方解除了对展频技术的管制,允许其商业化。然后在1985年,美国的一家小公司在加州成立,以展频技术为基础,研发出CDMAJI(Code Division Multiple Access)系统。这公司就是高通!

CDMA的技术标准

  CDMA技术的标准化经历了几个阶段。IS-95是cdmaONE系列标准中最先发布的标准,真正在全球得到广泛应用的第一个CDMA标准是IS-95A,这一标准支持8K编码话音服务。其后又分别出版了13K话音编码器的TSB74标准,支持1.9GHz的CDMA PCS系统的STD-008标准,其中13K编码话音服务质量已非常接近有线电话的话音质量。随着移动通信对数据业务需求的增长,1998年2月,美国高通公司宣布将IS-95B标准用于CDMA基础平台上。IS-95B可提供CDMA系统性能,并增加用户移动通信设备的数据流量,提供对64kbps数据业务的支持。其后,cdma2000成为窄带CDMA系统向第三代系统过渡的标准。cdma2000在标准研究的前期,提出了1X和3X的发展策略,但随后的研究表明,1X和1X增强型技术代表了未来发展方向。

  CDMA技术的标准化,推进了这项技术在世界范围的应用。目前,在美国、韩国、日本等国家,CDMA技术已获得了较大规模的应用。在一些欧洲国家,一些运营商也建起了CDMA网络。据CDG(世界CDMA发展集团)统计,1996年底CDMA用户仅为100万;到1998年3月已迅速增长到1000万;截至1999年9月,用户数量已超过4000万。2000年初全球CDMA移动电话用户的总数已突破5000万,在一年内用户数量增长率达到118%。CDG表示,目前亚洲已经成为CDMA市场增长的主要动力,亚洲地区CDMA用户数量比一年前增长88%,达到2800万。美国地区的增长率更是高达143%,达到1650万,但用户绝对数量要低于亚洲,在亚太地区,中国香港、日本、韩国、澳大利亚、泰国、印度、菲律宾、新西兰、孟加拉国等许多国家和地区都已建有CDMA商用网络,用户数量已超过2100万户。增长率位于第三的是中美洲和南美洲,CDMA用户数量达到500万。CDG还表示,今后全球CDMA市场中,中国大陆地区的增长潜力最大。

  CDMA是移动通信技术的发展方向。在2G阶段,CDMA增强型IS95A与GSM在技术体制上处于同一代产品,提供大致相同的业务。但CDMA技术有其独到之处,在通话质量好、掉话少、低辐射、健康环保等方面具有显著特色。在2.5G阶段,CDMA2000 1X RTT 与GPRS在技术上已有明显不同,在传输速率上1X RTT高于GPRS,在新业务承载上1X RTT比GPRS成熟,可提供更多的中高速率的新业务。从2.5G向3G技术体制过渡上, CDMA2000 1X向CDMA2000 1X EV-DO过渡比GPRS向WCDMA过渡更为平滑。

CDMA的主要优势

  1.系统容量大

  理论上,在使用相同频率资源的情况下,CDMA移动网比模拟网容量大20倍,实际使用中比模拟网大10倍,比GSM要大4-5倍。

  2.系统容量的配置灵活

  在CDMA系统中,用户数的增加相当于背景噪声的增加,造成话音质量的下降。但对用户数并无限制,操作者可在容量和话音质量之间折衷考虑。另外,多小区之间可根据话务量和干扰情况自动均衡。

  这一特点与CDMA的机理有关。CDMA是一个自扰系统,所有移动用户都占用相同带宽和频率,打个比方,将带宽想像成一个大房子,所有的人将进入惟一的大房子。如果他们使用完全不同的语言,他们就可以清楚地听到同伴的声音而只受到一些来自别人谈话的干扰。在这里,屋里的空气可以被想像成宽带的载波,而不同的语言即被当作编码,我们可以不断地增加用户直到整个背景噪音限制住了我们。如果能控制住用户的信号强度,在保持高质量通话的同时,我们就可以容纳更多的用户。

  3.通话质量更佳

  TDMA的信道结构最多只能支持4Kb的语音编码器,它不能支持8Kb以上的语音编码器。而CDMA的结构可以支持13kb的语音编码器。因此可以提供更好的通话质量。CDMA系统的声码器可以动态地调整数据传输速率,并根据适当的门限值选择不同的电平级发射。同时门限值根据背景噪声的改变而变,这样即使在背景噪声较大的情况下,也可以得到较好的通话质量。另外,TDMA采用一种硬移交的方式,用户可以明显地感觉到通话的间断,在用户密集、基站密集的城市中,这种间断就尤为明显,因为在这样的地区每分钟会发生2至4次移交的情形。而CDMA系统“掉话”的现象明显减少,CDMA系统采用软切换技术,“先连接再断开”,这样完全克服了硬切换容易掉话的缺点。

  4.频率规划简单

  用户按不同的序列码区分,所以,相同CDMA载波可在相邻的小区内使用,网络规划灵活,扩展简单。

  虽然CDMA系统频率规划简单,但CDMA系统存在着PN短码的规划,并且PN短码的规划相较频率规划并不一定更简单。

  总体来说CDMA的规划并不简单。相反,较之GSM系统要更为复杂。

  5.建网成本低

  CDMA系统有着容量大、工作频点较GSM低,因此,在CDMA规划中,CDMA的站间距一般较GSM稀疏。因此可以更好的节约建网成本。

  6.网络绿色环保

技术体制平均发射功率最大发射功率。
GSM125毫瓦2瓦
CDMA2毫瓦200毫瓦

  从以上数据可以看到CDMA手机是GSM手机平均发射功率的2/125。CDMA手机更加绿色环保。

  低功率谱密度

  由于CDMA的关键技术为扩频技术,所以它的功率谱被扩展的很宽,从而功率很低,好处有二:

  1.防止其它信道的干扰;

  2.防止干扰其它信道。

CDMA的技术特点

  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,因此信号好像隐蔽在噪声中;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。

  (5)多个用户同时接收,同时发送。

  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)CDMA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QCELP话音编码。话音编码技术是数字通信中的一个重要课题。QCELP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。这种编码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1.2kbit/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。

CDMA系统

  CDMA系统是基于码分技术(扩频技术)和多址技术的通信系统,系统为每个用户分配各自特定地址码。地址码之间具有相互准正交性,从而在时间、空间和频率上都可以重叠;将需传送的具有一定信号带宽的信息数据,用一个带宽远大于信号带宽的伪随机码进行调制,使原有的数据信号的带宽被扩展,接收端进行向反的过程,进行解扩,增强了抗干扰的能力。CDMA系统是属于自干扰系统。

  CDMA系统时间

  系统零时:定义1980年6月1日12:00:00时整为系统起始时间。偏置为零的长码和短码此时同时处于初始状态。

  所有基站将在GPS时间的每个偶秒起始时刻(或在此之后80ms整数倍处)作为0偏置PN码(周期为80/3 ms)的初态,即在此之前恰好输出了1个“1”和连续15个“0”这样的PN码片。

  所有基站需将1980年1月6日零时(GPS起始时间)作为m序列长码的初态(在此之前恰好输出了一个“1”码片和41个连续的“0”码片)。

  使用GPS定时的好处:切换快,同步简单。

  CDMA系统缺点

  来自非同步CDMA网中不同的用户的扩频序列不完全正交,从而引起多址干扰;   由于使用相同的载频,许多用户共用一个信道,强信号对弱信号有着明显的抑制作用,从而产生“远——近”效应,影响用户通话。

  CDMA系统中采用功率控制技术解决“远——进”效应。

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