CDMA

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CDMA(Code Division Multiple Access)

目錄

什麼是CDMA

  CDMA又稱碼分多址,是在無線通訊上使用的技術,CDMA允許所有的使用者同時使用全部頻帶(1.2288Mhz),並且把其他使用者發出的訊號視為雜訊,完全不必考慮到訊號碰撞 (collision) 的問題。

CDMA的專業定義

  CDMA,就是利用展頻的通訊技術,因而可以減少手機之間的干擾,並且可以增加用戶的容量,而且手機的功率還可以做的比較低,不但可以使使用時間更長,更重要的是可以降低電磁波輻射對人的傷害。CDMA的帶寬可以擴展較大,還可以傳輸影像,這是第三代手機為什麼選用CDMA的原因。就安全性能而言,CDMA不但有良好的認證體制,更因為其傳輸的特性,用碼來區分用戶,防止被人盜聽的能力大大地增強。 目前CDMA系統正快速發展中。 Wideband CDMA(WCDMA)寬頻碼分多址傳輸技術,為IMT-2000的重要基礎技術,將是第三代數字無線通信系統的標準之一。

CDMA的優點

  CDMA的優點包括: CDMA中所提供的語音編碼技術,其通話品質比目前的GSM好,而且可以把用戶對話時周圍環境的噪音降低,使通話更為清晰。

CDMA的技術背景

  CDMA技術的出現源自於人類對更高質量無線通信的需求。第二次世界大戰期間因戰爭的需要而研究開發出CDMA技術,其思想初衷是防止敵方對己方通訊的干擾,在戰爭期間廣泛應用於軍事抗干擾通信,後來由美國高通公司更新成為商用蜂窩電信技術。1995年,第一個CDMA商用系統(被稱為IS-95A)被美國高通公司運行之後,CDMA技術理論上的諸多優勢在實踐中得到了檢驗,從而在北美、南美和亞洲等地得到了迅速推廣和應用。全球許多國家和地區,包括中國大陸、中國香港、南韓、日本、美國都已建有CDMA商用網路。在美國和日本,CDMA成為國內的主要移動通信技術。在美國,10個移動通信運營公司中有7家選用CDMA。到2006年4月,南韓有60%的人口成為CDMA用戶。在澳大利亞主辦的第27屆奧運會中,CDMA技術更是發揮了重要作用。

  中國聯通於2002年1月8日正式開通了CDMA網路並投入商用,2008年10月1日後轉由中國電信經營,手機號段為133、153、189及尚未放號的180號段。

  女演員海蒂拉瑪和她的作曲家丈夫定義Spectrum(頻譜)的概念早在1942年。該專利提出了一個重要的概念“展佈頻譜技術”此後的這個思路帶給了我們這個世界不可思議的變化。50年代,紐約州的Sylvania公司(台積電老闆張忠謀在美國的第一份工作,就是在這家半導體公司)開始以海蒂和喬治的專利為出發點作相關的研發。後來在60年代,相關的展頻(Spread Spectrum)技術出現了,美國軍方也開始在軍事通訊系統中使用展頻技術。80年代冷戰結束後,美國軍方解除了對展頻技術的管制,允許其商業化。然後在1985年,美國的一家小公司在加州成立,以展頻技術為基礎,研發出CDMAJI(Code Division Multiple Access)系統。這公司就是高通!

CDMA的技術標準

  CDMA技術的標準化經歷了幾個階段。IS-95是cdmaONE系列標準中最先發佈的標準,真正在全球得到廣泛應用的第一個CDMA標準是IS-95A,這一標準支持8K編碼話音服務。其後又分別出版了13K話音編碼器的TSB74標準,支持1.9GHz的CDMA PCS系統的STD-008標準,其中13K編碼話音服務質量已非常接近有線電話的話音質量。隨著移動通信對數據業務需求的增長,1998年2月,美國高通公司宣佈將IS-95B標準用於CDMA基礎平臺上。IS-95B可提供CDMA系統性能,並增加用戶移動通信設備的數據流量,提供對64kbps數據業務的支持。其後,cdma2000成為窄帶CDMA系統向第三代系統過渡的標準。cdma2000在標準研究的前期,提出了1X和3X的發展策略,但隨後的研究表明,1X和1X增強型技術代表了未來發展方向。

  CDMA技術的標準化,推進了這項技術在世界範圍的應用。目前,在美國、南韓、日本等國家,CDMA技術已獲得了較大規模的應用。在一些歐洲國家,一些運營商也建起了CDMA網路。據CDG(世界CDMA發展集團)統計,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,用戶數量已超過4000萬。2000年初全球CDMA行動電話用戶的總數已突破5000萬,在一年內用戶數量增長率達到118%。CDG表示,目前亞洲已經成為CDMA市場增長的主要動力,亞洲地區CDMA用戶數量比一年前增長88%,達到2800萬。美國地區的增長率更是高達143%,達到1650萬,但用戶絕對數量要低於亞洲,在亞太地區,中國香港、日本、南韓、澳大利亞、泰國、印度、菲律賓、紐西蘭、孟加拉國等許多國家和地區都已建有CDMA商用網路,用戶數量已超過2100萬戶。增長率位於第三的是中美洲和南美洲,CDMA用戶數量達到500萬。CDG還表示,今後全球CDMA市場中,中國大陸地區的增長潛力最大。

  CDMA是移動通信技術的發展方向。在2G階段,CDMA增強型IS95A與GSM在技術體制上處於同一代產品,提供大致相同的業務。但CDMA技術有其獨到之處,在通話質量好、掉話少、低輻射、健康環保等方面具有顯著特色。在2.5G階段,CDMA2000 1X RTT 與GPRS在技術上已有明顯不同,在傳輸速率上1X RTT高於GPRS,在新業務承載上1X RTT比GPRS成熟,可提供更多的中高速率的新業務。從2.5G向3G技術體制過渡上, CDMA2000 1X向CDMA2000 1X EV-DO過渡比GPRS向WCDMA過渡更為平滑。

CDMA的主要優勢

  1.系統容量大

  理論上,在使用相同頻率資源的情況下,CDMA移動網比模擬網容量大20倍,實際使用中比模擬網大10倍,比GSM要大4-5倍。

  2.系統容量的配置靈活

  在CDMA系統中,用戶數的增加相當於背景雜訊的增加,造成話音質量的下降。但對用戶數並無限制,操作者可在容量和話音質量之間折衷考慮。另外,多小區之間可根據話務量和干擾情況自動均衡。

  這一特點與CDMA的機理有關。CDMA是一個自擾系統,所有移動用戶都占用相同帶寬和頻率,打個比方,將帶寬想像成一個大房子,所有的人將進入惟一的大房子。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。在這裡,屋裡的空氣可以被想像成寬頻的載波,而不同的語言即被當作編碼,我們可以不斷地增加用戶直到整個背景噪音限制住了我們。如果能控制住用戶的信號強度,在保持高質量通話的同時,我們就可以容納更多的用戶。

  3.通話質量更佳

  TDMA的通道結構最多只能支持4Kb的語音編碼器,它不能支持8Kb以上的語音編碼器。而CDMA的結構可以支持13kb的語音編碼器。因此可以提供更好的通話質量。CDMA系統的聲碼器可以動態地調整數據傳輸速率,並根據適當的門限值選擇不同的電平級發射。同時門限值根據背景雜訊的改變而變,這樣即使在背景雜訊較大的情況下,也可以得到較好的通話質量。另外,TDMA採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,因為在這樣的地區每分鐘會發生2至4次移交的情形。而CDMA系統“掉話”的現象明顯減少,CDMA系統採用軟切換技術,“先連接再斷開”,這樣完全剋服了硬切換容易掉話的缺點。

  4.頻率規劃簡單

  用戶按不同的序列碼區分,所以,相同CDMA載波可在相鄰的小區內使用,網路規劃靈活,擴展簡單。

  雖然CDMA系統頻率規劃簡單,但CDMA系統存在著PN短碼的規劃,並且PN短碼的規劃相較頻率規劃並不一定更簡單。

  總體來說CDMA的規劃並不簡單。相反,較之GSM系統要更為複雜。

  5.建網成本低

  CDMA系統有著容量大、工作頻點較GSM低,因此,在CDMA規劃中,CDMA的站間距一般較GSM稀疏。因此可以更好的節約建網成本。

  6.網路綠色環保

技術體制平均發射功率最大發射功率。
GSM125毫瓦2瓦
CDMA2毫瓦200毫瓦

  從以上數據可以看到CDMA手機是GSM手機平均發射功率的2/125。CDMA手機更加綠色環保。

  低功率譜密度

  由於CDMA的關鍵技術為擴頻技術,所以它的功率譜被擴展的很寬,從而功率很低,好處有二:

  1.防止其它通道的干擾;

  2.防止干擾其它通道。

CDMA的技術特點

  1.CDMA是擴頻通信的一種,他具有擴頻通信的以下特點:

  (1)抗干擾能力強。這是擴頻通信的基本特點,是所有通信方式無法比擬的。

  (2)寬頻傳輸,抗衰落能力強。

  (3)由於採用寬頻傳輸,在通道中傳輸的有用信號的功率比干擾信號的功率低得多,因此信號好像隱蔽在雜訊中;即功率話密度比較低,有利於信號隱蔽。

  (4)利用擴頻碼的相關性來獲取用戶的信息,抗截獲的能力強。

  (5)多個用戶同時接收,同時發送。

  2.在擴頻CDMA通信系統中,由於採用了新的關鍵技術而具有一些新的特點:

  (1)採用了多種分集方式。除了傳統的空間分集外。由於是寬頻傳輸起到了頻率分集的作用,同時在基站和移動台採用了RAKE接收機技術,相當於時間分集的作用。

  (2)採用了話音激活技術和扇區化技術。因為CDMA系統的容量直接與所受的干擾有關,採用話音激活和扇區化技術可以減少干擾,可以使整個系統的容量增大。

  (3)採用了移動台輔助的軟切換。通過它可以實現無縫切換,保證了通話的連續性,減少了掉話的可能性。處於切換區域的移動台通過分集接收多個基站的信號,可以減低自身的發射功率,從而減少了對周圍基站的干擾,這樣有利於提高反向聯路的容量和覆蓋範圍。

  (4)採用了功率控制技術,這樣降低了平準發射功率。

  (5)具有軟容量特性。可以在話務量高峰期通過提高誤幀率來增加可以用的通道數。當相鄰小區的負荷一輕一重時,負荷重的小區可以通過減少導頻的發射功率,使本小區的邊緣用戶由於導頻強度的不足而切換到相臨小區,使負擔分擔。

  (6)兼容性好。由於CDMA的帶寬很大,功率分佈在廣闊的頻譜上,功率話密度低,對窄帶模擬系統的干擾小,因此兩者可以共存。即兼容性好。

  (7)CDMA的頻率利用率高,不需頻率規劃,這也是CDMA的特點之一。

  (8)CDMA高效率的QCELP話音編碼。話音編碼技術是數字通信中的一個重要課題。QCELP是利用碼表矢量量化差值的信號,並根據語音激活的程度產生一個輸出速率可變的信號。這種編碼方式被認為是目前效率最高的編碼技術,在保證有較好話音質量的前提下,大大提高了系統的容量。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,話音質量也有了明顯的提高。

CDMA系統

  CDMA系統是基於碼分技術(擴頻技術)和多址技術的通信系統,系統為每個用戶分配各自特定地址碼。地址碼之間具有相互準正交性,從而在時間、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據,用一個帶寬遠大於信號帶寬的偽隨機碼進行調製,使原有的數據信號的帶寬被擴展,接收端進行向反的過程,進行解擴,增強了抗干擾的能力。CDMA系統是屬於自干擾系統。

  CDMA系統時間

  系統零時:定義1980年6月1日12:00:00時整為系統起始時間。偏置為零的長碼和短碼此時同時處於初始狀態。

  所有基站將在GPS時間的每個偶秒起始時刻(或在此之後80ms整數倍處)作為0偏置PN碼(周期為80/3 ms)的初態,即在此之前恰好輸出了1個“1”和連續15個“0”這樣的PN碼片。

  所有基站需將1980年1月6日零時(GPS起始時間)作為m序列長碼的初態(在此之前恰好輸出了一個“1”碼片和41個連續的“0”碼片)。

  使用GPS定時的好處:切換快,同步簡單。

  CDMA系統缺點

  來自非同步CDMA網中不同的用戶的擴頻序列不完全正交,從而引起多址干擾;   由於使用相同的載頻,許多用戶共用一個通道,強信號對弱信號有著明顯的抑製作用,從而產生“遠——近”效應,影響用戶通話。

  CDMA系統中採用功率控制技術解決“遠——進”效應。

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