CDMA技術(shù)及市場應(yīng)用介紹

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田宏鵬




 。茫模停潦牵茫铮洌 Division Multiple Access的英文縮寫,中文翻譯為碼分多址。CDMA是用于數(shù)字蜂窩移動通信的一種先進(jìn)的無線擴(kuò)頻通信技術(shù),它能滿足近年來運營者對大容量、廉價、高質(zhì)量的移動通信系統(tǒng)的需求。



 。茫模停良夹g(shù)作為一種抗干擾的通信手段,很早就在軍事通信中得到了應(yīng)用,但是將CDMA技術(shù)應(yīng)用于民用的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng),還是80年代末才由美國Qualcomm公司實現(xiàn)的。QCDMA系統(tǒng)中采用了許多先進(jìn)的技術(shù),保證了系統(tǒng)性能的優(yōu)勢,其標(biāo)準(zhǔn)稱為IS-95系列,其中包含多個標(biāo)準(zhǔn)。多徑衰落是移動通信系統(tǒng)需要克服的主要問題,CDMA系統(tǒng)采用了多種形式的分集,從而很好地解決了這一問題。CDMA系統(tǒng)采用符號交織、檢錯和糾錯編碼等方法實現(xiàn)了時間分集;CDMA系統(tǒng)的信號帶寬是1.25MHz,起到了頻率分集的作用;基站使用多付接收天線,基站和移動臺都使用了Rake接收機(jī)技術(shù),軟切換時,移動臺和基站同時聯(lián)系,從中選取最好的信號送給交換機(jī),從而起到了空間分集的作用。


 。茫模停料到y(tǒng)的容量主要受限于系統(tǒng)移動臺之間的相互干擾,如果每個移動臺的信號在到達(dá)基站時都保持所需的最小信噪比,系統(tǒng)容量將達(dá)到最大值。CDMA功率控制的目的就是使每個用戶既維持高質(zhì)量通信又不對占用同一信道的其他用戶產(chǎn)生不應(yīng)有的干擾。功率控制分為前向功率控制和反向功率控制,而反向功率控制又分為開環(huán)和閉環(huán)兩部分。反向開環(huán)功率控制是在反向閉環(huán)功率控制還未形成時,移動臺根據(jù)接收功率的變化控制發(fā)射功率。CDMA系統(tǒng)的每一個移動臺都一直在計算從基站到移動臺的路徑衰耗。當(dāng)移動臺接收到從基站來的信號很強(qiáng)時,表明要么離基站很近,要么有一個很好的傳播路徑,這時移動臺將降低它的發(fā)射功率。相反,當(dāng)移動臺接收到的信號很弱時,它就增加發(fā)射功率以抵銷損耗。CDMA系統(tǒng)前向、反向信道分別占用不同的頻段,間隔為45MHz,兩個頻道衰減的相關(guān)性較弱。這就需要基站根據(jù)目前所需信噪比和實際接收的信噪比之差隨時命令移動臺調(diào)整發(fā)送功率(即閉環(huán)調(diào)整);舅璧男旁氡仁歉鶕(jù)初始設(shè)定的誤幀率隨時調(diào)整的(即外環(huán)調(diào)整)。前向信道總功率被按一定比例分配給導(dǎo)頻信道、同步信道、尋呼信道以及所有的前向業(yè)務(wù)信道。因為不同移動臺可能處在不同的距離和不同的環(huán)境,基站到每一個移動臺的傳輸損耗都不一樣,因此基站必須控制發(fā)送功率,給每個用戶的前向業(yè)務(wù)信道都分配以適當(dāng)?shù)墓β。基站這種視具體情況而分配給不同業(yè)務(wù)信道不同功率的方法就是前向功率控制。CDMA系統(tǒng)的功率控制除了直接提高容量之外,同時也降低了為克服噪聲和干擾所需的發(fā)射功率,這就意味著CDMA移動臺有著更長的工作時間。


  目前CDMA系統(tǒng)普遍采用8kbit/s的可變速率聲碼器,聲碼器使用的是QCELP(Qualcomm碼激勵線性預(yù)測)語言編碼技術(shù),QCELP算法被認(rèn)為是到目前為止效率最高的一種算法,可以保證很高的話音質(zhì)量。此外,系統(tǒng)還采用了話音激活技術(shù),在用戶不講話時數(shù)據(jù)傳輸速率降低,減輕了對其他用戶的干擾,而CDMA的容量直接與總干擾功率相關(guān),這樣就可以使系統(tǒng)容量增加一倍左右。


 。茫模停列盘柕臄_頻方式提供了高度的保密性,使這種數(shù)字蜂窩系統(tǒng)在防止串話、盜用等方面具有其他系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)點。CDMA的數(shù)字語音信道還可將數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)或其他標(biāo)準(zhǔn)的加密技術(shù)直接引入。


  CDMA系統(tǒng)能提供軟切換技術(shù)。軟切換就是當(dāng)移動臺需要跟一個新的基站通信時,并不先中斷與原基站的聯(lián)系,移動臺在切換過程中與原小區(qū)和新小區(qū)同時保持通話,以保持電話的通暢。軟切換只能在具有相同頻率的CDMA信道間進(jìn)行。它的優(yōu)點包括三方面:1. 無縫切換保持通話的連續(xù)性。2. 減小掉話可能性。3. 處于切換區(qū)域的移動臺發(fā)送功率降低,減少發(fā)送功率是通過分集接收來實現(xiàn)的,降低發(fā)送功率有利于增加反向容量。


  在FDMA和TDMA系統(tǒng)中,一個小區(qū)中的信道數(shù)是固定的,然而在CDMA系統(tǒng)中用戶數(shù)和服務(wù)級別之間有著更靈活的關(guān)系。例如系統(tǒng)經(jīng)營者可在話務(wù)量高峰期將誤幀率稍微提高,從而增加可用信道數(shù)。由于CDMA是一個自干擾系統(tǒng),當(dāng)相鄰小區(qū)負(fù)荷較輕時,本小區(qū)所受的干擾相應(yīng)減少,容量就可適當(dāng)增加。體現(xiàn)軟容量的再一種形式是小區(qū)呼吸功能。所謂小區(qū)呼吸功能是指各個小區(qū)覆蓋大小是動態(tài)的。當(dāng)相鄰兩小區(qū)負(fù)荷一輕一重時,負(fù)荷重的小區(qū)通過減小導(dǎo)頻發(fā)射功率,使本小區(qū)的邊緣用戶由于導(dǎo)頻強(qiáng)度不足,切換到相鄰小區(qū),使負(fù)載分擔(dān),即相當(dāng)于增加了容量。另外,當(dāng)缺少信道時,還可以通過降低用戶通話質(zhì)量來保證話路的接通,等目標(biāo)小區(qū)負(fù)荷減輕時,再將通話質(zhì)量恢復(fù)正常。


  基于CDMA技術(shù)的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的優(yōu)點很多,最重要的就是系統(tǒng)容量大。根據(jù)理論計算和現(xiàn)場實驗表明,CDMA的每小區(qū)信道容量是模擬系統(tǒng)10倍左右,而愛爾蘭容量更大。CDMA可變速率聲碼器8K編碼所提供的話音質(zhì)量與GSM的13K編碼的話音質(zhì)量接近,而現(xiàn)在提出的13K編碼話音服務(wù)已經(jīng)非常接近有線電話。CDMA的軟切換技術(shù)更大大降低了切換掉話的可能性,實現(xiàn)了無縫切換。鑒權(quán)、數(shù)字格式、寬帶信令和根據(jù)受話人制定的通話保護(hù)措施,可提供最佳的保密特性,防止手機(jī)密碼被盜。CDMA系統(tǒng)的空中接口與模擬系統(tǒng)兼容,使用CDMA雙模手機(jī),手機(jī)會自動判別是接入CDMA網(wǎng)還是接入模擬網(wǎng)。


  目前,對移動通信系統(tǒng)中提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求越來越迫切,所以CDMA系統(tǒng)IS-95A已經(jīng)不能滿足運營商和用戶的需要。1998年2月美國Qualcomm公司宣布支持新的TIA/EIA-95B的標(biāo)準(zhǔn),即IS-95B標(biāo)準(zhǔn)用于CDMA的基礎(chǔ)平臺上。IS-95B可以提高CDMA系統(tǒng)的性能,并增加用戶移動通信設(shè)備的數(shù)據(jù)流量,提高系統(tǒng)的接話率,為向第三代發(fā)展奠定基礎(chǔ)。IS-95B的重要特征是可以支持CDMA系統(tǒng)的高碼率14.4kbit/s,最高達(dá)到115kbit/s。此碼率是通過將8個業(yè)務(wù)通道集中的方法得到的,Qualcomm公司的預(yù)計目標(biāo)是前向業(yè)務(wù)通道達(dá)到28.8kbit/s到57.6kbit/s,反向業(yè)務(wù)通道達(dá)到14.4kbit/s的碼速率。


 。桑樱梗担略谲浨袚Q方面的改進(jìn)更加提高了CDMA系統(tǒng)容量,特別適合于高密度環(huán)境下的移動通信,在這樣的區(qū)域內(nèi)軟切換率會更高并保持了IS-95A的語音通話質(zhì)量,但所需的用于軟切換的業(yè)務(wù)通道減少了。另一條改革是頻帶間的硬切換,CDMA系統(tǒng)使用另外的1.25MHz來增加容量,當(dāng)移動臺從一個頻帶轉(zhuǎn)到另一個頻帶時,IS-95B規(guī)定CDMA系統(tǒng)能自動進(jìn)行頻帶的軟切換工作。 Qualcomm計劃將IS-95B產(chǎn)品于1999年初投入基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中,同時Qualcomm也致力于將IS-95B的特點包含在用戶產(chǎn)品中。



CDMA IS-95向第三代的演進(jìn)


   在向第三代移動通信的標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)中,W-CDMA和CDMA2000和中國的TD-SCDMA是三個主要標(biāo)準(zhǔn)。WCDMA技術(shù)方案充分考慮了與第二代GSM移動通信系統(tǒng)的互操作性和對GSM核心網(wǎng)絡(luò)的兼容性,CDMA2000的開發(fā)策略則是對以IS95標(biāo)準(zhǔn)為藍(lán)本的cdmaOne系統(tǒng)的平滑升級;中國提出的TD-SCDMA技術(shù)定位INT-2000 CDMAT-DD部分中,為規(guī)范第三代無線接口技術(shù)發(fā)揮了重要作用.


 。桑裕找蟮谌苿油ㄐ畔到y(tǒng)具有反向兼容性。反向兼容性類似于GSM/DCS 1800雙頻段的概念,即第二、三代系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之間,具有通話切換和自動漫游功能,通過用戶使用雙模手機(jī),使得運營商在第二代網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上逐步建設(shè)和發(fā)展第三代網(wǎng)絡(luò),并且繼續(xù)使用第二代的網(wǎng)絡(luò)和投資設(shè)備,可以減小和降低運營商在第三代上的投資風(fēng)險和技術(shù)風(fēng)險。未來的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和接口的發(fā)展趨勢是朝著分布式和更加開放的方向發(fā)展。從長遠(yuǎn)看,預(yù)計在未來的第三代設(shè)備市場上廠商及業(yè)務(wù)市場上運營商之間及業(yè)務(wù)提供廠商之間的競爭將比目前的第二代更加激烈。目前,第二代的分級式結(jié)構(gòu)適合于面向話音業(yè)務(wù)和低速電路交換型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),而未來的平級式結(jié)構(gòu)則適合于包括話音,高速數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)在內(nèi)的多媒體業(yè)務(wù)。



CDMA產(chǎn)品市場狀況


  1. 窄帶CDMA市場現(xiàn)狀


 。茫模停链蠹s于3年多以前開始進(jìn)入市場,問世僅僅3年的時間,全球用戶在1998年底已達(dá)2300萬,3個月之后CDMA用戶又激增了30%(700萬用戶)到1999年3月,全球CDMA總用戶已接近3000萬,成為世界上發(fā)展最快和最具生命力的移動通信系統(tǒng)。


 。茫模停劣脩舯榧笆澜绺鞔笾,但主要用戶在亞洲和北美洲(目前全球用戶分布為亞洲64%,北美洲30%,拉丁美洲和世界其它地區(qū)為6%)。根據(jù)CDG(全球CDMA協(xié)會)的統(tǒng)計,自1997年9月到1999年3月的18個月的時間內(nèi),北美CDMA用戶增長了9.8倍,亞洲用戶增長了5.4倍,拉丁美洲和其它地區(qū)起步較晚,但是自1998年3月到1999年3 月的12個月內(nèi),拉美用戶增長了12.4倍,歐州、中東和非洲增長330倍。1997年9月到1999年3月的18個月內(nèi),全球CDMA用戶的總增長為6.7倍。根據(jù)這一迅猛的發(fā)展趨勢,國際上的專家們按較保守的預(yù)測,估計到2000年底,CDMA的全球用戶將達(dá)到6000萬,到2002年底,總用戶將增至1.06億,獨立咨詢公司(DATACOMM RESEARCH)歷時3年的市場調(diào)查預(yù)測到2003年 CDMA用戶將增長到1.65億(參見1998年的CDMA SPECTRUM)。


  目前世界上有100多家運營公司在覆蓋各大洲的38個國家運營窄帶CDMA系統(tǒng),韓國全國統(tǒng)一使用CDMA作為唯一的移動通信系統(tǒng),在美國和加拿大,CDMA網(wǎng)絡(luò)已遍布幾乎所有的城市,通信公司的GSM開發(fā)項目紛紛關(guān)閉下馬。模擬系統(tǒng)(AMPS)的生產(chǎn)處于收尾階段,CDMA將主導(dǎo)北美移動通信市場已是不爭的事實。


  從目前用戶調(diào)查結(jié)果看,CDMA系統(tǒng)口碑非常好,主要滿意的方面是優(yōu)越的語音質(zhì)量,高可靠性(不掉線),隱私保密性強(qiáng),安全無害(手機(jī)功率極小,對身體無害)以及電池持續(xù)時間長等。日本一家獨立調(diào)查公司對1400名用戶的調(diào)查表明,80%以上的用戶認(rèn)為CDMA的語音質(zhì)量優(yōu)于或等同于有線電話的音質(zhì)。
 。玻 2.5代和3代CDMA的國際市場情況


  第三代(寬帶,5兆帶寬)CDMA系統(tǒng)是目前各大公司正在競相開發(fā)的熱門技術(shù),而窄帶(1.25兆)CDMA則是較成熟的技術(shù),窄帶CDMA是開發(fā)寬帶CDMA的基礎(chǔ),兩者可以并存于運營公司管理的同一頻段之中。目前北美各大公司開發(fā)的2.5代和3代CDMA均兼容IS-95。


  目前,2.5代CDMA在北美市場已有50億美元的商業(yè)定單,產(chǎn)品將于2000年和2001投入市場。3代CDMA預(yù)計在2001到2002年左右投放市場。作為過渡,目前研制的2.5代和3代CDMA都兼容IS-95,但是IS-95將在3年左右的時間內(nèi)被淘汰,原因是2.5代和3代在性能、功能以及價格方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于IS-95,尤其值得注意的是IS-95系統(tǒng)不具有數(shù)據(jù)傳輸功能,在數(shù)據(jù)通信高速增長的拉動下,CDMA將很快向2.5代與第三代轉(zhuǎn)化。在日本,僅僅簡化了的3代CDMA(只有話音功能〕目前就已經(jīng)有了110~160億美元的商業(yè)定單?傊,目前世界上幾乎所有的通信大公司都在開發(fā)2.5代和3代的CDMA基站系統(tǒng)或手機(jī),他們必將有力地推動CDMA的市場。歐洲運營商已經(jīng)決定采用歐洲制的CDMA系統(tǒng),北美、日本、韓國目前的商業(yè)定單幾乎全部為CDMA。CDMA作為世界新一代通信系統(tǒng)的主導(dǎo)地位看來已經(jīng)確立。速率。




----《通信世界》


   

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