碼分多址（CDMA）蜂窩移動通信

碼分多址（CDMA）蜂窩移動通信
    由于第三代移動通信的空中接口的標(biāo)準(zhǔn)大多是基于cdma技術(shù)的，本文詳細的介紹了一下
CDMA技術(shù)的發(fā)展歷程，它的主要特點以及當(dāng)前占主流地位的兩種寬帶cdma技術(shù)的主要異同。
以及WCDMA與第二代技術(shù)相比所具有的優(yōu)點。
一、CDMA技術(shù)的發(fā)展歷程
    CDMA即碼分多址，起源于擴頻技術(shù)。由于擴頻技術(shù)具有抗干擾能力強、保密性能好的特
點，80年代就在軍事通信領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。為了提高頻率利用率，在擴頻的基礎(chǔ)上，
人們又提出了碼分多址的概念，即在同一頻帶內(nèi)，利用不同的地址碼來區(qū)分無線信道。盡管
人們已經(jīng)看到這種技術(shù)的諸多優(yōu)越性，但實現(xiàn)起來的難度較大。1990年。美國的Qualcomm公
司在曼哈頓區(qū)進行了小型實驗，雖然只有三個基站和兩個原始的移動臺，但已證明許多性能
都是成功的，1990年7月將“CDMA數(shù)字空中接口標(biāo)準(zhǔn)窩雙模式移動臺一基站兼容標(biāo)準(zhǔn)”第一草
案提交給有關(guān)的廠家。1993年，美國通信工業(yè)協(xié)會（TIA）正式通過CDMA的空中接口標(biāo)準(zhǔn)——
TA IS－95，Qualcomm公司已經(jīng)設(shè)計開發(fā)了用于CDMA系統(tǒng)的超大規(guī)模集成電路芯片作為系統(tǒng)用
戶設(shè)備和基站的元件，并于1995年生產(chǎn)出CDMA的基礎(chǔ)設(shè)備和配套設(shè)備。目前，CDMA作為新興
的蜂窩移動通信技術(shù)，已被眾多的通信設(shè)備制造商和移動通信運營商看好。可提供CDMA設(shè)備
的廠商已有MOTOROLA LUCENT NORTFIQUALCOMM、三星電子等四十多家。同時，CDMA也在世界
各地加快了商用化的進程。例如，在香港世界上第一個CDMA商用網(wǎng)已于1995年9月向公眾提供
服務(wù)。其后，韓國、美國、俄羅斯、巴西等國家也相繼開通了CDMA商用網(wǎng)。在中國也利用800
MHZ頻段，組建了 CDMA移動通信網(wǎng)——一中國電信長城網(wǎng)”，在北京、廣州、上海、西安等
地開通。1998年 3月，中國聯(lián)通公司的第一個CDMA試驗網(wǎng)在天津首次開通，在上海和廣州的
試驗網(wǎng)也正在建設(shè)之中。這一階段的技術(shù)基本是基于IS－95的 CDMA的技術(shù)。
    目前，擴頻CDMA的研究進入了一個新的階段。Is－95建議的CDMA技術(shù)的擴頻碼的速率為
1.2288MChiP／S擴頻帶寬約為1.25MHZ，信息數(shù)據(jù)速率最高為 13kb/s；它屬于窄帶CDMA范疇。
窄帶CDMA的缺點是傳輸能力有限，不能提供多媒體業(yè)務(wù)，擴頻增益不高，不能充分的利用擴
頻通信的優(yōu)點。為此，ITU制定了第三代移動通信的標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)稱為IMT－2000（開始的名稱是
FPLMTS，歐洲叫UMTS）IMT－2000空中接口的設(shè)計目標(biāo)是：在覆蓋區(qū)域內(nèi)，移動臺高速運動時。
用戶的最高速率要達到144KbPS，更高可達到 384KbPS，在有限的覆蓋區(qū)域內(nèi)，移動臺以一定
的速率運動時，用戶的速率最高可達到2Mbps。從UMTS的總體結(jié)構(gòu)來看，它具有更高的頻譜利
用率�？稍谌魏蔚胤揭匀魏畏绞綖槿魏稳颂峁┩ㄓ脗�人通信服務(wù)，包括提供Internet接入、
電視會議和其他寬帶業(yè)務(wù)。作為一個新的無線寬帶系統(tǒng)將采用通用傳輸機制，提供實時（如
話音）、非實時（如E－MAIL）兩種業(yè)務(wù)連接，為用戶提供話音、數(shù)據(jù)、圖形、多媒體和基于
視頻的信息。
    許多地區(qū)性標(biāo)準(zhǔn)化組織根據(jù)IMT－2000的要求制定了自己的標(biāo)準(zhǔn)，其中，日本的無線電標(biāo)
準(zhǔn)組織（ARIB）于1998年6月向ITU提交了類似歐洲的WCDMA的標(biāo)準(zhǔn)。1995年3月，美國電信工業(yè)
協(xié)會（TIA）負責(zé)制定Is－95標(biāo)準(zhǔn)的TR45.5委員會推出了與Is－95兼容的cdma2000方案。韓國
也提出了兩種寬帶CDMA技術(shù)，一種類似與WCDMA，另一種類似與cdma2000。
二、CDMA的技術(shù)持點
    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）寬帶傳輸，抗衰落能力強。
    （3）由于采用寬帶傳輸，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
此信號好象隱蔽在噪聲中；即功率話密度比較低，有利于信號隱蔽。
    （4）利用擴頻碼的相關(guān)性來獲取用戶的信息，抗截獲的能力強。
    2．在擴頻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：
    （1）采用了多種分集方式。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，同時在基站和移動臺采用了RAKE接收機技術(shù)，相當(dāng)于時間分集的作用。
    （2）采用了話音激活技術(shù)和扇區(qū)化技術(shù)。因為CDMA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，可以使整個系統(tǒng)的容量增大。
    （3）采用了移動臺輔助的軟切換。通過它可以實現(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)域的移動臺通過分集接收多個基站的信號，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。
    （4）采用了功率控制技術(shù)，這樣降低了平準(zhǔn)發(fā)射功率。
    （5）具有軟容量特性�？梢栽谠拕�(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)的負荷一輕一重時，負荷重的小區(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)頻強度的不足而切換到相臨小區(qū)，使負擔(dān)分擔(dān)。
    （6）兼容性好。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。
    （7）COMA的頻率利用率高，不需頻率規(guī)劃，這也是CDMA的特點之一。
    （8）CDMA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)生一個輸出速率可變的信號。這種
編五馬方式被認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1.2
kbit／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(zhì)量也有了明顯的
提高。
    三、WCDMA與cdma2000的主要分歧與共同點
    1．WCDMA與cdma2000的主要分歧點是：
    （1）擴頻碼片速率與射頻信道結(jié)構(gòu)：W－CDMA根據(jù)ITU關(guān)于5MHZ信道基本帶寬的劃分規(guī)則，
將基本碼片速率定為4.096Mchip／S，在一個完整的信道內(nèi)，使用直接擴頻調(diào)制；Cdma2000為
了兼容Cdmaone，以原CdmaOne的基本碼片速率的三倍，即3.6864Mchip／s作為 Cdma2000的基
本速率進行直接擴頻調(diào)制。同時，Cdma2000還定義了以原Cdmaone系統(tǒng)3個基本信道（帶寬1.25
MHZ）作頻分復(fù)用的多載波擴頻調(diào)制方式。
    （2）支持不同的核心網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)：W－CDMA要求實現(xiàn)與GSM網(wǎng)絡(luò)的全兼容，所以它把GSM的
MAP協(xié)議作為上層核心網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；Cdma2000要求完全兼容cdmaone，因此，它支持ANSI－41作為
自己的核心網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
    （3）基站之間的同步問題：cdma2000沿襲了cdmaone各個基站依靠GPS測量實現(xiàn)前向信道
同步的要求；而 W－CDMA沒有基站同步的要求。
    （4）cdma 2000方案提出采用可變速率語音編碼，采用幀長為20ms的全速率、1／2、1／4、
和1／8速率，而WCDMA采用自適應(yīng)多速率編碼（AMR），幀長10ms
    2．技術(shù)上他們是相容的，就總的無線信道的空中接口結(jié)構(gòu)而言，這兩類方案有如下的共
同特點。
    （1）都是采用定時長的幀結(jié)構(gòu)作為基本的傳送單位，在一個幀上實施速率匹配；卷積糾
錯，交織運算等操作。
    （2）以短的可變長度正交序列調(diào)制出獨立的物理通道（“通道化”），并遵循ITU建議
M.1035，將這些獨立的通道映射為具有不同功能的邏輯通道。
    （3）在一個獨立通道內(nèi)，又可將導(dǎo)頻引導(dǎo)字、功率控制消息、數(shù)據(jù)速率信息進行時分復(fù)用。
    （4）在完成了利用短碼調(diào)制的“通道化”之后，不同通道可以按不同的加權(quán)增益組合起
來進行在I／O信道的復(fù)用。
    （5）為了分隔不同小區(qū)和不同用戶；采用長碼（如大M序列或GOLD序列）進行最后的擴頻
調(diào)制，完成整個“復(fù)雜擴頻電路”結(jié)構(gòu)。
    （6）關(guān)于W－CDMA和Cdma2000建議中對于導(dǎo)頻的設(shè)計和使用。導(dǎo)頻在CDMA移動通信系統(tǒng)計
中占有舉足輕重的地位。W－CDMA和Cdma2000都是依靠導(dǎo)頻信道來完成相干接收的。在上下行
方向，W－CDMA都采用了直接指派到用戶的時分復(fù)用的導(dǎo)頻，以配合多速率以及分組突發(fā)業(yè)務(wù)的
接收。Cdma2000則仍沿用了Is－95標(biāo)準(zhǔn)下的導(dǎo)頻設(shè)計方法：上行信道上碼分復(fù)用導(dǎo)頻，下行信
道采用公共連續(xù)導(dǎo)頻。這里，由于W－CDMA和Cdma2000在下行信道上的導(dǎo)頻設(shè)計不同，直接導(dǎo)致
W－CDMA成為“異步”的CDMA；即相鄰小區(qū)之間異步；而Cdma2000依靠下行公共導(dǎo)頻和GPS，實現(xiàn)
相鄰小區(qū)間的同步。但由于W一CDMA擁有指派到用戶的時分導(dǎo)頻，在異步環(huán)境下的越區(qū)切換同樣
沒有問題。
    （7）關(guān)于多速率業(yè)務(wù)的支持，W-CDMA和Cdma2000方案都采用可變擴頻增益／多萬馬道并行
調(diào)制，并且擴頻指數(shù)都是4～256
    （8）關(guān)于功率控制方法，兩個方案都采用了開環(huán)結(jié)合快速閉環(huán)的控制。
    綜上所述，就RTT主要技術(shù)項目的設(shè)計方法來看，W－CDMA和Cdma2000是相容的。W－CDMA和
Cdma2000建議的爭論，與其說是技術(shù)角度的分歧，還不如說是商業(yè)利益上的斗爭。
    四、寬帶cdma系統(tǒng)與第二代通信系統(tǒng)相比所縣有的優(yōu)點
    W－CDMA因其寬帶和擴頻碼分多址的特性，具有以下主要優(yōu)點：
    （1）容量更大、覆蓋范圍更廣。CDMA信道帶寬是寬帶的，而 W－CDMA信道帶寬（以典型的
每載波5MHZ帶寬為例）更是窄帶CDMA（如IS－95）信道帶寬的4倍，較寬的帶寬將增加頻率分集
的效果，從而降低衰落的影響，提高上行與下行鍵路快速功率控制的精度，以及上行信道采用
相干解調(diào)可獲得2dB～3dB的解調(diào)增益等等，這大大提高了系統(tǒng)容量。有研究結(jié)果表明，5MHZW－
CDMA系統(tǒng)的容量是窄帶CDMA系統(tǒng)的8倍。
    （2）頻譜利用率高。CDMA系統(tǒng)中用戶共享頻譜資源；功率控制、話音激活等技術(shù)的采用大
大提高了頻譜利用率，而又不必象TDMA／FDMA（時分多址／頻分多址）系統(tǒng)那樣進行復(fù)雜的頻率
管理。
    （3）適合不對林業(yè)務(wù)、變速率業(yè)務(wù)以及高速業(yè)務(wù)。由于上行與下行信道可以采用獨立的無
線資源，W－CDMA系統(tǒng)通過采用可變增益的正交擴頻碼（OVSF碼）和自動調(diào)整發(fā)射功率，統(tǒng)計復(fù)
接及多碼傳輸?shù)燃夹g(shù)，可方便地支持不對稱業(yè)務(wù)如Internet（因特網(wǎng)）接入、變速率業(yè)務(wù)和高速
業(yè)務(wù)。
    （4）W－CDMA終端可同時支持多個業(yè)務(wù)。例如；通過統(tǒng)計復(fù)接，W-CDMA可使用戶在接入相應(yīng)
無線局域網(wǎng)（LAN）的同時接收電話呼叫，提供多媒體服務(wù)。
    （5）同時支持電路交換業(yè)務(wù)與分組交換業(yè)務(wù)。對分組模式數(shù)據(jù)的支持為用戶提供了與Inte
rnet接入有關(guān)的業(yè)務(wù)。
    （6）移動臺發(fā)射功率低。由于采用擴頻技術(shù)和RAKE接收；移動臺發(fā)射功率大大降低，從而
減少了對其他用戶的干擾，延長了移動臺電池的連續(xù)通話和待機時間。
    （7）對FDD方式，各基站不需要嚴格的同步。從而可不必依賴昂貴的全球定位系統(tǒng)即（GPS）
衛(wèi)星系統(tǒng)。
    （8）采用開放式系統(tǒng)設(shè)計。便于引入可進一步提高系統(tǒng)性能的更先進技術(shù)，如支持自適應(yīng)
天線陣、多用戶檢測和分層小區(qū)結(jié)構(gòu)（HCS）等等。
五、CDMA存在的問題
    （1）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，因而在進行站距、天線高度等方面的設(shè)計時應(yīng)當(dāng)小心謹慎。
    （2）其次，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)都仍在研究才四制定之
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)運營商來說，選擇統(tǒng)一的A接口是比較困難的。
    （3）由于功率控制的誤差所導(dǎo)致的系統(tǒng)容量的減少。


摘自《郵電商情》