什么是碼分多址聯接(CDMA)
什么是碼分多址聯接(CDMA)
Code Division Multiple Access (CDMA) 碼分多址是一種擴頻多址數字式通信技術,通過獨特的代碼序列建立信道。CDMA碼分多址技術的原理是基于擴頻技術,即將需傳送的具有一定信號帶寬信息數據,用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調制,使原數據信號的帶寬被擴展,再經載波調制并發送出去。接收端由使用完全相同的偽隨機碼,與接收的帶寬信號作相關處理,把寬帶信號換成原信息數據的窄帶信號即解擴,以實現信息通信。
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CDMA的常用術語
■Access Channel 選址信道
用戶站用來與基站通信的反向碼分多址信道。選址信道用于呼出、尋呼應答和登記等簡短信號消息交換。
■CDMA Channel 碼分多址信道
基站和用戶站在指定的碼分多址頻率分配范圍內進行傳輸的頻道。
■Code Channel 代碼信道
前向碼分多址信道的分信道。前向碼分多址信道包括64條代碼信道。0號代碼信道被指定為導頻信道。1至7號代碼信道可被指定為尋呼信道或業務信道。32號代碼信道可被指定為同步信道或業務信道。其余的代碼信道則可被指定為業務信道。
■Forward CDMA Channel 前向碼分多址信道
從基站到用戶站的碼分多址信道。前向碼分多址信道包含在指定的碼分多址頻率上利用特定導頻時間偏移發射的一條或多條代碼信道。這些代碼信道是導頻信道、同步信道、尋呼信道和業務信道。
■Forward Traffic Channel 前向業務信道
從基站到用戶站傳輸用戶業務和信令信號的代碼信道。
■Handoff 切換
從一個基站向另一個基站轉移用戶站通信之動作。硬切換的特點是,通信信道短暫中斷。軟切換的特點是,一個以上的基站同時與同一個用戶站保持通信。
■Paging Channel 尋呼信道
前向碼分多址信道中的一種代碼信道,用于從基站向用戶站傳輸控制信息和尋呼信息。
■Paging 尋呼
有人向用戶站呼叫時,尋找該用戶站之動作。
■Pilot Channel 導頻信道
每個碼分多址基站連續發射的未調制直接序列擴頻信號。導頻信道使得用戶站能夠獲得前向碼分多址信道時限,提供相干解調相位參考,并且為各基站提供信號強度比較手段籍以確定何時進行切換。
■Reverse CDMA Channel 反向碼分多址信道
從用戶站到基站的碼分多址信道。從基站的角度來看,反向碼分多址信道是某個碼分多址分配頻率上所有用戶站的發射信道之和。
■Reverse Link Power Control 反向鏈路功率控制
一種程序,可確保所有的用戶信號皆按其設定功率到達基站。
■Reverse Traffic Channel 反向業務信道
從一個用戶站向一個或幾個基站傳輸用戶業務和信令信號的反向碼分多址信道。
■Sync Channel 同步信道
前向碼分多址信道中的32號代碼信道,向用戶傳輸同步信息。
■Traffic Channel 業務信道
用戶站和基站之間的通信通路,用于用戶業務和信令信號傳輸。業務信道實際上包括成對的前向業務信道和反向業務信道
CDMA移動通信網的關鍵技術
1.功率控制技術
功率控制技術是CDMA系統的核心技術。CDMA系統是一個自擾系統,所有移動用戶都占用相同帶寬和頻率,“遠近效用”問題特別突出。CDMA功率控制的目的就是克服“遠近效用”,使系統既能維護高質量通信,又不對其他用戶產生干擾。功率控制分為前向功率控制和反向功率控制,反向功率控制又可分為僅由移動臺參與的開環功率控制和移動臺、基站同時參與的閉環功率控制。
(l)反向開環功率控制。它是移動臺根據在小區中接受功率的變化,調節移動臺發射功率以達到所有移動臺發出的信號在基站時都有相同的功率。它主要是為了補償陰影、拐彎等效應,所以它有一個很大的動態范圍,根據IS—95標準,它至少應該達到正負32dB的動態范圍。
(2)反向閉環功率控制。閉環功率控制的設計目標是使基站對移動臺的開環功率估計迅速做出糾正,以使移動臺保持最理想的發射功率。(3)前向功率控制。在前向功率控制中,基站根據測量結果調整每個移動臺的發射功率,其目的是對路徑衰落小的移動臺分派較小的前向鏈路功率,而對那些遠離基站的和誤碼率高的移動臺分派較大的前向鏈路功率。
2.PN碼技術
PN碼的選擇直接影響到CDMA系統的容量、抗干擾能力、接入和切換速度等性能。CDMA信道的區分是靠PN碼來進行的,因而要求PN碼自相關性要好,互相關性要弱,實現和編碼方案簡單等。目前的CDMA系統就是采用一種基本的PN序列——m序列作為地址碼,利用它的不同相位來區分不同用戶。
3.RAKE接收技術
移動通信信道是一種多徑衰落信道,RAKE接收技術就是分別接收每一路的信號進行解調,然后疊加輸出達到增強接收效果的目的,這里多徑信號不僅不是一個不利因素,而且在CDMA系統變成一個可供利用的有利因素。
4.軟切換技術
先連接,再斷開稱之為軟切換。CDMA系統工作在相同的頻率和帶寬上,因而軟切換技術實現起來比TDMA系統要方便容易得多;
5.話音編碼技術
目前CDMA系統的話音編碼主要有兩種,即碼激勵線性預測編碼(CELP)8kbit/s和13bit/s。8kbit/s的話音編碼達到GSM系統的13bit/s的話音水平甚至更好。13bit/s的話音編碼已達到有線長途話音水平。CELP采用與脈沖激勵線性預測編碼相同的原理,只是將脈沖位置和幅度用一個矢量碼表代替。
CDMA蜂窩移動通信網的特點
與FDMA和TDMA相比,CDMA具有許多獨特的優點,其中一部分是擴頻通信系統所固有的,另一部分則是由軟切換和功率控制等技術所帶來的。CDMA移動通信網是由擴頻、多址接入、蜂窩組網和頻率再用等幾種技術結合而成,含有頻域、時域和碼域三維信號處理的一種協作,因此它具有抗干擾性好,抗多徑衰落,保密安全性高,同頻率可在多個小區內重復使用,所要求的載干比(C/I)小于l,容量和質量之間可做權衡取舍等屬性。這些屬性使CDMA比其它系統有非常重要的優勢。對運營者來說,CDMA系統的大容量、大覆蓋既可以提高頻譜利用率,大大節約頻率資源,又可以減少基站數量,降低工程建設成本,加快工程建設進度;并能以更經濟的方式平滑過渡到第三代移動通信,是多快好省地解決本世紀移動通信市場發展容量需求的有效途徑。
1、CDMA的頻譜利用率高,容量大
CDMA系統本身所固有的碼分擴頻技術加上先進的功率控制、話音激活技術,所以容量遠大于GSM系統。依據IS-95A/B協議的cdmaOne技術,至少可以提供3倍于GSM網絡目前所能達到的容量。實施cdma2000 1X RTT之后,所能達到的容量將是GSM的6倍。
頻譜利用率高,容量大的直接好處一是大大節省寶貴的頻譜資源,二是滿足城市內高話務密度的需要,減少網絡擁塞,三是減少基站數量,使網絡的擴容變得簡單,易實施。
2、CDMA的覆蓋范圍大
CDMA的無線鏈路預算比GSM多3~6dB。正常情況下,CDMA的小區半徑可達60公里,在采用了特殊技術手段后,半徑可達200多公里。目前,澳洲電信的CDMA網絡中就有一個覆蓋半徑超過200公里的基站。而GSM系統基站半徑最大不得超過35公里。覆蓋范圍的擴大所帶來的直接優點是基站數量減少,基站選址容易。更為重要的是,基站數量的減少將大大降低網絡配套電信設施如機房、供電、傳輸等的投入,加快建設速度。也適用于話務量較低、要求覆蓋的地域又相當廣的邊遠城鎮和農村地區。
3、CDMA的話音品質好,保密性強
由于CDMA采用了偽隨機序列PN進行擴頻/解擴,在CDMA 8K EVRC話音編碼時處理增益達21dB,話音品質相當好。經澳洲電信試驗,其話音質量不僅明顯優于GSM、模擬,可以與固網的話音質量相比擬,而且在強背景噪聲環境下,還優于固網電話。在香港Hutchison、日本DDI/IDO的商用網上也證實了這點。而且CDMA采用的擴頻通信技術使通信具有天然的保密性,其消息在空中信道上被截獲的概率幾乎為零。
4、CDMA的掉話率低
統計表明,切換失敗是引起掉話的最主要原因。CDMA系統“掉話”的現象明顯減少,CDMA系統采用軟切換技術,“先連接再斷開”,這樣完全克服了硬切換容易掉話的缺點。CDMA的軟切換技術使切換的成功率遠遠高于模擬等硬切換蜂窩系統。
5、可提供數據業務
在數據通信方面,CDMA傳送單位比特的成本比GSM低,因此更適合作為無線高速分組數據(如144Kbps)業務的接入手段,為移動/無線與Internet的融合提供了更好的技術條件。有關統計資料顯示,全球移動話音業務的增長速度趨緩,移動數據業務的增勢迅猛,IS-95 CDMA正好迎合了這種發展趨勢。
6、CDMA手機符合環保的要求
CDMA手機的發射功率小,對部分醫療設備影響小。在澳洲,約40萬人的助聽器使用者已成為CDMA的潛在用戶。同時,低的發射功率既對人體的輻射小、有“綠色手機”的美譽,還可延長手機電池的待機、通話時間。并且,隨著基站數量的增多,發射功率會越來越小,這方面的優勢也就越來越明顯。
7、CDMA網絡成本低
CDMA系統的大覆蓋、少的基站數量、大容量、高頻譜利用率、簡單的頻率規劃等優勢,可大大降低系統的建設成本和運營成本。
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