背景提示 : 模擬系統采用FDMA技術(頻分多址), GSM采用的是TDMA技術(時分多址),CDMA又稱為碼分多址。最先由美國高通公司開發出來的。CDMA是為現代移動通信網所要求的大容量、高質量、綜合業務、軟切換、國際漫遊等要求而設計的壹種移動通訊技術。
CDMA的原理 :CDMA是基於擴頻技術,即將需傳送的具有壹定信號帶寬信息數據,用壹個帶寬遠大於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,再經載波調制並發送出去。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。
壹、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,其中壹部分是擴頻通信系統所固有的,另壹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壹種協作,因此它具有抗幹擾性好,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,所要求的載幹比(C/I)小於1,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。
系統容量大理論上CDMA移動網比模擬網大20倍。實際要比模擬網大10倍,比GSM要大4-5倍。
系統容量的靈活配置:這與CDMA的機理有關。CDMA是壹個自擾系統,所有移動用戶都占用相同帶寬和頻率,我們打個比方,我們將帶寬想象成壹個大房子。所有的人將進入唯壹的大房子.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壹些來自別人談話的幹擾.在這裏,屋裏的空氣可以被想象成寬帶的載波,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。
通話質量好:CDMA系統話音質量很高,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噪聲的改變而變,這樣即使在背景噪聲較大的情況下,也可以得到較好的通話質量。另外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。
頻率規劃簡單用戶按不同的序列碼區分,所以不相同CDMA載波可在相鄰的小區內使用,網絡規劃靈活,擴展簡單。 延長手機電池壽命采用功率控制和可變速率聲碼器,手機電池使用壽命延長。
建網成本下降。
二、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系統是壹個自擾系統,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幹擾。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,所以它有壹個很大的動態範圍,根據IS-95標準,它至少應該達到正負32dB的動態範圍。
(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、抗幹擾能力、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系統就是采用壹種基本的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
移動通信信道是壹種多徑衰落信道,RAKE接收技術就是分別接收每壹路的信號進行解調,然後疊加輸出達到增強接收效果的目的,這裏多徑信號不僅不是壹個不利因素,而且在CDMA系統變成壹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壹個矢量碼表代替。
三、國內外的CDMA技術應用
盡管GSM取得了巨大的商業成功,但其技術上的局限性使其容量受到了限制,從而使其系統成本上,在今後和CDMA系統的競爭中必將處於不利地位。應該看到,GSM的成功,很大程度上是由於當時CDMA產品不成熟,在關鍵技術(比如遠近效應、功率控制等)上存在障礙,加之歐洲在標準化工作上的成功決策,才使GSM生逢其時,成為90年代中前期模擬蜂窩電話系統升級的惟壹選擇,獲得了全球的迅速推廣。
但自1993年TIA批準CDMA為擴頻率數字蜂窩系統標準以來,CDMA技術在國外得到迅速發展,已呈後來居上之勢。尤其在GSM的大本營歐洲,ETSI(歐洲電信標準委員會)審議G3(第三代移動通信)標準,無論采用Nokia、Ericsson還是Motorola、Siemens原型,都將采用CDMA作為空中接口標準,這也進壹步確立了CDMA為商業移動通信網的主流方向。
在美國10大蜂窩公司中有7家選用CDMA。在亞洲,CDMA技術商業化趨勢更強,1995年,韓國LGIC公司推出世界上首批商用CDMA交換系統。1995年9月,世界上第壹個商用CDMA移動網在香港地區開通,1996年在韓國漢城附近開通世界上最大的商用的CDMA網,新加坡的CDMA個人通信網於1997年開通,這也是亞洲第壹個CDMA個人通信網。所有這些跡象表明,CDMA正在成為壹項全球性的無線通信技術。
目前的世界移動通訊領域在模擬系統和GSM等數字系統之後,備受人們關註的無疑是CDMA系統。除了技術本身的優勢之外,重要的是ITU(國際電信聯盟)組織已將CDMA(寬帶)訂為未來世界移動電話的統壹標準(IMT-2000標準),以實現壹機壹號走遍世界個人自由移動通訊的理想。也就是說,在進入二十壹世紀之後,世界各國的網絡建設都將遵守"IMT-2000標準"(CDMA),屆時人們手中拿著CDMA手機,走遍世界各國而通訊毫無阻礙。
從我國的情況來看,走過模擬和GSM之後,CDMA已經開始在我國投入使用。1997年成立了以推動CDMA網絡商用為宗旨的電信長城公司,在北京、上海、西安、廣州四城市開通使用。
四、CDMA能否成為手機家族黑馬
CDMA系統采用編碼技術,其編碼有4.4億種數字排列,每部手機的編碼還隨時變化,使盜碼只能成為理論上的可能,壹部CDMA手機與其它手機並機的可能性是"二百年壹遇"。
CDMA系統的發射功率非常小,最大只有200毫瓦,正常通話時僅需0.1毫瓦,即使與壹只普通燈泡相比,也僅相當於十萬分之壹以下。在人們風傳蜂窩電話電磁波對人體有害的情況下,使用CDMA手機確是理想的選擇,甚而有人稱之為"綠色手機"。
CDMA話音更清晰,不掉話。手機用戶最關心的是話音質量,CDMA宣稱自己是"無線通信,有線音質",這是有其"多徑接收"的高技術作保障的。"多徑接收"就是在手機內設計多個接收機,同時接收信號,然後將接收到的信號綜合疊加,把噪音信號過濾,話音信號自然就突出出來,當然清晰悅耳。
有了以上卓越的先進功能,那麽CDMA會不會很快取代GSM,成為市場上主導性手機呢?應該相信GSM系統仍會保持相當的活力。首先是網絡覆蓋的優勢,GSM在國際漫遊和國內漫遊上會有很長壹段時間的明顯優勢;其次是維護水平的優勢,大量有經驗的經過系統培訓的廠家和現場技術人員的存在,有效地降低了網絡的運營成本和系統風險;第三是品牌優勢,GSM已廣為人知,所以CDMA不可能很快取代GSM,此為其壹。其二,CDMA目前僅在我國少數幾個城市進行試驗性商用,而手機要真正在市場上走俏需要建立龐大的網絡,便於實現各地之間的漫遊,因此CDMA要想成為手機家族的壹匹"黑馬"尚需經歷壹段較長的時間。當然,CDMA運營商和手機供應商眼光盯住的不是眼前,而是下個世紀。
目前,市場上銷售的機型主要有美國高通、摩托羅拉以及韓國三星等品種,其中由於高通公司是CDMA的創始者,在技術及質量方面都具有相當的優勢。