CDMA的工作原理与分析

CDMA 的工作原理与分析

200920722032

闫曦

CDMA （Code Division Multiple Access ）即码多分址，是一种信道复用技术，它允许每个用户在同一时刻同一信道上使用同一频带进行通信。同时它也是一种以码分多址接入技术为基础的数字蜂窝移动通信系统。码分多址系统是一扩频技术为基础，所谓扩频是以把信息的频谱扩展到宽带的传输技术，将扩频技术应用于通信系统中，可以加强系统的抗干扰、抗多径、隐藏、保密和多址能力。

适用于码多分址蜂窝通信系统的扩频技术是直接序列扩频（DS ）简称直扩。它的产生包括调制和扩频两个步骤。比如，先用要传送的对载波进行调制，再用伪随机序列（PN 序列）扩展信号频谱；也可以先用伪随机序列与信息相乘（把信息的频谱扩展），在对载波进行调制，二者是等效的。在CDMA 系统中，不同用户传送的信息是靠各自不同的编码序列来区分的。虽然信号在时间域和频率域是重叠的，但用户信号可以依靠各自不同的编码来区分。

IS-95标准的全称是“双规模宽带扩频蜂窝系统的移动台-基站兼容标准”，这说明IS-95标准是一个公共空中接口（CAI ）。它没有完全规定一个系统如何实现，而只是提出了心灵协议和数据结构的特点和限制，不同的制造商可采取不同的技术和工艺制造出符合IS-95标准规定的系统和设备。

与其他蜂窝标准不同的是，根据话音激活和系统网络要求，IS-95的用户数据速率（不是信道码片速率）要实时的改变。而且，IS-95的上行链路和下行链路采用不同的调制和扩频技术。在下行链路上，基站通过采用不同的扩频序列同时发送小区内全部用户的用户数据，使得所有移动台在估计信道条件时，可以使用相干载波检测。在上行链路上，所有移动台以异步方式响应，并且由于基站的功率控制，理想情况下，每个移动台具有相同的信号电平值。

IS-95系统采用的话音编译器是美国高通公司自行研制的9600bps 码激励线性预测声码器（QCELP ），该声码器检测到话音后就被激活，并在静默期间将数据速率降至1200bps ，中间数据速率为2400、4800和9600bps ，当然数据速率也可以自行设定。1955年高通公司又推出了14400bps 编码器，该编码器使用了13.4kbps 的话音数据（QCELP13）。

在CDMA 中，每一个比特时间在划分为m 个短的间隔，称为码片，通常，m 的值是64或128（为了方便，这里假设为8）。

适用CDMA 的每一个站被指派一个唯一的m bit 码片序列。如果一个站要发送比特1,则发送自己的mibt 码片序列。如果要发送比特0，则该发送码片序列的二进制反码。例如指派给S 站的8bit 码片序列是00011011，当S 发送比特1时，他就要发送序列00011011，而当S 发送0时，就发送11100100，为了方便按惯例将码片中的0写为-1，将1写为+1，因此s 站的码片序列就是（-1-1-1+1+1-1+1+1）。

现在假定S 站要发送的信息数据速率为bb/s 。由于每一个比特要转换成m 个比特码片，因此S 站实际上发送的数据率提高到mb m/s ，同时S 站所占据的频带宽度也提高到原来数值的m 倍。

CDMA 系统的一个重要特点就是这种体制给每一个站分配的码片序列不仅必须各不相同，而且还必须互相正交。

用数学公式可以很清楚的表示片马序列的这种正交关系。令向量S 表示S 站的码片向量，再令T 表示其它任何站的码片向量。两个不同站的码片正交就是向量T 和S 的规格内积为0。

01

1==⋅∑=⎰ST m T S m （1）

例如响亮S为（-1-1-1+1+1-1+1+1），同时设向量T为（-1-1+1-1+1+1+1-1），这相当于T站的码片向量，再令T表示其它的任何站的码片向量。两个不同站的码片序列为00101110。将向量S和T各分量带入（1）式，就可看出这两个码片序列是否正交。不仅如此，向量码片和各站码片的向量的内积也是0。另外一点就是，任何一个码片向量和该码片向量自己的规划内积都是1。

下面是图例：

Cdma手机现在也有广泛的应用。CDMA允许所有使用者同时使用全部频带(1.2288Mhz)，且把其他使用者发出讯号视为杂讯，完全不必考虑到讯号碰撞(collision) 问题。CDMA中所提供语音编码技术，通话品质比目前GSM好，且可把用户对话时周围环境噪音降低，使通话更清晰。就安全性能而言，CDMA不但有良好的认证体制，更因其传输特性，用码来区分用户，防止被人盗听的能力大大增强。Wideband CDMA(WCDMA)宽带码分多址传输技术，为IMT-2000的重要基础技术，将是第三代数字无线通信系统标准之一。CDMA技术的出现源自于人类对更高质量无线通信的需求。第二次世界大战期间因战争的需要而研究开发出CDMA技术，其思想初衷是防止敌方对己方通讯的干扰，在战争期间广泛应用于军事抗干扰通信，后来由美国高通公司更新成为商用蜂窝电信技术。1995，第一个CDMA商用系统（被称为IS-95A）被美国高通公司运行之后，CDMA技术理论上的诸多优势在实践中得到了检验，从而在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。全球许多国家和地区，包括中国大陆、中国香港、韩国、日本、美国都已建有CDMA商用网络。在美国和日本，CDMA成为国内的主要移动通信技术。在美国，10个移动通信运营公司中有7家选用CDMA。到2006年4月，韩国有60%的人口成为CDMA用户。在澳大利亚主办的第27届奥运会中，CDMA技术更是发挥了重要作用。

CDMA是移动通信技术的发展方向。在2G阶段，CDMA增强型IS95A与GSM在技术体制上处于同一代产品，提供大致相同的业务。但CDMA技术有其独到之处，在通话质量好、掉话少、低辐射、健康环保等方面具有显著特色。在2.5G阶段，CDMA2000 1X RTT 与GPRS在技术上已有明显不同，在传输速率上1X RTT高于GPRS，在新业务承载上1X RTT 比GPRS成熟，可提供更多的中高速率的新业务。从 2.5G向3G技术体制过渡上，CDMA2000 1X向CDMA2000 1X EV-DO过渡比GPRS向WCDMA过渡更为平滑。