CDMA技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

一、什么是CDMA技術(shù)

CDMA直譯為碼分多址，是在數(shù)字通信技術(shù)的分支擴(kuò)頻通信的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種技術(shù)。所謂擴(kuò)頻，簡(jiǎn)單地說就是把頻譜擴(kuò)展。CDMA技術(shù)采用的是直接序列擴(kuò)頻方式，就是用具有噪聲特性的載波以及比簡(jiǎn)單點(diǎn)到幾點(diǎn)通信所需帶寬寬得多的頻帶去傳輸相同的數(shù)據(jù)。

同調(diào)頻、調(diào)幅技術(shù)一樣，直接序列擴(kuò)頻是一種調(diào)制技術(shù)，它采用一個(gè)碼序列（高速）去調(diào)制原始數(shù)據(jù)信息（低速），這樣調(diào)制后的信息就能以高速傳輸。

CDMA技術(shù)的是直接序列擴(kuò)頻方式，......同調(diào)頻、調(diào)幅技術(shù)一樣，直接序列擴(kuò)頻是一種調(diào)制技術(shù)，它采用一個(gè)碼序列（高速）去調(diào)制原始數(shù)據(jù)信息(低速)，這樣調(diào)制后的信息就能以高速傳輸。

CDMA直譯為碼分多址，是在數(shù)字通信技術(shù)的分支擴(kuò)頻通信的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種技術(shù)。所謂擴(kuò)頻，簡(jiǎn)單地說就是把頻譜擴(kuò)展。CDMA技術(shù)采用的是直接序列擴(kuò)頻方式，就是用具有噪聲特性的載波以及比簡(jiǎn)單點(diǎn)到幾點(diǎn)通信所需帶寬寬得多的頻帶去傳輸相同的數(shù)據(jù)。

二、CDMA技術(shù)的起源

擴(kuò)頻技術(shù)的起源要追溯到二戰(zhàn)時(shí)期，這種思想的初衷是防止敵方對(duì)己方通訊的干擾。我們知道，由于窄帶通訊采用的帶寬只有幾十kHz，只需要使用一個(gè)具有相同發(fā)射頻率及足夠大功率的發(fā)射機(jī)就可以非常容易地干擾對(duì)方的通信。因?yàn)闊o論調(diào)幅、調(diào)頻技術(shù)都很難從惡劣的信噪比環(huán)境中恢復(fù)原始信息。

CDMA這種新頻的想法就是通過特殊的碼型處理，把信號(hào)能量擴(kuò)散到一個(gè)很寬的頻帶上，湮沒在噪聲里，在接收端只有通過相同的碼型才能把信號(hào)恢復(fù)出來（整個(gè)過程就像加密、解密一樣），我們稱之為直接序列擴(kuò)頻。由于信號(hào)湮沒在噪聲里，故很難敵方偵測(cè)到。因此，這種技術(shù)在軍事領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。

三、CDMA的軟容量是指什么

按上面對(duì)CDMA系統(tǒng)的類比，房間里可能不斷有新的交談?wù)哌M(jìn)入。當(dāng)然交談?wù)呖倲?shù)有一定限度，這與房間大小、人的音量、交談?wù)咧g的距離都有密切的關(guān)系。這里我們又引入了幾處新類比：房間的大小對(duì)于CDMA系統(tǒng)來說就是單載波的容量；而交談?wù)咧g的音量則相當(dāng)于CDMA系統(tǒng)中手機(jī)的發(fā)射功率；音量控制即對(duì)應(yīng)著CDMA中一個(gè)非常重要的技術(shù)---功率控制；交談?wù)叩木嚯x即對(duì)應(yīng)手機(jī)與基站的距離。通過這個(gè)例子，我們可以總結(jié)出CDMA系統(tǒng)的一些特點(diǎn)：CDMA系統(tǒng)是一個(gè)自干擾系統(tǒng)；CDMA系統(tǒng)單載頻的容量不像FDMA、TDMA那樣是固定的，這也就是我們常提到的"軟容量"；因此功率控制在CDMA系統(tǒng)中起著重要作用，它直接影響著系統(tǒng)容量。

四、什么是CDMA短碼？它和CDMA長(zhǎng)碼有什么區(qū)別？它們有什么用途？

CDMA系統(tǒng)使用了兩種偽隨機(jī)機(jī)碼序列，即短碼和長(zhǎng)碼。

短碼：短碼是長(zhǎng)度為215-1的周期序列。

在CDMA系統(tǒng)的前向信道（從基站指向手機(jī)方向）中，短碼用于對(duì)前向信道進(jìn)行調(diào)制，使前向信道帶上本基站的標(biāo)記，不同的基站使用不同相位的短碼，從而互相區(qū)別開來。

在反向信道中（從手機(jī)指向基站方向），短碼用于對(duì)反向業(yè)務(wù)信道進(jìn)行調(diào)制，作用與短碼在前向信道中相同。

長(zhǎng)碼：長(zhǎng)碼是長(zhǎng)度為242-1的周期序列。

在CDMA系列的前向 信道（從基站指向手機(jī)方向）中，長(zhǎng)碼用于對(duì)業(yè)務(wù)信道進(jìn)行擾碼（作用類似于加密）。

在反向信道中（從手機(jī)指向基站方向）。長(zhǎng)碼用來直接進(jìn)行擴(kuò)頻，由于區(qū)分不同的接入手機(jī)。

沃爾什碼：除了長(zhǎng)碼、短碼，CDMA系統(tǒng)中還使用64位長(zhǎng)沃爾什碼（Walsh Code）。沃爾什碼在數(shù)學(xué)上具有很好的正交性。所謂正交性，就是講不同語言且不懂對(duì)方語言的人，相互之間無法用語言進(jìn)行交流。用沃爾什碼可以區(qū)分開不同的前向信道。

五、為什么功率控制在CDMA系統(tǒng)中非常重要？

前面提到，CDMA系統(tǒng)的功率控制尤為重要，功率控制被認(rèn)為是所有CDMA關(guān)鍵技術(shù)核心。要解釋功率控制的重要性，我們首先要了解"遠(yuǎn)近效應(yīng)"這個(gè)概念。我們可以設(shè)想，如果小區(qū)中的所有用戶均以相同的功率發(fā)射信號(hào)，則靠近基站的手機(jī)到達(dá)基站的信號(hào)就強(qiáng)，而遠(yuǎn)離基站的手機(jī)到達(dá)基站的信號(hào)就弱，這樣將導(dǎo)致強(qiáng)信號(hào)掩蓋弱信號(hào)，這就是移動(dòng)通信中的"遠(yuǎn)近效應(yīng)"問題。

因?yàn)樗杏脩艄餐褂猛活l率（載波），所以"遠(yuǎn)近效應(yīng)"問題更加突出。CDMA功率控制的目的就是克服"遠(yuǎn)近效應(yīng)"，使系統(tǒng)既能維持高質(zhì)量通信，又不對(duì)占用同一信道的其它用戶產(chǎn)生不應(yīng)有的干擾。

六、為什么CDMA手機(jī)能保持低的發(fā)射功率？

這是由于CDMA系統(tǒng)有一套精確的功率控制方法。CDMA系統(tǒng)中的功率控制分為前向功率控制和反向功率控制。反向功率控制又分為僅有手機(jī)參與的開環(huán)控制和手機(jī)、基站同時(shí)參與的閉環(huán)功率控制。反向開環(huán)功率控制由手機(jī)獨(dú)立完成，手機(jī)根據(jù)它本身在小區(qū)中所接收功率的變化，迅速調(diào)節(jié)手機(jī)發(fā)射功率。正是由于這些精確的功率控制，才使CDMA手機(jī)能保持適當(dāng)?shù)陌l(fā)射功率。

七、什么是CDMA軟切換？它與硬切換有什么分別？

移動(dòng)通訊是建立在移動(dòng)之中的。有了頻率的復(fù)用，必然帶來移動(dòng)中的頻率切換問題，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的好壞在無線方面主要表現(xiàn)在掉話、頻率丟失等指標(biāo)上，切換方式將對(duì)這些指標(biāo)產(chǎn)生影響。通過下面軟切換和硬切換方法的比較，孰優(yōu)孰劣，我們能得出結(jié)論。

硬切換

在FDMA和TDMA系統(tǒng)中，所有的切換都是硬切換都是硬切換。當(dāng)切換發(fā)生時(shí)，手機(jī)總是先釋放原基站的信道，然后才能獲得新基站分配的信道，是一個(gè)"釋放-建立"的過程，切換過程發(fā)生在兩個(gè)基站過度區(qū)域或扇區(qū)之間，兩個(gè)基站或扇區(qū)是一種競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系。

如果在一定區(qū)域里兩基站信號(hào)強(qiáng)度劇烈變化，手機(jī)就會(huì)在兩個(gè)基站間來回切換，產(chǎn)生所謂的"乒乓效應(yīng)"。這樣一方面給交換系統(tǒng)增加了負(fù)擔(dān)，另一方面也增加了掉話的可能性。

軟切換

在CDMA系統(tǒng)中，切換的情況有所不同。當(dāng)一部手機(jī)處于切換狀態(tài)下，同時(shí)將會(huì)有兩個(gè)甚至更多的基站對(duì)它進(jìn)行監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)中的基站控制器將逐幀比較來自各個(gè)基站的有關(guān)這部手機(jī)的信號(hào)質(zhì)量報(bào)告，并選用最好的一幀。

可見CDMA的切換是一個(gè)"建立-比較-釋放"的過程，我們稱這種切換為軟切換，以區(qū)別與FDMA、TDMA中的切換。軟切換可以是同一基站控制器下的不同基站或不同基站控制器下不同基站之間發(fā)生的切換。

八、什么是CDMA的"更軟切換"？

在CDMA系統(tǒng)中還有一種切換稱為"更軟切換"。它指發(fā)生在同一基站具有相同頻率的不同扇區(qū)間的切換。另外，CDMA系統(tǒng)中還可以提供導(dǎo)頻引導(dǎo)（PilotBeacon）的不同載波間的切換，以及軟件控制的一些切換。所有這些切換措施都為CDMA系統(tǒng)帶來了更可靠的無線通路。

現(xiàn)有的蜂窩系統(tǒng)分級(jí)接收,與CDMA的分級(jí)接收有什么分別？

在CDMA系統(tǒng)中，由于采用了Rake接收機(jī)，克服了多徑效應(yīng)，使得不利變?yōu)榱擞欣?，這是CDMA中獨(dú)有的路徑分級(jí)技術(shù)。

路徑分級(jí)接收的遠(yuǎn)離是這樣的：在基站處，每一個(gè)反向信道都有四個(gè)數(shù)字解調(diào)器，而每個(gè)數(shù)字解調(diào)器又包含有搜索單元和解調(diào)單元，搜索單元負(fù)責(zé)搜索不同的多徑信號(hào)，并交由各解調(diào)單元解調(diào)。這樣每個(gè)基站都可以同時(shí)解調(diào)四路多徑信號(hào)，并進(jìn)行矢量合并，通過這樣恢復(fù)出的信號(hào)比任何一路的信號(hào)都要好。在手機(jī)里，有三個(gè)數(shù)字解調(diào)單元、一個(gè)搜索單元，這樣手機(jī)也能同時(shí)解調(diào)三路多徑信號(hào)并進(jìn)行矢量合并。由于采用了多徑接受機(jī)，使得基站、手機(jī)均能有穩(wěn)定的接受信號(hào)。

九、為什么CDMA需要對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)同步？

如果碼序列在傳輸中有傳輸時(shí)延，在收端便不能解調(diào)恢復(fù)出原始數(shù)數(shù)據(jù)，需要在接受端通過人工的時(shí)延來補(bǔ)償傳輸及數(shù)字信號(hào)處理造成的時(shí)延。要做到這種補(bǔ)償，我們必需建立一種同步體制，即必須使收、發(fā)端產(chǎn)生的碼序列同步。這就是CDMA系統(tǒng)的同步問題。由于CDMA系統(tǒng)中的碼速率非常高，因此不許有一套高精度的同步時(shí)鐘作為參考，協(xié)調(diào)全網(wǎng)所有基站的工作。

目前，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）是這種時(shí)鐘參考的最佳選擇。GPS是一個(gè)由24顆繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的衛(wèi)星組成的天線導(dǎo)航系統(tǒng)，它的優(yōu)勢(shì)在于全球覆蓋，系統(tǒng)時(shí)鐘精度高，不易受電磁暴、低頻干擾源的影響。作為備份，遠(yuǎn)距離導(dǎo)航（LORAN-C）系統(tǒng)也是一個(gè)很好的選擇，該系統(tǒng)采用地波傳播技術(shù)，同樣具有時(shí)鐘精確、不受電離層變化影響、衰減小、相位及幅度穩(wěn)定等特點(diǎn)。