CDMA技術(shù)及調(diào)制方式
CDMA碼分多址是在數(shù)字技術(shù)的分支擴(kuò)頻通信技術(shù)上發(fā)展起來的一種無線通信技術(shù)。CDMA技術(shù)的原理是基于擴(kuò)頻技術(shù),即把需要傳送的具有一定信號(hào)帶寬的信息數(shù)據(jù),用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速度為隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制,使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展,再經(jīng)載波調(diào)制并進(jìn)行發(fā)送。接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼對(duì)接收的帶寬信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理,使寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò),以實(shí)現(xiàn)信息通信。 [10] 移動(dòng)通信系統(tǒng)分類方法有多種。例如按信號(hào)性質(zhì)可分為模擬、數(shù)字;按調(diào)制方式可分為調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅:按多址連接方式可分為頻分多址(FDMA)、時(shí)分多址(TDMA)以及碼分多址(CDMA)。中國聯(lián)通和中國移動(dòng)所使用的GSM移動(dòng)電話網(wǎng)就是把FDMA和TDMA兩種方式結(jié)合進(jìn)行運(yùn)用。GSM比模擬移動(dòng)電話的優(yōu)勢(shì)更大,但是它在頻譜效率上只有模擬系統(tǒng)的3倍,它的容量有限:在話音質(zhì)量上比有線電話水平差;TDMA終端接入的最高速率只能達(dá)到9.6 Kb/s:TDMA系統(tǒng)沒有軟切換功能,所以容易掉線,影響通話。
因此,TDMA并不是最佳的無線接入,而CDMA多址技術(shù)比較適合現(xiàn)代移動(dòng)通信網(wǎng)所要求的大容量、高質(zhì)量、綜合業(yè)務(wù)、軟切換等,受,“大運(yùn)營商和用戶的喜愛。 [10] CDMA技術(shù)最早起源于第二次世界大戰(zhàn)期間,當(dāng)時(shí)因戰(zhàn)爭(zhēng)的需要研究開發(fā)出來的CDMA技術(shù),其主要目的是為了防止敵方干擾對(duì)方的通信,在戰(zhàn)爭(zhēng)期間CDMA主要應(yīng)用于軍事抗干擾通信,后來被美國高通公司更新成為商用蜂窩電信技術(shù)。1995年,第一個(gè)CDMA商用系統(tǒng)正式運(yùn)行,并且在實(shí)踐的過程中得到了檢驗(yàn),并且在北美、南美亞洲等進(jìn)行迅速推廣和應(yīng)用。全球許多國家和地區(qū),包括中國香港、日本、韓國、美國都已經(jīng)建立了CDMA商用網(wǎng)絡(luò)。在美國和日本,CDMA被列為國內(nèi)的主要移動(dòng)通信技術(shù)。CDMA通信系統(tǒng)既不分頻道,也不分時(shí)隙,傳輸信息的信道都是靠采用不同的碼型來區(qū)分的,它具有如下特點(diǎn):(1)通信容量大。根據(jù)理論分析,CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的容量是模擬蜂窩通信統(tǒng)的20倍或GSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的4倍。 [11] (2)具有軟容量特性。CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的全部用戶共享一個(gè)無線信道,用戶信號(hào)的區(qū)分只靠所有碼型的不同,因此,當(dāng)蜂窩系統(tǒng)的負(fù)荷滿負(fù)載時(shí),另外增加少數(shù)用戶,只會(huì)引起語音質(zhì)量的輕微下降(或者信噪比輕微降低),而不會(huì)出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象。在FDMA蜂窩通信系統(tǒng)或TDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中,當(dāng)全部頻道或時(shí)隙被占滿時(shí),哪怕只增加一個(gè)用戶也沒有可能。
CDMA系統(tǒng)的這種特征使系統(tǒng)容量與用戶數(shù)之間存在一種“軟”的關(guān)系。 [11] (3)具有軟切換功能。CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)內(nèi)的手機(jī)在越區(qū)切換的起始階段,由原小區(qū)的基站與新小區(qū)的基站同時(shí)為越區(qū)的移動(dòng)臺(tái)服務(wù),直到該移動(dòng)臺(tái)與新基站之間建立起可靠的通信后,原基站才中斷它和該移動(dòng)臺(tái)的聯(lián)系,CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的軟切換功能可保證移動(dòng)臺(tái)越區(qū)切換的可靠性。北美開發(fā)的第二代蜂窩系統(tǒng)除了IS-136系統(tǒng)以外,還有以CDMA技術(shù)為基礎(chǔ)的IS-95系統(tǒng)。IS-95系統(tǒng)將一個(gè)無線小區(qū)中的用戶連接到同一頻率信道,各自用不同特征的碼加以區(qū)別。給每個(gè)用戶分配的偽隨機(jī)碼(或稱偽噪聲碼,因它具有近似白噪聲的自相關(guān)特性)具有優(yōu)良的自相關(guān)和互相關(guān)性能(自相關(guān)系數(shù)大,互相關(guān)系數(shù)小)。這些比用戶信號(hào)速率高得多的碼序列,將用戶信號(hào)變成寬帶信號(hào)。在發(fā)送端,把各用戶的信號(hào)放在一個(gè)公共的頻帶上傳輸;在接收端,各用戶收到的信號(hào)中,除了本用戶的有用信號(hào)外,還包含有其他用戶的信號(hào)。這些信號(hào)經(jīng)接收機(jī)用與發(fā)端相同的該用戶的碼序列,利用自相關(guān)特性,將有用的寬帶信號(hào)變換成原來的窄帶信號(hào),而其他用戶的寬帶信號(hào)由于不相關(guān)仍然是寬帶信號(hào),經(jīng)基帶濾波后,就能得到具有較高的解擴(kuò)輸出信噪比的有用信號(hào) [5] 。
所用地址碼及其調(diào)制方式有多種,目前基本的碼分多址有三種方式:①偽隨機(jī)碼(PN碼)直接多址方式,也稱直接序列(DS)方式,它是采用高速率地址碼--偽隨機(jī)碼對(duì)載波進(jìn)行移相鍵控調(diào)制,接收時(shí)用本地產(chǎn)生的碼型與發(fā)送端一致的地址碼進(jìn)行解擴(kuò)調(diào)制;②時(shí)頻碼碼分多址方式,也稱跳頻(FH)方式,它是采用地址碼對(duì)載波進(jìn)行移頻鍵控調(diào)制;③低密度卷積碼碼分多址方式,也稱跳時(shí)(TH)方式,它是先將信息碼用卷積碼對(duì)其編碼,從而實(shí)現(xiàn)低密度比,然后用PN碼作地址碼與低密度化了的信息碼序列相加,之后進(jìn)行脈幅調(diào)制,即“1”時(shí)發(fā)載波,“0”時(shí)不發(fā),從而形成跳時(shí)。 [12] 除這三種基本的碼分多址方式外,還可以用這三種基本方式的組合的碼分多址方式。