码分多址(CDMA )移动通信由于第三代移动通信的空中接口的标准大多是基于cdma技术的,本文详细的介绍 了一下CDMA技术的发展历程,它的主要特点以及当前占主流地位的两种宽带cdma技术 的主要异同以及WCDMA与第二代技术相比所具有的优点一、 CDMA技术的发展历程CDMA即码分多址,起源于扩频技术由于扩频技术具有抗干扰能力强、保密性能好 的特点,80年代就在军事通信领域获得了广泛的应用为了提高频率利用率,在扩频的 基础上,人们又提出了码分多址的概念,即在同一频带内,利用不同的地址码来区分无 线信道尽管人们已经看到这种技术的诸多优越性,但实现起来的难度较大1990年 美国的Qualcomm公司在曼哈顿区进行了小型实验,虽然只有三个基站和两个原始的移 动台,但已证明许多性能都是成功的,1990年7月将“CDMA数字空中接口标准窝双模 式移动台一基站兼容标准”第一草案提交给有关的厂家1993年,美国通信工业协会 (TIA)正式通过CDMA的空中接口标准--TA IS —95, Qualcomm公司已经设计开发了用 于CDMA系统的超大规模集成电路芯片作为系统用户设备和基站的元件,并于1995年生 产出CDMA的基础设备和配套设备。
目前,CDMA作为新兴的蜂窝移动通信技术,已被众 多的通信设备制造商和移动通信运营商看好可提供CDMA设备的厂商已有MOTOROLA LUCENT NORTFIQUALCOMM、三星电子等四十多家同时,CDMA也在世界各地加快了商用 化的进程例如,在香港世界上第一个CDMA商用网已于1995年9月向公众提供服务 其后,韩国、美国、俄罗斯、巴西等国家也相继开通了 CDMA商用网在中国也利用800MHZ 频段,组建了 CDMA移动通信网一一中国电信长城网",在北京、广州、上海、西安等地 开通1998年3月,中国联通公司的第一个CDMA试验网在天津首次开通,在上海和广 州的试验网也正在建设之中这一阶段的技术基本是基于IS —95的CDMA的技术目前,扩频CDMA的研究进入了一个新的阶段Is —95建议的CDMA技术的扩频码的 速率为1.2288MChiP/S扩频带宽约为1.25MHZ,信息数据速率最高为13kb/s;它属于 窄带CDMA范畴窄带CDMA的缺点是传输能力有限,不能提供多媒体业务,扩频增益不 高,不能充分的利用扩频通信的优点为此,ITU制定了第三代移动通信的标准,统称 为IMT —2000 (开始的名称是FPLMTS,欧洲叫UMTS) IMT —2000空中接口的设计目标是: 在覆盖区域内,移动台高速运动时。
用户的最高速率要达到 144KbPS,更高可达到384KbPS,在有限的覆盖区域内,移动台以一定的速率运动时,用户的速率最高可达到 2Mbps从UMTS的总体结构来看,它具有更高的频谱利用率可在任何地方以任何方式 为任何人提供通用个人通信服务,包括提供Internet接入、电视会议和其他宽带业务 作为一个新的无线宽带系统将采用通用传输机制,提供实时(如话音)、非实时(如E —MAIL )两种业务连接,为用户提供话音、数据、图形、多媒体和基于视频的信息许多地区性标准化组织根据IMT —2000的要求制定了自己的标准,其中,日本的无 线电标准组织(ARIB)于1998年6月向ITU提交了类似欧洲的WCDMA的标准1995年 3月,美国电信工业协会(TIA)负责制定Is —95标准的TR45.5委员会推出了与Is — 95兼容的cdma2000方案韩国也提出了两种宽带CDMA技术,一种类似与WCDMA,另一 种类似与cdma2000二、 CDMA的技术持点1. CDMA是扩频通信的一种,他具有扩频通信的以下特点:(1) 抗干扰能力强这是扩频通信的基本特点,是所有通信方式无法比拟的2) 宽带传输,抗衰落能力强。
3) 由于采用宽带传输,在信道中传输的有用信号的功率比干扰信号的功率低得多, 因此信号好象隐蔽在噪声中;即功率话密度比较低,有利于信号隐蔽4) 利用扩频码的相关性来获取用户的信息,抗截获的能力强2. 在扩频CDMA通信系统中,由于采用了新的关键技术而具有一些新的特点:(1) 采用了多种分集方式除了传统的空间分集外由于是宽带传输起到了频率分 集的作用,同时在基站和移动台采用了 RAKE接收机技术,相当于时间分集的作用2) 采用了话音激活技术和扇区化技术因为CDMA系统的容量直接与所受的干扰 有关,采用话音激活和扇区化技术可以减少干扰,可以使整个系统的容量增大3) 采用了移动台辅助的软切换通过它可以实现无缝切换,保证了通话的连续性, 减少了掉话的可能性处于切换区域的移动台通过分集接收多个基站的信号,可以减低 自身的发射功率,从而减少了对周围基站的干扰,这样有利于提高反向联路的容量和覆 盖范围4) 采用了功率控制技术,这样降低了平准发射功率5 )具有软容量特性可以在话务量高峰期通过提高误帧率来增加可以用的信道数 当相邻小区的负荷一轻一重时,负荷重的小区可以通过减少导频的发射功率,使本小区 的边缘用户由于导频强度的不足而切换到相临小区,使负担分担。
6) 兼容性好由于CDMA的带宽很大,功率分布在广阔的频谱上,功率话密度低, 对窄带模拟系统的干扰小,因此两者可以共存即兼容性好7) COMA的频率利用率高,不需频率规划,这也是CDMA的特点之一8) CDMA高效率的OCELP话音编码话音编码技术是数字通信中的一个重要课题 OCELP是利用码表矢量量化差值的信号,并根据语音激活的程度产生一个输出速率可变 的信号这种编五马方式被认为是目前效率最高的编码技术,在保证有较好话音质量的 前提下,大大提高了系统的容量这种声码器具有8kbit / S和13kbit/S两种速率的 序列8kbit / S 序列从 1.2kbit / s 到 9.6kbit / s 可变,13kbit / S 序列则从 1.8kbt / s到14.4kbt/S可变最近,又有一种8kbit / sEVRC型编码器问世,也具有8kbit /s声码器容量大的特点,话音质量也有了明显的提高三、WCDMA与cdma2000的主要分歧与共同点1. WCDMA与cdma2000的主要分歧点是:(1)扩频码片速率与射频信道结构:W-CDMA根据ITU关于5MHZ信道基本带宽的划 分规则,将基本码片速率定为4.096Mchip/S,在一个完整的信道内,使用直接扩频调 制;Cdma2000为了兼容Cdmaone,以原CdmaOne的基本码片速率的三倍,即3.6864Mchip/ s作为Cdma2000的基本速率进行直接扩频调制。
同时,Cdma2000还定义了以原 Cdmaone系统3个基本信道(带宽1.25MHZ)作频分复用的多载波扩频调制方式2) 支持不同的核心网络标准:W-CDMA要求实现与GSM网络的全兼容,所以它把 GSM的MAP协议作为上层核心网络协议;Cdma2000要求完全兼容cdmaone,因此,它支 持ANSI-41作为自己的核心网络协议3) 基站之间的同步问题:cdma2000沿袭了 cdmaone各个基站依靠GPS测量实现前 向信道同步的要求;而W-CDMA没有基站同步的要求4) cdma 2000方案提出采用可变速率语音编码,采用帧长为20ms的全速率、1 / 2、 1/4、和1 / 8速率,而WCDMA采用自适应多速率编码(AMR),帧长10ms2. 技术上他们是相容的,就总的无线信道的空中接口结构而言,这两类方案有如 下的共同特点:(1) 都是采用定时长的帧结构作为基本的传送单位,在一个帧上实施速率匹配;卷 积纠错,交织运算操作2) 以短的可变长度正交序列调制出独立的物理通道(〃通道化〃),并遵循ITU建 议M.1035,将这些独立的通道映射为具有不同功能的逻辑通道3) 在一个独立通道内,又可将导频引导字、功率控制消息、数据速率信息进行时 分复用。
4) 在完成了利用短码调制的〃通道化〃之后,不同通道可以按不同的加权增益组合 起来进行在I/O信道的复用5) 为了分隔不同小区和不同用户;采用长码(如大M序列或GOLD序列)进行最 后的扩频调制,完成整个“复杂扩频电路”结构6) 关于W-CDMA和Cdma2000建议中对于导频的设计和使用导频在CDMA移动通 信系统计中占有举足轻重的地位°W—CDMA和Cdma2000都是依靠导频信道来完成相干接 收的在上下行方向,W-CDMA都采用了直接指派到用户的时分复用的导频,以配合多 速率以及分组突发业务的接收Cdma2000则仍沿用了 Is-95标准下的导频设计方法: 上行信道上码分复用导频,下行信道采用公共连续导频这里,由于W-CDMA和Cdma2000 在下行信道上的导频设计不同,直接导致W-CDMA成为〃异步〃的CDMA;即相邻小区之间 异步;而Cdma2000依靠下行公共导频和GPS,实现相邻小区间的同步但由于W 一 CDMA 拥有指派到用户的时分导频,在异步环境下的越区切换同样没有问题7) 关于多速率业务的支持,W-CDMA和Cdma2000方案都采用可变扩频增益/多万 马道并行调制,并且扩频指数都是4〜256(8) 关于功率控制方法,两个方案都采用了开环结合快速闭环的控制。
综上所述,就RTT主要技术项目的设计方法来看,W-CDMA和Cdma2000是相容的 W-CDMA和Cdma2000建议的争论,与其说是技术角度的分歧,还不如说是商业利益上的 斗争四、 宽带cdma系统与第二代通信系统相比所县有的优点W-CDMA因其宽带和扩频码分多址的特性,具有以下主要优点:(1) 容量更大、覆盖范围更广CDMA信道带宽是宽带的,而W-CDMA信道带宽(以 典型的每载波5MHZ带宽为例)更是窄带CDMA (如IS-95)信道带宽的4倍,较宽的带 宽将增加频率分集的效果,从而降低衰落的影响,提高上行与下行键路快速功率控制的 精度,以及上行信道采用相干解调可获得2dB〜3dB的解调增益等等,这大大提高了系 统容量有研究结果表明,5MHZW-CDMA系统的容量是窄带CDMA系统的8倍2) 频谱利用率高°CDMA系统中用户共享频谱资源;功率控制、话音激活等技术的 采用大大提高了频谱利用率,而又不必象TDMA / FDMA (时分多址/频分多址)系统那样 进行复杂的频率管理3) 适合不对林业务、变速率业务以及高速业务由于上行与下行信道可以采用独 立的无线资源,W-CDMA系统通过采用可变增益的正交扩频码(OVSF码)和自动调整发 射功率,统计复接及多码传输等技术,可方便地支持不对称业务如Internet (因特网) 接入、变速率业务和高速业务。
4) W-CDMA终端可同时支持多个业务例如;通过统计复接,W-CDMA可使用户在 接入相应无线局域网(LAN)的同时接收呼叫,提供多媒体服务5) 同时支持电路交换业务与分组交换业务对分组模式数据的支持为用户提供了 与Internet接入有关的业务6) 移动台发射功率低由于采用扩频技术和RAKE接收;移动台发射功率大大降 低,从而减少了对其他用户的干扰,延长了移动台电池的连续通话和待机时间7) 对FDD方式,各基站不需要严格的同步从而可不必依赖昂贵的全球定位系统 即(GPS)卫星系统8) 采用开放式系统设计便于引入可进一步提高系统性能的更先进技术,如支持 自适应天线阵、多用户检测和分层小区结构(HCS )等等五、 CDMA存在的问题(1) 在小区的规划问题上,虽然CDMA无需频率规划,但它的小区规划却并非十分 容易由于所有的基站都使用同。