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CDMA技術九問九答
[DATE:2007/10/29]

一、什么是CDMA技術
CDMA直譯為碼分多址,是在數字通信技術的分支擴頻通信的基礎上發展起來的一種技術。所謂擴頻,簡單地說就是把頻譜擴展。CDMA技術采用的是直接序列擴頻方式,就是用具有噪聲特性的載波以及比簡單點到幾點通信所需帶寬寬得多的頻帶去傳輸相同的數據。
同調頻、調幅技術一樣,直接序列擴頻是一種調制技術,它采用一個碼序列(高速)去調制原始數據信息(低速),這樣調制后的信息就能以高速傳輸。
CDMA技術的是直接序列擴頻方式,......同調頻、調幅技術一樣,直接序列擴頻是一種調制技術,它采用一個碼序列(高速)去調制原始數據信息(低速),這樣調制后的信息就能以高速傳輸。
CDMA直譯為碼分多址,是在數字通信技術的分支擴頻通信的基礎上發展起來的一種技術。所謂擴頻,簡單地說就是把頻譜擴展。CDMA技術采用的是直接序列擴頻方式,就是用具有噪聲特性的載波以及比簡單點到幾點通信所需帶寬寬得多的頻帶去傳輸相同的數據。
二、CDMA技術的起源
擴頻技術的起源要追溯到二戰時期,這種思想的初衷是防止敵方對己方通訊的干擾。我們知道,由于窄帶通訊采用的帶寬只有幾十kHz,只需要使用一個具有相同發射頻率及足夠大功率的發射機就可以非常容易地干擾對方的通信。因為無論調幅、調頻技術都很難從惡劣的信噪比環境中恢復原始信息。
CDMA這種新頻的想法就是通過特殊的碼型處理,把信號能量擴散到一個很寬的頻帶上,湮沒在噪聲里,在接收端只有通過相同的碼型才能把信號恢復出來(整個過程就像加密、解密一樣),我們稱之為直接序列擴頻。由于信號湮沒在噪聲里,故很難敵方偵測到。因此,這種技術在軍事領域中有著廣泛的應用。
三、CDMA的軟容量是指什么
按上面對CDMA系統的類比,房間里可能不斷有新的交談者進入。當然交談者總數有一定限度,這與房間大小、人的音量、交談者之間的距離都有密切的關系。這里我們又引入了幾處新類比:房間的大小對于CDMA系統來說就是單載波的容量;而交談者之間的音量則相當于CDMA系統中手機的發射功率;音量控制即對應著CDMA中一個非常重要的技術---功率控制;交談者的距離即對應手機與基站的距離。通過這個例子,我們可以總結出CDMA系統的一些特點:CDMA系統是一個自干擾系統;CDMA系統單載頻的容量不像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系統中起著重要作用,它直接影響著系統容量。
四、什么是CDMA短碼?它和CDMA長碼有什么區別?它們有什么用途?
CDMA系統使用了兩種偽隨機機碼序列,即短碼和長碼。
短碼:短碼是長度為215-1的周期序列。
在CDMA系統的前向信道(從基站指向手機方向)中,短碼用于對前向信道進行調制,使前向信道帶上本基站的標記,不同的基站使用不同相位的短碼,從而互相區別開來。
在反向信道中(從手機指向基站方向),短碼用于對反向業務信道進行調制,作用與短碼在前向信道中相同。
長碼:長碼是長度為242-1的周期序列。
在CDMA系列的前向 信道(從基站指向手機方向)中,長碼用于對業務信道進行擾碼(作用類似于加密)。
在反向信道中(從手機指向基站方向)。長碼用來直接進行擴頻,由于區分不同的接入手機。
沃爾什碼:除了長碼、短碼,CDMA系統中還使用64位長沃爾什碼(Walsh Code)。沃爾什碼在數學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方語言的人,相互之間無法用語言進行交流。用沃爾什碼可以區分開不同的前向信道。
五、為什么功率控制在CDMA系統中非常重要?
前面提到,CDMA系統的功率控制尤為重要,功率控制被認為是所有CDMA關鍵技術核心。要解釋功率控制的重要性,我們首先要了解"遠近效應"這個概念。我們可以設想,如果小區中的所有用戶均以相同的功率發射信號,則靠近基站的手機到達基站的信號就強,而遠離基站的手機到達基站的信號就弱,這樣將導致強信號掩蓋弱信號,這就是移動通信中的"遠近效應"問題。
因為所有用戶共同使用同一頻率(載波),所以"遠近效應"問題更加突出。CDMA功率控制的目的就是克服"遠近效應",使系統既能維持高質量通信,又不對占用同一信道的其它用戶產生不應有的干擾。
六、為什么CDMA手機能保持低的發射功率?
這是由于CDMA系統有一套精確的功率控制方法。CDMA系統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參與的開環控制和手機、基站同時參與的閉環功率控制。反向開環功率控制由手機獨立完成,手機根據它本身在小區中所接收功率的變化,迅速調節手機發射功率。正是由于這些精確的功率控制,才使CDMA手機能保持適當的發射功率。
七、什么是CDMA軟切換?它與硬切換有什么分別?
移動通訊是建立在移動之中的。有了頻率的復用,必然帶來移動中的頻率切換問題,一個網絡質量的好壞在無線方面主要表現在掉話、頻率丟失等指標上,切換方式將對這些指標產生影響。通過下面軟切換和硬切換方法的比較,孰優孰劣,我們能得出結論。
硬切換
在FDMA和TDMA系統中,所有的切換都是硬切換都是硬切換。當切換發生時,手機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"釋放-建立"的過程,切換過程發生在兩個基站過度區域或扇區之間,兩個基站或扇區是一種競爭的關系。
如果在一定區域里兩基站信號強度劇烈變化,手機就會在兩個基站間來回切換,產生所謂的"乒乓效應"。這樣一方面給交換系統增加了負擔,另一方面也增加了掉話的可能性。
軟切換
在CDMA系統中,切換的情況有所不同。當一部手機處于切換狀態下,同時將會有兩個甚至更多的基站對它進行監測,系統中的基站控制器將逐幀比較來自各個基站的有關這部手機的信號質量報告,并選用最好的一幀。
可見CDMA的切換是一個"建立-比較-釋放"的過程,我們稱這種切換為軟切換,以區別與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生的切換。
八、什么是CDMA的"更軟切換"?
在CDMA系統中還有一種切換稱為"更軟切換"。它指發生在同一基站具有相同頻率的不同扇區間的切換。另外,CDMA系統中還可以提供導頻引導(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系統帶來了更可靠的無線通路。
現有的蜂窩系統分級接收,與CDMA的分級接收有什么分別?
在CDMA系統中,由于采用了Rake接收機,克服了多徑效應,使得不利變為了有利,這是CDMA中獨有的路徑分級技術。
路徑分級接收的遠離是這樣的:在基站處,每一個反向信道都有四個數字解調器,而每個數字解調器又包含有搜索單元和解調單元,搜索單元負責搜索不同的多徑信號,并交由各解調單元解調。這樣每個基站都可以同時解調四路多徑信號,并進行矢量合并,通過這樣恢復出的信號比任何一路的信號都要好。在手機里,有三個數字解調單元、一個搜索單元,這樣手機也能同時解調三路多徑信號并進行矢量合并。由于采用了多徑接受機,使得基站、手機均能有穩定的接受信號。
九、為什么CDMA需要對整個網絡同步?
如果碼序列在傳輸中有傳輸時延,在收端便不能解調恢復出原始數數據,需要在接受端通過人工的時延來補償傳輸及數字信號處理造成的時延。要做到這種補償,我們必需建立一種同步體制,即必須使收、發端產生的碼序列同步。這就是CDMA系統的同步問題。由于CDMA系統中的碼速率非常高,因此不許有一套高精度的同步時鐘作為參考,協調全網所有基站的工作。
目前,全球衛星定位系統(GPS)是這種時鐘參考的最佳選擇。GPS是一個由24顆繞地球運轉的衛星組成的天線導航系統,它的優勢在于全球覆蓋,系統時鐘精度高,不易受電磁暴、低頻干擾源的影響。作為備份,遠距離導航(LORAN-C)系統也是一個很好的選擇,該系統采用地波傳播技術,同樣具有時鐘精確、不受電離層變化影響、衰減小、相位及幅度穩定等特點。

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