碼分復(fù)用技術(shù)簡介

1、現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)簡介CDMA和3G何謂3G？1995年問世的第一代模擬制式手機(jī)（1G）只能進(jìn)行語音通話1996到1997年出現(xiàn)的第二代GSM、CDMA等數(shù)字制式手機(jī)（2G）便增加了接收數(shù)據(jù)的功能，如接收電子郵件或網(wǎng)頁。第三代移動(dòng)通信技術(shù)（3rd-generation，3G），是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)通訊技術(shù)。3G并不是2009年誕生的，早在2002年國外就已經(jīng)產(chǎn)生3G了，而中國也于2003年開發(fā)中國的3G，但2009年才正式上市。3G是第三代通信網(wǎng)絡(luò)，國際電聯(lián)確定3G三個(gè)無線接口標(biāo)準(zhǔn)，分別是美國CDMA2000，歐洲WCDMA，中國TD-SCDMA。國際電信聯(lián)盟（ITU）是在芬蘭赫爾辛基

2、于2000年5月確定WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三大主流無線接口標(biāo)準(zhǔn)，寫入3G技術(shù)指導(dǎo)性文件2000年國際移動(dòng)通訊計(jì)劃（簡稱IMT2000）。目前國內(nèi)支持國際電聯(lián)確定三個(gè)無線接口標(biāo)準(zhǔn)，分別是中國電信的CDMA2000，中國聯(lián)通的WCDMA，中國移動(dòng)的TD-SCDMA。那么什么是CDMA呢？ CDMA是Code Division Multiple Access (碼分多址)的縮寫，是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用頻分多址(FDMA)的模擬調(diào)制方式，這種系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是頻譜利用率低，信令干擾話音業(yè)務(wù)。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要采用時(shí)分多址(TDMA)的數(shù)字調(diào)制方

3、式，提高了系統(tǒng)容量，并采用獨(dú)立信道傳送信令，使系統(tǒng)性能大大改善，但TDMA的系統(tǒng)容量仍然有限，越區(qū)切換性能仍不完善。全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)Global System of Mobile communication就是眾所周知的GSM，是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)。全球超過200個(gè)國家和地區(qū)超過10億人正在使用GSM電話。GSM標(biāo)準(zhǔn)的無處不在使得在移動(dòng)電話運(yùn)營商之間簽署漫游協(xié)定后用戶的國際漫游變得很平常。 GSM 較之它以前的標(biāo)準(zhǔn)最大的不同是他的信令和語音信道都是數(shù)字式的，因此GSM被看作是第二代 (2G)移動(dòng)電話系統(tǒng)。 這說明數(shù)字通訊從很早就已經(jīng)構(gòu)建到系統(tǒng)中。GSM是一個(gè)當(dāng)前由3GPP開發(fā)的開放

4、標(biāo)準(zhǔn)。GSM 是一個(gè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，也就是說移動(dòng)電話要連接到它能搜索到的最近的蜂窩單元區(qū)域。3G與2G的主要區(qū)別是在傳輸聲音和數(shù)據(jù)的速度上的提升，它能夠在全球范圍內(nèi)更好地實(shí)現(xiàn)無線漫游，并處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會(huì)議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)，同時(shí)也要考慮與已有第二代系統(tǒng)的良好兼容性。為了提供這種服務(wù)，無線網(wǎng)絡(luò)必須能夠支持不同的數(shù)據(jù)傳輸速度，也就是說在室內(nèi)、室外和行車的環(huán)境中能夠分別支持至少2Mbps(兆比特/每秒)、384kbps(千比特/每秒)以及144kbps的傳輸速度（此數(shù)值根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境會(huì)發(fā)生變化)。GSM設(shè)備采用的是時(shí)分多址，而CDMA使用碼分?jǐn)U頻技術(shù)，先進(jìn)

5、功率和話音激活至少可提供大于3倍GSM網(wǎng)絡(luò)容量，業(yè)界將CDMA技術(shù)作為3G的主流技術(shù)。三種技術(shù)碼分技術(shù)FDMA FDMA頻分多址采用調(diào)頻的多址技術(shù)，業(yè)務(wù)信道在不同的頻段分配給不同的用戶。FDMA適合大量連續(xù)非突發(fā)性數(shù)據(jù)的接入，單純采用FDMA作為多址接入方式已經(jīng)很少見。目前中國聯(lián)通、中國移動(dòng)所使用的GSM移動(dòng)電話網(wǎng)就是采用FDMA和TDMA兩種方式的結(jié)合。TDMA時(shí)分多址TDMA時(shí)分多址采用了時(shí)分的多址技術(shù)，將業(yè)務(wù)信道在不同的時(shí)間段分配給不同的用戶。TDMA的優(yōu)點(diǎn)是頻譜利用率高，適合支持多個(gè)突發(fā)性或低速率數(shù)據(jù)用戶的接入。除中國聯(lián)通、中國移動(dòng)所使用的GSM移動(dòng)電話網(wǎng)采用FDMA和TDMA兩種方式

6、的結(jié)合外，廣電HFC網(wǎng)中的CM與CMTS的通信中也采用了時(shí)分多址的接入方式(基于DOCSIS1.0或1.1和Eruo DOCSIS1.0或1.1)。 (P.165170)CDMA CDMA是被美國軍方通訊采用的一種擴(kuò)頻方案。理論上，數(shù)據(jù)化的信息使用CDMA技術(shù)進(jìn)行編碼和解碼，可以大大提高對無線信道的利用率，增強(qiáng)抗干擾能力。高通公司解決了CDMA中至關(guān)重要的功率控制問題，并取得相關(guān)的專利。美國女演員美國女演員 海蒂海蒂拉瑪拉瑪 海蒂.拉瑪（Hedy Kiesler Markey）出生于奧地利，出身富貴，受過良好的教育，學(xué)的是通訊專。1938年3月納粹正式進(jìn)入奧地利，隨后，她也逃到倫敦，以遠(yuǎn)離她失

7、敗的婚姻和眾多的納粹“朋友”。順便也把納粹無線通信方面的“軍事機(jī)密”帶到了盟國。 這些機(jī)密主要是基于無線電保密通信的“指令式制導(dǎo)”系統(tǒng)，用于自動(dòng)控制武器，精確打擊目標(biāo)，但為了防止無線電指令被敵軍竊取，需要開發(fā)一系列的無線電通信的保密技術(shù)受過良好教育的她偷偷地吸收了許多極具價(jià)值的前瞻性概念。 1942年已成為美國女演員的她和她的作曲家丈夫提出一個(gè)Spectrum(頻譜)的技術(shù)概念，這個(gè)被稱為“展布頻譜技術(shù)”，也稱碼分?jǐn)U頻技術(shù)。 她當(dāng)時(shí)將這項(xiàng)技術(shù)送給美國政府時(shí)，希望能夠?qū)Ξ?dāng)時(shí)正如火如荼進(jìn)行中的二次大戰(zhàn)有幫助。可是美國軍方的科學(xué)家完全不把她的研究當(dāng)一回事。美國軍方甚至認(rèn)為海蒂如果想要幫助美國，還不如

8、多利用她的美貌和明星的地位幫助美國多賣一些政府公債。 最終1942年8月她還是得到了美國的專利，在美國的專利局，曾經(jīng)塵封著這樣一份專利：專利號為2，292，387的“保密通信系統(tǒng)”專利，這個(gè)專利的通過時(shí)間是1942年8月11日，申請時(shí)間是1941年6月10日，展布頻譜技術(shù)(擴(kuò)頻技術(shù))Spread Spectrum。美國國家專利局網(wǎng)站上的存檔 這個(gè)技術(shù)專利最初是用于軍事用途的。 最初研究這個(gè)技術(shù)是為了幫助美國軍方制造出能夠?qū)Ω都{粹德國的電波干擾或防竊聽的軍事通訊系統(tǒng)，因此這個(gè)技術(shù)最初的作用是用于軍事。二戰(zhàn)結(jié)束后因?yàn)闀簳r(shí)失去了價(jià)值，美國軍方封存了這項(xiàng)技術(shù)，但它的概念已使很多國家對此產(chǎn)生了興趣，多國

9、在60年代都對此技術(shù)展開了研究，但進(jìn)展不大。 直到1985年，在美國的圣迭戈成立了一個(gè)名為高通的小公司（現(xiàn)成為世界五百強(qiáng)），這個(gè)公司利用美國軍方解禁的展布頻譜技術(shù)開發(fā)出一個(gè)被名為CDMA的新通訊技術(shù)，就是這個(gè)CDMA技術(shù)直接導(dǎo)致了3G的誕生。 目前，CDMA的芯片只有高通公司（美國）獨(dú)家生產(chǎn)。 兩種說法： 在所有的CDMA體制中，接收者都可以使用擴(kuò)頻處理增益來部分衰減非期望的信號。具有期望的擴(kuò)頻碼的信號能被接受，如果信號對應(yīng)不同的擴(kuò)譜碼（或者相同擴(kuò)譜碼但是不同的時(shí)間偏移）將在解擴(kuò)譜過程中被當(dāng)作隨機(jī)噪聲而衰減掉。 在CDMA移動(dòng)通信中，將話音頻號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，給每組數(shù)據(jù)話音分組增加一個(gè)地址，進(jìn)

10、行擾碼處理，并且將它發(fā)射到空中。 每一個(gè)站點(diǎn)分配一個(gè)擴(kuò)頻碼或者碼片序列。這些碼片序列被表示成由1和1組成的序列。每個(gè)碼片序列和本身點(diǎn)積得到1,（和補(bǔ)碼點(diǎn)積得到1），一個(gè)碼片序列點(diǎn)積不同的碼片序列將得到0。例如 ： 如果 C1 = (-1,-1,-1,-1)， C2 = (+1,-1,+1,-1) 那么 C1 *C1 = (-1,-1,-1,-1) . (-1,-1,-1,-1) /4= +1 C1 *-C1 = (-1,-1,-1,-1) . (+1,+1,+1,+1) /4= -1 C1 * C2 = (-1,-1,-1,-1) . (+1,-1,+1,-1) /4= 0 C1 *-C2 =

11、 (-1,-1,-1,-1) . (-1,+1,-1,+1) /4= 0 C1和C2之間的這種特性叫做正交性。這些序列叫做 Walsh碼，可以從一個(gè)二進(jìn)制 Walsh矩陣導(dǎo)出。 一個(gè)站點(diǎn)要發(fā)送數(shù)字1時(shí)就發(fā)送其碼片序列本身，要發(fā)送數(shù)字0時(shí)就發(fā)送其碼片序列的反碼。（或者是 +1 和 -1; 0時(shí)不發(fā)送）。 當(dāng)多個(gè)終端發(fā)送多個(gè)信號時(shí)，信號就會(huì)在空中疊加。例如碼片序列是（-1,-1,-1,-1）和（+1,-1,+1,-1），疊加后變成（0,-2,0,-2）。接收方如果希望接收某個(gè)站點(diǎn)的信息，則只需要計(jì)算該站點(diǎn)對應(yīng)的碼片序列和空中信號的點(diǎn)積。例如（-1,-1,-1,-1） . (0,-2,0,-2) =

12、 +1。如果發(fā)送的數(shù)字是-1，則空中的信號將是 (+2,0,+2,0)，而點(diǎn)積將是 (-1,-1,-1,-1) . (+2,0,+2,0) = -1.TDMA和FDMA終端理論上可以過濾其他時(shí)隙或者頻率信道的任意強(qiáng)信號。這在CDMA無法實(shí)現(xiàn)，它只能部分過濾干擾信號。如果任一或者全部噪聲信號強(qiáng)于有用信號，則有用信號將被淹沒。這樣在CDMA系統(tǒng)中就要求每個(gè)終端有一個(gè)近似合適的信號功率。在CDMA蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，基站使用一個(gè)快速閉環(huán)功率控制方案來緊密控制每一個(gè)移動(dòng)終端的發(fā)送功率。功率控制需求能夠巧妙的根據(jù)上面的計(jì)算推斷出來。CDMA的一個(gè)優(yōu)勢是能夠簡單的利用話音激活特性。在每一個(gè)隨機(jī)的通話中，用戶講話的時(shí)間往往不足整個(gè)通話時(shí)間的一半，CDMA技術(shù)可以簡單在用戶講話時(shí)發(fā)送信號，不講話時(shí)保持靜默，于是當(dāng)同時(shí)通話的用戶較多時(shí)，總體上可以體現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)特性，最終能將用戶間干擾減少大約一半，從而提高容量。在CDMA技術(shù)中，這種話音激活特性的利用是相對簡單的，如果希望在TDMA或者FDMA體制中利用話音激活特性，就需要頻繁的建立和拆除有限的時(shí)隙或者頻率信道。三種標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)比較WCDMA異步CDMA系統(tǒng):無GPS 帶寬:5MHz 碼片速率:3.84Mcps 中國頻段:1940MHz-1955MHz(上行)2130MHz -2145MHz(下行)TD-SCD