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CDMA

又稱碼分多址,是在無(wú)線通訊上使用的技術(shù),CDMA允許所有使用者同時(shí)使用全部頻帶(1.2288Mhz),且把其他使用者發(fā)出訊號(hào)視為雜訊,完全不必考慮到訊號(hào)碰撞 (collision) 問(wèn)題。CDMA中所提供語(yǔ)音編碼技術(shù),通話品質(zhì)比目前GSM好,且可把用戶對(duì)話時(shí)周圍環(huán)境噪音降低,使通話更清晰。

  1、技術(shù)背景

  CDMA技術(shù)的出現(xiàn)源自于人類對(duì)更高質(zhì)量無(wú)線通信的需求,第二次世界大戰(zhàn)期間因戰(zhàn)爭(zhēng)的需要而研究開(kāi)發(fā)出CDMA技術(shù),其思想初衷是防止敵方對(duì)己方通訊的干擾,在戰(zhàn)爭(zhēng)期間廣泛應(yīng)用于軍事抗干擾通信,后來(lái)由美國(guó)高通公司更新成為商用蜂窩電信技術(shù)。

  女演員海蒂拉瑪和她的作曲家丈夫定義Spectrum(頻譜)的概念早在1942年,該專利提出了一個(gè)重要的概念“擴(kuò)展頻譜技術(shù)”。50年代,紐約州的Sylvania公司臺(tái)積電老板張忠謀在美國(guó)的第一份工作,就是在這家半導(dǎo)體公司)開(kāi)始以海蒂和喬治的專利為出發(fā)點(diǎn)作相關(guān)的研發(fā)。后來(lái)在60年代,相關(guān)的擴(kuò)頻(Spread Spectrum)技術(shù)出現(xiàn)了,美國(guó)軍方也開(kāi)始在軍事通訊系統(tǒng)中使用擴(kuò)頻技術(shù)。80年代冷戰(zhàn)結(jié)束后,美國(guó)軍方解除了對(duì)擴(kuò)頻技術(shù)的管制,允許其商業(yè)化。然后在1985年,高通在加州成立,以擴(kuò)頻技術(shù)為基礎(chǔ),研發(fā)出CDMA(Code Division Multiple Access)系統(tǒng)。

  2、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

  移動(dòng)通信系統(tǒng)有多種分類方法。例如按信號(hào)性質(zhì)分,可分為模擬、數(shù)字;按調(diào)制方式分,可分為調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅;按多址連接方式分,可分為:頻分多址(FDMA)、時(shí)分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)。

  目前中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)移動(dòng)所使用的GSM移動(dòng)電話網(wǎng)采用的便是FDMA和TDMA兩種方式的結(jié)合。以前,中國(guó)聯(lián)通擁有CDMA業(yè)務(wù)。但是從2008年十月一日開(kāi)始聯(lián)通的CDMA業(yè)務(wù)已經(jīng)轉(zhuǎn)由中國(guó)電信經(jīng)營(yíng)。

  CDMA技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)歷了幾個(gè)階段。IS-95是cdmaONE系列標(biāo)準(zhǔn)中最先發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn),真正在全球得到廣泛應(yīng)用的第一個(gè)CDMA標(biāo)準(zhǔn)是IS-95A,這一標(biāo)準(zhǔn)支持8K編碼話音服務(wù)。其后又分別出版了13K話音編碼器的TSB74標(biāo)準(zhǔn),支持1.9GHz的CDMA PCS系統(tǒng)的STD-008標(biāo)準(zhǔn),其中13K編碼話音服務(wù)質(zhì)量已非常接近有線電話的話音質(zhì)量。隨著移動(dòng)通信對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的增長(zhǎng),1998年2月,美國(guó)高通公司宣布將IS-95B標(biāo)準(zhǔn)用于CDMA基礎(chǔ)平臺(tái)上。IS-95B可提供CDMA系統(tǒng)性能,并增加用戶移動(dòng)通信設(shè)備的數(shù)據(jù)流量,提供對(duì)64kbps數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持。其后,cdma2000成為窄帶CDMA系統(tǒng)向第三代系統(tǒng)過(guò)渡的標(biāo)準(zhǔn)。cdma2000在標(biāo)準(zhǔn)研究的前期,提出了1X和3X的發(fā)展策略,但隨后的研究表明,1X和3X增強(qiáng)型技術(shù)代表了未來(lái)發(fā)展方向。

  3、應(yīng)用規(guī)模

  1995年,第一個(gè)CDMA商用系統(tǒng)(被稱為IS-95A)被美國(guó)高通公司運(yùn)行之后,CDMA技術(shù)理論上的諸多優(yōu)勢(shì)在實(shí)踐中得到了檢驗(yàn),從而在北美、南美和亞洲等地得到了迅速推廣和應(yīng)用。全球許多國(guó)家和地區(qū),包括中國(guó)大陸、中國(guó)香港、韓國(guó)、日本、美國(guó)都已建有CDMA商用網(wǎng)絡(luò)。在美國(guó)和日本,CDMA成為國(guó)內(nèi)的主要移動(dòng)通信技術(shù)。在美國(guó),10個(gè)移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)公司中有7家選用CDMA。到2006年4月,韓國(guó)有60%的人口成為CDMA用戶。在澳大利亞主辦的第27屆奧運(yùn)會(huì)中,CDMA技術(shù)更是發(fā)揮了重要作用。

  CDMA技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化,推進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)在世界范圍的應(yīng)用。目前,在美國(guó)、韓國(guó)、日本等國(guó)家,CDMA技術(shù)已獲得了較大規(guī)模的應(yīng)用。在一些歐洲國(guó)家,一些運(yùn)營(yíng)商也建起了CDMA網(wǎng)絡(luò)。據(jù)CDG(世界CDMA發(fā)展集團(tuán))統(tǒng)計(jì),1996年底CDMA用戶僅為100萬(wàn);到1998年3月已迅速增長(zhǎng)到1000萬(wàn);截至1999年9月,用戶數(shù)量已超過(guò)4000萬(wàn)。2000年初全球CDMA移動(dòng)電話用戶的總數(shù)已突破5000萬(wàn),在一年內(nèi)用戶數(shù)量增長(zhǎng)率達(dá)到118%。CDG表示,目前亞洲已經(jīng)成為CDMA市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿?,亞洲地區(qū)CDMA用戶數(shù)量比一年前增長(zhǎng)88%,達(dá)到2800萬(wàn)。美國(guó)地區(qū)的增長(zhǎng)率更是高達(dá)143%,達(dá)到1650萬(wàn),但用戶絕對(duì)數(shù)量要低于亞洲,在亞太地區(qū),中國(guó)香港、日本、韓國(guó)、澳大利亞、泰國(guó)、印度、菲律賓、新西蘭、孟加拉國(guó)等許多國(guó)家和地區(qū)都已建有CDMA商用網(wǎng)絡(luò),用戶數(shù)量已超過(guò)2100萬(wàn)戶。增長(zhǎng)率位于第三的是中美洲和南美洲,CDMA用戶數(shù)量達(dá)到500萬(wàn)。

  中國(guó)聯(lián)通于2002年1月8日正式開(kāi)通了CDMA網(wǎng)絡(luò)并投入商用,2008年10月1日后轉(zhuǎn)由中國(guó)電信經(jīng)營(yíng),手機(jī)號(hào)段為133、153、189、180及181號(hào)段。

  2011年3月30日,中國(guó)電信移動(dòng)用戶突破了1億,成為全球最大的CDMA運(yùn)營(yíng)商,同時(shí)也是第一家突破1億用戶大關(guān)的CDMA運(yùn)營(yíng)商,2011年10月28日,中國(guó)電信公布其移動(dòng)用戶數(shù)達(dá)到1.17億戶,其中3G移動(dòng)用戶數(shù)達(dá)到2843萬(wàn)戶。

  4、系統(tǒng)原理

  CDMA系統(tǒng)是基于碼分技術(shù)(擴(kuò)頻技術(shù))和多址技術(shù)的通信系統(tǒng),系統(tǒng)為每個(gè)用戶分配各自特定地址碼。地址碼之間具有相互準(zhǔn)正交性,從而在時(shí)間、空間和頻率上都可以重疊;將需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)大于信號(hào)帶寬的偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制,使原有的數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展,接收端進(jìn)行相反的過(guò)程,進(jìn)行解擴(kuò),增強(qiáng)了抗干擾的能力。

  CDMA系統(tǒng)屬于自干擾系統(tǒng)。

  CDMA系統(tǒng)只接收地址碼一樣的部分,其他部分變成噪音。

  5、優(yōu)勢(shì)

  手機(jī)定位

  在電信通信網(wǎng)絡(luò)中,通常有以下幾種定位技術(shù):

  一是基于Cell ID的定位技術(shù),它由網(wǎng)絡(luò)側(cè)獲取用戶當(dāng)前所在的基站Cell信息以獲取用戶當(dāng)前位置,其精度取決于移動(dòng)基站的分布及覆蓋范圍的大小;

  二是基于AFLT的定位技術(shù),AFLT(Advanced Forward Link Trilateration)是CDMA獨(dú)有的技術(shù),在定位操作時(shí),手機(jī)/終端同時(shí)監(jiān)聽(tīng)多個(gè)基站的導(dǎo)頻信息,利用碼片時(shí)延來(lái)確定到附近基站的距離,最后用三角定位法算出具體位置。

  CDMA手機(jī)

  三是基于AGPS(無(wú)線網(wǎng)絡(luò)輔助GPS定位技術(shù))的定位技術(shù),AGPS將終端的工作簡(jiǎn)化,由網(wǎng)絡(luò)側(cè)的定位服務(wù)器與終端相互配合完成定位工作,就是將衛(wèi)星掃描及定位運(yùn)算等最為繁重的工作從終端一側(cè)轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)一側(cè)的定位服務(wù)器完成。借助定位服務(wù)器強(qiáng)大的運(yùn)算能力,可以采用復(fù)雜的定位算法以降低接收信號(hào)弱等不利因素的影響從而提高定位精度和靈敏度。定位平臺(tái)將經(jīng)緯度信息送到應(yīng)用服務(wù)平臺(tái),或者通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)送回終端滿足定位應(yīng)用。

  四是基于GPSOne定位技術(shù),將Cell ID、CDMA三角定位和AGPS綜合應(yīng)用的電信獨(dú)特的定位技術(shù),實(shí)現(xiàn)定位精度高、范圍廣。

  CDMA定位技術(shù)是基于位置業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)的定位技術(shù),采用Client/Server方式。它將無(wú)線輔助AGPS和高級(jí)前向鏈路AFLT三角定位法兩種定位技術(shù)有機(jī)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)高精度、高可用性和較高速度定位。在這兩種定位技術(shù)均無(wú)法使用的環(huán)境中,CDMA定位技術(shù)會(huì)自動(dòng)切換到Cell ID扇區(qū)定位方式,確保定位成功率.

  CDMA定位技術(shù)結(jié)合了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)輔助GPS定位和CDMA三角運(yùn)算定位,改善了室內(nèi)定位效果。CDMA三角運(yùn)算定位彌補(bǔ)無(wú)衛(wèi)星信號(hào)下也能完成定位,其他蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)如GSM/GPRS也有類似自定位技術(shù),但由于CDMA是惟一全網(wǎng)同步(通過(guò)GPS)網(wǎng)絡(luò),因此定位精度更高。但CDMA連續(xù)定位中,處于同一位置的連續(xù)定位偏差往往很大。

  CDMA手機(jī)定位技術(shù)2011年已實(shí)現(xiàn)突破,只要手機(jī)信號(hào)覆蓋區(qū)域都能實(shí)現(xiàn)GPS定位。

  系統(tǒng)容量大

  理論上,在使用相同頻率資源的情況下,CDMA移動(dòng)網(wǎng)比模擬網(wǎng)容量大20倍,實(shí)際使用中比模擬網(wǎng)大10倍,比GSM要大4-5倍。

  系統(tǒng)容量的配置靈活

  在CDMA系統(tǒng)中,用戶數(shù)的增加相當(dāng)于背景噪聲的增加,造成話音質(zhì)量的下降。但對(duì)用戶數(shù)并無(wú)限制,操作者可在容量和話音質(zhì)量之間折衷考慮。另外,多小區(qū)之間可根據(jù)話務(wù)量和干擾情況自動(dòng)均衡。

  這一特點(diǎn)與CDMA的機(jī)理有關(guān)。CDMA是一個(gè)自擾系統(tǒng),所有移動(dòng)用戶都占用相同帶寬和頻率,打個(gè)比方,將寬帶想像成一個(gè)大房子,所有的人將進(jìn)入惟一的大房子。如果他們使用完全不同的語(yǔ)言,他們就可以清楚地聽(tīng)到同伴的聲音而只受到一些來(lái)自別人談話的干擾。在這里,屋里的空氣可以被想像成寬帶的載波,而不同的語(yǔ)言即被當(dāng)作編碼,我們可以不斷地增加用戶直到整個(gè)背景噪音限制住了我們。如果能控制住用戶的信號(hào)強(qiáng)度,在保持高質(zhì)量通話的同時(shí),我們就可以容納更多的用戶。

  通話質(zhì)量更佳

  TDMA的信道結(jié)構(gòu)最多只能支持4Kb的語(yǔ)音編碼器,它不能支持8Kb以上的語(yǔ)音編碼器。而CDMA的結(jié)構(gòu)可以支持13kb的語(yǔ)音編碼器。因此可以提供更好的通話質(zhì)量。CDMA系統(tǒng)的聲碼器可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率,并根據(jù)適當(dāng)?shù)拈T限值選擇不同的電平級(jí)發(fā)射。同時(shí)門限值根據(jù)背景噪聲的改變而變,這樣即使在背景噪聲較大的情況下,也可以得到較好的通話質(zhì)量。另外,TDMA采用一種硬移交的方式,用戶可以明顯地感覺(jué)到通話的間斷,在用戶密集、基站密集的城市中,這種間斷就尤為明顯,因?yàn)樵谶@樣的地區(qū)每分鐘會(huì)發(fā)生2至4次移交的情形。而CDMA系統(tǒng)“掉話”的現(xiàn)象明顯減少,CDMA系統(tǒng)采用軟切換技術(shù),“先連接再斷開(kāi)”,這樣完全克服了硬切換容易掉話的缺點(diǎn)。

  頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單

  用戶按不同的序列碼區(qū)分,所以,相同CDMA載波可在相鄰的小區(qū)內(nèi)使用,網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃靈活,擴(kuò)展簡(jiǎn)單。

  雖然CDMA系統(tǒng)頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單,但CDMA系統(tǒng)存在著PN短碼的規(guī)劃,并且PN短碼的規(guī)劃相較頻率規(guī)劃并不一定更簡(jiǎn)單。

  總體來(lái)說(shuō)CDMA的規(guī)劃并不簡(jiǎn)單。相反,較之GSM系統(tǒng)要更為復(fù)雜。

  建網(wǎng)成本低

  CDMA系統(tǒng)有著容量大、工作頻點(diǎn)較GSM低,因此,在CDMA規(guī)劃中,CDMA的站間距一般較GSM稀疏。因此可以更好的節(jié)約建網(wǎng)成本。

  低功率譜密度

  由于CDMA的關(guān)鍵技術(shù)為擴(kuò)頻技術(shù),所以它的功率譜被擴(kuò)展的很寬,從而功率很低,好處有二:

  1防止其它信道的干擾

  2防止干擾其它信道。

  6、技術(shù)特點(diǎn)

  1.CDMA是擴(kuò)頻通信的一種,它具有擴(kuò)頻通信的以下特點(diǎn):

  (1)抗干擾能力強(qiáng)。這是擴(kuò)頻通信的基本特點(diǎn),是所有通信方式無(wú)法

  CDMA手機(jī)宣傳海報(bào)

  比擬的。

 ?。?)寬帶傳輸,抗衰落能力強(qiáng)。

  (3)由于采用寬帶傳輸,在信道中傳輸?shù)挠杏眯盘?hào)的功率比干擾信號(hào)的功率低得多,因此信號(hào)好像隱蔽在噪聲中;即功率話密度比較低,有利于信號(hào)隱蔽。

 ?。?)利用擴(kuò)頻碼的相關(guān)性來(lái)獲取用戶的信息,抗截獲的能力強(qiáng)。

 ?。?)多個(gè)用戶同時(shí)接收,同時(shí)發(fā)送。

  2.在擴(kuò)頻CDMA通信系統(tǒng)中,由于采用了新的關(guān)鍵技術(shù)而具有一些新的特點(diǎn):

 ?。?)采用了多種分集方式。除了傳統(tǒng)的空間分集外。由于是寬帶傳輸起到了頻率分集的作用,同時(shí)在基站和移動(dòng)臺(tái)采用了RAKE接收機(jī)技術(shù),相當(dāng)于時(shí)間分集的作用。

 ?。?)采用了話音激活技術(shù)和扇區(qū)化技術(shù)。因?yàn)镃DMA系統(tǒng)的容量直接與所受的干擾有關(guān),采用話音激活和扇區(qū)化技術(shù)可以減少干擾,可以使整個(gè)系統(tǒng)的容量增大。

 ?。?)采用了移動(dòng)臺(tái)輔助的軟切換。通過(guò)它可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換,保證了通話的連續(xù)性,減少了掉話的可能性。處于切換區(qū)域的移動(dòng)臺(tái)通過(guò)分集接收多個(gè)基站的信號(hào),可以減低自身的發(fā)射功率,從而減少了對(duì)周圍基站的干擾,這樣有利于提高反向聯(lián)路的容量和覆蓋范圍。

 ?。?)采用了功率控制技術(shù),這樣降低了平均發(fā)射功率。

  (5)具有軟容量特性??梢栽谠拕?wù)量高峰期通過(guò)提高誤幀率來(lái)增加可以用的信道數(shù)。當(dāng)相鄰小區(qū)的負(fù)荷一輕一重時(shí),負(fù)荷重的小區(qū)可以通過(guò)減少導(dǎo)頻的發(fā)射功率,使本小區(qū)的邊緣用戶由于導(dǎo)頻強(qiáng)度的不足而切換到相臨小區(qū),使負(fù)擔(dān)分擔(dān)。

 ?。?)兼容性好。由于CDMA的帶寬很大,功率分布在廣闊的頻譜上,功率話密度低,對(duì)窄帶模擬系統(tǒng)的干擾小,因此兩者可以共存。即兼容性好。

 ?。?)CDMA的頻率利用率高,不需頻率規(guī)劃,這也是CDMA的特點(diǎn)之一。

  (8)CDMA高效率的QCELP話音編碼。話音編碼技術(shù)是數(shù)字通信中的一個(gè)重要課題。QCELP是利用碼表矢量量化差值的信號(hào),并根據(jù)語(yǔ)音激活的程度產(chǎn)生一個(gè)輸出速率可變的信號(hào)。這種編碼方式被認(rèn)為是目前效率最高的編碼技術(shù),在保證有較好話音質(zhì)量的前提下,大大提高了系統(tǒng)的容量。這種聲碼器具有8kbit/s和13kbit/s兩種速率的序列。8kbit/s序列從1.2kbit/s到9.6kbit/s可變,13kbit/s序列則從1.8kbit/s到14.4kbit/s可變。最近,又有一種8kbit/sEVRC型編碼器問(wèn)世,也具有8kbit/s聲碼器容量大的特點(diǎn),話音質(zhì)量也有了明顯的提高。


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