CDMA技术基础知识

CDMA技术基础知识

一、什么是CDMA技术

CDMA直译为码分多址，是在数字通信技术的分支扩频通信的基础上发展起来的一种技术。所谓扩频，简单地说就是把频谱扩展。CDMA技术采用的是直接序列扩频方式，就是用具有噪声特性的载波以及比简单点到几点通信所需带宽宽得多的频带去传输相同的数据。

同调频、调幅技术一样，直接序列扩频是一种调制技术，它采用一个码序列（高速）去调制原始数据信息（低速），这样调制后的信息就能以高速传输。

CDMA技术的是直接序列扩频方式，......同调频、调幅技术一样，直接序列扩频是一种调制技术，它采用一个码序列（高速）去调制原始数据信息(低速)，这样调制后的信息就能以高速传输。

CDMA直译为码分多址，是在数字通信技术的分支扩频通信的基础上发展起来的一种技术。所谓扩频，简单地说就是把频谱扩展。CDMA技术采用的是直接序列扩频方式，就是用具有噪声特性的载波以及比简单点到几点通信所需带宽宽得多的频带去传输相同的数据。

二、CDMA技术的起源

扩频技术的起源要追溯到二战时期，这种思想的初衷是防止敌方对己方通讯的干扰。我们知道，由于窄带通讯采用的带宽只有几十kHz，只需要使用一个具有相同发射频率及足够大功率的发射机就可以非常容易地干扰对方的通信。因为无论调幅、调频技术都很难从恶劣的信噪比环境中恢复原始信息。

CDMA这种新频的想法就是通过特殊的码型处理，把信号能量扩散到一个很宽的频带上，湮没在噪声里，在接收端只有通过相同的码型才能把信号恢复出来（整个过程就像加密、解密一样），我们称之为直接序列扩频。由于信号湮没在噪声里，故很难敌方侦测到。因此，这种技术在军事领域中有着广泛的应用。

三、CDMA的软容量是指什么

按上面对CDMA系统的类比，房间里可能不断有新的交谈者进入。当然交谈者总数有一定限度，这与房间大小、人的音量、交谈者之间的距离都有密切的关系。这里我们又引入了几处新类比：房间的大小对于CDMA系统来说就是单载波的容量；而交谈者之间的音量则相当于CDMA系统中手机的发射功率；音量控制即对应着CDMA中一个非常重要的技术---功率控制；交谈者的距离即对应手机与基站的距离。通过这个例子，我们可以总结出CDMA系统的一些特点：CDMA系统是一个自干扰系统；CDMA系统单载频的容量不像FDMA、TDMA那样是固定的，这也就是我们常提到的"软容量"；因此功率控制在CDMA系统中起着重要作用，它直接影响着系统容量。

四、什么是CDMA短码？它和CDMA长码有什么区别？它们有什么用途？

CDMA系统使用了两种伪随机机码序列，即短码和长码。

短码：短码是长度为215-1的周期序列。

在CDMA系统的前向信道（从基站指向手机方向）中，短码用于对前向信道进行调制，使前向信道带上本基站的标记，不同的基站使用不同相位的短码，从而互相区别开来。

在反向信道中（从手机指向基站方向），短码用于对反向业务信道进行调制，作用与短码在前向信道中相同。

长码：长码是长度为242-1的周期序列。

在CDMA系列的前向 信道（从基站指向手机方向）中，长码用于对业务信道进行扰码（作用类似于加密）。

在反向信道中（从手机指向基站方向）。长码用来直接进行扩频，由于区分不同的接入手机。

沃尔什码：除了长码、短码，CDMA系统中还使用64位长沃尔什码（Walsh Code）。沃尔什码在数学上具有很好的正交性。所谓正交性，就是讲不同语言且不懂对方语言的人，相互之间无法用语言进行交流。用沃尔什码可以区分开不同的前向信道。

五、为什么功率控制在CDMA系统中非常重要？

前面提到，CDMA系统的功率控制尤为重要，功率控制被认为是所有CDMA关键技术核心。要解释功率控制的重要性，我们首先要了解"远近效应"这个概念。我们可以设想，如果小区中的所有用户均以相同的功率发射信号，则靠近基站的手机到达基站的信号就强，而远离基站的手机到达基站的信号就弱，这样将导致强信号掩盖弱信号，这就是移动通信中的"远近效应"问题。

因为所有用户共同使用同一频率（载波），所以"远近效应"问题更加突出。CDMA功率控制的目的就是克服"远近效应"，使系统既能维持高质量通信，又不对占用同一信道的其它用户产生不应有的干扰。

六、为什么CDMA手机能保持低的发射功率？

这是由于CDMA系统有一套精确的功率控制方法。CDMA系统中的功率控制分为前向功率控制和反向功率控制。反向功率控制又分为仅有手机参与的开环控制和手机、基站同时参与的闭环功率控制。反向开环功率控制由手机独立完成，手机根据它本身在小区中所接收功率的变化，迅速调节手机发射功率。正是由于这些精确的功率控制，才使CDMA手机能保持适当的发射功率。

七、什么是CDMA软切换？它与硬切换有什么分别？

移动通讯是建立在移动之中的。有了频率的复用，必然带来移动中的频率切换问题，一个网络质量的好坏在无线方面主要表现在掉话、频率丢失等指标上，切换方式将对这些指标产生影响。通过下面软切换和硬切换方法的比较，孰优孰劣，我们能得出结论。

硬切换

在FDMA和TDMA系统中，所有的切换都是硬切换都是硬切换。当切换发生时，手机总是先释放原基站的信道，然后才能获得新基站分配的信道，是一个"释放-建立"的过程，切换过程发生在两个基站过度区域或扇区之间，两个基站或扇区是一种竞争的关系。

如果在一定区域里两基站信号强度剧烈变化，手机就会在两个基站间来回切换，产生所谓的"乒乓效应"。这样一方面给交换系统增加了负担，另一方面也增加了掉话的可能性。

软切换

在CDMA系统中，切换的情况有所不同。当一部手机处于切换状态下，同时将会有两个甚至更多的基站对它进行监测，系统中的基站控制器将逐帧比较来自各个基站的有关这部手机的信号质量报告，并选用最好的一帧。

可见CDMA的切换是一个"建立-比较-释放"的过程，我们称这种切换为软切换，以区别与FDMA、TDMA中的切换。软切换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间发生的切换。

八、什么是CDMA的"更软切换"？

在CDMA系统中还有一种切换称为"更软切换"。它指发生在同一基站具有相同频率的不同扇区间的切换。另外，CDMA系统中还可以提供导频引导（PilotBeacon）的不同载波间的切换，以及软件控制的一些切换。所有这些切换措施都为CDMA系统带来了更可靠的无线通路。

现有的蜂窝系统分级接收,与CDMA的分级接收有什么分别？

在CDMA系统中，由于采用了Rake接收机，克服了多径效应，使得不利变为了有利，这是CDMA中独有的路径分级技术。

路径分级接收的远离是这样的：在基站处，每一个反向信道都有四个数字解调器，而每个数字解调器又包含有搜索单元和解调单元，搜索单元负责搜索不同的多径信号，并交由各解调单元解调。这样每个基站都可以同时解调四路多径信号，并进行矢量合并，通过这样恢复出的信号比任何一路的信号都要好。在手机里，有三个数字解调单元、一个搜索单元，这样手机也能同时解调三路多径信号并进行矢量合并。由于采用了多径接受机，使得基站、手机均能有稳定的接受信号。

九、为什么CDMA需要对整个网络同步？

如果码序列在传输中有传输时延，在收端便不能解调恢复出原始数数据，需要在接受端通过人工的时延来补偿传输及数字信号处理造成的时延。要做到这种补偿，我们必需建立一种同步体制，即必须使收、发端产生的码序列同步。这就是CDMA系统的同步问题。由于CDMA系统中的码速率非常高，因此不许有一套高精度的同步时钟作为参考，协调全网所有基站的工作。

目前，全球卫星定位系统（GPS）是这种时钟参考的最佳选择。GPS是一个由24颗绕地球运转的卫星组成的天线导航系统，它的优势在于全球覆盖，系统时钟精度高，不易受电磁暴、低频干扰源的影响。作为备份，远距离导航（LORAN-C）系统也是一个很好的选择，该系统采用地波传播技术，同样具有时钟精确、不受电离层变化影响、衰减小、相位及幅度稳定等特点。