CDMA

　　1、技術(shù)背景

　　CDMA技術(shù)的出現(xiàn)源自于人類對更高質(zhì)量無線通信的需求，第二次世界大戰(zhàn)期間因戰(zhàn)爭的需要而研究開發(fā)出CDMA技術(shù)，其思想初衷是防止敵方對己方通訊的干擾，在戰(zhàn)爭期間廣泛應用于軍事抗干擾通信，后來由美國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，該專利提出了一個重要的概念“擴展頻譜技術(shù)”。50年代，紐約州的Sylvania公司（臺積電老板張忠謀在美國的第一份工作，就是在這家半導體公司）開始以海蒂和喬治的專利為出發(fā)點作相關(guān)的研發(fā)。后來在60年代，相關(guān)的擴頻（Spread Spectrum）技術(shù)出現(xiàn)了，美國軍方也開始在軍事通訊系統(tǒng)中使用擴頻技術(shù)。80年代冷戰(zhàn)結(jié)束后，美國軍方解除了對擴頻技術(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)標準

　　移動通信系統(tǒng)有多種分類方法。例如按信號性質(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)、時分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)。

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

　　CDMA技術(shù)的標準化經(jīng)歷了幾個階段。IS-95是cdmaONE系列標準中最先發(fā)布的標準，真正在全球得到廣泛應用的第一個CDMA標準是IS-95A，這一標準支持8K編碼話音服務(wù)。其后又分別出版了13K話音編碼器的TSB74標準，支持1.9GHz的CDMA PCS系統(tǒng)的STD-008標準，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。隨著移動通信對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的增長，1998年2月，美國高通公司宣布將IS-95B標準用于CDMA基礎(chǔ)平臺上。IS-95B可提供CDMA系統(tǒng)性能，并增加用戶移動通信設(shè)備的數(shù)據(jù)流量，提供對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)過渡的標準。cdma2000在標準研究的前期，提出了1X和3X的發(fā)展策略，但隨后的研究表明，1X和3X增強型技術(shù)代表了未來發(fā)展方向。

　　3、應用規(guī)模

　　1995年，第一個CDMA商用系統(tǒng)（被稱為IS-95A）被美國高通公司運行之后，CDMA技術(shù)理論上的諸多優(yōu)勢在實踐中得到了檢驗，從而在北美、南美和亞洲等地得到了迅速推廣和應用。全球許多國家和地區(qū)，包括中國大陸、中國香港、韓國、日本、美國都已建有CDMA商用網(wǎng)絡(luò)。在美國和日本，CDMA成為國內(nèi)的主要移動通信技術(shù)。在美國，10個移動通信運營公司中有7家選用CDMA。到2006年4月，韓國有60%的人口成為CDMA用戶。在澳大利亞主辦的第27屆奧運會中，CDMA技術(shù)更是發(fā)揮了重要作用。

　　CDMA技術(shù)的標準化，推進了這項技術(shù)在世界范圍的應用。目前，在美國、韓國、日本等國家，CDMA技術(shù)已獲得了較大規(guī)模的應用。在一些歐洲國家，一些運營商也建起了CDMA網(wǎng)絡(luò)。據(jù)CDG(世界CDMA發(fā)展集團)統(tǒng)計，1996年底CDMA用戶僅為100萬；到1998年3月已迅速增長到1000萬；截至1999年9月，用戶數(shù)量已超過4000萬。2000年初全球CDMA移動電話用戶的總數(shù)已突破5000萬，在一年內(nèi)用戶數(shù)量增長率達到118%。CDG表示，目前亞洲已經(jīng)成為CDMA市場增長的主要動力，亞洲地區(qū)CDMA用戶數(shù)量比一年前增長88%，達到2800萬。美國地區(qū)的增長率更是高達143%，達到1650萬，但用戶絕對數(shù)量要低于亞洲，在亞太地區(qū)，中國香港、日本、韓國、澳大利亞、泰國、印度、菲律賓、新西蘭、孟加拉國等許多國家和地區(qū)都已建有CDMA商用網(wǎng)絡(luò)，用戶數(shù)量已超過2100萬戶。增長率位于第三的是中美洲和南美洲，CDMA用戶數(shù)量達到500萬。

　　中國聯(lián)通于2002年1月8日正式開通了CDMA網(wǎng)絡(luò)并投入商用，2008年10月1日后轉(zhuǎn)由中國電信經(jīng)營，手機號段為133、153、189、180及181號段。

　　2011年3月30日，中國電信移動用戶突破了1億，成為全球最大的CDMA運營商，同時也是第一家突破1億用戶大關(guān)的CDMA運營商，2011年10月28日，中國電信公布其移動用戶數(shù)達到1.17億戶，其中3G移動用戶數(shù)達到2843萬戶。

　　4、系統(tǒng)原理

　　CDMA系統(tǒng)是基于碼分技術(shù)（擴頻技術(shù)）和多址技術(shù)的通信系統(tǒng)，系統(tǒng)為每個用戶分配各自特定地址碼。地址碼之間具有相互準正交性，從而在時間、空間和頻率上都可以重疊；將需傳送的具有一定信號帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個帶寬遠大于信號帶寬的偽隨機碼進行調(diào)制，使原有的數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展，接收端進行相反的過程，進行解擴，增強了抗干擾的能力。

　　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

　　手機定位

　　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)獲取用戶當前所在的基站Cell信息以獲取用戶當前位置，其精度取決于移動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獨有的技術(shù)，在定位操作時，手機/終端同時監(jiān)聽多個基站的導頻信息，利用碼片時延來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

　　三是基于AGPS（無線網(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)器強大的運算能力，可以采用復雜的定位算法以降低接收信號弱等不利因素的影響從而提高定位精度和靈敏度。定位平臺將經(jīng)緯度信息送到應用服務(wù)平臺，或者通過無線網(wǎng)絡(luò)送回終端滿足定位應用。

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

　　CDMA定位技術(shù)是基于位置業(yè)務(wù)開發(fā)的定位技術(shù)，采用Client/Server方式。它將無線輔助AGPS和高級前向鏈路AFLT三角定位法兩種定位技術(shù)有機結(jié)合，實現(xiàn)高精度、高可用性和較高速度定位。在這兩種定位技術(shù)均無法使用的環(huán)境中，CDMA定位技術(shù)會自動切換到Cell ID扇區(qū)定位方式，確保定位成功率.

　　CDMA定位技術(shù)結(jié)合了無線網(wǎng)絡(luò)輔助GPS定位和CDMA三角運算定位，改善了室內(nèi)定位效果。CDMA三角運算定位彌補無衛(wèi)星信號下也能完成定位，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手機定位技術(shù)2011年已實現(xiàn)突破，只要手機信號覆蓋區(qū)域都能實現(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移動網(wǎng)比模擬網(wǎng)容量大20倍，實際使用中比模擬網(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)的增加相當于背景噪聲的增加，造成話音質(zhì)量的下降。但對用戶數(shù)并無限制，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)量和干擾情況自動均衡。

　　這一特點與CDMA的機理有關(guān)。CDMA是一個自擾系統(tǒng)，所有移動用戶都占用相同帶寬和頻率，打個比方，將寬帶想像成一個大房子，所有的人將進入惟一的大房子。如果他們使用完全不同的語言，他們就可以清楚地聽到同伴的聲音而只受到一些來自別人談話的干擾。在這里，屋里的空氣可以被想像成寬帶的載波，而不同的語言即被當作編碼，我們可以不斷地增加用戶直到整個背景噪音限制住了我們。如果能控制住用戶的信號強度，在保持高質(zhì)量通話的同時，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的語音編碼器，它不能支持8Kb以上的語音編碼器。而CDMA的結(jié)構(gòu)可以支持13kb的語音編碼器。因此可以提供更好的通話質(zhì)量。CDMA系統(tǒng)的聲碼器可以動態(tài)地調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率，并根據(jù)適當?shù)拈T限值選擇不同的電平級發(fā)射。同時門限值根據(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，因為在這樣的地區(qū)每分鐘會發(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”，這樣完全克服了硬切換容易掉話的缺點。

　　頻率規(guī)劃簡單

　　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，擴展簡單。

　　雖然CDMA系統(tǒng)頻率規(guī)劃簡單，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)劃并不一定更簡單。

　　總體來說CDMA的規(guī)劃并不簡單。相反，較之GSM系統(tǒng)要更為復雜。

　　建網(wǎng)成本低

　　CDMA系統(tǒng)有著容量大、工作頻點較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)為擴頻技術(shù)，所以它的功率譜被擴展的很寬，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

　　1．CDMA是擴頻通信的一種，它具有擴頻通信的以下特點：

　　（1）抗干擾能力強。這是擴頻通信的基本特點，是所有通信方式無法

　　CDMA手機宣傳海報

　　比擬的。

　?。?）寬帶傳輸，抗衰落能力強。

　?。?）由于采用寬帶傳輸，在信道中傳輸?shù)挠杏眯盘柕墓β时雀蓴_信號的功率低得多，因此信號好像隱蔽在噪聲中；即功率話密度比較低，有利于信號隱蔽。

　?。?）利用擴頻碼的相關(guān)性來獲取用戶的信息，抗截獲的能力強。

　?。?）多個用戶同時接收，同時發(fā)送。

　　2．在擴頻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：

　?。?）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，同時在基站和移動臺采用了RAKE接收機技術(shù)，相當于時間分集的作用。

　?。?）采用了話音激活技術(shù)和扇區(qū)化技術(shù)。因為CDMA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，可以使整個系統(tǒng)的容量增大。

　?。?）采用了移動臺輔助的軟切換。通過它可以實現(xiàn)無縫切換，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)域的移動臺通過分集接收多個基站的信號，可以減低自身的發(fā)射功率，從而減少了對周圍基站的干擾，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。

　?。?）具有軟容量特性?？梢栽谠拕?wù)量高峰期通過提高誤幀率來增加可以用的信道數(shù)。當相鄰小區(qū)的負荷一輕一重時，負荷重的小區(qū)可以通過減少導頻的發(fā)射功率，使本小區(qū)的邊緣用戶由于導頻強度的不足而切換到相臨小區(qū)，使負擔分擔。

　?。?）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的特點之一。

　?。?）CDMA高效率的QCELP話音編碼。話音編碼技術(shù)是數(shù)字通信中的一個重要課題。QCELP是利用碼表矢量量化差值的信號，并根據(jù)語音激活的程度產(chǎn)生一個輸出速率可變的信號。這種編碼方式被認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型編碼器問世，也具有8kbit/s聲碼器容量大的特點，話音質(zhì)量也有了明顯的提高。