码分多址

码分多址

应用于工程技术领域的通信技术

码分多址(CDMA)是在数字技术的分支--扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。

概述

CDMA是指一种扩频多址数字式通信技术，通过独特的代码序列建立信道，可用于二代和三代无线通信中的任何一种协议。CDMA是一种多路方式，多路信号只占用一条信道，极大提高带宽使用率，应用于800MHz和1.9GHz的超高频(UHF)移动电话系统。CDMA使用带扩频技术的模-数转换(ADC)，输入音频首先数字化为二进制元。传输信号频率按指定类型编码，因此只有频率响应编码一致的接收机才能拦截信号。由于有无数种频率顺序编码，因此很难出现重复，增强了保密性。CDMA通道宽度名义上1.23MHz，网络中使用软切换方案，尽量减少手机通话中信号中断。数字和扩频技术的结合应用使得单位带宽信号数量比模拟方式下成倍增加，CDMA与其他蜂窝技术兼容，实现全国漫游。最初仅用于美国蜂窝电话中CMDAOne标准只提供单通道14.4Kbps和八通道115Kbps的传输速度。CDMA2000和宽带CDMA速度已经成倍提高。

扩频原理

扩频原理如下图2所示。由图2可见，发射端是将待传输的信息码a(t)经编码后，先对伪随机码c(t)进行扩频调制，然后再对射频进行调制，得到输出信号为：

s(t)=b(t)c(t)

式中：c(t)的速率(chip/s)为Rc，b(t)的速率(bit/s)为Rb。通常Rc远大于Rb，因而调制后的扩频信号带宽主要取决于c(t)带宽。

信号通过无线传输后，将会受到噪声和其他信号的干扰。因此，接收端所收到的信号除有用信号外，还包含有干扰信号。即：

式中n(t)为噪声和干扰信号的总和。

接收机接收到的信号先用相干载波进行解调。

z(t)经宽带(带宽约为码片速率)滤波后，得：

并将G(t)与本地伪随机码c′(t)相乘，即进行解扩处理。因c′(t)与发端的c(t)码完全一致，所以输出信号V0(t)再经基带滤波器，基带滤波器的带宽为信号b(t)的带宽，远小于解扩之前的宽带滤波器带宽，而还是宽带信号，经基带滤波后就只剩下很小一部分噪声功率。处理后为，其信号功率不变。所以解扩输出的信噪比要比解扩输入的信噪比大得多。再经解码器，就恢复成原始信号 

相关特点

CDMA是码分多址（Code－DivisionMultiple Access）技术的缩写，是近年来在数字移动通信进程中出现的一种先进的无线扩频通信技术，它能够满足市场对移动通信容量和品质的高要求，具有频谱利用率高、话音质量好、保密性强、掉话率低、电磁辐射小、容量大、覆盖广等特点，可以大量减少投资和降低运营成本。

CDMA最早由美国高通公司推出，近几年由于技术和市场等多种因素作用得以迅速发展，目前全球用户已突破5000万，我国也在北京、上海等城市开通了CDMA电话网。

码分多址

CDMA的技术特点

1．CDMA是扩频通信的一种，他具有扩频通信的以下特点：

（1）抗干扰能力强。这是扩频通信的基本特点，是所有通信方式无法比拟的。

（2）宽带传输，抗衰落能力强。

（3）由于采用宽带传输，在信道中传输的有用信号的功率比干扰信号的功率低得多，因此信号好像隐蔽在噪声中；即功率话密度比较低，有利于信号隐蔽。

（4）利用扩频码的相关性来获取用户的信息，抗截获的能力强。

2．在扩频CDMA通信系统中，由于采用了新的关键技术而具有一些新的特点。

（1）采用了多种分集方式。除了传统的空间分集外。由于是宽带传输起到了频率分集的作用，同时在基站和移动台采用了RAKE接收机技术，相当于时间分集的作用。

（2）采用了话音激活技术和扇区化技术。因为CDMA系统的容量直接与所受的干扰有关，采用话音激活和扇区化技术可以减少干扰，可以使整个系统的容量增大。

（3）采用了移动台辅助的软切换。通过它可以实现无缝切换，保证了通话的连续性，减少了掉话的可能性。处于切换区域的移动台通过分集接收多个基站的信号，可以减低自身的发射功率，从而减少了对周围基站的干扰，这样有利于提高反向联路的容量和覆盖范围。

（4）采用了功率控制技术，这样降低了平准发射功率。

（5）具有软容量特性。可以在话务量高峰期通过提高误帧率来增加可以用的信道数。当相邻小区的负荷一轻一重时，负荷重的小区可以通过减少导频的发射功率，使本小区的边缘用户由于导频强度的不足而切换到相临小区，使负担分担。

（6）兼容性好。由于CDMA的带宽很大，功率分布在广阔的频谱上，功率话密度低，对窄带模拟系统的干扰小，因此两者可以共存。即兼容性好。

（7）COMA的频率利用率高，不需频率规划，这也是CDMA的特点之一。

（8）CDMA高效率的OCELP语音编码。话音编码技术是数字通信中的一个重要课题。OCELP是利用码表矢量量化差值的信号，并根据语音激活的程度产生一个输出速率可变的信号。这种编码方式被认为是目前效率最高的编码技术，在保证有较好话音质量的前提下，大大提高了系统的容量。这种声码器具有8kbit／S和13kbit／S两种速率的序列。8kbit／S序列从1.2kbit／s到9.6kbit／s可变，13kbit／S序列则从1.8kbt／s到14.4kbt／S可变。最近，又有一种8kbit／sEVRC型编码器问世，也具有8kbit／s声码器容量大的特点，话音质量也有了明显的提高。

码分多址方式

CDMA的技术原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码序列(PN)进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去;接收端使用完全相同的伪随机码，对接收的宽带信号做相关处理，把宽带信号转换成原信息数据的窄带信号，即解扩，以实现信息通信。CDMA码分多址技术完全满足现代移动通信网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换等要求，正受到越来越多的运营商和用户青睐。

扩频技术主要有直接序列扩频技术、跳频(FH)扩频技术和跳时(TH)扩频技术等几种基本类型，其中直接序列扩频技术和跳频扩频技术用得比较多，此外由这几种常用的基本扩频技术构成的混合系统也经常被采用  。

码分多址复用

码分复用(CDMA，Code division multiplexing access)是另一种共享信道的方法每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。在CDMA系统中，发送端用互不相干、相互正交(准正交)的地址去调制所要发送的信号，接收端则利用码型的正交性通过地址从混合的信号中选出相应信号。 

CDMA最初是用于军事通信，因为这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。

随着技术的进步，CDMA设备的价格和体积都大幅度下降，因而现在已广泛使用在民用的移动通信中，特别是在无线局域网中。采用CDMA可提高通信的话音质量和数据传输的可靠性，减少干扰对通信的影响，增大通信系统的容量(是使用GSM的系统容量的4~5倍)，降低手机的平均发射功率等优点。

混合码分多址

混合码分多址的形式有多种多样，如FDMA与DS．CDMA混合，TDMA与DS—CDMA混合(TD/DMA)，TDMA与跳频混台(TDMA/FH)，FH-CDMA与DS—CDMA混合(DS/FH—CDMA)等。 

在FDMA和DS．CDMA混合的系统K中，将一个宽带CDMA信道划分为若干个窄带的DS。CDMA信道。窄带DS．CDMA的处理增益率低于宽带DS-CDMA的处理增益。在该系统中，所分配的窄带CDMA的频带个一定要连续，各个用户可以使用不同的频带。每个用户也可以同时占用多个窄带DS—CDMA的频带。 

在TD/CDMA系统中，它在TDMA的每个时隙内，再引入DS—CDMA，使每个时隙同时可传输多个用户的信息。每个时隙的DS．CDMA用户数和扩频增益通常大大小于直接采用DS．CDMA的系统。例如，在欧洲移动通信系统标准(GSM)的帧结构上，每个时隙扩展16倍，同时传输8个用户的信息，接收端可采用联合检测法同时检测8个用户的信息。TD/CDMA的优点是减少了多址干扰和降低了接收机的复杂性。 

在TDMA/FH系统中，每个TDMA时隙的载频是随机跳变的。每一帧改变一次工作频率。该技术已应用于GSM系统中，它可以有效地克服严重的同道干扰和多径衰落。 

在DS/FH-CDMA中，DS—CDMA的中心频率按照PN序列随机跳变。由于各个用户的中心频率不同，从而可以克服DS—CDMA中的远近效应。但基站的跳频同步相对较难实现。

码分多址CDMA通信

码分多址系统给每个用户分配一个多址码。要求这些码的自相关特性尖锐，而互相关特性的峰值尽量小，以便准确识别和提取有用信息。同时各个用户问的干扰可减小到最低限度。 、

码分多址系统有以下特点：

①所有用户可以异步地共享整个频带资源，也就是说，不同用户码元发送信号的时间并不要求同步；

②系统容量大；

③信道数据率非常高。 

码分多址扩频通信方式常用的扩频信号有两类：跳频信号和直接序列扩频信号。其对应的多址方式为跳频码分多址和直扩码分多址。

CDMA技术

CDMA码分多址是在数字技术的分支扩频通信技术上发展起来的一种无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即把需要传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远远大于信号带宽的高速度为随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并进行发送。接收端使用完全相同的伪随机码对接收的带宽信号进行相关处理，使宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。 

移动通信系统分类方法有多种。例如按信号性质可分为模拟、数字；按调制方式可分为调频、调相、调幅：按多址连接方式可分为频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)以及码分多址(CDMA)。中国联通和中国移动所使用的GSM移动电话网就是把FDMA和TDMA两种方式结合进行运用。GSM比模拟移动电话的优势更大，但是它在频谱效率上只有模拟系统的3倍，它的容量有限：在话音质量上比有线电话水平差；TDMA终端接入的最高速率只能达到9.6 Kb/s：TDMA系统没有软切换功能，所以容易掉线，影响通话。因此，TDMA并不是最佳的无线接入，而CDMA多址技术比较适合现代移动通信网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换等，受，“大运营商和用户的喜爱。 

CDMA技术最早起源于第二次世界大战期间，当时因战争的需要研究开发出来的CDMA技术，其主要目的是为了防止敌方干扰对方的通信，在战争期间CDMA主要应用于军事抗干扰通信，后来被美国高通公司更新成为商用蜂窝电信技术。1995年，第一个CDMA商用系统正式运行，并且在实践的过程中得到了检验，并且在北美、南美亚洲等进行迅速推广和应用。全球许多国家和地区，包括中国香港、日本、韩国、美国都已经建立了CDMA商用网络。在美国和日本，CDMA被列为国内的主要移动通信技术。

IS-95系统

北美开发的第二代蜂窝系统除了IS-136系统以外，还有以CDMA技术为基础的IS-95系统。IS-95系统将一个无线小区中的用户连接到同一频率信道，各自用不同特征的码加以区别。给每个用户分配的伪随机码(或称伪噪声码，因它具有近似白噪声的自相关特性)具有优良的自相关和互相关性能(自相关系数大，互相关系数小)。这些比用户信号速率高得多的码序列，将用户信号变成宽带信号。在发送端，把各用户的信号放在一个公共的频带上传输；在接收端，各用户收到的信号中，除了本用户的有用信号外，还包含有其他用户的信号。这些信号经接收机用与发端相同的该用户的码序列，利用自相关特性，将有用的宽带信号变换成原来的窄带信号，而其他用户的宽带信号由于不相关仍然是宽带信号，经基带滤波后，就能得到具有较高的解扩输出信噪比的有用信号  。

码分多址调制方式

所用地址码及其调制方式有多种，目前基本的码分多址有三种方式：

①伪随机码(PN码)直接多址方式，也称直接序列(DS)方式，它是采用高速率地址码--伪随机码对载波进行移相键控调制，接收时用本地产生的码型与发送端一致的地址码进行解扩调制；

②时频码码分多址方式，也称跳频(FH)方式，它是采用地址码对载波进行移频键控调制；

③低密度卷积码码分多址方式，也称跳时(TH)方式，它是先将信息码用卷积码对其编码，从而实现低密度比，然后用PN码作地址码与低密度化了的信息码序列相加，之后进行脉幅调制，即“1”时发载波，“0”时不发，从而形成跳时。 

除这三种基本的码分多址方式外，还可以用这三种基本方式的组合的码分多址方式。