寬帶CDMA講座（一）

2019-11-03 09:30:04

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供稿：網(wǎng)友

　　第一講導(dǎo) 論

§1 多址技術(shù)與CDMA

　　多址技術(shù)指的是眾多用戶如何共享傳輸媒體，它是任何空中接口設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。基本的多址技術(shù)有三種：頻分多址（FDMA），它是把系統(tǒng)總的頻帶分成若干個(gè)子頻帶，每個(gè)子頻帶再分配給每個(gè)用戶；時(shí)分多址（TDMA），每個(gè)頻分信道再分成若干時(shí)隙，然后把每個(gè)時(shí)隙再分配給每個(gè)用戶；碼分多址（CDMA），它給每個(gè)用戶分配一個(gè)偽隨機(jī)碼（或稱偽噪聲碼，因它具有近似噪聲的自相關(guān)函數(shù)），該碼具有優(yōu)良的自相關(guān)和互相關(guān)性能。這些碼序列是用來把用戶信號(hào)變換成寬帶擴(kuò)展頻譜信號(hào)（以后簡(jiǎn)稱擴(kuò)頻信號(hào)）。在接收端，信號(hào)經(jīng)接收機(jī)用相同的碼序列將寬帶信號(hào)再變換成原來的帶寬。其他用戶的寬帶信號(hào)仍然是寬帶信號(hào)。在這一過程中，如果有窄帶干擾，則將受到抑制。TDMA和CDMA通常用FDMA來將它們的頻帶分成小的頻道，然后再進(jìn)行時(shí)分或碼分。除了FDMA、TDMA和CDMA外，尚有正交頻分多路（OFDMA），一種特殊的多載波系統(tǒng)；還有空分多址（SDMA），它用波束形成技術(shù)，把空間劃分以獲得多址能力。

　　CDMA一般用獲得寬帶信號(hào)的調(diào)制方式來進(jìn)行分類。它們是直接序列（DS）擴(kuò)頻、跳頻（FH）和跳時(shí)（TH）。DS-CDMA是由偽噪聲序列與信息信號(hào)相乘而獲得寬帶信號(hào)。FH擴(kuò)頻是由偽噪聲碼序列來確定瞬時(shí)傳輸?shù)念l率。每一瞬間信號(hào)帶寬是窄的，但不斷跳變則占有大的帶寬。它又分為快跳頻（一個(gè)符號(hào)用多跳來傳輸）和慢跳頻（一跳傳輸多個(gè)符號(hào)）。在TH擴(kuò)頻中，則由偽噪聲碼序列確定傳輸?shù)臅r(shí)間。當(dāng)然也可以把這幾種擴(kuò)頻調(diào)制組合起來。但我們主要集中討論DS-CDMA，因?yàn)樗堑谌苿?dòng)通信采用的技術(shù)。寬帶CDMA是一種直接序列擴(kuò)頻的多址方式，信息被擴(kuò)展為5MHz帶寬或更寬的信號(hào)。

§2 移動(dòng)蜂房系統(tǒng)

　　擴(kuò)頻信號(hào)在40年代末期主要用于軍事通信，以達(dá)到抗干擾的目的。到70年代末期才開始應(yīng)用于蜂房移動(dòng)通信。80年代Qualcomm公司把DS-CDMA技術(shù)用于蜂房系統(tǒng)，成為今天的窄帶CDMA IS-95標(biāo)準(zhǔn)。90年代寬帶CDMA技術(shù)被用于第三代移動(dòng)通信中。1980年開始第一代的模擬移動(dòng)通信，它是用模擬信號(hào)傳送語聲服務(wù)。先后有AMPS、TACS和NMT等系統(tǒng)付諸應(yīng)用。80年代又引入了數(shù)字傳輸?shù)牡诙鷶?shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。它比第一代系統(tǒng)有更高的頻譜利用率，更好的服務(wù)和更先進(jìn)的漫游功能。這些系統(tǒng)可傳送話音和低速數(shù)據(jù)。現(xiàn)有GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）、PDC（個(gè)人數(shù)字蜂房）、IS-136（D-AMPS）以及IS-95（美國CDMA系統(tǒng)）等在運(yùn)營(yíng)的系統(tǒng)。第二代系統(tǒng)演進(jìn)到能傳輸100～200kbps的數(shù)據(jù)率，采用電路交換或信包交換，稱為2.5代系統(tǒng)。第三代系統(tǒng)則是能傳更高的數(shù)據(jù)率和更靈活，同時(shí)向一個(gè)用戶提供多種服務(wù)，具有不同的服務(wù)質(zhì)量。

§3 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）

　　工程上要求更高的數(shù)據(jù)率和更好的頻譜效率是發(fā)展3G的主要推動(dòng)力。在ITU，3G網(wǎng)絡(luò)被稱為IMT-2000，而在歐洲則稱為UMTS。早在1985年ITU開始發(fā)展3G時(shí)稱為FPLMTS（未來公眾陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)）。IMT-2000空中接口要達(dá)到的主要目標(biāo)是：

　　在144kbps時(shí)能達(dá)到全覆蓋和全移動(dòng)性，最好在384kbps時(shí)也能達(dá)到；在2Mbps時(shí)能達(dá)到有限的覆蓋和移動(dòng)性要求；高的頻譜利用率；引入新的服務(wù)具有高度靈活性。

　　研究開發(fā)3G主要是日本、歐洲、美國、韓國等。日本和歐洲研制的是WCDMA和TD-CDMA系統(tǒng)。美國則開發(fā)能與IS-95后向兼容的寬帶CDMA的cdma 2000和基于時(shí)分制的UWC-136。韓國開發(fā)的兩種寬帶CDMA技術(shù)與上述兩種相似。

　　1992年世界無線電行政大會(huì)（WARC’92）決定給發(fā)展IMT-2000 230MHz帶寬的頻率。

§4 3G系統(tǒng)的空中接口技術(shù)

　　各國關(guān)于3G空中接口建議的標(biāo)準(zhǔn)有幾種：

1. 寬帶CDMA方案

　　帶寬為5MHz或5MHz以上的CDMA稱為寬帶CDMA。選擇5MHz帶寬的理由是：①能達(dá)到144～384kbps的數(shù)據(jù)率，在有限的條件下還可達(dá)到最大峰值速率2Mbps。②頻譜的缺乏，特別是在現(xiàn)有第二代頻率內(nèi)來應(yīng)用。③5MHz帶寬能分辨多徑，增加分集效果和改善性能。

　　為了支持更高的數(shù)據(jù)率，也建議了更大的帶寬：10、15到20MHz，寬帶CDMA系統(tǒng)具有如下的優(yōu)良性能：i）能提供多碼率服務(wù)；ii）可傳信包數(shù)據(jù)；iii）復(fù)數(shù)擴(kuò)展；iv）相干上行鏈路；v）下行鏈路采用附加引導(dǎo)信道用于波束形成；vi）無縫隙的頻率切換；vii）下行鏈路的快速功能控制；viii）可采用多用戶檢測(cè)技術(shù)。

2. TMDA方案

　　美國開發(fā)的UWC-136在1MHz帶寬內(nèi)有30kHz的確良136個(gè)信道和200kHz的TDMA載波帶寬及1.6MHz帶寬（136HS）。后者可達(dá)到2Mbps的數(shù)據(jù)率。

3. 復(fù)合CDMA/TDMA方案

　　歐洲在TD-CDMA中采用時(shí)分雙工（TDD）。同時(shí)采用聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)（joint detection）。該系統(tǒng)的主要參數(shù)是：多址方式TDMA/CDMA；基本信道間隔1.6MHz；載波碼片速率2.167mchip/s；時(shí)分結(jié)構(gòu)：8時(shí)隙/TDMA幀；16chips/符號(hào)；幀長(zhǎng)4.615ms；數(shù)據(jù)調(diào)制QPSK/16QAM；擴(kuò)頻調(diào)制為線性GMSK。

4. 正交頻分多路OFDM

　　OFDM應(yīng)用多載波調(diào)制（MCM）原理。它將數(shù)據(jù)流分成多個(gè)比特流，它具有較低的比特率，用它再去調(diào)制幾個(gè)載波。多載波CDMA（MC-CDMA）在頻域中用給定的擴(kuò)頻碼去擴(kuò)展原始信號(hào)。每一子波有非頻率選擇性衰落。OFDM在蜂房系統(tǒng)中應(yīng)用有如下好處：①靈活性：在每一小區(qū)中收發(fā)信機(jī)接入所有的子載波；②易于均衡：它是平衰落信道，因?yàn)镺FDM符號(hào)大于最大延遲擴(kuò)展。其主要缺點(diǎn)是高的平均峰值功率。

摘自《通訊世界》