CDMA的局限性
2019-11-03 09:37:04
供稿：網友
1996年，第二代CDMA在韓國獲得了成功，這震驚了當時對CDMA抱有抵制態度的歐洲和日本的無線產業陣營，它們急切地提出所謂寬帶CDMA的概念，即WCDMA，以區別于北美的IS-95 CDMA，企圖回避高通公司的IS-95專利；而北美的陣營則提出IS-95CDMA的增強型系統，即cdma2000。于是乎第三代移動通信的標準，也稱IMT-2000或3G，就在這樣的一種歷史背景下被加速地制訂出來。由于當時未能預見到互聯網的崛起及其迅猛發展的趨勢，致使3G的性能不能令人滿意，產生標準制式不統一、主流技術不適應互聯網發展需求、市場生命周期不樂觀等問題。
現行WCDMA和cdma2000的技術局限性
首先是WCDMA和cdma2000頻譜效率很低。這主要是由于這兩種CDMA系統在多小區網絡系統中所使用的擴頻地址碼，在多用戶、多途徑傳播環境中，它們的特性極不理想，會在系統內產生干擾，因此上述系統又稱為自干擾系統，這些干擾分別是：
● 小區內干擾——符號間干擾（ISI）和多址干擾（MAI）：這些干擾在單小區內限制了用戶數量；
● 相鄰小區間干擾（ACI）：它不但進一步限制了系統的容量，也限制了基站的覆蓋范圍。
這些干擾使頻譜利用率降低，最終導致系統容量低，無線傳輸速率只有：144kbps（車載移動）、384kbps（步行）和2Mbps（固定）。隨著無線互聯網絡的崛起，用戶要求無線傳輸速率達到：1M～2Mbps（車載移動）、3.6Mbps（步行）和15Mbps（固定）。WCDMA和cdma2000的系統容量顯然滿足不了未來無線互聯網絡的需求。 其次是WCDMA和cdma2000系統不能有效地在同一載波內實現話音和數據同傳，導致網絡覆蓋效率低。全球電信網絡正以不可阻擋之勢朝著在同一網絡系統內實現話音、多媒體、電子郵件和因特網瀏覽業務的并存方向發展，這將最終導致WCDMA和cdma2000嚴重地制約無線互聯網的應用和發展。
最后是WCDMA和cdma2000采用頻分雙工（FDD）無線傳輸技術，它們很不適合互聯網非對稱的傳輸業務模式。而時分雙工（pD）無線傳輸技術不但能滿足互聯網非對稱模式，而且無需成對頻段，頻譜利用率高。從長遠來看，無需采用成對頻段將是新一代無線互聯網傳輸技術的主導方向。
傳統時分雙工（pD）無線傳輸技術存在的缺陷
在制定第三代移動通信標準時，主要運營商不敢將pD作為大區制組網系統，其主要原因是pD模式在大區制組網時存在以下3個嚴重缺陷：
（1）基站對基站的收發干擾；
（2）不同小區手機之間的收發干擾；
（3）手機高速運動時產生的CDMA所具有的“遠近效應”問題。
基站對基站的收發干擾是任何pD系統進行大區組網時都會面臨的問題。FDD在組網時使用兩段獨立的頻譜來隔離上行和下行之間的干擾；在pD中使用同一段頻譜，主要靠上、下行之間的保護時隙（GAP）來進行收發隔離。然而由于電波傳輸延時的原因，當本小區基站在接收一個弱的移動臺信號時，相鄰小區基站之間發來了很強的干擾，因此pD不能進行很好的收發隔離，因而，運營商僅僅將pD系統作為非組網（指無縫覆蓋方式）系統，包括無線接入或者小區制系統。經驗證明，pD系統，例如 DECT、CT-2 和 PHS，都是小區制系統。
不同小區手機之間的收發干擾是pD用于無線互聯網絡所面臨的主要問題。
手機在小區內高速運動時所產生的“遠近效應”是pD用于CDMA系統所面臨的致命問題。所謂遠近效應就是要求基站所接收到的小區內手機發來的信號必須相等，否則將導致系統容量的嚴重降低。由于各手機距離基站遠近不一，這就要求手機時刻調節它的發射功率，確保基站所接收到的信號一致。特別是手機在高速運動的情況下，要求手機的功率調節速度達到800次/秒。CDMA采用pD方式時，手機只能在一幀內進行一次功率調節（因為一幀內每一個時隙可能分屬于不同的用戶）。由于手機高速運動時要求功率調節速度達到800次/秒，這使得pD幀長只能為1.25毫秒，而這種幀長結果實際上是不能使用的。
“拆東墻補西墻”帶來的問題
由于pD在無線互聯網應用的優點（可以非對稱傳輸、無需成對頻率和價格低廉等），盡管它存在以上3個嚴重的缺陷，系統廠商還是希望以其他方式來彌補這些缺陷，但這是一種俗稱“拆東墻補西墻”的方式，往往是一個問題被解決，新的問題又出現了，一些典型的新問題有：
● 一般上、下行之間的保護時隙為幾十微妙，為了隔離收發干擾，提高小區的覆蓋半徑，一個業務時隙被轉換作為保護時隙，使保護時隙的時長提高到幾百微妙，但是這使得pD系統在每1幀中非業務時隙所占比例高達20%，降低了系統資源的使用效率。
● 在手機出現同時隙收發干擾時，往往通過更換載頻的方式來解決。但是這種方式將大大降低頻譜效率，而且不是根本的解決手段，當手機收發干擾情況增多時，更換載頻也無能為力。
● 對于“遠近效應”問題，1.25毫秒的幀長結構顯然是不實用的，于是它們被提高到5毫秒或10毫秒，相對應的功率調節速度只為200次/秒或100次/秒，這樣，手機在小區只能是低速運動，否則系統容量嚴重降低。
由我國專家發明的LAS-CDMA，即大區域碼分多址，便是針對這些問題而設計的，它改變了傳統CDMA的技術發展路線，運用了一種創新的擴頻編碼理論，通過建立“零干擾窗口”將傳統的CDMA干擾減至理想的程度，使系統容量、頻譜效率和傳輸速率大大提高。
摘自《移動通信在線》
