移動技術新一代——第三代移動通信及其關鍵技術——CDMA
2019-11-03 09:50:15
供稿：網友
移動技術新一代——第三代移動通信及其關鍵技術——CDMA（陳幼松） 3月15日，朱總理在記者招待會上談到，今后我國在移動通信中將采用CDMA技術。那么，什么是CDMA？它又有什么優點呢？這就要從第三代移動通信談起。移動通信的發展 迄今為止，移動通信已經歷了兩代發展，正向第三代挺進。第一代為模擬移動通信，它使用模擬調制和頻分多址技術，采用模擬信令（為了自動完成通話用戶的連接和轉接所需要的一套完整的控制信號便是信令），可提供區域性話音業務，其業務種類單一、頻譜利用率低、用戶移動范圍有限。我國1987年開始引入模移動通信，現在已基本完成向數字移動通信轉移。 第二代為數字移動通信，出現于 80年代中期，它使用數字調制和時分多址（TDMA）／頻分多址（FDMA）技術，或碼分多址（CDMA）／額分多址技術，采用數字信令，可提供廣域話音業務和低速數據業務，頻率利用率較高，在一定條件下用戶具有全球范圍的移動性。 但是第二代的數字移動通信沒有統一的國際標準。全世界存在三種標準，一是西歐16個國家共同制定的CSM，二是北美標準，三是日本標準。以GSM應用最為廣泛，我國也采用 GSM 標準。 進入90年代，全球移動通信以每年平均超過100％的增長率發展。預計2000年全球移動通信用戶將超過4億，我國用戶也已超過4000萬，到2010年移動電話將超過固定電話。但目前三足鼎立的第二代移動通信系統彼此互不兼容，在實現全球聯網漫游方面給用戶帶來很多不便。因此，需要開發第三代移動通信系統。 ITU（國際電話聯合會）提出的第三代移動通信系統IMT-2000的主要特點為：全球漫游、接口開放．能同不同的網絡互聯，終端多樣化以及能從第二代平穩過渡等。1999年3月19日．歷時兩周的ITU-RTG8／1會議在巴西結束，確定第三代移動通信技術大格局。接著，第三代移動通信競爭最激烈的兩個對手，也就是WCDMA陣營盟主愛立信公司和CDMA 2000陣營盟主高通公司，宣布它們已達成一系列協議，解決了有關CDMA技術爭議，并相互許可使用有關CDMA技術的專利，使得在實現第三代移動通信的道路上又邁進了一大步。 當前，移動通信同因特網多媒體通信相結合，是通信發展的重要動向。在移動環境下共因特網服務，換句話講把因特網服務擴展到無線網絡，正是第三代移動通信的業務特征。 ITU描繪的第三代移動通信激動人心的目標之一是：第三代除了能提供窄帶業務（如話音業務）外，還能提供最高速率達2MbPS（比特／秒）的多媒體業務和多種用戶速率通信、VOD（視頻點播）帶寬的能力以及根據不同業務對質量要求提供不服務等級的能力。使用第三代移動通信的終端，用戶能方便地在移動環境下上網漫游、收發電子郵件、收看交互式新聞、查閱股市行情和交通信息等各種信息，并實現移動環境下的虛擬辦公室等等。CDMA的優點 實現第三代移動通信的關鍵技術是CDMA。因為隨著移動通信的飛速發展，因頻域擁擠而引起的矛盾也日益突出。如何使有限的頻率能分配給更多用戶使用，已成為當前發展移動通信的首要課題，而CDMA已成為解決這～問題的首選技術，何況CDMA還有一些其他優點。 在使用移動電話時，為了解決移動電話發射功率小而要求傳輸距離遠的矛盾，人們采用了接力傳輸的方式。把通話覆蓋的區域劃為許多單元，每一單元設一基地局。移動電話機先同所在單元的基地局連接，再由該基地局向周圍基地局一站一站地傳下去，直到找到對方所在的單元，把通話雙方連接上為止。這樣，由許多單元構成的結構，像蜂窩一樣，所以這樣的移動電話需把要傳輸的信息（話音）和控制用的信息（信令），搭載在頻率很高的載波上進行無線傳輸。多址連接（一個系統供多個用戶使用）便是在有限頻率內設定許多載波，使多個用戶共享各個載波。 最早使用的是FDMA（頻分多址），它把有限頻域細分為許多載波，例如在800MHz－810MHz頻域按10MHz的間隔進行劃分，可得800，005MHz、800.015MHz、800.025MHz……等約1000個載波。每一載波只供一個用戶使用。 所以出現了TDMA（時分多址），它把第～載波再按時間間隔細分，提供給多個用戶輪流使用。例如，某一頻率的載波可以用40ps的間隔為單位，供6個用戶輪流使用。這樣，每一用戶在24ps內便有一次使用該載波的機會，因而，同樣頻域可被更多用戶所使用。由于傳輸速率足夠快，就像計算機分時使用一樣，用戶并不感覺自己是和別人共用～個載波。 最后才出現CDMA（碼分多址）。CDMA的特點是對已經調制后的要傳輸信息的數字信號，再用擴頻碼（即偽碼PN）對載波進行調制，使同一頻率的載波可同時為多個用戶使用。CDMA所用的載彼帶寬較寬，例如可達1.25MHz，而TDMA用的也不過50MHZ。因為CDMA用PN代碼調制，使得載波可同時為多個用戶所用，所以被稱為“碼分多地’，PN代碼是隨機產生的，其值為+1或-1的矩形波。一個矩形波稱為一個片，它的變化用片速率（單位為片／秒）表示。把PN代碼加在載波上，當PN為+1時，該處的載波仍保持原有相位，當PN為-1時，該處載波的相位要改變108度（即把波形倒過來），所以這是～種相位調制方式。由于每一用戶獲得的PN代碼不一樣，所以雖然都使用同樣頻率的載波，但不會互相干擾。受話方收到對方發來的電波后，用原有的PN代碼再次進行同樣的相位調制，便可以使載波恢復原有的相讓（波形），這就是解調。解調后便可得到所需要的信息。 通過這樣調制、解調，可以使不需要的所有載波功率密度（單位為瓦／米2）之和遠低于所希望載波的功率密度，因而多余載波不會妨礙所希望載波的通信。這也正是眾多用戶可以使用同一頻率載波的奧秘。 除了可由更多用戶使用外，CDMA的通話質量也比TDMA等高。這也是它受青睞的原因。造成移動電話通話質量下降的主要原因有三：一是噪音干擾，二是城市中心建筑物反射，三是在單元間轉移時兩個基地局交接而引起的不平穩過渡。 對于噪音干擾，可通過解調時使其功率密度降低而消除其影響。對于建筑物反射，因距離不同使反射波到達時間不一樣、而造成像山谷中回音那樣的干擾，利用電話上使用多個接收電路分別接收，然后根據延時大小給予不同的補償，使其在時間上和直接收到的波同步，最后再把這些同步的波同直接收到的波合成在一起。這樣，不僅去掉了干擾還加強了有效信息。至于基地局交接時引起的不穩，也是通過電話使用多個接收電路解決，因為當靠近單元邊界時，因存在多個接收電路故也可兩個基地局同時通信，這樣便不會發生從一個基地局切換到另一個基地局時所發生的不平穩過渡。 用戶使用移動電話往往是邊移動邊講話，因此，離基地局距離不同會使話音大小有不同的差異。CDMA對這一問題使用“閉環反饋”方法解決。基地局收到話機的信號時，測定其電波功率密度，然后反饋給話機似控制信號，又可避免因發射信號不必要的增大而造成電能的浪費。 正是由于CDMA的種種優點，使它正成為第三代移動通信使用的技術。
