碼分多址:利用碼序列相關性實現的多址通信-中文百科頻道

簡介

碼分多址是指以不同的僞随機碼來區别基站。各基站使用同一頻率并在同一時間進行信息傳輸的技術。

由于發送信号時疊加了僞随機碼。使信号的頻譜大大加寬。采用這種技術的通信系統也稱為擴頻通信系統。它是近年來在數字移動通信進程中出現的一種先進的無線擴頻通信技術。能夠滿足市場對移動通信容量和品質的高要求。

具有頻譜利用率高。話音質量好、保密性強、掉話率低、電磁輻射小、容量大、覆蓋廣等特點。

碼分多址是各發送端用各不相同的、相互正交的地址碼調制其所發送的信号。在接收端利用碼型的正交性，通過地址識别（相關檢測），從混合信号中選出相應的信号。

碼分多址的特點是：網内所有用戶使用同一載波、占用相同的帶寬、各個用戶可以同時發送或接收信号。

碼分多址通信系統中各用戶發射的信号共同使用整個頻帶，發射時間又是任意的，各用戶的發射信号在時間上、頻率上都可能互相重疊。因此，采用傳統的濾波器或選通門是不能分離信号的，這樣對某用戶發送的信号，隻有與其相匹配的接收機，通過相關檢測器才可能正确接收。

擴頻原理

擴頻原理如下圖2所示。由圖2可見，發射端是将待傳輸的信息碼經編碼後，先對僞随機碼進行擴頻調制，然後再對射頻進行調制，得到輸出信号為

式中：的速率（chip/s）為，的速率（bit/s）為。通常遠大于，因而調制後的擴頻信号帶寬主要取決于帶寬。

信号通過無線傳輸後，将會受到噪聲和其他信号的幹擾。因此，接收端所收到的信号除有用信号外，還包含有幹擾信号。即：

式中為噪聲和幹擾信号的總和。

接收機接收到的信号先用相幹載波進行解調。

并将與本地僞随機碼相乘，即進行解擴處理。因與發端的碼完全一緻，所以輸出信号再經基帶濾波器，基帶濾波器的帶寬為信号的帶寬，遠小于解擴之前的寬帶濾波器帶寬，而還是寬帶信号，經基帶濾波後就隻剩下很小一部分噪聲功率。處理後為，其信号功率不變。所以解擴輸出的信噪比要比解擴輸入的信噪比大得多。再經解碼器，就恢複成原始信号。

碼分多址方式

CDMA的技術原理是基于擴頻技術，即将需傳送的具有一定信号帶寬的信息數據用一個帶寬遠大于信号帶寬的高速僞随機碼序列（PN）進行調制，使原數據信号的帶寬被擴展，再經載波調制并發送出去;接收端使用完全相同的僞随機碼，對接收的寬帶信号做相關處理，把寬帶信号轉換成原信息數據的窄帶信号，即解擴，以實現信息通信。CDMA碼分多址技術完全滿足現代移動通信網所要求的大容量、高質量、綜合業務、軟切換等要求，正受到越來越多的運營商和用戶青睐。

擴頻技術主要有直接序列擴頻技術、跳頻（FH）擴頻技術和跳時（TH）擴頻技術等幾種基本類型，其中直接序列擴頻技術和跳頻擴頻技術用得比較多，此外由這幾種常用的基本擴頻技術構成的混合系統也經常被采用。

碼分多址複用

碼分複用（Code division multiplexing access，同樣簡稱CDMA）是另一種共享信道的方法，每一個用戶可以在同樣的時間使用同樣的頻帶進行通信。在CDMA系統中，發送端用互不相幹、相互正交(準正交)的地址去調制所要發送的信号，接收端則利用碼型的正交性通過地址從混合的信号中選出相應信号。

CDMA最初是用于軍事通信，因為這種系統發送的信号有很強的抗幹擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發現。

随着技術的進步，CDMA設備的價格和體積都大幅度下降，因而現在已廣泛使用在民用的移動通信中，特别是在無線局域網中。采用CDMA可提高通信的話音質量和數據傳輸的可靠性，減少幹擾對通信的影響，增大通信系統的容量（是使用GSM的系統容量的4-5倍），降低手機的平均發射功率等優點。

混合碼分多址

混合碼分多址的形式有多種多樣，如FDMA與DS．CDMA混合，TDMA與DS-CDMA混合（TD/DMA），TDMA與跳頻混台（TDMA/FH），FH-CDMA與DS-CDMA混合（DS/FH—CDMA）等。

在FDMA和DS．CDMA混合的系統K中，将一個寬帶CDMA信道劃分為若幹個窄帶的DS。CDMA信道。窄帶DS．CDMA的處理增益率低于寬帶DS-CDMA的處理增益。在該系統中，所分配的窄帶CDMA的頻帶個一定要連續，各個用戶可以使用不同的頻帶。每個用戶也可以同時占用多個窄帶DS—CDMA的頻帶。

在TD/CDMA系統中，它在TDMA的每個時隙内，再引入DS—CDMA，使每個時隙同時可傳輸多個用戶的信息。每個時隙的DS．CDMA用戶數和擴頻增益通常大大小于直接采用DS．CDMA的系統。例如，在歐洲移動通信系統标準（GSM）的幀結構上，每個時隙擴展16倍，同時傳輸8個用戶的信息，接收端可采用聯合檢測法同時檢測8個用戶的信息。TD/CDMA的優點是減少了多址幹擾和降低了接收機的複雜性。

在TDMA/FH系統中，每個TDMA時隙的載頻是随機跳變的。每一幀改變一次工作頻率。該技術已應用于GSM系統中，它可以有效地克服嚴重的同道幹擾和多徑衰落。

在DS/FH-CDMA中，DS—CDMA的中心頻率按照PN序列随機跳變。由于各個用戶的中心頻率不同，從而可以克服DS—CDMA中的遠近效應。但基站的跳頻同步相對較難實現。

碼分多址通信

碼分多址系統給每個用戶分配一個多址碼。要求這些碼的自相關特性尖銳，而互相關特性的峰值盡量小，以便準确識别和提取有用信息。同時各個用戶間的幹擾可減小到最低限度。

碼分多址系統有以下特點：

所有用戶可以異步地共享整個頻帶資源，也就是說，不同用戶碼元發送信号的時間并不要求同步；

系統容量大；

信道數據率非常高。

碼分多址擴頻通信方式常用的擴頻信号有兩類：跳頻信号和直接序列擴頻信号。其對應的多址方式為跳頻碼分多址和直擴碼分多址。

CDMA技術

CDMA碼分多址是在數字技術的分支擴頻通信技術上發展起來的一種無線通信技術。CDMA技術的原理是基于擴頻技術，即把需要傳送的具有一定信号帶寬的信息數據，用一個帶寬遠遠大于信号帶寬的高速度為随機碼進行調制，使原數據信号的帶寬被擴展，再經載波調制并進行發送。接收端使用完全相同的僞随機碼對接收的帶寬信号進行相關處理，使寬帶信号換成原信息數據的窄帶信号即解擴，以實現信息通信。

移動通信系統分類方法有多種。例如按信号性質可分為模拟、數字；按調制方式可分為調頻、調相、調幅：按多址連接方式可分為頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)以及碼分多址(CDMA)。中國聯通和中國移動所使用的GSM移動電話網就是把FDMA和TDMA兩種方式結合進行運用。GSM比模拟移動電話的優勢更大，但是它在頻譜效率上隻有模拟系統的3倍，它的容量有限：在話音質量上比有線電話水平差；TDMA終端接入的最高速率隻能達到9.6 Kb/s：TDMA系統沒有軟切換功能，所以容易掉線，影響通話。因此，TDMA并不是最佳的無線接入，而CDMA多址技術比較适合現代移動通信網所要求的大容量、高質量、綜合業務、軟切換等，受，“大運營商和用戶的喜愛。

CDMA技術最早起源于第二次世界大戰期間，當時因戰争的需要研究開發出來的CDMA技術，其主要目的是為了防止敵方幹擾對方的通信，在戰争期間CDMA主要應用于軍事抗幹擾通信，後來被美國高通公司更新成為商用蜂窩電信技術。1995年，第一個CDMA商用系統正式運行，并且在實踐的過程中得到了檢驗，并且在北美、南美亞洲等進行迅速推廣和應用。全球許多國家和地區，包括中國香港、日本、韓國、美國都已經建立了CDMA商用網絡。在美國和日本，CDMA被列為國内的主要移動通信技術。

碼分多址移動通信系統的特點

CDMA通信系統既不分頻道，也不分時隙，傳輸信息的信道都是靠采用不同的碼型來區分的，它具有如下特點：

（1）通信容量大。根據理論分析，CDMA數字蜂窩移動通信系統的容量是模拟蜂窩通信統的20倍或GSM數字蜂窩通信系統的4倍。

（2）具有軟容量特性。CDMA數字蜂窩移動通信系統的全部用戶共享一個無線信道，用戶信号的區分隻靠所有碼型的不同，因此，當蜂窩系統的負荷滿負載時，另外增加少數用戶，隻會引起語音質量的輕微下降(或者信噪比輕微降低)，而不會出現阻塞現象。在FDMA蜂窩通信系統或TDMA蜂窩移動通信系統中，當全部頻道或時隙被占滿時，哪怕隻增加一個用戶也沒有可能。CDMA系統的這種特征使系統容量與用戶數之間存在一種“軟”的關系。

（3）具有軟切換功能。CDMA蜂窩移動通信系統内的手機在越區切換的起始階段，由原小區的基站與新小區的基站同時為越區的移動台服務，直到該移動台與新基站之間建立起可靠的通信後，原基站才中斷它和該移動台的聯系，CDMA蜂窩移動通信系統的軟切換功能可保證移動台越區切換的可靠性。

（4）CDMA蜂窩移動通信系統是以擴頻技術為基礎的，因此具有抗幹擾、抗多徑衰落、保密性強等特點。

IS-95系統

北美開發的第二代蜂窩系統除了IS-136系統以外，還有以CDMA技術為基礎的IS-95系統。IS-95系統将一個無線小區中的用戶連接到同一頻率信道，各自用不同特征的碼加以區别。給每個用戶分配的僞随機碼(或稱僞噪聲碼，因它具有近似白噪聲的自相關特性)具有優良的自相關和互相關性能(自相關系數大，互相關系數小)。這些比用戶信号速率高得多的碼序列，将用戶信号變成寬帶信号。在發送端，把各用戶的信号放在一個公共的頻帶上傳輸；在接收端，各用戶收到的信号中，除了本用戶的有用信号外，還包含有其他用戶的信号。這些信号經接收機用與發端相同的該用戶的碼序列，利用自相關特性，将有用的寬帶信号變換成原來的窄帶信号，而其他用戶的寬帶信号由于不相關仍然是寬帶信号，經基帶濾波後，就能得到具有較高的解擴輸出信噪比的有用信号。