移动技术新一代——第三代移动通信及其关键技术——CDMA

移动技术新一代——第三代移动通信及其关键技术——CDMA（陈幼松）
    3月15日，朱总理在记者招待会上谈到，今后我国在移动通信中将采用CDMA技术。
那么，什么是CDMA？它又有什么优点呢？这就要从第三代移动通信谈起。移动通信的
发展
    迄今为止，移动通信已经历了两代发展，正向第三代挺进。第一代为模拟移动通
信，它使用模拟调制和频分多址技术，采用模拟信令（为了自动完成通话用户的连接
和转接所需要的一套完整的控制信号便是信令），可提供区域性话音业务，其业务种
类单一、频谱利用率低、用户移动范围有限。我国1987年开始引入模移动通信，现在
已基本完成向数字移动通信转移。
    第二代为数字移动通信，出现于 80年代中期，它使用数字调制和时分多址（TD
MA）／频分多址（FDMA）技术，或码分多址（CDMA）／额分多址技术，采用数字信令，
可提供广域话音业务和低速数据业务，频率利用率较高，在一定条件下用户具有全球
范围的移动性。
    但是第二代的数字移动通信没有统一的国际标准。全世界存在三种标准，一是西
欧16个国家共同制定的CSM，二是北美标准，三是日本标准。以GSM应用最为广泛，我
国也采用 GSM 标准。
    进入90年代，全球移动通信以每年平均超过100％的增长率发展。预计2000年全
球移动通信用户将超过4亿，我国用户也已超过4000万，到2010年移动电话将超过固
定电话。但目前三足鼎立的第二代移动通信系统彼此互不兼容，在实现全球联网漫游
方面给用户带来很多不便。因此，需要开发第三代移动通信系统。
    ITU（国际电话联合会）提出的第三代移动通信系统IMT-2000的主要特点为：全
球漫游、接口开放．能同不同的网络互联，终端多样化以及能从第二代平稳过渡等。
1999年3月19日．历时两周的ITU-RTG8／1会议在巴西结束，确定第三代移动通信技术
大格局。接着，第三代移动通信竞争最激烈的两个对手，也就是WCDMA阵营盟主爱立
信公司和CDMA 2000阵营盟主高通公司，宣布它们已达成一系列协议，解决了有关CD
MA技术争议，并相互许可使用有关CDMA技术的专利，使得在实现第三代移动通信的道
路上又迈进了一大步。
    当前，移动通信同因特网多媒体通信相结合，是通信发展的重要动向。在移动环
境下共因特网服务，换句话讲把因特网服务扩展到无线网络，正是第三代移动通信的
业务特征。
    ITU描绘的第三代移动通信激动人心的目标之一是：第三代除了能提供窄带业务
（如话音业务）外，还能提供最高速率达2MbPS（比特／秒）的多媒体业务和多种用
户速率通信、VOD（视频点播）带宽的能力以及根据不同业务对质量要求提供不服务
等级的能力。使用第三代移动通信的终端，用户能方便地在移动环境下上网漫游、收
发电子邮件、收看交互式新闻、查阅股市行情和交通信息等各种信息，并实现移动环
境下的虚拟办公室等等。
CDMA的优点
    实现第三代移动通信的关键技术是CDMA。因为随着移动通信的飞速发展，因频域
拥挤而引起的矛盾也日益突出。如何使有限的频率能分配给更多用户使用，已成为当
前发展移动通信的首要课题，而CDMA已成为解决这～问题的首选技术，何况CDMA还有
一些其他优点。
    在使用移动电话时，为了解决移动电话发射功率小而要求传输距离远的矛盾，人
们采用了接力传输的方式。把通话覆盖的区域划为许多单元，每一单元设一基地局。
移动电话机先同所在单元的基地局连接，再由该基地局向周围基地局一站一站地传下
去，直到找到对方所在的单元，把通话双方连接上为止。这样，由许多单元构成的结
构，像蜂窝一样，所以这样的移动电话需把要传输的信息（话音）和控制用的信息
（信令），搭载在频率很高的载波上进行无线传输。多址连接（一个系统供多个用户
使用）便是在有限频率内设定许多载波，使多个用户共享各个载波。
    最早使用的是FDMA（频分多址），它把有限频域细分为许多载波，例如在800MHz
－810MHz频域按10MHz的间隔进行划分，可得800，005MHz、800.015MHz、800.025MHz
……等约1000个载波。每一载波只供一个用户使用。
    所以出现了TDMA（时分多址），它把第～载波再按时间间隔细分，提供给多个用
户轮流使用。例如，某一频率的载波可以用40ps的间隔为单位，供6个用户轮流使用。
这样，每一用户在24ps内便有一次使用该载波的机会，因而，同样频域可被更多用户
所使用。由于传输速率足够快，就像计算机分时使用一样，用户并不感觉自己是和别
人共用～个载波。
    最后才出现CDMA（码分多址）。CDMA的特点是对已经调制后的要传输信息的数字
信号，再用扩频码（即伪码PN）对载波进行调制，使同一频率的载波可同时为多个用
户使用。CDMA所用的载彼带宽较宽，例如可达1.25MHz，而TDMA用的也不过50MHZ。因
为CDMA用PN代码调制，使得载波可同时为多个用户所用，所以被称为“码分多地’，
PN代码是随机产生的，其值为+1或-1的矩形波。一个矩形波称为一个片，它的变化用
片速率（单位为片／秒）表示。把PN代码加在载波上，当PN为+1时，该处的载波仍保
持原有相位，当PN为-1时，该处载波的相位要改变108度（即把波形倒过来），所以
这是～种相位调制方式。由于每一用户获得的PN代码不一样，所以虽然都使用同样频
率的载波，但不会互相干扰。受话方收到对方发来的电波后，用原有的PN代码再次进
行同样的相位调制，便可以使载波恢复原有的相让（波形），这就是解调。解调后便
可得到所需要的信息。
    通过这样调制、解调，可以使不需要的所有载波功率密度（单位为瓦／米2）之
和远低于所希望载波的功率密度，因而多余载波不会妨碍所希望载波的通信。这也正
是众多用户可以使用同一频率载波的奥秘。
    除了可由更多用户使用外，CDMA的通话质量也比TDMA等高。这也是它受青睐的原
因。造成移动电话通话质量下降的主要原因有三：一是噪音干扰，二是城市中心建筑
物反射，三是在单元间转移时两个基地局交接而引起的不平稳过渡。
    对于噪音干扰，可通过解调时使其功率密度降低而消除其影响。对于建筑物反射，
因距离不同使反射波到达时间不一样、而造成像山谷中回音那样的干扰，利用电话上
使用多个接收电路分别接收，然后根据延时大小给予不同的补偿，使其在时间上和直
接收到的波同步，最后再把这些同步的波同直接收到的波合成在一起。这样，不仅去
掉了干扰还加强了有效信息。至于基地局交接时引起的不稳，也是通过电话使用多个
接收电路解决，因为当靠近单元边界时，因存在多个接收电路故也可两个基地局同时
通信，这样便不会发生从一个基地局切换到另一个基地局时所发生的不平稳过渡。
    用户使用移动电话往往是边移动边讲话，因此，离基地局距离不同会使话音大小
有不同的差异。CDMA对这一问题使用“闭环反馈”方法解决。基地局收到话机的信号
时，测定其电波功率密度，然后反馈给话机似控制信号，又可避免因发射信号不必要
的增大而造成电能的浪费。
    正是由于CDMA的种种优点，使它正成为第三代移动通信使用的技术。