目录
前言 (2)
基本介绍 (2)
通信原理 (2)
CDMA的主要技术 (3)
技术持点 (5)
技术背景 (7)
技术标准 (8)
CDMA常用术语 (9)
相关优势 (10)
CDMA程序原理 (13)
程序代码 (13)
前言
是一种多址接入的无线通信技术。CDMA最早用于军用通信,但时至今日,已广泛应用到全球不同的民用通信中。在CDMA移动通信中,将话音频号转换为数字信号,给每组数据话音分组增加一个地址,进行扰码处理,并且将它发射到空中。CDMA最大的优点就是相同的带宽下可以容纳更多的呼叫,而且它还可以随话音传送数据信息。
基本介绍
CDMA系统是基于码分技术(扩频技术)和多址技术的通信系统,系统为每个用户分配各自特定地址码。地址码之间具有相互准正交性,从而在时间、空间和频率上都可以重叠;将需传送的具有一定信号带宽的信息数据,用一个带宽远大于信号带宽的伪随机码进行调制,使原有的数据信号的带宽被扩展,接收端进行向反的过程,进行解扩,增强了抗干扰的能力。CDMA系统属于子干扰系统。
通信原理
码分多址(CDMA)通信系统中,不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分,而是用各自不同的编码序列来区分CDMA,或者说,靠信号的不同波形来区分。如果从频域或时域来观察,多个CDMA信号是互相重叠的。接收机用相关器可以在多个CDMA信号中选出其中使用预定码型的信号。其它使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。它们的存在类似于在信道中引入了噪声和干扰,通常称之为多址干扰。
在CDMA蜂窝通信系统中,用户之间的信息传输是由基站进行转发和控制的。为了实现双工通信,正向传输和反向传输各使用一个频率,即通常所谓的频分双工。无论正向传输或反向传输,除去传输业务信息外,还必须传送相应的控制信息。为了传送不同的信息,需要设置相应的信道。但是,CDMA通信系统既不分频道又不分时隙,无论传送何种信息的信道都靠采用不同的码型来区分。类似的信道属于逻辑信道,这些逻辑信道无论从频域或者时域来看都是相互重叠的,或者说它们均占用相同的频段和时间。
CDMA是码分多址(Code-DivisionMultiple Access)技术的缩写,是近年来在数字移动通信进程中出现的一种先进的无线扩频通信技术,它能够满足市场对移动通信容量和品质的高要求,具有频谱利用率高、话音质量好、保密性强、掉话率低、电磁辐射小、容量大、覆盖广等特点,可以大量减少投资和降低运营成本。
CDMA 无线通信原理
CDMA的主要技术
CDMA应用在第三代移动通信系统中的基本技术,即RAKE接收机、功率控制、软切换。
1.RAKE接收机
发射机发出的扩频信号,在传输过程中受到不同建筑物、山岗等各种障碍物的反射和折射,到达接收机时每个波束具有不同的延迟,形成多径信号。如果不同路径信号的延迟超过一定的时延,则在接收端可将不同的波束区别开来。将这些不同波束分别经过不同的延迟线,对齐以及合并在一起,则可达到变害为利,把原来是干扰的信号变成有用信号组合在一起。这就是RAKE接收机的基本原理。
2.功率控制
在CDMA系统中,不同用户发射的信号由于距基站的距离不同,到达时的功率也不同。距离近的信号功率大,距离远的功率小,相互形成干扰,这种现象称为远近效应。CDMA系统要求所有用户到达基站接收机信号的平均功率要相等才能正常解扩,功率控制就是为解决这一问题。它调整各个用户发射机的功率,使其到达基站接收机的平均功率相等。功率控制的原理有两种类型:开环控制与闭环控制。
3.软切换
移动台如果与两个基站同时连接时进行的切换称为软切换,在软切换中,当移动台与一个新的基站联系时,并不立即中断与原基站的联系。更软切换则指的是一个小区内不同扇区间的软切换。软切换是CDMA蜂窝系统中所独有的切换功能,可有效的提高切换的可靠性,保证了通信质量。
4.话音编码技术
目前CDMA系统的话音编码主要有两种,即码激励线性预测编码(CELP)8kbit/s和13kbit/s。8kbit/s的话音编码达到GSM系统的13kbit/s的话音水平甚至更好。13kbit/s的话音编码已达到有线长途话音水平。
技术持点
1.CDMA是扩频通信的一种,他具有扩频通信的以下特点:
⑴抗干扰能力强。这是扩频通信的基本特点,是所有通信方式无法比拟的。
⑵宽带传输,抗衰落能力强。
⑶由于采用宽带传输,在信道中传输的有用信号的功率比干扰信号的功率低得多,因此信号好像隐蔽在噪声中;即功率话密度比较低,有利于信号隐蔽。
⑷利用扩频码的相关性来获取用户的信息,抗截获的能力强。
2.在扩频CDMA通信系统中,由于采用了新的关键技术而具有一些新的特点:⑴采用了多种分集方式。除了传统的空间分集外。由于是宽带传输起到了频率分集的作用,同时在基站和移动台采用了RAKE接收机技术,相当于时间分集的作用。
⑵采用了话音激活技术和扇区化技术。因为CDMA系统的容量直接与所受的干扰有关,采用话音激活和扇区化技术可以减少干扰,可以使整个系统的容量增大。
⑶采用了移动台辅助的软切换。通过它可以实现无缝切换,保证了通话的连续性,减少了掉话的可能性。处于切换区域的移动台通过分集接收多个基站的信号,可以减低自身的发射功率,从而减少了对周围基站的干扰,这样有利于提高反向联路的容量和覆盖范围。
⑷采用了功率控制技术,这样降低了平准发射功率。
⑸具有软容量特性。可以在话务量高峰期通过提高误帧率来增加可以用的信道数。当相邻小区的负荷一轻一重时,负荷重的小区可以通过减少导频的发射功率,使本小区的边缘用户由于导频强度的不足而切换到相临小区,使负担分担。
⑹兼容性好。由于CDMA的带宽很大,功率分布在广阔的频谱上,功率话密度低,对窄带模拟系统的干扰小,因此两者可以共存。即兼容性好。
⑺CDMA的频率利用率高,不需频率规划,这也是CDMA的特点之一。
⑻CDMA高效率的OCELP话音编码。话音编码技术是数字通信中的一个重要课题。OCELP是利用码表矢量量化差值的信号,并根据语音激活的程度产生一个输出速率可变的信号。这种编码方式被认为是目前效率最高的编码技术,在保证有较好话音质量的前提下,大大提高了系统的容量。这种声码器具有8kbit/S和13kbit/S两种速率的序列。8kbit/S序列从 1.2kbit/s到9.6kbit/s可变,13kbit/S序列则从1.8kbt/s到14.4kbt/S可变。又有一种8kbit/sEVRC型编码器问世,也具有8kbit/s声码器容量大的特点,话音质量也有了明显的提高。
技术背景
CDMA技术的出现源自于人类对更高质量无线通信的需求。第二次世界大战期间因战争的需要而研究开发出CDMA技术,其思想初衷是防止敌方对己方通讯的干扰,在战争期间广泛应用于军事抗干扰通信,后来由美国高通公司更新成为商用蜂窝电信技术。1995年,第一个CDMA商用系统运行之后,CDMA技术理论上的
诸多优势在实践中得到了检验,从而在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。全球许多国家和地区,包括中国香港、韩国、日本、美国都已建有CDMA 商用网络。
技术标准
CDMACDMA技术的标准化经历了几个阶段。IS-95是cdmaONE系列标准中最先发布的标准,真正在全球得到广泛应用的第一个CDMA标准是IS-95A,这一标准支持8K编码话音服务。其后又分别出版了13K话音编码器的TSB74标准,支持1.9GHz的CDMA PCS系统的STD-008标准,其中13K编码话音服务质量已非常接近有线电话的话音质量。随着移动通信对数据业务需求的增长,1998年2月,美国高通公司宣布将IS-95B标准用于CDMA基础平台上。IS-95B可提供CDMA系统性能,并增加用户移动通信设备的数据流量,提供对64kbps数据业务的支持。其后,cdma2000成为窄带CDMA系统向第三代系统过渡的标准。cdma2000在标准研究的前期,提出了1X和3X的发展策略,但随后的研究表明,1X和1X增强型技术代表了未来发展方向。
CDMA是移动通信技术的发展方向。在2G阶段,CDMA增强型IS95A与GSM在技术体制上处于同一代产品,提供大致相同的业务。但CDMA技术有其独到之处,在通话质量好、掉话少、低辐射、健康环保等方面具有显著特色。在2.5G阶段,CDMA2000 1X RTT 与GPRS在技术上已有明显不同,在传输速率上1X RTT高于GPRS,在新业务承载上1X RTT比GPRS成熟,可提供更多的中高速率的新业务。从2.5G向3G技术体制过渡上, CDMA2000 1.X向CDMA20003.X过渡比GPRS向WCDMA过渡更为平滑。
CDMA常用术语
Code Division Multiple Access (CDMA) 码分多址
一种扩频多址数字式通信技术,通过独特的代码序列建立信道。
Access Channel 选址信道
用户站用来与基站通信的反向码分多址信道。选址信道用于呼出、寻呼应答和登记等简短信号消息交换。
CDMA Channel 码分多址信道
基站和用户站在指定的码分多址频率分配范围内进行传输的频道。
Code Channel 代码信道
前向码分多址信道的分信道。前向码分多址信道包括64条代码信道。0号代码信道被指定为导频信道。1至7号代码信道可被指定为寻呼信道或业务信道。32号代码信道可被指定为同步信道或业务信道。其余的代码信道则可被指定为业务信道。
Forward CDMA Channel 前向码分多址信道
从基站到用户站的码分多址信道。前向码分多址信道包含在指定的码分多址频率上利用特定导频时间偏移发射的一条或多条代码信道。这些代码信道是导频信道、同步信道、寻呼信道和业务信道。
Forward Traffic Channel 前向业务信道
从基站到用户站传输用户业务和信令信号的代码信道。
Handoff 切换
从一个基站向另一个基站转移用户站通信之动作。硬切换的特点是,通信信道短暂中断。软切换的特点是,一个以上的基站同时与同一个用户站保持通信。
Paging Channel 寻呼信道
前向码分多址信道中的一种代码信道,用于从基站向用户站传输控制信息和寻呼信息。
Paging 寻呼
有人向用户站呼叫时,寻找该用户站之动作。
Pilot Channel 导频信道
每个码分多址基站连续发射的未调制直接序列扩频信号。导频信道使得用户站能够获得前向码分多址信道时限,提供相干解调相位参考,并且为各基站提供信号强度比较手段籍以确定何时进行切换。
Reverse CDMA Channel 反向码分多址信道
从用户站到基站的码分多址信道。从基站的角度来看,反向码分多址信道是某个码分多址分配频率上所有用户站的发射信道之和。
Reverse Link Power Control 反向链路功率控制
一种程序,可确保所有的用户信号皆按其设定功率到达基站。
Reverse Traffic Channel 反向业务信道
从一个用户站向一个或几个基站传输用户业务和信令信号的反向码分多址信道。
Sync Channel 同步信道
前向码分多址信道中的32号代码信道,向用户传输同步信息。
Traffic Channel 业务信道
用户站和基站之间的通信通路,用于用户业务和信令信号传输。业务信道实际上包括成对的前向业务信道和反向业务信道
相关优势
1、系统容量大
理论上,在使用相同频率资源的情况下,CDMA移动网比模拟网容量大20倍,实际使用中比模拟网大10倍,比GSM要大4-5倍。
2、通话质量更佳
CDMA的结构可以支持13kb的语音编码器。因此可以提供更好的通话质量。CDMA 系统的声码器可以动态地调整数据传输速率,并根据适当的门限值选择不同的电平级发射。同时门限值根据背景噪声的改变而变,这样即使在背景噪声较大的情况下,也可以得到较好的通话质量。CDMA系统“掉话”的现象明显减少,CDMA 系统采用软切换技术,“先连接再断开”,这样完全克服了硬切换容易掉话的缺点。
3、频率规划简单
用户按不同的序列码区分,所以不相同CDMA载波可在相邻的小区内使用,网络规划灵活,扩展简单。
4、建网成本低
CDMA技术通过在每个蜂窝的每个部分使用相同的频率,简化了整个系统的规划,在不降低话务量的情况下减少所需站点的数量从而降低部署和操作成本。CDMA 网络覆盖范围大,系统容量高,所需基站少,降低了建网成本。
CDMA程序原理
在CDMA中,每一比特时间再划分为m个段的间隔,称为码片,通常m的值是64或128,为了简便设m为8.
使用CDMA的每一个站被指派一个唯一的mbit码片序列,一个站如果要发送比特1,则发送他自己的m bit码片序列,如果要发送比特0,则发送該码片序列的二进制反码。CDMA系统的一个重要特点就是这种体制给每一个站分配的码片序列不仅必须满足各不相同,必须还要相互正交。用数学公式可以很清楚的表示码片序列的正交关系,令向量S表示S站码片,用T表示T 站码片向量,两个不同站的码片序列正交,就是向量S和T的规格化内积都是0.
S·T==1/mΣST=0
此外,任何一个码片向量和該码片向量自己的规格化内积都是1
S·S=1/mΣSS=1
程序代码
#include
void main()
{
int s[24]={0,0,0,1,1,0,1,1},sx[24]; //定义s站的m序列
int t[24]={0,0,1,0,1,1,1,0},tx[24]; //定义t站的m序列
int all[24];
int str1[3],str2[3];
int input1[24],input2[24];//date bit stream
int receive[3]={0};
int i,j,k=0,p,m;
printf("in put signal s\n");
for(i=0;i<3;i++)
scanf("%d",&str1[i]);
printf("in put signal s\n");
for(i=0;i<3;i++)
scanf("%d",&str2[i]);
/*for(j=0;j<3;j++)
printf("%2d",str[j]);*/ //输入数据码元比特
for(i=0;i<3;i++)
if(str1[i]==1)
{
for(j=i*8;j<8+i*8;j++)
input1[j]=1;
}
else
{
for(j=i*8;j<8+i*8;j++)
input1[j]=0; //将输入扩展
}
for(i=0;i<3;i++)
if(str2[i]==1)
{
for(j=i*8;j<8+i*8;j++)
input2[j]=1;
}
else
{
for(j=i*8;j<8+i*8;j++)
input2[j]=0; //将输入扩展
}
/*for(j=0;j<24;j++)
printf("%d",input[j]);*/
for(i=0;i<3;i++)
{
for(j=0;j<8;j++)
s[i*8+j]=s[j];
} //得到s站的码片序列
for(i=0;i<24;i++)
{
if(input1[i]==1)
sx[i]=s[i];
else
sx[i]=(1-s[i]%10);
}
/* for(j=0;j<24;j++)
printf("%d",sx[j]); */ //将输入扩展,且与s站的m序列相比较,若为1,保存原m序列,否则输出m序列的反码,最后得到s站的发送信号Sx
for(i=0;i<3;i++)
{
for(j=0;j<8;j++)
t[i*8+j]=t[j];
} //得到t站的码片序列
for(i=0;i<24;i++)
{
if(input2[i]==1)
tx[i]=t[i];
else
tx[i]=(1-t[i]%10);
}
/* for(j=0;j<24;j++)
printf("%d",tx[j]); */ //将输入扩展,且与s站的m序列相比较,若为1,保存原m序列,否则输出m序列的反码,最后得到s站的发送信号Sx
for(i=0;i<24;i++)
{
if(sx[i]==0)
sx[i]=-1;
if(tx[i]==0)
tx[i]=-1; //将发送信号的0写为-1
}
printf("all send signal\n");
for(i=0;i<24;i++)
all[i]=sx[i]+tx[i];
for(j=0;j<24;j++)
printf("%2d",all[j]); //得到总的发送信号
for(i=0;i<24;i++)
{
if(s[i]==0)
s[i]=-1;
if(t[i]==0)
t[i]=-1;
}
printf("choice a way\n");
printf("1,receive s 2,receive t\n"); //选择接受,若1,则接受s站发送的信号,若为2,则接受t站发送的信号
scanf("%d",&m);
if(m==1)
{
for(i=0;i<3;i++)
{
k=0;
p=0;
for(j=i*8;j<8+i*8;j++)
{
k=k+s[j]*sx[j];
p=p+s[j]*tx[j]; //p为t站对s站的噪声影响
}
if(k==-1*8)
k=0;
printf("%4d",(p+k)/8); //接收到的S站的发送信号
}
}
if(m==2)
{
for(i=0;i<3;i++)
{
k=0;
p=0;
for(j=i*8;j<8+i*8;j++)
{
k=k+t[j]*tx[j];
p=p+t[j]*sx[j]; ////p为s站对t站的噪声影响
}
if(k==-1*8)
k=0;
printf("%4d",(p+k)/8); //接收到的T站的发送信号
}
}
}
运行结果
选择接收s站信号,输出110