码分多址(CDMA):数字蜂窝移动通信系统

更新时间:2023-05-03
       美国在数字蜂窝移动通信的起步较欧洲迟缓,但是在美国发展数字蜂窝移动通信时,却形成了一种多元化的倾向。除了制订了与欧洲类似的基于TDMA的IS-54、IS-136标准的数字网络,美国一些公司还在研究其他技术方案,Qualcomm(髙通)公司提出了一种采用码分多址(CDMA)方式的数字蜂窝系统的技术方案o1992年Qualcomm(高通)公司向CT1A提出了码分多址的数字蜂窝通信系统的建议和标准。该建议于1993年被CTIA和TIA批准为中期标准IS-95。IS-95也是兼容AMPS模拟制式的双模标准。1996年,CDMA系统投入运营。

什么是CDMA(码分多址)?

CDMA(码分多址)是指在第二代(2G)和第三代(3G)无线通信中使用的几种协议中的任何一种。顾名思义,CDMA是一种多路复用形式,它允许大量信号占用单个传输信道,从而优化可用带宽的使用。该技术用于800兆赫兹(MHz )和1.9吉赫兹(GHz)频段的超高频(UHF)蜂窝电话系统
CDMA将模数转换(ADC)与扩频技术结合使用。音频输入首先被数字化为二进制元素。然后使发射信号的频率根据定义的模式代码而变化。这使得信号只能被接收器拦截,接收器的频率响应与发射器频率一起使用相同的代码进行编程。有数万亿种可能的频率排序代码,这增强了隐私性并使克隆变得困难。

CDMA是如何工作的?

蜂窝簇形成无线CDMA网络的蜂窝结构。小区簇中的每个小区都有一个具有必要发射功率的收发器和分布在小区覆盖区域周围的移动单元。每个移动单元都运行一个收发器,该收发器由一个低功率发射器和一个在无线蜂窝环境下运行的灵敏接收器组成。蜂窝环境的特征包括多径传播、接入干扰和衰落。
远近(NF)效应在CDMA系统的服务质量(QoS)中起着重要作用。它指的是当靠近基站的用户发出的传输干扰并压倒来自较远用户的较弱传输信号时发生的一种现象。为此,CDMA网络提供商使用抗NF效应的接收器;他们还使用严格的电源控制方案。
CDMA信道的标称宽度为1.23MHz。CDMA网络使用一种称为软切换的方案,该方案可最大限度地减少手机从一个小区到另一个小区时的信号中断。数字和扩频模式的组合每单位带宽支持的信号数是模拟模式的数倍。CDMA与其他蜂窝技术兼容;这样可以实现全国漫游。最初的CDMA标准,也称为CDMAOne,在其单信道形式下提供的传输速度最高仅为每秒14.4kb,在八信道形式下最高为115Kbps。CDMA2000和宽带CDMA(W-CDMA)传输数据的速度快了许多倍。
CDMA2000系列标准包括单载波无线电传输技术(1xRTT)、Evolution-DataOptimizedRelease0、EVDORevisionA和EVDORev.B。人们经常将Verizon和Sprint支持的标准系列CDMA2000与Verizon和Sprint支持的标准系列混淆CDMA,即物理层复用方案。CDMA技术在2G和3G蜂窝无线网络中发挥了重要作用,因为它们已经发展到当前的5G标准。

GSM和CDMA有什么区别?

大多数人在尝试将手机从一个蜂窝网络提供商转移到另一个蜂窝网络提供商时,经常会陷入CDMA与全球移动通信系统( GSM)之间的分歧。某些运营商的电话设计为只能在其无线电网络上运行,并且与其他网络的蜂窝通信技术不兼容。这在几年前尤其普遍。近年来,设备制造商一直在设计用户可以在CDMA和GSM网络上运行的手机。
GSM和CDMA是多址技术,可以在单个无线电信道上实现大量数据连接和多个呼叫。CDMA蜂窝系统使用独特的代码对每个呼叫的数据进行编码,然后一次传输所有这些呼叫。在另一端,接收者将组合信号分成各自的呼叫,然后再将它们传送给预期的接收者。GSM将每个呼叫转换为数字数据,在特定时间通过共享信道传输,然后在线路的另一端将每个呼叫一起返回给预期的接收者。
哪些运营商是CDMA?哪些是GSM?GSM在200多个国家/地区可用。CDMA在美国被USCellular和Verizon等运营商广泛使用。美国的GSM运营商包括T-Mobile和AT&T。

哪个更好:CDMA还是GSM?

使用GSM网络,用户可以同时传输数据和进行语音通话,这对于CDMA网络来说是不可能的。但这并不是GSM受欢迎的原因。一个重要的推动力是欧洲1987年的法律,该法律要求使用GSM。另一个原因是GSM源于一个行业联盟,而CDMA大部分归高通所有,这使得GSM设备的制造和使用成本更低。
CDMA和GSM标准仅适用于2G和3G连接。随着2010年开始正式转向第四代无线网络,运营商采用了4G网络的全球标准长期演进( LTE)。因此,随着由GSM网络提供支持的CDMA电话和设备逐渐消失,CDMA和GSM之间的区别变得不那么重要了。但是,就目前而言,2G和3G网络仍然可以作为4GLTE信号较弱地区的备份。
 

5G蜂窝技术将取代旧协议

随着第五代( 5G )无线系统的发展,CDMA将变得更不相关。5G有望大幅提高蜂窝网络上的数据传输速度,使其与光纤网络相媲美。该技术提供更好的宽带容量、可靠性和带宽,远远超过4G的可能性。5G主要由26、28、38和60GHz的毫米波(MMwave)频段供电。在这些频段,数据传输速度可高达每秒20吉比特(Gbps)。5G使用大规模多输入多输出( MIMO )64-256天线,提供的速度至少比4G网络目前的速度快10倍。
低频带和中频带范围内的5G蜂窝技术使用600MHz至6GHz之间的频率,其中大部分占据3.5至4.2GHz范围。在美国,已经使用的5G无线频段为3,100至3,550MHz和3,700至4,200MHz。欧洲正在部署3,400至3,800MHz频段,而亚洲正在使用3,300至3,600MHz;4,400至4,500兆赫;和4,800至4,990MHz频段。
与其他蜂窝系统比较,码分多址(CDMA)数字蜂窝移动通信系统具有以下特点:
  • 1)系统容量大:为6,网的5.6倍,TACS的11.2倍;
  • 2)抗衰落能力及抗干扰性能强;
  • 3)语音质量高;
  • 4)保密性及安全性优于GSM系统;
  • 5)移动台发射功率低(约10mW);
  • 6)具有软切换和软容量特性;
  • 7)频率复用模式可达到1,本区和邻区可共用同一信道,因而不需要频率动态分配;
  • 8)可实现宽带数据传输。
       第二代数字蜂窝移动通信系统是以数字信号传输、时分多址(TDMA,TimeDivisionMultipleAccess)、码分多址(CDMA,CodeDivisionMultipleAccess)为主体技术,频谱效率提高,系统容量增大,易于实现数字保密、通信设备的小型化和智能化,标准化程度大大提高等。制定了更加完善的呼叫处理和网络管理功能,克服了第一代移动通信系统的不足之处,可与窄带综合业务数字网相兼容,除了传送语音外,还可传送数据业务,如传真和分组的数据业务等。
      码分多址系统是基于码型分割信道,每个移动用户分配有一个地址码,而这些码型互不重叠,其特点是频率和时间资源均为共享。码分多址是以扩频信号为基础,利用不同码型实现不同用户的信息传输。扩频信号是一种经过伪随机(PN)序列调制的宽带信号,其带宽通常比原始信号带宽高几个量级。常用的扩频信号有两类:跳频信号和直接序列扩频信号(简称直扩信号),因而对应的多址方式为跳频码分多址(FH-CDMA)和直扩码分多址(DS-CDMA)。
(1)FH-CDMA在FH-CDMA系统中,每个用户根据各自的伪随机(PN)序列,动态改变其已调信号的中心频率。各用户的中心频率可在给定的系统带宽内随机改变,该系统带宽通常要比各用户已调信号(如FM、FSK、BPSK等)的带宽宽得多。FH-CDMA类似于FDMA,但使用的信道是动态变化的。FH-CDMA中各用户使用的频率序列要求相互正交(或准正交),即在一个PN序列周期对应的时间区间内,各用户使用的频率,在任一时刻都不相同(或相同的概率非常小)。
(2)DS-CDMA在DS-CDMA系统中,所有用户工作在相同的中心频率上,输入数据序列与PN序列相乘得到宽带信号°不同的用户(或信道)使用不同的PN序列。这些PN序列(或码字)相互正交,从而可像FDMA和TDMA系统中利用频率和时隙区分不同用户一样,利用PN序列(或码字)来区分不同的用户
       在CDMA系统中每一个信号被分配一个伪随机二进制序列进行扩频,不同信号的能量被分配到不同的伪随机序列里。在接收机里,信号用相关器加以分离,这种相关器只接收选定的二进制序列并压缩其频谱,凡不符合该用户一进制序列的信号,其带宽就不被压缩。结果只有有用信号的信息才被识别和提取出来。当前应用这种多址方式的主要蜂窝系统有北美的1S-95CDMA系统。

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