浅谈CDMA移动电话系统

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移动电话系统最早采用的是模拟系统,如AMPS、TACS、NMT450/900网络等。如今数字化系统已全面进入通信市场,欧洲的数字式GSM移动电话系统更是被各国广泛接受,目前正在各地使用和兴建。同属数字式的CDMA移动电话系统虽起步较晚,但因其有更高的系统容量,更好的通信保密性,更佳的话音品质以及更省的投资等优势,正日趋受到各国青睐,成为移动通信领域普遍关注的一个焦点。

一、CDMA技术

CDMA移动电话系统因采用码分多址存取技术,即CDMA技术而得名。所谓CDMA技术,就是将传输信号用扩频技术延展到相当宽的频带中传送,在接收端则压缩,使用与发射端相同的扩频码来解读所收到的信号。由于用户的传输信号在传输时都带上各自不同的伪随机码,因此在接收端用相应的反伪随机码解读,就能得到各自互不干扰的信号,于是在同一频段上可同时进行多路通信。

CDMA技术具有抗拥塞、抗干扰、抗多径衰退以及保密性更佳等特性,一直广泛地用于军事领域,近年来才被应用在移动通信系统中,此外,亦被借用在低地球轨道卫星通信系统、个人通信系统以及无线本地环路系统等系统网络中。

二、CDMA移动电话系统的系统容量

CDMA移动电话系统最显著的特点是能提供更大的系统容量,其容量是模拟移动电话系统的10倍以上,是GSM数字移动电话系统的4倍以上。

传统的TACS、AMPS等模拟系统采用的是频分多址存取(FDMA)技术,将频率划分成一个个25kHz宽的频段来传输不同的信号,每一频段只能传输一个信号。欧洲的数字式GSM移动电话系统采用的是时分多址存取(TDMA)技术,在200kHz的较宽频带上按时间划分传输8个信号。CDMA移动电话系统采用的是在1.23MHz的宽带频段上传输多个信号,如图1所示。

图1
图1 🔍原图 (947×559)

不管是频分还是时分,这两种多址存取技术都受到频率与时间是有限资源的影响,使系统的用户容量受到限制,而码分多址存取技术则比较不受频率与时间的限制,提高了系统容量。因此CDMA这种多址方式的优点是明显的,另外,CDMA移动电话系统还采用了许多新技术,保证了其系统容量的实现,例如可变速率话音编码、纠错编码、分集接收、功率控制及高效频率复用技术等。

CDMA移动电话系统的频谱利用率达到了最高值1,在AMPS或GSM移动电话系统中的每一个基站,所能提供的话路数只是频段内的一小部分(七分之一或四分之一),而CDMA移动电话系统中的每一个基站,都可以使用完整的频段,故CDMA系统的容量自然比AMPS、GSM系统大。

三、CDMA移动电话系统的保密性

CDMA移动电话系统是采用伪随机码正交技术进行扩频调制的通信方式,电平很低,可以说是无法被干扰的,其伪随机码序列达242长度,极难解密,并且伪随机码每次通信后更换,根本无法窃取,所以CDMA移动电话系统的保密级别是极高的。CDMA系统的抗干扰能力及保密性能,是军方青睐它三十多年的原因。

四、CDMA移动电话系统的话音品质

CDMA移动电话系统有高质量的话音,掉话机率低,干扰更少。

在手机漫游时,CDMA移动电话系统采用的是越区软切换方式,而传统的移动电话系统采用的是越区硬切换方式,如图2所示。CDMA移动电话系统中,手机漫游越区是“先换后断”,手机从一个基站到另一个基站时,保持与两个基站通话,直到下一个基站能提供一定质量的话音后,才完全脱离前一个基站,这样就保证了话音的连续性,不致于发生通话中断现象,而在其它的移动电话系统中,手机漫游是“先断后换”,必须从前一个基站退出,才能进入后一个基站,在切换中存在着一个非常短的间断,如果切换不顺利,则影响通话质量,严重时则使通话中断。

图2
图2 🔍原图 (864×291)

经测试,CDMA移动电话系统比其它现有的移动电话系统的背景杂音与串音都要少,在CDMA移动电话系统中,变速率声码器、高速率声码器提供了不同速率的编码,减低了杂音,保证了较好的话音品质。多种分集中的频率分集、路径分集使频率选择性衰落对CDMA影响不大,低语音信息不因衰落而丢失。此外,准确的功率控制亦减少和克服了来自系统本身的干扰。

五、CDMA移动电话系统的其它特点

CDMA移动电话系统支持多种声码器,用户直接入网,休眠模式,以及模拟手机串机等高级功能,还可向用户提供诸如图像、传真、电子邮件等服务功能及多媒体传输等服务项目,这些是GSM系统所不具备的。

由于CDMA移动电话系统Eb/No低,基站覆盖范围大,且系统容量更高,因此,无论是服务同样的范围还是服务相同的用户数,CDMA移动电话系统的基站数都要比其它系统少。较少的基站数,所需架设时间短,其余相关费用诸如配套设施费用都随之降低,显而易见,CDMA移动电话系统较之其它系统具有低成本的优势,例如,覆盖1000km2,GSM移动电话系统需要200个基站,而CDMA移动电话系统仅需45个基站就够了。

六、CDMA移动电话系统的应用与发展

CDMA移动电话系统于 1989年由美国 Qual comm公司提出,1993年正式被美国电信工业(TIA)应用。1995年在香港架设起第一套两用CDMA移动电话系统网络。如今世界各国都在积极规划CDMA移动电话系统网络的架设,例如美国、韩国、日本等。我国福建省今年十月建成的CDMA移动电话网络覆盖福建全省,邮电与军队合作的 800MHz CDMA“长城网”在启动,华东CDMA移动电话网络也将建设。相信,不久的将来CDMA网络会覆盖全国,与模拟移动电话网络、GSM数字式移动电话网络一争天下。(杨芳)