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CDMA通信技术的原理及其与TDMA、FDMA的比较
作者：刘培珍 柯友爱
来源：《无线互联科技》2015年第02期
摘 要：码分多址技术至产生以来，在通信中的地位非常重要。码分多址系统采用多路方式，即多路信号只占用一条信道，提高了带宽使用率；同时，在接收过程中，多用户充当干扰噪声，提高的信号的保密性，利于信号隐蔽；另外，系统容量大，抗干扰性强等诸多优势使得CDMA在现代通信中有广泛的应用。
关键词：CDMA技术；TDMA技术；FDMA技术
1 CDMA技术简介
CDMA技术是在扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术，也称为码分多址技术。CDMA技术的原理是将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。
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，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[1]。
2 CDMA原理
一种典型的CDMA通信系统，如图1所示。图中伪随机码产生器产生的伪随机码（PN码）对信息码进行调制，一般是进行模2加或相乘运算，就得到已扩频调制的射频信号。接收端解扩的过程与扩频过程相同，用本地的伪随机序列对接收信号进行相关解扩后进行解调。
原始信号m（t）进行CDMA编码调制，设调制码发生器输出的高速率伪随机序列为c（t），经过CDMA编码调制后得到的信号s（t）表示为：
1
课程名称 移动通信原理
实验序号 实验三
实验项目 数据接入CDMA信道的收发实验
实验地点
实验学时 实验类型 验证性
指导教师 实 验 员
专 业 班 级
学 号 姓 名
年 月 日
成绩：
2 教师评语
一、实验目的及要求
1、了解本实验箱和计算机的接口；
2、熟悉通过计算机来发送和接收短信的过程。
二、实验原理与内容
PC机发送数据的结构框图如图1-2-1所示。
图1-2-1 计算机和实验箱的连接框图
工作过程如下：
1．发送方
（1）用USB接口线连接RZ6001实验平台的“GSM开发模块”和PC机（需要先安装CH341驱动，参见“附录一 CH341驱动安装”）；
（2）通过PC机端编写要发送的信息，通过串口传输给RZ6001实验箱；
（3）实验箱的单片机接收到信息，通知DSP，DSP通过CDMA编码，再通过射频发送。
2．接收方
（1）接收射频信号，下变频后，传递给DSP；
（2）DSP收到数据，进行CDMA译码，并传送给单片机；
（3）单片机将接收到的数据，传送给PC机，在PC机端显示处理。
3. 移动GSM短信软件 RS232接口单片机CDMA编译码液 晶射 频RZ6001计算机
3 移动GSM短信软件是与本实验箱配套的软件，用它可以实现在 PC机编辑短消息并通过移动实验箱上的CDMA系统进行自环传输。
在做本实验时，软件界面如图1-2-2所示，在消息输入区编写要发送的短信内容，然后点击发送按钮。
图1-2-2 移动GSM短信软件（PC短信发发送）
实验内容：
1．掌握计算机和实验箱的连接方法；
2．了解计算机和实验箱通信过程；
通信常识：波特率、数据传输速率与带宽的相互关系
【带宽W】
带宽，又叫频宽，是数据的传输能力，指单位时间内能够传输的比特数。高带宽意味着高能力。数字设备中带宽用bps（b/s）表示，即每秒最高可以传输的位数。模拟设备中带宽用Hz表示，即每秒传送的信号周期数。通常描述带宽时省略单位，如10M实质是10M b/s。带宽计算公式为：带宽=时钟频率*总线位数/8。电子学上的带宽则指电路可以保持稳定工作的频率范围。
【数据传输速率Rb】
数据传输速率，又称比特率，指每秒钟实际传输的比特数，是信息传输速率（传信率）的度量。单位为“比特每秒（bps）”。其计算公式为S=1/T。T为传输1比特数据所花的时间。
【波特率RB】
波特率，又称调制速率、传符号率（符号又称单位码元），指单位时间内载波参数变化的次数，可以以波形每秒的振荡数来衡量，是信号传输速率的度量。单位为“波特每秒（Bps）”，
不同的调制方法可以在一个码元上负载多个比特信息，所以它与比特率是不同的概念。
【码元速率和信息速率的关系】
码元速率和信息速率的关系式为： Rb=RB*log2 N。其中，N为进制数。对于二进制的信号，码元速率和信息速率在数值上是相等的。
【奈奎斯特定律】
奈奎斯特定律描述了无噪声信道的极限速率与信道带宽的关系。
1924年，奈奎斯特（Nyquist）推导出理想低通信道下的最高码元传输速率公式：理想低通信道下的最高RB = 2W Baud。其中，W为理想低通信道的带宽，单位是赫兹（Hz），即每赫兹带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒2个码元。对于理想带通信道的最高码元传输速率则是：理想带通信道的最高RB= W Baud，即每赫兹带宽的理想带通信道的最高码元传输速率是每秒1个码元。
符号率与信道带宽的确切关系为：
RB=W(1+α)。
其中， 1/1+α为频道利用率，α为低通滤波器的滚降系数，α取值为0时，频带利用率最高，但此时因波形“拖尾”而易造成码间干扰。它的取值一般不小于，以调解频带利用率和波形“拖尾”之间的矛盾。
第一部分 数字通信基本原理
一． 数字通信系统
1. 信号
信号可用来传输信息。信息可用语言、文字、图象等表达，但在很多情况下，这些表达信息的语言文字不便于直接传输。因此在近代科学技术中，常用电信号来传送各种信息，即利用一种变换设备把各种信息转换为随时间作相应变化的电流或电压进行传输。这种随信息作相应变化的电压或电流就是电信号。由消息转换成的电信号可分为两类：模拟信号和数字信号。模拟信号是指时间和幅度都连续的信号。数字信号是指时间和幅度都离散的信号。如图1-1
电压
1
0 0
时间
a.模拟信号 b.数字信号
1-1 模拟信号及数字信号的模型
2. 数字系统
以数字信号的方式来传输消息的通信系统，叫数字通信系统。典型的数字通信系统的组成如图1-2。
1-2 典型数字通信系统的组成
信源即是发信者。通常的信源指电话机、摄象机及各种数字终端设备。
信源
非电/电
信源编码
信道编码
信道
信道译码
信源译码
电/非电
信宿
噪声干扰 信源编码的作用是对信号进行编码，去除或减少冗余度，把能量集中起来缩窄占据频带，从而提高数字传输的有效性。例如进行模拟信号变换为数字信号的过程（A/D转换），PCM编码。
信道编码。由于传输信道上噪声的干扰，数字信号在传输中可能会发生差错，导致信息传输质量下降。为了在接收端自动检出错码或纠正错码，使差错控制在允许范围内，可在信源编码后的数字信号中按一定规律加一定数量的数字码（监督码），形成新的数字信号，这种新的信号间的关系形成较强的规律性，使收端可检查或纠正差错。信道编码是将信息比特变换为适合于信道传输的数字信号，它是为了提高系统的抗干扰能力，提高数字传输的可靠性，即改善系统的误码性能。
