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摘要：
扩频技术以其固有的抗干扰能力在通信系统中得到了广泛的应用，主要包括抗干扰通信和近年来第二代和第三代移动通信中普遍应用的码分多址技术—CDMA。本文首先介绍了扩频通信的基本原理和特点，然后以直接序列扩频码分多址系统DS/CDMA为例分析了扩频技术在CDMA系统中的应用，最后介绍了基于扩频技术的CDMA系统的特点。
关键词：
扩频技术 码分多址CDMA
一、引言
现代通信中遇到的一个重要问题就是日益严重的干扰问题。而在有限的频率资源拥挤的今天，干扰问题更为严重。扩频技术具有的许多特有优点，特别是具有很强的抗干扰性能，因而越来越受到人们的重视，其应用领域也在不断地扩大。
扩频通信即扩展频谱通信技术(Spread Spectrum Communication)，是一种数字化通信技术，属于宽带通信范畴。扩频通信系统是在上世纪 50 年代中期产生的，其最初的应用包括军事抗干扰通信、导航系统、抗多径实验系统以及其它方面[1]。在之后的一段时期内，扩频通信也主要用于强抗干扰通信系统。随着全球移动通信的发展，扩频技术为实现共享频谱提供了一种很好的方式——CDMA（Code division Multiple Access）,即在多用户通信系统中所有用户共享同一频段，但是通过给每个用户分配不同的扩频码来实现多址通信。在现今已使用普及的第二代移动通信系统中, IS -95 CDMA 系统以其通信容量大、阻塞率低、抗多径衰落能力强、信道数据速率高、可实现软切换及较强的抗窄带干扰能力等优点得到了广泛的应用[2][3]。文中主要针对CDMA 中的扩频通信技术进行讨论和分析。
二、扩频通信
2.1 扩频定义
一个系统被称为扩频系统需要同时满足以下三个条件[4]
（1） 信号所占据的频带宽度远大于传输信息所需的最小带宽。
（2） 扩频是通过扩频码序列来实现的，且扩频码序列与所传的信息数据无关。
（3） 在接收端用与发送端完全相同的扩频序列码与接收到的扩频信号进行相关解扩，回复所传信息。
1 CDMA基本原理、基站结构及故障处理
1. CDMA概况：
1） CDMA国际上最具代表性的3G技术标准有3种：WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000。其中TD-SCDMA属于时分双工（TDD）模式，是由中国提出的3G技术标准；而 WCDMA和CDMA2000属于频分双工（FDD）模式，WCDMA技术标准由欧洲和日本提出，CDMA2000技术标准由美国提出。
2） 太原CDMA网络全部使用MOTOROLA的网络设备。现网使用的技术是来自美国的CMDA2000/95。
2. CDMA基本原理：
码分多址的概念：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。
1） CDMA是扩频通信的一种，他具有扩频通信的以下特点：
（1） 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。
（2） 宽带传输，抗衰落能力强。
（3） 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 2 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。
（4） 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：
（1） 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。
（2） 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。
（3） 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。
CDMA知识要点1（CDMA基本原理）
CDMA知识要点
⼀、⽆线传播理论： (2)1. UHF（ultra high frequence）超⾼频300~3000MHZ (2)
2. 慢衰落与快衰落的概念 (2)
3. 对抗衰落，基站采取的措施是采⽤时间分集、空间分集（极化分集）和频率分集的办法
(2)
4. 绕射损耗和穿透损耗 (2)
5.常见的⼏种传播模型： (2)
6.CW测试的概念： (2)
⼆、天线理论： (2)1.天线分类 (2)
2.天线的性能指标 (3)
3.dBd 和 dBi的区别，以及dBm的概念 (3)
4. 波束宽度 (3)
5.天线选型 (3)
6. 天线下倾⾓与覆盖距离的计算公式 (3)
三、CDMA基本原理： (5)1. CDMA （code division multiply access）码分多址接⼊。 (5)
2.扩频通信的原理 (5)
3.CDMA采⽤直序扩频频 (Direct Sequence Spread Spectrum) (5)
4.⼏个常见概念 (5)
5.系统框图 (6)
6.三种码（短码、长码、WALSH码）： (7)
四、CDMA信道： (7)1. IS-95中的前向信道和反向信道 (7)
五、CDMA关键技术： (10)1. 功率控制技术 (10)
2. Rake接收 (11)
3.软切换/更软切换的概念 (11)
六移动台⾏为 (12)1. 移动台初始化 (12)
2.移动台空闲态 (12)
3. 接⼊过程 (13)
4. 掉话 (16)七、基站硬件 (17)1.系列基站 (17)
⼋、切换算法： (18)1. CDMA切换的分类 (18)
2. 导频集 (18)
3. CDMA切换的主要参数 (18)
4. 搜索窗⼝参数 (19)
5. 切换算法可以分为以下的类型： (21)
6 软切换动态门限 (21)
7. 软切换过程 (22)
⼋功率控制 (23)1. Radio Configuration简称为RC (23)
CDMA技术原理及主要特点
CDMA是Code Division Multiple Access的英文缩写，中文翻译为码分多址。CDMA是用于数字蜂窝移动通信的一种先进的无线扩频通信技术，它能满足近年来运营者对大容量、廉价、高质量的移动通信系统的需求。CDMA中的多址可以被理解为一个滤波问题，多个用户同时使用同一频谱，然后采用不同的滤波器和处理技术，将不同用户的信号互不干扰地接收和解调出来。移动通信一般采用三种多址方式：FDMA（频分多址）、TDMA（时分多址）和CDMA（码分多址）。FDMA就是信号功率被集中在频域中一个相对的窄带中传输，不同信号被分配到不同频率的信道里，发往和来自邻近信道的干扰用带通滤波器限制，这样在规定的窄带里只能通过有用信号的能量，而任何其他频率的信号被排斥在外。模拟的FM蜂窝系统采用的就是FDMA方式。TDMA就是一个信道由一连串周期性的时隙构成，不同信号的能量被分配到不同的时隙里，利用定时选通来限制邻道的干扰，从而只让在规定时隙中有用的信号能量通过。现在使用的TDMA蜂窝系统实际上都是 FDMA和TDMA的组合。CDMA就是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，相关器只接收选定的二进制序列并压缩其频谱，将有用信号的信息识别和提取出来。 CDMA技术作为一种抗干扰的通信手段，很早就在军事通信中得到了应用，但是将 CDMA技术应用于民用的数字蜂窝移动通信系统，还是80年代末才由美国Qualcomm公 司实现的。QCDMA系统中采用了许多先进的技术从而保证了系统性能的优势，其标准称为IS-95系列，包含多个标准。多径衰落是移动通信系统需要克服的主要问题，CDMA系统采用了多种形式的分集，从而很好地解决了这一问题。CDMA系统采用符合交织、检错和纠错编码等方法实现了时间分集；CDMA系统的信号带宽是1.25MHz，起到了频率分集的作用；基站使用多付接收天线，基站和移动台都使用了Rake接收机技术，软切换时，移动台和基站同时联系，从中选取最好的信号送给交换机，从而起到了空间分集的作用。CDMA系统的容量主要受限于系统移动台之间的相互干扰，如果每个移动台的信号在到达基站时都保持所需的最小信噪比，系统容量将达到最大值。CDMA功率控制的目的就是使每个用户即维持高质量通信，又不对占用同一信道的其他用户产生不应有的干扰。功率控制分为前向功率控制和反向功率控制，而反向功率控制又分为开环和闭环两部分。反向开环功率控制是在反向闭环功率控制还未形成时，移动台根据接收功率的变化控制发射功率。CDMA系统的每一个移动台都一直在计算从基站到移动台的路径衰耗。当移动台接收到从基站来的信号很强时，表明要么离基站很近，要么有一个很好的传播路径，这时移动台将降低它的发射功率。相反，当移动台接收到的信号很弱时，它就增加发射功率以抵销损耗。CDMA系统前向、反向信道分别占用不同的频段，间隔为45MHz，两个频道衰减的相关性较弱。这就需要基站根据目前所需信噪比和实际接收的信噪比之差随时命令移动台调整发送功率（即闭环调整）。基站所需的信噪比是根据初始设定的误帧率随时调整的（即外环调整）。前向信道总功率被按一定比例分配给导频信道、同步信道、寻呼信道以及所有的前向业务信道。因为不同移动台可能处在不同的距离和不同的环境，基站到每一个移动台的传输损耗都不一样，因此基站必须控制发送功率，给每个用户的前向业务信道都分配以适当的功率。基站这种视具体情况而分配给不同业务信道不同功率的方法就是前向功率控制。CDMA系统的功率控制除了直接提高容量之外，同时也降低了为克服噪声和干扰所需的发射功率，这就意味着CDMA移动台有着更长的工作时间。 目前CDMA系统普遍采用8Kbit/s的可变速率声码器，声码器使用的是QCELP（Qualcomm码激励线性预测）语言编码技术，QCELP算法被认为是到目前为止效率最高的一种算法，可以保证很高的话音质量。此外，系统还采用了话音激活技术，在用户不讲话时数据传输速率降低，减轻了对其他用户的干扰，而CDMA的容量直接于总干扰功率相关，这样就可以使系统容量增加一倍左右。 CDMA信号的扰频方式提供了高度的保密性，使这种数字蜂窝系统在防止串话、盗用等方面具有其他系统不可比拟的优点。CDMA的数字语音信道还可将数据加密标准或其他标准的加密技术直接引入。CDMA系统能提供软切换技术。软切换就是当移动台需要跟一个新的基站通信时，并不先中断与原基站的联系，移动台在切换过程中与原小区和新小区同时保持通话，以保持电话的通畅。软切换只能在具有相同频率的CDMA信道间进行。它的优点包括三方面：1、无缝切换保持通话的连续性。2、减小了掉话可能性。3、处于切换区域的移动台发送功率降低，减少发送功率是通过分集接收来实现的，降低发送功率有利于增加反向容量。在FDMA和TDMA系统中，一个小区中的信道数是固定的，然而在CDMA系统中用户数和服务级别之间有着更灵活的关系。例如系统经营者可在话务量高峰期将误帧率稍微提高，从而增加可用信道数。而且由于CDMA是一个自干扰系统，当相邻小区负荷较轻时，本小区所受的干扰相应减少，容量就可适当增加。体现软容量的再一种形式是小区呼吸功能。所谓小区呼吸功能是指各个小区覆盖大小是动态的。当相邻两小区负荷一轻一重时，负荷重的小区通过减小导频发射功率，使本小区的边缘用户由于导频强度不足，切换到相邻小区，使负载分担，即相当于增加了容量。另外，当缺少信道时，还可以通过降低用户通话质量来保证话路的接通，等目标小区负荷减轻时，再将通话质量恢复正常。 基于CDMA技术的数字蜂窝移动通信系统的优点很多，最重要的就是系统容量大。根据理论计算和现场实验表明，CDMA的每小区信道容量是模拟系统10倍左右，而爱尔兰容量更大。CDMA可变速率声码器8K编码所提供的话音质量与GSM的13K编码的话音质量接近，而现在提出的13K编码话音服务已经非常接近有线电话。CDMA的软切换技术更大大降低了切换掉话的可能性，实现了无缝切换。鉴权、数字格式、宽带信令和根据受话人制定的通话保护措施，可提供最佳的保密特性，防止手机密码被盗。CDMA系统的空中接口与模拟系统兼容，使用CDMA双模手机，手机会自动判别是接入CDMA网还是接入模拟网。
