移動(dòng)通信中的碼分多址技術(shù) 20 世紀(jì) 70 年代末，第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)面世。從此以后，移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)以驚人的速度迅猛發(fā)展。而19 世紀(jì) 70 年代末，國際上出現(xiàn)的蜂窩汽車電話標(biāo)志著公眾移動(dòng)通信又開啟了一個(gè)新的階段。隨著各種蜂窩系統(tǒng)在各國的應(yīng)用，制式五花八門，不能兼容互通，于是開發(fā)人員開發(fā)了 GSM 數(shù)字蜂窩系統(tǒng)。其中碼分多址技術(shù)以其容量大、頻譜利用率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，顯示出強(qiáng)大的生命力，引起人們的廣泛關(guān)注，成為第三代移動(dòng)通信的核心技術(shù)。碼分多址技術(shù)是當(dāng)今通信界關(guān)注的大熱點(diǎn)，是當(dāng)前公認(rèn)的一種國際標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。它為解決頻率資源緊缺這一當(dāng)前移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展中最關(guān)鍵的問題提供了理想途徑，為移動(dòng)通信提供了質(zhì)量最高,成本效益最好的方案。碼分多址技術(shù)適用于各種移動(dòng)通信，是當(dāng)今最先進(jìn)和最具市場潛力的通信技術(shù)，已被公認(rèn)為是移動(dòng)通信的發(fā)展方向。一多址技術(shù)簡介多址技術(shù)是指把處于不同地點(diǎn)的多個(gè)用戶接入一個(gè)公共傳輸媒質(zhì)，實(shí)現(xiàn)各用戶之間通信的技術(shù)。多址技術(shù)多用于無線通信，又稱為“多址連接”技術(shù)。多址技術(shù)分為頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）、空分多址(SDMA)。頻分多址是以不同的頻率信道實(shí)現(xiàn)通信的，如TACS模擬通信采用的是頻分復(fù)用技術(shù)；時(shí)分多址是以不同時(shí)隙實(shí)現(xiàn)通信的，如GSM數(shù)字通信采用的是頻分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用相結(jié)合的多址技術(shù)；碼分多址是以不同的代碼序列來實(shí)現(xiàn)通信的，如CDMA采用碼分多址技術(shù)；空分多址則是以不同方位信息實(shí)現(xiàn)多址通信的。二多址技術(shù)的特點(diǎn)1頻分多址（FDMA）技術(shù)頻分多址技術(shù)是讓不同的地球通信站占用不同頻率的信道進(jìn)行通信。各個(gè)用戶使用著不同頻率的信道，所以相互沒有干擾。早期的移動(dòng)通信就是采用這個(gè)技術(shù)。其特點(diǎn)為：1) 以頻道區(qū)分用戶地址，一個(gè)頻道可傳輸一路模擬或數(shù)字話路。2) 技術(shù)成熟，易于模擬系統(tǒng)兼容，對(duì)信號(hào)功率控制要求不嚴(yán)格。3) 頻率規(guī)劃復(fù)雜，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要嚴(yán)格的頻率規(guī)劃，是頻率受限和干擾受限系統(tǒng)。4) 基站復(fù)雜龐大，重復(fù)設(shè)置收發(fā)信設(shè)備，基站有多少條信道就需要多少部收發(fā)信機(jī)，設(shè)備多且容易產(chǎn)生信道間的互調(diào)干擾。5) 越區(qū)切換復(fù)雜。在頻分多址中，當(dāng)話音信道被分配好以后，基站和移動(dòng)臺(tái)都是連續(xù)輸出的，所以在發(fā)生越區(qū)切換時(shí)，必須把信道從一個(gè)頻率切換到另一個(gè)頻率，傳輸會(huì)發(fā)生瞬間中斷。對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸，這樣的切換方式會(huì)引起數(shù)據(jù)丟失。6) 總的來說，頻分多址技術(shù)不適宜大容量系統(tǒng)使用。和其他多址方式相比，頻分多址方式的系統(tǒng)容量要小于時(shí)分多址和碼分多址。2時(shí)分多址（TDMA）技術(shù)這種多址技術(shù)是讓若干個(gè)地球站共同使用一個(gè)信道。但是占用的時(shí)間不同，所以相互之間不會(huì)干擾。顯然，在相同信道數(shù)的情況下，采用時(shí)分多址要比頻分多址能容納更多的用戶。現(xiàn)在的移動(dòng)通信系統(tǒng)多數(shù)用這種多址技術(shù)。其特點(diǎn)為：1) 頻率利用率有所提高，系統(tǒng)容量增大。2) 基站復(fù)雜性減少。時(shí)分多址系統(tǒng)的基站只需要一部發(fā)射機(jī)，可以避免像頻分多址系統(tǒng)那樣應(yīng)多部不同的發(fā)射機(jī)同時(shí)工作而血產(chǎn)生的互調(diào)干擾，同時(shí)通過不同的時(shí)隙來發(fā)射和接受，因此不需要雙工器。3) 頻率規(guī)劃簡單。TDMA系統(tǒng)不存在頻率分配問題，對(duì)時(shí)隙的管理和分配通常要比對(duì)頻率的管理和分配容易而經(jīng)濟(jì)，便于動(dòng)態(tài)分配信道。4) 越區(qū)切換較簡單。時(shí)分多址系統(tǒng)中移動(dòng)臺(tái)是不連續(xù)地突發(fā)式傳輸，即使傳輸數(shù)據(jù)也不會(huì)因越區(qū)切換而丟失。5) 系統(tǒng)設(shè)備必須有精確的定時(shí)和同步，保證各移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的信號(hào)不會(huì)在基站發(fā)生重疊和混淆，并且能準(zhǔn)確地在指定的時(shí)隙中接收到基站發(fā)給它的信號(hào)。6) 移動(dòng)臺(tái)較復(fù)雜。其功能增多，需要復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理。需要自適應(yīng)均衡。一方面每載頻含有時(shí)隙多，則頻率間隔寬，傳輸速率高；另一方面，由于數(shù)字傳輸帶來了時(shí)間色散，時(shí)延擴(kuò)展量增大，需要采用自適應(yīng)均衡技術(shù)。3碼分多址（CDMA）技術(shù)這種多址技術(shù)也是多個(gè)地球站共同使用一個(gè)信道。但是每個(gè)地球站都被分配有一個(gè)獨(dú)特的“碼序列”，與所有別的“碼序列”都不相同，所以各個(gè)用戶相互之間也沒有干擾。因?yàn)槭强坎煌摹按a序列”來區(qū)分不同的地球站，所以叫做“碼分多址”。采用碼分多址技術(shù)可以比時(shí)分多址方式容納更多的用戶。這種技術(shù)比較復(fù)雜，但現(xiàn)在已經(jīng)為不少移動(dòng)通信系統(tǒng)所采用。在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，也采用寬帶碼分多址技術(shù)。其特點(diǎn)為：1）大容量由于CDMA系統(tǒng)內(nèi)各路信號(hào)之間幾乎正交，而且采用頻分復(fù)用、話音激活、三方向或多方向天線、軟切換等多項(xiàng)技術(shù)，從理論分析上，CDMA移動(dòng)網(wǎng)比模擬網(wǎng)大20倍，實(shí)際要比模擬網(wǎng)大10倍左右。這比TDMA系統(tǒng)在容量上大了很多。2）軟容量在頻分多址和時(shí)分多址系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)的用戶數(shù)量達(dá)到最大的信道數(shù)后，此時(shí)若有新的呼叫，該用戶服務(wù)就會(huì)被拒絕。在CDMA系統(tǒng)中，用戶的數(shù)量增加相當(dāng)于背景噪聲的增加，會(huì)造成話音質(zhì)量下降，但對(duì)用戶數(shù)量并無限制。體現(xiàn)軟切換的另一種形式是小區(qū)之間可根據(jù)話音服務(wù)質(zhì)量和干擾情況自動(dòng)均衡。3）采用多種分集技術(shù)分集技術(shù)是指系統(tǒng)同時(shí)接收并有效利用兩個(gè)或更多個(gè)輸入信號(hào)，這些信號(hào)的衰落互不相關(guān)。系統(tǒng)分別解調(diào)這些信號(hào)然后將她們按一定原則合并，這樣可以接收到更多有用的信號(hào)，克服信號(hào)衰落。4）軟切換軟切換只能在相同頻率的信道間進(jìn)行，所以TDMA和FDMA系統(tǒng)都不具備這個(gè)功能。軟切換可以有效地提高切換成功率，大大減少由于切換造成的掉話。據(jù)統(tǒng)計(jì)，模擬系統(tǒng)和時(shí)分多址系統(tǒng)的掉話90%是發(fā)生在切換中的。除了有效減少掉話外，軟切換還提供了分集的功能，從而大大增加了反向鏈路的容量。5）保密性好CDMA系統(tǒng)采用偽隨機(jī)碼作為地址碼，加上獨(dú)特的擾碼方式，在防止串話、盜用等方面使得CDMA網(wǎng)通保密性更好。6）話音質(zhì)量提高CDMA系統(tǒng)采用可變速率聲碼器，可動(dòng)態(tài)地調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率，并根據(jù)適當(dāng)?shù)拈T限值選擇不同的電平級(jí)發(fā)射。同時(shí)門限值根據(jù)背景噪聲的改變而改變，這樣即使在背景噪聲較大的情況下，也可以得到較好的通話質(zhì)量。4空分多址（SDMA）技術(shù)是利用空間分割來構(gòu)成不同信道的技術(shù)。舉例來說，在一個(gè)衛(wèi)星上使用多個(gè)天線，各個(gè)天線的波束分別射向地球表面的不同區(qū)域。這樣，地面上不同區(qū)域的地球站即使在同一時(shí)間使用相同的頻率進(jìn)行通信，也不會(huì)彼此形成干擾?？辗侄嘀肥且环N信道增容的方式，可以實(shí)現(xiàn)頻率的重復(fù)使用，有利于充分利用頻率資源。空分多址還可以與其它多址方式相互兼容，從而實(shí)現(xiàn)組合的多址技術(shù)。3 碼分多址簡介CDMA是指一種擴(kuò)頻多址數(shù)字式通信技術(shù)，通過獨(dú)特的代碼序列建立信道，可用于二代和三代無線通信中的任何一種協(xié)議。CDMA是一種多路方式，多路信號(hào)只占用一條信道，極大提高帶寬使用率。其系統(tǒng)是基于碼分技術(shù)和多址技術(shù)的通信系統(tǒng)，系統(tǒng)為每個(gè)用戶分配各自特定地址碼。地址碼之間具有相互準(zhǔn)正交性，在時(shí)間、空間和頻率上都可以重疊。將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原有的數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，接收端進(jìn)行相反的過程，進(jìn)行解擴(kuò)，增強(qiáng)了抗干擾的能力。CDMA系統(tǒng)屬于自干擾系統(tǒng)，只接收地址碼一樣的部分。由于有無數(shù)種地址編碼，因此很難出現(xiàn)重復(fù)，增強(qiáng)了保密性。CDMA作為一種先進(jìn)的有廣闊發(fā)展前景的多址接入方式，目前已成為世界許多國家研究開發(fā)的熱點(diǎn)。下面介紹碼分多址中的幾種關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)在第三代移動(dòng)通信中得到了廣泛應(yīng)用。1.功率控制技術(shù)在蜂窩無線通信系統(tǒng)中，傳輸信號(hào)的強(qiáng)度隨傳輸距離變大而成指數(shù)衰落。不同的移動(dòng)臺(tái)到基站的距離可能相差很多，發(fā)射功率相同的條件下，則基站收到來自距它較近的移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)比來自小區(qū)邊緣處移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)要強(qiáng)，在這種情況下，遠(yuǎn)處用戶的信號(hào)會(huì)被近處用戶的信號(hào)淹沒而不能被基站正確解調(diào)，這種現(xiàn)象稱為“遠(yuǎn)近效應(yīng)”。為克服這種“遠(yuǎn)近效應(yīng)”，有必要對(duì)發(fā)射端的發(fā)射功率水平進(jìn)行控制。1）功率控制的目標(biāo)克服無線信道的慢衰落對(duì)信號(hào)的影響防止功率攀比上升，降低系統(tǒng)總的干擾水平在滿足通信質(zhì)量要求的條件下盡量減少發(fā)射功率2）功率控制的準(zhǔn)則基于路徑損耗的功率控制基于質(zhì)量的功率控制3）功率控制的的分類在CDMA系統(tǒng)中，功率控制可分為前向功率控制和反向功率控制。其中反向功率控制又包括反向開環(huán)和反向閉環(huán)功率控制，閉環(huán)功率控制又分為內(nèi)環(huán)功率控制和外環(huán)功率控制。4） 影響功率控制的主要因素 控制速度功率控制速度即控制周期的倒數(shù)。功控速度越快，則能跟蹤補(bǔ)償更快的衰落。但是功控周期越短，在此期間測量到的信干比漲落越大，造成發(fā)射功率起伏增大，影響控制穩(wěn)定性。同時(shí)，縮短信號(hào)測量會(huì)降低信號(hào)質(zhì)量均值間的相關(guān)性，因此要求降低控制延時(shí)，否則無法對(duì)信道作出正確估計(jì)。控制時(shí)延實(shí)際系統(tǒng)中功率控制總存在延時(shí)，而無線移動(dòng)系統(tǒng)的信道是一個(gè)時(shí)變的信道，時(shí)變的信道參數(shù)具有復(fù)雜的相關(guān)特性。因此功率控制實(shí)際上是一種預(yù)測控制。時(shí)延越長，信道參數(shù)相關(guān)性，預(yù)測的精確性就越差，預(yù)測的精確性就越低。因此功率控制算法必須考慮實(shí)際時(shí)延的影響，否則控制性能難以保證。信道估計(jì)與預(yù)測由于功率控制是典型的預(yù)測控制，需要對(duì)信道參數(shù)作精確的預(yù)測和估計(jì)，因此高效的功率控制需要準(zhǔn)確的信道估計(jì)和預(yù)測參數(shù)。 誤幀率與信號(hào)信噪比關(guān)系 實(shí)際系統(tǒng)中，用戶業(yè)務(wù)質(zhì)量是通過誤幀率來反映的，而誤幀率受信號(hào)信噪比、多徑狀況、移動(dòng)臺(tái)速度、編碼調(diào)制技術(shù)等共同作用。在功率控制中，分別采用誤幀率和信噪比作為外環(huán)和內(nèi)環(huán)功率控制的判決指標(biāo)，如何確定誤幀率和信號(hào)信噪比在各種條件下的變化關(guān)系影響到功率算法的穩(wěn)定性和確定性。2.軟切換技術(shù)1）切換的基本原理 當(dāng)移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)基站的覆蓋范圍移動(dòng)到另一個(gè)基站的覆蓋范圍，通過切換移動(dòng)臺(tái)能保持通信的不中斷。在一次呼叫的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，基站定期地對(duì)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)進(jìn)行能夠監(jiān)制，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，基站立即向移動(dòng)交換中心或者基站控制器報(bào)告。收到警報(bào)后MSC或BSC將會(huì)搜索一個(gè)新的小區(qū)或新的信道。當(dāng)搜索到合適的小區(qū)或信道時(shí)， MSC或BSC就會(huì)觸發(fā)一個(gè)切換，否則移動(dòng)臺(tái)會(huì)繼續(xù)利用原來的信道進(jìn)行。如果切換完成，移動(dòng)臺(tái)原來使用的信道就會(huì)被釋放掉。2）軟切換所謂軟切換是指移動(dòng)臺(tái)需要切換時(shí)，先與新的基站接通后再與原來的基站切斷聯(lián)系，而不是先切斷原來與原來基站的聯(lián)系再與新的基站接通。即軟切換采用先通后斷的切換方式，切換過程中移動(dòng)臺(tái)可能同時(shí)占用兩條或更多條的信道。軟切換由移動(dòng)交換中心完成的，來自不同基站的信號(hào)被送至選擇器，由選擇器選擇最好的一條路，進(jìn)行話音編碼。軟切換允許移動(dòng)臺(tái)在通話過程中同時(shí)與多個(gè)基站保持通信，所以軟切換提供了宏分集的作用，提了接收信號(hào)的質(zhì)量。3.多用戶檢測技術(shù)傳統(tǒng)CDMA系統(tǒng)存在用戶間干擾和遠(yuǎn)近效應(yīng)問題，并不是CDMA系統(tǒng)本身固有的缺點(diǎn)。只要改變傳統(tǒng)CDMA的單用戶檢測方式，對(duì)各用戶信號(hào)做聯(lián)合檢測或者從接收信號(hào)中去除多址干擾，就能消除單用戶檢測的缺點(diǎn)，改善系統(tǒng)性能，提高系統(tǒng)的容量。多用戶檢測就是利用干擾的結(jié)構(gòu)化信息，極大的降低碼間干擾，實(shí)現(xiàn)多用戶信號(hào)共存情況下信息解調(diào)技術(shù)。1）多用戶檢測的基本原理在多用戶檢測中,背景噪聲是隨機(jī)的，完全不可預(yù)測的；而多址干擾與背景噪聲相比，不同于普通的高斯白噪聲，具有一定的可預(yù)測性。從信息論的角度而言，多址干擾是攜帶有不同用戶擴(kuò)頻碼之間的相關(guān)信息的信號(hào)，具有一定的估計(jì)精度。因此如果將這一部分信息作為噪聲處理或丟棄掉，勢必會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的容量或在相同條件下降低系統(tǒng)誤碼的性能。鑒于多址干擾的這一重要特性，在檢測過程中可以把所有用戶的信號(hào)都當(dāng)作有用信號(hào)，考慮到其他用戶的信息在一定程度上是可預(yù)知的，因而可綜合利用包括干擾用戶在內(nèi)的信息及信號(hào)處理手段，充分利用碼分多址用戶特征波形的內(nèi)在結(jié)構(gòu)信息，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行聯(lián)合處理，最大可能地消除多址干擾，從而達(dá)到更準(zhǔn)確檢測目標(biāo)用戶的信號(hào)、改善接收系統(tǒng)性能的目的。2）多用戶檢測技術(shù)的性能量度誤碼率（BER）誤碼率是多用戶檢測器最為重要的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，在多用戶檢測中，我們最關(guān)心的性能指標(biāo)是在高信噪比范圍內(nèi)的誤碼率（BER）。在CDMA系統(tǒng)中，干擾用戶的存在會(huì)使誤碼率增大，因此要達(dá)到與單用戶情況相同的誤碼率，就需要比單用戶情況下更大的信號(hào)能量。4 碼分多址技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)1. 抗干擾性能好。由于碼分多址經(jīng)過擴(kuò)頻處理，故抗干擾性能好，可和同頻帶的窄帶共存，而不影響其正常工作。 2. 抗多徑衰落能力強(qiáng)。多徑衰落是影響移動(dòng)通信質(zhì)量的一個(gè)突出問題，通常必須采取空間分集、自適應(yīng)均衡等技術(shù)加以克服，還有較大衰落余量。系統(tǒng)可以利用多徑信號(hào)提供路徑分集，這樣不但緩和瑞利衰落，而且還緩和了因物理遮擋所造成的慢衰落，從而大大提高通信質(zhì)量。3. 系統(tǒng)容量增大。頻分多址與時(shí)分多址的容量有硬性限制。而是干擾受限系統(tǒng)，在指定的干擾電平下，即使用戶數(shù)已達(dá)到限定數(shù)目時(shí)，也還允許增加個(gè)別用戶，其缺點(diǎn)是造成話音質(zhì)量下降。業(yè)務(wù)提供者可在容量與話音質(zhì)量之間進(jìn)行平衡。精確的功率控制和軟切換技術(shù)大大降低了干擾信號(hào)的強(qiáng)度和所需的信噪比要求。4. 通信質(zhì)量好。系統(tǒng)采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，綜合應(yīng)用時(shí)間分集、頻率分集、空間分集、路徑分集等多種分集技術(shù)克服多徑效應(yīng)，可以獲得很強(qiáng)的抗干擾能力，加上它在越區(qū)切換時(shí)采用先建立后中斷的軟切換技術(shù)，保證了的通信質(zhì)量，特別在越區(qū)切換時(shí)無乒乓效應(yīng)。5. 頻率利用率高。 系統(tǒng)的同一頻率，可以在所有小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用，其頻率復(fù)用率為2/3，大大簡化了小區(qū)分裂和微蜂窩引入。6. 多址能力強(qiáng)。系統(tǒng)多址能力決定擴(kuò)頻編碼間的多址干擾大小，它與使用的擴(kuò)頻編碼方案有關(guān)，與同時(shí)發(fā)送信號(hào)的用戶間的多址干擾有關(guān)，與允許的接收質(zhì)量有關(guān)，因此同時(shí)工作用戶間的多址干擾越低，能