CDMA的发展背景(共41页)

1、 CDMA手机基本教程 Training Course about CDMA Handset Prepared By Michael Jia August 2001 目录窄带CDMA系统的基本原理 CDMA的发展背景CDMA是Code-Division Multiple Access的缩写。CDMA直译为码分多址，是一种采用扩频（spread-spectrum） 的数字蜂窝技术。所谓扩频，简单地说就是把频谱扩展。CDMA技术采用的是直接序列扩频方式，就是用具有噪声特性的载波以及比简单点到点通信所需带宽宽得多的频带去传输相同的数据。（同调频、调幅技术一样，直接序列扩频是一种调制技术，它采用一个码

2、序列（高速）去调制原始数据信息（低速），这样调制后的信息就能以高速传输）扩频技术的起源要追溯到二战时期，这种思想的初衷是防止敌方对己方通讯的干扰。我们知道，由于窄带通讯采用的带宽只有几十kHz，只需要使用一个具有相同发射频率及足够大功率的发射机就可以非常容易地干扰对方的通信。因为无论调幅、调频技术都很难从恶劣的信噪比环境中恢复原始信息。CDMA这种新频的想法就是通过特殊的码型处理，把信号能量扩散到一个很宽的频带上，湮没在噪声里，在接收端只有通过相同的码型才能把信号恢复出来（整个过程就像加密、解密一样），我们称之为直接序列扩频。由于信号湮没在噪声里，故很难敌方侦测到。因此，这种技术在军事领域中有

3、着广泛的应用。在蜂窝移动通信中，与其使用time-division multiplexing (TDM)的竞争对手(如GSM)不同， CDMA并不给每一个通话者分配一个确定的频率，而是让每一个频道使用所能提供的全部频谱。1989年11月， Qualcomm在美国的现场试验证明CDMA用于蜂窝移动通信的容量大，并经理论推导其为AMPS容量 的20倍。这一振奋人心的结果很快使CDMA成为全球的热门课题。95年香港和美国的CDMA公用网开始投入商用。96年韩国用自己的CDMA系统开展大规模商用，头12个月发展了150万用户。1998年全球CDMA用户已达500多万，CDMA的研究和商业进入高潮，有人

4、说1997年是CDMA年。美国已拍卖的2958个PCS经营许可证中, 选择CDMA占51% , D-AMPS占20%, GSM占28%。窄带（码分多址）遵循的标准为，它已经在全球获得了广泛的应用，目前在全球用户超过万，其中约的用户在韩国、北美等地。中国CDMA的发展并不迟，也有长期军用研究的技术积累，93年国家863计划已开展CDMA蜂窝技术研究。94年Qualcomm首先在天津建技术试验网。从年开始，中国引入系统，原中国电信长城网在西安、上海、北京、广州个城市进行 的商用试验。年，河北、天津又相继开通运行，目前总用户数达到七十多万。 韩国CDMA数字蜂窝移动通信在政府的强有力的组织下，得到了

5、迅猛的发展。CDMA网络运营仅一年多便发展到400万用户，其用户密度远高于我国用户密度最大的珠江三角洲地区。韩国三星电子在韩国推出极具传奇色彩的“Anycall”产品市场推广战略，并取得极大成功。目前，总人口仅为4700万的韩国已经拥有了2700万CDMA用户，成为全球最大的CDMA市场。与此同时，韩国的CDMA系统和终端机产业也出现了飞速发展。韩国企业不仅占据着国内90的CDMA系统市场，而且大踏步地进军海外市场。韩国CDMA的运营情况，充分证明了CDMA技术是成熟的，其系统容量和话音质量较目前其它蜂窝系统（GSM、TDMA、PDC、TACS、AMPS）是最优的。据预测，未来的几年CDMA将

6、以超过100%的增长速度发展，远快于GSM 40%的发展速度。韩国CDMA运营仅一年，即超过模拟网AMPS的200万用户；美国CDMA将会在2002年达到4200万，超过AMPS的3600万、D-AMPS的2200万和GSM的1100万，成为全美的最大蜂窝系统。到2002年全世界的CDMA将由目前仅占蜂窝系统2%的比例提高到18%，成为第二大蜂窝系统；占第一位的是GSM。无线通信在未来的通信中起越来越重要的作用，CDMA将成为21世纪主要的无线接入技术。W-CDMA较W-TDMA有更多优越性，W-CDMA将成为目前各种第二代移动通信系统（GSM、IS-95、PDC等）的交汇点，发展成第三代系统

7、，但未来的统一将要经过一个艰苦的过程。目前欧美都在进行GSM与CDMA的兼容试验，用GSM的网络以CDMA的空中接口，其网络试验在英国进行，Qualcomm已研制出GSM/CDMA双模手机样机。未来的第三代多模式蜂窝移动通信系统将以ATM为平台，它不仅兼容第三代的W-CDMA、UMTS和cdmaOne，而且还兼容目前第二代的GSM和IS-95。韩国SKT和日本NTT DoCoMo正紧密合作发展采用W-CDMA的IMT-2000，并积极准备在韩国和日本开展试验网，其目标在2002年日韩世界杯提供智能化的、宽带的多媒体移动通信服务。CDMA国际标准的发展历程目前，国际通用的CDMA标准主要是由美国

8、国家标准委员会ANSI TIA开发颁布的。ANSI（American National Standard Institute）作为美国国家标准制订单位，负责授权其它美国标准制订实体，其中包括电信工业解决方案联盟ATIS、电子工业委员会EIA以及电信工业委员会TIA。TIA主要开发IS（Interim Standards,暂定标准）系列标准，如CDMA系列标准IS95、IS634、IS41等。IS系列标准之所以被列为暂定标准是因为它的时限性，最初定义的标准有效期限是5年，现在是3年。除了IS系列标准之外，TIA还颁布其它类型的规范，如电信系统公告TSB（Telecommunications Se

9、rvice Bulletin）文件。TSB不是标准，但可以提供与现存标准相关的信息或对工业界非常重要的其它事宜。TIA开发出的标准在经ANSI所有成员同意之后即可成为ANSI的正式标准。TIA目前由9个TR委员会组成，即TR8、TR14、TR29、TR30、TR32、TR34、TR41、TR45、TR46，其中与CDMA标准关系最为密切的是TR45（移动和个人通信公用标准），它的下面包括7个子委员会，分别负责不同接口标准的制订，如TR45.2负责网络部分，TR45.4负责A接口部分，TR45.5负责空中接口等。除了ANSITIA之外，其他一些标准化组织和生产厂商对CDMA标准的制订也起到积极作

10、用。如CDG（CDMA发展小组）和3GPP2（负责第三代CDMA移动通信标准的制订），先后推出了有关A接口的IOS系列标准，涉及的内容包括从窄带的CDMA到第三代移动通信宽带CDMA。一批知名的通信公司如MOTOROLA、LUCENT、NORTEL、QUALCOMM等首先提出了有关CDMA标准的方案和建议，经过多次协商讨论，最终修改成为目前被普遍接受的通用标准。Um接口标准的发展CDMA在蜂窝系统中的应用几乎是和GSM同时被提出来的，但一直没有得到重视，其中的主要原因在于CDMA的蜂窝系统必须具有高速、精确的功率控制要求，否则整个系统难以理想地工作甚至出现系统崩溃。功率控制技术在当时的条件下还

11、难以攻破，直到QUALCOMM公司解决了这一难题后这一状况才有所变化。该解决方案主要是通过测量移动台和基站的接收功率，利用开环和闭环相结合的功率控制方式，命令移动台调整发射功率，使移动台输出的功率电平在维持适当性能的情况下达到最小。一方面减轻了对其他用户的干扰，同时有助于克服衰落，使得CDMA码分多址技术应用于蜂窝移动通信成为可能，并由此拉开了CDMA数字蜂窝移动通信系统蓬勃发展的序幕。QUALCOMM公司于1990年7月公布了最早的CDMA标准，经过许多移动通信运营商和制造厂家的协商讨论，于1990年9月发布了建议标准的修订版本，并于1990年10月公布了暂行规定，成为此后一段时间内被广泛认

12、可的主要规范。1993年7月，美国ANSITIA再次征集各方面的建议，经会议讨论后正式将其确认为IS95标准，即“双模式宽带扩频蜂窝系统的移动台基站兼容标准”。IS95标准由此成为CDMA移动通信的核心标准，世界上许多国家以此为蓝本生产和建设码分多址数字移动通信系统。经过多年的开发修订，以IS95为代表的窄带CDMA系列标准已经日趋完善。IS95系列标准的发展先后经历了IS95、IS95A、TSB74、IS95B（ANSI95）、IS2000、IS2000A等多种标准。需要补充说明的是TSB74是与IS95A有关的TSB文件，是在IS95A的基础上增加了14.4kb/s速率组、指配或切换到PC

13、S频段、MIN/IMSI共存等内容。作为第三代移动通信标准之一的IS2000及IS2000A完全兼容IS95标准，也就是说现有的IS95系统可以平滑过渡到第三代移动通信。A接口标准的发展作为基站子系统和网络子系统之间的接口，A接口标准的规范性和透明度至关重要，它决定着CDMA设备制造厂家能否独立地开发基站设备或网络设备。对于CDMA系统的运营商来说，他们同样要求开放的系统结构，开放的A接口为CDMA系统提供了竞争环境。CDMAA接口标准的形成过程与其它标准最大的不同点在于，它是在各厂家已经开发出商用产品之后，通过谈判协商而形成的，经历了一个相当复杂的过程。各标准制订组织和生产厂家为A接口标准的

14、制订做了大量细致的工作。现在支持开放的CDMAA接口的标准有两个，即IS634系列和IOS系列。1991年，Motorola公司提出了一个A接口，并提交给美国国家标准委员会ANSI审议，该接口为支持CDMA和其它空中接口起到很大的促进作用。但由于当时的A接口只是GSM系统A接口的一个简单翻版，错误甚多，几乎没有什么可操作性。而且由于当时没有其它公司愿意开放该接口，因此A接口一直被放置在美国国家标准委员会中。直至1995年7月，由于一批大的运营商强烈要求开放A接口，美国标准委员会通过了基于Motorola A+建议的IS634RevO。虽然该标准的可操作性不强，但毕竟是在许多厂家共同协商后才达成

15、的，从此当时的几个主要的CDMA设备生产厂家走向共同开发A接口的道路。由于IS-634 Rev.0存在许多逻辑错误和缺陷，1995年12月对其修正后成为TSB-80。该接口支持基站中的多种语音编码器并以电路中继模式和SS7消息传送MSC和BSS间的语音和信令。IS634A版本于1998年6月完成并出版，1998年10月ANSI投票并最终于1999年3月以ANSI/EIA-634B的名义出版。IS634A具有A、B两种结构，其中A结构中引入了A3和A7接口，用于支持不同BSC之间的软切换。IS634A版本所涉及的范围相当广泛，它不仅支持CDMA，而且支持AMPS、NAMPS和TDMA。因此该标准

16、不可避免的包含了许多不适合CDMA运作的多种选项、消息和参数。事实上只有CDMA运营者才关心并有计划地实施IS634A。但另一方面，就CDMA应用而言，IS634A有点过于“松散”而难以实施。为了定义一个仅为CDMA应用，更实际并更具有可操作性的A接口规范，1997年由美国Sprint PCS牵头，联合CDMA工业界的LUCENT、Motorola、NORTEL及QUALCOMM等公司，在吸收TSB80的基础上，制订了Sprint PCS IOS V2.0a。这一IOS互操作规范属于内部文件，Sprint PCS于1998年10月将其提交给CDMA发展组CDG作为公开的行业规范。IOS系列标准

17、得到了众多厂家的认可，也使得该系列标准得到迅速发展，趋于完善，目前已经发展到IOS2.X、IOS3.X、IOS4.O、IOS5.O等多个版本。CDGIOS2.X包括V2.O、V2.1、V2.2，均基于Sprint PCS IOS V2.0a,并支持如下功能：8kb/s EVRC声码器；在呼叫建立过程中支持完整的业务选择谈判；电路型数据（9.6/14.4kb/s）和传真；短消息业务；话音加密；BSC间硬切换（同一厂家的BSC间的软切换可用其内部协议支持）。CDGIOSV3.X的V3.1于1999年4月出版。V3.X均基于IS634A，与V2.2相比增加了如下主要功能：引入了采用分组模式的A3、A

18、7接口；支持不同厂家BSC间的软切换；更多的OMC功能。3GPP2负责制订支持第三代CDMA移动通信CDMA-2000的IOS标准。3G-IOSV4.0已于1999年10月完成，它支持CDMA-2000的1XRTT。3G-IOS V4.0在CDGIOSV3.1的基础上增加了支持高速分组数据业务和支持Mobile IP业务等功能。3G-IOS V5.0由3GPP2于1999年12月完成并支持CDMA20003XRTT。网络接口标准的发展网络接口是网络子系统各功能实体之间以及与其他通信网络之间的接口的总称。相对于A接口来说，网络接口标准的制订过程比较简单。目前通用和网络接口标准主要为IS-41系列

19、，这套标准是由ANSI TIA授权LUCENT公司贝尔实验室制订的。IS-41系列标准在其发展过程中，主要产生了IS-41A、IS-41B、IS-41C、ANSI-41、IS-41D等几个版本。与IS41B有关的TSB文件有TSB41、TSB51、TSB56、TSB64、TSB65等，其中除TSB56之外，均已经在1996年修订并加入到IS-41C版本，使IS-41C成为一个相对完善的版本。不久之后，美国国家标准委员会接收其为正式的网络接口标准，成为ANSI-41标准。IS-41C由六部分组成：功能概述；切换消息流程；自动漫游消息流程；操作、管理和维护消息流程；信令实现程序。除了上述的协议标准

20、之外，还有一些标准主要用于完善CDMA移动通信网络的业务功能，如数据业务、计费、无线智能网WIN等方面的标准，共同构成了庞大的网络接口标准体系。数据业务类包括：IS-99，有关传真和异步数据业务的标准；IS-657，用于描述分组数据业务；IS-707，包括无线链路协议RLP、传真、异步数据及分组数据等各种业务(circuit switched data services)；IS-658，描述网络互通功能IWF；计费类标准主要是IS-124。无线智能网WIN的标准主要有：IS-771，无线智能网第一阶段的标准；PN4287，描述了基于无线智能网的预付费标准；PN4289，用于无线智能网第二阶段的

21、标准。中国CDMA标准的发展中国目前采用的CDMA标准主要是向美国标准靠拢，同时结合中国的实际情况。如空中接口在美国的标准中注重CDMA与AMPS双模兼容，而在中国则没有这种需求，因此其频率、基本频道的设置及IMSI等方面都需要进行修改；在A接口上，美国的标准兼容了多种制式，而在中国只需要其中的CDMA一种；同样网络接口IS-41系列标准也需要进行必要的修改。中国在1999年4月成立了中国无线通信标准研究组CWTS，其主要目的是加强中国的标准制订工作。CWTS下面分了五个工作组WG，其中WG1为IMT-2000工作组，WG2为GSM工作组，WG3为寻呼工作组，WG4为CDMA工作组，此外还有一

22、个知识产权组。CDMA工作组的主要任务就是制订适合中国具体情况的CDMA标准、反映网络运营者的要求、鼓励生产厂商参与标准化工作，加强中国对国际标准制订的影响力。到目前为止，WG4已拥有26个成员单位，成功地组织了多次标准化会议。按照WG4的工作计划，中国CDMA标准的制订主要分为三个阶段：第一阶段主要是建立起中国标准体系的基本框架。这一阶段主要以引进国际标准为主，如IS-95、IS634、IOS2.X、IS41等系列标准，并根据中国网络的具体情况进行相应的修改。主要包括：接口标准，空中接口、A接口、移动应用部分即网络接口；设备标准，基站、移动台和交换机；其他，ISUP等。目前第一阶段的工作已基

23、本完成。第二阶段的主要任务是在第一阶段工作成果的基础上，充分发挥已建立的基本框架功能，提供更多的功能和业务，可能包含的内容有：UIM、无线智能网、低速数据（14.4kb/s）、短消息及其他一些必要的业务。第三阶段是从2000年年底到2001年，面向第三代移动通信，积极开展预研，参考国际上已有的标准，如IS-95B、IS-2000、IS-2000A等，加强对分组数据网、无线智能网标准的研究，并积极介入国际标准的制订工作。在吸收和引进国外各项标准的同时，中国也正在积极开发满足中国电信网络的CDMA标准，并且已经向国际电信联盟递交了第三代移动通信技术规范TD-CDMA标准，该标准在1999年11月结

24、束的有关世界第三代移动通信标准制订会上被最终确定为第三代移动通信技术规范的系列标准之一。这是中国提出的电信技术标准第一次被国际电信联盟所采用。CDMA系统提供的电信业务从业务角度来看，CDMA系统从服务的角度出发，为用户提供了更加丰富、多样且应用灵活方便的业务。按照CDMA的规范，交换子系统应能向用户提供用户终端业务、承载业务、补充业务三类业务。用户终端业务是在用户终端协议互通基础上提供终端间信息传递能力的业务，该类业务包括电话业务、紧急呼叫业务、短消息业务和语音邮箱业务等。承载业务提供了在两个网络终端接口间的信息传递能力。移动终端MT控制无线信道使信息流成为终端设备TE能接受的信息。移动终端

25、MT作为PLMN一部分通过无线接口与PLMN内的其他实体互通。CDMA能陆续向用户提供120014400bit/s异步数据、120014400bit/s分组数据及交替语音乐会与120014400bit/s数据等承载业务。1 遇忙呼叫前转CFB遇忙呼叫前转业务指当用户忙时，允许用户将其来话转接到预先设置的电话或语音信箱。移动用户忙分为网络决定的忙和用户决定的忙。网络决定的忙是指由网络记录的用户状态为忙，如用户正在通话等；而用户决定的忙是指用户收到呼叫振铃通知、直接拒绝应答。2 无条件呼叫前转CFU无条件呼叫前转业务允许用户将它的所有来话转接到预先设置的电话或语音信箱。当执行这项业务后，在转送来话

26、时，用户手机上将收到提示音。3 无应答呼叫前转CFNA这项业务允许用户在下列情况下将其来话转接到预先设置的电话或语音信箱(1).系统寻呼MS失败或长时间振铃后用户没有应答(2).用户处于去活状态(3).系统不知道用户的当前位置(4).用户当前不可接入（如去活了呼叫转接业务或激活了免打扰业务1 隐含呼叫前转CFD这项业务允许用户在下列情况下将其来话转接到预先设置的电话或语音信箱(1).用户忙(2).系统寻呼MS失败或长时间振铃后用户没有应答(3).用户处于去活状态(4)系统不知道用户的当前位置(5)用户当前不可接入（如激活了免打扰业务）。从功能上看，这项业务相当于无应答呼叫前转和遇忙呼叫前转的功

27、能之和。5 主叫号码识别显示CNIP主叫号码识别显示属于被叫移动用户补充业务，当移动用户接收呼叫时，网络向用户提示主叫用户号码6 主叫号码识别限制CNIR主叫号码识别限制属于主叫移动用户补充业务，当移动用户作主叫时，不允许网络向被叫用户显示主叫号码。另外还有主叫号码识别限业务CNIROver，如果已向移动用户B提供CLIR业务，则当移动用户B呼叫用户C时，如果C有激活的CNIROver业务，则用户C能够显示移动用户B的MDN号码.7 呼叫等待CW呼叫等待业务是指当用户忙时，通知用户有新的来话，用户可以选择接受或拒绝来话。如果用户应答了新的来话，还可以在两个来话之间进行反复切换。呼叫等待业务必须

28、在呼叫保持激活的前提下才能实现.8 呼叫转移CT在两个用户通话过程中，其中一方用户可以将电话转移至第三方用户，同时该用户挂机，使另一方用户与第三方用户继续通话9 会议电话CC会议电话业务指允许多个用户之间进行通信。申请了这项业务的用户可以随时作为主控用户召开电话会议。主控用户可以通过逐个输入电话号码来增加参加会议的人员。10 免打扰DND激活这项业务后用户拒绝接入任何来话。同时，系统也不再向用户发送呼叫前转的通知音和消息等待通知音11 消息等待通知MWN消息等待通知业务指使用特定的提示音通知用户有语音信箱消息或短消息等待接收12 三方通话3WC三方通话业务指允许三个成员之间进行通信13 密码呼

29、叫接受PCA这项业务可使用户有选择地接入一些呼叫而拒绝另一些呼叫。激活这项业务后，系统在接续过程中将向主叫用户要求输入密码，系统在接收到正确的密码后才继续进行接续，否则将拒绝呼叫或将呼叫接续至语音信箱或设定的前转电话.14 选择呼叫接受SCA允许用户有选择地接入一些呼叫而拒绝其它呼叫。用户在激活这项业务的时候将允许接入的一组主叫号码输入系统。系统收到来话后，与预先设定的号码比较，如果不相同则拒绝接受或将呼叫前转到语音信箱设定的电话15 IN码拦截SPINI激活这项业务后，只有输入密码后才能进行特定的始呼或业务操作（如长途电话16 用户PIN码接入SPINA用户PIN码接入业务是一种防止手机失窃

30、的方法。激活这项业务以后，手机完全被锁住，不能进行任何始呼或业务操作。只有去活这项业务后才能继续使用该手机17 回语音信息VMR取回语音信息业务指从语音信箱系统中提取留言。在CDMA系统中，这一操作被定义为一项单独业务。考虑到移动用户经常使用自己的手机提取留言，因此规定了一种植简便的操作方法实现这个功能。ANS1664规定了两种方法，一是用户拨打自己的号码，二是用户拨打一个短号码。目前采用第二种方法.18 优选语言PL优选语言业务与网络服务有关。这项业务确定网络播送录音通知或发送短消息时使用的语言或码表19 用户群提示FA这项业务类似于固定电话的并机。当系统收到来话时，同时向多个终端（包括CD

31、MA手机、固定电话或其他制式的手机）振铃，当其中一个终端应答后，停止对其它终端振铃。这项业务包括单用户型和多用户型两种，它们的区别在于当一个终端忙时，单用户型即认为用户群忙，不再向其它终端振铃，而多用户型则继续向其它终端振铃20 移动接入寻线MAH当收到来话时，系统按照预先设定的次序依次向多个终端（可以包括CDMA手机、固定电话或其他制式的手机）振铃，直到用户在某个终端上应答为止。这项业务包括单用户型和多用户型两种。单用户型与多用户型的区别是：当一个终端忙时，单用户型即认为用户群忙，不再向其它终端振铃；而多用户型则继续向其它终端振铃随着CDMA系统的不断发展和商用化，它将向用户提供更加丰富，应

32、用更加灵活的业务CDMA存在的问题 （1）CDMA鉴权问题CDMA标准中已经详细规定了 CDMA鉴权的场合和需要的参数，但由于网络现状，许多系统目前不支持鉴权功能，许多手机既没有鉴权算法也无法输入。另外，在CDMA鉴权中起重要作用的A-KEY参数的管理也存在问题，即如何输入手机，如何进行管理。为了防止A-KEY的被盗，必须由尽量少的人处理，使用非常保密的系统，不能被任何人读取，在手机和鉴权中心（AC）中修改A-KEY必须以保密的方式进行，TIA已经建议了一种将A-KEY编入手机的程序，但目前还很难操作。A-KEY的输入与管理应由运营者按照一定规则进行，与用户无关，应尽快规范（2）CDMA国际漫

33、游问题CDMA技术起源于美国，目前北美均使用10位MIN码进行漫游，在这10位 MIN码中是不含移动国家码的，为了尽快实现CDMA的国际漫游，IFAST（International Forum on AMPS Standards Technology）将MIN码的第一位为0和1预留给国际，供美洲之外的其它CDMA运营者国际漫游时使用。这在IS41不支持IMSI之前（IS95和IS634是支持15位IMSI号码的），也不失为一个权宜之计，尤其是对于急切需要国际漫游的国家而言。但从长远来讲（也许仅是近一二年之内的事情），MIN码预留给国际的号码很少，再加上这些号码经过按国家的分配、国内各地区的分配

34、，号码利用率很低，很难满足CDMA的发展需要，况且使用MIN 进行国际漫游会带来许多额外的工作。因为最终国际漫游是要靠IMSI来实现的，到那时，所有签约漫游国家的数据就需要修改，各国国内GT翻译数据也需要修改，这就给CDMA的国际漫游带来很大困难。标准应该为运营做好技术上的准备，不应拖运营的后腿，阻碍技术的发展。因此所有 CDMA运营者应该统一认识，尽快督促厂家提供基于IMSI的产品，实现基于IMSI的CDMA国际漫游。窄带CDMA系统的基本原理CDMA的基本概念CDMA给每一用户分配一个唯一的码序列（扩频码），并用它对承载信息的信号进行编码。知道该码序列用户的接收机对收到的信号进行解码，并恢

35、复出原始数据，这是因为该用户码序列与其它用户冯序列的互相关是很小的。由于码序列的带宽远大于所承载信息的信号的带宽，编码过程扩展了信号的频谱，所以也称为扩频调制，其所产生的信号也称为扩频信号。CDMA通常也用扩频多址（SSMA）来表征。对所传信号频谱的扩展给予CDMA以多址能力。扩频调制技术必须满足两条基本要求：1 所传信号的带宽必须远大于信息的带宽；2 所产生的射频信号的带宽与所传信息无关。所传信号的带宽Bt与信息带宽Bi之比称为扩频系统的处理增益Gp Gp=BtBi。接收机采用相同的扩频码与收到的信号进行相关运算恢复出所携带的原始信息。由于扩频信号扩展了信号的频谱，所以它具有一系列不同于窄带

36、信号的性能：多址能力抗多径干扰的能力具有隐私性能抗人为干扰的能力具有低载获概率的性能具有抗窄带干扰的能力CDMA按照其采用的扩频调制方式的不同，可以分为直接序列扩频（DS）跳频扩频（FH）跳时扩频（TH）和复合式扩频，如图所示直接序列扩频（DS-SS）发射机和接收机的构成如下图所示扩频通信基础扩展频谱通信的定义扩频通信即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)，它与光纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。所谓扩展频谱通信，可简单表述如下：“扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展

37、是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据”。扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码(扩频序列：Spread Sequence)调制，实现频谱扩展后再传输；接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。这种通信方式与常规的窄道通信方式是有区别的：一是信息的频谱扩展后形成宽带传输；二是相关处理后恢复成窄带信息数据。正是由于这两大持点，使扩频通信有如下的优点：抗干扰、抗噪音、抗多径衰落、具有保密性、功率谱密度低，具有隐蔽性和低的截获概率、可多址复用和任意选址、高精度测量等。正是由于扩频通

38、信技术具有上述优点，自50年代中期美国军方便开始研究，一直为军事通信所独占，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。直到80年代初才被应用于民用通信领域。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。扩频通信的理论基础长期以来，人们总是想法使信号所占领谱尽量的窄，以充分利用十分宝贵的频谱资源。为什么要用这样宽频带的信号来传送信息呢? 简单的回答就是主要为了通信的安全可靠。扩频通信的基本特点，是传输信号所

39、占用的频带宽度(W)远大于原始信息本身实际所需的最小(有效)带宽(DF)，其比值称为处理增益GpGp = W/DF . (1)众所周知，任何信息的有效传输都需要一定的频率宽度，如话音为1.7 - 3.1kHz，电视图像则宽到数兆赫。为了充分利用有限的频率资源，增加通路数目，人们广泛选择不同调制方式，采用宽频信道(同轴电缆、微波和光纤等)，和压缩频带等措施，同时力求使传输的媒介中传输的信号占用尽量窄的带宽。因现今使用的电话、广播系统中，无论是采用调幅、调频或脉冲编码调制制式，Gp值一般都在十多倍范围内，统称为“窄带通信”。而扩频通信的Gp值，高达数百、上千，称为 “宽带通信”。扩频通信的可行性，

40、是从信息论和抗干扰理论的基本公式中引伸而来的。信息论中关于信息容量的仙农(Shannon)公式为：C WLog2(1十P/N) . (2)式中C - 信道容量(用传输速率度量)；W - 信号频带宽度；P - 信号功率；N - 白噪声功率。式(2)说明，在给定的传输速率C不变的条件下，频带宽度W和信噪比PN是可以互换的。即可通过增加频带宽度的方法，可在较低的信噪比PN(SN)情况下传输信息。扩展频谱换取信噪比要求的降低，正是扩频通信的重要特点，并由此为扩频通信的应用奠定了基础。扩频通信可行性的另一理论基础，为柯捷尔尼可夫关于信息传输差错概率的公式：Powj f(E/N。) . (3)式中Powj

41、 - 差错概率；E - 信号能量；N。- 噪声功率谱密度。因为信号功率 PET (T为信息持续时间)；噪声功率 NWN。 (W为信号频带宽度)；信息带宽 D FlT。则式(3)可化为Powj f(TW.P/N) = f(P/N.W/D F ) . (4)式(4)说明，对于一定带宽 DF的信息而言，用Gp值较大的宽带信号来传输，可以提高通信抗干扰能力，保证强干扰条件下，通信的安全可靠。亦即式(4)与式(2)一样，说明信噪比和带宽是可以互换的。总之，我们用信息带宽的100倍，甚至1000倍以上的宽带信号来传输信息，就是为了提高通信的抗干扰能力，即在强干扰条件下保证可靠安全地通信。这就是扩展频谱通信

42、的基本思想和理论依据。扩频通信的主要性能指标处理增益和抗干扰容限是扩频通信系统的两个重要性能指标。处理增益G也称扩频增益(Spreading Gain)它定义为频谱扩展前的信息带宽DF与频带扩展后的信号带宽W之比GWDF 在扩频通信系统中接收机作扩频解调后，只提取伪随机编码相关处理后的带宽为DF 的信息，而排除掉宽频带W中的外部干扰、噪音和其地用户的通信影响。因此，处理增益G反映了扩频通信系统信噪比改善的程度。抗干扰容限是指扩频通信系统能在多大干扰环境下正常工作的能力，定义为Mj = G (S/N)out + Ls其中Mj - 抗干扰容限；G - 处理增益；(SN)out - 信息数据被正确解

43、调而要求的最小输出信噪比；Ls - 接收系统的工作损耗。例如, 一个扩频系统的处理增益为35dB要求误码率小于l05的信息数据解调的最小的输出信噪比(S/N)out 10 dB，系统损耗Ls3dB，则干扰容限Mj 35 (10 3) 22dB。这说明，该系统能在干扰输入功率电平比扩频信号功率电平高22dB的范围内正常工作，也就是该系统能够在接收输入信噪比大于或等于22dB的环境下正常工作。扩频通信的工作原理及工作方式 扩频通信的一般工作原理如下图所示在发端输入的信息先经信息调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱。展宽后的信号再调制到射频发送出去。 在

44、接收端收到的宽带射频信号，变频至中频，然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩。再经信息解调、恢复成原始信息输出。由此可见，般的扩频通信系统都要进行三次调制和相应的解调。一次调制为信息调制，二次调制为扩频调制，三次调制为射频调制，以及相应的信息解调、解扩和射频解调与一般通信系统比较，扩频通信就是多了扩频调制和解扩部分。扩频通信的几种工作方式按照扩展频谱的方式不同，现有的扩频通信系统可以分为：直接序列(DS-Direct Scquency)扩频；跳频(FHFrequency Hopping)；跳时(THTime Hopping)；宽带线性调频(Chirp Modulation)和各种混合

45、方式。直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum)工作方式，简称直扩(DS)方式所谓直接序列(DS-Direct Scquency)扩频，就是直接用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱。而在收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息直扩系统的接收一般采用相关接收，分成两步，即解扩和解调。在接收端，接收信号经过放大混频后，用与发射端相同且同步的伪随机码对中频信号进行相关解扩，把扩频信号恢复成窄带信号，然后再解调，恢复原始信息序列。对于干扰和噪音，由于与伪随机码不相关，接收机的相关解扩相当于一次扩频，将干扰和噪音进行频谱扩展，降低

46、了进入频带内的干扰功率，同时使得解调器的输入信噪比和载干比提高，提高了系统的抗干扰能力。另外，采用不同PN码即不相关的接收机很难发现和解出扩频序列中的信息，由于不同构造的PN码之间相关性很低，码分多址CDMA就是采用同样原理区别不同的用户。对于直扩系统最好是先解扩再解调，因为无线信号在空间传输中会有很大的信号衰减。未解扩前的信噪比很低，信号甚至淹没在噪音中。一般解调器很难在很低的信噪比条件下正常解调，导致高误码。在性能上，先解扩再解调明显优于先解调后解扩。先解扩可以通过解扩过程获得扩频增益(扩展的频谱带宽与原始信息带宽之比)，提高接收信号信噪比。室外远程(2、3公里以上的)扩频通信必须采用这种

47、方式，以保证通信质量和可靠性。直扩系统的同步：直扩系统采用先解扩时，首先只有在完成伪随机码(PN码)的同步后才可能用同一码序列对扩频信号进行相关解扩。接收机本地PN码的速率和相位要与接收到的高速扩频序列保持一致。即使发射和接收端的相位差大于一个CHIP码片时，它们的相关性就不存在。解扩的第一步就是要在接收信号中捕获到一个与本地PN码一致的相位状态。扩频序列中的相位捕获一般采用匹配滤波器或相位搜索电路实现，接收机在搜索同步过程，通过改变本地PN码的时钟速率，使接收信号中的PN码相位和本地PN码相位在相关器内相对滑动。滑动过程中，当相关峰值超过捕获门限，标志完成同步捕获，此时收发双方的PN码的相位

48、误差已经小于一个切普码宽(Tc)。捕获进入跟踪状态，相位差进一步缩小，相关性增大，获得高的解扩信号信噪比，满足以后的解调门限的要求。直扩技术中还有一种更高级的接收技术，叫RAKE接收技术。RAKE接收技术可以实现多径分集。由于大气状况、地理位置等各种组合因素影响，信号在空间的传输与只有直射波有很大不同，信号经过多条路径(直射、反射、折射、大气波导)经过不同时延到达接收端，各个信号到达的时间不同、相位不一致，造成最终信号的幅度相互抵消，引起信号大幅度衰落。先解扩后解调的直扩系统具备了抗多径的能力，在时间上将主通道(最大峰值)上的相关峰分离出来。从而降低多径干扰。而RAKE接收技术实现多径分集技术

49、，可以将接收的各个多径信号组合起来，获得加权增益，转化为合成的信号，达到更高的抗衰落性能。跳变频率(Frequency Hopping)工作方式，简称跳频(FH)方式另外一种扩展信号频谱的方式称为跳频(FHFrequency Hopping)。所谓跳频，比较确切的意思是：用一定码序列进行选择的多频率频移键控。也就是说，用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变，所以称为跳频。简单的频移键控如2FSK，只有两个频率，分别代表传号和空号。而跳频系统则有几个、几十个、甚至上干个频率、由所传信息与扩频码的组合去进行选择控制，不断跳变。跳频(Frequency Hopping)技术与直序扩频技

50、术完全不同，是另外一种意义上的扩频。跳频的载频受一个伪随机码的控制，在其工作带宽范围内，其频率合成器按PN码的随机规律不断改变频率。在接收端，接收机的频率合成器受伪随机码控制，并保持与发射端变化规律相同。跳频是载波频率在一定范围内不断跳变意义上的扩频，而不是对被传送信息进行扩谱，不会得到直序扩频的处理增益。跳频相当于瞬时的窄带通信系统，基本等同于常规通信系统，由于不能抗多径，同时发射效率低，同样发射功率的跳频系统在有效传输距离上小于直扩系统。跳频的优点是抗干扰，定频干扰只会干扰部分频点。用于语音信息的传输，当定频干扰只占一部分时不会对语音通信造成很大的影响。跳速的高低直接反映跳频系统的性能，跳

51、速越高抗干扰的性能越好，军事上的跳频系统可以达到每秒上万跳。实际上移动通信GSM系统也是跳频系统，其规定的跳速为每秒217跳。出于成本的考虑，商用跳频系统跳速都较慢，一般在50跳/秒以下。由于慢跳跳频系统可以简单地实现，因此低速无线局域网产品常常采用这种技术。下图为跳频的原理示意图。发端信息码序列与扩频码序列组合以后按照不同的码字去控制频率合成器。从图中可以看出在频域上输出频谱在一宽频带内所选择的某些频率随机地跳变。在收端，为了解跳跳频信号，需要有与发端完全相同的本地扩频码发生去控制本地频率合成器，使其输出的跳频信号能在混频器中与接收信号差频出固定的中频信号，然后经中频带通滤波器及信息解调器输

52、出恢复的信息。总之，跳频系统占用了比信息带宽要宽得多的频带跳变时间(Time Hopping)工作方式，简称跳时(TH)方式与跳频相似，跳时(THTime Hopping)是使发射信号在时间轴上跳变。首先把时间轴分成许多时片。在一帧内哪个时片发射信号由扩频码序列去进行控制。可以把跳时理解为：用一定码序列进行选择的多时片的时移键控。由于采用了窄得很多的时片去发送信号，相对说来，信号的频谱也就展宽了。下图是跳时系统的原理方框图。在发端，输入的数据先存储起来，由扩频码发生器的扩频码序列去控制通断开关，经二相或四相调制后再经射频调制后发射。在收端，由射频接收机输出的中频信号经本地产生的与发端相同的扩频

53、码序列控制通断开关，再经二相或四相解调器，送到数据存储器和再定时后输出数据。只要收发两端在时间上严格同步进行，就能正确地恢复原始数据。存储器通-断开关二相或四相调制信息扩频码发生器通断开关扩频码发生器二相或四相解调存储器再定时信息 跳时也可以看成是一种时分系统，所不的地方在于它不是在一帧中固定分配一定位置的时片，而是由扩频码序列控制的按一定规律跳变位置的时片。跳时系统的处理增益等于一帧中所分的时片数。由于简单的跳时抗于拢性不强，很少单独使用。跳时通常都与其他方式结合使用，组成各种混合方式。宽带线性调频(Chirp Modulation)工作方式，简称Chirp方式如果发射的射频脉冲信号在一个周

54、期内，其载频的频率作线性变化，则称为线性调频。因为其频率在较宽的领带内变化，信号的频带也被展宽了。这种扩频调制方式主要用在雷达中，但在通信中也有应用。下图是线性调频的示意图。发端有一锯齿波去调制压控振荡器，从而产生线性调频脉冲。它和扫频信号发生器产生的信号一样。在收端，线性调频脉冲由匹配滤波器对其进行压缩，把能量集中在一个很短的时间内输出，从而提高了信噪比，获得了处理增益。匹配滤波器可采用色散延迟线，它是一个存储和累加器件。其作用机理是对不同频率的延迟时间不一样。如果使脉冲前后两端的频率经不同的延迟后一同输出，则匹配滤波器起到了脉冲压缩和能量集中的作用。匹配滤波器输出信噪比的改善是脉冲宽度与调频频偏乘积的函数。一般，线性调频在通信中很少应用。各种混合方式在上述几种基本的扩频方式的基础上，可以组合起来，构成各种混合方式。例如DSFH、DSTH、DSFHTH等等。一般说来，采用混合方式看起来在技术上要复杂一些，实现起来也要困难一些。但是，不同方式结合起来的优点是有时能得到只用其中一种方式得不到的特性。例如DSFH系统，就是一种中心频率在某一领带内跳变的直接序列扩频系统。由图可见，一个DS扩频信号在一个更宽的频带范围内进行跳变。DS/FH系统的处理增益