CDMA通信技術(shù)的原理及其與TDMA、FDMA的比較

劉培珍　柯友愛

摘 要：碼分多址技術(shù)至產(chǎn)生以來，在通信中的地位非常重要。碼分多址系統(tǒng)采用多路方式，即多路信號只占用一條信道，提高了帶寬使用率；同時，在接收過程中，多用戶充當(dāng)干擾噪聲，提高的信號的保密性，利于信號隱蔽；另外，系統(tǒng)容量大，抗干擾性強(qiáng)等諸多優(yōu)勢使得CDMA在現(xiàn)代通信中有廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：CDMA技術(shù)；TDMA技術(shù)；FDMA技術(shù)

1 CDMA技術(shù)簡介

CDMA技術(shù)是在擴(kuò)頻通信技術(shù)上發(fā)展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術(shù)，也稱為碼分多址技術(shù)。CDMA技術(shù)的原理是將需傳送的具有一定信號帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個帶寬遠(yuǎn)大于信號帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號作相關(guān)處理，把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。

CDMA通信系統(tǒng)中，不同用戶傳輸信息所用的信號不是靠頻率不同或時隙不同來區(qū)分，而是用各自不同的編碼序列來區(qū)分，或者說，靠信號的不同波形來區(qū)分。如果從頻域或時域來觀察，多個CDMA信號是互相重疊的。接收機(jī)用相關(guān)器可以在多個CDMA信號中選出其中使用預(yù)定碼型的信號。其它使用不同碼型的信號因?yàn)楹徒邮諜C(jī)本地產(chǎn)生的碼型不同而不能被解調(diào)。它們的存在類似于在信道中引入了噪聲和干擾，通常稱之為多址干擾[1]。

2 CDMA原理

一種典型的CDMA通信系統(tǒng)，如圖1所示。圖中偽隨機(jī)碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼（PN碼）對信息碼進(jìn)行調(diào)制，一般是進(jìn)行模2加或相乘運(yùn)算，就得到已擴(kuò)頻調(diào)制的射頻信號。接收端解擴(kuò)的過程與擴(kuò)頻過程相同，用本地的偽隨機(jī)序列對接收信號進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)后進(jìn)行解調(diào)。

原始信號m（t）進(jìn)行CDMA編碼調(diào)制，設(shè)調(diào)制碼發(fā)生器輸出的高速率偽隨機(jī)序列為c（t），經(jīng)過CDMA編碼調(diào)制后得到的信號s（t）表示為：

s（t）=m（t）c（t） （公式1）

接收端接收到的信號r（t），不僅包含有發(fā)射端發(fā)送信號s（t），還有各種噪聲信號成分n（t）。于是有r（t）表示如下：

r（t）=s（t）+n（t） （公式2）

首先經(jīng)過解擴(kuò)，與擴(kuò)頻碼發(fā)生器生成的同步高速偽隨機(jī)序列c*（t）進(jìn)行相關(guān)檢測，根據(jù)擴(kuò)頻碼特征有：

c*（t）×c（t）=1 （公式3）

當(dāng)同步隨機(jī)序列c*（t）對接收到的信號r（t）進(jìn)行解擴(kuò)后，得到信號g（t）：

g（t）=r（t）c*（t）=m（t）+n（t）c*（t） （公式4）

擴(kuò)頻碼c*（t）是偽隨機(jī)序列，因?yàn)閿U(kuò)頻碼c*（t）是偽隨機(jī)序列，具有擴(kuò)展信號帶寬的功能，從上面公式可以看出，接收信號中的噪聲信號n（t）的頻譜被c*（t）展寬，擴(kuò)散了干擾信號的功率，提高了抗干擾能力，而信息碼m（t）得到恢復(fù)。

在實(shí)際使用中，由于基本的PN碼序列互相關(guān)性都不太好，因此，常常選用自相關(guān)性好的PN碼作為擴(kuò)頻碼，如m序列，而另外選擇互相關(guān)性好的編碼作為地址碼，如Walsh碼。

3 CDMA與FDMA、TDMA比較

FDMA為頻分多址技術(shù)，通過把通信系統(tǒng)的總頻段劃分成若干個等間隔的頻道分配給不同的設(shè)備，由于各設(shè)備占用不同的頻率，即采用不同的載波頻率，接收時通過濾波器選取特定頻段的信號并抑制無用干擾，從而接收到正確信號。

TDMA為時分多址技術(shù)，其是把時間分割成周期性的幀，每一個幀再分割成若干個時隙，在滿足定時和同步的條件下，發(fā)送端發(fā)出的信號都按順序安排在預(yù)定的時隙中傳輸，各接收端只要在指定的時隙內(nèi)接收，就能在合路的信號中把發(fā)給它的信號區(qū)分并接收下來而不混擾。

CDMA與FDMA相比，兩者在接收時都是通過特定的方式接收特定的信號，前者是通過特定碼型做相關(guān)運(yùn)算，后者則是通過特定濾波器選取相應(yīng)的頻段。兩者也有許多不同之處：第一，CDMA是利用不同的地址碼來區(qū)分用戶；而FDMA是利用載波的不同頻率來區(qū)分用戶的。第二，CDMA可以在同一個頻率上傳輸多個用戶數(shù)據(jù)，系統(tǒng)容量較大；而FDMA對于太多用戶會顯得頻率資源缺乏，這樣系統(tǒng)的容量也會大大減少。第三，F(xiàn)DMA是在信道提供帶寬大于信號帶寬的情況下，為了提高頻帶利用率而提出的；而CDMA則是在頻率資源稀有的情況下，為了提高同頻率，同空間的利用率而提出的，實(shí)現(xiàn)了頻譜的擴(kuò)展。第四，CDMA在擴(kuò)頻的過程中提高了信號的抗干擾能力，而FDMA則沒有[1]。

TDMA與CDMA相比，無論什么時候，通道上只能是一個設(shè)備在占用，其他的設(shè)備均被切斷，待指定的使用時間間隔一到，則切換到下一個設(shè)備上去。具有通信口號質(zhì)量高，保密較好，系統(tǒng)容量較大等優(yōu)點(diǎn)，但它必須有精確的定時和同步信號以保證正常通信，技術(shù)上比較復(fù)雜。CDMA是碼分多址無線接入系統(tǒng)，允許所有的使用者同時使用全部頻帶，通過加密的方式來區(qū)分不同的用戶信號而不用像TDMA這樣輪流使用一個公共通道，并且把其他使用者發(fā)出的信號視為干擾，完全不必考慮到信號碰撞的問題。由于是通過加密來區(qū)分這一傳輸特性，所以，CDMA網(wǎng)絡(luò)比TDMA網(wǎng)絡(luò)的保密性要好的多[2]。

三者比較圖標(biāo)如圖2，表1所示。

[參考文獻(xiàn)]

[1]聶景楠.多址通信及其接入控制技術(shù)[M].現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)叢書.北京：人民郵電出版社，2006.

[2]樊昌信，曹麗娜.通信原理[M].6版.北京：國防工業(yè)出版社，2007.