CDMA通信技术的原理及其与TDMA、FDMA的比较

    刘培珍　柯友爱

    

    

    

    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：

    s（t）=m（t）c（t） （公式1）

    接收端接收到的信号r（t），不仅包含有发射端发送信号s（t），还有各种噪声信号成分n（t）。于是有r（t）表示如下：

    r（t）=s（t）+n（t） （公式2）

    首先经过解扩，与扩频码发生器生成的同步高速伪随机序列c*（t）进行相关检测，根据扩频码特征有：

    c*（t）×c（t）=1 （公式3）

    当同步随机序列c*（t）对接收到的信号r（t）进行解扩后，得到信号g（t）：

    g（t）=r（t）c*（t）=m（t）+n（t）c*（t） （公式4）

    扩频码c*（t）是伪随机序列，因为扩频码c*（t）是伪随机序列，具有扩展信号带宽的功能，从上面公式可以看出，接收信号中的噪声信号n（t）的频谱被c*（t）展宽，扩散了干扰信号的功率，提高了抗干扰能力，而信息码m（t）得到恢复。

    在实际使用中，由于基本的PN码序列互相关性都不太好，因此，常常选用自相关性好的PN码作为扩频码，如m序列，而另外选择互相关性好的编码作为地址码，如Walsh码。

    3 CDMA与FDMA、TDMA比较

    FDMA为频分多址技术，通过把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道分配给不同的设备，由于各设备占用不同的频率，即采用不同的载波频率，接收时通过滤波器选取特定频段的信号并抑制无用干扰，从而接收到正确信号。

    TDMA为时分多址技术，其是把时间分割成周期性的帧，每一个帧再分割成若干个时隙，在满足定时和同步的条件下，发送端发出的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各接收端只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来而不混扰。

    CDMA与FDMA相比，两者在接收时都是通过特定的方式接收特定的信号，前者是通过特定码型做相关运算，后者则是通过特定滤波器选取相应的频段。两者也有许多不同之处：第一，CDMA是利用不同的地址码来区分用户；而FDMA是利用载波的不同频率来区分用户的。第二，CDMA可以在同一个频率上传输多个用户数据，系统容量较大；而FDMA对于太多用户会显得频率资源缺乏，这样系统的容量也会大大减少。第三，FDMA是在信道提供带宽大于信号带宽的情况下，为了提高频带利用率而提出的；而CDMA则是在频率资源稀有的情况下，为了提高同频率，同空间的利用率而提出的，实现了频谱的扩展。第四，CDMA在扩频的过程中提高了信号的抗干扰能力，而FDMA则没有[1]。

    TDMA与CDMA相比，无论什么时候，通道上只能是一个设备在占用，其他的设备均被切断，待指定的使用时间间隔一到，则切换到下一个设备上去。具有通信口号质量高，保密较好，系统容量较大等优点，但它必须有精确的定时和同步信号以保证正常通信，技术上比较复杂。CDMA是码分多址无线接入系统，允许所有的使用者同时使用全部频带，通过加密的方式来区分不同的用户信号而不用像TDMA这样轮流使用一个公共通道，并且把其他使用者发出的信号视为干扰，完全不必考虑到信号碰撞的问题。由于是通过加密来区分这一传输特性，所以，CDMA网络比TDMA网络的保密性要好的多[2]。

    三者比较图标如图2，表1所示。

    [参考文献]

    [1]聂景楠.多址通信及其接入控制技术[M].现代通信网络技术丛书.北京：人民邮电出版社，2006.

    [2]樊昌信，曹丽娜.通信原理[M].6版.北京：国防工业出版社，2007.