百科解釋
目錄·ＣＤＭＡ專業(yè)定義·ＣＤＭＡ技術背景·ＣＤＭＡ技術標準·ＣＤＭＡ所具優(yōu)勢·ＣＤＭＡ技術持點·移動通訊技術分類·關于GSM與CDMA手機輻射問題 ＣＤＭＡ專業(yè)定義 CDMA是碼分多址的英文縮寫(Code Division Multiple Access)，它是在數字技術的分支--擴頻通信技術上發(fā)展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術。CDMA技術的原理是基于擴頻技術，即將需傳送的具有一定信號帶寬信息數據，用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調制，使原數據信號的帶寬被擴展，再經載波調制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機碼，與接收的帶寬信號作相關處理，把寬帶信號換成原信息數據的窄帶信號即解擴，以實現信息通信。 不同用戶傳輸信息所用的信號不是依據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。如果從頻域或時域來觀察，多個CDMA信號是互相重疊的，接收機用相關器可以在多個CDMA信號中檢出其中使用預定碼型的信號，其它使用不同碼型的信號因為和接收機本地產生的碼型不同而不能被解調。 CDMA的基本技術之一是擴頻，因此這一多址技術具有很強的保密性，并早在第二次世界大戰(zhàn)期間就在軍事通信和電子對抗中予以采用，60年代以后又在軍用衛(wèi)星通訊中采用。20世紀90年代第二代（2G）CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)問世，其較TDMA之優(yōu)點已見端倪，在系統(tǒng)容量、通信質量和保密性方面均有優(yōu)于TDMA之處，ITU推出的IMT-2000（3G）標準及之后批準的幾個3G標準均系采用CDMA多址方式。 CDMA最早由美國高通公司推出，與GSM相同，CDMA也有2代、2.5代和3代技術。 ＣＤＭＡ技術背景 CDMA技術的出現源自于人類對更高質量無線通信的需求。第二次世界大戰(zhàn)期間因戰(zhàn)爭的需要而研究開發(fā)出CDMA技術，其思想初衷是防止敵方對己方通訊的干擾，在戰(zhàn)爭期間廣泛應用于軍事抗干擾通信，后來由美國高通公司更新成為商用蜂窩電信技術。1995年，第一個CDMA商用系統(tǒng)運行之后，CDMA技術理論上的諸多優(yōu)勢在實踐中得到了檢驗，從而在北美、南美和亞洲等地得到了迅速推廣和應用。全球許多國家和地區(qū)，包括中國香港、韓國、日本、美國都已建有CDMA商用網絡。在美國和日本，CDMA成為國內的主要移動通信技術。在美國，10個移動通信運營公司中有7家選用CDMA。到今年4月，韓國有60%的人口成為CDMA用戶。在澳大利亞主辦的第28屆奧運會中，CDMA技術更是發(fā)揮了重要作用。 ＣＤＭＡ技術標準 CDMA技術的標準化經歷了幾個階段。IS-95是cdmaONE系列標準中最先發(fā)布的標準，真正在全球得到廣泛應用的第一個CDMA標準是IS-95A，這一標準支持8K編碼話音服務。其后又分別出版了13K話音編碼器的TSB74標準，支持1.9GHz的CDMA PCS系統(tǒng)的STD-008標準，其中13K編碼話音服務質量已非常接近有線電話的話音質量。隨著移動通信對數據業(yè)務需求的增長，1998年2月，美國高通公司宣布將IS-95B標準用于CDMA基礎平臺上。IS-95B可提供CDMA系統(tǒng)性能，并增加用戶移動通信設備的數據流量，提供對64kbps數據業(yè)務的支持。其后，cdma2000成為窄帶CDMA系統(tǒng)向第三代系統(tǒng)過渡的標準。cdma2000在標準研究的前期，提出了1X和3X的發(fā)展策略，但隨后的研究表明，1X和1X增強型技術代表了未來發(fā)展方向。 CDMA技術的標準化，推進了這項技術在世界范圍的應用。目前，在美國、韓國、日本等國家，CDMA技術已獲得了較大規(guī)模的應用。在一些歐洲國家，一些運營商也建起了CDMA網絡。據CDG(世界CDMA發(fā)展集團)統(tǒng)計，1996年底CDMA用戶僅為100萬；到1998年3月已迅速增長到1000萬；截至1999年9月，用戶數量已超過4000萬。2000年初全球CDMA移動電話用戶的總數已突破5000萬，在一年內用戶數量增長率達到118%。CDG表示，目前亞洲已經成為CDMA市場增長的主要動力，亞洲地區(qū)CDMA用戶數量比一年前增長88%，達到2800萬。美國地區(qū)的增長率更是高達143%，達到1650萬，但用戶絕對數量要低于亞洲，在亞太地區(qū)，中國香港、日本、韓國、澳大利亞、泰國、印度、菲律賓、新西蘭、孟加拉國等許多國家和地區(qū)都已建有CDMA商用網絡，用戶數量已超過2100萬戶。增長率位于第三的是中美洲和南美洲，CDMA用戶數量達到500萬。CDG還表示，今后全球CDMA市場中，中國大陸地區(qū)的增長潛力最大，估計2003年中國大陸市場的用戶數量可以達到4000萬。 CDMA是移動通信技術的發(fā)展方向。在2G階段，CDMA增強型IS95A與GSM在技術體制上處于同一代產品，提供大致相同的業(yè)務。但CDMA技術有其獨到之處，在通話質量好、掉話少、低輻射、健康環(huán)保等方面具有顯著特色。在2.5G階段，CDMA2000 1X RTT 與GPRS在技術上已有明顯不同，在傳輸速率上1X RTT高于GPRS，在新業(yè)務承載上1X RTT比GPRS成熟，可提供更多的中高速率的新業(yè)務。從2.5G向3G技術體制過渡上， CDMA2000 1.X向CDMA20003.X過渡比GPRS向WCDMA過渡更為平滑。 ＣＤＭＡ所具優(yōu)勢(1) 系統(tǒng)容量大 理論上，在使用相同頻率資源的情況下，CDMA移動網比模擬網容量大20倍，實際使用中比模擬網大10倍，比GSM要大4-5倍。 (2) 系統(tǒng)容量的配置靈活 在CDMA系統(tǒng)中，用戶數的增加相當于背景噪聲的增加，造成話音質量的下降。但對用戶數并無限制，操作者可在容量和話音質量之間折衷考慮。另外，多小區(qū)之間可根據話務量和干擾情況自動均衡。 這一特點與CDMA的機理有關。CDMA是一個自擾系統(tǒng)，所有移動用戶都占用相同帶寬和頻率，打個比方，將帶寬想像成一個大房子，所有的人將進入惟一的大房子。如果他們使用完全不同的語言，他們就可以清楚地聽到同伴的聲音而只受到一些來自別人談話的干擾。在這里，屋里的空氣可以被想像成寬帶的載波，而不同的語言即被當作編碼，我們可以不斷地增加用戶直到整個背景噪音限制住了我們。如果能控制住用戶的信號強度，在保持高質量通話的同時，我們就可以容納更多的用戶。 (3) 通話質量更佳 TDMA的信道結構最多只能支持4Kb的語音編碼器，它不能支持8Kb以上的語音編碼器。而CDMA的結構可以支持13kb的語音編碼器。因此可以提供更好的通話質量。CDMA系統(tǒng)的聲碼器可以動態(tài)地調整數據傳輸速率，并根據適當的門限值選擇不同的電平級發(fā)射。同時門限值根據背景噪聲的改變而變，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量。另外，TDMA采用一種硬移交的方式，用戶可以明顯地感覺到通話的間斷，在用戶密集、基站密集的城市中，這種間斷就尤為明顯，因為在這樣的地區(qū)每分鐘會發(fā)生2至4次移交的情形。而CDMA系統(tǒng)“掉話”的現象明顯減少，CDMA系統(tǒng)采用軟切換技術，“先連接再斷開”，這樣完全克服了硬切換容易掉話的缺點。 (4) 頻率規(guī)劃簡單 用戶按不同的序列碼區(qū)分，所以不相同CDMA載波可在相鄰的小區(qū)內使用，網絡規(guī)劃靈活，擴展簡單。 (5)建網成本低 CDMA技術通過在每個蜂窩的每個部分使用相同的頻率，簡化了整個系統(tǒng)的規(guī)劃，在不降低話務量的情況下減少所需站點的數量從而降低部署和操作成本。CDMA網絡覆蓋范圍大，系統(tǒng)容量高，所需基站少，降低了建網成本。 CDMA數字移動技術與現在眾所周知的GSM數字移動系統(tǒng)不同。模擬技術被稱為第一代移動電話技術，GSM是第二代，CDMA是屬于移動通訊第二代半技術，比GSM更先進。 ＣＤＭＡ技術持點1．CDMA是擴頻通信的一種，他具有擴頻通信的以下特點： （1）抗干擾能力強。這是擴頻通信的基本特點，是所有通信方式無法比擬的。 （2）寬帶傳輸，抗衰落能力強。 （3）由于采用寬帶傳輸，在信道中傳輸的有用信號的功率比干擾信號的功率低得多，因此信號好像隱蔽在噪聲中；即功率話密度比較低，有利于信號隱蔽。 （4）利用擴頻碼的相關性來獲取用戶的信息，抗截獲的能力強。 （5）多個用戶同時接收,同時發(fā)送. 2．在擴頻CDMA通信系統(tǒng)中，由于采用了新的關鍵技術而具有一些新的特點： （1）采用了多種分集方式。除了傳統(tǒng)的空間分集外。由于是寬帶傳輸起到了頻率分集的作用，同時在基站和移動臺采用了RAKE接收機技術，相當于時間分集的作用。 （2）采用了話音激活技術和扇區(qū)化技術。因為CDMA系統(tǒng)的容量直接與所受的干擾有關，采用話音激活和扇區(qū)化技術可以減少干擾，可以使整個系統(tǒng)的容量增大。 （3）采用了移動臺輔助的軟切換。通過它可以實現無縫切換，保證了通話的連續(xù)性，減少了掉話的可能性。處于切換區(qū)域的移動臺通過分集接收多個基站的信號，可以減低自身的發(fā)射功率，從而減少了對周圍基站的干擾，這樣有利于提高反向聯(lián)路的容量和覆蓋范圍。 （4）采用了功率控制技術，這樣降低了平準發(fā)射功率。 （5）具有軟容量特性�？梢栽谠拕樟扛叻迤谕ㄟ^提高誤幀率來增加可以用的信道數。當相鄰小區(qū)的負荷一輕一重時，負荷重的小區(qū)可以通過減少導頻的發(fā)射功率，使本小區(qū)的邊緣用戶由于導頻強度的不足而切換到相臨小區(qū)，使負擔分擔。 （6）兼容性好。由于CDMA的帶寬很大，功率分布在廣闊的頻譜上，功率話密度低，對窄帶模擬系統(tǒng)的干擾小，因此兩者可以共存。即兼容性好。 （7）COMA的頻率利用率高，不需頻率規(guī)劃，這也是CDMA的特點之一。 （8）CDMA高效率的OCELP話音編碼。話音編碼技術是數字通信中的一個重要課題。OCELP是利用碼表矢量量化差值的信號，并根據語音激活的程度產生一個輸出速率可變的信號。這種編五馬方式被認為是目前效率最高的編碼技術，在保證有較好話音質量的前提下，大大提高了系統(tǒng)的容量。這種聲碼器具有8kbit／S和13kbit／S兩種速率的序列。8kbit／S序列從1.2kbit／s到9.6kbit／s可變，13kbit／S序列則從1.8kbt／s到14.4kbt／S可變。最近，又有一種8kbit／sEVRC型編碼器問世，也具有8kbit／s聲碼器容量大的特點，話音質量也有了明顯的提高。 移動通訊技術分類 移動通信系統(tǒng)有多種分類方法。例如按信號性質分，可分為模擬、數字；按調制方式分，可分為調頻、調相、調幅；按多址連接方式分，可分為： 頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)。 目前中國聯(lián)通、中國移動所使用的GSM移動電話網采用的便是FDMA和TDMA兩種方式的結合。GSM比模擬移動電話有很大的優(yōu)勢，但是，在頻譜效率上僅是模擬系統(tǒng)的3倍，容量有限；在話音質量上也很難達到有線電話水平；TDMA終端接入速率最高也只能達到9.6kbit/s；TDMA系統(tǒng)無軟切換功能，因而容易掉話，影響服務質量。因此，TDMA并不是現代蜂窩移動通信的最佳無線接入，而CDMA多址技術完全適合現代移動通信網所要求的大容量、高質量、綜合業(yè)務、軟切換等，正受到越來越多的運營商和用戶的青睞。 目前，中國聯(lián)通擁有了CDMA業(yè)務。 關于GSM與CDMA手機輻射問題 眾所周知，由于CDMA (IS-95) 系統(tǒng)中采用快速的反向功率控制、軟切換、語音激活等技術，以及IS-95規(guī)范對手機最大發(fā)射功率的限制，使CDMA手機在通信過程中輻射功率很小而享有"綠色手機"的美譽。但最近有一些報導對"綠色手機"提出了質疑，認為GSM手機與CDMA手機輻射相當，其基本 觀點是GSM手機只有八分之一的時間產生輻射，因此GSM手機與CDMA手機的SAR值 (人體單位質量吸收的射頻功率) 大體相當。 究竟GSM手機和CDMA手機輻射功率誰大誰小或相差多少，為得出實際的客觀的比較結果，由一家國際著名的CDMA技術權威公司和國內某知名的GSM網絡優(yōu)化公司工程技術人員于2001年12月上旬沿北京市二環(huán)路全線進行了CDMA和GSM現網中手機發(fā)射功率的測試。測試結果表明，在二環(huán)路上CDMA手機平均發(fā)射功率為2.4 dBm(1.72mW), GSM手機平均發(fā)射功率為28.9dBm(773 mW)，考慮到GSM手機只在八分之一時間內發(fā)射，GSM 手機在時間上的等效平均發(fā)射功率可減少到19.85dBm(96.63mW)。由此而見，CDMA手機的平均發(fā)射功率相當于GSM手機在時間上的等效平均發(fā)射功率的1.78%。 一、CDMA和GSM系統(tǒng)對手機發(fā)射功率要求比較 我們先來了解一下CDMA和GSM相關技術規(guī)范對手機發(fā)射功率的要求。目前普遍使用的GSM手機900MHz頻段最大發(fā)射功率為2W (33dBm)，1800MHz頻段最大發(fā)射功率為1W(30dBm)，同時規(guī)范要求，對于GSM900和1800頻段，通信過程中手機最小發(fā)射功率分別不能低于5dBm和0dBm。CDMA IS-95A規(guī)范對手機最大發(fā)射功率要求為0.2W～1W(23dBm～30dBm)，目前網絡實際上允許手機的最大發(fā)射功率為23dBm (0.2W)，規(guī)范對CDMA手機最小發(fā)射功率沒有要求。 在實際通信過程中，在某個時刻某個地點，手機的實際發(fā)射功率取決于環(huán)境，系統(tǒng)對通信質量的要求,語音激活等諸多因素, 實際上就是取決于系統(tǒng)的鏈路預算。在通常的網絡設計和規(guī)劃中, 對于基本相同的誤幀率要求, GSM系統(tǒng)要求到達基站的手機信號的載干比通常為9dB左右，由于CDMA系統(tǒng)采用擴頻技術, 擴頻增益對全速率編碼的增益為21dB, (對其他低速率編碼的增益更大), 所以對解擴前信號的等效載干比的要求小于 -14dB! (CDMA系統(tǒng)通常要解擴后信號的值為7dB左右)。 我們再來比較一下GSM和CDMA手機發(fā)射功率的初始值的取定及功率控制機制。手機與系統(tǒng)的通信可分為兩個階段，一是接入階段，二是話務通信階段。對于GSM系統(tǒng)，手機在隨機接入階段沒有進入專用模式以前，是沒有功率控制的，為保證接入成功，手機以系統(tǒng)允許的最大功率發(fā)射 (通常是手機的最大發(fā)射功率)。在分配專用信道(SDCCH或TCH)后，手機會根據基站的指令調整手機的發(fā)射功率，調整的步長通常為2dB。調整的頻率為60ms一次。 對于CDMA系統(tǒng)，在隨機接入狀態(tài)下，手機會根據接收到的基站信號電平估計一個較小的值作為手機的初始發(fā)射功率, 發(fā)送第一個Access Probe，如果在規(guī)定的時間內沒有得到基站的應答信息，手機會加大發(fā)射功率，發(fā)送第二個Access Probe，如果在規(guī)定時間內還沒有得到基站的應答信息，手機會再加大發(fā)射功率。這個過程重復下去，直到收到基站的應答或者到達設定的最多嘗試次數為止。在通話狀態(tài)下，每1.25ms 基站會向手機發(fā)送一個功率控制命令信息，命令手機增大或減少發(fā)射功率, 步長為1dB。 由上面的比較可以看出，考慮到CDMA系統(tǒng)其他獨有的技術, 如軟切換、 RAKE接收機對多徑的分集作用、強有力的前向糾錯算法對上行鏈路預算的改善等, CDMA系統(tǒng)對手機的發(fā)射功率的要求比GSM系統(tǒng)對手機發(fā)射功的要求要小得多。而GSM手機在接入過程中以最大的功率發(fā)射，在通話過程中功率控制速度較慢，所以手機以大功率發(fā)射的機率較大。而CDMA手機獨特的隨機接入機制和快速的反向功率控制，可以使手機平均發(fā)射功率維持在一個較低的水平。上述的定性分析結論在后面的實際測量中得到了驗證。 二、路測試驗描述和結果分析 路測實驗進行了CDMA和GSM手機在實際通信過程中發(fā)射功率的測試。CDMA測試手機和GSM測試手機同時拔打1861, 汽車內收音機調整到適當音量，模擬雙向通話。車速40km左右。GSM手機每480ms抽樣一次，CDMA手機每20ms抽樣一次。試驗測得的結果是： CDMA手機的線性平均發(fā)射功率為2.4dBm (1.72 mW),以最大功率 (23dBm, 0.2瓦) 發(fā)射的概率為0.2%；GSM手機的線性平均發(fā)射功率為28.9dBm (773 mW)，以最大功率(2瓦W)發(fā)射的概率為21.8%。值得注意的是目前北京市區(qū)的北京移動GSM網絡已相當成熟，基站間距較小，GSM手機可以較小功率發(fā)射，而CDMA網絡處于發(fā)展階段, 網絡優(yōu)化后, 對CDMA手機發(fā)射功率的要求會更小。 三、手機安全輻射標準與手機發(fā)射功率 手機輻射對人體的影響尚在不斷的觀察與研究之中, 國外有大量相互矛盾的研究報告, 目前尚未有全面的科學的結論。目前國際上(包括美國FCC， NCRP，歐洲的CENEIEC)普遍采用的標準是SAR值(SPECIFIC ABSORPTION RATE)，它指的是人體單位質量吸收的射頻功率。 (公式略) 由于手機在通話時靠近人的腦部(不帶耳機)，手機輻射天線與人腦的距離通常小于15cm。人腦處于天線輻射的近場，由于人體組織結構的復雜性，理論上計算天線輻射功率與人體內場強分布的關系非常困難。但根據電磁場理論，有一點是可以肯定的，在天線結構以及手機和人體相對位置一定的情況下，天線輸出功率越大，在人體內形成的電場強度越高，人體吸收的射頻輻射功率越大。目前測量SAR值一個重要方法是使用人體組織等效模型，利用探頭來測量受射頻輻射的人體內的實際場強值。 對SAR要求較嚴的是FCC標準，對30MHz-15GHz頻段推薦了兩類輻射標準： 1. 受控制的輻射極限： 0.4mw/g(人體平均值)，峰值8mw/g(對任何1克人體組織平均)，平均時間6分鐘； 2. 非控制的輻射極限 0.08mw/g(人體平均值), 峰值1.6mw/g(對任何1克人體組織平均)，平均時間30分鐘。 手機輻射屬于人不能控制射頻源的非控制輻射。 需要特別指出的是，目前進行的手機SAR測試得到的結果，均是在手機以最大發(fā)射功率和全速率移動的情況下得到的。CDMA手機最大發(fā)射功率為 0.2W, GSM手機最大發(fā)射功率為2W，但GSM手機只在1/8的時間發(fā)射，而SAR值的測定是一個較長時間的平均，因此，GSM手機和CDMA手機在這種情況下的SAR值相近是不足為奇的。我們不能因為在這種極限情況下CDMA手機和GSM手機SAR值相當而武斷地認為在實際的通信過程中CDMA手機和GSM手機輻射也相近。因為在實際通信過程中，GSM手機和CDMA手機都不會總是以最大功率發(fā)射，特別是CDMA手機以全速率，最大功率發(fā)射的概率極小。從前面路測的統(tǒng)計結果來看，GSM手機以大功率發(fā)射的概率遠遠大于CDMA 手機大功率發(fā)射的概率，CDMA手機的平均發(fā)射功率遠遠小于CDMA手機的最大發(fā)射功率，也遠遠小于GSM手機的平均發(fā)射功率，因此，在實際通信過程中的 CDMA手機對人體輻射的實際SAR值將大大低于CDMA手機標稱的SAR值，也遠低于GSM手機實際的SAR值。 另一方面, 客觀地說, 目前廣泛采用的SAR標準可能不能夠全面反應手機輻射對人體的影響。因為該標準是根據電磁輻射對人體的熱效應制定的。事實上, 電磁波, 特別是低頻脈沖電磁波對人體輻射的非熱效應也日益引起人們的關注, GSM手機發(fā)射產生的低頻脈沖電磁波已經影響到精密醫(yī)療設備, 助聽設備的正常使用, 是否對人體也有害, 目前尚無定論。為避免GSM手機的上述缺陷, 第三代移動通信系統(tǒng)的終端設備發(fā)射的將都是象CDMA手機一樣連續(xù)的無線電波而非脈沖電波。 由于CDMA和GSM的技術體制對CDMA和GSM手機的發(fā)射功率的要求以及初始發(fā)射功率值的取定以及功率控制機制不同，在實際通信過程中， CDMA手機的平均發(fā)射功率遠遠低于GSM手機的平均發(fā)射功率�，F網實測證實，CDMA手機的平均發(fā)射功率比GSM手機的發(fā)射功率小 500多倍，考慮到GSM手機只在八分之一時間內發(fā)射，在同等時間內，CDMA輻射的能量比GSM手機輻射的能量小60倍以上。 手機輻射的安全標準SAR值是在手機以最大功率發(fā)射的情況下得出的，在這種情況下GSM手機和CDMA手機的SAR值相當是完全正常的。由于 CDMA手機在實際通信過程中的平均發(fā)射功率遠遠小于CDMA手機的最大發(fā)射功率，也遠小于GSM手機的平均發(fā)射功率，因此CDMA手機對人體的實際輻射遠遠低于手機最大發(fā)射功率下的SAR值，而且在使用過程中不輻射低頻無線電波, CDMA手機是名副其實的"綠色手機"!
移動通信網 | 通信人才網 | 更新日志 | 團隊博客 | 免責聲明 | 關于詞典 | 幫助
