CDMA在衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

CDMA在衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用(溫日紅)
    摘要  首先簡(jiǎn)單介紹了移動(dòng)通信系統(tǒng)和衛(wèi)星移動(dòng)通信的發(fā)展，重點(diǎn)說(shuō)明了CDMA適合于衛(wèi)
星移動(dòng)通信的系統(tǒng)特性，最后對(duì)應(yīng)用于衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的幾種多址技術(shù)進(jìn)行了比較，并簡(jiǎn)
單介紹了CDMA在衛(wèi)星移動(dòng)遷信系統(tǒng)中的應(yīng)用情況。
    關(guān)鍵詞 CDMA TDMA FDMA  移動(dòng)通信  衛(wèi)星通信
1移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展與衛(wèi)星移動(dòng)通信
    移動(dòng)通信系統(tǒng)誕生于本世紀(jì)70年代末期，當(dāng)時(shí)出現(xiàn)了以美國(guó)的AMPS系統(tǒng)和英國(guó)的TACS系
統(tǒng)為代表的第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)屬于窄帶模擬系統(tǒng)，在容量和功能上
都很受限制。
    第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)以歐洲的GSM系統(tǒng)和美國(guó)的IS－95系統(tǒng)為代表。目前第二種數(shù)字蜂
窩系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成熟，在多址方式上主要采用TDMA和CDMA。九十年代初，美國(guó)提出了CDMA數(shù)
字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。1993年3月美國(guó)TLA通過(guò)了CDMA空中接目標(biāo)準(zhǔn)IS－95，成為與TDMA并駕
齊驅(qū)的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)，并在香港、韓國(guó)、美國(guó)正式投入商用，取得了巨大的成功。我國(guó)的
CDMA ＃窩系統(tǒng)已在北京、廣州、上海、西安相繼開通實(shí)驗(yàn)網(wǎng)，正準(zhǔn)備向沿海城市推廣。與
第一代系統(tǒng)相比，第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)在容量、功能和傳輸速度上有了很大提高，但它們?nèi)?br />是窄帶系統(tǒng)，由于受到傳輸頻帶的限制，不能真正發(fā)揮CDMA的特性，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足移動(dòng)用
戶數(shù)量的迅猛增長(zhǎng)和用戶對(duì)多媒體等定帶業(yè)務(wù)的需求。
    目前，以國(guó)際電聯(lián)（ITU）為主導(dǎo)的若干國(guó)際化組織正著手第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（IMT－
2000）的標(biāo)準(zhǔn)化工作，IMT-2000是一個(gè)全球無(wú)縫覆蓋，全球漫游，包括無(wú)繩電話、蜂窩移動(dòng)
通信、移動(dòng)通信的大系統(tǒng)。第三代移動(dòng)通信的特點(diǎn)是多媒體化和智能化，可提供多元傳輸速
率、高性能、高質(zhì)量的服務(wù)。
    根據(jù)國(guó)際電聯(lián)對(duì)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的要求，目前各大電信公司聯(lián)盟均已提出了自己的
第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)方案，主要有以日本NTT DoCoMo公司為首的W-CDMA、美國(guó)朗訊、摩托羅
拉等公司提出的寬帶cdmaone、歐洲西門子、阿爾卡特等公司提出的TD－CDMA�？偟膩�(lái)說(shuō)，
在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用CDMA技術(shù)已經(jīng)達(dá)成共識(shí)。
    第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)由陸地系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng)組成，從而真正實(shí)現(xiàn)任何人在任何時(shí)間和地
點(diǎn)以任何方式與任何人的通信，衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)將成為未來(lái)個(gè)人通信網(wǎng)的一個(gè)重要組成部
分。衛(wèi)星通信具有全球范圍的任蓋區(qū)域、信道穩(wěn)定、可靠性高、系統(tǒng)容量大等優(yōu)點(diǎn)，從誕生
至今，得到了迅猛的發(fā)展。通過(guò)衛(wèi)星為移動(dòng)臺(tái)和手機(jī)提供通信眼務(wù)而構(gòu)成移動(dòng)衛(wèi)星通信
（MSS）。MSS是以VAST（Very Small ApetureTerminal）和地面蜂窩移動(dòng)通信為基礎(chǔ)，結(jié)合
空間衛(wèi)星多波束技術(shù)及星上技術(shù)、計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)構(gòu)成的超越時(shí)空的全球個(gè)人通信網(wǎng)。
    由于同步衛(wèi)星軌道上已相當(dāng)“擁擠”，為了滿足全球通信發(fā)展的需要，非靜止衛(wèi)星
（N-GSO）系統(tǒng)，包括低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)（LEOS）和中軌道衛(wèi)星系統(tǒng)（MEOS）應(yīng)運(yùn)而生。近年
來(lái)，世界上不同的國(guó)家和組織紛紛推出了采用中、低軌道（MEO／LEO）的全球衛(wèi)星移動(dòng)通信
系統(tǒng)或?qū)Ш较到y(tǒng)，改變了以往傳統(tǒng)上用地球同步軌道（GEO）衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)對(duì)地服務(wù)的局面，并
將極大地?cái)U(kuò)展人類相互交往和溝通的空間范圍。移動(dòng)衛(wèi)星通信向全球個(gè)人通信的發(fā)展主要是
以低軌道通信衛(wèi)星（LEO）為主。在已提出的一系列的N－GSO系統(tǒng)中，影響最大的有同托羅
拉公司的欽（Iridium）系統(tǒng)，Loral－Qualcomm公司的全球星（Glotalstar）系統(tǒng)，TRW公
司的奧迪塞（odyssey）系統(tǒng)和國(guó)際海事衛(wèi)星組織的ICO系統(tǒng)等。其中前兩個(gè)系統(tǒng)為低軌道系
統(tǒng)，銥系統(tǒng)采用TDMA、FDMA體制，全球星系統(tǒng)采用CDMA、FDMA體制；后兩個(gè)系統(tǒng)屬中軌道系
統(tǒng)，奧迪塞系統(tǒng)采用TDMA、FDMA體制，ICO系統(tǒng)采用TDMA、FDMA體制。這些系統(tǒng)正在建設(shè)中，
有望在 2000年左右成為商用的全球性衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。
2 CDMA系統(tǒng)特性
    CDMA接人技術(shù)的基礎(chǔ)是使用一組正交（或準(zhǔn)正交）的偽隨機(jī)噪聲序列通過(guò)相關(guān)處理實(shí)現(xiàn)
多用戶共享頻率資源和同時(shí)人網(wǎng)的接入功能。CDMA以擴(kuò)頻技術(shù)為基礎(chǔ)，因此它具有擴(kuò)頻通信
所固有的抗干擾能力強(qiáng)、抗多徑衰落、安全保密性好等優(yōu)點(diǎn)，而且CDMA通信還具有隱蔽性好、
多址訪問(wèn)靈活、對(duì)非正交系統(tǒng)不需要系統(tǒng)的同步、與同額通信系統(tǒng)之間的相互干擾小、對(duì)多
普勒頻移不敏感等優(yōu)點(diǎn)，與其他的多址方式（TEMA、FDMA）相比，CDMA系統(tǒng)的以下特性更適
合于移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)：
    ①語(yǔ)音激活持續(xù)時(shí)間的利用。人類講話的特征對(duì)CDMA方式有利。人類話音激活持續(xù)期即
話音激活概率為35％。在CDMA中，所有用戶共用一個(gè)無(wú)線信道，當(dāng)用戶分配的信道不在講話
時(shí)，在單一CDMA無(wú)線信道內(nèi)的所有其他用戶信道會(huì)由于干擾減少而得益。因此利用話音作用
周期性的特點(diǎn)可降低相互干擾65％，增大系統(tǒng)容量近3倍。這種現(xiàn)象的利用是CDMA技術(shù)所獨(dú)
有的。
    ②用扇形天線來(lái)提高容量。在FDMA與TDMA中，每一小區(qū)可采用扇形化來(lái)降低干擾，提高
通信質(zhì)量。但由于每一扇形區(qū)要平分原小區(qū)的信道，所以扇形化對(duì)系統(tǒng)容量增加所起的作用
很小。在CDMA中，采用扇形化降低干擾來(lái)提高系統(tǒng)容量，理論上無(wú)線容量的增長(zhǎng)于扇區(qū)數(shù)增
長(zhǎng)呈線性關(guān)系。那么通過(guò)在3個(gè)扇形區(qū)引入3個(gè)無(wú)線系統(tǒng)，與一個(gè)小區(qū)一個(gè)無(wú)線系統(tǒng)相比就可
以獲得3倍的系統(tǒng)容量。
    ③柔性容量。在CDMA中，當(dāng)系統(tǒng)容量達(dá)到飽和時(shí)，還可以適當(dāng)?shù)卦黾由倭坑脩�，不過(guò)這
是以通信質(zhì)量稍有變壞作為代價(jià)而獲取的，在這種情況下增加的用戶容量稱為軟容量。如設(shè)
一個(gè)小區(qū)的容量為40信道，那么當(dāng)一個(gè)小區(qū)增加一個(gè)用戶（信道）時(shí)．載干比只下降10lg41
/40=0.24dB通信質(zhì)星劣化很少。而FDMA和TDMA系統(tǒng)卻沒(méi)有這種能力。總的來(lái)說(shuō)，采用CDMA方
式的系統(tǒng)容量比采用FDMA和TDMA方式的系統(tǒng)容量要大得多。
    ④無(wú)需頻率管理或分配，擴(kuò)容方便。在FDMA和TDMA中損率管理往往是一項(xiàng)關(guān)鍵性的工作，
甚至為了減少實(shí)時(shí)干擾，還需實(shí)行動(dòng)態(tài)頻率管理。在CDMA中，由于只有一個(gè)公共無(wú)線信道，
不需要頻率管理，也無(wú)需動(dòng)態(tài)頻率分配。
    由于CDMA各小區(qū)使用相同頻率，不必象FDMA那樣進(jìn)行頻率配置，當(dāng)系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，不用為
適應(yīng)新的頻率安排而對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行改造，很大程度上方便了系統(tǒng)的擴(kuò)容。
    ⑤軟越區(qū)切換。FDMA和TDMA的過(guò)區(qū)切換都是在中斷后切換。CDMA則是在中斷前切換，由
于每一小區(qū)采用同一CDMA無(wú)線系統(tǒng)，僅有的差別是代碼序列，因此當(dāng)移動(dòng)用戶從一個(gè)小區(qū)到
另一小區(qū)時(shí)不需要從一個(gè)頻率切換到另一個(gè)頻率，這被稱為軟越區(qū)切換。
    ⑥CDMA中沒(méi)有保護(hù)時(shí)間。在TDMA中，時(shí)隙間需要保護(hù)時(shí)間，保護(hù)時(shí)間占有一定比特的時(shí)
間周期，而在CDMA中不存在保護(hù)時(shí)間。因此在相同的速率下，CDMA傳送的信息量比TDMA高。
    ⑦更適合于衰落信道。多徑效應(yīng)引起的快衰落嚴(yán)重地影響著移動(dòng)通信無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)目?br />靠性。在CDMA系統(tǒng)中，由于應(yīng)用了擴(kuò)頻技術(shù)，就有了抗多徑效應(yīng)的固有特性，當(dāng)多徑延時(shí)大
于偽隨機(jī)噪聲序列的一個(gè)碼元竟應(yīng)時(shí)，多徑信號(hào)間相關(guān)系數(shù)很小，從而多徑信號(hào)對(duì)系統(tǒng)性能
的影響就很小。因此CDMA系統(tǒng)具有抑制多徑干擾的能力。
    ⑧不需要均衡器。在FDMA和TDMA中，傳輸速率遠(yuǎn)高于10kb/S時(shí)，需要一個(gè)均衡器以減少
由于時(shí)延擴(kuò)展引起的碼間干擾。而在CDMA中只需要一個(gè)相關(guān)器代替接收機(jī)中的均衡器，以對(duì)
擴(kuò)頻信號(hào)解擴(kuò)，而相關(guān)器比均衡器簡(jiǎn)單且可靠。
    ⑨與窄帶用戶共享用戶頻帶。寬帶CDMA信號(hào)的功率譜密度低，對(duì)同一頻帶內(nèi)的其他窄帶
系統(tǒng)干擾很小。同樣，這些窄帶信號(hào)被CDMA系統(tǒng)中的用戶接收后，由于擴(kuò)頻處理增益的作用
被抑制，也不會(huì)對(duì)CDMA用戶形成明顯干擾。當(dāng)然，要真正實(shí)現(xiàn)共存，協(xié)調(diào)和周密的設(shè)計(jì)是必
需的，甚至需要采用干擾抑制技術(shù)。
    ⑩適合于微小區(qū)和建筑物內(nèi)部的通信。由于CDMA蜂窩系統(tǒng)能有效地降低人為干擾、窄帶
干擾、多徑干擾的影響，能克服由時(shí)延擴(kuò)展造成的碼元間干擾，可采用軟切換的越區(qū)切換及
無(wú)需頻率管理和分配等優(yōu)點(diǎn)，所以是一種極其適合于微小區(qū)和建筑物內(nèi)部通信的技術(shù)體制。
   ⑾設(shè)備簡(jiǎn)單。在CDMA 蜂窩系統(tǒng)中，所有用戶共享一個(gè)無(wú)線信道，每個(gè)基站或扇區(qū)只需要
一個(gè)無(wú)線電臺(tái)，因而既可降低成本又節(jié)省了設(shè)備空間，并且便于安裝。
    ⑿頻譜利用率高。
3基于 CDMA的衛(wèi)星移動(dòng)通信
    衛(wèi)星移動(dòng)通信的多址技術(shù)有FDMA、TDMA和CDMA等幾種方式。使用FDMA技術(shù)，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器
的非線性將會(huì)形成交調(diào)干擾，因此就要避開一部分頻帶不用，還要用衛(wèi)星功率進(jìn)行“補(bǔ)償”
以進(jìn)一步降低交調(diào)干擾，這樣就沒(méi)費(fèi)了衛(wèi)星功率和頻帶等寶貴資源。TDMA可以克服交調(diào)現(xiàn)象，
但又面臨同步問(wèn)題，由于衛(wèi)星地面通信站安裝在運(yùn)動(dòng)物體上，運(yùn)動(dòng)物體迅速移動(dòng)，要實(shí)現(xiàn)移
動(dòng)地面站往衛(wèi)星同步地發(fā)射信號(hào)就很困難。CDMA使用不同的擴(kuò)頻序列，相互間影響小，頻帶
重復(fù)利用率高。與傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)定向傳輸?shù)男l(wèi)星通信不同，衛(wèi)星移動(dòng)通信是一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的全
向性傳輸，必須采用擴(kuò)額技術(shù)提高抗多任干擾能力。在CDMA中還可以采用諸如語(yǔ)音激活、頻
率復(fù)用、扇區(qū)劃分等技術(shù)來(lái)增加系統(tǒng)容量，而在FDMA和TDMA中擴(kuò)容技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度較大。
在全球衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中若采用CDMA技術(shù)，則具有組網(wǎng)簡(jiǎn)單、靈活、抗干擾能力強(qiáng)、系統(tǒng)
容量潛力大、成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)。所以，在衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)采用CDMA技術(shù)是適宜的。
    由于CDMA系統(tǒng)所具有的經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，在1993年要求美國(guó)FCC批準(zhǔn)的6個(gè)移動(dòng)衛(wèi)
星系統(tǒng)中只有Iridium系統(tǒng)一家采用TDMA體制，其余5家都選擇了CDMA。最近美國(guó)首批寬帶
PCS頻譜拍賣，結(jié)果中標(biāo)的18家公司中有7家決定采用CDMA，他們的頻率投資額占總額的56％，
3家采用TDMA技術(shù)，還有8家尚未最后決定�？梢娫诿绹�(guó)個(gè)人通信市場(chǎng)上，CDMA已占了上風(fēng)。
    在近年來(lái)提出的一系列移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，采用CDMA技術(shù)的也已占了多數(shù)，而且還有
繼續(xù)增加的趨勢(shì)。毫無(wú)疑問(wèn)，CDMA將在衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。

摘自《無(wú)線電通信技術(shù)》