扩频CDMA通信的技术优势

zjol

摘要：近几年来，扩频码分多址(CDMA)技术在通信领域中受到普遍关注。本文就
扩频通信的抗干扰性能、抗多径干扰、多址能力和扩频CDMA数字蜂窝系统的容量
优势做了阐述。
　　
关键词：扩频通信 CDMA 干扰 多径干扰 容量
　　
　　扩展频谱通信(简称扩频通信)是将待传送的信息数据用伪随机码(PN码)调制，
实现频谱扩展后再传输，接收端则采用同样的PN码进行相关处理及解调，恢复原
始信息数据。扩频技术具有伪随机码调制和相关处理两大特点。正是这两大特点，
使扩频通信有许多优良特性，如抗干扰性强、抗多径干扰、可以实现码分多址等。
　　无线通信多在地形、地物都比较复杂的环境和条件下进行，因而往往需要解
决自然和人为的干扰、多径干扰及实现多址联接等许多复杂的技术问题。可以说，
目前还没有一种通信技术像扩频通信技术那样能同时解决这样复杂的技术问题，
所以现代的各种无线通信网，如：分组地面无线通信网、地面移动无线通信网、
分组卫星通信网、室内无线通信网等新的组网方式中，无不采用扩频通信技术。
　　
一、抗干扰能力强 　
　　
　　
　　由于扩频通信利用扩展频谱技术，在接收端对干扰信号频谱能量加以扩散，

对有用信号频谱能量压缩集中，因此在输出端就得到了信噪比的增益。扩频通信
系统扩展的频谱越宽，处理增益越高，抗干扰性能越强。例如：处理增益为30dB，
除去系统损耗2dB外，接收机还能在干扰信号比有用信号强18dB的条件下， 仍有
不小于10dB的工作信噪比，即有10dB的余量用于信号解调，进行正常通信。
此外，对于单频及多频载波信号的干扰、其它伪随机调制信号的干扰， 以及
脉冲正弦信号的干扰等，扩频系统都有抑制干扰提高信噪比的作用。特别是对抗
敌方人为干扰方面，效果很突出。简单地说，如果信号频带扩展10倍，干扰方面
需要在更宽的频带上去进行干扰，分散了干扰功率。在总功率不变的条件下，其
干扰强度只有原来的1/10。而要保持原有的干扰强度，则必需加大10倍的功率，
这在实际战场条件下，有时是难以实现的。
　　另外，由于在接收端采用了扩频码序列进行相关检测，即使采用同类型信号
进行干扰，如果不能检测出有用信号的码序列，由于不同码序列之间不同的相关
性，干扰也起不了太大作用。抗干扰性能强是扩频通信最突出的优点。
二、抗多径干扰 　
　　
　　多径干扰同上述与发射信号独立的加性噪声和干扰不一样，它是发射信号在
传播过程中，遇到各种反射体(如电离层、对流层、高山、 高大建筑物或建筑群
等)引起反射或折射，形成对直接到达接收机的发射信号的干扰。 这是所有无线
通信，如卫星通信、微波通信、移动通信、短波通信等所面临的十分突出的问题。
由于反射或折射是多方向、多途径、与直接到达接收机的发射信号完全相关的，
会使接收机的接收信号产生严重的失真、波形展宽、波形重叠和畸变，造成通信
系统解调器输出出现大量差错，以至不能正常通信。因此，长期以来，抗多径干
扰问题始终是一个难以解决的问题。一般的方法是排除干扰或变害为利。前者是
设法把最强的有用信号分离出来，而排除其它路径来的干扰信号，这就是采用分
集技术的基本思想。后者是设法把不同路径来的不同延迟的信号在接收端从时间
上对齐相加，合并成较强的有用信号，这就是采用梳状滤波器的基本思想。这两
种基本方法在扩频通信中都是容易实现的。我们可以利用扩频码序列之间的相关

特性，在接收端用相关技术从多径信号中提取和分离出最强的有用信号，或把多
个路径来的同一码序列的波形相加合成。可见常规通信技术难以对付的多径干扰，
采用扩频技术却能得到圆满的解决。
　　另外，在跳频通信系统中，由于用多个频率的信号传送同一信息，实际上还
起到了频率分集的作用。因此，在目前民用数字蜂窝移动通信及部分军用通信设

备中，经常采用简单的跳频技术作为抗多径干扰的一种手段。
三、可以实现码分多址(CDMA) 　
　　
　　扩频通信所以能得到迅速发展，其另一个主要特点是可以进行选址通信。
　　扩频通信提高了抗干扰性能，但付出了占用频带宽的代价。如果让许多用户
共用这一频带，则可提高频带利用率。由于在扩频通信中存在扩频码序列的
扩频调制，充分利用各种不同码型的扩频码序列之间优良的自相关特性和互相关
特性，在接收端利用相关检测技术进行解扩，则在分配给不同用户不同码型的情
况下可以区分不同用户的信号，提取出有用信号。这样，在一宽频带上许多对用
户可以同时通话。它与利用频带分割或时间分割的方法实现多址通信的概念类似，
即利用不同的码型进行分割，所以称为扩频CDMA。这种扩频CDMA方式，虽然要占
用较宽的频带，但按平均到每个用户占用的频带来计算，其频带利用率是很高的。
除此之外，采用扩频CDMA，还有利于组网、进行选呼、增加保密性和解决新用户
随机入网等问题。
四、扩频CDMA数字蜂窝系统的容量 　
　　
　　目前，各国模拟蜂窝移动通信已有很大发展，但仍满足不了需求。解决移动
通信的容量问题成为当务之急。采用扩频CDMA技术是一种十分有效的途径。现有
的模拟蜂窝移动通信，都采用FDMA(频分多址)，工作在800MHz 频段， 只有 12
.5MHz带宽。为了减少频率重用中的干扰，通常分成7个频率小区。每一小区能占
用频率为12.5MHz÷7=1.8MHz。如果每个用户信道为30kHz，则每小区可容纳的用
户数为〖CM)〗1.8MHz÷30kHz=60。除去信令等信道外，实际的用户数只有55个。
采用数字式的TDMA(时分多址)，容量可以大为改善。为了保证一定的语声质量，
目前可用4800bit/s的语声编码，及QPSK数字调制，则30kHz信道可容纳30kHz÷4.
8kHz=6个用户，即容量可扩大6倍。这是一个很可观的数字。 如果降低对语声质
量的要求，进一步降低编码率，采用2400bit/s，则可扩大容量12倍。 这是目前
各国大力发展数字移动通信的根本原因。
　　采用扩频CDMA技术，还会使通信容量有更大幅度的增加。由于每个用户被分
配一个伪码，因而相邻小区可共用一个频带，不需要频率重用。扣除邻小区的干
扰，大约可增加容量两倍多。如果数字化以后应用语声插空技术(DSI)， 又可增
加容量3倍。另外，在一个小区中采用3个120°的定向天线，还可增加容量3倍。
总计可增加容量近20倍。这是一个很惊人的数字。可见，应用扩频CDMA有巨大的
增加容量的潜力。这正是许多知名学者倡导采用扩频CDMA的主要原因。归纳起来，
扩频CDMA应用于数字蜂窝移动通信的优点有：
·人类讲话的特征对扩频CDMA方式有利。人类话音作用周期为35%， 余下的时
间是听的时间。在扩频CDMA中所有用户共用一个无线信道。当用户分配的信道不
在讲话时，该信道内的所有其它用户会由于干扰减小而得益。因此利用话音作用
周期的特点可降低相互干扰65%，增大其实际容量近3倍。只有扩频CDMA技术受益
于此现象。
·在FDMA与TDMA中，在每一小区采用扇形化来降低干扰，但每一扇形区要平分
信道而中继效率也随之降低。在扩频CDMA中采用扇形化，在3个扇形区引入3个无
线系统，在理论上与一个小区一个无线系统相比可获得3倍的容量。
·在TDMA中时隙间需要有保护时间，保护时间占有一定比特的时间周期，这些
比特本可用来在TDMA中改善特性，而在扩频CDMA中不存在保护时间。
·扩频CDMA宽带通信系统是噪声受限的系统。用户数的增加只引起系统性能的
逐步变坏，是一种“柔性容量”系统。
·小区之间过境不需要转换频率的“硬切换”，只需变换码型的“软切换”。