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第二章 CDMA 基本原理

CDMA 技术的基础是扩频通信。扩频：用来传输信息的信号带宽远远大于信息本

身带宽的一种传输方式，频带的扩展由独立于信息的扩频码来实现，与所传信息数

据无关，在接收端用同步接收实现解扩和数据恢复。如图 2-1，我们可以知道 CDMA

系统的基本原理和 TDMA、FDMA 的区别。

图 2-1 CDMA、TDMA、FDMA 比较

扩频通信的理论基础就是著名的香农定理:

…………………………………………(1)

这个公式表明，在高斯信道中当传输系统的信号噪声功率比 S/N 下降时，可用

增加系统传输带宽 W 的办法来保持信道容量 C 不变。对于任意给定的信号噪声功率

比，可以用增大传输带宽来获得较低的信息差错率。正因为这个原因，扩频通信具

有比较强的抗噪声干扰的能力。CDMA 技术是以扩频通信为基础的载波调制和多址接

入技术，所以如何实现扩频部分对于整个 CDMA 系统的实现有着重要的影响。

2.1 CDMA 系统的关键技术

扩频技术是CDMA系统的基础，在扩频系统中，常使用伪随机码来扩展频谱，伪随

机码的特性，如编码类型、长度、速度等在很大程度上决定了扩频系统的性能，如抗

干扰能力、多址能力、码捕获时间。因此要实现扩频部分，关键就是如何选择一个比

较好的方法来实现PN码产生器。

而实现PN码产生器的难点就是实现其同步，即在接收端进行解扩所用的PN码和接

收到的信号在发送时所用的PN码是同步的，这是扩频技术中的难点。CDMA系统要求接

收机的本地伪随机码与接收到的PN码在结构、频率和相位上完全一致，否则就不能正

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常接收所发送的信息，接收到的只是一片噪声。若实现了收发同步但不能保持同步，

也无法准确可靠地获取所发送的信息数据。因此，PN码序列的同步是CDMA通信扩频模

块的关键技术。但是要真正成为一种商业应用的通信系统，还有很多技术问题需要解

决，本文暂不做考虑。

所有CDMA类型都使用扩频过程增益来允许接受者部分衰减非期望信号。具有期望

扩频码的信号和定时被接受，如果信号有不同的扩频码（或者相同扩频码但是不同的

时间偏移）将被过程增益认为随机噪声衰减掉。这项操作的方法是给每一个站点分配

一个扩频码或者芯片序列.这些芯片序列被表示成由＋1和－1组成的序列。每个芯片

序列和本身点乘得到＋1,(和补码点乘得到－1),反之点乘不同的芯片序列得到0。

例如如果 C1 = (-1,-1,-1,-1)， C2 = (+1,-1,+1,-1) 那么

C1 . C1 = (-1,-1,-1,-1) . (-1,-1,-1,-1) = +1

C1 . -C1 = (-1,-1,-1,-1) . (+1,+1,+1,+1) = -1

C1 . C2 = (-1,-1,-1,-1) . (+1,-1,+1,-1) = 0

C1 . -C2 = (-1,-1,-1,-1) . (-1,+1,-1,+1) = 0

这种特性叫做正交性 . 这些序列叫做 Walsh码可以从一个二进制 Walsh矩阵导

出。当多个终端发送多个片码时，信号就会在空中叠加。例如芯片序列是(-1,-1,-1,-1)

和(+1,-1,+1,-1)，叠加后变成(0,-2,0,-2)。接受方只要计算发送信号到空中的终端

目点值。例如(-1,-1,-1,-1) . (0,-2,0,-2) = +1。

TDMA和FDMA终端理论上可以过滤其他时隙或者频率通道的任意强信号。这在CDMA

无法实现，它只能部分过滤干扰信号。如果任一或者全部噪声信号强于有用信号，则

有用信号就被淹没了。这样在 CDMA系统中就要求每个终端有一个近似合适的信号功

率。在CDMA蜂窝网络中，基站使用一个快速闭环功率控制方案来紧密控制每一个移动

终端的传输功率。

向前纠错(FEC)编码在任何一种CDMA方案中都是必须的，它用于减小信噪比的需

求，从而使得信道最大限度的可靠。 CDMA较TDMA和FDMA的优势在于CDMA可用码字数

量理论上是无限的。这就使得CDMA承载大容量负载是对每一个随机会话中产生一个相

对小的流量，从而避免为个别通讯频繁的建立和拆除有限的时隙或者频率通道。CDMA

发射端只是在有数据发出时占用信道，完成后就释放掉。

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