《移动通信技术教学课件 PPT 作者 魏红 第3章IS-95CDMA》由会员分享，可在线阅读，更多相关《移动通信技术教学课件 PPT 作者 魏红 第3章IS-95CDMA（113页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,移动通信技术,第3章 IS-95CDMA,2,第3章 IS-95CDMA,内容： 码分多址技术概念、基本原理 扩频通信基本原理 地址码和扩频码的生成及特性 DS系统同步原理 IS-95 CDMA通信原理 IS-95 CDMA系统的体系结构,3,第3章 IS-95CDMA,重点： 码分多址技术、扩频通信基本原理 IS-95 CDMA的关键技术 IS-95 CDMA的信道结构和呼叫处理过程 难点： 码分多址技术基本原理 地址码与扩频码的生成与特性 IS-95 CDMA关键技术及无线链路信道结构,4,第3章 IS-95CDMA,目的和要求： 掌握码分多址技术与扩频通信基本原理 掌握地址码在CDM
2、A系统中的应用 理解CDMA的关键技术 理解CDMA信道结构与呼叫处理过程,5,3.1码分多址技术基本原理,CDMA多址方式 概念：各发送端用各不相同的、相互正交或准正交的地址码调制其所发送的信号，在接收端利用码型的正交性，通过地址识别（相关检测）从混合信号中选出相应信号的多址技术,6,3.1码分多址技术基本原理,CDMA多址方式 特点： CDMA系统的许多用户使用同一频率、占用相同带宽，各个用户可同时发送或接收信号 CDMA通信容量大 容量的大小主要取决于使用的编码的数量和系统中干扰的大小，采用话音激活技术也可增大系统容量 CDMA系统的容量约是TDMA系统的46倍，FDMA系统的20倍左右
3、 CDMA系统中上下行链路均可采用功率控制技术 具有良好的抗干扰、抗衰落性能和保密性能,7,3.1码分多址技术基本原理,CDMA具有软容量特性 在业务高峰期，系统可在一定程度上降低系统的误码性能，以适当增多可用信道数 当某小区的用户数增加到一定程度时，可适当降低该小区的导频信号的强度，使小区边缘用户切换到周边业务量较小的区域 CDMA系统可采用“软切换”技术 CDMA系统的软容量特性可支持过载切换 CDMA系统中切换时只需改变码型，不用改变频率与时间，其管理与控制相对比较简单,8,3.1码分多址技术基本原理,CDMA蜂窝系统容量 43组网的GSM系统的容量 每小区的信道数：N=M/m=W/(m
4、B) 式中M为信道总数，m为小区频率复用系数，W为频率带宽，B信道间隔 同频组网时CDMA系统容量 每小区信道数： 式中W为有效频率带宽；Rb为信息速率；Eb/N0为信噪比；G为扇形分区系数（2.55）；F为信道复用系数（0.6）；d为语音占空比（0.35）,9,3.1码分多址技术基本原理,码分多址技术基本原理 发端：利用自相关性很强而互相关值为0或很小的周期性码序列作为地址码，与用户信息数据相乘（或模2加）进行地址调制后输出 收端：以本地产生的已知地址码为参考，根据相关性的差异对收到的信号进行相关检测，提取与本地地址码一致的信号,10,3.1码分多址技术基本原理,例：设系统有4个用户（即n=
5、4），各用户的地址码分别为W1=1，1，1，1、W2=1，-1，1，-1、W3=1，1，-1，-1、W4=1，-1，-1，1；在某一时刻用户信息数据分别为d1=1、d2=-1、d3=1、d4=-1。经过地址调制后输出信号为S1S4；接收端用户2解调信号为J1J4,11,3.1码分多址技术基本原理,12,3.1码分多址技术基本原理,三个必备条件 有足够多的地址码，地址码间有良好的自相关特性和互相关特性 各接收端必须产生与发送端一致的本地地址码，且在相位上完全同步 网内所有用户使用同一载波、相同带宽，同时收发信号，使系统成为一个自干扰系统，为把各用户间的相互干扰降到最低，码分系统必须和扩频技术相结
6、合，为接收端的信号分离作准备,13,3.1码分多址技术基本原理,扩频通信系统 概念 一种信息传输方式，其系统占用的频带宽度远大于要传输的原始信号的带宽（或信息比特率），且与原始信号带宽无关 在发送端，频带的展宽是通过编码及调制（即扩频）来实现的；在接收端用与发送端完全相同的扩频码进行相关解调（即解扩）来恢复信息 作用 提高通信的抗干扰能力，即使系统在强干扰条件下也能安全可靠地通信,14,3.1码分多址技术基本原理,系统处理增益Gp 系统占用带宽W与所传送信息的带宽B之值 Gp=W/B Gp在100以上是扩频通信 Gp在50以上为宽带通信 Gp在12为窄带通信,15,3.1码分多址技术基本原理,
7、基本原理 扩频：用一个带宽比信息带宽宽得多的伪随机码（PN码）对信息数据进行调制 解扩：将接收到的扩展频谱信号与一个和发端PN完全相同的本地码相关检测 收到的信号与本地PN相匹配时，信号恢复到其扩展前的原始带宽 不匹配的输入信号被扩展到本地码的带宽或更宽频带,16,3.1码分多址技术基本原理,扩频通信 原理框图,17,3.1码分多址技术基本原理,扩频通信 频谱变换,18,3.1码分多址技术基本原理,性能指标 处理增益Gp Gp=W/B 扩频通信系统信噪比改善程度 扩频通信系统的抗干扰性能和处理增益成正比 处理增益增大，系统接收端解扩后，在单位带宽内干扰信号的功率与有用信号的功率值差值增大，抗干
8、扰能力就增强,19,3.1码分多址技术基本原理,干扰容限 干扰容限Mj=Gp-(Ls+(S/N)0) 在保证系统正常工作的条件下（即保证输出端有一定的信噪比），接收机输入端能承受的干扰信号比有用信号高出的分贝数 反映了扩频系统接收机允许的极限干扰强度,20,3.1码分多址技术基本原理,扩频通信系统的特点 抗干扰能力强 扩展频谱越宽，处理增益越高，抗干扰能力越强 保密性好 有用信号被扩展在很宽的频带上，单位频带内的功率很小，淹没在噪声里，非法用户很难检测出信号 可以实现码分多址 可利用扩频码的优良的自相关和互相关特性实现码分多址，提高频率利用,21,3.1码分多址技术基本原理,抗多径干扰 接收端
9、用相关技术从多径信号中提取和分离出最强的有用信号，或把多径信号合成，变害为利，提高接收信噪比 能精确定时和测距 利用电磁波的传播特性和伪随机码的相关性，可以比较正确地测出两个物体间的距离,22,3.1码分多址技术基本原理,扩频通信的种类 直接序列(DS)系统：用一高速伪随机序列与信息数据相乘，由于伪随机序列的带宽远大于信息带宽，扩展发射信号的频谱 跳频(FH)系统：在一伪随机序列的控制下，发射频率在一组预先指定的频率上按规定顺序离散地跳变，扩展发射信号的频谱 脉冲线性调频(Chirp)系统：系统载频在一给定的脉冲间隔内线性扫过一个宽频带，扩展发射信号频谱 跳时(TH)系统：与跳频系统类似，区别
10、在于该系统是用一伪随机序列控制发射时间和发射时间的长短 混合系统,23,3.1码分多址技术基本原理,直接序列扩频通信系统DSSS 即直扩系统DS、 伪噪声扩频系统,24,3.1码分多址技术基本原理,码分多址与直扩系统两种结合形式 第一种： 发端：先地址调制，再扩频 收端：先解扩，再地址解调,25,3.1码分多址技术基本原理,第二种： 发端：直接PN调制，地址调制同时扩频 收端：解扩同时作地址解调,26,3.1码分多址技术基本原理,比较： 第一种：采用了完全正交的地址码组，各用户间的相互影响可以完全消除，提高了系统的性能，但整个系统很复杂，尤其是同步系统 第二种：去掉单独的地址码组，用不同的PN
11、序列代替，整个系统相对简单，但由于PN不完全正交，而是准正交，各用户间的相互影响不能完全消除，整个系统的性能将受一定的影响,27,3.1码分多址技术基本原理,跳频扩频通信系统 原理 载波频率受一组快速变化的PN控制而随机跳变,28,3.1码分多址技术基本原理,跳频扩频系统 信号波形,29,3.1码分多址技术基本原理,抗干扰能力 跳频系统是靠中频滤波器抑制带外的频谱分量，减少单频干扰和窄带干扰进入接收机的概率，提高系统的抗干扰性能 直接序列扩频系统是通过展宽单频干扰和窄带干扰的频谱，降低干扰信号在单位频带的功率，来实现抗干扰性能的提高,30,3.1码分多址技术基本原理,地址码和扩频码的生成及特性
12、 对系统的性能具有决定性的作用 系统的多址能力； 抗干扰、抗噪声、抗截获能力及多径保护和抗衰落能力； 信息数据的保密； 捕获与同步的实现,31,3.1码分多址技术基本原理,理想的地址码和扩频码应具有的特性 有足够多的地址码 有尖锐的自相关性 有处处为零的互相关性 不同码元数平衡相等 尽可能大的复杂度,32,3.1码分多址技术基本原理,实际作用的地址码与扩频码 理想的地址码和扩频码不存在 Walsh码是正交码，具有良好的自相关性和处处为零的互相关性，但由于码组内各码所占频谱带宽不同等原因，不能作扩频码使用 常作扩频码的是伪随机序列 真正的随机信号和噪声是不能重复再现和产生 用一种周期性的脉冲信号
13、近似随机噪声的性能 PN具有类似白噪声的特性被用作扩频码 PN准正交会使系统性能受到一定的影响 常用的PN：m序列和Gold序列,33,3.1码分多址技术基本原理,Walsh码 是正交码 Walsh码可用哈德码矩阵表示为： 例： ,34,3.1码分多址技术基本原理,m序列伪随机码 m序列是最长线性移位寄存器序列 m序列是一个伪随机序列，按一定规律周期性变化，具有随机噪声类似的特性 周期是P=2n-1，n是移位寄存器级数,35,3.1码分多址技术基本原理,产生 改变反馈电路，可得到新的m序列 最后一级必须参加反馈 例：三级移位寄存器构成m序列发生器,36,3.1码分多址技术基本原理,特性 随机性
14、 m序列一个周期内“1”和“0”的码元数大致相等（“1”比“0”只多一个） 一个周期为P=2n-1的m序列，共有2n-1个游程长度为1的游程占1/2，长度为2的游程占1/4，长度为3的游程占1/8，长度为k(1kn-2)的游程占1/2k，只有一个包含(n-1)个“0”的游程，也只有一个包含(n-1)个“1”的游程,37,3.1码分多址技术基本原理,自相关性 当=0时，自相关函数R()出现峰值1 当偏离0时，相关函数曲线很快下降 当1P-1时，相关函数值为-1/P 当=P时，又出现峰值1 可以用有无自相关函数值来识别信号，并检测自相关函数值为1的码序列,38,3.1码分多址技术基本原理,互相关性
15、：同一周期的m序列组，两两m序列对的互相关特性差别很大 m序列和其移位后的序列逐位模2加，所得的序列仍是m序列，只是相位不同 m序列发生器中的移位寄存器的各种状态，除全“0”外，其他状态在一个周期内只出现一次,39,3.1码分多址技术基本原理,在码分系统中，若用m序列作地址码，必须选择自相关性好、互相关性弱的m序列组 在实际工程中常使用m序列优选对 对于不同周期P=2n-1的m序列，具有优选对特性的序列数目不尽相同 m序列优选对，其互相关函数值只取三个 t(n)=1+2(n+2)/2,40,3.1码分多址技术基本原理,Gold序列 Gold序列是m序列的组合码 m序列优选对特性很好，数目很少
16、Gold序列由优选对的m序列逐位模2加得到 改变其中一个m序列的相位，可得到一个新的Gold序列 Gold序列具有与m序列优选对类似的相关性，且构造简单，数量大,41,3.1码分多址技术基本原理,产生 一对周期P=2n-1的m序列优选对ai、bi，ai与后移位的序列bi+(=0，1，P-1)逐位模2加所得的序列ai+bi+,42,3.1码分多址技术基本原理,周期P=2n-1的m序列优选对产生的Gold序列共有2n+1个 随着n的增加，Gold序列以2的n次幂增长 平衡的Gold序列:一个周期内“1”码元数比“0”仅多一个 当n是奇数时，2n+1个Gold序列中有2n-1+1个平衡的Gold序列，约占50% 当n是偶数（不是4个倍数）时，有2n-1+2n-2+1个平衡的Gold序列，约占75%,43,3.1码分多址技术基本原理,特性 周期P=2n-1的m序列优选对产生的Gold序列具有与m序列优选对类同的相关性 自相关函数在=0时与m序列相同，
