码分多址（CDMA）技术本章主要介绍码分多址的概念、基本原理以及其几个关键技术第一节 码分多址（CDMA）技术概述一. 码分多址技术的概念在介绍CDMA技术概念前，先回顾一下频分多址（FDMA）、时分多 址（TDMA）技术，然后引出码分多址（CDMA）的概念1. 频分多址频分多址（FDMA）是发送端对所发的信号的频率参量进行正交分 割，形成许多互不重叠的频带在接收端利用频率的正交性，通过频 率选择（滤波），从混合信号中选出相应的信号频分多址技术成熟、容易实现,但易受干扰、保密性差2. 时分多址时分多址是发送端对所发信号的时间参量进行正交分割，形成许 多互不重叠的时隙在接收端利用时间的止交性，通过时间选择（选 通门），从混合信号中选出相应的信号时分多址：抗干扰强、频率利用率高、全网同步、技术复杂3. 码分多址码分多址是各发送端用各不相同的、相互（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（准）正交性，通过地址识 别（相关检测）从混合信号中选择出相应的信号码分多址抗干扰最强、频率利用率更高,技术难度大FDUA、TDMA、CDMA三种技术的直观图如下图2. 1从图中可看出, 前两种FDMA、TDMA技术是二维空间，而CDMA技术是三维空间。
图2. 1At Code▲CDMAt1 fTDMA・码分多址技术基本原理1. 基本原理 在码分多址通信系统中，利用自相关性强而互相关为o或很小周期码序列为地址码，与用户信息数据相乘（或模2加），经过相应的信 道传输后，在接收端以本地产生的已知地址码为参考，根据相关性的 差异，对收到的所有信号进行鉴别（相关检测），从中将地址码与本 地地址码一致的信号选岀，把不一致的信号除掉2. CDMA通信系统原理CDMA通信系统原理图详下图2. 2图2. 2 CDMA通信系统原理图CDMA实现的步骤：2. 1首先进行扩频、调频实现信息宽带化 图2.2中：Mi (t)是消息,1=1,2, 3, ..NPi (t)是扩频函数C(t)载频Gp= (Tm/Tp)= 一般 10 咗右NYT(t) = Zyi(t)i=lN= EMi (t).PKt).C(t)i=l2. 2通过相关器，进行相关检测，取出相关信号JoT Yt (t)・ Pi(t)dt二 Mi (t)・C(t)2.3通过MODEM,去掉载频，恢复窄带信号3. 通过实例说明码分多址技术的基本原理例如：地址码:W,= {1, 1, 1, 1}； W2={1, -1, 1, -1}W尸{1, 1, —1, —1}； W4={h -h -h 1}信息码:di= {1} ； d‘2二{-1}； ds= {1} ； d.i二{-1}； 码分多址收发系统如图2. 3所示。
图2.3对应的码分多址技术原理波形示意图如图2. 4所示上图中假定系统内有四个用户，各自地址码为wi、W2、W3、W4, 且假定某时刻用户信息分别为dl、d2、d3、d4四个用户信息在 进入后输出端的采样、判决前的信号只有一个用户为非零信号（上图 为用户2）,其余用户1、3、4信号为零，对信号的采样、判决没有影 响采样、判决电路的输出信号是J2={-1},是用户2所发送的信息数 据，而JI、J3、J4输出均为0这样就达到把用户2信息提出第二节扩频通信技术扩频码分多址是数字移动通信中的一种多址接入方式，特别是在 第三代移动通信中，它已成为最主要的多址接入方式扩频通信确切地说称为扩谱通信更为恰当，因为被扩展的是信号 频谱带宽，不过习惯上均称为扩频，它是一类宽带通信系统它的主 要特征是：扩频前的信息码元带宽远小于扩频后的扩频码序列(chip) 的带宽1. 窄带和宽带通信系统1.1定义：设R为待传送信息码元速率,T为信息码元的接续时 间,F为传送信号扩频码序列(chip)所占用的带宽若R・T二F・T~1时，即当R二F,或者F二2R时，称为一般窄带通信系统, 在通常数字通信系统中,移频、移相均属于窄带通信系统。
若F》R,即(F/R)二10〜10竹(10〜60dB),则称该系统为宽带通信系统1.2宽带通信系统是窄带系统通过扩频方式来实现的码分多址 CDMA就是一类典型的扩频宽带通信系统2. 扩频增益Gp和干扰容限(Mj)2.1扩频增益Gp在扩频通信系统中，经过对信息信号带宽的扩展和解扩处理，获 得了扩频增益(Gp) o扩频通信系统的扩频部分是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，解扩则是将接收到 的扩展频谱信号与一个和发端伪随机码完全的本地码相关来实现的 当收到的信号与本地码相匹配时，所耍的信号就会恢复到其扩展之前 的原始带宽而任何不匹配的的输入信号则被本地码扩展至本地码的 带宽或更宽的的频带上解扩后的信号经过一个窄带滤波器后，有用 的信号被保留，干扰信号被抑制，从而改善了信噪比，提高了抗干扰 能力而扩频增益Gp是扩频信号带宽W与信息带宽B之比，即Gp=W/B它表示了扩频通信系统信噪比改善的程度，是扩频通信系统i个 重耍指标例如：W=20MHz, B=10KHz,则Gp二W/B二2000(33dB),说明这 个系统在接收机的射频输入端和基带滤波器输出端之间有33dB的信 噪比增益改善。
2.2干扰容限(Mj)干扰容限是在保证系统正常工作的条件下(保证输出端一定的的 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 (dB)数其数学表达方式为Mj二Gp-(Ls+(S/N) °) dB式中Mj为干扰容限，Gp为扩频增益，Ls为系统损耗，(S/N)o为接 收机输出信噪比干扰容限直接反映了扩频通信系统接收机允许的极限干扰强度， 它往往能比扩频增益更确切地表征系统的抗干扰能力例如，某扩频通信系统的扩频增益Gp=33dB,系统损耗Ls=3Db,接 收机的输出信噪比(S/N)°210dB,则该系统的干扰容限Mj=20dBo这表 明该系统最大能承受20dB(100倍)的干扰，即当干扰信号功率超过有 用信号功率20dB时，该系统不能正常工作，而二者之差不大于20dB 时,系统仍能正常工作二. 扩频通信的基本原理1. 扩频通信的理论基础1.1由通信原理与信息论中的著名仙农公式：C=FTlg(l+S/N)(见图2・ 5)公式中F为限频带宽；T为限时时隙,在一般通信原理中取Th ;S/N为功率信噪比；C为信道容量这一公式指出一个限时(T)、限频(F)、限功率(S)的连续白 色高斯信道，其信道容量可以形象的用三个主要信号参量所决定的体 积来表示。
1.2三个参量F,T与lg(l+S/N)所构成的体积，当容积C不变时，具 有 ''可塑性〃即三个参量之间可以互换1. 3在移动通信中，信噪比S/N是最主耍的矛盾，为了提高信噪 比，可以不惜一切手段其中Shannon (仙农)公式指出：可以采用 频带F来换取信噪比，即当C不变时，增加频带F可以降低接收机接收 的信噪门限值】g(l+S/N)这就是扩频通信的基本原理，即用频带换 取信噪比图2. 5信道容量C的直观图示三. 扩频通信的主要优缺点1. 主要优点1.1抗干扰能力强且G越大，抗干扰能力越强，抗白噪声、抗单频 窄带干扰、抗人为干扰、抗跟踪干扰、抗宽带的等效白噪声的多址与 多径干扰能力都很强1. 2扩频系统抗干扰性强的物理解释是:在允许的一定误码率的 条件下，可以实现很低的S/N值下进行通信，即允许很强的干扰1. 3保密性能强,无论是直扩述是跳频，扩频后其频谱均为近似 白噪声，因此具有良好的保密性能1.4低功率谱密度，由于扩频属于宽带系统，频带越宽，功率谱密 度就越低，因此它具有良好的隐蔽性能且对其他通信系统及人体的 干扰与影响也小1. 5易于实现大容量多址通信，时频二维地址划分使潜在地址数 量增大。
抗干扰能力强与低功率密度对于干扰受限系统，将允许接纳 更多的用户数1. 6适合于变参信道的无线通信，扩频系统易于实现多种形式分 集接收并提高抗干扰性2. 主要缺点2. 1占用信号频带宽，扩频后的码序列(chip)带宽远大于扩频前 的信息序列带宽2. 2系统实现复杂2.3在时变信道中实现同步较为困难2. 4冃前受寻找地址码数量上的限制，实现大容量通信仍存在一 定困难第三节CDMA多址码设计 CDMA系统是一个卜扰受限的系统，其上耍十•扰有白噪声计二扰、多 径十扰、多址十•扰而三个卩扰中，多址十•扰是CDMA系统中最突出的 干扰，设计的不好会引起整个系统的瘫痪，因此要非常重视多址码设计CDMA中多址码类型在CDMA中需要用地址码来区分地址其有以下四种不同的类型:1. 用户地址，用于区分不同移动用户2. 多速率（多媒体）业务地址，用于多媒体业务中区分不同类 型速率的业务以上两类多用于上行信道，以移动台为主3. 信道地址，用于区分不同小区内的不同信道4. 基站地址，用于区分不同基站与扇区以上两类多用于下行信道，以基站为主二.CDMA中地址码设计的基本要求1・用户地址：随着移动用户口益骤增，用户地址码数量是主要矛盾，但亦必需满足各用户间的正交（准正交）性能，以减少多用户（即用户之间）十•扰。
2. 多速率业务地址：质量是主要矛盾，即要求满足不同速率业 务之间的正交性能以防止多速率业务间的干扰3. 信道地址：质量是主耍矛盾，它是多用户（用户之间）干扰 的主要来源，它要求各信道之间正交、互不干扰4. 基站地址：数量上有一定耍求，而没有用户地址数量耍求大,但是在质量上耍求各基站之间正交（准正交），以减少基站间的干扰多址码的设计与实现1. 用户地址、多速率业务地址、信道地址、基站地址四类地址码，耍求不完全一致，很难用同一类正交码或伪码（PN码）能同时满 足数量与质量上的矛盾要求2. 对不同地址码，根据不同的耍求，分别设计不同的类型的码组，以解决不同的矛盾，是当今地址码设计的主导思想3. 为解决数量上的矛盾而采用的主要措施： 3.1由于典型的in序列数量很有限，由m序列扩展到GOld序列等, 数量上虽有较大增加，但仍不能满足日益增长的数量上的耍求3. 2采用超产的序列，比如212-1,模二加用户电子序列号ESN,作 为用户地址码兼作掩码的方法，由于数量大是一个很有成效的方法, 它已在TS-95以及第三代移动通信的CDM系统中广泛采用.4. 为解决质量上矛盾的主要措施4. 1采用完全正交的W&lsh码区分信道地址。
4.2采用Walsh码与中等长度伪码，比如2亠1两次联合扩频的复 合正交码，以改善Walsh码互相关以及小同步误差时的正交性能的恶 化以上两类主耍用于下行、前向信道4.3利用超长m序列，比如2叱1的截短局部自相关特性的码组代 替定长短伪码序列的互相关特性由于各个用户地址码均采用超长码 截短后有限长度局部码，多个用户局部自相关和可看作近似白噪声 （主要用于下行、反向信道）5. 为解决多速率业务矛盾5.1在TS-95中•采用低速率重复至最高速率并行选通发送的方 式5.2在第三代（3G）中，采用层间可变扩频比正交码四.IS-95中的多址码技术实现由于IS-95是北美及韩国等采用的第二代数字式移动通信系统,我国联通公司目前也开始大规模建设基于IS-95上的CDMA网，下面从 扩频与多址接入方面介绍它的一些设计思路主耍介绍用户地址、信。