移动通信原理与工程

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1、移动通信原理与工程本文由yiheyuan7贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 CDMA移动通信系统 第六章 CDMA移动通信系统 6.1CDMA技术基础 6.1CDMA技术基础 6.2CDMA数字蜂窝通信系统 6.2CDMA数字蜂窝通信系统 6.3CDMA网络结构与组成 6.3CDMA网络结构与组成 6.4CDMA蜂窝网的关键技术 6.4CDMA蜂窝网的关键技术 6.,5FDMATDMACDMA的特点 6.,5FDMATDMACDMA的特点 CDMA移动通信系统 第六章 CDMA移动通信系统 知识点 CDMA的原理 CDMA系统的构成及业

2、务功能 CDMA采用的关键技术 难点 扩频的概念 CDMA软切换及漫游 物理信道与逻辑信道的关系 要求 掌握： CDMA基本原理及系统构成 理解： CDMA的关键技术 了解： CDMA设备的构成 CDMA移动通信系统 第六章 CDMA移动通信系统 6.1 CDMA技术基础 技术基础 6.1.1 扩展频谱通信的基本概念 1. 扩频通信的含义 扩展频谱（SS：Spread Spectrum）通信简称扩频通信。扩频 通信的定义简单表述如下：是一种信息传输方式，在发端采用 扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必须的带 宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解调来解扩以恢复所传 信息数据。这一定义

3、其实包含了以下三方面意思： (1)信号的频谱被展宽了 (2)采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱 (3)在接收端用相关解调（或相干解调）来解扩 CDMA移动通信系统 第六章 CDMA移动通信系统 2. 扩频通信的理论基础 香农公式为： C = B log 2 (1 + S ) N （6-1） 式中，C为信道容量，单位为bps；B为信号频带宽度，单位 为Hz；S为信号平均功率，单位为W；N为噪声平均功率，单 位为W 香农公式原意是说，在给定信号功率和白噪声功率N的情况 下，只要采用某种编码系统，就能以任意小的差错概率，以 接近于C的传输速率来传送信息。这个公式还暗示：在保持 信息传输速率C不变

4、的条件下，可以用不同频带宽度B和信噪 功率比（简称信噪比）来传输信息。换言之，频带B和信噪比 是可以互换的。也就是说，如果增加信号频带宽度，就可以 在较低的信噪比的条件下以任意小的差错概率来传输信息。 CDMA移动通信系统 第六章 CDMA移动通信系统 甚至在信号被噪声淹没的情况下，即S/N1，或10log2(S/N) 0dB，只要相应地增加信号带宽，也能进行可靠的通信。 上述表明，采用扩频信号进行通信的优越性在于用扩展频谱 的方法可以换取信噪比上的好处。 柯捷尔尼可夫在其潜在抗干扰性理论中得到如下关于信 息传输差错概率的公式： E Pe f ( ) n0 （6-2） 上面公式指出，差错概率P

5、e 是信号能量E与噪声功率谱密 度n0 之比的函数。设信息持续时间为T，或数字信息的码元 宽度为T，则信息带宽为Bm 1 Bm = T (6-3) CDMA移动通信系统 第六章 CDMA移动通信系统 信号功率S为 E S= T (6-4) 已调（或已扩频）信号的带宽为B，则噪声功率为 N=n0B (6-5) 将式（6-3）（6-5）代入式（6-2），可得 Pe f ( ST S B ? B) = f ( ? ) N N Bm (6-6) CDMA移动通信系统 第六章 CDMA移动通信系统 上面公式指出，差错概率Pe 是输入信号与噪声功率之比S/N 和信号带宽与信息带宽之比B/Bm二者乘积的函数

6、，信噪比与带宽 是可以互换的。它同样指出了用增加带宽的方法可以换取信噪比 上的好处这一客观规律。 3. 处理增益和抗干扰容限 扩频通信系统由于在发端扩展了信号频谱，在收端解扩后恢 复了所传信息，这一处理过程带来了信噪比上的好处，即接收机 输出的信噪比相对于输入的信噪比大有改善，从而提高了系统的 抗干扰能力。因此，可以用系统输出信噪比与输入信噪比二者之 比来表征扩频系统的抗干扰能力。理论分析表明，各种扩频系统 的抗干扰能力大体上都与扩频信号带宽B与信息带宽Bm之比成正 比。工程上常以分贝（dB）表示，即 B G p = 10 lg Bm (6-7) CDMA移动通信系统 第六章 CDMA移动通信

7、系统 Gp 称作扩频系统的处理增益。它表示了扩频系统信噪比改善 的程度，因此Gp是扩频系统一个重要的性能指标。 仅仅知道了扩频系统的处理增益，还不能充分地说明系统在 干扰环境下的工作性能。因为通信系统要正常工作，还需要保证 输出端有一定的信噪比（如CDMA蜂窝移动通信系统为7 dB）， 并需扣除系统内部信噪比的损耗，因此需引入抗干扰容限Mj ，其 定义如下： Mj G p ? ( S N ) o + Ls (6-8) 式中，(S/N)o为输出端的信噪比；Ls 为系统损耗。 6.1.2 扩频通信的主要特性 CDMA移动通信系统 第六章 CDMA移动通信系统 1抗干扰能力强 扩频通信系统扩展的频谱

8、越宽，处理增益越高，抗干扰能力 就越强。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、提高输出信噪比的作用。特别是对抗敌方人为干扰 方面，效果很突出扩频通信系统抗干扰能力强是扩频通信系 统的最突出的优点。 2. 隐蔽性好 由于扩频信号在很宽的频带上被扩展了，单位频带内的功率就 很小，即信号的功率谱密度就很低。所以，应用扩频码序列扩 展频谱的直接序列扩频系统，可在信道噪声和热噪声的背景下， 在很低的信号功率谱密度上进行通信。信号既然被湮没在噪声 里，敌方就很不容易发现有信号存在，而想进一步检测出信号 的参数就更困难了。因此，扩频信号具

9、有很低的被截获概率。 这在军事通信上十分有用，即可进行隐蔽通信。 CDMA移动通信系统 第六章 CDMA移动通信系统 此外，值得指出的是，由于扩频信号具有很低的功率谱密度， 它对目前广泛使用的各种窄带通信系统的干扰就很小。近年 来，在民用通信中，各国都在研究和试验在原有窄带通信的 频段内同时进行扩频通信，这可大大提高频率的利用率。这 是鉴于上述的扩频通信系统既有很强的抗干扰性能，又以低 功率谱密度发射信号，对窄带通信系统的干扰很小之故 3. 可以实现码分多址 扩频通信具有较强的抗干扰性能，但付出了占用频带宽的代价。 但是，如果让许多用户共用这一宽频带，则可大大提高频带的 利用率。由于在扩频通信

10、中存在扩频码序列的扩频调制，充分 利用正交或准正交的扩频码序列之间的相关特性，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以不同码型的 情况下可以区分不同用户的信号，提取出有用信号。 CDMA移动通信系统 第六章 CDMA移动通信系统 这样一来，在一宽频带上许多用户可以同时通信而互不造成严重 干扰。它与利用频带分割的频分多址（FDMA）或时间分割的时 分多址（TDMA）通信的概念类似，即利用不同的码型进行分割， 所以称为码分多址（CDMA）。为了区别FDMA、TDMA和 CDMA3种多址方式，图6.1示出了3种多址方式的示意图。 CDMA移动通信系统 第六章 CDMA移动通信系统 种

11、码分多址方式，虽然要占用较宽的频带，但平均到每个用户 占用的频带来计算，其频带利用率是较高的。最近研究表明， 在3种蜂窝网移动通信系统，即FDMA的AMPS系统、TDMA的 GSM系统和CDMA的蜂窝系统中，CDMA系统的通信容量最大， 即为FDMA的20倍，是TDMA的4倍。除此之外，码分多址蜂窝 网移动通信系统还具有软容量、软切换等一些独特的优点 4. 抗衰落、抗多径干扰 众所周知，移动信道属随参信道，信道条件最为恶劣。由于 移动台不断移动，受地形地物的影响产生慢衰落现象。更为严 重的是，由于多径效应产生快衰落现象，其衰落深度可达30 dB。 在频域上来看，多径效应会产生频率选择性衰落。扩

12、频系统具 有潜在的抗频率选择性衰落的能力。这是因为扩频通信系统所 传送的信号频谱已扩展很宽，频谱密度很低，如在传输中小部 分频谱衰落时，不会使信号造成严重的畸变。 CDMA移动通信系统 第六章 CDMA移动通信系统 直接序列扩频(DS) (DS)原理 6.1.3 直接序列扩频(DS)原理 所谓直接序列扩频(DS)，就是直接用高速率的扩频码序列 在发端去扩展信号的频谱。而接收端，用相同的扩频码序 列进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始信息。图6.2示 出了直扩通信系统原理及有关波形或相位关系。 （a）系统组成方框图 CDMA移动通信系统 第六章 CDMA移动通信系统 （b）主要波形或相位 图6.

13、2 直扩通信系统原理 CDMA移动通信系统 第六章 CDMA移动通信系统 在发送端输入信息码元m(t)，它是二进制数据，图中为0、1 两个码元，其码元宽度为Tb ，加入扩频调制器，图中为一个模2 加法器，扩频码为一个伪随机码(PN码)，记作p(t)，伪码的波形 如图6.2(b)中第(2)个波形，其码元宽度为Tp ，且取Tb16Tp 。通 常在DS系统中，伪码的速率Rp远大于信码速率Rm，即RpRm， 也就是说，伪码的宽度Tp远远小于信码的宽度，即Tp Tb，这 样才能展宽频谱。模2加法器运算规则可用下式表示： c(t ) m(t ) p (t ) (6-9) 当m(t)与p(t)符号相同时，c

14、(t)为0；而当m(t)与p(t)符号不同时， 则为1。c(t)的波形如图6.2(b)中的第(3)个波形。由图可见，当 信码m(t)为0时，c(t)与p(t)相同；而当信码m(t)为1时，则c(t)为 p(t)取反即是。显然，包含信码的c(t)其码元宽度已变成了Tp ， 亦即已进行了扩展频谱。其扩频处理增益也可用下式表示 CDMA移动通信系统 第六章 CDMA移动通信系统 T 10 lg b Gp = Tp (6-10) 在Tb一定情况下，若伪码速率越高，亦即伪码宽度(码片宽度) 越窄，则扩频处理增益越大。 经过扩频的信号，还要进行载频调制，以便在信道上有效 地传输。图中采用二相相移键控方式。

15、调相器可由环形调制 器完成，即将c(t)与载频Acos1t相乘，输出为s1(t)。即 s1(t)Acos1t 式中， 1 c(t)? ? 1 当二进制序列为 0 码 当二进制序列为 1 码 (6-11) 因此，经过扩频和相位调制后的信号s1(t)为 CDMA移动通信系统 第六章 CDMA移动通信系统 s1(t)Acos1t A cos 1t = ? A cos t 1 ? (6-12) 由上面讨论可知，经过扩频调制的信号c(t)可看作只取1的二 值波形，然后对载频进行调制，这里是采用调相(BPSK)。所谓 调制，就是相乘过程，可采用相乘器、环行调制器(或平衡调制 ( 器)，最后得到的是抑制载波双边带振幅调制信号。这里假定平 衡调制器是理想对称、码序列取1、一1的概率相同，即调制 信号无直流分量，这样平衡调制器输出的己调波中，无载波分 量。s1(t)通过发射机中推动级、功放和输出电路加至天线发射 出去。 CDMA移动通信系统 第六章 CDM