扩频和DSCDMA基本原理

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1、,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,29,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,29,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,29,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,基础知识,2024/10/21,1,讲解内容,2024/10/21,2,2024/10/21,3,上讲内容（1）,发射机,信源编码,交织器,信道编码,调制器,射频发射,射频接收,解调器,解交织,信道解码,信源

2、解码,信道,接收机,2024/10/21,4,上讲内容（2）,Shannon,信道容量公式,其中，,B,=,带宽，单位：,Hz,；,C=,信道容量，单位：,bps,；,S=,信号功率；,N=,噪声功率。,2024/10/21,5,本讲内容,扩频（直接序列扩频）原理,FDMA/TDMA/CDMA,原理,主要的现有系统,2024/10/21,6,直接序列扩频原理,背景,满足的条件,扩频系统的种类,PN,序列,扩频增益,扩频系统的优点,2024/10/21,7,背景,通信信号的加密、抗干扰、低截获概率,雷达测距,无线蜂窝系统的多址接入：,CDMA,2024/10/21,8,扩频系统需满足的条件,传输

3、信号带宽 传输信息需要的带宽,采用了扩频信号（编码信号）,发射端用编码信号对信息进行扩频,接收端用编码信号副本对接收到的扩频后信号解扩,两种实现方法,传输基准,一路传输数据调制，一路传输未调制信号,存储基准：噪声轮、,PN,序列,2024/10/21,9,扩频系统的种类,DS,FH,TH,混合,Barker,码,2024/10/21,10,length,code,2,+-,+,3,+-,4,+-+,+-,5,+-+,7,+-+-,11,+-+-+-,13,+-+-+-+,2024/10/21,11,PN,序列,PN,信号实质上是收发端预知的确定性周期信号，简化了存储基准（,SR）,方式的实现,

4、PN,序列应具备的随机特征,平衡特性：每个周期内的“0”、“1”数目近似相等,游程分布特性,相关特性,易于实现：移位寄存器序列,由寄存器、模2加法器和反馈支路组成,特性：良好的自相关特性和丰富的频率分量,2024/10/21,12,PN,序列自相关特性,2024/10/21,13,扰码,(Gold),发生器,Gold,码是,Gold,于,1967,年提出的，它是用一对优选的周期和速率均相同的,m,序列模二加后得到的,2024/10/21,14,DS,系统模型：实现描述,扩频,解扩,信息,信息,干扰或噪声,PN,序列,PN,序列,2024/10/21,15,2024/10/21,16,DS,系统

5、模型：理论描述,f,X(w),S(w),积分器实质上是一低通滤波器,2024/10/21,17,系统处理增益（,Gp,）定量描述了干扰抑制的程度，它是,RF,带宽和信息速率之比，表示为：,SS,系统的噪声电平由热噪声和干扰决定。对给定用户，输入和输出,SNR,的关系为：,处理增益,2024/10/21,18,扩频系统的优点,降低信号能量密度（平均功率）低截获概率,抑制干扰抗干扰,提高时间分辨率（力）测距、多址接入,2024/10/21,19,噪声中的信号检测,在热噪声背景下，,DS,系统和非扩频系统的,Eb/No（,差错性能）相同，不能提升系统性能,扩频没有提高抗热噪声能力，但对性能也没有损害

6、，可用来适应,FCC15,的要求或用于多址接入系统（,CDMA）,2024/10/21,20,干扰中的信号检测,所谓抗干扰，即迫使干扰方将其有限的资源分散到很宽的频段、很长的时间和不同的空间位置上,DSSS,实现频率分集，在频域上提升干扰难度,在,DSSS,系统中，全频带干扰要求更高的干扰功率或更宽的干扰带宽,在,DSSS,系统中，部分频带干扰在解扩后成为宽带干扰,智能干扰,脉冲干扰（需要知道通信接收机性能）,欺骗型干扰（需要接收到扩频序列）,2024/10/21,21,2024/10/21,22,本讲内容,扩频（直接序列扩频）原理,FDMA/TDMA/CDMA,原理,主要的现有系统,2024

7、/10/21,23,双工,/,多址方式,TDD Time Division Duplex,FDD Frequency Division Duplex,FDMA Frequency Division Multi-Access,TDMA Time Division Multi-Access,CDMA Code Division Multi-Access,2024/10/21,24,TDMA,优于,FDMA,设备量小,FDMA,中，基站中必须有多个信道单元（发射,-,接收机对）,TDMA,中一般采用单载波方式，可采用非线性功放,TDMA,的资源分配比,FDMA,灵活,占空比小，节能,容量,2024/

8、10/21,25,2024/10/21,26,CDMA,系统原理,上行链路采用,PN,序列区分用户,下行链路采用,PN,序列区分不同扇区和基站,下行链路采用,Walsh,码区分用户,两两完全正交,延迟相关特性不好,长度为8的,Walsh,函数举例,0 0 0 0 0 0 0 0,0 1 0 1 0 1 0 1,0 0 1 1 0 0 1 1,0 1 1 0 0 1 1 0,0 0 0 0 1 1 1 1,0 1 0 1 1 0 1 0,0 0 1 1 1 1 0 0,0 1 1 0 1 0 0 1,2024/10/21,27,FDMA,容量举例,AMPS,下行信道869894,MHz；,上行信

9、道824849,MHz,每家公司有12.5,MHz,下行信道总带宽和12.5上行信道总带宽,单信道（子带）带宽30,kHz；,上下行信道间隔45,MHz,7,小区结构，即1/7频率复用因子,每小区子带数12.5,M/30k/759,2024/10/21,28,TDMA,容量举例,IS-54（IS-136）,与,AMPS,兼容，每条信道带宽为30,kHz,每路语音信号仅需8,kbps（,采用声码器）,则每个信道子带可容纳30,k/8k3,TDMA,系统的小区容量是模拟频分系统的3倍以上,2024/10/21,29,CDMA,容量举例(,1,),前提：干扰远大于本底噪声,Gp：,处理增益,Eb/N

10、o：,达到某个误帧率所需要的信纳比,G,v,：话音激活而获得的增益（平均值2.5）,H,0,：相邻小区干扰而引入的容量减少（实际值1.41.55，平均值1.5）,：扇区划分的干扰减小而引入的容量改善，约为1.5,其他因素包括功率控制的不精确（平均值0.85）,2024/10/21,30,CDMA,容量举例(,2,),取,Eb/No,为5（7,dB,，,BPSK,的,BER,为,10,-3,）,信号带宽12.5,MHz，,信息带宽10,kbps，,则处理增益,Gp1250,Gv、H0,分别取为2.5、1.5、1.55,非理想功控等因素取为,0.85,小区容量为1250/5,2.5/1.55,1.

11、5,0.85,514,，是,TDMA,的（,514,/(59*3)3）倍,2024/10/21,31,干扰限制和尺度限制系统,FDMA、TDMA,尺度（频域/时域）受限,FDMA,系统容量受到频段划分的限制,TDMA,系统为不同用户分配不同时隙进行通信,CDMA,系统是干扰受限系统,对,Eb/N,0,的需求极大的影响系统容量，每减小1,dB，,可增加约25%的容量,N,0,由功率电平、同步状况、码本相关性决定,2024/10/21,32,同步：捕获与跟踪,捕获,并行搜索：相关器和匹配滤波器,串行搜索,序贯检测,跟踪,迟早门,匹配滤波器,2024/10/21,33,捕获的任务,搜索一段不确定的时

12、间和频率范围，使接收到的扩频信号与本地生成扩频序列同步,考虑的因素：,收发两端的距离不确定性,收发两端的时钟偏差引起的扩频信号相位差,收发两端的相对速度引起的多普勒偏移（扩展）,收发两端的振荡器频率差引起的扩频序列间的频率差（低频调制）,主要指标：虚警概率、检测概率、捕获时间,2024/10/21,34,串、并行搜索,利用,PN,序列相关性特点,采用相关器或匹配滤波器实现,2024/10/21,35,序贯检测器,利用了,PN,序列的确定性，而没有利用,PN,序列的相关特性,基于码片的硬判决解调，对噪声或干扰敏感,高信噪干比下，捕获速度快，,TacqnTc,2024/10/21,36,跟踪（细同

13、步）,DLL（Delay-Locked Loop，,全时早迟门跟踪环路）和,TDL（Tau-Dither Loop，,共享早迟门跟踪环路）两种方法,可采用模拟和数字两种方法实现,主要指标：跟踪精度和跟踪速度,2024/10/21,37,跟踪方法的实现,2024/10/21,38,本讲内容,扩频（直接序列扩频）原理,FDMA/TDMA/CDMA,原理,主要的现有系统,2024/10/21,39,现有的无线通信系统,网络化,近距：,PLAN,（蓝牙）,中距：,WLAN,（,802.11b,、,a,、,g,）,远距：蜂窝（,GSM,、,cdma2000,、,WCDMA,）,非网络化,通信电台,无线广

14、播,2024/10/21,40,主要,CDMA,系统,2024/10/21,41,3,G,系统原理,用户数据与码片相乘，从而把用户信息扩展到宽的带宽上,为支持高速率，采用多码传输,为支持可变的用户数据速率，即支持带宽需求（,BoD）,概念。用户数据速率在帧间是可变的，从而实现无线容量的快速分配,多种不同质量要求（,QoS）,的业务复用到一个连接上,2024/10/21,42,3,G,系统的,QoS,类型,会话类型,语音业务：低时延（400,ms）、,业务量对称,可视电话（电路交换、分组交换）：时延要求类似、,BER,要求更严格,流类型,流媒体：非对称、信息实体间保持一定的时间关系,两种应用：2

15、8.8,kbps（,网页广播）、1007300,bps,局域网视频点播,用媒体播放软件（,realone、wmp）,或浏览器插件播放,互动类型,网页浏览、信息检索：请求响应的往返延迟、数据的完整性,电脑游戏：最大延迟要求高的也可归入会话类型；,J2ME,后台类型,Email、,短消息（,SMS、MMS）,等：数据完整性、大时延,2024/10/21,43,工作方式,WCDMA FDD,模式下，上、下行链路分别使用两个独立的5,MHz,带宽；,cdma2000,上、下行链路分别使用两个独立的1.25,MHz,带宽；,TDSCDMA,工作在,TDD,模式下，上下行链路分时共享1.5,MHz,带宽,

16、cdma2000,支持同步基站操作，简化了系统同步，增强了定位功能,WCDMA,支持异步基站操作，这样不需要全局时间参考（如,GPS），,使得室内小区和微小区基站的布站变得简单,WCDMA,可与,GSM,协同工作，支持两种模式间的在线切换，这样在引入,WCDMA,后可增加,GSM,的覆盖,2024/10/21,44,主要特点,下行链路,上行链路,双工方式,接入方式,小区内,干扰消除,cdma2000,连续导频,闭环功控,连续导频,闭环功控,FDD,DS-CDMA,多用户,检测,WCDMA,连续导频,闭环功控,时隙导频,闭环功控,FDD,DS-CDMA,多用户,检测,TD-SCDMA,码中码,闭环功控,码中码,开环功控,TDD,DS-CDMA,TDMA,联合检测,802.11b Baseband Modem:RF3002,2024/10/21,45,2024/10/21,46,2024/10/21,47,参考书,Simon Haykin,，,Michael Moher,，现代无线通信，电子工业出版社,Rodger E.Ziemer，Roger L.Peterson，,数字通信基础，第二版