第3章第4講擴(kuò)頻通信、抗衰落技術(shù)

1、第第3 3章章 移動(dòng)通信基本技術(shù)移動(dòng)通信基本技術(shù)擴(kuò)頻通信擴(kuò)頻通信3.2抗衰落技術(shù)抗衰落技術(shù)3.3根據(jù)根據(jù)香農(nóng)香農(nóng)(C.E.Shannon)在信息論研究中總結(jié)出的信道容在信息論研究中總結(jié)出的信道容量公式，即香農(nóng)公式：量公式，即香農(nóng)公式：C = WLog2(1+S/N)式中：式中：C-信息的傳輸速率信息的傳輸速率 S-有用信號(hào)功率有用信號(hào)功率 W-頻帶寬度頻帶寬度 N-噪聲功率噪聲功率由式中可以看出：為了提高信息的傳輸速率由式中可以看出：為了提高信息的傳輸速率C，可以從兩，可以從兩種途徑實(shí)現(xiàn)，既加大帶寬種途徑實(shí)現(xiàn)，既加大帶寬W或提高信噪比或提高信噪比S/N。換句話說(shuō)，。換句話說(shuō)，當(dāng)信號(hào)的傳輸速率當(dāng)

2、信號(hào)的傳輸速率C一定時(shí)，信號(hào)帶寬一定時(shí)，信號(hào)帶寬W和信噪比和信噪比S/N是可是可以互換的，即增加信號(hào)帶寬可以降低對(duì)信噪比的要求，當(dāng)帶以互換的，即增加信號(hào)帶寬可以降低對(duì)信噪比的要求，當(dāng)帶寬增加到一定程度，允許信噪比進(jìn)一步降低，有用信號(hào)功率寬增加到一定程度，允許信噪比進(jìn)一步降低，有用信號(hào)功率接近噪聲功率甚至淹沒(méi)在噪聲之下也是可能的。擴(kuò)頻通信就接近噪聲功率甚至淹沒(méi)在噪聲之下也是可能的。擴(kuò)頻通信就是用寬帶傳輸技術(shù)來(lái)?yè)Q取信噪比上的好處，這就是擴(kuò)頻通信是用寬帶傳輸技術(shù)來(lái)?yè)Q取信噪比上的好處，這就是擴(kuò)頻通信的基本思想和理論依據(jù)。的基本思想和理論依據(jù)?；纠碚摶A(chǔ)：基本理論基礎(chǔ)：3.2 3.2 擴(kuò)頻通信擴(kuò)頻通信

3、3.2 3.2 擴(kuò)頻通信擴(kuò)頻通信3.2.1 擴(kuò)頻通信技術(shù)簡(jiǎn)介擴(kuò)頻通信技術(shù)簡(jiǎn)介1擴(kuò)頻通信擴(kuò)頻通信 擴(kuò)頻通信，即擴(kuò)展頻譜通信，就是在發(fā)擴(kuò)頻通信，即擴(kuò)展頻譜通信，就是在發(fā)送端用某個(gè)特定的擴(kuò)頻函數(shù)，如偽隨機(jī)編碼送端用某個(gè)特定的擴(kuò)頻函數(shù)，如偽隨機(jī)編碼序列，將待傳輸?shù)男盘?hào)頻譜擴(kuò)展至很寬的頻序列，將待傳輸?shù)男盘?hào)頻譜擴(kuò)展至很寬的頻帶，變?yōu)閷拵盘?hào)，送入信道中傳輸；在接帶，變?yōu)閷拵盘?hào)，送入信道中傳輸；在接收端再利用相應(yīng)的技術(shù)或手段將擴(kuò)展了的頻收端再利用相應(yīng)的技術(shù)或手段將擴(kuò)展了的頻譜進(jìn)行壓縮，恢復(fù)到基帶信號(hào)的頻譜，從而譜進(jìn)行壓縮，恢復(fù)到基帶信號(hào)的頻譜，從而達(dá)到傳輸信息、抑制傳輸過(guò)程中噪聲和干擾達(dá)到傳輸信息、抑制

4、傳輸過(guò)程中噪聲和干擾的目的。的目的。 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)有以下兩個(gè)特點(diǎn)。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)有以下兩個(gè)特點(diǎn)。 （1）傳輸信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)大于被傳輸?shù)脑夹牛﹤鬏斝盘?hào)的帶寬遠(yuǎn)大于被傳輸?shù)脑夹盘?hào)的帶寬。號(hào)的帶寬。 （2）傳輸信號(hào)的帶寬主要由擴(kuò)頻函數(shù)決定，）傳輸信號(hào)的帶寬主要由擴(kuò)頻函數(shù)決定，此擴(kuò)頻函數(shù)通常為偽隨機(jī)編碼信號(hào)。此擴(kuò)頻函數(shù)通常為偽隨機(jī)編碼信號(hào)。2典型擴(kuò)頻通信系統(tǒng)框圖典型擴(kuò)頻通信系統(tǒng)框圖 圖圖3-37是一個(gè)典型的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)框是一個(gè)典型的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)框圖。圖。 由發(fā)送端、接收端和無(wú)線信道由發(fā)送端、接收端和無(wú)線信道3部分部分組成。組成。 圖圖3-37 典型的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)框圖典型的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)框圖4.1.2 擴(kuò)

5、頻通信系統(tǒng)分類及特點(diǎn)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)分類及特點(diǎn)1擴(kuò)頻通信系統(tǒng)分類擴(kuò)頻通信系統(tǒng)分類 根據(jù)擴(kuò)展頻譜的方式不同，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)有以下幾類：根據(jù)擴(kuò)展頻譜的方式不同，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)有以下幾類： 直直接序列擴(kuò)頻接序列擴(kuò)頻(Direct Sequence Spread Spectrum)、跳變頻率擴(kuò)、跳變頻率擴(kuò)頻頻(Frequency Hopping Spread Spectrum)。n 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻：直接序列擴(kuò)頻：通過(guò)擴(kuò)頻序列直接與基帶脈沖數(shù)據(jù)通過(guò)擴(kuò)頻序列直接與基帶脈沖數(shù)據(jù)相乘相乘來(lái)來(lái)擴(kuò)展基帶數(shù)據(jù)。即在一個(gè)二進(jìn)制碼位的時(shí)段內(nèi)用一組新的擴(kuò)展基帶數(shù)據(jù)。即在一個(gè)二進(jìn)制碼位的時(shí)段內(nèi)

6、用一組新的多位長(zhǎng)的碼型予以置換，新碼型的碼速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出原碼的多位長(zhǎng)的碼型予以置換，新碼型的碼速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出原碼的碼速率，由傅立葉分析可知新碼型的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出原碼的碼速率，由傅立葉分析可知新碼型的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出原碼的帶寬，從而將信號(hào)的帶寬進(jìn)行了擴(kuò)展。偽隨機(jī)序列的一個(gè)帶寬，從而將信號(hào)的帶寬進(jìn)行了擴(kuò)展。偽隨機(jī)序列的一個(gè)脈沖或符號(hào)稱為一個(gè)脈沖或符號(hào)稱為一個(gè)“碼片碼片”。 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)是以直接擴(kuò)頻方式構(gòu)成的擴(kuò)展頻譜通直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)是以直接擴(kuò)頻方式構(gòu)成的擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)，通常簡(jiǎn)稱直擴(kuò)（信系統(tǒng)，通常簡(jiǎn)稱直擴(kuò)（DS）系統(tǒng)，又稱偽噪聲（）系統(tǒng)，又稱偽噪聲（PN：Pseudo-Noise）擴(kuò)頻系統(tǒng)。）擴(kuò)

7、頻系統(tǒng)。直擴(kuò)系統(tǒng)組成原理框圖直擴(kuò)系統(tǒng)組成原理框圖擴(kuò)頻系統(tǒng)示意圖擴(kuò)頻系統(tǒng)示意圖n 跳頻序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)跳頻序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)跳頻系統(tǒng)的組成原理框圖跳頻系統(tǒng)的組成原理框圖 跳頻信號(hào)的時(shí)域矩陣圖跳頻信號(hào)的時(shí)域矩陣圖 跳頻分慢跳頻和快跳頻。跳頻分慢跳頻和快跳頻。慢跳頻慢跳頻: :跳頻速率低于信息比特速率，即連續(xù)幾個(gè)信息比特跳頻一次；跳頻速率低于信息比特速率，即連續(xù)幾個(gè)信息比特跳頻一次；快跳頻快跳頻: :跳頻速率高于信息比特速率，即每個(gè)信息比特跳頻一次以上。跳頻速率高于信息比特速率，即每個(gè)信息比特跳頻一次以上。從時(shí)域上看，跳頻信號(hào)是一個(gè)多頻率的頻移鍵控信號(hào)；從從時(shí)域上看，跳頻信號(hào)是一個(gè)多頻率的頻移鍵控信號(hào)

8、；從頻域上看，跳頻信號(hào)的頻譜是一個(gè)在很寬頻帶上隨機(jī)跳變頻域上看，跳頻信號(hào)的頻譜是一個(gè)在很寬頻帶上隨機(jī)跳變的不等間隔的頻率信道。圖中載波頻率跳變次序是：的不等間隔的頻率信道。圖中載波頻率跳變次序是：f f5 5ff4 4ff7 7ff0 0ff6 6ff3 3ff1 1。如果從時(shí)間。如果從時(shí)間- -頻率域來(lái)看，頻率域來(lái)看，跳頻信號(hào)為一個(gè)時(shí)跳頻信號(hào)為一個(gè)時(shí)- -頻矩陣，每個(gè)頻率持續(xù)時(shí)間為頻矩陣，每個(gè)頻率持續(xù)時(shí)間為T Tc c秒。秒。2擴(kuò)頻通信系統(tǒng)主要特點(diǎn)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)主要特點(diǎn)（1）抗干擾能力強(qiáng)。）抗干擾能力強(qiáng)。（2）多址能力強(qiáng)。）多址能力強(qiáng)。（3）保密性強(qiáng)，抗截獲、抗檢測(cè)能力強(qiáng)。）保密性強(qiáng)，抗截獲、

9、抗檢測(cè)能力強(qiáng)。（4）抗衰落能力強(qiáng)。）抗衰落能力強(qiáng)。（5）抗多徑能力強(qiáng)。）抗多徑能力強(qiáng)。（6）高分辨率測(cè)距。）高分辨率測(cè)距。3.2.3 3.2.3 擴(kuò)頻系統(tǒng)中常用的擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻系統(tǒng)中常用的擴(kuò)頻碼1 理想地址碼和擴(kuò)頻碼的特點(diǎn)理想地址碼和擴(kuò)頻碼的特點(diǎn)（1）良好的自相關(guān)和互相關(guān)特性。）良好的自相關(guān)和互相關(guān)特性。（2）盡可能長(zhǎng)的碼周期。）盡可能長(zhǎng)的碼周期。（3）足夠多的碼序列。）足夠多的碼序列。（4）易于產(chǎn)生、復(fù)制、控制和實(shí)現(xiàn)。）易于產(chǎn)生、復(fù)制、控制和實(shí)現(xiàn)。 目前常用的、較為理想的擴(kuò)頻碼和目前常用的、較為理想的擴(kuò)頻碼和地址碼有：地址碼有：偽隨機(jī)（偽隨機(jī)（PN）碼）碼沃爾什（沃爾什（Walsh）碼）碼正交可

10、變速率擴(kuò)頻增益（正交可變速率擴(kuò)頻增益（OVSF）碼）碼2CDMA系統(tǒng)地址碼和擴(kuò)頻碼的應(yīng)用系統(tǒng)地址碼和擴(kuò)頻碼的應(yīng)用 主要可以分為主要可以分為3類類:（1）用戶地址碼。）用戶地址碼。（2）信道地址碼。）信道地址碼。（3）小區(qū)地址碼。）小區(qū)地址碼。3 擴(kuò)頻通信的主要性能指標(biāo)擴(kuò)頻通信的主要性能指標(biāo)(1)擴(kuò)頻處理增益擴(kuò)頻處理增益 處理增益處理增益G定義為頻譜擴(kuò)展后的信號(hào)帶定義為頻譜擴(kuò)展后的信號(hào)帶寬寬B2與頻譜擴(kuò)展前的信號(hào)帶寬與頻譜擴(kuò)展前的信號(hào)帶寬B1之比，即之比，即（4-23）221112BRTGBRT式中，式中，T1為信息數(shù)據(jù)脈寬，為信息數(shù)據(jù)脈寬，T2為為PN碼的碼元寬度，碼的碼元寬度，R1為信息速率

11、，為信息速率，R1=1/T1，R2為為PN碼的時(shí)鐘速率，碼的時(shí)鐘速率，R2=1/T2。 處理增益也可表示為處理增益也可表示為（4-24） 式中，式中，(S/N)out為擴(kuò)頻解擴(kuò)后的信噪為擴(kuò)頻解擴(kuò)后的信噪比，比，(S/N)in為擴(kuò)頻解擴(kuò)前的信噪比。為擴(kuò)頻解擴(kuò)前的信噪比。outin( /)( /)S NGS N 在工程中，一般用對(duì)數(shù)形式表示為在工程中，一般用對(duì)數(shù)形式表示為（4-25）outin(/)10lgdB(/)S NGS N(2)干擾容限干擾容限 干擾容限是指在保證系統(tǒng)正常工作的干擾容限是指在保證系統(tǒng)正常工作的條件下，接收機(jī)能夠承受的干擾信號(hào)比有條件下，接收機(jī)能夠承受的干擾信號(hào)比有用信號(hào)高出

12、的用信號(hào)高出的dB數(shù)，用數(shù)，用Mj表示，有表示，有（4-26）其中，其中，Ls為系統(tǒng)內(nèi)部損耗；為系統(tǒng)內(nèi)部損耗；(S/N)0為系統(tǒng)正常工作時(shí)要求的最小輸出信為系統(tǒng)正常工作時(shí)要求的最小輸出信噪比，即相關(guān)器的輸出信噪比或解調(diào)器的噪比，即相關(guān)器的輸出信噪比或解調(diào)器的輸入信噪比；輸入信噪比；G為系統(tǒng)的處理增益。為系統(tǒng)的處理增益。js0dBSMGLN（3）頻帶利用率頻帶利用率 頻帶利用率就是傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率（頻帶利用率就是傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率（bit/s）與數(shù)字信號(hào)所占的頻帶（與數(shù)字信號(hào)所占的頻帶（Hz）之比單位為）之比單位為bit/s/Hz。多址技術(shù)多址技術(shù)主要是解決如何使主要是解決如何使多用戶共享系統(tǒng)無(wú)線資源多用

13、戶共享系統(tǒng)無(wú)線資源的問(wèn)題。的問(wèn)題。必須對(duì)不同移動(dòng)臺(tái)和基站發(fā)出的信號(hào)賦予不同的特征，使基必須對(duì)不同移動(dòng)臺(tái)和基站發(fā)出的信號(hào)賦予不同的特征，使基站能從眾多移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)中區(qū)分出哪一個(gè)移動(dòng)臺(tái)發(fā)出來(lái)的信站能從眾多移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)中區(qū)分出哪一個(gè)移動(dòng)臺(tái)發(fā)出來(lái)的信號(hào)，而各移動(dòng)臺(tái)又能識(shí)別出基站發(fā)出的信號(hào)中哪個(gè)是發(fā)給自號(hào)，而各移動(dòng)臺(tái)又能識(shí)別出基站發(fā)出的信號(hào)中哪個(gè)是發(fā)給自己的信號(hào)。己的信號(hào)。3.2.4 多址接入技術(shù)多址接入技術(shù)1多址接入技術(shù)簡(jiǎn)介多址接入技術(shù)簡(jiǎn)介3.2.4 多址接入技術(shù)多址接入技術(shù)復(fù)用針對(duì)資源，多址針對(duì)用戶！復(fù)用針對(duì)資源，多址針對(duì)用戶！1多址接入技術(shù)簡(jiǎn)介多址接入技術(shù)簡(jiǎn)介其目的是區(qū)分多個(gè)動(dòng)態(tài)地址，且必須在射頻

14、段實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)多其目的是區(qū)分多個(gè)動(dòng)態(tài)地址，且必須在射頻段實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)多址連接的理論基礎(chǔ)是信號(hào)分割技術(shù)。在發(fā)送端通過(guò)恰當(dāng)?shù)男胖愤B接的理論基礎(chǔ)是信號(hào)分割技術(shù)。在發(fā)送端通過(guò)恰當(dāng)?shù)男盘?hào)設(shè)計(jì)使信號(hào)按某種參量相互正交或準(zhǔn)正交，以實(shí)現(xiàn)各站信號(hào)設(shè)計(jì)使信號(hào)按某種參量相互正交或準(zhǔn)正交，以實(shí)現(xiàn)各站信號(hào)的差異性；在接收端有信號(hào)識(shí)別能力，能從混合信號(hào)中分號(hào)的差異性；在接收端有信號(hào)識(shí)別能力，能從混合信號(hào)中分離選擇出相應(yīng)的信號(hào)。離選擇出相應(yīng)的信號(hào)。3.2.4 多址接入技術(shù)多址接入技術(shù)1多址接入技術(shù)簡(jiǎn)介多址接入技術(shù)簡(jiǎn)介 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，用戶由于使用在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，用戶由于使用共同的傳輸媒介，各用戶間可能會(huì)產(chǎn)生共同的傳輸媒介，

15、各用戶間可能會(huì)產(chǎn)生相互干擾，稱為相互干擾，稱為多址干擾多址干擾。根據(jù)不同的參量進(jìn)行分割，多址技術(shù)可根據(jù)不同的參量進(jìn)行分割，多址技術(shù)可以分為以分為頻分多址（頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址）、時(shí)分多址（TDMA）和碼分多址（）和碼分多址（CDMA） 圖圖3-39是是FDMA、TDMA和和CDMA 3種接入方式的示意圖。種接入方式的示意圖。圖圖3-39 3種接入方式示意圖種接入方式示意圖 頻分多址（頻分多址（FDMA）是不同用戶使）是不同用戶使用不同頻帶實(shí)現(xiàn)信號(hào)分割。用不同頻帶實(shí)現(xiàn)信號(hào)分割。 時(shí)分多址（時(shí)分多址（TDMA）是不同用戶使）是不同用戶使用不同時(shí)隙實(shí)現(xiàn)信號(hào)分割。用不同時(shí)隙實(shí)現(xiàn)信號(hào)分割。 碼

16、分多址（碼分多址（CDMA）是所有用戶使）是所有用戶使用同一頻帶在同一時(shí)隙傳送信號(hào)，其信用同一頻帶在同一時(shí)隙傳送信號(hào)，其信號(hào)分割是利用不同地址碼波形之間的正號(hào)分割是利用不同地址碼波形之間的正交性（或準(zhǔn)正交性）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。交性（或準(zhǔn)正交性）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 空分多址（空分多址（SDMA）是利用空間分）是利用空間分割構(gòu)成不同的信道分配給不同的用戶。割構(gòu)成不同的信道分配給不同的用戶。2頻分多址頻分多址 頻分多址（頻分多址（FDMA）是基于頻率劃）是基于頻率劃分信道的，把可以使用的總頻段平均劃分信道的，把可以使用的總頻段平均劃分為分為N個(gè)頻道，這些頻道在頻域上互不重個(gè)頻道，這些頻道在頻域上互不重疊，每個(gè)頻道就

17、是一個(gè)通信信道，如圖疊，每個(gè)頻道就是一個(gè)通信信道，如圖3-39（a）所示。）所示。 在模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中通常采在模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中通常采用頻分多址，而在數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中，則用頻分多址，而在數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中，則很少單獨(dú)采用頻分多址的方式。很少單獨(dú)采用頻分多址的方式。3時(shí)分多址時(shí)分多址 時(shí)分多址（時(shí)分多址（TDMA）是在同一載波）是在同一載波上，將時(shí)間分成周期性的幀，每一幀再上，將時(shí)間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干的時(shí)隙（每一幀和每個(gè)時(shí)隙分割成若干的時(shí)隙（每一幀和每個(gè)時(shí)隙都互不重疊），每個(gè)時(shí)隙是一個(gè)通信信都互不重疊），每個(gè)時(shí)隙是一個(gè)通信信道，分配給用戶使用，如圖道，分配給用戶使用，如圖3-

18、39（b）所）所示。示。 TDMA的幀結(jié)構(gòu)如圖的幀結(jié)構(gòu)如圖3-40所示。所示。圖圖3-40 TDMA的幀結(jié)構(gòu)的幀結(jié)構(gòu) 和頻分多址比較，時(shí)分多址具有如和頻分多址比較，時(shí)分多址具有如下特點(diǎn)。下特點(diǎn)。 （1）抗干擾能力強(qiáng)，頻帶利用率高，系）抗干擾能力強(qiáng)，頻帶利用率高，系統(tǒng)容量大。統(tǒng)容量大。 （2）基站復(fù)雜度降低，互調(diào)干擾小。）基站復(fù)雜度降低，互調(diào)干擾小。 （3）越區(qū)切換簡(jiǎn)單。）越區(qū)切換簡(jiǎn)單。 （4）系統(tǒng)需要精確的定時(shí)和同步。）系統(tǒng)需要精確的定時(shí)和同步。 4碼分多址碼分多址 （1 1）碼分多址的特點(diǎn)）碼分多址的特點(diǎn) 3G的三大主流標(biāo)準(zhǔn)的三大主流標(biāo)準(zhǔn)WCDMA、CDMA2000和和TD-SCDMA中，都

19、采用了碼分中，都采用了碼分多址（多址（CDMA）技術(shù)，因此）技術(shù)，因此CDMA成為成為3G系系統(tǒng)的最佳多址接入方式。統(tǒng)的最佳多址接入方式。 4碼分多址碼分多址碼分多址碼分多址(CDMA)采用擴(kuò)頻通信技術(shù)，每個(gè)用戶采用擴(kuò)頻通信技術(shù)，每個(gè)用戶分配特定的分配特定的地址碼地址碼，利用地址碼相互之間的正，利用地址碼相互之間的正交性（或準(zhǔn)正交性）完成信道分離的任務(wù)。交性（或準(zhǔn)正交性）完成信道分離的任務(wù)。CDMA在頻率、時(shí)間、空間上可以相互重疊，在頻率、時(shí)間、空間上可以相互重疊，如圖如圖3-39（c）所示。）所示。 CDMA系統(tǒng)采用擴(kuò)頻技術(shù)，與系統(tǒng)采用擴(kuò)頻技術(shù)，與FDMA和和TDMA相比相比，具有許多獨(dú)特的

20、優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在如下方面。，具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在如下方面。系統(tǒng)容量大且有軟容量的特性。系統(tǒng)容量大且有軟容量的特性?？刹捎谜Z(yǔ)音激活技術(shù)?？刹捎谜Z(yǔ)音激活技術(shù)?？垢蓴_、抗多徑能力強(qiáng)?？垢蓴_、抗多徑能力強(qiáng)。軟切換。軟切換?？刹捎枚喾N分集技術(shù)?？刹捎枚喾N分集技術(shù)。低信號(hào)功率譜。低信號(hào)功率譜。頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單，可同頻組網(wǎng)。頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單，可同頻組網(wǎng)。保密性好。保密性好。（2 2）CDMACDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)具有的特性移動(dòng)通信系統(tǒng)具有的特性 多址干擾多址干擾 遠(yuǎn)近效應(yīng)遠(yuǎn)近效應(yīng) 邊緣問(wèn)題邊緣問(wèn)題 CDMA系統(tǒng)接收的特點(diǎn)系統(tǒng)接收的特點(diǎn) CDMA系統(tǒng)軟容量的特點(diǎn)系統(tǒng)軟容量的特點(diǎn) CDMA系統(tǒng)的小區(qū)呼吸效應(yīng)系統(tǒng)

21、的小區(qū)呼吸效應(yīng) 軟切換軟切換 圖圖3-41 軟容量示意圖軟容量示意圖當(dāng)相鄰小區(qū)的負(fù)荷不相同時(shí)，負(fù)荷重的小區(qū)降低發(fā)射當(dāng)相鄰小區(qū)的負(fù)荷不相同時(shí)，負(fù)荷重的小區(qū)降低發(fā)射功率，使本小區(qū)邊緣的用戶切換到臨近小區(qū)，從而實(shí)功率，使本小區(qū)邊緣的用戶切換到臨近小區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載控制現(xiàn)負(fù)載控制“小區(qū)呼吸小區(qū)呼吸”動(dòng)態(tài)分配小區(qū)負(fù)荷，改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，增加系統(tǒng)容量動(dòng)態(tài)分配小區(qū)負(fù)荷，改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，增加系統(tǒng)容量CDMA網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)與GSM網(wǎng)絡(luò)完全不同，由于不再把信道和用戶分開(kāi)考網(wǎng)絡(luò)完全不同，由于不再把信道和用戶分開(kāi)考慮，也就沒(méi)有了傳統(tǒng)的覆蓋和容量之間的區(qū)別。一個(gè)小區(qū)的業(yè)務(wù)慮，也就沒(méi)有了傳統(tǒng)的覆蓋和容量之間的區(qū)別。一個(gè)小區(qū)的業(yè)務(wù)量

22、越大，小區(qū)面積就越小。因?yàn)樵诹吭酱螅^(qū)面積就越小。因?yàn)樵贑DMA 網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)量增多就意網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)量增多就意味著干擾的增大。這種小區(qū)面積動(dòng)態(tài)變化的效應(yīng)稱為小區(qū)呼吸。味著干擾的增大。這種小區(qū)面積動(dòng)態(tài)變化的效應(yīng)稱為小區(qū)呼吸。5空分多址空分多址 空分多址（空分多址（SDMA）利用空間的分）利用空間的分割來(lái)構(gòu)成不同的信道。割來(lái)構(gòu)成不同的信道。 空分多址技術(shù)是衛(wèi)星通信的基本技空分多址技術(shù)是衛(wèi)星通信的基本技術(shù)。術(shù)。 在陸地蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，需要在陸地蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，需要面對(duì)如下問(wèn)題。面對(duì)如下問(wèn)題。 （1）基站完全控制了前向鏈路上所有發(fā)）基站完全控制了前向鏈路上所有發(fā)射信號(hào)的功率。射信號(hào)的功率。 （2

23、）發(fā)射功率受到用戶單元電池能量的）發(fā)射功率受到用戶單元電池能量的限制。限制。 陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)SDMA的的關(guān)鍵技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)是“智能天線智能天線”。 圖圖3-42所示為利用波束賦形技術(shù)實(shí)所示為利用波束賦形技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)SDMA的示意圖。的示意圖。圖圖3-42 利用波束賦形技術(shù)實(shí)現(xiàn)利用波束賦形技術(shù)實(shí)現(xiàn)SDMA6混合多址接入方式混合多址接入方式 在實(shí)際中通常是將在實(shí)際中通常是將CDMA與與FDMA、TDMA結(jié)合在一起來(lái)使用，如圖結(jié)合在一起來(lái)使用，如圖3-43所示。所示。 圖圖3-43 混合多址接入方式示意圖混合多址接入方式示意圖3.1.1 3.1.1 分集分集 分集（分集（

24、Diversity）就是在獨(dú)立的衰）就是在獨(dú)立的衰落路徑上發(fā)送相同的數(shù)據(jù)，由于獨(dú)立路落路徑上發(fā)送相同的數(shù)據(jù)，由于獨(dú)立路徑在同一時(shí)刻同時(shí)經(jīng)歷深衰落的概率很徑在同一時(shí)刻同時(shí)經(jīng)歷深衰落的概率很小，因此經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)暮喜⒑?，接收信?hào)小，因此經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)暮喜⒑?，接收信?hào)的衰落程度就會(huì)被減小。的衰落程度就會(huì)被減小。宏分集（也叫多基站分集）宏分集（也叫多基站分集）：為了消除陰影區(qū)域產(chǎn)生的：為了消除陰影區(qū)域產(chǎn)生的信號(hào)衰落，將多個(gè)基站設(shè)置在不同的地理位置和不同的方信號(hào)衰落，將多個(gè)基站設(shè)置在不同的地理位置和不同的方向上同時(shí)和小區(qū)內(nèi)的一個(gè)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信。向上同時(shí)和小區(qū)內(nèi)的一個(gè)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信。微分集微分集：在一個(gè)局部區(qū)域接

25、收到無(wú)線信號(hào)在空間、角度、：在一個(gè)局部區(qū)域接收到無(wú)線信號(hào)在空間、角度、頻率、時(shí)間等方面呈現(xiàn)出獨(dú)立性，因此對(duì)應(yīng)的分集方法有頻率、時(shí)間等方面呈現(xiàn)出獨(dú)立性，因此對(duì)應(yīng)的分集方法有空間分集、極化分集、角度分集、頻率分集、時(shí)間分集和空間分集、極化分集、角度分集、頻率分集、時(shí)間分集和分量分集等多種。分量分集等多種。 采用分集技術(shù)便可在接收終端上大大降低深衰落的影響，從采用分集技術(shù)便可在接收終端上大大降低深衰落的影響，從而改善傳輸?shù)目煽啃?。?duì)于而改善傳輸?shù)目煽啃浴?duì)于陰影衰落陰影衰落造成的宏觀信號(hào)衰落可造成的宏觀信號(hào)衰落可使用使用宏觀分集宏觀分集；對(duì)于；對(duì)于多徑傳多徑傳播造成微觀衰落可使用播造成微觀衰落可使用

26、微觀分集微觀分集。 分集有兩重含義：一是分散傳輸，分集有兩重含義：一是分散傳輸，使接收端能獲得多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的、攜帶使接收端能獲得多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的、攜帶同一信息的衰落信號(hào)；二是集中處理，同一信息的衰落信號(hào)；二是集中處理，即接收機(jī)把收到的多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的衰落即接收機(jī)把收到的多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的衰落信號(hào)進(jìn)行合并（包括選擇與組合）以降信號(hào)進(jìn)行合并（包括選擇與組合）以降低衰落的影響。低衰落的影響。分集技術(shù)分集技術(shù) 顯分集顯分集隱分集隱分集交織編碼技術(shù)交織編碼技術(shù)跳頻技術(shù)跳頻技術(shù)直接擴(kuò)頻技術(shù)直接擴(kuò)頻技術(shù)宏分集宏分集微分集微分集空間分集空間分集頻率分集頻率分集時(shí)間分集時(shí)間分集極化分集極化分集路徑分集路徑分集場(chǎng)分量分集

27、場(chǎng)分量分集角度分集角度分集1、分集技術(shù)分類、分集技術(shù)分類 （多套設(shè)備實(shí)現(xiàn)分集）（多套設(shè)備實(shí)現(xiàn)分集）顯分集：采用多套設(shè)備實(shí)現(xiàn)分集；顯分集：采用多套設(shè)備實(shí)現(xiàn)分集；隱分集：采用一套設(shè)備而利用信號(hào)設(shè)計(jì)與處理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的分集為隱隱分集：采用一套設(shè)備而利用信號(hào)設(shè)計(jì)與處理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的分集為隱 分集。分集。 n 按按“分分”劃分劃分1、分集技術(shù)分類、分集技術(shù)分類 n 按按“集集”劃分劃分，即按照集合、合并方式劃分，可分為：，即按照集合、合并方式劃分，可分為：最大比值合并、等增益合并、選擇式合并。最大比值合并、等增益合并、選擇式合并。592、獲得分集信號(hào)的方式、獲得分集信號(hào)的方式 n 空間分集(Space Di

28、versity) 空間分集的兩種變化形式：極化分集和角度分集 空間分集在發(fā)端采用一副天線發(fā)射，而在接收端采用多副間隔空間分集在發(fā)端采用一副天線發(fā)射，而在接收端采用多副間隔距離距離d/2d/2（為工作波長(zhǎng)）的天線接收，以保證接收天線輸出信為工作波長(zhǎng)）的天線接收，以保證接收天線輸出信號(hào)的衰落特性是相互獨(dú)立的。經(jīng)相應(yīng)的合并電路從中選出信號(hào)幅度較號(hào)的衰落特性是相互獨(dú)立的。經(jīng)相應(yīng)的合并電路從中選出信號(hào)幅度較大、信噪比最佳的一路，得到一個(gè)總的接收天線輸出信號(hào)，從而降低大、信噪比最佳的一路，得到一個(gè)總的接收天線輸出信號(hào)，從而降低了信道衰落的影響，改善了傳輸?shù)目煽啃?。該技術(shù)在了信道衰落的影響，改善了傳輸?shù)目煽?/p>

29、性。該技術(shù)在FDMAFDMA、TDMATDMA及及CDMACDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中都有應(yīng)用。移動(dòng)通信系統(tǒng)中都有應(yīng)用。60n 頻率分集(Frequency Diversity)頻率分集是將待發(fā)送的信息分別調(diào)制到頻率不相關(guān)的載頻率分集是將待發(fā)送的信息分別調(diào)制到頻率不相關(guān)的載波上發(fā)送，只要載頻間隔大于相干帶寬，則接收端所接波上發(fā)送，只要載頻間隔大于相干帶寬，則接收端所接收到信號(hào)的衰落是相互獨(dú)立的。收到信號(hào)的衰落是相互獨(dú)立的。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，可采用在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，可采用信號(hào)載波頻率跳變擴(kuò)展頻信號(hào)載波頻率跳變擴(kuò)展頻譜技術(shù)譜技術(shù)來(lái)達(dá)到頻率分集的目的。和空間分集相比，頻來(lái)達(dá)到頻率分集的目的。和空間分集相比

30、，頻率分集的率分集的優(yōu)點(diǎn)是減少了天線數(shù)目，缺點(diǎn)是要占用更多優(yōu)點(diǎn)是減少了天線數(shù)目，缺點(diǎn)是要占用更多的頻譜資源，在發(fā)端需要多部發(fā)射機(jī)。的頻譜資源，在發(fā)端需要多部發(fā)射機(jī)。 n 時(shí)間分集(Time Diversity)在不同時(shí)間發(fā)送相同的信息可構(gòu)成時(shí)間分集。利用一個(gè)在不同時(shí)間發(fā)送相同的信息可構(gòu)成時(shí)間分集。利用一個(gè)隨機(jī)衰落信號(hào)，當(dāng)取樣點(diǎn)的時(shí)間間隔足夠大時(shí)，兩個(gè)樣隨機(jī)衰落信號(hào)，當(dāng)取樣點(diǎn)的時(shí)間間隔足夠大時(shí)，兩個(gè)樣點(diǎn)間的衰落是統(tǒng)計(jì)上互不相關(guān)的特點(diǎn)，即利用時(shí)間上衰點(diǎn)間的衰落是統(tǒng)計(jì)上互不相關(guān)的特點(diǎn)，即利用時(shí)間上衰落統(tǒng)計(jì)特性上的差異來(lái)實(shí)現(xiàn)抗時(shí)間選擇性衰落的功能落統(tǒng)計(jì)特性上的差異來(lái)實(shí)現(xiàn)抗時(shí)間選擇性衰落的功能優(yōu)點(diǎn)：減少

31、了接收天線及相應(yīng)設(shè)備的數(shù)目；優(yōu)點(diǎn)：減少了接收天線及相應(yīng)設(shè)備的數(shù)目；缺點(diǎn)：占用時(shí)隙資源，增大開(kāi)銷，降低傳輸效率。缺點(diǎn)：占用時(shí)隙資源，增大開(kāi)銷，降低傳輸效率。3合并技術(shù) 在分集接收中，在接收端從不同的在分集接收中，在接收端從不同的N個(gè)獨(dú)立信號(hào)支路所獲得的信號(hào)，可以通個(gè)獨(dú)立信號(hào)支路所獲得的信號(hào)，可以通話不同形式的合并技術(shù)來(lái)獲得分集增益。話不同形式的合并技術(shù)來(lái)獲得分集增益。假設(shè)假設(shè)M個(gè)輸入信號(hào)電壓個(gè)輸入信號(hào)電壓 ，則合并器輸出電壓，則合并器輸出電壓r(t)為：為：)()(),.,()()(12211tratratratratrkMkkMM)(),.,()(21trtrtrM，633、 合并技術(shù) n 最

32、大比合并（MRC） 平均輸出信噪比為 SNRSNRMN合并增益為 SNRSNRMMGN2221111NNNiiiiiiiirrrrr64n 等增益合并（EGC） 把各支路信號(hào)進(jìn)行同相后再相加，和把各支路信號(hào)進(jìn)行同相后再相加，和MRCMRC的區(qū)別在于加權(quán)時(shí)各路的區(qū)別在于加權(quán)時(shí)各路的權(quán)重相等。即在的權(quán)重相等。即在MRCMRC中，中， , ,即為等增益合即為等增益合并。并。合并增益為合并增益為SNR114SNREEGN 3、 合并技術(shù) Ni,.,2 , 1i1 ，當(dāng)合并后的平均輸出信噪比為合并后的平均輸出信噪比為:65n 選擇式合并（SC） 從N個(gè)接收支路中利用選擇邏輯電路選擇最大基帶信噪比最高的支

33、路作為輸出合并增益合并增益1SNR1SNRNssiGi3 、合并技術(shù) 平均輸出信噪比平均輸出信噪比66n 三種合并方式性能比較 246810012345678910分 集 支 路 數(shù) 目合并增益（dB） 最 大 比 合 并等 增 益 合 并選 擇 合 并二重分集時(shí)三種合并方式的信噪比改善因子(2)23dBMG(2)11.782.5dB4EG 1(2)11.51.76dB2SG 3、 合并技術(shù) 67 交織技術(shù) n 交織的作用 交織常與重復(fù)或信道編碼相結(jié)合，是一種對(duì)抗突發(fā)錯(cuò)交織常與重復(fù)或信道編碼相結(jié)合，是一種對(duì)抗突發(fā)錯(cuò)誤的時(shí)間分集形式；誤的時(shí)間分集形式；信道編碼技術(shù)更易于糾正隨機(jī)錯(cuò)誤，交織技術(shù)可以

34、在信道編碼技術(shù)更易于糾正隨機(jī)錯(cuò)誤，交織技術(shù)可以在把信道中的突發(fā)錯(cuò)誤分散成隨機(jī)錯(cuò)誤；而衰落是移動(dòng)把信道中的突發(fā)錯(cuò)誤分散成隨機(jī)錯(cuò)誤；而衰落是移動(dòng)通信中引發(fā)突發(fā)錯(cuò)誤的主要因素。通信中引發(fā)突發(fā)錯(cuò)誤的主要因素。3.2.3 3.2.3 糾錯(cuò)編碼技術(shù)糾錯(cuò)編碼技術(shù)交織編碼的目的交織編碼的目的是把一個(gè)較長(zhǎng)的連續(xù)突發(fā)差錯(cuò)離散成隨機(jī)的非連是把一個(gè)較長(zhǎng)的連續(xù)突發(fā)差錯(cuò)離散成隨機(jī)的非連續(xù)差錯(cuò)，再用糾正隨機(jī)差錯(cuò)的編碼（續(xù)差錯(cuò)，再用糾正隨機(jī)差錯(cuò)的編碼（FEC）技術(shù)消除隨機(jī)差錯(cuò)。）技術(shù)消除隨機(jī)差錯(cuò)。交織深度越大，則離散度越大，抗突發(fā)差錯(cuò)能力也就越強(qiáng)，但處交織深度越大，則離散度越大，抗突發(fā)差錯(cuò)能力也就越強(qiáng)，但處理時(shí)間也越長(zhǎng)，從而造成數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延增大。也就是說(shuō)，交織編理時(shí)間也越長(zhǎng)，從而造成數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延增大。也就是說(shuō)，交織編碼是以