【圖文】第1講(擴(kuò)頻和DS-CDMA基本原理).

1、2013-3-272匕講內(nèi)容(1)發(fā)射機(jī)接收機(jī)上講內(nèi)容(2) Shannon信道容量公式其中，化=帶寬，單位：Hz；交織器2013-3-27解調(diào)2013-3-27C =信道容量，單位：bps；S =信號(hào)功率；N =噪聲功率。本講內(nèi)容擴(kuò)頻（直接序列擴(kuò)頻）原理 CDMA原理主要的現(xiàn)有系統(tǒng)2013-3-273直接序列擴(kuò)頻原理背景滿足的條件擴(kuò)頻系統(tǒng)的種類 PN序列2013-3-27擴(kuò)頻增益擴(kuò)頻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)背景軍事導(dǎo)航和通信系統(tǒng)、雷達(dá) f 抗干擾、保 密、低截獲概率兩種實(shí)現(xiàn)方法傳輸基準(zhǔn) 一路傳輸數(shù)據(jù)調(diào)制，一路傳輸未調(diào)制信號(hào)存儲(chǔ)基準(zhǔn)：噪聲輪、PN序列2013-3-275擴(kuò)頻系統(tǒng)需滿足的條件傳輸信號(hào)帶寬 傳輸

2、信息需要的帶寬 采用了擴(kuò)頻信號(hào)（編碼信號(hào)）發(fā)射端用編碼信號(hào)對(duì)信息進(jìn)行擴(kuò)頻接收端用編碼信號(hào)副本對(duì)接收到的擴(kuò)頻后信號(hào) 解擴(kuò)2013-3-278擴(kuò)頻系統(tǒng)的種類DSFHTH混合2013-3-277PN序列PN信號(hào)實(shí)質(zhì)上是收發(fā)端預(yù)知的確定性周期信號(hào)， 簡(jiǎn)化了存儲(chǔ)基準(zhǔn)(SR)方式的實(shí)現(xiàn)PZ序列應(yīng)具備的隨機(jī)特征平衡特性：每個(gè)周期內(nèi)的“0”、“1”數(shù)目近似相等游程分布特性相關(guān)特性易于實(shí)現(xiàn)：移位寄存器序列由寄存器、模2加法器和反饋支路組成2013-3-279特性：良好的自相關(guān)特性和豐富的頻率分量PN序列自相關(guān)特性擾碼(Gold)發(fā)生器Gold碼是Gold于1967年提出的，它是用一對(duì)優(yōu)選的周期和速 率均相同的m

3、序列模二加后得到的L1恿DIEISIEEEnilEEBEQEElSEnE2013-3-27旺壓國應(yīng)殖旺 B 世EE啊乜宅衛(wèi)2013-3-2712“X J S(M)儡雌換陸力0擴(kuò)頻序列解擴(kuò)序列DS系統(tǒng)模型：實(shí)現(xiàn)描述數(shù)據(jù)信號(hào)X數(shù)據(jù)速率R擴(kuò)頻編碼信號(hào)碼片速率 Rch濾波器恢復(fù)的 數(shù)據(jù)信比(帶寬 QR)2013-3-2711DS系統(tǒng)模型: 理X(w)S(w)干擾信號(hào)擴(kuò)頻倍號(hào) 帶寬Rch2013-3-2713積分器實(shí)質(zhì)上是一低通濾波器2013-3-2714處理增益系統(tǒng)處理增益（Gp）定量描述了干擾抑制的 程度，它是RF帶寬和信息速率之比，表示為:SS系統(tǒng)的噪聲電平由熱噪聲和干擾決定。對(duì) 給定用戶，輸入和

4、輸出SNR的關(guān)系為：廠S、S、=G刁PO2013-3-27擴(kuò)頻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)降低信號(hào)能量密度（平均功率）一低截獲 概率抑制干擾一抗干擾提高時(shí)間分辨率一多址接入2013-3 2716噪聲中的信號(hào)檢測(cè)在熱噪聲背景下，DS系統(tǒng)和非擴(kuò)頻系統(tǒng)的Eb/No（差錯(cuò)性能）相同，不能提升系統(tǒng)性能 擴(kuò)頻沒有提高抗熱噪聲能力，但對(duì)性能也沒有損害，可用來適應(yīng)FCC15的要求或用于多址接 入系統(tǒng)（CDMA）2013-3 27干擾中的信號(hào)檢測(cè)所謂抗干擾，即迫使干擾方將其有限的資源分散 到很寬的頻段、很長(zhǎng)的時(shí)間和不同的空間位置上 DSSS實(shí)現(xiàn)頻率分集，在頻域上提升干擾難度在DSSS系統(tǒng)中，全頻帶干擾要求更高的干擾功率 或更寬的

5、干擾帶寬在DSSS系統(tǒng)中，部分頻帶干擾在解擴(kuò)后成為寬帶 干擾智能干擾脈沖干擾（需要知道通信接收機(jī)性能）欺騙型干擾（需要接收到擴(kuò)頻序列）So=IOe-5W/HzSo=l()c-7W/HzNo=10e-6W/Hz擴(kuò)頻15No=10e-6W/Hz擴(kuò)頻因子為 100：擴(kuò)頻前后的噪聲功率譜密度不變:倍號(hào)總功率不變未擴(kuò)頻 f2013-3-27182013-3-27CDMA原理蜂窩系統(tǒng)接入方式：FDMA/TDMA/CDMA容量同步：捕獲與跟蹤172013-3-2720傳輸與多址方式TDD - Time Division Duplex基站到手機(jī)和手機(jī)到基站時(shí)分雙工HDD - Frequency Divisio

6、n Duplex基站到手機(jī)和手機(jī)到基站頻分雙工FDMA Frequency Division Multi-AccessTDMA - Time Division Multi-AccessCDMA一Code Division Multi-Access2013-3-2719FDMA、TDMA和CDMA容量舉例干擾限制和尺度限制系統(tǒng)2013-3-2722CDMA系統(tǒng)原理上行鏈路采用PN序列區(qū)分用戶下行鏈路采用PN序列區(qū)分不同扇區(qū)和基站下行鏈路采用Walsh碼區(qū)分用戶兩兩完全正交延遲相關(guān)特性不好長(zhǎng)度為8的Walsh函數(shù)舉例2013-3-270VSF碼兩兩完全正交下行信道用于區(qū)分用戶（碼道）延遲相關(guān)特性不

7、好長(zhǎng)度為8的Walsh函數(shù)舉例000000000101010100110011011001100000111101011010001111000000000001010212013-3-2723011010012013-3-2724容量舉例(1)AMPS下行信道869894MHz;上行信道824849MHz每家公司有12.5MHz下行信道總帶寬和12.5上行 信道總帶寬單信道(子帶)帶寬30kHz;上下行信道間隔45MHz 7小區(qū)結(jié)構(gòu)，即1/7頻率復(fù)用因子每小區(qū)子帶數(shù)12.5M/30k/7592013-3-2723容量舉例(2)TDMA: IS-54 (IS-136)與AMPS兼容，每條信道帶

8、寬為30kHz每路語音信號(hào)僅需8kbps(采用聲碼器)則每個(gè)信道子帶可容納30k/8k 3TDMA系統(tǒng)的小區(qū)容量是模擬頻分系統(tǒng)的3倍以上2013-3-2726容量舉例(3) Gp：處理增益 Eb:每比特能量；N。：噪聲功率頻譜密度 G、因子表示由于話音激活而獲得的增益，平均值2.5 H。因子描述相鄰小區(qū)干擾而引入的容量減少，實(shí)際值1.41.55,平均值1.5丫因子描述非同步干擾而引入的容量改善， 約為1.5,扇區(qū) 劃分(進(jìn)一步減小非同步干擾使容量改善到2.5)其他因素包括功率控制的不精確(平均值0.85)2013-3-27容量舉例(3)取Eb/No為5 (7dB)信號(hào)帶寬12.5MHz,信息帶

9、寬10kbps,則處 理增益Gp=1250 Gv、丫、H0分別取為2.5、1.5、1.55小區(qū) 容量為1250/5*2.5/1.55*1.5605,是GpM q- - xG、x xVE/MH252013-3-2728TDMA的(605/(59*3)34)倍干擾限制和尺度限制系統(tǒng)FDMA、TDMA是尺度(頻域/時(shí)域)受限 系統(tǒng)FDMA系統(tǒng)容量受到頻段劃分的限制TDMA系統(tǒng)為不同用戶分配不同時(shí)隙進(jìn)行通信CDMA系統(tǒng)是干擾受限系統(tǒng)對(duì)Eb/N()的需求極大的影響系統(tǒng)容量，每減小ldB,可增加約25%的容量NO由功率電平、同步狀況、碼本相關(guān)性決定2013-3-2727同步：捕獲與跟蹤捕獲并行搜索：相關(guān)器

10、和匹配濾波器串行搜索序貫檢測(cè)跟蹤遲早門2013-3-2828匹配濾波器捕獲的任務(wù)搜索一段不確定的時(shí)間和頻率范圍，使接收到的 擴(kuò)頻信號(hào)與本地生成擴(kuò)頻序列同步考慮的因素：收發(fā)兩端的距離不確定性收發(fā)兩端的時(shí)鐘偏差引起的擴(kuò)頻信號(hào)相位差收發(fā)兩端的相對(duì)速度引起的多普勒偏移（擴(kuò)展）收發(fā)兩端的振蕩器頻率差引起的擴(kuò)頻序列間的頻率差（低頻調(diào)制）主要指標(biāo)：虛警概率、檢測(cè)概率、捕獲時(shí)間2013-3-2729串、并行搜索利用PN序列相關(guān)性特點(diǎn)采用相關(guān)器或匹配濾波器實(shí)現(xiàn)1限 J I司步訕 j 番H積分鍛.比較黑怪辭木地序列發(fā)生器卜-PN碼相位更新序貫檢測(cè)器利用了PN序列的確定性，而沒有利用PN序列的相 關(guān)特性跟蹤（細(xì)同步

11、） DLL （Delay-Locked Loop,全時(shí)早遲門跟蹤環(huán)路） 和TDL（Tau-Dither Loop,共享早遲門跟蹤環(huán)路） 兩種方法可采用模擬和數(shù)字兩種方法實(shí)現(xiàn)主要指標(biāo)：跟蹤精度和跟蹤速度基于碼片的硬判決解調(diào)，對(duì)噪聲或干擾敏感高信噪312013-3-2734跟蹤方法的實(shí)現(xiàn)主要的3G系統(tǒng)來源與進(jìn)化主要業(yè)務(wù)特點(diǎn)2013-327來自 FLLVCO33r(t)環(huán)路濾波器滯 后T2超詢T(/2木地序見發(fā)生誥 V2013-3-2736主要CDMA系統(tǒng)2013-3-273G系統(tǒng)原理用戶數(shù)據(jù)與碼片相乘，從而把用戶信息擴(kuò)展到 寬的帶寬上為支持高速率，采用多碼傳輸為支持可變的用戶數(shù)據(jù)速率，即支持帶寬需

12、求(BoD)概念。用戶數(shù)據(jù)速率在幀間是可變的, 從而實(shí)現(xiàn)無線容量的快速分配多種不同質(zhì)量要求(QoS)的業(yè)務(wù)復(fù)用到一個(gè) 連接上352013-3-27383G系統(tǒng)的QoS類型會(huì)話類型語咅業(yè)務(wù)：低時(shí)延（400ms）、業(yè)務(wù)瑩對(duì)稱可視電話（電路交換、分組交換）：時(shí)延要求類似、BER要求更 嚴(yán)格流類型流媒體：非對(duì)稱、信息實(shí)體間保持一定的時(shí)間關(guān)系兩種應(yīng)用：28.8kbps （ |帀）.10（）7500bps域網(wǎng)視頻立用媒體播放軟件（rslonu、wmp）或?yàn)g覽器插件播放互動(dòng)類型網(wǎng)頁瀏覽.信息檢索：請(qǐng)求一響應(yīng)的往返延遲.數(shù)據(jù)的完整性電腦游戲：最大延迖要求高的也可歸入會(huì)話類型；J2ME后臺(tái)類型 ErnaU.短消

13、息（SMS. MMS）等：數(shù)按完整性.大吋延2013-3-2737工作方式WCDMAFDD模式下， 上、 下行鏈路分別使用兩個(gè)獨(dú)立的5MHz帶寬；cdma2（）00上、下行鏈路分別使用兩個(gè)獨(dú)立的1.25MHz帶寬；TD-SCDMA工作在TDD模式下，上下行 鏈路分時(shí)共享1.5MHz帶寬cdma2000支持同步基站操作，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)同步，增強(qiáng)了定 位功能WCDMA支持異步基站操作，這樣不需要全局時(shí)間參考（如GPS）,使得室內(nèi)小區(qū)和微小區(qū)基站的布站變得簡(jiǎn)單WCDMA可與GSM協(xié)同工作，支持兩種模式間的在線切換, 這樣在引入WCDMA后可增加GSM的覆蓋AD-jjLRFRB2O0-4K)-為丨h(huán)JiHi主要特點(diǎn)下行鏈粘下行鏈粘上行低陰傳輸方式接入方式小區(qū)內(nèi)小區(qū)內(nèi) 干擾干擾浦除浦除cdma2000連續(xù)導(dǎo)頻連續(xù)導(dǎo)頻FDDDS-CDMA多用戶閉環(huán)功控閉環(huán)功控檢測(cè)WCDMA連續(xù)導(dǎo)頻 閉環(huán)功控時(shí)隙導(dǎo)頻 閉環(huán)功控FDDDS-CDMA多