第6章-多址技術(shù)

1、多址接入方式多址接入方式信道3信道1信道N信道2ftc信道1信道2信道3信道Nftcftc信道2信道1信道3信道 NFDMA、TDMA、CDMA的示意圖的示意圖FDMATDMACDMA圖圖56 FDMA系統(tǒng)頻譜分割示意圖系統(tǒng)頻譜分割示意圖 sTMS3MS2時(shí)隙時(shí)隙幀幀時(shí)隙時(shí)隙N時(shí)隙時(shí)隙3時(shí)隙時(shí)隙2時(shí)隙時(shí)隙1保護(hù)比特保護(hù)比特信息數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)同步比特同步比特尾比特尾比特一個(gè)一個(gè)TDMATDMA幀幀TDMA幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)TDMA系統(tǒng)工作示意圖系統(tǒng)工作示意圖1c2c1C2CNcNCMSCBSCDMA系統(tǒng)工作示意圖系統(tǒng)工作示意圖 一、一、擴(kuò)頻通信基礎(chǔ)擴(kuò)頻通信基礎(chǔ) 概述 理論基礎(chǔ) 擴(kuò)頻方法 直擴(kuò)系統(tǒng) 跳頻系

2、統(tǒng)概述 擴(kuò)展頻譜通信的定義：擴(kuò)展頻譜通信的定義： 擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方式，用來擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方式，用來傳輸信息的信號帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息本身的帶寬；傳輸信息的信號帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息本身的帶寬；頻帶的擴(kuò)展由獨(dú)立于信息的擴(kuò)頻碼來實(shí)現(xiàn)，并頻帶的擴(kuò)展由獨(dú)立于信息的擴(kuò)頻碼來實(shí)現(xiàn)，并與所傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)無關(guān)；在接收端則用相同與所傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)無關(guān)；在接收端則用相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)解調(diào)，實(shí)現(xiàn)解擴(kuò)和恢復(fù)所傳的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)解調(diào)，實(shí)現(xiàn)解擴(kuò)和恢復(fù)所傳的信息數(shù)據(jù)。該項(xiàng)技術(shù)稱為擴(kuò)頻調(diào)制，而傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)。該項(xiàng)技術(shù)稱為擴(kuò)頻調(diào)制，而傳輸擴(kuò)頻信號的系統(tǒng)為擴(kuò)頻系統(tǒng)。擴(kuò)頻信號的系統(tǒng)為擴(kuò)頻系統(tǒng)。 擴(kuò)頻通信技術(shù)的理論基

3、礎(chǔ)是仙農(nóng)定理擴(kuò)頻通信技術(shù)的理論基礎(chǔ)是仙農(nóng)定理理論基礎(chǔ)（1） 仙農(nóng)信息論中的仙農(nóng)定理描述了信道容量，信仙農(nóng)信息論中的仙農(nóng)定理描述了信道容量，信號帶寬，持續(xù)時(shí)間，與信噪比之間的關(guān)系號帶寬，持續(xù)時(shí)間，與信噪比之間的關(guān)系2log (1)SCWTN 其中：其中：C為信道容量；為信道容量；W為信號帶寬為信號帶寬;T為持續(xù)時(shí)間；為持續(xù)時(shí)間；S/N為信噪比。為信噪比。仙農(nóng)公式表明了一個(gè)信道無誤差地傳輸信息的能力與仙農(nóng)公式表明了一個(gè)信道無誤差地傳輸信息的能力與信道中的信噪比以及用于傳輸信息的信道帶寬之間的信道中的信噪比以及用于傳輸信息的信道帶寬之間的關(guān)系。關(guān)系。 （6-1）理論基礎(chǔ)（2） 決定信道容量決定信道容

4、量C的三個(gè)參數(shù)的三個(gè)參數(shù)W.T和和S/N組成一個(gè)很形象組成一個(gè)很形象的具有可塑性的三維立方體，它的體積就是信道容量的具有可塑性的三維立方體，它的體積就是信道容量。 f)1(log2NS(.)log2WTt信道容量所決定的三維信號體積最大的特點(diǎn)就是具有可塑性。信道容量所決定的三維信號體積最大的特點(diǎn)就是具有可塑性。即在總體積不變的條件下，三軸上的自變量間可以互換，可即在總體積不變的條件下，三軸上的自變量間可以互換，可以互相取長補(bǔ)短。以互相取長補(bǔ)短。 理論基礎(chǔ)（3） 用頻帶換取信噪比，就是現(xiàn)代擴(kuò)頻通信的基本用頻帶換取信噪比，就是現(xiàn)代擴(kuò)頻通信的基本原理，其目的是為了提高通信系統(tǒng)的可靠性原理，其目的是為

5、了提高通信系統(tǒng)的可靠性 那么，是否可以一味地犧牲帶寬來換取信噪比上性能那么，是否可以一味地犧牲帶寬來換取信噪比上性能的提高呢？的提高呢？ 仙農(nóng)公式可以變形為仙農(nóng)公式可以變形為1.44ln(1)SCWN（6-2） 對于干擾環(huán)境的典型情況，對于干擾環(huán)境的典型情況，S/N1，那么公式可，那么公式可以簡化為以簡化為1.44SCWN（6-3）理論基礎(chǔ)（4） 一般而言，信號功率總是受限的，這里假定一般而言，信號功率總是受限的，這里假定S不變，同時(shí)有不變，同時(shí)有 為噪聲功率譜，為噪聲功率譜，W W為信道為信道帶寬，則可得帶寬，則可得 這就是由仙農(nóng)公式得出的，用頻帶換取信噪比這就是由仙農(nóng)公式得出的，用頻帶換取

6、信噪比的極限容量。的極限容量。 0NN W（6-4）001.441.44SSCWN WN（6-5）擴(kuò)頻方法擴(kuò)頻方法 直接序列擴(kuò)頻直接序列擴(kuò)頻（Direct Sequence Spread Spectrum）簡稱直接擴(kuò)頻或直擴(kuò)（）簡稱直接擴(kuò)頻或直擴(kuò)（DS）；）； 跳變頻率擴(kuò)頻跳變頻率擴(kuò)頻（Frequency Hopping），簡稱），簡稱跳頻（跳頻（FH）；）； 跳變時(shí)間擴(kuò)頻跳變時(shí)間擴(kuò)頻（Time Hopping），簡稱跳時(shí)），簡稱跳時(shí)（TH）；）； 上述基本調(diào)制方法可以進(jìn)行組合，形成各種混合上述基本調(diào)制方法可以進(jìn)行組合，形成各種混合系統(tǒng)，如跳頻系統(tǒng)，如跳頻/ /直擴(kuò)系統(tǒng)，跳時(shí)直擴(kuò)系統(tǒng)，跳時(shí)/

7、/直擴(kuò)系統(tǒng)等。直擴(kuò)系統(tǒng)等。 目前，擴(kuò)展頻譜的帶寬常在目前，擴(kuò)展頻譜的帶寬常在1MHz100MHz的范圍，的范圍，因此，系統(tǒng)的抗干擾性能非常好。因此，系統(tǒng)的抗干擾性能非常好。擴(kuò)頻系統(tǒng)的特點(diǎn)擴(kuò)頻系統(tǒng)的特點(diǎn) 擴(kuò)頻系統(tǒng)有以下一些特點(diǎn)：擴(kuò)頻系統(tǒng)有以下一些特點(diǎn)： 能實(shí)現(xiàn)碼分多址復(fù)用（能實(shí)現(xiàn)碼分多址復(fù)用（CDMA）；）； 信號的功率譜密度低，因此信號具有隱蔽性信號的功率譜密度低，因此信號具有隱蔽性且功率污染??；且功率污染??； 有利于數(shù)字加密、防止竊聽；有利于數(shù)字加密、防止竊聽； 抗干擾性強(qiáng)，可在較低的信噪比條件下，?？垢蓴_性強(qiáng)，可在較低的信噪比條件下，保證系統(tǒng)傳輸質(zhì)量；證系統(tǒng)傳輸質(zhì)量； 抗衰落能力強(qiáng)?？顾ヂ?/p>

8、能力強(qiáng)。 直擴(kuò)系統(tǒng)（1） 直接序列調(diào)制系統(tǒng)亦稱直接擴(kuò)頻系統(tǒng)，或稱偽直接序列調(diào)制系統(tǒng)亦稱直接擴(kuò)頻系統(tǒng)，或稱偽噪音系統(tǒng)，記作噪音系統(tǒng)，記作DS系統(tǒng)。原理框圖如下：系統(tǒng)。原理框圖如下：窄帶信號窄帶信號擴(kuò)頻信號If擴(kuò)頻偽碼振蕩調(diào)制偽碼本振解擴(kuò)混頻直擴(kuò)系統(tǒng)（2）-擴(kuò)頻系統(tǒng)的原理 基帶信號的信碼是欲傳輸?shù)男盘?，它通過速率很高的基帶信號的信碼是欲傳輸?shù)男盘?，它通過速率很高的編碼程序（通常用偽隨機(jī)序列）進(jìn)行調(diào)制將其頻譜展編碼程序（通常用偽隨機(jī)序列）進(jìn)行調(diào)制將其頻譜展寬，這個(gè)過程稱作擴(kuò)頻。頻譜展寬后的序列被進(jìn)行射寬，這個(gè)過程稱作擴(kuò)頻。頻譜展寬后的序列被進(jìn)行射頻調(diào)制（通常多采用頻調(diào)制（通常多采用PSK調(diào)制），其輸

9、出則是擴(kuò)展頻調(diào)制），其輸出則是擴(kuò)展頻譜的射頻信號，經(jīng)天線輻射出去。譜的射頻信號，經(jīng)天線輻射出去。 在接收端，射頻信號經(jīng)混頻后變?yōu)橹蓄l信號，它與本在接收端，射頻信號經(jīng)混頻后變?yōu)橹蓄l信號，它與本地的和發(fā)端相同的編碼序列反擴(kuò)展，將寬帶信號恢復(fù)地的和發(fā)端相同的編碼序列反擴(kuò)展，將寬帶信號恢復(fù)成窄帶信號，這個(gè)過程稱為解擴(kuò)。解擴(kuò)后的中頻窄帶成窄帶信號，這個(gè)過程稱為解擴(kuò)。解擴(kuò)后的中頻窄帶信號經(jīng)普通信息解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)成原始的信碼信號經(jīng)普通信息解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)成原始的信碼直擴(kuò)系統(tǒng)（3）-擴(kuò)頻解擴(kuò)的過程假定同步單徑假定同步單徑BPSK信道中有信道中有K個(gè)用戶，并假定所有的個(gè)用戶，并假定所有的載波相位為載波

10、相位為0，則接收的信號等效基帶表示為：，則接收的信號等效基帶表示為：1( )( )( )( )Kkkkks tP a t c tn t其中其中： 1,1ka 為第為第K個(gè)用戶信息比特值個(gè)用戶信息比特值kP發(fā)送功率發(fā)送功率( )ks t為第為第k個(gè)用戶歸一化擴(kuò)頻信號，個(gè)用戶歸一化擴(kuò)頻信號， 20( )1bTkst dt 直擴(kuò)系統(tǒng)（4）-擴(kuò)頻解擴(kuò)的過程( )n t表示加性高斯白噪聲，其雙邊功率譜密度為表示加性高斯白噪聲，其雙邊功率譜密度為 02N單位為單位為W/Hz 對于某一特定比特，相關(guān)器（解擴(kuò)）的輸出為：對于某一特定比特，相關(guān)器（解擴(kuò)）的輸出為：0,011( )( )1( )( )bbTkkb

11、KTkki kiikibi kkkkkys t c t dtTP bPbn t c t dtTP bMAIz直擴(kuò)系統(tǒng)（5）-擴(kuò)頻解擴(kuò)的過程,01( )( )bTi kikbc t c t dtT 為相關(guān)系數(shù)為相關(guān)系數(shù)。 上式表明：與第上式表明：與第k k個(gè)用戶本身的自相關(guān)給出了希望接收個(gè)用戶本身的自相關(guān)給出了希望接收的數(shù)據(jù)項(xiàng)，與其它用戶的互相關(guān)產(chǎn)生出多址干擾項(xiàng)的數(shù)據(jù)項(xiàng)，與其它用戶的互相關(guān)產(chǎn)生出多址干擾項(xiàng)MAI， 與熱噪聲的相關(guān)產(chǎn)生了噪聲與熱噪聲的相關(guān)產(chǎn)生了噪聲Z ZK K項(xiàng)。項(xiàng)。 當(dāng)相關(guān)系數(shù)為零時(shí)，當(dāng)相關(guān)系數(shù)為零時(shí)，多址干擾為零。多址干擾為零。即本小區(qū)其它用戶對被檢測用戶不產(chǎn)生干即本小區(qū)其它用

12、戶對被檢測用戶不產(chǎn)生干擾。擾。 直擴(kuò)系統(tǒng)（6） 由頻譜擴(kuò)展對抗干擾性帶來的好處，稱為擴(kuò)頻增由頻譜擴(kuò)展對抗干擾性帶來的好處，稱為擴(kuò)頻增益益GP，可表示為，可表示為WPSBGB BW -發(fā)射擴(kuò)頻信號的帶寬；發(fā)射擴(kuò)頻信號的帶寬； BS-信碼的速率。信碼的速率。 BW與所采用的偽碼（偽隨機(jī)序列或偽噪聲序列的簡稱）與所采用的偽碼（偽隨機(jī)序列或偽噪聲序列的簡稱）速率有關(guān)。為獲得高的擴(kuò)頻增益，通常希望增加射頻帶寬速率有關(guān)。為獲得高的擴(kuò)頻增益，通常希望增加射頻帶寬BW，即提高偽碼的速率，即提高偽碼的速率。 例如例如:DS-CDMA:DS-CDMA系統(tǒng)中系統(tǒng)中, ,若話音編碼輸出速率是若話音編碼輸出速率是9.6

13、kb/s,9.6kb/s,選選擇擇PNPN碼的碼片速率為碼的碼片速率為1.2288Mc/s,1.2288Mc/s,求擴(kuò)頻增益求擴(kuò)頻增益? ?1.2288/128(21.6)9.6/WPSBMc sGdBBkb s直擴(kuò)系統(tǒng)（7）cff(a) 在接收機(jī)輸入端的擴(kuò)展頻譜頻譜密度wBsBf(b) 接收機(jī)解擴(kuò)輸出端的頻譜頻譜密度wB 有用信號譜 干擾信號譜wB 射頻帶寬sB 信息帶寬 在發(fā)端，有用信號經(jīng)擴(kuò)頻處理后，頻譜被展寬如圖（a）所示；在收端，利用偽碼的相關(guān)性作解擴(kuò)處理后，有用信號頻譜被恢復(fù)成窄帶譜，如圖（b）所示。 直擴(kuò)系統(tǒng)（8） 寬帶無用信號與本地偽碼不相關(guān)，因此不能解寬帶無用信號與本地偽碼不相

14、關(guān)，因此不能解擴(kuò)，仍為寬帶譜；窄帶無用信號則被本地偽碼擴(kuò)，仍為寬帶譜；窄帶無用信號則被本地偽碼擴(kuò)展為寬帶譜?？梢杂靡粋€(gè)窄帶濾波器排除帶擴(kuò)展為寬帶譜?？梢杂靡粋€(gè)窄帶濾波器排除帶外的干擾電平，這樣，窄帶內(nèi)的信噪比就大大外的干擾電平，這樣，窄帶內(nèi)的信噪比就大大提高了。提高了擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾能力。提高了。提高了擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾能力。 直擴(kuò)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于它可以在很低的甚至負(fù)信直擴(kuò)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于它可以在很低的甚至負(fù)信噪比環(huán)境中使系統(tǒng)正常工作。噪比環(huán)境中使系統(tǒng)正常工作。 移動(dòng)通信采用直擴(kuò)系統(tǒng)時(shí)，需要解決移動(dòng)通信采用直擴(kuò)系統(tǒng)時(shí)，需要解決遠(yuǎn)遠(yuǎn)- -近近效應(yīng)帶來的影響，辦法之一是采用功率控制。效應(yīng)帶來的影響，辦法

15、之一是采用功率控制。也可以采用多用戶檢測技術(shù)。也可以采用多用戶檢測技術(shù)。跳頻系統(tǒng)（1） 跳頻系統(tǒng)的原理方框圖：跳頻系統(tǒng)的原理方框圖：信碼If調(diào)制器偽碼頻率合成器混頻器本地偽碼頻率合成器解調(diào)器混頻器信碼跳頻系統(tǒng)（2） 偽碼隨機(jī)置定頻率合成器時(shí)，發(fā)射機(jī)的振蕩頻率在很偽碼隨機(jī)置定頻率合成器時(shí)，發(fā)射機(jī)的振蕩頻率在很寬的頻率范圍內(nèi)不斷地改變，從而使射頻載波亦在一寬的頻率范圍內(nèi)不斷地改變，從而使射頻載波亦在一個(gè)很寬的范圍內(nèi)變化，于是形成了一個(gè)寬帶離散譜，個(gè)很寬的范圍內(nèi)變化，于是形成了一個(gè)寬帶離散譜，如圖所示。如圖所示。NbbffN信道數(shù)b信道間隔時(shí)使用的信道頻率時(shí)刻f跳頻系統(tǒng)（3） 接收端必須以同樣的偽碼

16、置定本地頻率合成器，使其接收端必須以同樣的偽碼置定本地頻率合成器，使其與發(fā)端的頻率作相同的改變，即收發(fā)跳頻必須同步，與發(fā)端的頻率作相同的改變，即收發(fā)跳頻必須同步，這樣，才能保證通信的建立。解決同步及定時(shí)是實(shí)際這樣，才能保證通信的建立。解決同步及定時(shí)是實(shí)際跳頻系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵問題。跳頻系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵問題。 跳頻系統(tǒng)處理增益的定義與直擴(kuò)系統(tǒng)的擴(kuò)頻增益是相跳頻系統(tǒng)處理增益的定義與直擴(kuò)系統(tǒng)的擴(kuò)頻增益是相同的，即同的，即 更直觀地表述為更直觀地表述為WPSBGBPGN（可供選用的頻率數(shù)目） 跳頻系統(tǒng)（4） 跳頻系統(tǒng)的抗干擾原理與直擴(kuò)系統(tǒng)的不同：直擴(kuò)是靠跳頻系統(tǒng)的抗干擾原理與直擴(kuò)系統(tǒng)的不同：直擴(kuò)是靠頻譜的擴(kuò)

17、展和解擴(kuò)處理來提高信噪比的，跳頻是靠躲頻譜的擴(kuò)展和解擴(kuò)處理來提高信噪比的，跳頻是靠躲避干擾來達(dá)到提高信噪比的。避干擾來達(dá)到提高信噪比的。 跳頻系統(tǒng)能大大減少跳頻系統(tǒng)能大大減少“遠(yuǎn)遠(yuǎn)- -近近”效應(yīng)帶來的干擾。效應(yīng)帶來的干擾。 對跳頻系統(tǒng)來說，根據(jù)跳變速率可以分為慢跳變與快對跳頻系統(tǒng)來說，根據(jù)跳變速率可以分為慢跳變與快跳變。跳變。 慢跳變比較容易實(shí)現(xiàn)，但抗干擾性能也較差，跳變的慢跳變比較容易實(shí)現(xiàn)，但抗干擾性能也較差，跳變的速率遠(yuǎn)比信號速率低，可能為數(shù)至數(shù)十秒才跳變一次。速率遠(yuǎn)比信號速率低，可能為數(shù)至數(shù)十秒才跳變一次。 快跳的速率接近信號的最低頻率，可達(dá)每秒幾十跳、快跳的速率接近信號的最低頻率，可

18、達(dá)每秒幾十跳、上百跳或上千跳（毫秒級）?？焯目垢蓴_和隱蔽性上百跳或上千跳（毫秒級）?？焯目垢蓴_和隱蔽性能較好，但實(shí)現(xiàn)能快速跳變而又有高穩(wěn)定度的頻率合能較好，但實(shí)現(xiàn)能快速跳變而又有高穩(wěn)定度的頻率合成器比較困難。成器比較困難。二、地址碼技術(shù)二、地址碼技術(shù) 對于對于CDMA2000系統(tǒng)下行鏈路，短的偽隨機(jī)碼用以區(qū)分基系統(tǒng)下行鏈路，短的偽隨機(jī)碼用以區(qū)分基站，站，Walsh碼用以區(qū)分用戶，它們統(tǒng)一構(gòu)成地址碼。碼用以區(qū)分用戶，它們統(tǒng)一構(gòu)成地址碼。 地址碼的選擇直接影響地址碼的選擇直接影響CDMA系統(tǒng)的容量、抗干擾能力、系統(tǒng)的容量、抗干擾能力、接入和切換速度等，所選地址碼應(yīng)能提供足夠數(shù)量的相關(guān)接入和切換

19、速度等，所選地址碼應(yīng)能提供足夠數(shù)量的相關(guān)函數(shù)特性尖銳的碼系列，在經(jīng)過解擴(kuò)后具有較高的信噪比。函數(shù)特性尖銳的碼系列，在經(jīng)過解擴(kuò)后具有較高的信噪比。 在直接擴(kuò)頻任意選址的通信系統(tǒng)中，對地址碼有如下三個(gè)在直接擴(kuò)頻任意選址的通信系統(tǒng)中，對地址碼有如下三個(gè)要求：要求：偽碼的比特率應(yīng)能滿足擴(kuò)展帶寬的需要；偽碼的比特率應(yīng)能滿足擴(kuò)展帶寬的需要； 偽碼應(yīng)具有尖銳的自相關(guān)特性，且互相關(guān)要??；偽碼應(yīng)具有尖銳的自相關(guān)特性，且互相關(guān)要??； 偽碼應(yīng)具有近似噪聲的頻譜性質(zhì)，即近似連續(xù)譜，且均偽碼應(yīng)具有近似噪聲的頻譜性質(zhì)，即近似連續(xù)譜，且均勻分布。勻分布。 常用的地址碼常用的地址碼m序列（1） m序列是序列是“最長線性反饋移

20、位寄存器最長線性反饋移位寄存器”的簡稱。的簡稱。是由帶線性反饋的移位寄存器產(chǎn)生的周期最長是由帶線性反饋的移位寄存器產(chǎn)生的周期最長的一種序列的一種序列 ，周期是周期是P=2n-1，n是移位寄存器是移位寄存器的級數(shù)。的級數(shù)。 m序列是一偽隨機(jī)序列，具有與隨機(jī)噪聲類似序列是一偽隨機(jī)序列，具有與隨機(jī)噪聲類似的尖銳自相關(guān)特性。的尖銳自相關(guān)特性。但它不是真正隨機(jī)的，而但它不是真正隨機(jī)的，而是按一定的規(guī)律形式周期性地變化。是按一定的規(guī)律形式周期性地變化。 在定時(shí)嚴(yán)格的系統(tǒng)中，我們可以采用在定時(shí)嚴(yán)格的系統(tǒng)中，我們可以采用m序列作序列作為地址碼，利用它的不同相位來區(qū)分不同用戶，為地址碼，利用它的不同相位來區(qū)分不

21、同用戶，目前的目前的CDMA蜂窩系統(tǒng)中就是采用這種方法。蜂窩系統(tǒng)中就是采用這種方法。m序列（2） m序列的發(fā)生器是由移位寄存器、反序列的發(fā)生器是由移位寄存器、反饋抽頭及模饋抽頭及模2加法器組成的。產(chǎn)生加法器組成的。產(chǎn)生m序列的移位寄存器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不是序列的移位寄存器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不是隨意的，必須滿足一定的條件。圖隨意的，必須滿足一定的條件。圖7-7是一個(gè)由三級移位寄存器構(gòu)成的是一個(gè)由三級移位寄存器構(gòu)成的m序列發(fā)生器序列發(fā)生器1D1QCP(1)2D2QCP(2)3D3QCP(3)輸出1110010cT時(shí)鐘脈沖Q1Q2Q3（輸出）（輸出）m序列（3） m序列的性質(zhì)序列的性質(zhì)vm序列一個(gè)周期內(nèi)序列一個(gè)周

22、期內(nèi)1和和0的碼元數(shù)大致相等的碼元數(shù)大致相等（1比比0只多一個(gè)）。只多一個(gè)）。 v長度為長度為k（1kn-1）的游程占總游程數(shù)的）的游程占總游程數(shù)的1/2k 。vm序列和其移位后的序列逐位模序列和其移位后的序列逐位模2加，所得的序列還加，所得的序列還是是m序列，只是相位不同。序列，只是相位不同。vm序列發(fā)生器中的移位寄存器的各種狀態(tài)，除全序列發(fā)生器中的移位寄存器的各種狀態(tài)，除全0外，外，其它狀態(tài)在一個(gè)周期內(nèi)只出現(xiàn)一次。其它狀態(tài)在一個(gè)周期內(nèi)只出現(xiàn)一次。m序列（4） m序列的自相關(guān)性序列的自相關(guān)性 由圖可見，當(dāng)由圖可見，當(dāng)=0時(shí)，時(shí)，m序列的自相關(guān)函數(shù)序列的自相關(guān)函數(shù)Ra()出現(xiàn)峰值出現(xiàn)峰值1；當(dāng)

23、；當(dāng)偏離偏離0時(shí)，相關(guān)函數(shù)曲線很快下降；當(dāng)時(shí)，相關(guān)函數(shù)曲線很快下降；當(dāng)1P-1，相，相關(guān)函數(shù)值為關(guān)函數(shù)值為-1/P；當(dāng)時(shí)；當(dāng)時(shí)=P，又出現(xiàn)峰值；如此周而復(fù)始。，又出現(xiàn)峰值；如此周而復(fù)始。當(dāng)周期當(dāng)周期P很大時(shí)，很大時(shí)，m序列的自相關(guān)函數(shù)與白噪聲類似。序列的自相關(guān)函數(shù)與白噪聲類似。 1101( )1/0PannnRa aPP( )aADADRADPm序列序列an與其左移與其左移位的位的序列序列an+的自相關(guān)函數(shù)由下的自相關(guān)函數(shù)由下式計(jì)算式計(jì)算: 其中其中, A-an與與an+中相同的位數(shù)中相同的位數(shù). D-an與與an+中不同的位數(shù)中不同的位數(shù). m序列自相關(guān)函數(shù)的計(jì)算序列自相關(guān)函數(shù)的計(jì)算例如例如

24、: m序列序列an =100011110101100,求求Ra(0), Ra(1),., Ra(14),畫畫出自相關(guān)函數(shù)曲線出自相關(guān)函數(shù)曲線. 解解: =0時(shí)時(shí) an+0= 100011110101100, A=15, D=0, Ra(0)=1 =1時(shí)時(shí) an+1= 000111101011001, A=7, D=8, Ra(1)= 1/15 同理同理, Ra(2)= =Ra(14)= 1/15見圖見圖:m序列（5） m序列的互相關(guān)性序列的互相關(guān)性 對于兩個(gè)周期對于兩個(gè)周期P=2n-1的的m序列序列an和和bn+（an,bn 取值取值是是1和和-1），兩個(gè)），兩個(gè)m序列的互相關(guān)函數(shù)可由下式計(jì)算

25、序列的互相關(guān)函數(shù)可由下式計(jì)算：11( )PcnnnRa bP對于周期為的對于周期為的m序列組，其最好的序列組，其最好的m序序列對的互相關(guān)函數(shù)值只取三個(gè)，這三個(gè)列對的互相關(guān)函數(shù)值只取三個(gè)，這三個(gè)值是：值是：這三個(gè)值被稱為理想三值，能夠滿足這三個(gè)值被稱為理想三值，能夠滿足這一特性的這一特性的m序列對稱為序列對稱為m序列優(yōu)選對序列優(yōu)選對，它們可以用于實(shí)際工程。它們可以用于實(shí)際工程。( )21( )( )ct nPRPt nP(2) 2( )12nt n 其中：( )cADADRADP兩個(gè)兩個(gè)m序列序列an 和和bn+的互相關(guān)函數(shù)由下式計(jì)算的互相關(guān)函數(shù)由下式計(jì)算: 其中其中, A-an與與bn+中相同

26、的位數(shù)中相同的位數(shù). D-an與與bn+中不同的位數(shù)中不同的位數(shù).m序列互相關(guān)函數(shù)的計(jì)算序列互相關(guān)函數(shù)的計(jì)算例如例如:兩個(gè)兩個(gè)m序列序列:an =100010011010111, bn = 100100011110101 求它們的互相關(guān)函數(shù)求它們的互相關(guān)函數(shù)Rc(0), Rc(1),., Rc(14). 解解: =0時(shí)時(shí) bn+0= 100100011110101, A=11, D=4, Ra(0)=7/15 =1時(shí)時(shí) bn+1= 001000111101011, A=7, D=8, Ra(1)= 1/15 同理求同理求Ra(2), m序列（6） 在在CDMA 數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，可為每個(gè)

27、基站分?jǐn)?shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，可為每個(gè)基站分配一個(gè)配一個(gè)PN序列，以不同的序列，以不同的PN序列來區(qū)分基站地址；也序列來區(qū)分基站地址；也可只用一可只用一PN序列，而用序列，而用PN序列的相位來區(qū)分基站地址，序列的相位來區(qū)分基站地址，即每個(gè)基站分配一個(gè)即每個(gè)基站分配一個(gè)PN序列的初始相位。序列的初始相位。 Qualcomm-CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)就是采用給每數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)就是采用給每個(gè)基站分配一個(gè)個(gè)基站分配一個(gè)PN序列的初始相位的方法序列的初始相位的方法。其中短碼的周期為其中短碼的周期為215=32768chips的的PN序列，每序列，每64 chips 為一初始相位，共有為一初始相

28、位，共有512種初始相位，分配給種初始相位，分配給512個(gè)基站。個(gè)基站。采用的采用的PN序列周期為序列周期為 242-1的長碼來區(qū)分用戶。的長碼來區(qū)分用戶。 Gold碼（1） m序列構(gòu)成優(yōu)選對的數(shù)目很少，不便于在碼分序列構(gòu)成優(yōu)選對的數(shù)目很少，不便于在碼分多址系統(tǒng)中應(yīng)用。多址系統(tǒng)中應(yīng)用。 R.Gold于于1967年提出了一種基于年提出了一種基于m序列優(yōu)選對序列優(yōu)選對的碼序列，稱為的碼序列，稱為Gold序列。序列。 由優(yōu)選對的兩個(gè)由優(yōu)選對的兩個(gè)m序列逐位模序列逐位模2加得到，當(dāng)改加得到，當(dāng)改變其中一個(gè)變其中一個(gè)m序列的相位（向后移位）時(shí)，可序列的相位（向后移位）時(shí)，可得到一新的得到一新的Gold序

29、列。序列。 Gold系列具有與系列具有與m序列優(yōu)選對類似的自相關(guān)和序列優(yōu)選對類似的自相關(guān)和互相關(guān)特性?；ハ嚓P(guān)特性。 Gold碼（2） Gold序列的生成m 序列發(fā)生器 1m 序列發(fā)生器 2初始狀態(tài)設(shè)置Gold 序列時(shí)鐘脈沖 圖中圖中m序列發(fā)生器序列發(fā)生器1和和2產(chǎn)生產(chǎn)生的的m序列是一序列是一m序列優(yōu)選對，序列優(yōu)選對，m序列發(fā)生器序列發(fā)生器1的初始狀態(tài)的初始狀態(tài)固定不變，調(diào)整固定不變，調(diào)整m序列發(fā)生序列發(fā)生器器2的初始狀態(tài)，在同一時(shí)的初始狀態(tài)，在同一時(shí)鐘脈沖控制下，產(chǎn)生兩個(gè)鐘脈沖控制下，產(chǎn)生兩個(gè)m序列經(jīng)過模序列經(jīng)過模2加后可得到加后可得到Gold序列，通過設(shè)置序列，通過設(shè)置m序列序列發(fā)生器發(fā)生器

30、2的不同初始狀態(tài)，的不同初始狀態(tài)，可以得到不同的可以得到不同的Gold序列。序列。Gold碼（3） Gold序列的特性序列的特性 相關(guān)特性相關(guān)特性v 具有與具有與m序列優(yōu)選對相類同的自相關(guān)和互相關(guān)特性。序列優(yōu)選對相類同的自相關(guān)和互相關(guān)特性。v 當(dāng)當(dāng)=0=0時(shí)自相關(guān)函數(shù)與時(shí)自相關(guān)函數(shù)與m m序列相同；當(dāng)序列相同；當(dāng)11P P-1 -1 時(shí)自相關(guān)函數(shù)取三個(gè)理想的值，即最大旁瓣時(shí)自相關(guān)函數(shù)取三個(gè)理想的值，即最大旁瓣是是 。Gold序列的數(shù)量序列的數(shù)量v 周期周期P=2n-1的的m序列優(yōu)選對生成的序列優(yōu)選對生成的Gold序列，總序列，總共有共有2n+1個(gè)。個(gè)。v 隨著隨著n的增加，的增加，Gold序列

31、數(shù)以序列數(shù)以2的的n次冪增長次冪增長 。( )/t nPGold碼（4） Gold序列的特性序列的特性 平衡的平衡的Gold序列序列v平衡的平衡的Gold序列是指在一個(gè)周期內(nèi)序列是指在一個(gè)周期內(nèi)1碼元數(shù)比碼元數(shù)比0碼元數(shù)僅多一個(gè)。碼元數(shù)僅多一個(gè)。 v對于周期對于周期P=2n-1的的m序列優(yōu)選對生成的序列優(yōu)選對生成的Gold序列，當(dāng)序列，當(dāng)n是奇數(shù)時(shí)，有是奇數(shù)時(shí)，有2n-1+1個(gè)個(gè)Gold序列是平衡的，約占序列是平衡的，約占50%；當(dāng)；當(dāng)n是偶數(shù)（不是是偶數(shù)（不是4的倍數(shù)）時(shí)，有的倍數(shù)）時(shí)，有2n-1+ 2n-2+ 1個(gè)個(gè)Gold序列是平衡的，約占序列是平衡的，約占75%。v只有平衡只有平衡Go

32、ld序列才可以用到碼分多址通信系統(tǒng)中序列才可以用到碼分多址通信系統(tǒng)中去。去。在在WCDMA系統(tǒng)中，下行鏈路采用系統(tǒng)中，下行鏈路采用Gold碼區(qū)分小區(qū)碼區(qū)分小區(qū)和用戶，上行鏈路采用和用戶，上行鏈路采用Gold碼區(qū)分用戶。碼區(qū)分用戶。 Walsh碼（1） Walsh碼，又稱為Walsh函數(shù)，有著處處為零的互相關(guān)（正交性）和較好的自相關(guān)特性 Walsh函數(shù)波形 若對圖中的Walsh函數(shù)波形在8個(gè)等間隔上取樣，可得到離散Walsh函數(shù)，可用88的Walsh函數(shù)矩陣表示。Walsh碼（2） 88的Walsh函數(shù)對應(yīng)的矩陣可寫作000000000000111100111100001100110110011

33、0011010010101101001010101Walsh碼（3） Walsh函數(shù)矩陣的遞推關(guān)系 00H 20001H 2242 2220000010100110110HHHHHHWalsh碼（4）4482 4440000000001010101001100110110011000001111010110100011110001101001HHHHHHWalsh函數(shù)矩陣的遞推關(guān)系Walsh碼（5） 其中N取2的冪， 是 的補(bǔ)。 利用Walsh函數(shù)矩陣的遞推關(guān)系，可得到6464陣列的Walsh序列 Qualcomm-CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中被作為前向碼分信道 ，可支持64個(gè)信道 并采用6

34、4位的正交Walsh函數(shù)來用作反向信道的編碼調(diào)制。 2NNNNNHHHHHNHNH三、三、 擴(kuò)頻碼的同步擴(kuò)頻碼的同步 (選學(xué)選學(xué)) 在碼分系統(tǒng)中相關(guān)接收要求本地地址碼（偽碼）與收到的（發(fā)送來的）地址碼同步。 所謂兩個(gè)擴(kuò)頻碼同步，就是保持其時(shí)差（相位差）為0狀態(tài)。 地址碼的同步是碼分多址系統(tǒng)的重要組成部分，其性能好壞直接影響系統(tǒng)的性能。 令 、 為兩個(gè)長度相等的偽碼，保持其同步就是使 ，也就是 。11()a t22()a t12210擴(kuò)頻碼的同步粗同步細(xì)同步粗同步細(xì)同步cT 0 粗同步 并行相關(guān)檢測 串行相關(guān)檢測 匹配濾波捕獲法細(xì)同步0 輸入偽碼信號誤差檢測延時(shí)調(diào)整電路本地偽碼發(fā)生器 1、SDMA的工作原理的工作原理 SDMA系統(tǒng)工作示意圖系統(tǒng)工作示意圖蜂窩系統(tǒng)中反向鏈路的困難蜂窩系統(tǒng)