第5章無(wú)線通信多址技術(shù)

1、第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)1第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)5.1 無(wú)線通信多址技術(shù)的基本概念無(wú)線通信多址技術(shù)的基本概念5.2 頻分多址頻分多址 (FDMA)5.3 時(shí)分多址時(shí)分多址 (TDMA)5.4 碼分多址（碼分多址（CDMA）第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)25.15.1無(wú)線通信多址技術(shù)的基本概念無(wú)線通信多址技術(shù)的基本概念1、頻分雙工：兩個(gè)信道通過(guò)頻率來(lái)區(qū)分，這種技術(shù)稱為頻分雙工(Frequency Division Duplex，F(xiàn)DD)。FDD技術(shù)為每一個(gè)用戶提供了兩個(gè)確定的頻段：前向頻段和反向頻段，如圖5-1所示。 前向頻段（

2、也稱為前向信道）提供從基站到移動(dòng)用戶的信號(hào)傳輸信道（下行信道） 反向頻段（也稱為反向信道）提供從移動(dòng)用戶到基站的信號(hào)傳輸信道（上行信道）。第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)3圖5-1 頻分雙工在同一時(shí)間內(nèi)提供兩個(gè)單獨(dú)頻道前向頻段(下行信道)反向頻段(上行信道)時(shí)間頻率第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)4 FDD適用于為每個(gè)用戶提供單個(gè)無(wú)線頻率信道的無(wú)線通信系統(tǒng)。由于每個(gè)用戶通信時(shí)，需要同時(shí)地發(fā)送和接收相差大于100dB的無(wú)線信號(hào)，所以必須謹(jǐn)慎地分配用于前向信道和反向信道的頻率，使其與占用這兩個(gè)波段之間頻譜的其他用戶保持協(xié)調(diào)。 此外，頻率的分配和選擇必須考慮到降低射頻

3、(RF)設(shè)備成本。第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)52、時(shí)分雙工：兩個(gè)信道通過(guò)時(shí)隙來(lái)區(qū)分，這種技術(shù)稱為時(shí)分雙工(Time Division Duplex，TDD)。TDD技術(shù)是用時(shí)間而不是用頻率來(lái)提供前向信道和反向信道，如圖5-2所示。 如果前向時(shí)隙和反向時(shí)隙之間的時(shí)間間隔很小，那么對(duì)于信號(hào)的發(fā)送和接收，在用戶看起來(lái)就是同時(shí)的。 由于TDD是在同一個(gè)頻率信道上通過(guò)時(shí)間分隔來(lái)提供前向信道和反向信道，所以不需要雙工器，從而簡(jiǎn)化了用戶設(shè)備。第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)6圖5-2 時(shí)分雙工在同一頻率上提供兩個(gè)單獨(dú)時(shí)隙時(shí) 間頻 率前 向時(shí) 隙反 向時(shí) 隙反 向時(shí) 隙前

4、 向時(shí) 隙反 向時(shí) 隙前 向時(shí) 隙前 向時(shí) 隙第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)7 TDD可以使每個(gè)用戶在同一頻段上的不同時(shí)隙內(nèi)發(fā)送和接收信號(hào)，發(fā)送信號(hào)的時(shí)隙與接收信號(hào)的時(shí)隙之間應(yīng)保留一段非常小的時(shí)間間隔作為保護(hù)間隔，以防止發(fā)送信號(hào)與接收信號(hào)之間的相互沖突。 此外，通信的雙方還要嚴(yán)格地保持時(shí)間上的同步，以保證能夠正確地接收信號(hào)。第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)83. 碼分雙工：兩個(gè)信道通過(guò)碼型來(lái)區(qū)分，這種技術(shù)稱為碼分雙工(Code Division Duplex，CDD)。CDD技術(shù)是用碼型結(jié)構(gòu)而不是用時(shí)間或頻率來(lái)提供前向信道和反向信道，本質(zhì)上是在同一頻段、同一時(shí)

5、間內(nèi)為用戶提供兩個(gè)邏輯信道（碼分信道）用來(lái)分別發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)雙工通信。第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)95.1.2窄帶多址系統(tǒng)與寬帶多址系統(tǒng) 1、窄帶多址系統(tǒng)：窄帶的含義是指單個(gè)信道的帶寬同所期望的信道的相干帶寬相一致。在一個(gè)窄帶多址系統(tǒng)中，有效無(wú)線頻譜被劃分為許多窄帶信道提供給系統(tǒng)用戶，用戶信道通常使用FDD雙工技術(shù)進(jìn)行工作。為了把在每個(gè)用戶信道上的前向信道和反向信道之間的干擾減少到最小，兩個(gè)信道之間的頻率之差在頻譜范圍內(nèi)應(yīng)該盡可能的大。第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)10在窄帶FDMA多址系統(tǒng)中，分配給每個(gè)用戶一個(gè)不能被其他用戶共享的特定信道（不

6、同的用戶占有不同的信道頻率），并且通常采用FDD雙工技術(shù)(即每個(gè)用戶信道有一個(gè)前向信道和反向信道)，這種系統(tǒng)被稱為FDMAFDD多址接入系統(tǒng)。 在窄帶TDMA多址系統(tǒng)中，允許多個(gè)用戶共享同一信道頻率，但以循環(huán)方式分配給每個(gè)用戶一個(gè)惟一的時(shí)隙（Time Slot，TS），在自己的時(shí)隙內(nèi)該用戶才能發(fā)送或者接收信號(hào)，這樣在一個(gè)信道上通過(guò)時(shí)間分割可以將多個(gè)用戶區(qū)分開。第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)11 對(duì)于窄帶TDMA系統(tǒng)，既可以采用FDD雙工技術(shù)也可以采用TDD雙工技術(shù)，前者被稱為TDMAFDD多址接入系統(tǒng)，后者被稱為TDMATDD多址接入系統(tǒng)第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通

7、信多址技術(shù)122、寬帶多址系統(tǒng)：寬帶的含義是指一個(gè)信道的發(fā)射帶寬比這個(gè)信道的相干帶寬寬得多。因此多徑衰落不會(huì)對(duì)寬帶信道內(nèi)的接收信號(hào)產(chǎn)生很大的影響，并且頻率選擇性衰落僅僅發(fā)生在信號(hào)帶寬的一小部分中。在寬帶多址系統(tǒng)中，既允許一個(gè)用戶在一個(gè)很大的頻譜范圍內(nèi)發(fā)送或者接收信號(hào)，也允許多個(gè)用戶在同信道上發(fā)送或者接收信號(hào)。TDMA在同信道上分配時(shí)隙給多個(gè)用戶，并且只允許一個(gè)用戶在特定的時(shí)隙占用信道，而擴(kuò)頻CDMA允許所有的用戶在同一時(shí)間占用同一信道。第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)13 除了FDMA、TDMA和CDMA三種基本的多址技術(shù)以外，還有其他多址模式用于無(wú)線通信，它們是： 跳頻多址(

8、Frequency Hopping Multiple Access, FHMA) 混合擴(kuò)頻多址(Hybrid Spread Spectrum Multiple Access, HSSMA) 空分多址(Space Division Multiple Access，SDMA) 極分多址（Polarization Division Multiple Access，PDMA）。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)14表5-1 幾種無(wú)線通信系統(tǒng)中的多址技術(shù)表5-1列出了目前世界上幾種主要的無(wú)線通信系統(tǒng)中的多址接入技術(shù)。第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)155.1.3無(wú)線通信多

9、址技術(shù)的理論基礎(chǔ)1、信號(hào)的正交設(shè)計(jì)在發(fā)送端，設(shè)計(jì)一組相互正交的信號(hào)參量 ，使各路信號(hào)的線性迭加值為：或者 NiiitMtX1)()( (5-1) NiNiiiitXtX11)()( (5-2) 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)16式中, Xi(t)為第i個(gè)用戶地址的信號(hào)； i為第i個(gè)用戶信號(hào)Xi(t)的正交參量；i為第i個(gè)用戶地址的保護(hù)區(qū)。 正交參量i(i=1, 2, , n)應(yīng)滿足： (5-3) 式(5-1)是理想情況下的理論劃分表達(dá)式，式(5-2)則是考慮了實(shí)際情況后的實(shí)際劃分表達(dá)式。 圖5-3說(shuō)明了這兩種情況。jijiji 0 1第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多

10、址技術(shù)17圖5-3 一組相互正交信號(hào)參量i(i=1, 2, , n)的劃分(a) 理想情況下的劃分； (b) 實(shí)際情況下的劃分 1234ii1234i(a)(b)第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)182. 信號(hào)的正交分離 在接收端，設(shè)計(jì)一個(gè)正交信號(hào)識(shí)別器如圖5-4所示， 通過(guò)正交參量j與各路信號(hào)的線性迭加值X(t)相乘，可獲得第i個(gè)用戶地址的信號(hào)Xi(t)（當(dāng)i=j時(shí)）。 正交信號(hào)識(shí) 別 器NiiitX1)(Xi(t)(當(dāng)ij時(shí))0(當(dāng)ij時(shí))j圖5-4 正交信號(hào)識(shí)別器原理圖第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)195.2 頻分多址頻分多址 (FDMA) 5.2.1 F

11、DMA的基本原理頻分多址系統(tǒng)以頻率作為用戶信號(hào)的分割參量， 它把系統(tǒng)可利用的無(wú)線頻譜分成若干互不交疊的頻段（信道）， 這些信道按照一定的規(guī)則分配給系統(tǒng)用戶， 一般是分配給每個(gè)用戶一個(gè)惟一的頻段（信道）。在該用戶通信的整個(gè)過(guò)程中，其他用戶不能共享這一頻段。 當(dāng)采用FDD雙工技術(shù)時(shí)， 分配給每個(gè)用戶兩個(gè)頻段（信道），其中頻率較高的頻段用作前向信道，頻率較低的頻段用作反向信道。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)20在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，為了防止各用戶信號(hào)相互干擾和因系統(tǒng)的頻率漂移造成頻段（信道）之間的重疊，各用戶頻段（信道）之間通常都要留有一段間隔頻段， 稱為保護(hù)頻段。 如果用頻率f時(shí)間t和

12、代碼c作為三維空間的三個(gè)坐標(biāo)，則FDMA系統(tǒng)在這個(gè)坐標(biāo)系中的位置如圖5-5所示， 它表示系統(tǒng)的每個(gè)用戶由不同的頻段所區(qū)分，但可以在同一時(shí)間、 用同一代碼進(jìn)行通信。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)21圖5-5 頻分多址工作方式t信 道 1信 道 2信 道 3信 道Nfc第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)225.2.2 FDMA系統(tǒng)中的干擾問(wèn)題1. 互調(diào)干擾 互調(diào)干擾是指系統(tǒng)內(nèi)某個(gè)用戶的發(fā)射機(jī)（或接收機(jī)）由于非線性器件產(chǎn)生的各種組合頻率成分落入本身的前向信道（或反向信道）頻率段內(nèi)而造成的對(duì)其自身有用信號(hào)的干擾。當(dāng)干擾的強(qiáng)度(功率)足夠大時(shí),將會(huì)影響用戶信號(hào)的正常發(fā)送

13、和接收。第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)23 克服互調(diào)干擾的主要辦法： 1. 盡可能提高系統(tǒng)的線性度,減少發(fā)射機(jī)互調(diào)和接收機(jī)互調(diào),消除產(chǎn)生互調(diào)干擾的條件； 2. 選用無(wú)互調(diào)的頻率集,這涉及到FDMA蜂窩系統(tǒng)的頻率規(guī)劃問(wèn)題。第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)242. 鄰道干擾 鄰道干擾是指系統(tǒng)內(nèi)相鄰用戶的發(fā)射機(jī)（或接收機(jī)）由于非線性器件產(chǎn)生的各種組合頻率成分落入本用戶信道的頻率段內(nèi)而造成的對(duì)本用戶有用信號(hào)的干擾。當(dāng)鄰道干擾功率足夠大時(shí),將對(duì)有用信號(hào)造成損害。 克服鄰道干擾的主要方法： 1. 加大頻道間的隔離度,即增大保護(hù)頻段,這也涉及到FDMA系統(tǒng)的頻率規(guī)劃問(wèn)題；

14、2. 嚴(yán)格規(guī)定收發(fā)信機(jī)的技術(shù)指標(biāo),即限制發(fā)射機(jī)的寄生輻射和規(guī)定接收機(jī)的中頻選擇性。第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)253. 同頻道干擾同頻道干擾是指相同頻率信號(hào)之間的相互干擾。對(duì)系統(tǒng)中的某一用戶而言,是指同一蜂窩系統(tǒng)的相鄰區(qū)群中的同頻道信號(hào)對(duì)該用戶造成的干擾。它與蜂窩結(jié)構(gòu)和頻率規(guī)劃密切相關(guān)。為了減少同頻道干擾,需要合理地選擇蜂窩結(jié)構(gòu)和科學(xué)地進(jìn)行頻率規(guī)劃,具體為在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)同頻道干擾因子Q的選擇：式中, D為同信道小區(qū)的距離（即同頻小區(qū)的距離）； R為小區(qū)半徑。 RDQ (5-4) 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)265.2.3 FDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)FDMA系統(tǒng)有

15、以下特點(diǎn)： (1) FDMA系統(tǒng)的信道上每次只能傳送一路電話,也就是不能同時(shí)傳送多路電話。 (2) 如果一個(gè)FDMA信道沒(méi)有被使用,那么它就處于空閑狀態(tài),并且不能被其他用戶使用以增加或共享系統(tǒng)容量。 實(shí)質(zhì)上是一種資源浪費(fèi)。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)27 (3) 每個(gè)信道占用一個(gè)載頻帶寬并應(yīng)滿足所傳輸信號(hào)的帶寬要求。為了在有限的頻譜中增加信道數(shù)量,希望載頻帶寬越窄越好。FDMA信道的相對(duì)帶寬較窄(25 kHz或kHz)， 每個(gè)信道的每一載波僅支持一個(gè)電路連接,也就是說(shuō)FDMA通常在窄帶系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。 (4) 在FDMA方式中,每個(gè)信道只傳送一路數(shù)字信號(hào),信號(hào)速率低,碼元寬度

16、與平均延遲擴(kuò)展相比較是很大的,這就意味著由碼間干擾引起的誤碼極小,因此在窄帶FDMA系統(tǒng)中無(wú)需進(jìn)行均衡。第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)28(5) FDMA系統(tǒng)中載波帶寬與單個(gè)信道一一對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì),使得在接收設(shè)備中必須使用帶通濾波器來(lái)使指定的信道信號(hào)通過(guò)并濾除其他頻率的信號(hào),從而限制了鄰近信道間的相互干擾。 (6) 與TDMA系統(tǒng)相比較,FDMA系統(tǒng)要簡(jiǎn)單得多,而且它是一種不間斷發(fā)送模式,需要的系統(tǒng)開銷(例如同步和組幀比特)也要少。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)29(7) 基站復(fù)雜龐大,重復(fù)設(shè)置收發(fā)信設(shè)備。 基站有多少信道,就需要多少部收發(fā)信機(jī),同時(shí)需用天線共

17、用器,功率損耗大,易產(chǎn)生信道間的互調(diào)干擾。 (8) 由于收發(fā)信機(jī)同時(shí)工作,所以FDMA移動(dòng)單元必須使用雙工器,這樣就增加了FDMA用戶單元和基站的費(fèi)用。 (9) 越區(qū)切換較為復(fù)雜和困難。 因?yàn)樵贔DMA系統(tǒng)中,分配好用戶信道后,基站和移動(dòng)臺(tái)都是連續(xù)傳輸?shù)?所以在越區(qū)切換時(shí),必須瞬時(shí)中斷傳輸數(shù)十至數(shù)百毫秒,以便把通信從某一頻率切換到另一頻率上去。 對(duì)于語(yǔ)音,瞬時(shí)中斷問(wèn)題不大,對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸則將帶來(lái)數(shù)據(jù)的丟失。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)30在模擬蜂窩系統(tǒng)中,采用FDMA方式是惟一的選擇,而在數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中,則很少采用單純的FDMA方式。 第一個(gè)美國(guó)模擬蜂窩系統(tǒng)高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)

18、(AMPS)是采用FDMAFDD多址系統(tǒng)的。 在呼叫進(jìn)行中,一個(gè)用戶占用一個(gè)信道,并且這一信道實(shí)際上是由兩個(gè)單工的具有45 MHz分隔的信道組成的雙工信道。 當(dāng)一個(gè)呼叫完成或一個(gè)切換發(fā)生時(shí),信道就空閑出來(lái)以便其他移動(dòng)用戶使用它。 多路或多用戶同時(shí)通信在AMPS中是允許的,因?yàn)榉纸o每一個(gè)用戶有一個(gè)惟一的信道。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)31FDMA系統(tǒng)可以同時(shí)支持的信道（用戶）數(shù)可用下列公式計(jì)算： 式中, Bs為系統(tǒng)帶寬, Bp為在分配頻譜時(shí)的保護(hù)帶寬, Bc為信道帶寬。 在美國(guó),規(guī)定每一個(gè)蜂窩業(yè)務(wù)商有416個(gè)信道。 cpsBBBN2(5-5) 第第5 5章章 無(wú)線通信多址

19、技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)32 5.3 時(shí)分多址時(shí)分多址 (TDMA)為了省去用戶單元中的雙工器,可以這樣來(lái)設(shè)計(jì)TDMAFDD系統(tǒng)中前向頻段和反向頻段的幀結(jié)構(gòu),使一個(gè)特定用戶的前向時(shí)隙和反向時(shí)隙之間相差幾個(gè)延遲時(shí)隙。 如果用頻率f、 時(shí)間t和代碼c作為三維空間的三個(gè)坐標(biāo),則TDMA系統(tǒng)在這個(gè)坐標(biāo)系中的位置如圖5-6所示,它表示系統(tǒng)的每個(gè)用戶由不同的時(shí)隙所區(qū)分,但可以在同一頻段,用同一代碼進(jìn)行通信。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)33圖5-6 時(shí)分多址工作方式信道1信道 N信道1信道2時(shí)隙tc第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)345.3.2 TDMA的幀結(jié)構(gòu)TDMA幀是

20、TDMA系統(tǒng)接收、 處理和傳輸信息的基本單元,它是由若干個(gè)時(shí)隙所組成的,不同的用戶周期性地占有一系列特定的時(shí)隙來(lái)傳送自己的信號(hào),但在每一個(gè)TDMA幀中一個(gè)用戶只占有一個(gè)特定的時(shí)隙。 不同通信系統(tǒng)的幀長(zhǎng)度和幀結(jié)構(gòu)是不一樣的。 典型的幀長(zhǎng)在幾毫秒到幾十毫秒之間, 例如：GSM系統(tǒng)的幀長(zhǎng)為4.6 ms(每幀由8個(gè)時(shí)隙組成),DECT系統(tǒng)的幀長(zhǎng)為10 ms(每幀由24個(gè)時(shí)隙組成)。 TDMA幀結(jié)構(gòu)如圖5-7所示。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)35圖5-7 TDMA幀結(jié)構(gòu)頭 比 特信 息保 護(hù) 比 特時(shí) 隙 1時(shí) 隙 2時(shí) 隙 3時(shí) 隙 N一 個(gè) TDMA幀第第5 5章章 無(wú)線通信多

21、址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)36從圖中可以看出,一個(gè)TDMA幀由頭比特、 信息段和保護(hù)比特所構(gòu)成,其中頭比特包含了基站和用戶用來(lái)確認(rèn)彼此的地址信息和同步信息,信息段包含了各用戶時(shí)隙,而保護(hù)比特則用來(lái)保證幀與幀之間的同步。 與TDMA幀相比較,TDMA幀中的時(shí)隙也有類似結(jié)構(gòu)。 這樣設(shè)計(jì)主要是為了解決以下三個(gè)問(wèn)題： 1.控制信息和信令信息的傳輸； 2.減少信道多徑的影響； 3.系統(tǒng)的同步。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)375.3.3 TDMA系統(tǒng)的同步問(wèn)題1. 位同步位同步又稱為碼元同步、 比特同步,是接收機(jī)從接收到的信號(hào)中正確地恢復(fù)原來(lái)數(shù)據(jù)信號(hào)的基礎(chǔ)。 在通信系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)位同步的方

22、法有兩種： 一種叫插入導(dǎo)頻法（外同步法）,一種叫自同步法。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)38 插入導(dǎo)頻法是指在發(fā)送端發(fā)送的基帶信號(hào)中插入專門的位同步導(dǎo)頻信號(hào),接收端把這個(gè)專門的導(dǎo)頻信號(hào)檢測(cè)出來(lái)作為位同步信號(hào)的方法； 自同步法是指發(fā)送端不發(fā)送專門的位同步導(dǎo)頻信號(hào),接收端設(shè)法從收到的數(shù)字信號(hào)中提取位同步信息的方法。 考慮到TDMA通信系統(tǒng)是按時(shí)隙以突發(fā)方式傳輸信號(hào)的,為了迅速、準(zhǔn)確、可靠地獲得位同步信息,宜采用插入導(dǎo)頻法而不宜采用自同步法。第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)39此外,插入導(dǎo)頻法又可分為兩種形式： 一種形式是把位同步導(dǎo)頻信號(hào)插在基帶信號(hào)頻譜的零點(diǎn)處,

23、以便提取,如圖5-8（a）所示。如果基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)相關(guān)編碼,其頻譜的第一個(gè)零點(diǎn)在f=1/2T處,則位同步導(dǎo)頻信號(hào)也應(yīng)插在f=1/2T處,如圖5-8（b）所示； 圖5-8 基帶信號(hào)頻譜的導(dǎo)頻插入F( f )0ffF( f )01/T1/2T(a)(b)第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)40 另一種形式是用位同步導(dǎo)頻信號(hào)對(duì)已調(diào)波的幅度進(jìn)行二次調(diào)制,使已調(diào)波的包絡(luò)隨位同步導(dǎo)頻信號(hào)的變化而變化。 例如PSK信號(hào)和FSK信號(hào)都是包絡(luò)不變的等幅波,因此可以將位同步導(dǎo)頻信號(hào)調(diào)制在它們的包絡(luò)上,接收端只要用普通的包絡(luò)檢波器就可以檢測(cè)出導(dǎo)頻信號(hào)作為位同步信號(hào)。第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信

24、多址技術(shù)41對(duì)于移動(dòng)通信系統(tǒng),由于信號(hào)在移動(dòng)環(huán)境中傳輸時(shí),經(jīng)常受到干擾、 噪聲和多徑衰落的影響,因此接收機(jī)在提取同步信息時(shí),必須采取一定措施以減少由于干擾、 噪聲、 衰落或誤碼而引起的相位抖動(dòng)； 同時(shí)還要通過(guò)保護(hù)電路進(jìn)行保護(hù),防止因?yàn)榕既坏脑蚴菇邮諜C(jī)失步,引起通信中斷。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)42 2. 幀同步幀同步和時(shí)隙同步同屬群同步,所采用的方法基本上一樣。 幀同步通常是在每幀的前面設(shè)置一個(gè)幀同步碼作為同步信息。幀同步碼的長(zhǎng)度是在幀長(zhǎng)度確定之后,根據(jù)信道條件和對(duì)幀同步的要求而確定的,可以是一個(gè)到若干個(gè)比特。 對(duì)幀同步碼的長(zhǎng)度選擇,應(yīng)兼顧信息傳輸效率和同步的可靠性

25、： 從提高傳輸效率出發(fā),希望幀同步碼短一些； 從同步的可靠性和抗干擾能力考慮,希望幀同步碼長(zhǎng)一些。第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)43 3. 系統(tǒng)同步 系統(tǒng)同步也就是網(wǎng)同步,是TDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵問(wèn)題。只有在整個(gè)通信系統(tǒng)中建立起統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn),才能保證整個(gè)系統(tǒng)有條不紊地進(jìn)行信息的傳輸、 處理和交換,協(xié)調(diào)一致地對(duì)全網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行管理、 控制和操作。 對(duì)位同步和幀同步而言,只有有了統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn),才能夠保證各基站和移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行正確的同步。 同時(shí)系統(tǒng)同步還能消除因定時(shí)誤差隨時(shí)間積累而引起的失步。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)44 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)同步可以采用不同的方法。

26、 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中常用的有主從同步法和獨(dú)立時(shí)鐘同步法。 主從同步法屬于全網(wǎng)同步方式,它采用頻率控制系統(tǒng)去控制系統(tǒng)中所有設(shè)備的時(shí)鐘,使它們的頻率和相位直接或間接地與某一個(gè)主時(shí)鐘的頻率和相位保持一致。 主時(shí)鐘通常有很高的精度,其同步信息以廣播或者逐級(jí)傳遞的方式傳送給全網(wǎng)的各種設(shè)備,各設(shè)備從收到的時(shí)鐘信號(hào)中提取定時(shí)信息并鎖定在主時(shí)鐘上,以達(dá)到全網(wǎng)同步。 采用主從同步法可以使用穩(wěn)定度低而價(jià)格便宜的時(shí)鐘,降低系統(tǒng)成本,比較經(jīng)濟(jì)。第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)45獨(dú)立時(shí)鐘同步法屬于準(zhǔn)同步方式,它在全網(wǎng)中的各設(shè)備內(nèi)均設(shè)置高精度的時(shí)鐘,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)定期進(jìn)行時(shí)鐘校準(zhǔn),從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的同步。 這

27、種方法要求系統(tǒng)中的各設(shè)備均要采用穩(wěn)定度很高的石英振蕩器來(lái)產(chǎn)生定時(shí)信號(hào),這對(duì)于移動(dòng)臺(tái)尤其是小型手持機(jī)而言,無(wú)論從價(jià)格方面還是從體積質(zhì)量方面考慮都不一定合適。至于系統(tǒng)中的基站和其他大型設(shè)施,采用這種方法還是可行的。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)465.3.4 TDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)TDMA系統(tǒng)有以下特點(diǎn)： (1) TDMA系統(tǒng)通過(guò)分配給每個(gè)用戶一個(gè)互不重疊的時(shí)隙,使N個(gè)用戶可以共享同一個(gè)載波頻道,所以它的頻帶利用率高,系統(tǒng)容量大。 (2) N個(gè)時(shí)分信道共用同一個(gè)載波頻道,占據(jù)相同帶寬,只需一部收發(fā)信機(jī),所以互調(diào)干擾小,基站設(shè)備的復(fù)雜性減小。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信

28、多址技術(shù)47 (3) 由于TDMA系統(tǒng)是在不同的時(shí)隙內(nèi)來(lái)發(fā)射和接收信號(hào)的,因此不需要雙工器。 就是對(duì)于使用了FDD雙工技術(shù)的TDMA系統(tǒng),也可以通過(guò)合理地設(shè)計(jì)TDMAFDD系統(tǒng)中前向頻段和反向頻段的幀結(jié)構(gòu)來(lái)避免使用雙工器,從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的設(shè)備。 (4) 越區(qū)切換簡(jiǎn)單。 由于在TDMA系統(tǒng)中移動(dòng)臺(tái)用不連續(xù)的突發(fā)式傳輸,所以越區(qū)切換處理對(duì)一個(gè)用戶單元來(lái)說(shuō)是很簡(jiǎn)單的,可以安排在無(wú)信息傳輸時(shí)（對(duì)某個(gè)特定用戶而言是空閑時(shí)隙）進(jìn)行,因而沒(méi)有必要中斷信息的傳輸,即使正在傳輸數(shù)據(jù)也不會(huì)因越區(qū)切換而發(fā)生數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象。第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)48(5) TDMA系統(tǒng)的各個(gè)用戶的數(shù)據(jù)發(fā)射不

29、是連續(xù)的,而是分組發(fā)送的,這樣當(dāng)用戶發(fā)射機(jī)(在大多數(shù)時(shí)間里)不用時(shí)可以關(guān)機(jī),從而大大地降低了電池消耗。 (6) TDMA系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)按需動(dòng)態(tài)分配時(shí)隙,即在一幀中分配給不同的用戶不同數(shù)目的時(shí)隙,通過(guò)基于優(yōu)先權(quán)重新分配時(shí)隙的方式,按照不同用戶的不同要求來(lái)提供帶寬。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)49(7) 由于TDMA發(fā)射被時(shí)隙化了,因此要求接收機(jī)與每一個(gè)數(shù)據(jù)分組必須保持同步,使TDMA系統(tǒng)需要較高的同步開銷。 此外,為了將不同的用戶分開,還需要設(shè)立一定寬度的保護(hù)時(shí)隙,這就又占用了一部分時(shí)間資源,所以TDMA系統(tǒng)相對(duì)于FDMA系統(tǒng)有更大的系統(tǒng)開銷。(8) 發(fā)射信號(hào)速率一般比FDM

30、A信道的發(fā)射速率高得多,并且隨著時(shí)分信道數(shù)目N的增加而提高,如果達(dá)到100kb/s以上,碼間串?dāng)_就會(huì)變大,必須采用自適應(yīng)均衡,用以補(bǔ)償傳輸失真。 (9) 在TDMA系統(tǒng)中,為了充分利用時(shí)間資源,應(yīng)把保護(hù)時(shí)隙壓縮到最小。 但是為了縮短保護(hù)時(shí)隙而把時(shí)隙邊緣的發(fā)射信號(hào)加以明顯抑制,將使發(fā)射信號(hào)的頻譜擴(kuò)展并會(huì)導(dǎo)致對(duì)相鄰信道的干擾。第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)505.3.5 TDMA系統(tǒng)的有關(guān)計(jì)算1. 幀效率fTDMA系統(tǒng)的幀效率是指一幀中用戶數(shù)據(jù)比特?cái)?shù)占總比特?cái)?shù)的百分比,此處的用戶數(shù)據(jù)可以包括原始數(shù)據(jù)和信道編碼,因此一個(gè)系統(tǒng)的原始終端用戶的效率通常小于f 。 幀效率f的計(jì)算公式如下

31、：式中, ns為每一幀中系統(tǒng)開銷的比特?cái)?shù), nu為用戶數(shù)據(jù)的比特?cái)?shù), n為每一幀的總比特?cái)?shù)（等于一幀中用戶數(shù)據(jù)的比特?cái)?shù)與系統(tǒng)開銷的比特?cái)?shù)之和）。 %100)1 (%100nnnnsuf (5-6) 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)512. 系統(tǒng)容量N在實(shí)際應(yīng)用中,通常是把TDMA方式與FDMA方式結(jié)合起來(lái)使用的,這樣可以大大地提高系統(tǒng)的容量。 例如IS-136數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)采用30 kHz FDMA信道,并將其再分成6個(gè)時(shí)隙,用于TDMA傳輸。 此時(shí)系統(tǒng)容量（用戶數(shù)）的計(jì)算公式如下： cpsBBBmN)2( (5-7) 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)52

32、式中, Bs為系統(tǒng)帶寬, Bp為在分配頻譜時(shí)的保護(hù)帶寬, Bc為信道帶寬, m為每一個(gè)頻率信道所含的時(shí)隙數(shù)。 該系統(tǒng)容量（用戶數(shù)）的計(jì)算公式也可以用來(lái)計(jì)算純TDMA系統(tǒng)容量,此時(shí)的頻率信道數(shù)為1,N=m。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)535.4 碼分多址（碼分多址（CDMA）5.4.1 CDMA的基本原理碼分多址系統(tǒng)以碼型結(jié)構(gòu)作為信號(hào)分割的參量,它為每個(gè)用戶分配了各自特定的地址碼,利用公共信道來(lái)傳輸信息。 系統(tǒng)的各用戶用互不相關(guān)的、 相互（準(zhǔn)）正交的地址碼調(diào)制其所發(fā)送的信號(hào),在接收端利用碼型的（準(zhǔn)）正交性,通過(guò)地址識(shí)別（相關(guān)檢測(cè)）從混合信號(hào)中選出相應(yīng)的信號(hào)。 第第5 5章章

33、 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)54 接收端用戶必須有與發(fā)送端用戶完全一致的地址碼，用來(lái)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，而使用其他地址碼的用戶信號(hào)因?yàn)榕c接收機(jī)產(chǎn)生的本地地址碼不同而不能被檢測(cè)解調(diào)出來(lái)，它們的存在類似于在信道中引入了噪聲或干擾，通常稱之為多址干擾。第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)55在CDMA系統(tǒng)中,用戶之間的信息傳輸也是通過(guò)基站進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和傳輸?shù)摹?為了實(shí)現(xiàn)雙工通信,我們可以采用頻分雙工技術(shù)或者時(shí)分雙工技術(shù)。但是,在CDMA通信系統(tǒng)中,既不能采用頻分雙工技術(shù)也不能采用時(shí)分雙工技術(shù),因?yàn)樾诺赖膭澐质怯貌煌拇a型來(lái)區(qū)分的,所以在CDMA通信系統(tǒng)中進(jìn)行雙工通信,無(wú)論是正向

34、傳輸還是反向傳輸都必須通過(guò)這些碼分信道來(lái)實(shí)現(xiàn),也就是說(shuō)必須采用碼分雙工技術(shù)。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)56 這些碼分信道屬于邏輯信道,它們無(wú)論在頻域上還是在時(shí)域上都是相互重疊的。 如果用頻率f、 時(shí)間t和代碼c作為三維空間的三個(gè)坐標(biāo),則CDMA系統(tǒng)在這個(gè)坐標(biāo)系中的位置如圖5-9所示,它表示系統(tǒng)的每個(gè)用戶由不同的碼型所區(qū)分,但可以在同一時(shí)間、 同一頻段進(jìn)行通信。信道1信道2信道3信道 Ntfc圖5-9 碼分多址工作方式第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)575.4.2 實(shí)現(xiàn)CDMA的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)1. 正交沃爾什函數(shù)沃爾什函數(shù)集是完備的非正弦型的二元（取值為+1與-

35、1）正交函數(shù)集,其相應(yīng)的離散沃爾什函數(shù)簡(jiǎn)稱為沃爾什序列或沃爾什碼。 沃爾什（Walsh）函數(shù)是定義在半開區(qū)間0, 1）的矩形波族,每個(gè)矩形波有一個(gè)編號(hào)n(n=0, 1, 2, 3, )。 矩形波幅度的取值為+1或-1,規(guī)定起始時(shí)矩形波的取值為+1,然后在+1與-1之間變化,變化的次數(shù)（+1變-1與-1變+1的次數(shù)之和）m=n,在+1或-1上持續(xù)的時(shí)間可以相等,也可以不相等（不相等時(shí)較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間Tl為較短的持續(xù)時(shí)間Ts的兩倍）,編號(hào)為n的沃爾什函數(shù)用wal(n, t)表示,沃爾什函數(shù)的波形如圖5-10所示。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)58圖5-10 沃爾什函數(shù)的波形101

36、wal(0 , t)wal(1 , t)wal(2 , t)wal(3 , t)wal(4 , t)wal(5 , t)wal(6 , t)wal(7 , t)1tttttttt第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)592. 偽隨機(jī)序列1) 隨機(jī)序列與偽隨機(jī)序列通信中研究的數(shù)字序列通常為二進(jìn)制序列,因此我們?cè)谶@里研究的隨機(jī)序列和偽隨機(jī)序列也僅限于二進(jìn)制序列。 在概率論中,二進(jìn)制獨(dú)立隨機(jī)序列被稱為貝努利（Bernoulli）序列, 它由兩個(gè)元素0,1（或1,-1）組成,序列中各元素取值相互獨(dú)立,取0取1的概率相等,均為1/2,我們簡(jiǎn)稱這種序列為隨機(jī)序列。 隨機(jī)序列具有以下三條基本特性：

37、 (1) 均衡特性： 在序列中“0”和“1”出現(xiàn)的相對(duì)頻率各為1/2； 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)60(2) 游程特性： 我們把一個(gè)序列中取值相同且連續(xù)出現(xiàn)的元素群（二進(jìn)制序列中為連0或連1）稱為一個(gè)游程,一個(gè)游程中元素的個(gè)數(shù)被稱為游程長(zhǎng)度。 序列中長(zhǎng)度為1的游程數(shù)占游程總數(shù)的1/2,長(zhǎng)度為2的游程數(shù)占游程總數(shù)的1/4,長(zhǎng)度為3的游程數(shù)占游程總數(shù)的1/8,長(zhǎng)度為n的游程數(shù)占游程總數(shù)的1/2n（對(duì)于所有有限的n）； (3) 位移特性： 如果將給定的隨機(jī)序列位移任意個(gè)元素,則得到的新序列與原序列對(duì)應(yīng)的元素有一半相同,有一半不同。 偽隨機(jī)序列又稱為偽隨機(jī)碼,是具有類似于隨機(jī)序列

38、基本特性的確定序列,當(dāng)一個(gè)確定序列近似地滿足隨機(jī)序列的三條基本特性時(shí),則稱該確定序列為偽隨機(jī)序列。 偽隨機(jī)序列也稱為偽噪聲（PseudoNoise,PN）序列,有時(shí)簡(jiǎn)稱為PN序列。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)612) m序列由線性反饋移位寄存器產(chǎn)生的周期最長(zhǎng)的二進(jìn)制數(shù)字序列稱為最大長(zhǎng)度線性反饋移位寄存器序列,通常簡(jiǎn)稱為m序列（m表示最長(zhǎng)周期）。 m序列是一種偽隨機(jī)序列,具有與隨機(jī)噪聲類似的尖銳自相關(guān)特性,但它不是真正隨機(jī)的,而是按一定的規(guī)律周期性地變化。 由于m序列容易產(chǎn)生、 規(guī)律性強(qiáng),有許多優(yōu)良的特性,因而在擴(kuò)頻通信和CDMA系統(tǒng)中最早獲得廣泛的應(yīng)用。 第第5 5章章

39、無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)62（1） m序列的生成。 線性反饋移位寄存器。 一個(gè)n級(jí)線性反饋移位寄存器如圖5-12所示,它是由n級(jí)移存器、 反饋抽頭及若干個(gè)模2加法器所組成的。 圖中ai（i=0, 1, 2, , n-1）表示某一級(jí)移存器的狀態(tài), ci表示反饋線的連接狀態(tài)（相當(dāng)于反饋系數(shù)）, ci =1表示該反饋線接通,參與反饋； ci =0表示該反饋線斷開,不參與反饋。 但c0和cn總是等于1,否則反饋不存在。n級(jí)線性反饋移位寄存器的輸出序列具有周期性,其數(shù)字周期N2n-1（此處的數(shù)字周期N=T/Tc, T為n級(jí)線性反饋移位寄存器輸出序列的周期, Tc為碼元寬度。）。 第第5 5章章

40、無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)63圖5-12 n級(jí)線性反饋移位寄存器an1an2a1a0c1c2cn1c01cn1輸出第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)64 m序列發(fā)生器。 當(dāng)一個(gè)n級(jí)線性反饋移位寄存器能夠產(chǎn)生出最大數(shù)字周期Nm=Tm/Tc=2n-1的二進(jìn)制數(shù)字序列時(shí),它就是一個(gè)n級(jí)m序列發(fā)生器。 例如,一個(gè)結(jié)構(gòu)如圖5-13所示的四級(jí)線性反饋移位寄存器,它輸出的二進(jìn)制數(shù)字序列的數(shù)字周期N=Nm=24-1=15，它就是一個(gè)m序列發(fā)生器。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)65圖5-13 m序列發(fā)生器a3a2a1a0輸 出第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技

41、術(shù)66 （2）m序列的基本特性。 均衡特性：在m序列一個(gè)周期中,“1”和“0”的數(shù)目基本相等。 準(zhǔn)確地說(shuō),“1”的個(gè)數(shù)比“0”個(gè)數(shù)多一個(gè)。 這個(gè)特性保證了在擴(kuò)頻系統(tǒng)中,用m序列作平衡調(diào)制實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展頻譜時(shí)有較高的載波抑制度。 游程特性： 在m序列的一個(gè)數(shù)字周期（Nm=2n-1）中,長(zhǎng)度為1的游程占總游程數(shù)的12,長(zhǎng)度為2的游程占14,長(zhǎng)度為3的游程占18,依次類推。一般地講,長(zhǎng)度為k(1kn-1)的游程占總游程數(shù)的1/2k,同時(shí)在長(zhǎng)度為k(1kn-2)的游程中,連“1”的游程和連“0”的游程各占一半,并且在全部游程只有一個(gè)包含n-1個(gè)“0”的游程,也只有一個(gè)包含n個(gè)“1”的游程。 第第5 5章章

42、無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)67 移位相加特性：m序列與其經(jīng)任意次移位后的序列逐位模2相加,所得的序列還是m序列,只是相位不同。 (3) m序列的相關(guān)性。 m序列的自相關(guān)性。 對(duì)于一個(gè)數(shù)字周期為Nm=2n-1的m序列an（an取值為1或0）,其自相關(guān)函數(shù)由下式計(jì)算： maNDADADAR)( (5-20) 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)68對(duì)于一個(gè)數(shù)字周期為Nm的m序列,當(dāng)移位次數(shù)的取值范圍為0Nm-1時(shí),可以構(gòu)成不同的m序列；當(dāng)Tm 時(shí),所構(gòu)成的m序列將周期性地重復(fù)出現(xiàn)。 現(xiàn)在我們利用式(5-20)來(lái)計(jì)算m序列的自相關(guān)函數(shù)。 由m序列的移位相加特性可知,m序列與其經(jīng)任意

43、次移位后的序列逐位模2相加所得的序列還是m序列；又由m序列的均衡特性可知,m序列在一個(gè)數(shù)字周期中“0”的個(gè)數(shù)比“1”的個(gè)數(shù)少一個(gè),所以當(dāng)=1, 2, , Nm-1時(shí), A-D=-1。顯然,當(dāng)=0時(shí), an+=an ,有A=Nm, D=0, A-D= Nm,于是我們可得到下列計(jì)算m序列自相關(guān)函數(shù)的公式： maNR/11)(=kNm(k=0, 1, 2, ) kNm (5-21) 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)69有時(shí)偽隨機(jī)碼的碼元用“1”和“-1”表示,與“0”和“1”表示法的對(duì)應(yīng)關(guān)系是“1”“0”、 “-1”“1”。 當(dāng)m序列an的取值是1或-1時(shí), m序列的自相關(guān)函數(shù)可由下

44、式計(jì)算： mnpnnmaNaaNR/111)(1=kNm(k=0, 1, 2, ) kNm (5-22) 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)70圖5-14為m序列的自相關(guān)函數(shù)圖。 由圖可見,當(dāng)=0時(shí),m序列的自相關(guān)函數(shù)Ra ()出現(xiàn)峰值1,當(dāng)偏離0時(shí),自相關(guān)函數(shù)曲線很快下降；當(dāng)1Nm-1時(shí),自相關(guān)函數(shù)值為-1/Nm； 當(dāng)=Nm時(shí),又出現(xiàn)峰值,如此周而復(fù)始。 當(dāng)數(shù)字周期Nm很大時(shí),m序列的自相關(guān)函數(shù)與白噪聲類似。這一特性很重要,相關(guān)檢測(cè)就是利用這一特性,在“有”或“無(wú)”信號(hào)相關(guān)函數(shù)值的基礎(chǔ)上識(shí)別信號(hào),檢測(cè)自相關(guān)函數(shù)值為1的碼序列。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)7

45、1圖5-14 m序列的自相關(guān)函數(shù)圖Nm1Nm1Nm1111Nm1Nm1Nm11/NmRa()(t/Tc)0第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)72 m序列的互相關(guān)性。 m序列的互相關(guān)性是指數(shù)字周期（Nm=2n-1）相同的兩個(gè)不同的m序列an、 bn的一致程度。 它們的互相關(guān)值越接近于0,說(shuō)明這兩個(gè)m序列的差別越大,即互相關(guān)性越弱； 反之,說(shuō)明這兩個(gè)m序列的差別較小,即互相關(guān)性較強(qiáng)。 當(dāng)m序列用作CDMA系統(tǒng)的地址碼時(shí),必須選擇互相關(guān)值很小的m序列組,以避免用戶之間的相互干擾。 對(duì)于數(shù)字周期都為Nm=2n-1的兩個(gè)m序列an和bn+的（ an 、bn取值為1或0）,它們的互相關(guān)函數(shù)由

46、下式計(jì)算： mcNDADADAR)( (5-23) 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)73式中, A為該m序列an與另一m序列bn移位次的序列bn+逐位模2相加所得的序列an bn+在一個(gè)周期中“0”的個(gè)數(shù)；D為該m序列an與另一m序列bn移位次的序列bn+逐位模2相加所得的序列an bn+在一個(gè)周期中“1”的個(gè)數(shù)；Nm=A+D為該m序列an的數(shù)字周期。 如果偽隨機(jī)碼的碼元用“1”和“-1”表示,與“0”和“1”表示法的對(duì)應(yīng)關(guān)系是“1”“0”、 “-1”“1”。 當(dāng)m序列an和bn+的取值是1或-1時(shí),它們的互相關(guān)函數(shù)可由下式計(jì)算： nNnncbaNRm11)(5-24)第第5

47、5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)74 數(shù)字周期（Nm=2n-1）相同的m序列組中,其兩兩m序列對(duì)的互相關(guān)特性差別很大,有的m序列對(duì)的互相關(guān)特性好,有的m序列對(duì)的互相關(guān)特性則較差,不能實(shí)際使用。 但是一般來(lái)說(shuō),隨著周期的增加,其數(shù)字的互相關(guān)值的最大值會(huì)遞減。 通常在實(shí)際應(yīng)用中,只關(guān)心互相關(guān)特性好的m序列對(duì)的特性。 在數(shù)字周期為Nm =2n-1的m序列組中,當(dāng)某些m序列對(duì)的互相關(guān)函數(shù)值為下面三個(gè)數(shù)值u1, u2, u3時(shí),就認(rèn)為是最好的m序列對(duì),并稱這樣的m序列對(duì)為m序列優(yōu)選對(duì)。 這三個(gè)函數(shù)值被稱為理想三值,它們是： 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)75式中, mmmcNn

48、tuNntuNuR2)()(1)(3211212)(2/ )2(2/ )1(nnnt n為奇數(shù) n為偶數(shù) 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)76在CDMA數(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)PN序列,以不同的PN序列來(lái)區(qū)分基站地址； 也可只用一個(gè)PN序列,而用PN序列的初始相位來(lái)區(qū)分基站地址,即每個(gè)基站分配一個(gè)PN序列的初始相位。 Qualcomm-CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)就是采用給每個(gè)基站分配一個(gè)PN序列的初始相位的方法。它用周期為215=32 768碼片的PN序列,每64個(gè)碼片為一初始相位,共有512種初始相位,分配給512個(gè)基站。第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)

49、無(wú)線通信多址技術(shù)77 CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中,移動(dòng)用戶的識(shí)別需要采用周期足夠長(zhǎng)的PN序列,以滿足對(duì)用戶地址量的需求。在Qualcomm-CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用的PN序列周期為242-1碼片,這是利用了m序列良好的自相關(guān)特性。第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)783） Gold序列為了獲得良好的互相關(guān)特性（互相關(guān)函數(shù)值趨近于0）,必須篩選m序列優(yōu)選對(duì),但是在周期相同的m序列組中,能夠彼此構(gòu)成優(yōu)選對(duì)的數(shù)目很少,不能滿足工程實(shí)際應(yīng)用中的需要。 R.Gold于1967年提出了一種基于m序列優(yōu)選對(duì)的碼序列,稱為Gold序列。 它是m序列的組合碼,由構(gòu)成優(yōu)選對(duì)的兩個(gè)m序列

50、逐位模2加得到,當(dāng)改變其中一個(gè)m序列的相位(向后移位)時(shí),可得到一個(gè)新的Gold序列。 Gold序列雖然是由m序列模2加得到的,但已不是m序列,不過(guò)它具有與m序列優(yōu)選對(duì)類似的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性,而且構(gòu)造簡(jiǎn)單,產(chǎn)生的序列數(shù)多（其同長(zhǎng)度不同序列的數(shù)目比m序列多得多）,因而獲得廣泛的應(yīng)用。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)79(1) Cold序列的生成。 數(shù)字周期為Nm=2n-1的m序列優(yōu)選對(duì)an和bn, an與bn的移位次的bn+（=0, 1, , Nm-1）逐位模2相加所得的序列an bn+都是不同的Gold序列。 產(chǎn)生Gold序列的電路框圖如圖5-15所示。 圖中m序列發(fā)生

51、器1和2產(chǎn)生的m序列是一個(gè)m序列優(yōu)選對(duì),m序列發(fā)生器1的初始狀態(tài)固定不變,調(diào)整m序列發(fā)生器2的初始狀態(tài),在同一時(shí)鐘脈沖控制下產(chǎn)生兩個(gè)m序列, 經(jīng)過(guò)模2加后可得到Gold序列。 通過(guò)設(shè)置m序列發(fā)生器2的不同初始狀態(tài),可以得到不同的Gold序列。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)80圖5-15 Gold序列產(chǎn)生器電路原理框圖m序列發(fā)生器1初始狀態(tài)設(shè)置m序列發(fā)生器2Gold序列時(shí)鐘脈沖第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)81(2) Gold序列的特性。 Gold序列的相關(guān)特性。 Gold序列的自相關(guān)函數(shù)Ra ()在=0時(shí)與m序列相同,具有尖銳的自相關(guān)峰； 當(dāng)1Nm-1時(shí),

52、與m序列有所差別,自相關(guān)函數(shù)值不再是-1/Nm，而是取式(5-25)中的第二個(gè)值,即最大旁瓣值是-t(n)/ Nm 。數(shù)字周期為Nm =2n-1的m序列優(yōu)選對(duì)可以構(gòu)成Nm個(gè)Gold序列,這Nm個(gè)Gold序列加上2個(gè)m序列（一個(gè)m序列優(yōu)選對(duì)）共有Nm +2（=2n+1）個(gè)序列,它們之中任何兩個(gè)序列的周期性互相關(guān)函數(shù)都是三值函數(shù)u1, u2, u3。 同長(zhǎng)度、 不同m序列優(yōu)選對(duì)產(chǎn)生的Gold序列的周期性互相關(guān)函數(shù)不是三值函數(shù)。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)82 Gold序列的均衡特性。 與m序列不同,Gold序列并非全都具有均衡特性。 我們把具有在一個(gè)數(shù)字周期內(nèi)“1”的個(gè)數(shù)比“

53、0”的個(gè)數(shù)只多一個(gè)的這種均衡特性的Gold序列稱為均衡的Gold序列。 均衡的Gold序列在實(shí)際工程中作平衡調(diào)制時(shí)有較高的載波抑制度。 對(duì)于由周期Nm=2n-1的m序列優(yōu)選對(duì)生成的Gold序列,當(dāng)n是奇數(shù)時(shí), 2n+1個(gè)Gold序列中有2n-1+1個(gè)Gold序列是均衡的,約占50,其余的或者是“1”的碼元數(shù)太多,或者是“0”的碼元數(shù)太多,都是不均衡的Gold序列； 當(dāng)n是偶數(shù)(不是4的倍數(shù))時(shí),有2n-12n-2+1個(gè)Gold序列是平衡的,約占75,其余的都是不均衡的Gold序列。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)83 Gold序列的數(shù)量。 Gold序列的數(shù)量與m序列優(yōu)選對(duì)的周

54、期（也可以說(shuō)與m序列優(yōu)選對(duì)的長(zhǎng)度）有關(guān),周期越長(zhǎng)構(gòu)成的Gold序列的數(shù)量越多。 數(shù)字周期為Nm=2n-1的m序列優(yōu)選對(duì)可以構(gòu)成2n+1個(gè)Gold序列,隨著n的增加,Gold序列數(shù)以2的n次冪增長(zhǎng),因此Gold序列數(shù)比m序列數(shù)多得多,并且它們具有優(yōu)良的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性,完全可以滿足實(shí)際工程的需要。 表5-4給出了m序列數(shù)字周期與m序列數(shù)、 m序列優(yōu)選對(duì)數(shù)、 Gold序列數(shù)的關(guān)系。 由表5-4可知,隨著m序列周期的增長(zhǎng),m序列數(shù)、 m序列優(yōu)選對(duì)數(shù)和Gold序列數(shù)都增多,但Gold序列數(shù)比m序列數(shù)的增長(zhǎng)要快得多。 此外, n=4k(k=1, 2, 3)的m序列沒(méi)有優(yōu)選對(duì),所以也不存在對(duì)應(yīng)的Go

55、ld序列。 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)84表5-4 m序列數(shù)字周期與m序列數(shù)、 m序列優(yōu)選對(duì)數(shù)、Gold序列數(shù)的關(guān)系 第第5 5章章 無(wú)線通信多址技術(shù)無(wú)線通信多址技術(shù)855.4.3 CDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)CDMA系統(tǒng)有以下特點(diǎn)： (1) 頻率共享： CDMA系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多用戶在同一時(shí)間內(nèi)使用同一頻率進(jìn)行各自的通信而不會(huì)相互干擾。 (2) 通信容量大： 由于對(duì)一個(gè)CDMA系統(tǒng)用戶而言,其他用戶信號(hào)相當(dāng)于噪聲,這樣增加CDMA系統(tǒng)中的用戶數(shù)目會(huì)線性增加噪聲背景,使系統(tǒng)的性能下降,但不會(huì)中斷通信,所以CDMA系統(tǒng)具有軟容量特性,對(duì)用戶數(shù)目沒(méi)有絕對(duì)限制。 這就是說(shuō) CDMA是干擾限制性系統(tǒng),干擾的增加會(huì)降低系統(tǒng)的容量,而干擾