碼分多址CDMA基本原理課件

1、CDMA通信的基本原理CDMA通信的基本原理簡(jiǎn)化的CDMA系統(tǒng)話音數(shù)據(jù)9.6kbpsPN碼1.22Mbps載頻900MHz話音數(shù)據(jù)9.6kbps本地PN碼1.22Mbps本地載頻900MHzCDMA通信的基本原理CDMA系統(tǒng)的下行鏈路發(fā)往用戶 A b1(t)c1(t)coscty1(t)發(fā)往用戶 B b2(t)c2(t)y2(t)發(fā)往用戶 C b3(t)c3(t)y3(t)cos(ct+1)z1y(t)c1(t-t1)移動(dòng)臺(tái) A b1(t)cos(ct+2)z2y(t)c2(t-t2)移動(dòng)臺(tái) B b2(t)cos(ct+3)z3y(t)c3(t-t3)移動(dòng)臺(tái) C b3(t)輸入擴(kuò)頻合路射頻調(diào)制

2、射頻解調(diào)解擴(kuò)比特檢測(cè)輸出CDMA通信的基本原理假定b1(t)=“01100”, b2(t)=“00100”, b3(t)=“01001”信息碼元寬度為Tb偽碼為15位的m序列，碼片寬度為Tcc1(t),c2(t),c3(t)為同一個(gè)m序列（P=15），但起始位置不同則：CDMA通信的基本原理c1(t),c2(t),c3(t)為同一個(gè)m序列（P=15），但起始位置不同1-11-1c1(t)c2(t)1-1c3(t)CDMA通信的基本原理c1(t),c2(t),c3(t)為同一個(gè)m序列（P=15），但起始位置不同1-11-1b1(t)c1(t)1-1y1(t)01100CDMA通信的基本原理c1(

3、t),c2(t),c3(t)為同一個(gè)m序列（P=15），但起始位置不同1-11-1b2(t)c2(t)1-1y2(t)00100CDMA通信的基本原理1-11-1b3(t)c3(t)1-1y3(t)00101CDMA通信的基本原理1-11-1y1(t)y2(t)1-1y3(t)13-3-1y (t)CDMA通信的基本原理移動(dòng)臺(tái)接收信號(hào) 由于移動(dòng)臺(tái)A、B、C處于不同的地方，因此基站發(fā)送的合路信號(hào)到達(dá)不同移動(dòng)臺(tái)的傳輸損耗和傳輸時(shí)間都是不同的。對(duì)于某個(gè)移動(dòng)臺(tái)而言，其接收機(jī)輸入端是式中包含了所需的信號(hào)和其它用戶的信號(hào)。傳播時(shí)延及載波偏移通過同步電路（包括偽碼同步）消除影響CDMA通信的基本原理移動(dòng)臺(tái)A

4、的接收過程1-1c1(t)y(t)c1(t)y (t)13-3-113-3-16-4-6212每隔Tb積分判決數(shù)據(jù)0 1 1 0 0CDMA通信的基本原理CDMA系統(tǒng)的上行鏈路移動(dòng)臺(tái) A b1(t)c1(t)y1(t)移動(dòng)臺(tái) B b2(t)c2(t)y2(t)移動(dòng)臺(tái) C b3(t)c3(t)y3(t)cos(ct+1)c1(t-t1)b1(t)cos(ct+2)c2(t-t2)b2(t)cos(ct+3)c3(t-t3)b3(t)輸入擴(kuò)頻射頻調(diào)制射頻解調(diào)解擴(kuò)比特檢測(cè)輸出cos(ct+3)cos(ct+2)cos(ct+1)CDMA通信的基本原理CDMA系統(tǒng)的上行鏈路各移動(dòng)臺(tái)的偽碼序列必須滿足準(zhǔn)

5、正交的條件，可采用長(zhǎng)周期序列的m序列，其起始位置不同在基站接收天線上信號(hào)為：CDMA通信的基本原理CDMA系統(tǒng)的上行鏈路在基站采取相干解調(diào)方式，i可消去的影響在時(shí)間同步情況下，ti 的影響也可不考慮推廣到M個(gè)用戶，在接收某一移動(dòng)用戶支路時(shí)，在基站接收機(jī)第i個(gè)支路解調(diào)器的輸入端為：M-1干擾CDMA通信的基本原理CDMA系統(tǒng)的上行鏈路相干解調(diào)后，上式第一項(xiàng)產(chǎn)生再進(jìn)行解擴(kuò)，即可得有用的數(shù)據(jù)信息b1(t)由于（M-1）干擾與噪聲與ci(t)不相關(guān)，解擴(kuò)中，將它們的譜密度大大降低，輸出干擾和噪聲降到很小。Tb/Tc越大，干擾降低越多練習(xí)在CDMA系統(tǒng)上行鏈路中，請(qǐng)畫出相關(guān)各點(diǎn)的波形。(1)發(fā)送端y1(

6、t),y2(t),y3(t)(2)接收端針對(duì)其中一個(gè)用戶的波形，并包括干擾項(xiàng)的波形。(3) b1(t)=“01100”, b2(t)=“00100”, b3(t)=“01001”(4)c1(t)=000011101100101 c2(t)=110110010100001 c3(t)=001010000111011RAKE接收機(jī)Path1Path2PathNc1(t)c1(t-1)c1(t-N-1)TbHold untilTb+NHold untilTb+NHold untilTb+NTbTb+1Tb+N-1decideMultipath has been treated as causing

7、delayed versions of the signal to add to the system noise when the differential delay exceeds the chip time.Substantial performance improvement can occur by detecting each additional path separately,thereby enabling the signals to be combinedz(t)例：兩路RAKE接收機(jī)Downlink Multiuser with Two Equal Strength

8、Pathst=0y(t)y(t-2tc)z(t)例：兩路RAKE接收機(jī)Downlink Multiuser with Two Equal Strength Pathst=0z(t)c1(t)Tb2Tb3Tb4Tb5Tbt01100z(t)c1(t)01例：兩路RAKE接收機(jī)Downlink Multiuser with Two Equal Strength Pathst=0z(t)c1(t-2Tc)Tb2Tb3Tb4Tb5Tbt01100z(t)c1(t-2Tc)2Tc例：兩路RAKE接收機(jī)Bit 1Bit 2Bit 3Bit 4Bit 5Path1 integrator output+4+4

9、-8+8+12Path2 integrator output+8-8-12-4+12Sum of integrator outputs12-4-20+4+24Detected bit values01100發(fā)送的比特 0 1 1 0 0蜂窩系統(tǒng)的通信容量在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，系統(tǒng)的容量有多種衡量方法，如： 每小區(qū)可用信道數(shù)（ch/cell）每小區(qū)每兆赫茲可用信道數(shù)（ch/cell/MHz）每小區(qū)愛爾蘭（Erl/cell）每平方公里用戶數(shù)（用戶數(shù)/km2）每平方公里每小時(shí)通話次數(shù)（通話次數(shù)/h/km2）這些表征方法從不同的角度對(duì)系統(tǒng)的容量進(jìn)行衡量，它們之間是有聯(lián)系的，在一定的條件下可以互相轉(zhuǎn)換。

10、一般用每小區(qū)可用信道數(shù)（ch/cell）或每小區(qū)每兆赫茲可用信道數(shù)（ch/cell/MHz）對(duì)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的容量進(jìn)行度量。蜂窩系統(tǒng)的通信容量通信容量的設(shè)計(jì)依據(jù)是：為保證規(guī)定的話音質(zhì)量，系統(tǒng)接收端的信號(hào)功率與干擾功率的比值（C/I）必須大于一定門限值。在模擬蜂窩系統(tǒng)中：（C/I）S = 18dB數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中： （C/I）S = 1012dBFDMA和TDMA,由于區(qū)群之間實(shí)現(xiàn)頻率再用，可將共道小區(qū)之間存在的同頻干擾作為主要的干擾。CDMA系統(tǒng)中的主要干擾源是系統(tǒng)中存在的多址干擾。rD1D21 FDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量（265頁）D共道小區(qū)以某一小區(qū)為中心可分成許多層：第一層6個(gè)半徑為D第

11、二層6個(gè)半徑為D1第三層6個(gè)半徑為D2來自第一層共道小區(qū)的干擾最強(qiáng),可只考慮這6個(gè)共道小區(qū)所產(chǎn)生的干擾。小區(qū)半徑為r，兩個(gè)相鄰共道小區(qū)的距離D=共道干擾抑制因子1 FDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量假如傳播損耗與傳播距離的4次方成比例，接收到的信號(hào)功率與第i個(gè)共道小區(qū)的干擾功率可分別為：C=Ar-4 Ii=ADi-4A為比例常數(shù) 忽略背景噪聲功率n0, 1 FDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量接收信號(hào)的載波與干擾功率之比為:C=Ar-4 Ii=ADi-41 FDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量令Di=D因所以當(dāng)蜂窩系統(tǒng)的總頻道數(shù)M=W/B（W為頻段寬度，B為頻道間隔）和區(qū)群小區(qū)數(shù)N確定后，每一小區(qū)的可用頻道數(shù):從上式可知

12、：蜂窩系統(tǒng)可以分配給每個(gè)小區(qū)的信道數(shù)除了取決于總信道之外，還取決于要求的載干比?；救舨捎枚ㄏ蛱炀€把小區(qū)分成多扇區(qū)進(jìn)行工作，可以減小系統(tǒng)中的共道干擾。提高系統(tǒng)的通信容量。1 FDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量（265頁）2 TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量（267頁）TDMA系統(tǒng)的頻道寬度為B，而每一頻道包含m個(gè)時(shí)隙，信道總數(shù)為M=mW/BGSM系統(tǒng)容量2 TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量盡管TDMA系統(tǒng)在每一頻道上可以分成m個(gè)時(shí)隙作為m個(gè)信道使用，但是不能由此而說其等效信道總數(shù)比FDMA系統(tǒng)的信道總數(shù)增大m倍。因?yàn)樵捯艟幋a速率確定后，傳輸一路話音所需要的頻帶也是確定的。TDMA系統(tǒng)在一個(gè)頻道上用m個(gè)時(shí)隙傳輸m路

13、話音，它所占用的頻道寬度必然比FDMA系統(tǒng)傳輸一路話音所需要的頻道寬度大m倍。從原理上說，在系統(tǒng)總頻段相同的條件下，兩系統(tǒng)的信道總數(shù)是一樣的2 TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量如果二者要求的載干比相同,則二者的通信容量是一樣的.例如:通信系統(tǒng)的總頻段為96KHz, 各路數(shù)字話音速率為16kb/s,傳輸一路話音需要的帶寬為16KHz.采用FDMA,可劃分的總信道數(shù)為:96/16=6.采用TDMA,每頻道3個(gè)時(shí)隙,所需頻道帶寬為3*16=48KHz, 只能96/48=2個(gè)頻段,等效信道總數(shù)為2*3=6個(gè). 要提高數(shù)字蜂窩系統(tǒng)的通信容量，必須采用先進(jìn)的技術(shù)：采用先進(jìn)的話音編碼技術(shù)，降低話音編碼的數(shù)據(jù)率有效

14、的進(jìn)行差錯(cuò)保護(hù)，在話音質(zhì)量要求相同的情況下，所需的載干比值可以降低TDMA蜂窩網(wǎng)絡(luò)由于采用了移動(dòng)臺(tái)輔助切換技術(shù)，能明顯加快移動(dòng)臺(tái)的過區(qū)切換速度，其小區(qū)半徑可以減小，則單位面積的通信容量越大。2 TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量3 CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的通信容量（284頁）一般擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的通信容量：Eb是信息的一比特能量，Rb是信息的比特率，I0是干擾的功率譜密度（每赫干擾功率），W是總頻段寬度n個(gè)用戶共用一個(gè)無線頻道：（不加功率控制時(shí)）或根據(jù)CDMA蜂窩系統(tǒng)的特征逐步修正其容量公式1話音激活期的影響令話音的占空比為d2扇區(qū)的作用令扇區(qū)數(shù)為G3鄰近小區(qū)的干擾令信道再用效率為F 3 CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的通信容量正向傳輸移動(dòng)臺(tái)位于三個(gè)小區(qū)的交界處若基站增加功率控制其發(fā)射的總功率可降低1/23 CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的通信容量011222333333Pm為移動(dòng)臺(tái)處于小區(qū)邊緣所需的發(fā)送信號(hào)功率信道再用效率F=0.6信道再用效率F=0.3反向傳輸如果功率控制完善，只考