通信原理 第五版 第10章 碼分多址

第十章碼分多址(CDMA)實(shí)現(xiàn)多路與多址傳輸?shù)睦碚摶A(chǔ)是信號(hào)的分割技術(shù)，使信號(hào)的某種參量(如射頻頻率，信號(hào)的出現(xiàn)時(shí)間或空間，信號(hào)的碼型）相互正交或準(zhǔn)正交，F(xiàn)DMA、TDMA、SDMA、CDMA。多路傳輸是指利用一個(gè)信道同時(shí)進(jìn)行多個(gè)信息傳輸?shù)囊环N技術(shù)，也稱多路復(fù)用，多路一般屬于點(diǎn)對點(diǎn)傳輸方式;多址傳輸是指一個(gè)通信網(wǎng)中，不同地址的各個(gè)用戶之間通過一個(gè)公用的信道進(jìn)行的通信,也稱多址連接。

1.特點(diǎn)：網(wǎng)內(nèi)所有用戶使用同一載波，占用相同的帶寬，各用戶可以同時(shí)發(fā)送或接收信號(hào)；即在時(shí)間上、頻率上都可能相互重疊，因此采用傳統(tǒng)的濾波器或選通門是不能分離信號(hào)的，對于某個(gè)用戶發(fā)送的信號(hào)，只有與其匹配的接收機(jī)通過相關(guān)檢測才可能正確接收。碼分多址(CDMA)一、基本原理:

是發(fā)射端用各自不相同的，互相正交(或準(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，通過地址識(shí)別(相關(guān)檢測)，從混合信號(hào)中選出相應(yīng)的信號(hào)。2.實(shí)現(xiàn)碼分多址，必須具備下列條件：(3)擴(kuò)頻多址：由于網(wǎng)內(nèi)所有用戶使用同一載波，同時(shí)接收或發(fā)送信號(hào)，這樣在接收機(jī)的輸入信號(hào)干擾比將遠(yuǎn)小于1，這是傳統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)方式所無能為力的。為把各用戶間的相互干擾降到最低限度，并且使各用戶占用相同的帶寬，碼分多址必須與擴(kuò)展頻譜(擴(kuò)頻)技術(shù)相結(jié)合，使在信道傳輸?shù)男盘?hào)所占頻帶極大的展寬(一般占百倍以上)，接收端將與本地地址碼完全一致的寬帶信號(hào)還原為窄帶信號(hào)而選出，其它與本地地址碼無關(guān)的信號(hào)則仍保持或擴(kuò)展為寬帶信號(hào)而被濾出。(2)地址碼的捕獲與相關(guān)檢測的實(shí)現(xiàn)：在接收端，所產(chǎn)生的本地地址碼，不但在碼型結(jié)構(gòu)上與發(fā)送端發(fā)來的地址碼一致，而且在相位上要完全同步，用本地碼對收到的全部信號(hào)進(jìn)行相關(guān)檢測，從中選出所需信號(hào)，這是碼分多址的主要環(huán)節(jié)。(1)地址碼的優(yōu)選：要有足夠多地地址碼，且相關(guān)性足夠好(即強(qiáng)的自相關(guān)性和弱的互相關(guān)性)，這是碼分的基礎(chǔ)。1、抗干擾能力強(qiáng)，保密性強(qiáng)；2、不象FDMA那樣對載波頻率需要嚴(yán)格控制；3、不象TDMA那樣需要全網(wǎng)的精確的定時(shí)和同步，而由各條線路自行解決；4、各用戶可隨機(jī)接入，而不象FDMA和TDMA各用戶都以固定暫用某個(gè)頻段或時(shí)隙；5、容量比FDAM大20倍,比TDMA大4～5倍。CDMA的優(yōu)點(diǎn)：(1)

有足夠多地地址碼；(2)具有尖銳的自相關(guān)特性；(3)

有處處為零的互相關(guān)特性(或盡可能小的互相關(guān)特性）；(4)不同碼元數(shù)平衡相等（序列平衡）；(5)

盡可能大的復(fù)雜度；(6)

工程上容易實(shí)現(xiàn)。

3.對地址碼的要求：二、碼的正交性及沃爾什碼1.碼組的互相關(guān)函數(shù)：

設(shè)長為n的編碼中碼元只取值+1和－1，定義x和y兩個(gè)碼組的互相關(guān)函數(shù)為：信號(hào)正交的概念：2.

碼組的自相關(guān)函數(shù)一個(gè)長為n的碼組x定義其自相關(guān)函數(shù)(系數(shù))為：它表明碼組x與其移位j次以后的碼組間的關(guān)聯(lián)程度

顯然上面4個(gè)碼組中的任意兩組之間是兩兩正交。3.沃爾什碼：沃爾什碼的生成可以通過哈達(dá)瑪(H

a

d

m

a

r

d)矩陣來生成例：三、偽隨機(jī)序列碼偽隨機(jī)噪聲具有類似隨機(jī)噪聲的一些統(tǒng)計(jì)特性，但又便于重復(fù)產(chǎn)生和處理，它具有隨機(jī)噪聲的優(yōu)點(diǎn)，又避免了它的缺點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用的偽隨機(jī)噪聲都是由數(shù)字電路產(chǎn)生的周期序列，稱為偽隨機(jī)序列，m序列就是偽隨機(jī)序列中的一種。1.

m序列偽隨機(jī)碼m序列是最長線性移存器序列，即它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，一般來說，一個(gè)n級的反饋移存器可能產(chǎn)生的最長周期為：s3s2s1s0初始狀態(tài)：10001100111011110111101101011010110101100011100101000010000110002－1＝154

周期例S3S2S1S0可以產(chǎn)生周期為15的m序列s3s2s1s0不能產(chǎn)生周期為15的m序列00001000100101001000011000初始狀態(tài)：初始狀態(tài)：1000010000101001110001101011010110101101111011110111001100011000

s3s2s1s0結(jié)論：能產(chǎn)生周期最長的線性移位寄存器的結(jié)構(gòu)由其本原多項(xiàng)式?jīng)Q定，該本原多項(xiàng)式應(yīng)該滿足：

(3)

f

(x)整除不盡

(1)

f

(x)

是既約多項(xiàng)式，即不能再進(jìn)行因式分解

的多項(xiàng)式(2)

f

(x)可整除盡sn-1sn-2s0s1線性反饋移位寄存器結(jié)構(gòu)特征多項(xiàng)式：結(jié)論：滿足以上條件的特征多項(xiàng)式稱為本原多項(xiàng)式，由本原多項(xiàng)式就可以產(chǎn)生m序列。s3s2s1s0

(3)

f(x)整除不盡

能產(chǎn)生周期最長的線性移位寄存器的結(jié)構(gòu)由其本原多項(xiàng)式?jīng)Q定，該本原多項(xiàng)式應(yīng)該滿足：(1)

f

(x)

是既約多項(xiàng)式，即不能再進(jìn)行因式分解；

(2)

f

(x)

可整除盡部分本原多項(xiàng)式m序列的個(gè)數(shù)M序列的個(gè)數(shù)8進(jìn)制數(shù)表示n2.

m序列的特性(2)m序列共有2n-1個(gè)游程，長度為1的游程占總游程的1/2，長度為2（“11”或“00”）的游程占1/4，長度為3的游程占1/8，長度為k(1≤k≤n=2)的游程占2-k，只有一個(gè)含(n-1)個(gè)“0”的游程，和一個(gè)包含n個(gè)“1”的游程。長度為15的m序列：000111101011001(3)

自相關(guān)性：

(1)m序列一周期內(nèi)的碼元數(shù)大致相等（“1”比“0”只多一個(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)頻時(shí)有較高的載波抑制度。3.偽隨機(jī)序列的應(yīng)用1)

誤碼率測量偽隨機(jī)序列發(fā)送信道接收比較記錄同步信號(hào)偽隨機(jī)序列CCITT建議的m序列周期是511，以及周期為32767，

2)數(shù)據(jù)的加擾解擾

加擾器

調(diào)制器

信道

解調(diào)器

解亂器數(shù)字信號(hào)

輸入輸出加擾的目的:A.消除信源的統(tǒng)計(jì)特性,使“0”、“1”等概；B.“0”、“1”碼元的交替易于提取定時(shí)信息；C.消除數(shù)字信號(hào)的周期性。3)通信加密4)噪聲產(chǎn)生器5)時(shí)延測量（無線電信號(hào)測距）原理發(fā)送端用一比特速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于信息速率的數(shù)字編碼序列去調(diào)制載波，這中調(diào)制可采用調(diào)頻，調(diào)相和調(diào)幅，最常用的是二相相移鍵控。

在接收端，先用與發(fā)端同步的相同編碼序列去解擴(kuò)，經(jīng)解擴(kuò)后，傳輸信號(hào)就變換為發(fā)端所進(jìn)行的常規(guī)調(diào)制方式，得到窄帶的僅受信碼調(diào)制的中頻信號(hào)，而干擾信號(hào)，經(jīng)混頻后仍為寬帶信號(hào)，經(jīng)帶通濾波后輸出的干擾相對于信號(hào)電平是很小的。四、直接序列擴(kuò)頻：擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)原理圖信碼擴(kuò)頻碼模2乘等效為模2加處理增益：R

c：擴(kuò)頻碼速率R

b：信碼速率X

X擴(kuò)頻碼產(chǎn)生器載波信碼a

(t)c

(t)d

(t)s

(t)

混頻BPF本地?cái)U(kuò)頻碼產(chǎn)生器本振基帶信號(hào)恢復(fù)

解擴(kuò)同步解調(diào)r

(t)c

(t)‘a(chǎn)

(t)‘r

(t)‘性能：信碼頻譜擴(kuò)頻頻譜接收機(jī)輸入信號(hào)頻譜解擴(kuò)后頻譜干擾信號(hào)干擾信號(hào)白噪聲白噪聲擴(kuò)頻系統(tǒng)頻譜示意圖信碼頻譜1.有選擇地址的能力，給一個(gè)或一組接收機(jī)分配一規(guī)定的碼組作為地址，而對其他的接收機(jī)分配不同的碼組，這樣用不同的編碼序列去調(diào)制發(fā)射機(jī)，就能實(shí)現(xiàn)碼分多址和碼分復(fù)用。2.信號(hào)功率譜很低，有利于信號(hào)的隱蔽，信號(hào)淹沒在噪聲中，很難發(fā)覺。即低功率系統(tǒng)。3.

保密性好，有利于消息被竊聽，由于用的是編碼信號(hào)，竊聽者不能方便地聽懂發(fā)送的消息。4.

抗干擾能力強(qiáng)人為干擾解擴(kuò)是對有用信號(hào)進(jìn)行頻帶壓縮，反而將干擾信號(hào)擴(kuò)展到整個(gè)擴(kuò)頻頻譜上，處理的增益為30dB，接收機(jī)可以工作在-15dB~-2dB的信噪比以下。5.

抗衰落能力強(qiáng)，這種信號(hào)的頻譜占據(jù)很寬的帶寬，小部分頻譜衰落不會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變，故具有抗頻率選擇性衰落的能力，且在任一窄的頻率范圍中發(fā)送的功率都很低。擴(kuò)頻的優(yōu)點(diǎn)：作業(yè)：10-4A/D分段語音編碼信道編碼交織加密突發(fā)脈沖串形成調(diào)制器發(fā)射機(jī)8k/s13bit160采樣13bit/

采樣260bit20ms13kb/s456bit20ms22.8kbit/s33.8kbit/s270kbit/s附一、GSM移動(dòng)臺(tái)原理框圖D/A語音解碼Vi

t

e

r

bi解碼去交織解密信道估計(jì)及均衡接收機(jī)解調(diào)器附二、正交頻分復(fù)用(OFDM)相對于傳統(tǒng)的多載波調(diào)制系統(tǒng)，這種允許頻譜重疊的方案極大的提高了頻譜利用率。

OFDM

多載波（FDM）OFDM系統(tǒng)原理框圖加窗及D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入xbits信號(hào)映射

N點(diǎn)

IFFT并串轉(zhuǎn)換插入保護(hù)間隔串并轉(zhuǎn)換基帶調(diào)制基帶解調(diào)上變頻信道下變頻xbitsA/D轉(zhuǎn)換去除保護(hù)間隔串并轉(zhuǎn)換信號(hào)反映射N點(diǎn)FFT數(shù)據(jù)輸出并串轉(zhuǎn)換特點(diǎn)：1.

OFDM技術(shù)就是將串行的數(shù)據(jù)流分成若干個(gè)并行數(shù)據(jù)流，分別調(diào)制在正交的子載波上進(jìn)行傳輸。由于它的符號(hào)間隔相對變長，從而避免了噪聲的增加，對多徑效應(yīng)、脈沖噪聲和快速衰落有較強(qiáng)的抵抗能力；2.另外由于子載波之間的正交性，其頻譜允許重疊，使得它的頻譜利用率比單載波系統(tǒng)提高很多。3.多路載波的調(diào)制解調(diào)可以利用DFT/IDFT來完成，目的是簡化系統(tǒng)的處理過程，使系統(tǒng)無需用一組振蕩器來產(chǎn)生多個(gè)子載波。4.OFDM符號(hào)間引入了保護(hù)間隔，以減小ISI和ICI帶來的影響。并采用循環(huán)前綴，用于解決子載波正交性的問題。與通常在符號(hào)間插入空的保護(hù)時(shí)間來防止ISI的做法不同，他是將OFDM符號(hào)進(jìn)行了循環(huán)擴(kuò)展。這種方法有效地將信道與傳送符號(hào)之間的線性卷積近似成循環(huán)卷積。應(yīng)用：DAB、DVB、無線局域網(wǎng)，數(shù)字微波等。通信原理課程總結(jié)一、緒論1.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成及各部分的作用。信源信源編碼復(fù)用器信道編碼調(diào)制器信道中繼器信道解調(diào)器信道譯碼分路器信源譯碼信宿串并轉(zhuǎn)換基帶系統(tǒng)B1×B2R

bR

B調(diào)制系統(tǒng)模型f02.信息量，平均信息量，香農(nóng)公式。3.傳信率與傳碼率的關(guān)系。4.信道的劃分，隨參信道的特點(diǎn)，及多徑效應(yīng)對信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽６?、模擬調(diào)制

1.AM、DSB、SSB的原理；

2.AM、DSB、SSB的解調(diào)方法；

3.AM、DSB