碼分多址CDMA基本原理ppt課件

1、CDMA通信的基本原理CDMA通信的基本原理n簡化的簡化的CDMA系統(tǒng)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nCDMA系統(tǒng)的下行鏈路系統(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)0bT移動臺 A b1(t)cos(ct+2)z2y(t)c2(t-t2)0bT移動臺 B b2(t)cos(ct+3)z3y(t)c3(t-t3)0

2、bT移動臺 C b3(t)輸入擴頻合路射頻調(diào)制射頻解調(diào)解擴比特檢測輸出CDMA通信的基本原理n假定b1(t)=“01100”, b2(t)=“00100”, b3(t)=“01001”n信息碼元寬度為Tbn偽碼為15位的m序列，碼片寬度為Tcnc1(t),c2(t),c3(t)為同一個m序列P=15），但起始位置不同n那么：1112223333311( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )jjjjjy tb tc ty tb tc ty tb tc ty ty tb t c tCDMA通信的基本原理nc1(t),c2(t),c3(t)為同一個m序列P=15

3、），但起始位置不同1-11-1c1(t)c2(t)1-1c3(t)CDMA通信的基本原理nc1(t),c2(t),c3(t)為同一個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nc1(t),c2(t),c3(t)為同一個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n移動臺接收信號n 由于移動

4、臺A、B、C處于不同的地方，因此基站發(fā)送的合路信號到達不同移動臺的傳輸損耗和傳輸時間都是不同的。n對于某個移動臺而言，其接收機輸入端是31( )()() cos()iijijicijz tAc tt b ttt式中包含了所需的信號和其它用戶的信號。傳播時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n移動臺A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nCDMA系統(tǒng)的上行鏈路系統(tǒng)的上行鏈路移動臺 A b1(t)c1(t)y1(t)移動臺 B b2(t)c2(t)y2

5、(t)移動臺 C b3(t)c3(t)y3(t)cos(ct+1)c1(t-t1)0bTb1(t)cos(ct+2)c2(t-t2)0bTb2(t)cos(ct+3)c3(t-t3)0bTb3(t)輸入擴頻射頻調(diào)制射頻解調(diào)解擴比特檢測輸出cos(ct+3)cos(ct+2)cos(ct+1)CDMA通信的基本原理nCDMA系統(tǒng)的上行鏈路n各移動臺的偽碼序列必須滿足準(zhǔn)正交的條件，可采用長周期序列的m序列，其起始位置不同n在基站接收天線上信號為：31( )()()cos()( )()( )ijijiciiiiiiiiz tAc tt b tttn tAttn t為各個移動臺至基站的傳輸損耗系數(shù)為各

6、個移動臺至基站的傳輸時間為各個載波相位由變?yōu)橛?引起為背景噪聲CDMA通信的基本原理nCDMA系統(tǒng)的上行鏈路n在基站采取相干解調(diào)方式，i可消去的影響n在時間同步情況下，ti 的影響也可不考慮n推廣到M個用戶，在接收某一移動用戶支路時，在基站接收機第i個支路解調(diào)器的輸入端為：1( )() ()cos()()()cos()( )iiiiiiciMjjjjjcjjj iz tAc tt b tttA c tt b tttn tM-1干擾CDMA通信的基本原理nCDMA系統(tǒng)的上行鏈路n相干解調(diào)后，上式第一項產(chǎn)生n再進行解擴，即可得有用的數(shù)據(jù)信息b1(t)n由于M-1干擾與噪聲與ci(t)不相關(guān)，解擴中

7、，將它們的譜密度大大降低，輸出干擾和噪聲降到很小。nTb/Tc越大，干擾降低越多1() ()2iiiiiAc tt b tt練習(xí)n在CDMA系統(tǒng)上行鏈路中，請畫出相關(guān)各點的波形。n(1)發(fā)送端y1(t),y2(t),y3(t)n(2)接收端針對其中一個用戶的波形，并包括干擾項的波形。n(3) b1(t)=“01100”, b2(t)=“00100”, b3(t)=“01001”n(4)c1(t)=000011101100101n c2(t)=110110010100001n c3(t)=001010000111011RAKE接收機Path1Path2PathNtccosc1(t)c1(t-1)

8、c1(t-N-1)TbHold untilTb+NHold untilTb+NHold untilTb+NTbTb+1Tb+N-1decideMultipath has been treated as causing 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 sep

9、arately,thereby enabling the signals to be combinedz(t)例：兩路RAKE接收機Downlink Multiuser with Two Equal Strength Pathst=0y(t)y(t-2tc)z(t)例：兩路RAKE接收機Downlink Multiuser with Two Equal Strength Pathst=0z(t)c1(t)Tb2Tb3Tb4Tb5Tbt01100z(t)c1(t)01例：兩路RAKE接收機Downlink Multiuser with Two Equal Strength Pathst=0z(t

10、)c1(t-2Tc)Tb2Tb3Tb4Tb5Tbt01100z(t)c1(t-2Tc)2Tc例：兩路RAKE接收機Bit 1Bit 2Bit 3 Bit 4 Bit 5Path1 integrator output+4+4-8+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

11、/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系統(tǒng)的容量進行衡量，它們之間是有聯(lián)系的，在一定的條件下可以互相轉(zhuǎn)換。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對蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量進行度量。蜂窩系統(tǒng)的通信容量n通信容量的設(shè)計依據(jù)是：n為保證規(guī)定的話音質(zhì)量，系統(tǒng)接收端的信號功率與干擾功率的比值C/I必須大于一定門限值。n在模擬蜂窩系統(tǒng)中：（C/IS = 18dBn數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中： （C/IS = 1012dBnFDMA和TDMA,由于區(qū)群之間實現(xiàn)頻率再用，可

12、將共道小區(qū)之間存在的同頻干擾作為主要的干擾。nCDMA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個半徑為D第二層6個半徑為D1第三層6個半徑為D2來自第一層共道小區(qū)的干擾最強,可只考慮這6個共道小區(qū)所產(chǎn)生的干擾。小區(qū)半徑為r，兩個相鄰共道小區(qū)的距離D=共道干擾抑制因子rNr213NrD31 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，接收到的信號功率與第i個共道小區(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, 061nICICii614

13、4iiDrIC1 FDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量接收信號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=D6144iiDrICSICDrIC461SICN 632NrD3因所以當(dāng)蜂窩系統(tǒng)的總頻道數(shù)M=W/BW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):2233SSWWMnNBBC IC I從上式可知：蜂窩系統(tǒng)可以分配給每個小區(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

14、容量267頁）nTDMA系統(tǒng)的頻道寬度為B，而每一頻道包含m個時隙，信道總數(shù)為M=mW/BnGSM系統(tǒng)容量6325 1081000200 1010004250483MN信道總數(shù)時，每小區(qū)信道數(shù)（ch/cell）250每扇區(qū)信道數(shù)=32 TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量n盡管TDMA系統(tǒng)在每一頻道上可以分成m個時隙作為m個信道使用，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。n因為話音編碼速率確定后，傳輸一路話音所需要的頻帶也是確定的。TDMA系統(tǒng)在一個頻道上用m個時隙傳輸m路話音，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。n從原理上說，在系統(tǒng)總頻段相

15、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n如果二者要求的載干比相同,則二者的通信容量是一樣的.n例如:n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.n采用FDMA,可劃分的總信道數(shù)為:96/16=6.n采用TDMA,每頻道3個時隙,所需頻道帶寬為3*16=48KHz, 只能96/48=2個頻段,等效信道總數(shù)為2*3=6個. 要提高數(shù)字蜂窩系統(tǒng)的通信容量，必須采用先進的技術(shù)：采用先進的話音編碼技術(shù)，降低話音編碼的數(shù)據(jù)率有效的進行差錯保護，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

16、動臺輔助切換技術(shù)，能明顯加快移動臺的過區(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）一般擴頻通信系統(tǒng)的通信容量：bbbbRWIEWIERIC/00Eb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個用戶共用一個無線頻道：（不加功率控制時）11nIC或01IERWnbb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ddIERWnbb102扇區(qū)的作用令扇區(qū)數(shù)為GdGIERWnbb03鄰近小區(qū)的干擾令信道再用效率為F dGFIERWnbb03 CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的通信容量正向傳輸移動臺位于三個小區(qū)的交界處nnnrAnrAnAnrrnAArIC3 . 03 . 3113 . 3163. 26232144444若基站增加功率控制其發(fā)射的總功率可降低1/2nnnnnnIC6.0656.1163.22622322211443 CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的通信容量0112223333332mnPPPm為移動臺處于小區(qū)邊緣所需的發(fā)送信號功率信道再用效率F=0.6信道再用效率F=0.3反向傳輸如果功率控制完善，只考慮本小區(qū)中移動臺的干擾時， C/