基于WCDMA系統(tǒng)信道模型的仿真論文

1、武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)說明書基于WCDMA系統(tǒng)信道模型的仿真The system based on the WCDMA channel model simulation study學(xué) 生 姓 名: 指 導(dǎo) 教 師: 武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)說明書摘 要 CDMA技術(shù)是當(dāng)前無線電通信，尤其是移動通信的主要技術(shù)，不論是在中國已經(jīng)建立的IS-95規(guī)范的中國聯(lián)通CDMA網(wǎng)、各大移動通信運(yùn)營商正準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)及建立第三代（3G）系統(tǒng)還是大設(shè)備研發(fā)商已經(jīng)在開發(fā)的三代以后（也稱為4G）更寬帶寬的移動通信系統(tǒng)，CDMA都是主要的選擇。CDMA概念可以簡單地解釋為基于擴(kuò)頻通信的調(diào)制和多址接入方案。本文闡述了

2、擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)的理論基礎(chǔ)和CDMA通信系統(tǒng)的組成，建立了直序擴(kuò)頻碼分多址通信系統(tǒng)模型，并利用MATLAB 提供的可視化工具Simulink進(jìn)行仿真分析。關(guān)鍵詞：碼分多址 ；直序擴(kuò)頻 ；偽隨機(jī)序列；視化工具；Abstract The CDMA technology is the current radio traffic, particularly mobile communication major technique, no matter already established in China IS-95 the standard China Unicom CDMA network, e

3、ach big mobile communication operator will be preparing to test and establishes the third generation (3G) system big equipment research and development business already (also to be called 4G) in development three generation of later the wider band width mobile communication system, CDMA was the main

4、 choice. The CDMA concept may explain simply for based on the wide frequency correspondence modulation and the multiple accesses turning on plan. This article elaborated the spread spectrum communication technology's rationale and the CDMA communications system's composition, has established

5、 the straight foreword wide frequency code division multiple access communications system model, and visualization tool Simulink which provides using MATLAB carries on the simulation analysis. Keywords:CDMA ; Direct Sequence Spread Spectrum ; Pseudo noise sequence; Visualization ToolI目 錄摘要IAbstractI

6、I第一章 概述11.1 論文選題背景11.2 3G系統(tǒng)功能概述11.3 多址通信方式2第二章 WCDMA原理與仿真52.1 WCDMA技術(shù)基礎(chǔ)原理52.2 WCDMA系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)6第三章 擴(kuò)展頻譜通信的基本概念133.1 擴(kuò)展頻譜通信的定義133.2 擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)143.3 運(yùn)用擴(kuò)頻碼進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)153.4 擴(kuò)頻通信的主要性能指標(biāo)16第四章 直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的組成與原理194.1 組成與原理194.2 直序擴(kuò)頻碼分多址通信系統(tǒng)204.3 直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的特點(diǎn)21第五章CMDA通信系統(tǒng)設(shè)計仿真235.1 Simulik 簡介235.2 WCDMA通信系統(tǒng)設(shè)計仿真245.2.1參數(shù)設(shè)置265.

7、2.2仿真結(jié)果355.3 總結(jié)39參考文獻(xiàn)41致謝43第一章 概述 1.1 論文選題背景隨著通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，第三代移動通信系統(tǒng)(3G)的研發(fā)己經(jīng)成為了當(dāng)今世界通信領(lǐng)域最熾熱的課題之一。第三代移動通信所采用的是數(shù)字語音和數(shù)據(jù)(Digital Voice and Data)技術(shù)，與前兩代的主要區(qū)別是在傳輸聲音和數(shù)據(jù)的速度上的提升，它能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)。它能夠?qū)崿F(xiàn)全球普及和全球無縫漫游的高質(zhì)量語音傳輸系統(tǒng)，全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，真正實(shí)現(xiàn)“任何人在任何地點(diǎn)、任何時間與任何人”都能順利的通信。 1.2 3G系統(tǒng)功能概述第三代移動通信系

8、統(tǒng)即IMT-2000，按其設(shè)計思想，是有能力解決第一、第二代移動通信系統(tǒng)的主要弊端的先進(jìn)的移動通信系統(tǒng)，它的一個突出的特點(diǎn)就是使個人終端用戶能在全球范圍內(nèi)任何時間、任何地點(diǎn)、與任何人、用任意的方式高質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)任何信息的移動通信傳輸?？梢?，第三代移動通信十分重視個人在通信系統(tǒng)中的自主因素，突出了個人在通信系統(tǒng)中的主導(dǎo)地位，所以又稱未來個人通信系統(tǒng)。在3G系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)中，核心的問題是要高效地提供不同環(huán)境下的多媒體業(yè)務(wù)并實(shí)現(xiàn)包含水、陸、空的全球覆蓋。因此，它要求實(shí)現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)的綜合:有線網(wǎng)與無線網(wǎng)的綜合；移動網(wǎng)與無線網(wǎng)的綜合；陸地網(wǎng)與衛(wèi)星網(wǎng)的綜合等，并且它要能適應(yīng)多種業(yè)務(wù)環(huán)境，且與第二代移動通信

9、系統(tǒng)兼容，以便于平滑過渡。對于通信終端而言，它是對多種通信網(wǎng)的綜合，因而需要實(shí)現(xiàn)多頻多模式終端。為了滿足未來的業(yè)務(wù)需求，相對于現(xiàn)有的移動通信系統(tǒng)，3G系統(tǒng)應(yīng)具有以下的功能: 1）提供更大的通信容量和覆蓋范圍第三代移動通信系統(tǒng)提出的寬帶CDMA可以使用更寬的信道或在小區(qū)中使用更多的載頻，從而可以提供更大的小區(qū)容量。由于帶寬更大，還可改善頻率分集效果，從而降低衰減，為用戶提供更好的統(tǒng)計平均效果。頻帶更寬還可以改善功率控制精度，進(jìn)一步降低衰減的影響。此外，第三代移動通信系統(tǒng)使用多項(xiàng)新技術(shù)(如智能天線、聯(lián)合檢測等)可以提高解調(diào)增益，增大系統(tǒng)覆蓋范圍，在保證用戶質(zhì)量的前提下，提供更大的信息容量。 2）具

10、有可變高速數(shù)據(jù)率第三代通信系統(tǒng)無線接口具有不同的數(shù)據(jù)比特率。在快速移動的環(huán)境下，最高數(shù)據(jù)率達(dá)144kbi/s;在室內(nèi)環(huán)境下，最高數(shù)據(jù)率達(dá)2Mbi/s，在室外或室內(nèi)步行的環(huán)境下，最高數(shù)據(jù)率達(dá)到384kbi/s。這種數(shù)據(jù)率不僅可以支持普通話音，還可以支持多媒體數(shù)據(jù)，可滿足具有不同通信要求的各種用戶。 3）同時提供高速電路交換和分組業(yè)務(wù)服務(wù)雖然在窄帶CDMA與GSM移動通信業(yè)務(wù)中，也能提供電路交換和分組業(yè)務(wù)，但兩者卻很難同時提供，而3G系統(tǒng)協(xié)議層設(shè)計可以很方便的解決這一問題。每個中斷均可以使用多種業(yè)務(wù)因而使用戶在連接到局域網(wǎng)時還可接受話音業(yè)務(wù)，同時進(jìn)行話音通信和收發(fā)數(shù)據(jù)。 4）具有高頻譜的利用率目前

11、，各國的蜂窩移動通信都有很大的發(fā)展，但系統(tǒng)容量仍滿足不了需求，解決移動通信系統(tǒng)容量問題就成了當(dāng)務(wù)之急，而解決系統(tǒng)容量的最有效的途徑就是提高頻譜的利用率。相對于2G系統(tǒng)，3G系統(tǒng)的頻譜利用率有了很大的提高。除了以上所述之外，3G系統(tǒng)還有很多的優(yōu)點(diǎn)，如提供更加可靠的信道編碼，靈活的配置傳輸信道和邏輯信道，支持多種語音編碼方案等。 1.3 多址通信方式隨著社會需求和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無線通信正在向無線多址通信發(fā)展。所謂無線多址通信是指在一個通信網(wǎng)內(nèi)各個通信臺、站共享一個指定的射頻頻道，進(jìn)行相互間的多邊通信，也稱該通信網(wǎng)為各用戶間的多元連接。實(shí)現(xiàn)多址連接的理論基礎(chǔ)是信號分割技術(shù)。也就是在發(fā)送端進(jìn)行恰當(dāng)?shù)?/p>

12、信號設(shè)計，使各站所發(fā)射的信號有所差異。在接收端有信號識別能力，能從混合信號中分離選擇出相應(yīng)的信號。在發(fā)送端，信號設(shè)計的任務(wù)是使信號按某種參量相互正交或準(zhǔn)正交。一個無線電信號可以用若干參數(shù)來表征，其中最基本的是信號的射頻頻率、信號出現(xiàn)的時間、信號出現(xiàn)的空間、信號的碼型、信號的波形等。按照這些參量的分割，可以實(shí)現(xiàn)的多址連接有頻分多址(FDMA)、時分多址 (TDMA)、碼分多址 (CDMA)、空分多址 (SDMA)等。目前，在移動通信系統(tǒng)中所采用的多址方式主要有三種:頻分多址、時分多址和碼分多址。1）頻分多址 (FDMA)頻分多址是發(fā)送端對所有信號的頻率參量進(jìn)行正交分割，形成許多互不重疊的頻帶。在

13、接收端利用頻率的正交性，通過頻率選擇(濾波)，從混合信號中選出相應(yīng)的信號。在移動通信系統(tǒng)中，頻分多址是把通信系統(tǒng)的總頻段劃分成若干個等間隔的互不重疊的頻道分配給不同的用戶使用。這些頻道互不重疊，其寬度能傳輸一路話音信息，而在相鄰頻道之間無明顯的干擾。為了實(shí)現(xiàn)雙工通信，收發(fā)使用不同的頻率(稱之為頻分雙工)。收發(fā)頻率之間要有一定的頻率間隔，以防同一部電臺的發(fā)射機(jī)對接收機(jī)的干擾。這樣，在頻分多址中，每個用戶在通信時要用一對頻率(稱之為一個信道)。2）時分多址 (TDMA)時分多址是發(fā)送端對所發(fā)送信號的時間參量進(jìn)行正交分割，形成許多互不重疊的時隙。在接收端利用時間的正交性，通過時間選擇從混合信號中選出

14、相應(yīng)的信號。時分多址是把時間分割成周期性幀，每一幀再分割成若干個時隙(無論幀或時隙都是互相不重疊的)，然后根據(jù)一定的時隙分配原則，使移動臺在每幀中按指定的時隙向基站發(fā)送信號，基站可以分別在各個時隙中接收到移動臺的信號而不混淆。同時，基站發(fā)向多個移動臺的信號都按規(guī)定在預(yù)定的時隙中發(fā)射，各移動臺在指定的時隙中接收，從合路的信號中提取發(fā)給它的信號。3）碼分多址(CDMA)碼分多址是各發(fā)送端用各不相同的、相互正交的地址碼調(diào)制其所發(fā)送的信號。在接收端利用碼型的正交性，通過地址識別(相關(guān)檢測)從混合信號中選出相應(yīng)的信號。碼分多址的特點(diǎn)是:(l)網(wǎng)內(nèi)所有用戶使用同一載波，占用相同的帶寬;(2)各個用戶可以同

15、時發(fā)送或接收信號。碼分多址通信系統(tǒng)各用戶發(fā)射的信號共同使用整個頻帶，發(fā)射時間又是任意的，所以各用戶的發(fā)射信號在時間上、頻率上都可相互重疊。因此，采用傳統(tǒng)的濾波器或選通門是不能分離信號的，對某用戶發(fā)送的信號，只有與其相匹配的接收機(jī)通過相關(guān)檢測才可能正確接收。第二章 CDMA原理與仿真 2.1 CDMA技術(shù)基礎(chǔ)原理在CDMA中，所有用戶使用相同的頻率和相同的時間在同一地區(qū)通信，不同用戶信號依靠地址碼不同區(qū)分。對數(shù)據(jù)信號進(jìn)行再一次調(diào)制屬于擴(kuò)展頻譜調(diào)制（簡稱為擴(kuò)頻調(diào)制），在CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)中采用直接序列（DS）擴(kuò)頻調(diào)制。DS擴(kuò)頻通信發(fā)信機(jī)和接收機(jī)。多址通信的關(guān)鍵是接收端能在許多個多址信號中把接

16、收信號正確分離出來。對于碼分多址信號，每一個信號都是一個擴(kuò)譜信號，不同用戶的信號有不同的地址碼，即采用不同的擴(kuò)譜碼進(jìn)行擴(kuò)譜調(diào)制。對地址碼的要求是自相關(guān)性能和互相關(guān)性能好，且不同地址碼的數(shù)量要足夠多。偽隨機(jī)序列（或稱PN碼）具有類似于噪聲序列的性質(zhì)，是一種貌似隨機(jī)但實(shí)際上是有規(guī)律的周期性二進(jìn)制序列。在采用碼分多址方式的通信技術(shù)中，地址碼都是從偽隨機(jī)序列中選取的，但是不同的用途選用不同的偽隨機(jī)序列。在所有的偽隨機(jī)序列中，m序列是最重要、最基本的偽隨機(jī)序列，在定時嚴(yán)格的系統(tǒng)中，我們采用m序列作為地址碼，利用它的不同相位來區(qū)分不同的用戶，目前的CDMA系統(tǒng)就是采用這種方法。在CDMA系統(tǒng)中，用到兩個m

17、序列，一個長度是215-1，一個長度是242-1，各自的用處不同。在前向信道中，長度為242-1的m序列被用作對業(yè)務(wù)信道進(jìn)行擾碼（注意不是被用作擴(kuò)頻，在前向信道中使用正交的Walsh函數(shù)進(jìn)行擴(kuò)頻）。長度為215-1的m序列被用于對前向信道進(jìn)行正交調(diào)制，不同的基站采用不同相位的m序列進(jìn)行調(diào)制，其相位差至少為64個碼片，這樣最多可有512個不同的相位可用。在反向CDMA信道中，長度為242-1的m序列被用作直接擴(kuò)頻，每個用戶被分配一個m序列的相位，這個相位是由用戶的ESN計算出來的，這些相位是隨機(jī)分別且不會重復(fù)的，這些用戶的反向信道之間基本是正交的。長度為215-1的PN碼也被用于對反向業(yè)務(wù)信道進(jìn)

18、行正交調(diào)制，但因?yàn)樵诜聪蛞驗(yàn)樾诺郎喜恍枰獦?biāo)識屬于哪個基站，所以對于所有移動臺而言都使用同一相位的m序列，其相位偏置是0。 2.2 CDMA系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)CDMA系統(tǒng)采用碼分多址的技術(shù)及擴(kuò)頻通信的原理，使得可以在系統(tǒng)中使用多種先進(jìn)的信號處理技術(shù)，為系統(tǒng)帶來許多優(yōu)點(diǎn)。以下介紹了CDMA無線通信系統(tǒng)的幾個顯著特點(diǎn)。 1）大容量根據(jù)理論計算及現(xiàn)場試驗(yàn)表明，CDMA系統(tǒng)的信道容量是模擬系統(tǒng)的1020倍，是TDMA系統(tǒng)的4倍。CDMA系統(tǒng)的高容量很大一部分因素是因?yàn)樗念l率復(fù)用系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它制式的蜂窩系統(tǒng)，同時CDMA使用了話音激活和扇區(qū)化，快速功率控制等。按照香農(nóng)定理，各種多址方式（FDMA、TDMA

19、和CDMA）都應(yīng)有相同的容量。但這種考慮有幾種欠缺。一是假設(shè)所有的用戶在同一時間內(nèi)連續(xù)不斷地傳送消息，這對話音通信來說是不符合實(shí)際的；二是沒有考慮在地理上重新分配頻率的問題；三是沒有考慮信號傳輸中的多徑衰落。決定CDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng)容量的主要參數(shù)是：處理增益、Eb/No、話音負(fù)載周期、頻率復(fù)用效率和基站天線扇區(qū)數(shù)。若不考慮蜂窩系統(tǒng)的特點(diǎn)，只考慮一般擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，接收信號的載干比定義為載波功率與干擾功率的比值，可以寫成： （2-1）其中：Eb：信息的比特能量；Rb：信息的比特率；Io：干擾的功率譜密度；W：總頻段寬度（這里也是CDMA信號所占的頻譜寬度，即擴(kuò)頻寬度）；Eb/Io：類似與通常所說的

20、歸一化信噪比，其取值決定于系統(tǒng)對誤比特率或話音質(zhì)量的要求，并與系統(tǒng)的調(diào)制方式和編碼方案有關(guān)；W/Rb：系統(tǒng)的處理增益。若N個用戶共享一個無線信道，顯然，每一個用戶的信號都受到其它N-1個用戶信號的干擾。假定到達(dá)一個接收機(jī)的信號強(qiáng)度和各干擾強(qiáng)度都相等，則載干比為： (2-2) 或 (2-3)若N>>1，于是 (2-4)結(jié)果說明，在誤比特率一定的條件下，所需要的歸一化信噪比越小，系統(tǒng)可以同時容納的用戶數(shù)越多。應(yīng)該注意這里的假定條件，所謂到達(dá)接收機(jī)的信號強(qiáng)度和各個干擾強(qiáng)度都一樣，對單一小區(qū)（沒有鄰近小區(qū)的干擾）而言，在前向傳輸時，不加功率控制即可滿足；但是在反向傳輸時，各個移動臺向基站發(fā)

21、送的信號必須進(jìn)行理想的功率控制才能滿足。其次，應(yīng)根據(jù)CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的特征對這里得到的公式進(jìn)行修正。1.話音激活期的影響在典型的全雙工通話中，每次通話中話音存在時間一般為40%。如果在話音停頓時停止信號發(fā)射，對CDMA系統(tǒng)而言，減少了對其它用戶的干擾，使系統(tǒng)的容量提高到原來的1/0.35=2.86倍。雖然FDMA和TDMA兩種系統(tǒng)都可以利用這種停頓，使容量獲得一定程度的提高，但是要做到這一點(diǎn)，必須增加額外的控制開銷，而且要實(shí)現(xiàn)信道的動態(tài)分配必然會帶來時間上的延遲，而CDMA系統(tǒng)可以很容易地實(shí)現(xiàn)。2.扇區(qū)化CDMA小區(qū)扇區(qū)化有很好的容量擴(kuò)充作用，其效果好于扇區(qū)化對FDMA和TDMA系統(tǒng)的影響

22、。小區(qū)一般劃分為三個扇區(qū)，天線波束寬度一般小于120度，因?yàn)樘炀€方向幅度寬而且經(jīng)常出現(xiàn)傳播異常，這些天線覆蓋區(qū)域有很大的重疊，扇區(qū)之間的隔離并不可靠。因此，窄帶系統(tǒng)在小區(qū)扇區(qū)化時小區(qū)頻率復(fù)用并無改善。而對于CDMA系統(tǒng)來說，扇區(qū)化之后（采用方向性天線），干擾可以看成近似減少為原來的三分之一，因此網(wǎng)絡(luò)容量增加為原來的三倍。3.頻率再用在CDMA系統(tǒng)中，若干小區(qū)的基站都工作在同一頻率上，這些小區(qū)內(nèi)的移動臺也工作在同一頻率上。因此，任意小區(qū)的移動臺都會受到相鄰小區(qū)基站的干擾，任意小區(qū)的基站也都會受到相鄰小區(qū)移動臺的干擾。這些干擾的存在必然會影響系統(tǒng)的容量。因此必須采取措施限制來自臨近小區(qū)的干擾，才能

23、提高系統(tǒng)的頻率再用效率。4.低的Eb/NoEb/No是數(shù)字調(diào)制和編碼技術(shù)藉以比較的標(biāo)準(zhǔn)。由于CDMA系統(tǒng)采用很寬的信道帶寬，可以采用高冗余的強(qiáng)糾錯編碼技術(shù)，而窄帶數(shù)字系統(tǒng)由于信道帶寬限制，只能采用低冗余的糾錯編碼，糾錯能力也較低。因此，CDMA系統(tǒng)要求的Eb/No比窄帶系統(tǒng)要低，降低干擾，擴(kuò)大了容量。 2）軟容量在FDMA、TDMA系統(tǒng)中，當(dāng)小區(qū)服務(wù)的用戶數(shù)達(dá)到最大信道數(shù)，已滿載的系統(tǒng)再無法增添一個信號，此時若有新的呼叫，該用戶只能聽到忙音。而在CDMA系統(tǒng)中，用戶數(shù)目和服務(wù)質(zhì)量之間可以相互折中，靈活確定。例如系統(tǒng)運(yùn)營者可以在話務(wù)量高峰期將某些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，例如可以將目標(biāo)誤幀率稍稍提高，從而增

24、加可用信道數(shù)。同時，在相鄰小區(qū)的負(fù)荷較輕時，本小區(qū)受到的干擾較小，容量就可以適當(dāng)增加。體現(xiàn)軟容量的另外一種形式是小區(qū)呼吸功能。所謂小區(qū)呼吸功能就是指各個小區(qū)的覆蓋大小是動態(tài)的。當(dāng)相鄰兩個小區(qū)負(fù)荷一輕一重時，負(fù)荷重的小區(qū)通過減小導(dǎo)頻發(fā)射功率，使本小區(qū)的邊緣用戶由于導(dǎo)頻強(qiáng)度不夠，切換到相鄰的小區(qū)，使負(fù)荷分擔(dān)，即相當(dāng)于增加了容量。這項(xiàng)功能可以避免在切換過程中由于信道短缺造成的掉話。在模擬系統(tǒng)和數(shù)字TDMA系統(tǒng)中，如果沒有可用信道，呼叫必須重新被分配到另一條候選信道，或者在切換時中斷。但是在CDMA中，建議可以適當(dāng)提高用戶的可接受的誤比特率直到另外一個呼叫結(jié)束。 3）軟切換所謂軟切換是指移動臺需要切換

25、時，先與新的基站連通再與原基站切斷聯(lián)系，而不是先切斷與原基站的聯(lián)系再與新的基站連通。軟切換只能在同一頻率的信道間進(jìn)行，因此，模擬系統(tǒng)、TDMA系統(tǒng)不具有這種功能。軟切換可以有效地提高切換的可靠性，大大減少切換造成的掉話，因?yàn)閾?jù)統(tǒng)計，模擬系統(tǒng)、TDMA系統(tǒng)無線信道上的掉話90%發(fā)生在切換中。同時，軟切換還提供分集，在軟切換中，由于各個小區(qū)采用同一頻帶，因而移動臺可同時與小區(qū)A和鄰近小區(qū)B同時進(jìn)行通信。在反向信道，兩基站分別接收來自移動臺的有用信號，以幀為單位譯碼分別傳給移動交換中心，移動交換中心內(nèi)的聲碼器/選擇器（Vocoder/Selector）也以幀為單位，通過對每一幀數(shù)據(jù)后面的CRC校驗(yàn)碼

26、來分別校驗(yàn)這兩幀的好壞，如果只有一幀為好幀，則聲碼器就選擇這一好幀進(jìn)行聲碼變換；如果兩幀都為好幀，則聲碼器就任選一幀進(jìn)行聲碼變換；如果兩幀都為壞幀，則聲碼器放棄當(dāng)前幀，取出前面的一個好幀進(jìn)行聲碼變換。這樣就保證了基站最佳的接收結(jié)果。在前向信道，兩個小區(qū)的基站同時向移動臺發(fā)射有用信號，移動臺把其中一個基站來的有用信號實(shí)際作為多徑信號進(jìn)行分集接收。這樣在軟切換中，由于采用了空間分集技術(shù)，大大提高了移動臺在小區(qū)邊緣的通信質(zhì)量，增加了系統(tǒng)的容量。從反向鏈路來說，移動臺根據(jù)傳播狀況好的基站情況來調(diào)整發(fā)射功率，減少了反向鏈路的干擾，從而增加了反向鏈路的容量。 4)采用多種分集技術(shù)分集技術(shù)是指系統(tǒng)能同時接收

27、并有效利用兩個或更多個輸入信號，這些輸入信號的衰落互不相關(guān)。系統(tǒng)分別解調(diào)這些信號然后將它們相加，這樣可以接收到更多的有用信號，克服衰落。移動通信信道是一種多徑衰落信道，發(fā)射的信號要經(jīng)過直射、反射、散射等多條傳播路徑才能到達(dá)接收端，而且隨著移動臺的移動，各條傳播路徑上的信號負(fù)擔(dān)、時延及相位隨時隨地發(fā)生變化，所以接收到的信號的電平是起伏的、不穩(wěn)定的，這些不同相位的多徑信號相互迭加就形成衰落。迭加后的信號幅度變化符合瑞利分布，因而又稱瑞利衰落。瑞利衰落隨時間急劇變化時，稱為“快衰落”。而陰影衰落是由于地形的影響（例如建筑物的阻擋等）而造成的信號中值的緩慢變化。分集接收是克服多徑衰落的一個有效方法，采

28、用這種方法，接收機(jī)可對多個攜有相同信息且衰落特性相互獨(dú)立的接收信號在合并處理之后進(jìn)行判決。由于衰落具有頻率、時間和空間的選擇性，因此分集技術(shù)包括頻率分集、時間分集和空間分集。減弱慢衰落的影響可采用空間分集，即用幾個獨(dú)立天線或在不同的場地分別發(fā)送和接收信號，以保證各信號之間的衰落獨(dú)立。由于這些信號在傳輸過程中的地理環(huán)境不同，所以各信號的衰落各不相同。采用選擇性合成技術(shù)選擇較強(qiáng)的一個輸出，降低了地形等因素對信號的影響。根據(jù)衰落的頻率選擇性，當(dāng)兩個頻率間隔大于信道的相關(guān)帶寬時，接收到的此兩種頻率的衰落信號不相關(guān)。市區(qū)的相關(guān)帶寬一般為50kHz左右，郊區(qū)的相關(guān)帶寬一般為250kHz左右。而碼分多址的一

29、個信道帶寬為1.23MHz，無論在郊區(qū)還是在市區(qū)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于相關(guān)帶寬的要求，所以碼分多址的寬帶傳輸本身就是頻率分集。時間分集是利用基站和移動臺的Rake接收機(jī)來完成的。對于一個信道帶寬為1.23MHz的碼分多址系統(tǒng)，當(dāng)來自兩個不同路徑的信號的時延差為1us，也就是這兩條路徑相差大約為0.3Km時，Rake就可以將它們分別提取出來而不互相混淆。CDMA系統(tǒng)對多徑的接收能力在基站和移動臺是不同的。在基站處，對應(yīng)與每一個反向信道，都有四個數(shù)字解調(diào)器，而每個數(shù)字解調(diào)器又包含兩個搜索單元和一個解調(diào)單元。搜索單元的作用是在規(guī)定的窗口內(nèi)迅速搜索多徑，搜索到之后再交給數(shù)字解調(diào)單元。這樣對于一條反向業(yè)務(wù)信道，每個

30、基站都同時解調(diào)四個多徑信號，進(jìn)行矢量合并，再進(jìn)行數(shù)字判決恢復(fù)信號。如果移動臺處在三方軟切換中，三個基站同時解調(diào)同一個反向業(yè)務(wù)信道（空間分集），這樣最多時相當(dāng)于12個解調(diào)器同時解調(diào)同一反向信道，這在TDMA中是不可能實(shí)現(xiàn)的。而在移動臺里，一般只有三個數(shù)字解調(diào)單元，一個搜索單元。搜索單元的作用也是迅速搜索可用的多徑。當(dāng)只接收到一個基站的信號時，移動臺可同時解調(diào)三個多徑信號進(jìn)行矢量合并。如果移動臺處在三方軟切換中，三個基站同時向該移動臺發(fā)送信號，移動臺最多也只能同時解調(diào)三個多徑信號進(jìn)行矢量合并，也就是說，在移動臺端，對從不同基站來的信號與從不同基站來的多徑信號一起解調(diào)。但這里也有一定的規(guī)則，如果處在

31、三方軟切換中，即使從其中一個基站來的第二條路徑信號強(qiáng)度大于從另外兩個基站來的信號的強(qiáng)度，移動臺也不解調(diào)這條多徑信號，而是盡量多地解調(diào)從不同基站來的信號，以便獲得來自不同基站的功率控制比特，使自身發(fā)射功率總處于最低的狀態(tài)，以減少對系統(tǒng)的干擾。這樣就加強(qiáng)了空間分集的作用。CDMA系統(tǒng)中就這樣綜合利用了頻率分集、空間分集和時間分集來抵抗衰落對信號的影響，從而獲得高質(zhì)量的通信性能。 5)話音激活典型的全雙工雙向通話中，每次的通話的占空比小于35%，在FDMA和TDMA系統(tǒng)中，由于通話停頓等重新分配信道存在一定的時延，所以難以利用話音激活因素。CDMA系統(tǒng)因?yàn)槭褂昧丝勺兯俾事暣a器，在不講話時傳輸速率低，

32、減輕了對其它用戶的干擾，這即是CDMA系統(tǒng)的話音激活技術(shù)。 6)保密CDMA系統(tǒng)的信號擾碼方式提供了高度的保密性，使這種數(shù)字蜂窩系統(tǒng)在防止串話、盜用等方面具有其它系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。 7)低發(fā)射功率眾所周知，由于CDMA (IS-95) 系統(tǒng)中采用快速的反向功率控制、軟切換、語音激活等技術(shù)，以及IS-95規(guī)范對手機(jī)最大發(fā)射功率的限制，使CDMA手機(jī)在通信過程中輻射功率很小而享有“綠色手機(jī)”的美譽(yù)，這是與GSM相比，CDMA的重要優(yōu)點(diǎn)之一。從手機(jī)發(fā)射功率限制的角度來比較：目前普遍使用的GSM手機(jī)900MHz頻段最大發(fā)射功率為2W （33dBm），1800MHz頻段最大發(fā)射功率為1W （30dBm

33、），同時規(guī)范要求，對于GSM900和1800頻段，通信過程中手機(jī)最小發(fā)射功率分別不能低于5dBm和0dBm。CDMA IS-95A規(guī)范對手機(jī)最大發(fā)射功率要求為0.2W1W（23dBm30dBm），實(shí)際上目前網(wǎng)絡(luò)上允許手機(jī)的最大發(fā)射功率為23dBm (0.2W)，規(guī)范對CDMA手機(jī)最小發(fā)射功率沒有要求。在實(shí)際通信過程中，在某個時刻某個地點(diǎn)，手機(jī)的實(shí)際發(fā)射功率取決于環(huán)境，系統(tǒng)對通信質(zhì)量的要求,語音激活等諸多因素, 實(shí)際上就是取決于系統(tǒng)的鏈路預(yù)算。在通常的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和規(guī)劃中, 對于基本相同的誤幀率要求, GSM系統(tǒng)要求到達(dá)基站的手機(jī)信號的載干比通常為9dB左右，由于CDMA系統(tǒng)采用擴(kuò)頻技術(shù), 擴(kuò)頻增益

34、對全速率編碼的增益為21dB, (對其它低速率編碼的增益更大), 所以對解擴(kuò)前信號的等效載干比的要求為 -14dB (CDMA系統(tǒng)通常要解擴(kuò)后信號的值為7dB左右)。從手機(jī)發(fā)射功率的初始值的取定及功率控制機(jī)制的角度來進(jìn)行比較：手機(jī)與系統(tǒng)的通信可分為兩個階段，一是接入階段，二是通話階段。對于GSM系統(tǒng)，手機(jī)在隨機(jī)接入階段沒有進(jìn)入專用模式以前，是沒有功率控制的，為保證接入成功，手機(jī)以系統(tǒng)能允許的最大功率發(fā)射 (通常是手機(jī)的最大發(fā)射功率)。在分配專用信道（SDCCH或TCH）后，手機(jī)會根據(jù)基站的指令調(diào)整手機(jī)的發(fā)射功率，調(diào)整的步長通常為2dB。調(diào)整的頻率為60ms一次。對于CDMA系統(tǒng)，在隨機(jī)接入狀態(tài)

35、下，手機(jī)會根據(jù)接收到的基站信號電平估計一個較小的值作為手機(jī)的初始發(fā)射功率, 發(fā)送第一個接入試探，如果在規(guī)定的時間內(nèi)沒有得到基站的應(yīng)答信息，手機(jī)會加大發(fā)射功率，發(fā)送第二個接入試探，如果在規(guī)定時間內(nèi)還沒有得到基站的應(yīng)答信息，手機(jī)會再加大發(fā)射功率。這個過程重復(fù)下去，直到收到基站的應(yīng)答或者到達(dá)設(shè)定的最多嘗試次數(shù)為止。在通話狀態(tài)下，每1.25ms 基站會向手機(jī)發(fā)送一個功率控制命令信息，命令手機(jī)增大或減少發(fā)射功率, 步長通常為1dB。由上面的比較可以看出，總體而言,考慮到CDMA系統(tǒng)其它獨(dú)有的技術(shù), 如軟切換, RAKE接收機(jī)對多徑的分集作用，強(qiáng)有力的前向糾錯算法對對上行鏈路預(yù)算的改善, CDMA系統(tǒng)對手

36、機(jī)的發(fā)射功率的要求比GSM系統(tǒng)對手機(jī)發(fā)射功的要求要小得多. 而且GSM手機(jī)在接入過程中以最大的功率發(fā)射，在通話過程中功率控制速度較慢，所以手機(jī)以大功率發(fā)射的機(jī)率較大；而CDMA手機(jī)獨(dú)特的隨機(jī)接入機(jī)制和快速的反向功率控制，可以使手機(jī)平均發(fā)射功率維持在一個較低的水平。 8)大覆蓋范圍從鏈路預(yù)算表中我們可以看出，在CDMA的鏈路預(yù)算中包含以下的一些因素：軟切換增益、分集增益等，這些都是CDMA技術(shù)本身帶來的，是GSM中所沒有的。雖然CDMA在鏈路預(yù)算中還要考慮自干擾對覆蓋范圍的影響（加入了干擾余量因子）以及CDMA手機(jī)最大發(fā)射功率低于GSM手機(jī)的最大發(fā)射功率，但是從總體來說，CDMA的鏈路預(yù)算所得出

37、的允許的最大路徑損耗要比GSM大（一般是5-10dB）。這意味著，在相同的發(fā)射功率和相同的天線高度條件下，CDMA有更大的覆蓋半徑，因此需要的基站也更少（對于覆蓋受限的區(qū)域這一點(diǎn)意義重大）；另外的好處是，對于相同的覆蓋半徑，CDMA所需要的發(fā)射功率更低。第三章 擴(kuò)展頻譜通信的基本概念3.1 擴(kuò)展頻譜通信的定義 擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)是對信息數(shù)據(jù)頻譜擴(kuò)展的一種通信系統(tǒng)。要對信息數(shù)據(jù)的頻譜進(jìn)行擴(kuò)展，其擴(kuò)頻所采用的偽隨機(jī)碼須有極寬且均勻的頻譜特性。這種偽隨機(jī)碼就叫做擴(kuò)頻序列。擴(kuò)頻通信要求擴(kuò)頻序列具有較好的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性，屬偽隨機(jī)序列（Pseudo Noise Sequence，即PN序列）。其中最

38、常用的有序列（即最大長度線性反饋移位寄存器序列）、Gold序列、M序列（結(jié)構(gòu)型非線形移位寄存器序列）等。所謂擴(kuò)展頻譜通信，可簡單表述如下：“擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方式，其信號所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必需的最小帶寬；頻帶的擴(kuò)展是通過一個獨(dú)立的碼序列來完成，用編碼及調(diào)制的方法來實(shí)現(xiàn)的，與所傳信息數(shù)據(jù)無關(guān)；在接收端則用同樣的碼進(jìn)行相關(guān)同步接收、解擴(kuò)及恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)”。這一定義包含了以下三方面的意思： 1）信號的頻譜被展寬了傳輸任何信息都需要一定的帶寬，稱為信息帶寬。例如人類的語音的信息帶寬為300Hz到3400Hz，電視圖像信息帶寬為數(shù)MHz。為了充分利用頻率資源，通常都是盡量采用大體相

39、當(dāng)?shù)膸挼男盘杹韨鬏斝畔ⅰＴ跓o線電通信中射頻信號的帶寬與所傳信息的帶寬是相比擬的。如用調(diào)幅信號來傳送語音信息，其帶寬為語音信息帶寬的兩倍；電視廣播射頻信號帶寬也只是其視頻信號帶寬的一倍多。這些都屬于窄帶通信。一般的調(diào)頻信號，或脈沖編碼調(diào)制信號，它們的帶寬與信息帶寬之比也只有幾到十幾。擴(kuò)展頻譜通信信號帶寬與信息帶寬之比則高達(dá)100甚至1000，屬于寬帶通信。 2）采用擴(kuò)頻碼序列調(diào)制的方式來展寬信號頻譜 在時間上有限的信號，其頻譜是無限的。例如很窄的脈沖信號，其頻譜則很寬。信號的頻帶寬度與其持續(xù)時間近似成反比。1微秒的脈沖的帶寬約為1MHz。因此，如果用限窄的脈沖序列被所傳信息調(diào)制，則可產(chǎn)生很寬頻

40、帶的信號。如下面介紹的直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)就是采用這種方法獲得擴(kuò)頻信號。這種很窄的脈沖碼序列，其碼速率是很高的，稱為擴(kuò)頻碼序列。這里需要說明的一點(diǎn)是所采用的擴(kuò)頻碼序列與所傳信息數(shù)據(jù)是無關(guān)的，也就是說它與一般的正弦載波信號一樣，絲毫不影響信息傳輸?shù)耐该餍?。擴(kuò)頻碼序列僅僅起擴(kuò)展信號頻譜的作用。3）在接收端采用相關(guān)解調(diào)來解擴(kuò)正如在一般的窄帶通信中，已調(diào)信號在接收端都要進(jìn)行解調(diào)來恢復(fù)所傳的信息。在擴(kuò)頻通信中接收端則用與發(fā)送端相同的擴(kuò)頻碼序列與收到的擴(kuò)頻信號進(jìn)行相關(guān)解調(diào)，恢復(fù)所傳的信息。換句話說，這種相關(guān)解調(diào)起到解擴(kuò)的作用。即把擴(kuò)展以后的信號又恢復(fù)成原來所傳的信息。這種在發(fā)端把窄帶信息擴(kuò)展成寬帶信號，而在接

41、收端又將其解擴(kuò)成窄帶信息的處理過程，會帶來一系列好處。弄清楚擴(kuò)頻和解擴(kuò)處理過程的機(jī)制，是理解擴(kuò)頻通信本質(zhì)的關(guān)鍵所在。 3.2 擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ) 長期以來，人們總是想法使信號所占領(lǐng)譜盡量的窄，以充分利用十分寶貴的頻譜資源。為什么要用這樣寬頻帶的信號來傳送信息呢？簡單的回答就是主要為了通信的安全可靠。 擴(kuò)頻通信的基本特點(diǎn)，是傳輸信號所占用的頻帶寬度(W)遠(yuǎn)大于原始信息本身實(shí)際所需的最小(有效)帶寬(DF)，其比值稱為處理增益： (3-1)眾所周知，任何信息的有效傳輸都需要一定的頻率寬度，如話音為1.7到3.1kHz，電視圖像則寬到數(shù)兆赫。為了充分利用有限的頻率資源，增加通路數(shù)目，人們廣泛選擇不同

42、調(diào)制方式，采用寬頻信道(同軸電纜、微波和光纖等)，和壓縮頻帶等措施，同時力求使傳輸?shù)拿浇橹袀鬏數(shù)男盘栒加帽M量窄的帶寬。因現(xiàn)今使用的電話、廣播系統(tǒng)中，無論是采用調(diào)幅、調(diào)頻或脈沖編碼調(diào)制制式，值一般都在十多倍范圍內(nèi)，統(tǒng)稱為“窄帶通信”。而擴(kuò)頻通信的值，高達(dá)數(shù)百、上千，稱為“寬帶通信”。擴(kuò)頻通信的可行性，是從信息論和抗干擾理論的基本公式中引伸而來的。 信息論中關(guān)于信息容量的仙農(nóng)(Shannon)公式為： (3-2)式中：C - 信道容量(用傳輸速率度量) W - 信號頻帶寬度 P - 信號功率 N - 白噪聲功率 式3.2說明，在給定的傳輸速率C不變的條件下，頻帶寬度W和信噪比P/N是可以互換的。也

43、就是說，可通過增加頻帶寬度的方法，在較低的信噪比P/N(S/N)情況下，傳輸信息。擴(kuò)展頻譜換取信噪比要求的降低，正是擴(kuò)頻通信的重要特點(diǎn)，并由此為擴(kuò)頻通信的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。擴(kuò)頻通信可行性的另一理論基礎(chǔ)，為柯捷爾尼可夫關(guān)于信息傳輸差錯概率的公式： (3-3)式中： - 差錯概率 E - 信號能量 N。- 噪聲功率譜密度 因?yàn)椋盘柟β?(T為信息持續(xù)時間) 噪聲功率 (W為信號頻帶寬度) 信息帶寬 則式(3)可化為： (3-4)式3.4說明，對于一定帶寬的信息而言，用值較大的寬帶信號來傳輸，可以提高通信抗干擾能力，保證強(qiáng)干擾條件下，通信的安全可靠。亦即式3.4與式3.2一樣，說明信噪比和帶寬是可以

44、互換的。 總之，用信息帶寬的100倍，甚至1000倍以上的寬帶信號來傳輸信息，就是為了提高通信的抗干擾能力，即在強(qiáng)干擾條件下保證可靠安全地通信。這就是擴(kuò)展頻譜通信的基本思想和理論依據(jù)。 3.3 運(yùn)用擴(kuò)頻碼進(jìn)行調(diào)制和解調(diào) 在時間上有限的信號，其頻譜是無限的。例如很窄的脈沖信號，其頻譜則很寬。信號的頻帶寬度與其持續(xù)時間近似成反比。1微秒的脈沖的帶寬約為1MHz。因此，如果用限窄的脈沖序列被所傳信息調(diào)制，則可產(chǎn)生很寬頻帶的信號。如下面介紹的直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)就是采用這種方法獲得擴(kuò)頻信號。這種很窄的脈沖碼序列，其碼速率是很高的，稱為擴(kuò)頻碼序列。這里需要說明的一點(diǎn)是所采用的擴(kuò)頻碼序列與所傳信息數(shù)據(jù)是無關(guān)的

45、，也就是說它與一般的正弦載波信號一樣，絲毫不影響信息傳輸?shù)耐该餍浴U(kuò)頻碼序列僅僅起擴(kuò)展信號頻譜的作用。通過對擴(kuò)頻信號波形與頻譜關(guān)系的分析和對PN碼序列性能的了解，來說明獲得擴(kuò)頻信號的調(diào)制方法就比較容易了。一般說來，都是用高碼率的PN碼脈沖序列去進(jìn)行調(diào)制擴(kuò)展信號的頻譜的。通常采用的調(diào)制方式為DPSK，輸入信號與PN碼在平衡調(diào)制器調(diào)制而輸出展寬的擴(kuò)頻信號；原始信號DPSK調(diào)制PN碼相乘輸出信號圖3-1 直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的調(diào)制正如在一般的窄帶通信中，已調(diào)信號在接收端都要進(jìn)行解調(diào)來恢復(fù)所傳的信息。在擴(kuò)頻通信中接收端則用與發(fā)送端相同的擴(kuò)頻碼序列與收到的擴(kuò)頻信號進(jìn)行相關(guān)解調(diào)，恢復(fù)所傳的信息。換句話說，這種相關(guān)

46、解調(diào)起到解擴(kuò)的作用。即把擴(kuò)展以后的信號又恢復(fù)成原來所傳的信息。這種在發(fā)端把窄帶信息擴(kuò)展成寬帶信號，而在接收端又將其解擴(kuò)成窄帶信息的處理過程，會帶來一系列好處。弄清楚擴(kuò)頻和解擴(kuò)處理過程的機(jī)制，是理解擴(kuò)頻通信本質(zhì)的關(guān)鍵所在 3.4 擴(kuò)頻通信的主要性能指標(biāo) 處理增益和抗干擾容限是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的兩個重要性能指標(biāo)。 理增益G也稱擴(kuò)頻增益(Spreading Gain) 它定義為頻譜擴(kuò)展前的信息帶寬DF與頻帶擴(kuò)展后的信號帶寬W之比： (3-5)在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中接收機(jī)作擴(kuò)頻解調(diào)后，只提取偽隨機(jī)編碼相關(guān)處理后的帶寬為DF的信息，而排除掉寬頻帶W中的外部干擾、噪音和其地用戶的通信影響。因此，處理增益G反映了擴(kuò)頻

47、通信系統(tǒng)信噪比改善的程度?？垢蓴_容限是指擴(kuò)頻通信系統(tǒng)能在多大干擾環(huán)境下正常工作的能力，定義為： (3-6)其中： - 抗干擾容C - 處理增益 - 信息數(shù)據(jù)被正確解調(diào)而要求的最小輸出信噪比 Ls - 接收系統(tǒng)的工作損耗例如, 一個擴(kuò)頻系統(tǒng)的處理增益為35dB要求誤碼率小于的信息數(shù)據(jù)解調(diào)的最小的輸出信噪比，系統(tǒng)損耗，則干擾容限這說明，該系統(tǒng)能在干擾輸入功率電平比擴(kuò)頻信號功率電平高22dB的范圍內(nèi)正常工作，也就是該系統(tǒng)能夠在接收輸入信噪比大于或等于22dB的環(huán)境下正常工作。第四章 直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的組成與原理 4.1 組成與原理直序擴(kuò)頻（DS）系統(tǒng)就是最典型的擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)，是擴(kuò)頻應(yīng)用中最典型、最常

48、用的一種，其組成如圖4-1所示，由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩部分組成所謂直接序列(DS)擴(kuò)頻，就是直接用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去擴(kuò)展信號的頻譜。而在接收端，用相同的擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號還原成原始的信息。 信息調(diào)制擴(kuò)頻解擴(kuò)解調(diào)PN碼發(fā)生器B1B2B2D圖4-1 直序擴(kuò)頻系統(tǒng)原理圖假定發(fā)送的是一個頻帶限于以內(nèi)的窄帶信息。將此信息在信息調(diào)制器中先對某一副載額進(jìn)行調(diào)制(例如進(jìn)行調(diào)幅或窄帶調(diào)頻)，得到一個中心頻率為而帶寬為的信號，即通常的窄帶信號。一般的窄帶通信系統(tǒng)直接將此信號在發(fā)射機(jī)中對射頻進(jìn)行調(diào)制后由天線輻射出去。但在擴(kuò)展頻譜通信中還需要增加一個擴(kuò)展頻譜的處理過程。常用的一種擴(kuò)展頻譜的

49、方法就是用一高碼率的隨機(jī)碼序列對窄帶信號進(jìn)行二相相移鍵控調(diào)制發(fā)送波形。二相相移鍵控相當(dāng)于載波抑制的調(diào)幅雙邊帶信號。這樣得到了帶寬為的載波抑制的寬帶信號。這一擴(kuò)展了頻譜的信號再送到發(fā)射機(jī)中去對射頻進(jìn)行調(diào)制后由天線輻射出去。信號在射頻信道傳輸過程中必然受到各種外來信號的干擾。因此，在收端，進(jìn)入接收機(jī)的除有用信號外還存在干擾信號。假定干擾為功率較強(qiáng)的窄帶信號，寬帶有用信號與干擾信號同時經(jīng)變頻至中心頻率為中頻輸出。不言而喻，對這一中頻寬帶信號必須進(jìn)行解擴(kuò)處理才能進(jìn)行信息解調(diào)。解擴(kuò)實(shí)際上就是擴(kuò)頻的反變換，通常也是用與發(fā)端相同的調(diào)制器，并用與發(fā)端完全相同的偽隨機(jī)碼序列對收到的寬帶信號再一次進(jìn)行二相相移鍵控

50、。再一次的相移鍵控正好把擴(kuò)頻信號恢復(fù)成相移鍵控前的原始信號。從頻譜上看則表現(xiàn)為寬帶信號被解擴(kuò)壓縮還原成窄帶信號。這一窄帶信號經(jīng)中頻窄帶濾波器后至信息解調(diào)器再恢復(fù)成原始信息。但是對于進(jìn)入接收機(jī)的變窄帶干擾信號，在接收端調(diào)制器中同樣也受到偽隨機(jī)碼的雙相相移鍵控調(diào)制，它反而使窄帶干擾變成寬度干擾信號。由于干擾信號頻譜的擴(kuò)展，經(jīng)過中頻窄帶通濾波作用，只允許通帶內(nèi)的干擾通過，使干擾功率大為減少。由此可見，接收機(jī)輸入端的信號與噪聲經(jīng)過解擴(kuò)處理，使信號功率集中起來通過濾波器，同時使干擾功率擴(kuò)散后被濾波器大量濾除，結(jié)果便大大提高了輸出端的信號噪聲功率比。這一過程說明了直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的基本原理和它是怎樣通過對信號

51、進(jìn)行擴(kuò)頻與解擴(kuò)處理從而獲得提高輸出信噪比的好處的。它體現(xiàn)了直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾能力。 4.2 直序擴(kuò)頻碼分多址通信系統(tǒng) 多址通信系統(tǒng)指的是許多用戶組成的一個通信網(wǎng)，網(wǎng)中任何兩個用戶都可以通信，而且許多對用戶同時通信時互不不擾。應(yīng)用直序擴(kuò)頻系統(tǒng)就很容易組成這樣一個多址通信系統(tǒng)(網(wǎng))。具體的做法是給每一個用戶分配一個PN碼作為地址碼。首先，利用直序擴(kuò)頻信號中PN碼的相關(guān)特性來區(qū)分不同的用戶，每個用戶只能收到其它用戶按其地址碼發(fā)來的信號，此時自相關(guān)特性出現(xiàn)峰值，可以判別出是有用信號。對于其它用戶發(fā)來的別的信號，因PN碼不同時互相關(guān)值很小，不會被解擴(kuò)出來。其次，利用直序擴(kuò)頻信號中頻譜擴(kuò)展，功率譜密度很

52、低，因此可以有許多用戶共享同一寬頻帶。此時相互之間干擾很小，可以當(dāng)作噪聲處理。另外，每個用戶平占用的頻寬很窄，相對說來，頻譜利用率也是高的。實(shí)現(xiàn)直序擴(kuò)頻碼分多址通信值得注意的問題有：一是要選擇有優(yōu)良互相關(guān)特性的碼。一般多采用有二值或三值相關(guān)特性的碼作為地址碼。同時還需要有一定的數(shù)量。Gold碼就可以作為地址碼來用，它既有較優(yōu)良的相關(guān)特性，也有足夠的數(shù)量可供選。 其二是要注意克服“遠(yuǎn)近”問題。 所謂“遠(yuǎn)一近”問題指的是距離近的用戶的信號強(qiáng)，它會干擾距離遠(yuǎn)的弱信號的接收。解決的辦法是采用自動功率控制，自動調(diào)節(jié)各用戶的發(fā)射功率，使達(dá)到接收機(jī)時各用戶信號功率基本相等，也就是滿足接收機(jī)輸入端等功率的條件

53、，才能正確地區(qū)分有用信號。 其三是同時通話的用戶數(shù)，決定于整個網(wǎng)內(nèi)的噪聲水平。 因此，直序擴(kuò)頻碼分多址系統(tǒng)是一種噪聲受限的系統(tǒng)。隨著用戶數(shù)的增加，通信質(zhì)量逐漸變壞。 4.3 直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的特點(diǎn) 直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的特點(diǎn)有： 1）抗干擾性強(qiáng)抗干擾是擴(kuò)頻通信主要特性之一，比如信號擴(kuò)頻寬度為100倍，窄帶干擾基本上不起作用，而寬帶干擾的強(qiáng)度降低了100倍，如要保持原干擾強(qiáng)度，則需加大100倍總功率，這實(shí)質(zhì)上是難以實(shí)現(xiàn)的。因信號接收需要擴(kuò)頻編碼進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)處理才能得到，所以即使以同類型信號進(jìn)行干擾，在不知道信號的擴(kuò)頻碼的情況下，由于不同擴(kuò)頻編碼之間的不同的相關(guān)性，干擾也不起作用。正因?yàn)閿U(kuò)頻技術(shù)抗干擾性強(qiáng)，美

54、國軍方在海灣戰(zhàn)爭等處廣泛采用擴(kuò)頻技術(shù)的無線網(wǎng)橋來連接分布在不同區(qū)域的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。  2）隱蔽性好因?yàn)樾盘栐诤軐挼念l帶上被擴(kuò)展，單位帶寬上的功率很小，即信號功率譜密度很低，信號淹沒在白噪聲之中，別人難以發(fā)現(xiàn)信號的存在，加之不知擴(kuò)頻編碼，很難拾取有用信號，而極低的功率譜密度，也很少對于其它電信設(shè)備構(gòu)成干擾。  3）易于實(shí)現(xiàn)碼分多址（CDMA）直擴(kuò)通信占用寬帶頻譜資源通信，改善了抗干擾能力，是否浪費(fèi)了頻段？其實(shí)正相反，擴(kuò)頻通信提高了頻帶的利用率。正是由于直擴(kuò)通信要用擴(kuò)頻編碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制發(fā)送，而信號接收需要用相同的擴(kuò)頻編碼作相關(guān)解擴(kuò)才能得到，這就給頻率復(fù)用和多址通信提供了基礎(chǔ)。充分

55、利用不同碼型的擴(kuò)頻編碼之間的相關(guān)特性，分配給不同用戶不同的擴(kuò)頻編碼，就可以區(qū)別不同的用戶的信號，眾多用戶，只要配對使用自己的擴(kuò)頻編碼，就可以互不干擾地同時使用同一頻率通信，從而實(shí)現(xiàn)了頻率復(fù)用，使擁擠的頻譜得到充分利用。發(fā)送者可用不同的擴(kuò)頻編碼，分別向不同的接收者發(fā)送數(shù)據(jù)； 同樣，接收者用不同的擴(kuò)頻編碼，就可以收到不同的發(fā)送者送來的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了多址通信。美國國家航天管理局（NASA)的技術(shù)報告指出：采用擴(kuò)頻通信提高了頻譜利用率。另外，擴(kuò)頻碼分多址還易于解決隨時增加新用戶的問題。 4）抗多徑干擾無線通信中抗多徑干擾一直是難以解決的問題，利用擴(kuò)頻編碼之間的相關(guān)特性，在接收端可以用相關(guān)技術(shù)從多徑信號中提取分離出最強(qiáng)的有用信號，也可把多個路徑來的同一碼序列的波形相加使之得到加強(qiáng)，從而達(dá)到有效的抗多徑干擾。 5）直擴(kuò)通信速率高直擴(kuò)通信速率可達(dá) 2M，8M，11M，無須申請頻率資源，建網(wǎng)簡單，網(wǎng)絡(luò)性能好。 6）抗衰落抗衰落，特別是頻率選擇性衰落，這是室內(nèi)通信環(huán)境下必須解決的問題。由于直擴(kuò)系統(tǒng)的射頻帶寬很寬，小部分頻譜衰落不會使信號頻譜產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變。7）遠(yuǎn)近"效應(yīng)"遠(yuǎn)近"效應(yīng)對直擴(kuò)系統(tǒng)的影響很大。這是因?yàn)殡m然直擴(kuò)系統(tǒng)有一定的處理增益，但是由于有用信號的路徑衰減很大，因而構(gòu)成的威脅就小得多。 7）組網(wǎng)能力擴(kuò)頻技術(shù)本身