第七章 CDMA技術(shù)基礎姜靜

1、第七章 CDMA技術(shù)基礎7.5 CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的容量蜂窩通信系統(tǒng)的容量7.4 CDMA蜂窩網(wǎng)的關鍵技術(shù)蜂窩網(wǎng)的關鍵技術(shù) 7.3 CDMA碼序列碼序列7.2 擴頻通信系統(tǒng)擴頻通信系統(tǒng) 7.1 CDMA技術(shù)基本原理技術(shù)基本原理第七章 CDMA技術(shù)基礎1995年，第一個年，第一個CDMA商用系統(tǒng)運行之后，商用系統(tǒng)運行之后，CDMA技術(shù)理論在全球范圍內(nèi)得到迅速推廣技術(shù)理論在全球范圍內(nèi)得到迅速推廣和應用，和應用，3G三大主流標準均基于三大主流標準均基于CDMA。第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎 7.1 CDMA技術(shù)基本原理技術(shù)基本原理 第七章 CDMA技術(shù)基礎信號用不同的參數(shù)表征得

2、到不同的多址方式：信號用不同的參數(shù)表征得到不同的多址方式：第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-1 FDMA、TDMA、CDMA的比較的比較第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎2.CDMA基本原理基本原理第七章 CDMA技術(shù)基礎CDMA基本工作原理如圖基本工作原理如圖7-2所示。所示。圖圖7-2 碼分多址收發(fā)系統(tǒng)原理圖碼分多址收發(fā)系統(tǒng)原理圖第七章 CDMA技術(shù)基礎 圖圖7-2中，中，d1dN分別是分別是N個用戶的信號，其對應個用戶的信號，其對應的地址碼分別為的地址碼分別為W1WN，假定系統(tǒng)有，假定系統(tǒng)有4個用戶（即個用戶（即N=4），各自的地址碼為），各自的地址碼

3、為W1=1，1，1，1，W2=1，1，1，1，W3=1，1，1，1，W4=1，1，1，1（7-1）假設在某一時刻用戶數(shù)據(jù)信號分別為假設在某一時刻用戶數(shù)據(jù)信號分別為d1=1，d2=1，d3=1，d4=1（7-2）第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-3 碼分多址原理波形碼分多址原理波形第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎3相關檢測相關檢測由上述碼分多址基本工作原理可知，接收端通過由上述碼分多址基本工作原理可知，接收端通過如圖如圖7-4所示的相關檢測器能從混合信號中分離出特所示的相關檢測器能從混合信號中分離出特定用戶的信號，而將其他用戶的信號抑制。定用戶的信號，而將其

4、他用戶的信號抑制。圖圖7-4 相關檢測器相關檢測器第七章 CDMA技術(shù)基礎下面具體分析相關檢測的基本原理。下面具體分析相關檢測的基本原理。設序列周期為設序列周期為P，則檢測器輸出為，則檢測器輸出為b()1()kkTrR WPbb()1()1NikTiTSWP bb()1()1()NikTiTSWP（7-5）（7-6）（7-7）bb1 ()()1()NikiTTSWP（7-8）第七章 CDMA技術(shù)基礎bb1 ()()1()NiiikiTTd SWWPbb1()()1()NiikiTTdWWP由此可見，檢測器的輸出與用戶地址碼的特性密由此可見，檢測器的輸出與用戶地址碼的特性密切相關，若切相關，若（

5、7-9）（7-10）b()11 11()() =0 PikikTjikWWWWikPP（7-11）即用戶的地址碼兩兩正交，則即用戶的地址碼兩兩正交，則rk=dk，也就是說，也就是說，相相關檢測器的輸出只有第關檢測器的輸出只有第k個用戶的信號，其他用戶的個用戶的信號，其他用戶的信號為信號為0，從而達到接收端分離信號的目的。，從而達到接收端分離信號的目的。第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎4.碼分多址待解決的問題碼分多址待解決的問題第七章 CDMA技術(shù)基礎7.5 CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的容量蜂窩通信系統(tǒng)的容量7.4 CDMA蜂窩網(wǎng)的關鍵技術(shù)蜂窩網(wǎng)的關鍵技術(shù) 7.3 CDMA碼序列碼序列

6、7.2 擴頻通信系統(tǒng)擴頻通信系統(tǒng) 7.1 CDMA技術(shù)基本原理技術(shù)基本原理第七章 CDMA技術(shù)基礎 7.2 擴頻通信系統(tǒng)擴頻通信系統(tǒng) 7.2.1 概述概述 1基本概念基本概念第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎有許多調(diào)制技術(shù)所用的傳輸帶寬大于傳輸信息所需有許多調(diào)制技術(shù)所用的傳輸帶寬大于傳輸信息所需要的最小帶寬，但它們并不屬于擴頻通信，例如寬要的最小帶寬，但它們并不屬于擴頻通信，例如寬帶調(diào)頻。帶調(diào)頻。設設W代表系統(tǒng)占用帶寬或信號帶寬，代表系統(tǒng)占用帶寬或信號帶寬，B代表信息代表信息帶寬，則一般認為：帶寬，則一般認為：第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-5 擴頻通信系

7、統(tǒng)的基本組成框圖擴頻通信系統(tǒng)的基本組成框圖第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-6 擴頻通信系統(tǒng)頻譜變換圖擴頻通信系統(tǒng)頻譜變換圖 圖圖7-5中發(fā)送數(shù)據(jù)信號經(jīng)過信中發(fā)送數(shù)據(jù)信號經(jīng)過信息調(diào)制器后輸出的是窄帶信息調(diào)制器后輸出的是窄帶信號號7-6（a），其經(jīng)過擴頻），其經(jīng)過擴頻調(diào)制（加擴）后頻譜被展寬調(diào)制（加擴）后頻譜被展寬（見圖（見圖b），變成擴頻信號；），變成擴頻信號； 在接收機的輸入信號中混有在接收機的輸入信號中混有干擾信號，其功率譜如圖（干擾信號，其功率譜如圖（c）所示，經(jīng)過解擴后有用信號所示，經(jīng)過解擴后有用信號恢復為窄帶信號，而干擾信恢復為窄帶信號，而干擾信號變成擴頻信號（圖（號變成擴頻信號（圖（

8、d）；）； 經(jīng)過窄帶濾波器，使有用信經(jīng)過窄帶濾波器，使有用信號順利通過，而濾除帶外的號順利通過，而濾除帶外的干擾信號（圖（干擾信號（圖（e），這樣，），這樣，對有用信號而言，經(jīng)發(fā)端擴對有用信號而言，經(jīng)發(fā)端擴頻，收端解擴，最終恢復原頻，收端解擴，最終恢復原狀。狀。第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎設擴頻接收機輸入信噪比為設擴頻接收機輸入信噪比為(S/N)i，則，則iiiSSNN式中，式中，Si為輸入信號功率，為輸入信號功率，Ni為輸入噪聲功率。而為輸入噪聲功率。而解擴器輸出信號功率解擴器輸出信號功率oiSS解擴器輸出噪聲功率解擴器輸出噪聲功率oNB式中，式中，為窄帶濾波器輸入端的噪

9、聲功率譜密度為窄帶濾波器輸入端的噪聲功率譜密度（7-12）（7-13）（7-14）第七章 CDMA技術(shù)基礎這樣解擴器輸出信噪比為這樣解擴器輸出信噪比為i/NWoi(/)NBB W Noiioioii(/)SSW SSWSNNB W NB NBN（7-15）（7-16）（7-17）依上述解擴過程可知依上述解擴過程可知第七章 CDMA技術(shù)基礎2log1SCWN（7-18）式中，式中，C為信道容量，單位為為信道容量，單位為bit/s；W為信號頻帶為信號頻帶寬度，單位為寬度，單位為Hz；S為信號平均功率，為信號平均功率，N為噪聲平為噪聲平均功率，單位為均功率，單位為W。第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章

10、CDMA技術(shù)基礎pWGB（7-19）工程上常以工程上常以dB表示，即表示，即p(dB)10logWGB（7-20）它表示了擴頻通信系統(tǒng)信噪比改善的程度，是擴頻通信系統(tǒng)的一它表示了擴頻通信系統(tǒng)信噪比改善的程度，是擴頻通信系統(tǒng)的一個重要的性能指標。個重要的性能指標。第七章 CDMA技術(shù)基礎 （2）抗干擾容限）抗干擾容限通信系統(tǒng)要正常工作，還需要保證輸出端有一定通信系統(tǒng)要正常工作，還需要保證輸出端有一定的信噪比，并需扣除系統(tǒng)內(nèi)部信噪比的損耗，因此的信噪比，并需扣除系統(tǒng)內(nèi)部信噪比的損耗，因此需引入抗干擾容限需引入抗干擾容限Mj，其定義如下：，其定義如下：Mj = Gp（S/N）oLs式中，式中，（S/

11、N）o為輸出端所需的信噪比，而為輸出端所需的信噪比，而Ls為系統(tǒng)損耗。為系統(tǒng)損耗。干擾容限是在保證系統(tǒng)正常工作的條件下，接收機輸入端能干擾容限是在保證系統(tǒng)正常工作的條件下，接收機輸入端能承受的干擾信號比有用信號高出的分貝（承受的干擾信號比有用信號高出的分貝（dB）數(shù)。）數(shù)。干擾容限直接反映了擴頻通信系統(tǒng)接收機允許的極限干擾強干擾容限直接反映了擴頻通信系統(tǒng)接收機允許的極限干擾強度，它往往能比處理增益更確切地表示系統(tǒng)的抗干擾能力。度，它往往能比處理增益更確切地表示系統(tǒng)的抗干擾能力。第七章 CDMA技術(shù)基礎4擴頻通信的特點擴頻通信的特點第七章 CDMA技術(shù)基礎5擴頻通信系統(tǒng)的分類擴頻通信系統(tǒng)的分類此

12、外還有上述四種系統(tǒng)組合的混合系統(tǒng)。最常用此外還有上述四種系統(tǒng)組合的混合系統(tǒng)。最常用的是直接序列擴頻通信系統(tǒng)和跳頻擴頻通信系統(tǒng)的是直接序列擴頻通信系統(tǒng)和跳頻擴頻通信系統(tǒng)的混合系統(tǒng)。的混合系統(tǒng)。第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-7 擴頻通信系統(tǒng)模型擴頻通信系統(tǒng)模型第七章 CDMA技術(shù)基礎下面依次介紹各種擴頻通信系統(tǒng)，重點是廣泛應下面依次介紹各種擴頻通信系統(tǒng)，重點是廣泛應用的直接序列擴頻和跳頻擴頻通信系統(tǒng)，而其余擴用的直接序列擴頻和跳頻擴頻通信系統(tǒng)，而其余擴頻系統(tǒng)只作簡單介紹。頻系統(tǒng)只作簡單介紹。第七章 CDMA技術(shù)基礎1直接序列擴頻通信系統(tǒng)直接序列擴頻通信系統(tǒng)第七章 CDMA技術(shù)基礎從時域上看，發(fā)端

13、的擴頻過程可表示為從時域上看，發(fā)端的擴頻過程可表示為s(t)=b(t)c(t)（7-22）由圖由圖7-8（c）可見，這相當于載波）可見，這相當于載波b(t)的相位受到了的相位受到了高速擴頻碼（高速擴頻碼（PN）序列）序列c(t)的調(diào)制，在接收端，設的調(diào)制，在接收端，設本地恢復的碼序列用本地恢復的碼序列用表示，解擴后的信號用表示，解擴后的信號用表示，于是有表示，于是有( )( ) ( )b ts t c t（7-23）這相當于這相當于b(t)的已調(diào)相位在收端受到的已調(diào)相位在收端受到二次調(diào)制二次調(diào)制當本地碼與發(fā)端碼同步，當本地碼與發(fā)端碼同步，即即如圖如圖7-8（d），則），則( )b t( )c

14、t( )c t( )( )c tc t第七章 CDMA技術(shù)基礎2( )( ) ( )( ) ( ) ( )( )( )( )b ts t c tb t c t c tb t ctb t（7-24）圖圖7-8 直擴系統(tǒng)各點的波形和頻譜圖直擴系統(tǒng)各點的波形和頻譜圖第七章 CDMA技術(shù)基礎這相當于載波這相當于載波b(t)在發(fā)端被反轉(zhuǎn)的相位在收端被再次在發(fā)端被反轉(zhuǎn)的相位在收端被再次反轉(zhuǎn)，恢復為載波的原始相位，即解擴為載波信號反轉(zhuǎn)，恢復為載波的原始相位，即解擴為載波信號，如圖，如圖7-8（e）所示。）所示。當本地碼與發(fā)端碼不同步，即當本地碼與發(fā)端碼不同步，即，如圖，如圖7-8(f)所示是碼相位不同步的情

15、形，則所示是碼相位不同步的情形，則( )( )c tc t( )( ) ( )( ) ( ) ( )b ts t c tb t c t c t（7-25）顯然，此時載波顯然，此時載波b(t)在發(fā)端被反轉(zhuǎn)的相位無法被正確在發(fā)端被反轉(zhuǎn)的相位無法被正確恢復，恢復，依然是一個相位受到高速序列調(diào)制的信依然是一個相位受到高速序列調(diào)制的信號，即擴頻信號，即收端無法解擴，如圖號，即擴頻信號，即收端無法解擴，如圖7-8（g）所示。所示。( )b t第七章 CDMA技術(shù)基礎由于擴頻信號的帶寬遠大于信息信號帶寬，這樣由于擴頻信號的帶寬遠大于信息信號帶寬，這樣相對于擴頻信號很寬的帶寬，可近似將信息信號的相對于擴頻信號

16、很寬的帶寬，可近似將信息信號的頻譜函數(shù)用頻譜函數(shù)用(f)來表示。設碼序列的頻譜函數(shù)為來表示。設碼序列的頻譜函數(shù)為C(f)，擴頻信號的頻譜函數(shù)用，擴頻信號的頻譜函數(shù)用S(f)表示，則依卷積定里表示，則依卷積定里可得可得( )( )* ( )( )S fC ffC f（7-26）由此可見，用高速碼序列直接乘以信息信號可實現(xiàn)由此可見，用高速碼序列直接乘以信息信號可實現(xiàn)擴頻，進一步擴頻帶寬取決于所使用的碼序列的帶擴頻，進一步擴頻帶寬取決于所使用的碼序列的帶寬。寬。第七章 CDMA技術(shù)基礎DS系統(tǒng)的處理增益系統(tǒng)的處理增益pWGB（7-27）第七章 CDMA技術(shù)基礎第一種：第一種：其簡單框圖如圖其簡單框圖

17、如圖7-9所示。在這種系統(tǒng)中，地址碼和所示。在這種系統(tǒng)中，地址碼和擴頻碼各自采用不同的碼擴頻碼各自采用不同的碼圖圖7-9 碼分與直擴結(jié)合方案（一）碼分與直擴結(jié)合方案（一）第七章 CDMA技術(shù)基礎第二種：第二種：簡單框圖如圖簡單框圖如圖7-10所示。在這種系統(tǒng)中地址碼和擴所示。在這種系統(tǒng)中地址碼和擴頻碼合用一個碼。頻碼合用一個碼。圖圖7-10 碼分與直擴結(jié)合方案（碼分與直擴結(jié)合方案（二）二）第七章 CDMA技術(shù)基礎2跳頻擴頻通信系統(tǒng)跳頻擴頻通信系統(tǒng)跳頻（跳頻（FrequencyHopping，F(xiàn)H）通信系統(tǒng)所使）通信系統(tǒng)所使用的載波頻率受一組快速變化的偽隨機碼控制而偽用的載波頻率受一組快速變化的

18、偽隨機碼控制而偽隨機地跳變。通常將這種載波跳變的規(guī)律稱作隨機地跳變。通常將這種載波跳變的規(guī)律稱作“跳跳頻圖案頻圖案”。圖圖7-11 跳頻頻率集跳頻頻率集第七章 CDMA技術(shù)基礎跳頻系統(tǒng)的組成框圖如圖跳頻系統(tǒng)的組成框圖如圖7-12所示。所示。圖圖7-12 跳頻系統(tǒng)組成方框圖跳頻系統(tǒng)組成方框圖第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-13 跳跳頻頻系系統(tǒng)統(tǒng)的的信信號號波波形形示示意意圖圖第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-14 跳頻信號的跳頻信號的頻域表示頻域表示 圖圖7-15 跳頻圖案跳頻圖案及時頻矩陣及時頻矩陣第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎跳

19、頻系統(tǒng)的處理增益跳頻系統(tǒng)的處理增益pWGNB（7-28）第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-16 線性調(diào)頻信號波形線性調(diào)頻信號波形第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-17所示是線性調(diào)頻的示意圖。所示是線性調(diào)頻的示意圖。發(fā)端發(fā)端：由一鋸齒波信號去控制壓控振蕩器；：由一鋸齒波信號去控制壓控振蕩器；收端收端：線性調(diào)頻脈沖由匹配濾波器進行壓縮，把能：線性調(diào)頻脈沖由匹配濾波器進行壓縮，把能量集中在一個很短的時間內(nèi)輸出，從而提高了信噪量集中在一個很短的時間內(nèi)輸出，從而提高了信噪比，獲得了處理增益。比，獲得了處理增益。圖圖7-17 線性調(diào)頻的示意圖線性調(diào)頻的示意圖第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖

20、7-18 跳時擴頻系統(tǒng)跳時擴頻系統(tǒng)第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-19 FH/DS系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)原理框圖第七章 CDMA技術(shù)基礎FH/DS信號頻譜如圖信號頻譜如圖7-20所示。占有一定帶寬的直所示。占有一定帶寬的直擴信號按照跳頻圖案偽隨機地出現(xiàn)，每個直擴信號擴信號按照跳頻圖案偽隨機地出現(xiàn)，每個直擴信號在瞬間只覆蓋系統(tǒng)總帶寬的一部分。在瞬間只覆蓋系統(tǒng)總帶寬的一部分。圖圖7-20 FH/DS信號頻譜信號頻譜第七章 CDMA技術(shù)基礎混合系統(tǒng)的處理增益為各單一增益的乘積，即混合系統(tǒng)的處理增益為各單一增益的乘積，即DSpWGNB（7-29）或或DSp(dB)10log10logWGNB（7-30）第七

21、章 CDMA技術(shù)基礎7.5 CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的容量蜂窩通信系統(tǒng)的容量7.4 CDMA蜂窩網(wǎng)的關鍵技術(shù)蜂窩網(wǎng)的關鍵技術(shù) 7.3 CDMA碼序列碼序列7.2 擴頻通信系統(tǒng)擴頻通信系統(tǒng) 7.1 CDMA技術(shù)基本原理技術(shù)基本原理第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎（1）有足夠多的碼；）有足夠多的碼；（2）有尖銳的自相關特性；）有尖銳的自相關特性；（3）有處處為零的互相關特性；）有處處為零的互相關特性；（4）不同碼元數(shù)平衡相等；）不同碼元數(shù)平衡相等；（5）盡可能大的復雜度。）盡可能大的復雜度。目前還找不到能同時滿足這些特性的碼序列。目前還找不到能同時滿足這些特性的碼序列。目前廣泛使用的碼

22、序列可分為兩類：沃爾什碼和偽目前廣泛使用的碼序列可分為兩類：沃爾什碼和偽隨機（隨機（PseudoNoise，PN）碼。沃爾瑪適合做地址）碼。沃爾瑪適合做地址碼，偽隨機碼適合做擴頻碼。碼，偽隨機碼適合做擴頻碼。第七章 CDMA技術(shù)基礎其中其中PN碼有一個很大的家族，包含很多碼組，碼有一個很大的家族，包含很多碼組，例如例如m序列、序列、M序列、序列、Gold序列、序列、GL（Gold-like）序列、序列、R-S序列和序列和DBCH序列等等。序列等等。7.3.2相關函數(shù)相關函數(shù)數(shù)字信息傳輸中，任意兩個數(shù)字信息傳輸中，任意兩個信號之間的相似程度信號之間的相似程度（或差別）用相關函數(shù)來表征，包括自相關

23、函數(shù)和（或差別）用相關函數(shù)來表征，包括自相關函數(shù)和互相關函數(shù)。互相關函數(shù)。自相關函數(shù)表征一個信號與自身延遲信號間的相自相關函數(shù)表征一個信號與自身延遲信號間的相似性。似性。第七章 CDMA技術(shù)基礎周期函數(shù)周期函數(shù)s(t)的自相關函數(shù)定義為的自相關函數(shù)定義為2s2( )( ) ()dTTRs t s tt2s21( )( ) ()dTTs t s ttT （7-31）（7-32）自相關系數(shù)定義為自相關系數(shù)定義為式中，式中，T為為s(t)的周期。的周期。 對于取值為對于取值為1和和1的實周期序列的實周期序列xn，自相關，自相關函數(shù)定義為函數(shù)定義為10( )PxiijiRjx x（7-33）第七章 C

24、DMA技術(shù)基礎式中，式中，P為序列周期。而其自相關系數(shù)定義為為序列周期。而其自相關系數(shù)定義為101( )Pxiijijx xP（7-34） 互相關函數(shù)表征兩個不同信號間的相似性。相應互相關函數(shù)表征兩個不同信號間的相似性。相應地可定義周期函數(shù)地可定義周期函數(shù)x(t)及及y(t)的互相相關函數(shù)為的互相相關函數(shù)為22( )( ) ()dTTxyRx t y tt（7-35）而互相關系數(shù)為而互相關系數(shù)為221( )( ) ()dTTxyRx t y ttT（7-36）第七章 CDMA技術(shù)基礎對于取值為對于取值為1和和1且周期相同的實周期序列且周期相同的實周期序列xn、yn，其互相關函數(shù)為，其互相關函數(shù)

25、為10( )PxyiijiRjx y（7-37）而其互相關系數(shù)為而其互相關系數(shù)為101( )Pxyiijijx yP（7-38）第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎7.3.3 Walsh碼碼第七章 CDMA技術(shù)基礎哈德碼矩陣具有以下遞推關系。哈德碼矩陣具有以下遞推關系。02H=H1=1（7-39）1111222221,2,3,rrrrrHHHrHH （7-40）當當r=1時，有時，有11122111111HHHHHH第七章 CDMA技術(shù)基礎當當r=2時，有時，有22242221111111111111111HHHHHH并可依次遞推下去。并可依次遞推下去。將哈德碼矩陣的每一行看作一個

26、二元序列，則將哈德碼矩陣的每一行看作一個二元序列，則N=2r階哈德碼矩陣共有階哈德碼矩陣共有N個序列。構(gòu)成一個正交序個序列。構(gòu)成一個正交序列集，其中每個序列長度都為列集，其中每個序列長度都為N，任意兩個相互正，任意兩個相互正交，這組序列即為交，這組序列即為Walsh序列。通常用（序列。通常用（n=0，1，2N1）表示長度為）表示長度為N的第的第n個個Walsh序列。序列。第七章 CDMA技術(shù)基礎Walsh序列與哈德碼矩陣的對應關系如下。序列與哈德碼矩陣的對應關系如下。nNW=HNn+ 1 n=0，1，2，N-1 （7-39）04W第七章 CDMA技術(shù)基礎1111111111111111沃爾什函

27、數(shù)具有如下特征。沃爾什函數(shù)具有如下特征。（1）正交性。若）正交性。若r為非負整數(shù)，為非負整數(shù)，N=2r，而，而m和和n=0，1，2，N1，則，則10( )( )0NmnNNiNmnWi Wimn當時當時（7-42）即在同一周期中，沃爾什序列是正交的。即在同一周期中，沃爾什序列是正交的。第七章 CDMA技術(shù)基礎（2）平衡性。除）平衡性。除以外，其他以外，其他序列在一個序列在一個周期內(nèi)均值為周期內(nèi)均值為0。（3）兩個沃爾什函數(shù)相乘，乘積仍是沃爾什函）兩個沃爾什函數(shù)相乘，乘積仍是沃爾什函數(shù)。數(shù)。mnmnNNNWWW（7-43）其中，其中，是是m和和n對應的二進制數(shù)逐位模對應的二進制數(shù)逐位模2加后加后

28、所對應的十進制數(shù)。這表明沃爾什函數(shù)對于乘法是所對應的十進制數(shù)。這表明沃爾什函數(shù)對于乘法是自閉的。自閉的。（4）沃爾什函數(shù)集是完備的，即長度為）沃爾什函數(shù)集是完備的，即長度為N的沃爾的沃爾0NW0NWmn第七章 CDMA技術(shù)基礎什函數(shù)（序列）有什函數(shù)（序列）有N個（相互正交）。個（相互正交）。（5）沃爾什函數(shù)在嚴格同步時是完全正交的；）沃爾什函數(shù)在嚴格同步時是完全正交的；（6）沃爾什函數(shù)的頻帶寬度取決于其最短游程）沃爾什函數(shù)的頻帶寬度取決于其最短游程的長度（設為的長度（設為Ti），近似等于），近似等于1/Ti。設。設的持續(xù)時的持續(xù)時間為間為T，則其最短游程的長度為，則其最短游程的長度為(0,1,

29、2,1)1nTTnNn（7-44）nNW則對應的頻帶寬度為則對應的頻帶寬度為1nfT （7-45）（7）沃爾什函數(shù)的自相關函數(shù)和互相關函數(shù)特）沃爾什函數(shù)的自相關函數(shù)和互相關函數(shù)特性也不理想。性也不理想。第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎基于圖基于圖7-21所示的所示的2叉樹可構(gòu)造叉樹可構(gòu)造OVSF碼。碼。OVSF碼的樹圖如圖碼的樹圖如圖7-22所示。樹圖中所有分支節(jié)點數(shù)都所示。樹圖中所有分支節(jié)點數(shù)都按按2n發(fā)展，其中：發(fā)展，其中：n=0，1，2，；圖圖7-21 構(gòu)造構(gòu)造OVSF碼的碼的2叉樹叉樹第七章 CDMA技術(shù)基礎由圖由圖7-22知，知，OVSF碼的碼長、該長度下碼的數(shù)碼的碼

30、長、該長度下碼的數(shù)目及擴頻因子三者在數(shù)值上是相等的。目及擴頻因子三者在數(shù)值上是相等的。第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-22 OVSF碼碼樹樹形形結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)圖圖第七章 CDMA技術(shù)基礎解：由圖解：由圖7-22可看出，當可看出，當被采用作為速被采用作為速率率307.2kbit/s的擴頻碼，即的擴頻碼，即307.2kbit/s4=1.2288Mbit/s，則其后面所有分支，即，則其后面所有分支，即后面所有延長碼后面所有延長碼，等就不能再作為擴頻碼。等就不能再作為擴頻碼。繼續(xù)下去，當選繼續(xù)下去，當選=1111111111111111作為速率作為速率76.8kbit/s擴頻碼擴頻碼76.8kbit/s*1

31、6=1.2288Mbit/s，則其后面所有分支所構(gòu)成的延長碼均不能再采用作，則其后面所有分支所構(gòu)成的延長碼均不能再采用作為擴頻碼。為擴頻碼。141 1 1 1W 14W18W58W316W第七章 CDMA技術(shù)基礎而按照上述非延長（或異前置）原則選取的碼組而按照上述非延長（或異前置）原則選取的碼組、是不等長的正交碼組，其中：是不等長的正交碼組，其中：14W28W316W：114W28W316W第七章 CDMA技術(shù)基礎不難驗證三者間的確滿足正交性，即不難驗證三者間的確滿足正交性，即12132348416816( )( )( )( )( )( )0iiiW i WiW i WiWi Wi（7-46）

32、第七章 CDMA技術(shù)基礎7.3.5 m序列序列1偽隨機碼（偽隨機碼（PN）的概念）的概念第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-24所示為線性反饋移位寄存器序列發(fā)生器結(jié)所示為線性反饋移位寄存器序列發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖，用于產(chǎn)生各種周期性碼序列。構(gòu)圖，用于產(chǎn)生各種周期性碼序列。其中其中C1，C2，Cn1，Cn為各級寄存器相應的連為各級寄存器相應的連接系數(shù)，取值為接系數(shù)，取值為0和和1。在此結(jié)構(gòu)中，。在此結(jié)構(gòu)中，01nCCC1，C2，Cn1取不同的值，將產(chǎn)生不同的周取不同的值，將產(chǎn)生不同的周期序列。期序列。第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-24 線性反饋移位寄存器序列發(fā)生器線性反饋移位寄存器

33、序列發(fā)生器第七章 CDMA技術(shù)基礎反饋網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)可以用如下多項式來表示。反饋網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)可以用如下多項式來表示。 2012nnG xCC xC xC x（7-47）第七章 CDMA技術(shù)基礎圖7-25（a）所示為一3級反饋移位寄存器序列發(fā)生器。其中D1，D2和D3組成三級移位寄存器，模2加法器構(gòu)成線性反饋網(wǎng)絡。對應的生成多項式為 231G xxx（7-48）第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-25 三級移位寄存器構(gòu)成的碼序列發(fā)生器三級移位寄存器構(gòu)成的碼序列發(fā)生器第七章 CDMA技術(shù)基礎 .設D1D2D3的狀態(tài)用Q1Q2Q3表示，則其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖7-26所示。如D1D2D3初態(tài)為111，可見從Q3輸出

34、的碼序列為周期性的1110010，即此碼序列共有7個元素，也稱該碼序列的周期為7。第七章 CDMA技術(shù)基礎 .圖圖7-26 三級移位寄存器序列產(chǎn)生電路三級移位寄存器序列產(chǎn)生電路（a）的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖）的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖第七章 CDMA技術(shù)基礎如果改變一下反饋電路如圖如果改變一下反饋電路如圖7-27（b）所示，此）所示，此時對應的生成多項式變?yōu)闀r對應的生成多項式變?yōu)闋顟B(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖7-27所示。所示。231( )Gxxxx（7-49）第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-27 三級移位寄存器序列產(chǎn)生電路（三級移位寄存器序列產(chǎn)生電路（b）的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖）的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDM

35、A技術(shù)基礎 (3) (3) 第七章 CDMA技術(shù)基礎(4) m序列的生成多項式 第七章 CDMA技術(shù)基礎 1ikiiPP 21nnPJnn第七章 CDMA技術(shù)基礎 第七章 CDMA技術(shù)基礎級數(shù)級數(shù)n周期周期P（八進制）（八進制）37134152353145，67，75663103，147，1557127203，211，217，235，277，313，325，345，3678255435，453，537，543，545，551，703，74795111021，1055，1131，1157，1167，11751010232011，2033，2157，2443，2745，34711120274005

36、，4445，5023，5263，6211，7363級數(shù)級數(shù)n周期周期P（八進制）（八進制）12409510123，11417，12515，13505，14127，1505313819120023，23261，24633，30741，32535，37505141638342103，51761，55753，60153，71147，674011532765100003，110013，120265，133663，1423051665531210013，233303，307572，311405，34743317131061400011，411335，444257，527427，646775第七章 CDM

37、A技術(shù)基礎例例7-2 m7-2 m序列反饋系數(shù)表的使用序列反饋系數(shù)表的使用 寫出寫出nn= =7 7時，反饋系數(shù)時，反饋系數(shù)235235對應的本原多項式對應的本原多項式及其互反多項式。及其互反多項式。解：首先將反饋系數(shù)化為二進制解：首先將反饋系數(shù)化為二進制 2 3 52 3 5 10 011 101 10 011 101第七章 CDMA技術(shù)基礎所得即為對應的連接系數(shù)。所得即為對應的連接系數(shù)。1 0 0 1 1 1 0 11 0 0 1 1 1 0 1C C7 7 C C6 6 C C5 5 C C4 4 C C3 3 C C2 2 C C1 1 C C0 0從而所求本原多項式為從而所求本原多項

38、式為ff( (x x) =) =x x7 7 + +x x4 4 + +x x3 3 + +x x2 2 + 1 + 1其互反多項式為其互反多項式為ffR R( (x x) =) =x xn nf f(1/(1/x x) = 1 +) = 1 +x x3 3 + +x x4 4 + +x x5 5 + +x x7 7 第七章 CDMA技術(shù)基礎(5) m(5) m序列發(fā)生器的種類序列發(fā)生器的種類 簡單型（簡單型（SSRGSSRG）結(jié)構(gòu)如圖）結(jié)構(gòu)如圖7-287-28所示所示 第七章 CDMA技術(shù)基礎SSRGSSRG的最高工作頻率為：的最高工作頻率為：（7-527-52） 式中，式中，TRTR為移位

39、寄存器時延，為移位寄存器時延，T TM M為模為模2 2加法器的時延。加法器的時延。圖圖7-28 SSRG7-28 SSRG結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)maxRM1 fTT第七章 CDMA技術(shù)基礎組件型（組件型（MSRGMSRG）結(jié)構(gòu)，圖）結(jié)構(gòu)，圖7-297-29所示所示 其最高工作頻率為其最高工作頻率為 ：（7-537-53）Ci = Fni （7-537-53） maxRM1 fTTSSRGSSRG和和MSRGMSRG可以互相轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換關系如下可以互相轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換關系如下 ：第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-29 MSRG7-29 MSRG結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第七章 CDMA技術(shù)基礎（6 6）m m序列的性質(zhì)序列的性質(zhì) 1

40、1）均衡性均衡性第七章 CDMA技術(shù)基礎 2 2）游程分布）游程分布 第七章 CDMA技術(shù)基礎表表7-27-2m m序列序列“111101011001000”111101011001000”的游程分布的游程分布游程長度游程長度/比特比特游程數(shù)目游程數(shù)目所包含的比特數(shù)所包含的比特數(shù)“1”“0”1224211430134104第七章 CDMA技術(shù)基礎3 3）移位相加特性）移位相加特性 例如例如 ：原序列原序列 11101001110100左移左移2 2位位 10100111010011逐位模逐位模2 2加加 01001110100111第七章 CDMA技術(shù)基礎 序列的平移等價類序列的平移等價類 第

41、七章 CDMA技術(shù)基礎 第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-30 IS-957-30 IS-95中的長碼發(fā)生器中的長碼發(fā)生器第七章 CDMA技術(shù)基礎4 4）周期性）周期性 周期周期PP= =2 2n n1 1。在一個周期中，。在一個周期中，m m序列發(fā)生器序列發(fā)生器中遍歷所有非零狀態(tài)中遍歷所有非零狀態(tài) 。5 5）相關特性）相關特性 m m序列是一種偽隨機序列，具有隨機性，其自相關序列是一種偽隨機序列，具有隨機性，其自相關函數(shù)具有二值特性，但互相關函數(shù)是多值的。函數(shù)具有二值特性，但互相關函數(shù)是多值的。第七章 CDMA技術(shù)基礎11PiijijPx xijijxxx x11Piiy 11111PPiij

42、iiijx xyPPP 第七章 CDMA技術(shù)基礎 1PiiyP 11111PPiijiiijx xyPP 1010jjjP第七章 CDMA技術(shù)基礎 ：（7-647-64） jjkP jj第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-31 m7-31 m序列的自相關系數(shù)序列的自相關系數(shù)第七章 CDMA技術(shù)基礎 圖圖7-327-32給出了給出了R R( ( ) )的波形。顯然當周期的波形。顯然當周期PTPTc c很長很長及碼片寬度及碼片寬度T Tc c很小時，很小時，R R( ( ) )逼近白噪聲的自相關函逼近白噪聲的自相關函數(shù)數(shù) ( ( )偽噪聲。偽噪聲。 ccc111PTPTRTP第七章 CDMA技術(shù)基礎圖

43、圖7-32 m7-32 m序列的自相關函數(shù)序列的自相關函數(shù) 第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎x1000010010110011111000110111010y11111011100010101101000011101000123456789101112131415161718192021222324252627282930Rc( )9171997177111979771177171191111第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎 2221 12 ,nxyt nRt nt n這里表示取實數(shù)的整數(shù)部分圖圖7-33 7-33 兩條兩條m m序列（序列（PP= =3131）

44、的互相關函數(shù)和自相關函數(shù)的互相關函數(shù)和自相關函數(shù)第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎nP = 2n1JnQQ/PMnt(n)t(n)/P37250.71250.71415290.60090.605316110.35390.306636130.362170.26712718410.326170370330.139511481130.222330.06101 023603830.373650.06112 0471762870.144650.03124 09514414070.3401290.03138 1916307030.0941290.0161416 38

45、375656730.3432570.0161532 7671 80020470.0622570.007 81665 5352 04840950.0305130.007 8第七章 CDMA技術(shù)基礎 即為即為m m序列的功率譜，如圖序列的功率譜，如圖7-347-34所示?？梢姡核尽？梢姡?2c22c 011iiPiG ffSaT ffPTPP圖圖7-34 m7-34 m序列的功率譜序列的功率譜第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-35 Gold7-35 Gold序列產(chǎn)生電序列產(chǎn)生電路模型路模型第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDM

46、A技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎碼長碼長2n1互相關系數(shù)互相關系數(shù)出現(xiàn)概率出現(xiàn)概率n為奇數(shù)為奇數(shù)1/(2n1)0.50.5n為偶數(shù)為偶數(shù)1/(2n1)0.750.2512(21)/(21)nn12(21)/(21)nn22(21)/(21)nn22(21)/(21)nn第七章 CDMA技術(shù)基礎 第七章 CDMA技術(shù)基礎碼分系統(tǒng)中所有地址碼在運行中均是周期性重復的碼分系統(tǒng)中所有地址碼在運行中均是周期性重復的序列（不是單個的地址碼）。即：序列（不是單個的地址碼）。即：（7-687-68）其中，其中，T T是是a ai i( (t t) )的長度（持續(xù)時間），即。顯然，的長度（持續(xù)時間），即。顯然

47、，c ci i( (t t) )是是a ai i( (t t) )的周期性重復，其周期為的周期性重復，其周期為T T。( )()iinc ta tnTt 第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-36 7-36 同步流程圖同步流程圖 第七章 CDMA技術(shù)基礎下面討論偽隨機碼的同步問題，令下面討論偽隨機碼的同步問題，令c ci i( (t t ) )為接收到的為接收到的偽碼，為本地碼，即：偽碼，為本地碼，即：（7-697-69） 同步過程就是使這個目標通過捕獲和跟蹤兩個階段來同步過程就是使這個目標通過捕獲和跟蹤兩個階段來實現(xiàn)的。即捕獲實現(xiàn)粗同步：實現(xiàn)的。即捕

48、獲實現(xiàn)粗同步：而進一步的精確同步由跟蹤來實現(xiàn)：而進一步的精確同步由跟蹤來實現(xiàn)： 。()()()()iiiinnc ta tnTc ta tnT c| |T | | 0 =第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-37 7-37 滑動相關捕獲原理方框圖滑動相關捕獲原理方框圖(1)(1)偽隨機碼的捕獲偽隨機碼的捕獲 方法：主要有相關法和匹配濾波法。其中最常見方法：主要有相關法和匹配濾波法。其中最常見和最常用的是滑動相關法，圖和最常用的是滑動相關法，圖7-377-37所示為滑動相所示為滑動相關捕獲原理方框圖。關捕獲原理方框圖。第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-38 7-38 兩偽碼相關曲線和時間差兩偽碼相關曲線

49、和時間差原理：原理：基于基于PNPN碼尖銳的自相關函數(shù)。碼尖銳的自相關函數(shù)。 圖圖7-387-38給出給出了接收到的偽隨機碼與本地碼（了接收到的偽隨機碼與本地碼（m m序列）的相關曲序列）的相關曲線（見圖（線（見圖（a a）及時間差的關系（見圖（）及時間差的關系（見圖（b b）。）。 第七章 CDMA技術(shù)基礎同步檢測原理如下：求接收偽碼同步檢測原理如下：求接收偽碼c c( (t t ) )與本地偽碼的與本地偽碼的相關函數(shù)。相關函數(shù)。（7-707-70）并與某一閾值并與某一閾值A A比較，若，則判定捕獲完成；反之判定比較，若，則判定捕獲完成；反之判定捕獲未完成。捕獲未完成。0() () d()(

50、)Tiic tc tRR第七章 CDMA技術(shù)基礎(2(2）偽隨機碼的跟蹤）偽隨機碼的跟蹤 第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-39 7-39 延遲鎖相環(huán)原理框圖延遲鎖相環(huán)原理框圖第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-40 7-40 偽碼相關曲線和誤差曲線偽碼相關曲線和誤差曲線第七章 CDMA技術(shù)基礎7.5 CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的容量蜂窩通信系統(tǒng)的容量7.4 CDMA蜂窩網(wǎng)的關鍵技術(shù)蜂窩網(wǎng)的關鍵技術(shù) 7.3 CDMA碼序列碼序列7.2 擴頻通信系統(tǒng)擴頻通信系統(tǒng) 7.1 CDMA技術(shù)基本原理技術(shù)基本原理第七章 CDMA技術(shù)基礎7.4 CDMA7.4 CDMA蜂窩網(wǎng)的關鍵技術(shù)蜂窩網(wǎng)的關

51、鍵技術(shù) 在碼分數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)中，所有的用戶在在碼分數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)中，所有的用戶在通信過程中都可以共享同一個無線頻道，所以其中通信過程中都可以共享同一個無線頻道，所以其中任何一個用戶的通信信號對其他用戶的通信都是一任何一個用戶的通信信號對其他用戶的通信都是一個干擾，即個干擾，即MAIMAI。 第七章 CDMA技術(shù)基礎1.1.功率控制功率控制圖圖7-41 7-41 遠近效應遠近效應第七章 CDMA技術(shù)基礎 在在FDMAFDMA、TDMATDMA移動通信系統(tǒng)中，由于各信道使用不同的移動通信系統(tǒng)中，由于各信道使用不同的頻率或時隙，并且各信道間有相應的保護帶或保護時間，遠頻率或時隙，并且各信

52、道間有相應的保護帶或保護時間，遠近效應不太突出。而在（直擴）近效應不太突出。而在（直擴）CDMACDMA移動通信系統(tǒng)中，所有移動通信系統(tǒng)中，所有用戶共享同一個載波，發(fā)送時間也不分先后，遠近效應十分用戶共享同一個載波，發(fā)送時間也不分先后，遠近效應十分嚴重，甚至影響到了系統(tǒng)容量，因此嚴重，甚至影響到了系統(tǒng)容量，因此CDMACDMA系統(tǒng)必須要采用功系統(tǒng)必須要采用功率控制技術(shù)。率控制技術(shù)。 第七章 CDMA技術(shù)基礎第七章 CDMA技術(shù)基礎上行鏈路功率控制有效解決了遠近效應問題，最大限度地減小上行鏈路功率控制有效解決了遠近效應問題，最大限度地減小多址干擾，擴大系統(tǒng)容量。多址干擾，擴大系統(tǒng)容量。 第七章 CDMA技術(shù)基礎 第七章 CDMA技術(shù)基礎2.2. RAKERAKE接收技術(shù)接收技術(shù) RAKERAKE接收機的工作原理接收機的工作原理 ： 作用：克服多徑效應問題，等效增加了接收功率作用：克服多徑效應問題，等效增加了接收功率（或發(fā)射功率）。（或發(fā)射功率）。 第七章 CDMA技術(shù)基礎圖圖7-