第二章CDMA基本原理

CDMA基本原理

CDMA含義和實現(xiàn)擴頻通信定義、特點及分類

CDMA中使用的擴頻碼聲碼器（VOCODER）的作用和類型主要內(nèi)容傳輸介質(zhì)每對用戶各自通過傳輸介質(zhì)使用一專用電路通信而彼此并不知道其他用戶的存在。多址技術(shù)：多個獨立用戶同時使用傳輸介質(zhì)而互不影響。

自從電話技術(shù)和無線電技術(shù)問世以來，人們就在試圖通過單條電路傳送盡可能多的業(yè)務(wù)。傳輸介質(zhì)類型舉例：雙絞線同軸電纜光纜空中接口(無線電信號)采用多址技術(shù)的好處增加系統(tǒng)的容量，為更多的用戶提供服務(wù)因為所需傳輸媒介減少，降低了系統(tǒng)成本降低單用戶的費用多址技術(shù)的概念CDMA含義和實現(xiàn)FrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFDMATDMACDMA信道：通過傳輸媒介為一個用戶傳送信息的專用通路。物理傳輸介質(zhì)是一種可以根據(jù)所采用的不同技術(shù)進一步劃分為單個信道的資源。幾種流行的多址技術(shù)：FDMA頻分多址每個用戶使用不同的頻率一個信道對應(yīng)一個頻率TDMA時分多址每個用戶使用不同的時隙一個信道就是特定頻率的特定時隙CDMA碼分多址一個信道對應(yīng)一種獨特的碼序列。每個用戶使用相同的頻率，但采用不同的碼序列。信道的含義CDMA含義和實現(xiàn)CDMA是碼分多址10,45or80MHzCDMA頻點與信道CDMA反向信道1.25MHzCDMA前向信道1.25MHz碼分信道頻率CodeDivisionMultipleAccessCDMA含義和實現(xiàn)CDMA含義和實現(xiàn)

擴頻通信定義、特點及分類

CDMA中使用的擴頻碼聲碼器（VOCODER）的作用和類型主要內(nèi)容

擴展頻譜（SS:SpreadSpectrum)通信簡稱擴頻通信。

擴頻通信技術(shù):在發(fā)端采用擴頻碼調(diào)制，使信號所占的頻帶寬度遠大于所傳信息必須的帶寬，在收端采用相同的擴頻碼進行相關(guān)解調(diào)來解擴以恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。擴頻通信的定義擴頻通信定義、特點及分類CDMA擴頻原理發(fā)端數(shù)據(jù)流與一擴頻序列結(jié)合到一起在終接端，只要具備正確的定時和擴頻序列，合成信號可以被壓縮并恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)壓縮頻譜后，恢復(fù)出的原始數(shù)據(jù)流仍然保持完整。發(fā)端終接端擴頻序列擴頻序列輸入數(shù)據(jù)(基帶)恢復(fù)出的數(shù)據(jù)(基帶)擴頻后的數(shù)據(jù)流(基帶信號+擴頻序列)擴頻通信定義、特點及分類擴頻通信基本原理原始數(shù)據(jù)恢復(fù)數(shù)據(jù)基帶調(diào)制擴頻射頻調(diào)制擴頻碼發(fā)生器射頻載波產(chǎn)生射頻解調(diào)解擴基帶解調(diào)本地擴頻碼發(fā)生器本地射頻載波產(chǎn)生擴頻通信理論擴頻通信基本原理1.25MHz30KHz功率擴散到更寬的頻帶上MATHHAMMERMATHHAMMER擴頻通信理論不同用戶使用不同的擴頻碼擴頻通信定義、特點及分類理論基礎(chǔ)Shanon公式

C=B*log2(1+S/N)C：信道容量，單位b/sB：信號頻帶寬度，單位HzS：信號平均功率，單位WN：噪聲平均功率，單位W結(jié)論：在信道容量C不變的情況下，信號頻帶寬度B與信噪比S/N完全可以互相交換，即可以通過增大傳輸系統(tǒng)的帶寬以在較低信噪比的條件下獲得比較滿意的傳輸質(zhì)量擴頻通信的理論基礎(chǔ)擴頻通信定義、特點及分類處理增益

處理增益和抗干擾容限Gp=W/ΔF

抗干擾容限

Mj=Gp-[(S/N)o+Ls]這里,Gp:處理增益W:擴頻信號的帶寬ΔF:信息帶寬這里,Mj:抗干擾容限Gp:處理增益(S/N)o:輸出端的信噪比Ls:系統(tǒng)損耗擴頻通信理論CDMA含義和實現(xiàn)擴頻通信定義、特點及分類

CDMA中使用的擴頻碼聲碼器（VOCODER）的作用和類型主要內(nèi)容擴頻碼速率：1.2288Mcps；擴頻碼：前向為Walsh碼和PN短碼，反向為PN長碼。CDMA擴頻碼的選擇擴頻碼的使用是擴頻通信的關(guān)鍵點CDMA中使用的擴頻碼Walsh碼的定義:Walsh函數(shù)是一種非正弦波的完備正交函數(shù)系統(tǒng)，可用哈達瑪矩陣H通過遞推關(guān)系構(gòu)成。由于它僅有可能的取值是＋1和－1（或0和1），比較適合于用來表達和處理數(shù)字信號。

Walsh函數(shù)具有理想的互相關(guān)特性。在Walsh函數(shù)中，兩兩之間的互相關(guān)函數(shù)為“0”，亦即它們之間是正交的。Walsh碼的定義CDMA中使用的擴頻碼Walsh

函數(shù)是由哈達瑪矩陣利用遞推關(guān)系產(chǎn)生的哈達瑪矩陣是一個正交的方陣，僅由“＋1”和“－1”構(gòu)成2N

階Walsh

函數(shù)可由如下的遞推關(guān)系得到:Walsh碼－Walsh碼的產(chǎn)生過程000000

1

0

100

110

1

1

0000

1H1H2H4

H2NHNHNHNHN=CDMA中的擴頻碼WALSHCODES#----------------------------------64-ChipSequence------------------------------------------00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101012001100110011001100110011001100110011001100110011001100110011001130110011001100110011001100110011001100110011001100110011001100110400001111000011110000111100001111000011110000111100001111000011115010110100101101001011010010110100101101001011010010110100101101060011110000111100001111000011110000111100001111000011110000111100701101001011010010110100101101001011010010110100101101001011010018000000001111111100000000111111110000000011111111000000001111111190101010110101010010101011010101001010101101010100101010110101010100011001111001100001100111100110000110011110011000011001111001100110110011010011001011001101001100101100110100110010110011010011001120000111111110000000011111111000000001111111100000000111111110000130101101010100101010110101010010101011010101001010101101010100101140011110011000011001111001100001100111100110000110011110011000011150110100110010110011010011001011001101001100101100110100110010110160000000000000000111111111111111100000000000000001111111111111111170101010101010101101010101010101001010101010101011010101010101010180011001100110011110011001100110000110011001100111100110011001100190110011001100110100110011001100101100110011001101001100110011001200000111100001111111100001111000000001111000011111111000011110000210101101001011010101001011010010101011010010110101010010110100101220011110000111100110000111100001100111100001111001100001111000011230110100101101001100101101001011001101001011010011001011010010110240000000011111111111111110000000000000000111111111111111100000000250101010110101010101010100101010101010101101010101010101001010101260011001111001100110011000011001100110011110011001100110000110011270110011010011001100110010110011001100110100110011001100101100110280000111111110000111100000000111100001111111100001111000000001111290101101010100101101001010101101001011010101001011010010101011010300011110011000011110000110011110000111100110000111100001100111100310110100110010110100101100110100101101001100101101001011001101001320000000000000000000000000000000011111111111111111111111111111111330101010101010101010101010101010110101010101010101010101010101010340011001100110011001100110011001111001100110011001100110011001100350110011001100110011001100110011010011001100110011001100110011001360000111100001111000011110000111111110000111100001111000011110000370101101001011010010110100101101010100101101001011010010110100101380011110000111100001111000011110011000011110000111100001111000011390110100101101001011010010110100110010110100101101001011010010110400000000011111111000000001111111111111111000000001111111100000000410101010110101010010101011010101010101010010101011010101001010101420011001111001100001100111100110011001100001100111100110000110011430110011010011001011001101001100110011001011001101001100101100110440000111111110000000011111111000011110000000011111111000000001111450101101010100101010110101010010110100101010110101010010101011010460011110011000011001111001100001111000011001111001100001100111100470110100110010110011010011001011010010110011010011001011001101001480000000000000000111111111111111111111111111111110000000000000000490101010101010101101010101010101010101010101010100101010101010101500011001100110011110011001100110011001100110011000011001100110011510110011001100110100110011001100110011001100110010110011001100110520000111100001111111100001111000011110000111100000000111100001111530101101001011010101001011010010110100101101001010101101001011010540011110000111100110000111100001111000011110000110011110000111100550110100101101001100101101001011010010110100101100110100101101001560000000011111111111111110000000011111111000000000000000011111111570101010110101010101010100101010110101010010101010101010110101010580011001111001100110011000011001111001100001100110011001111001100590110011010011001100110010110011010011001011001100110011010011001600000111111110000111100000000111111110000000011110000111111110000610101101010100101101001010101101010100101010110100101101010100101620011110011000011110000110011110011000011001111000011110011000011630110100110010110100101100110100110010110011010010110100110010110舉例說明:第23號Walsh碼和第59號Walsh碼的相關(guān)特性#230110100101101001100101101001011001101001011010011001011010010110#590110011010011001100110010110011010011001011001100110011010011001Sum0000111111110000000011111111000011110000000011111111000000001111

獨特的性質(zhì):相互正交Walsh碼CDMA中使用的擴頻碼Code#230110100101101001100101101001011001101001011010011001011010010110–(Code#23)1001011010010110011010010110100110010110100101100110100101101001

Code#590110011010011001100110010110011010011001011001100110011010011001PARALLELXOR:all0s相關(guān)性:100%(100%match)ORTHOGONALXOR:half0s,half1s相關(guān)性:0%(50%match,50%no-match)ANTI-PARALLELXOR:all1s相關(guān)性:–100%(100%no-match)#23#23–(#23)#23#23#59正交與相關(guān)性CDMA中使用的擴頻碼CDMA中:用64階Walsh函數(shù)進行前向擴頻，區(qū)分扇區(qū)內(nèi)前向碼分信道,反向做正交調(diào)制。Walsh碼在CDMA中的應(yīng)用CDMA中使用的擴頻碼SyncPilotFWTraffic(foruser#1)PagingFWTraffic(foruser#2)FWTraffic(foruser#3)BTSMS偽隨機序列(PN碼)：具有類似噪聲序列的性質(zhì)，是一種貌似隨機但實際上有規(guī)律的周期性二進制序列。m序列的定義m序列是一種重要的二進制的偽隨機序列。m序列是“最長線性反饋移位寄存器序列”的簡稱。具體定義如下：如果n級線性移位寄存器輸出序列的周期是P=2n–1，則該序列稱為m序列。m序列發(fā)生器由：移位寄存器、反饋抽頭、模2加法器組成。CDMA系統(tǒng)中的PN碼CDMA中使用的擴頻碼PN短碼－PN短碼的產(chǎn)生過程1001001101101101101001011011011111111110100000100100110010000100

這里用一個長度為4的移位寄存器的例子說明PN短碼的產(chǎn)生過程p1p2p3p4p3p2p4p1p4p5p4p5p2p3

CDMA系統(tǒng)中的短碼發(fā)生器使用了長度為15的移位寄存器CDMA中的擴頻碼短碼序列I和Q均為32,768chip，短碼序列可以看作具有I和Q兩種不同成分序列的二維二進制矢量，每一個的長度為32,768chip每一個短碼序列均與它自身完全相關(guān)，即與時間偏置為零的短碼序列完全相關(guān)。一個零偏置短碼序列與它自身的任何非零偏置的短碼序列正交。實際中以64chips偏移做為一個偏移序號(PN_OFFSET_INDEX),即可用的PN碼是0--511PN短碼序列IQ32,768chipslong262/3ms.(75repetitionsin2sec.)IQIQ100%相關(guān)：所有比特=0ShortPNSequencevs.Itself@0OffsetIQIQ正交:16,384個1+16,384個0ShortPNSequencevs.Itself@AnyOffset特性:CDMA中使用的擴頻碼每個移動臺使用一個唯一的用戶長碼序列，該序列是根據(jù)42位長碼寄存器的內(nèi)容以及基于用戶32位ESN的掩碼生成的，長碼寄存器在移動臺初始化期間與CDMA系統(tǒng)建立同步PN長碼－

PN長碼的產(chǎn)生過程長碼寄存器

(@1.2288Mcps)公共長碼掩碼

(靜態(tài))用戶長碼序列(@1.2288Mcps)

1100011000PERMUTEDESNAND=SUM注意:不同的掩碼產(chǎn)生不同的長碼偏置CDMA中的擴頻碼模2加CDMA系統(tǒng)中有兩個序列的PN碼：

PN長碼：2^42–1(n=42)PN短碼：2^15(n=15)不同的用途前向信道:長碼擾碼，短碼正交擴頻（標識基站）反向信道:長碼擴頻（標識用戶），短碼正交調(diào)制PN碼在CDMA中的應(yīng)用CDMA中使用的擴頻碼PN長碼－

PN長碼的功能CDMA系統(tǒng)必須能夠識別出每個試圖與基站建立通信的移動臺。在商用環(huán)境下，移動臺的數(shù)目十分龐大。來自移動臺#1837732008的反向業(yè)務(wù)來自移動臺#1997061104的反向業(yè)務(wù)來自移動臺.#1994011508的反向業(yè)務(wù)來自移動臺.#2000071301的系統(tǒng)接入請求(在接入信道

#1上發(fā)送)CDMA中的擴頻碼三種擴頻碼特征和功能總結(jié)Cell每種擴頻序列在前向鏈路和反向鏈路上具有不同的用途但這些序列在兩個方向上均用于生成用戶的碼分信道沃氏碼短碼序列長碼序列序列類型互相正交除0偏置外正交近似正交特性6421數(shù)量64chips1/19,200sec.32,768chips26-2/3ms75xin2sec.242chips~41days長度正交調(diào)制四相擴頻