第7章 码分多址技术基础

1、第7章 码分多址（CDMA）技术基础 7.1 扩频通信基础 概述 理论基础（1） 2 log (1) S CWT N 其中：C为信道容量；W为信号持续时间；S/N为信 噪比。 仙农公式表明了一个信道无误差地传输信息的能力与 信道中的信噪比以及用于传输信息的信道带宽之间的 关系。 理论基础（2） f )1(log2 N S (.)log2 W T t 信道容量所决定的三维信号体积最大的特点就是具有可塑性。 即在总体积不变的条件下，三轴上的自变量间可以互换，可 以互相取长补短。 理论基础（3） 1.44ln(1) S CW N （7-2） 对于干扰环境的典型情况，S/N1，那么公式可 以简化为 1

2、.44 S CW N （7-3） 理论基础（4） 0 NN W（7-4） 00 1.441.44 SS CW N WN （7-5） 扩频方法（1） 扩频方法（2） 扩频方法（3） 直扩系统（1） 窄带信号 窄带信号 扩频 信号 I f 扩频 伪码振荡 调制 伪码本振 解扩混频 直扩系统（2）-扩频系统的原理 直扩系统（3）-扩频解扩的过程 假定同步单径BPSK信道中有K个用户，并假定所有的 载波相位为0，则接收的信号等效基带表示为： 1 ( )( )( )( ) K kkk k s tP a t c tn t 其中： 1,1 k a 为第K个用户信息比特值 k P发送功率 ( ) k s t为

3、第k个用户归一化扩频信号， 2 0 ( )1 b T k st dt 直扩系统（4）-扩频解扩的过程 ( )n t 表示加性高斯白噪声，其双边功率谱密度为 0 2 N 单位为W/Hz 对于某一特定比特，相关器（解扩）的输出为： 0 , 0 1 1 ( )( ) 1 ( )( ) b b T kk b K T kki kiik i b i k kkkk ys t c t dt T P bPbn t c t dt T P bMAIz 直扩系统（5）-扩频解扩的过程 , 0 1 ( )( ) b T i kik b c t c t dt T 为相关系数。 上式表明：与第k个用户本身的自相关给出了希望

4、接收的 数据项，与其它用户的互相关产生出多址干扰项MAI， 与热噪声的相关产生了噪声ZK项。 当相关系数为零时， 多址干扰为零。即本小区其它用户对被检测用户不产生干 扰。 直扩系统（6） W P S B G B 式中，BW为发射扩频信号的带宽；BS为信码的速率。其 中BW与所采用的伪码（伪随机序列或伪噪声序列的简称） 速率有关。为获得高的扩频增益，通常希望增加射频带宽 BW，即提高伪码的速率。 直扩系统（7） c f f (a) 在接收机输入端的扩展频谱 频谱密度 w B s B f (b) 接收机解扩输出端的频谱 频谱密度 w B 有用信号谱 干扰信号谱 w B 射频带宽 s B 信息带宽

5、在发端，有用信号经扩频处理后，频谱被展宽如图7-3（a） 所示；在收端，利用伪码的相关性作解扩处理后，有用信号频 谱被恢复成窄带谱，如图7-3（b）所示。 直扩系统（8） 基于IS-95标准的码分多址通信系统的 结构示意图。 数 据 编 码 和 交 织 PN 源 载 波 PN 源 数 字 滤 波 器 反 交 织 和 译 码数 据 载 波 外 部 干 扰 f0f0 背 景 噪 声 其 他 小 区 干 扰 f0 其 他 用 户干 扰 f0 0 数 据 f0 宽 带 频 谱 f0 0 -100dB/Hz 伪 信 号 1.25MHz BW1.25MHz BW 10kHz BW10kHz BW1.25M

6、Hz BW1.25MHz BW 9.6Kbps19.2Kbps1228Kbps1228Kbps19.2Kbps9.6Kbps 1228Kbps1228Kbps 图1.1 CDMA 原 理 图 跳频系统（1） 信码I f 调制器 伪码 频率 合成器 混频器 本地 伪码 频率 合成器 解调器 混频器 信码 跳频系统（2） Nb b f f N信道数b信道间隔 时使用的信道频率时刻 f 跳频系统（3） W P S B G B P GN（可供选用的频率数目） 跳频系统（4） 第7章 码分多址（CDMA）技术基础 7.2 地址码技术 地址码技术 m序列（1） m序列（2） 1 D 1 Q CP (1)

7、2 D 2 Q CP (2) 3 D 3 Q CP (3) 输出 1110010 c T 时钟脉冲 m序列（3） m序列（4） P 1 1 )(R 0 1-1 1 )(R P P +1P -1 t / 由图可见，当=0时，m序列的自相关函数Ra（）出现 峰值1；当偏离0时，相关函数曲线很快下降；当 1P-1，相关函数值为-1/P；当时=P，又出现峰值； 如此周而复始。当周期P很大时，m序列的自相关函数与 白噪声类似。 m序列（5） 1 1 ( ) P cnn n Ra b P 对于周期为的m序列组，其最好的m序 列对的互相关函数值只取三个，这三个 值是： 这三个值被称为理想三值，能够满足 这一

8、特性的m序列对称为m序列优选对， 它们可以用于实际工程。 ( )2 1 ( ) ( ) c t n P R P t n P (2) 2 ( )12 n t n 其中： m序列（6） Gold码（1） Gold码（2） m 序列发生器 1 m 序列发生器 2 初始状态设置 Gold 序列 时钟脉冲 图中m序列发生器1和2产生 的m序列是一m序列优选对， m序列发生器1的初始状态 固定不变，调整m序列发生 器2的初始状态，在同一时 钟脉冲控制下，产生两个m 序列经过模2加后可得到 Gold序列，通过设置m序列 发生器2的不同初始状态， 可以得到不同的Gold序列。 Gold码（3） ( )/t n

9、P Gold码（4） Walsh码（1） 若对图中的Walsh函数波 形在8个等间隔上取样，可 得到离散Walsh函数，可用 88的Walsh函数矩阵表示。 Walsh码（2） 00000000 00001111 00111100 00110011 01100110 01101001 01011010 01010101 Walsh码（3） 0 0H 2 00 01 H 22 42 2 22 0000 0101 0011 0110 HH HH HH Walsh码（4） 44 84 4 44 00000000 01010101 00110011 01100110 00001111 01011010

10、 00111100 01101001 HH HH HH Walsh函数矩阵的递推关系 Walsh码（5） 2 NN N NN HH H HH NH N H 第7章 码分多址（CDMA）技术基础 7.3 扩频码的同步(1) 11 ()a t 22 ()a t 12 21 0 扩频码的同步(2) ( )() () ii n c ta tnTt ( ) i a t( ) i c t( ) i a t ( ) i c t 扩频码的同步(3) () i c t() i c t 接收伪码序列延时 本地伪码序列延时 扩频码的同步(4) c T 0 粗同步（1） () i c t() i c t 0 ()()() () T iiii RRc tc tdt 0 u 0 () i Ru 粗同步（2） 粗同步（3） 并行相关检测（1） 并行相关检测（2） 12 , N y yy c T 粗同步 串行相关检测（1） () i R 0 u c T 串行相关检测（2） (1)NT1N 粗同步 匹配滤波器捕获法（1） ( )() ii n c ta tnT 0 0 ( )( )( ) () ( ) () () () () i T i T ii i i y tc th t c thd c ta Td R tT R tT ( )y t( ) i a t 匹配滤波器捕获法（2） ()(0)( ),0,