第七章 CDMA技术基础姜静

1、第七章 CDMA技术基础7.5 CDMA蜂窝通信系统的容量蜂窝通信系统的容量7.4 CDMA蜂窝网的关键技术蜂窝网的关键技术 7.3 CDMA码序列码序列7.2 扩频通信系统扩频通信系统 7.1 CDMA技术基本原理技术基本原理第七章 CDMA技术基础1995年，第一个年，第一个CDMA商用系统运行之后，商用系统运行之后，CDMA技术理论在全球范围内得到迅速推广技术理论在全球范围内得到迅速推广和应用，和应用，3G三大主流标准均基于三大主流标准均基于CDMA。第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础 7.1 CDMA技术基本原理技术基本原理 第七章 CDMA技术基础信号用不同的参数表征得

2、到不同的多址方式：信号用不同的参数表征得到不同的多址方式：第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础图图7-1 FDMA、TDMA、CDMA的比较的比较第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础2.CDMA基本原理基本原理第七章 CDMA技术基础CDMA基本工作原理如图基本工作原理如图7-2所示。所示。图图7-2 码分多址收发系统原理图码分多址收发系统原理图第七章 CDMA技术基础 图图7-2中，中，d1dN分别是分别是N个用户的信号，其对应个用户的信号，其对应的地址码分别为的地址码分别为W1WN，假定系统有，假定系统有4个用户（即个用户（即N=4），各自的地址码为），各自的地址码

3、为W1=1，1，1，1，W2=1，1，1，1，W3=1，1，1，1，W4=1，1，1，1（7-1）假设在某一时刻用户数据信号分别为假设在某一时刻用户数据信号分别为d1=1，d2=1，d3=1，d4=1（7-2）第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础图图7-3 码分多址原理波形码分多址原理波形第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础3相关检测相关检测由上述码分多址基本工作原理可知，接收端通过由上述码分多址基本工作原理可知，接收端通过如图如图7-4所示的相关检测器能从混合信号中分离出特所示的相关检测器能从混合信号中分离出特定用户的信号，而将其他用户的信号抑制。定用户的信号，而将其

4、他用户的信号抑制。图图7-4 相关检测器相关检测器第七章 CDMA技术基础下面具体分析相关检测的基本原理。下面具体分析相关检测的基本原理。设序列周期为设序列周期为P，则检测器输出为，则检测器输出为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技术基础bb1 ()()1()NiiikiTTd SWWPbb1()()1()NiikiTTdWWP由此可见，检测器的输出与用户地址码的特性密由此可见，检测器的输出与用户地址码的特性密切相关，若切相关，若（

5、7-9）（7-10）b()11 11()() =0 PikikTjikWWWWikPP（7-11）即用户的地址码两两正交，则即用户的地址码两两正交，则rk=dk，也就是说，也就是说，相相关检测器的输出只有第关检测器的输出只有第k个用户的信号，其他用户的个用户的信号，其他用户的信号为信号为0，从而达到接收端分离信号的目的。，从而达到接收端分离信号的目的。第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础4.码分多址待解决的问题码分多址待解决的问题第七章 CDMA技术基础7.5 CDMA蜂窝通信系统的容量蜂窝通信系统的容量7.4 CDMA蜂窝网的关键技术蜂窝网的关键技术 7.3 CDMA码序列码序列

6、7.2 扩频通信系统扩频通信系统 7.1 CDMA技术基本原理技术基本原理第七章 CDMA技术基础 7.2 扩频通信系统扩频通信系统 7.2.1 概述概述 1基本概念基本概念第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础有许多调制技术所用的传输带宽大于传输信息所需有许多调制技术所用的传输带宽大于传输信息所需要的最小带宽，但它们并不属于扩频通信，例如宽要的最小带宽，但它们并不属于扩频通信，例如宽带调频。带调频。设设W代表系统占用带宽或信号带宽，代表系统占用带宽或信号带宽，B代表信息代表信息带宽，则一般认为：带宽，则一般认为：第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础图图7-5 扩频通信系

7、统的基本组成框图扩频通信系统的基本组成框图第七章 CDMA技术基础图图7-6 扩频通信系统频谱变换图扩频通信系统频谱变换图 图图7-5中发送数据信号经过信中发送数据信号经过信息调制器后输出的是窄带信息调制器后输出的是窄带信号号7-6（a），其经过扩频），其经过扩频调制（加扩）后频谱被展宽调制（加扩）后频谱被展宽（见图（见图b），变成扩频信号；），变成扩频信号； 在接收机的输入信号中混有在接收机的输入信号中混有干扰信号，其功率谱如图（干扰信号，其功率谱如图（c）所示，经过解扩后有用信号所示，经过解扩后有用信号恢复为窄带信号，而干扰信恢复为窄带信号，而干扰信号变成扩频信号（图（号变成扩频信号（图（

8、d）；）； 经过窄带滤波器，使有用信经过窄带滤波器，使有用信号顺利通过，而滤除带外的号顺利通过，而滤除带外的干扰信号（图（干扰信号（图（e），这样，），这样，对有用信号而言，经发端扩对有用信号而言，经发端扩频，收端解扩，最终恢复原频，收端解扩，最终恢复原状。状。第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础设扩频接收机输入信噪比为设扩频接收机输入信噪比为(S/N)i，则，则iiiSSNN式中，式中，Si为输入信号功率，为输入信号功率，Ni为输入噪声功率。而为输入噪声功率。而解扩器输出信号功率解扩器输出信号功率oiSS解扩器输出噪声功率解扩器输出噪声功率oNB式中，式中，为窄带滤波器输入端的噪

9、声功率谱密度为窄带滤波器输入端的噪声功率谱密度（7-12）（7-13）（7-14）第七章 CDMA技术基础这样解扩器输出信噪比为这样解扩器输出信噪比为i/NWoi(/)NBB W Noiioioii(/)SSW SSWSNNB W NB NBN（7-15）（7-16）（7-17）依上述解扩过程可知依上述解扩过程可知第七章 CDMA技术基础2log1SCWN（7-18）式中，式中，C为信道容量，单位为为信道容量，单位为bit/s；W为信号频带为信号频带宽度，单位为宽度，单位为Hz；S为信号平均功率，为信号平均功率，N为噪声平为噪声平均功率，单位为均功率，单位为W。第七章 CDMA技术基础第七章

10、CDMA技术基础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）它表示了扩频通信系统信噪比改善的程度，是扩频通信系统的一它表示了扩频通信系统信噪比改善的程度，是扩频通信系统的一个重要的性能指标。个重要的性能指标。第七章 CDMA技术基础 （2）抗干扰容限）抗干扰容限通信系统要正常工作，还需要保证输出端有一定通信系统要正常工作，还需要保证输出端有一定的信噪比，并需扣除系统内部信噪比的损耗，因此的信噪比，并需扣除系统内部信噪比的损耗，因此需引入抗干扰容限需引入抗干扰容限Mj，其定义如下：，其定义如下：Mj = Gp（S/N）oLs式中，式中，（S/

11、N）o为输出端所需的信噪比，而为输出端所需的信噪比，而Ls为系统损耗。为系统损耗。干扰容限是在保证系统正常工作的条件下，接收机输入端能干扰容限是在保证系统正常工作的条件下，接收机输入端能承受的干扰信号比有用信号高出的分贝（承受的干扰信号比有用信号高出的分贝（dB）数。）数。干扰容限直接反映了扩频通信系统接收机允许的极限干扰强干扰容限直接反映了扩频通信系统接收机允许的极限干扰强度，它往往能比处理增益更确切地表示系统的抗干扰能力。度，它往往能比处理增益更确切地表示系统的抗干扰能力。第七章 CDMA技术基础4扩频通信的特点扩频通信的特点第七章 CDMA技术基础5扩频通信系统的分类扩频通信系统的分类此

12、外还有上述四种系统组合的混合系统。最常用此外还有上述四种系统组合的混合系统。最常用的是直接序列扩频通信系统和跳频扩频通信系统的是直接序列扩频通信系统和跳频扩频通信系统的混合系统。的混合系统。第七章 CDMA技术基础图图7-7 扩频通信系统模型扩频通信系统模型第七章 CDMA技术基础下面依次介绍各种扩频通信系统，重点是广泛应下面依次介绍各种扩频通信系统，重点是广泛应用的直接序列扩频和跳频扩频通信系统，而其余扩用的直接序列扩频和跳频扩频通信系统，而其余扩频系统只作简单介绍。频系统只作简单介绍。第七章 CDMA技术基础1直接序列扩频通信系统直接序列扩频通信系统第七章 CDMA技术基础从时域上看，发端

13、的扩频过程可表示为从时域上看，发端的扩频过程可表示为s(t)=b(t)c(t)（7-22）由图由图7-8（c）可见，这相当于载波）可见，这相当于载波b(t)的相位受到了的相位受到了高速扩频码（高速扩频码（PN）序列）序列c(t)的调制，在接收端，设的调制，在接收端，设本地恢复的码序列用本地恢复的码序列用表示，解扩后的信号用表示，解扩后的信号用表示，于是有表示，于是有( )( ) ( )b ts t c t（7-23）这相当于这相当于b(t)的已调相位在收端受到的已调相位在收端受到二次调制二次调制当本地码与发端码同步，当本地码与发端码同步，即即如图如图7-8（d），则），则( )b t( )c

14、t( )c t( )( )c tc t第七章 CDMA技术基础2( )( ) ( )( ) ( ) ( )( )( )( )b ts t c tb t c t c tb t ctb t（7-24）图图7-8 直扩系统各点的波形和频谱图直扩系统各点的波形和频谱图第七章 CDMA技术基础这相当于载波这相当于载波b(t)在发端被反转的相位在收端被再次在发端被反转的相位在收端被再次反转，恢复为载波的原始相位，即解扩为载波信号反转，恢复为载波的原始相位，即解扩为载波信号，如图，如图7-8（e）所示。）所示。当本地码与发端码不同步，即当本地码与发端码不同步，即，如图，如图7-8(f)所示是码相位不同步的情

15、形，则所示是码相位不同步的情形，则( )( )c tc t( )( ) ( )( ) ( ) ( )b ts t c tb t c t c t（7-25）显然，此时载波显然，此时载波b(t)在发端被反转的相位无法被正确在发端被反转的相位无法被正确恢复，恢复，依然是一个相位受到高速序列调制的信依然是一个相位受到高速序列调制的信号，即扩频信号，即收端无法解扩，如图号，即扩频信号，即收端无法解扩，如图7-8（g）所示。所示。( )b t第七章 CDMA技术基础由于扩频信号的带宽远大于信息信号带宽，这样由于扩频信号的带宽远大于信息信号带宽，这样相对于扩频信号很宽的带宽，可近似将信息信号的相对于扩频信号

16、很宽的带宽，可近似将信息信号的频谱函数用频谱函数用(f)来表示。设码序列的频谱函数为来表示。设码序列的频谱函数为C(f)，扩频信号的频谱函数用，扩频信号的频谱函数用S(f)表示，则依卷积定里表示，则依卷积定里可得可得( )( )* ( )( )S fC ffC f（7-26）由此可见，用高速码序列直接乘以信息信号可实现由此可见，用高速码序列直接乘以信息信号可实现扩频，进一步扩频带宽取决于所使用的码序列的带扩频，进一步扩频带宽取决于所使用的码序列的带宽。宽。第七章 CDMA技术基础DS系统的处理增益系统的处理增益pWGB（7-27）第七章 CDMA技术基础第一种：第一种：其简单框图如图其简单框图

17、如图7-9所示。在这种系统中，地址码和所示。在这种系统中，地址码和扩频码各自采用不同的码扩频码各自采用不同的码图图7-9 码分与直扩结合方案（一）码分与直扩结合方案（一）第七章 CDMA技术基础第二种：第二种：简单框图如图简单框图如图7-10所示。在这种系统中地址码和扩所示。在这种系统中地址码和扩频码合用一个码。频码合用一个码。图图7-10 码分与直扩结合方案（码分与直扩结合方案（二）二）第七章 CDMA技术基础2跳频扩频通信系统跳频扩频通信系统跳频（跳频（FrequencyHopping，FH）通信系统所使）通信系统所使用的载波频率受一组快速变化的伪随机码控制而伪用的载波频率受一组快速变化的

18、伪随机码控制而伪随机地跳变。通常将这种载波跳变的规律称作随机地跳变。通常将这种载波跳变的规律称作“跳跳频图案频图案”。图图7-11 跳频频率集跳频频率集第七章 CDMA技术基础跳频系统的组成框图如图跳频系统的组成框图如图7-12所示。所示。图图7-12 跳频系统组成方框图跳频系统组成方框图第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础图图7-13 跳跳频频系系统统的的信信号号波波形形示示意意图图第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础图图7-14 跳频信号的跳频信号的频域表示频域表示 图图7-15 跳频图案跳频图案及时频矩阵及时频矩阵第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础跳

19、频系统的处理增益跳频系统的处理增益pWGNB（7-28）第七章 CDMA技术基础图图7-16 线性调频信号波形线性调频信号波形第七章 CDMA技术基础图图7-17所示是线性调频的示意图。所示是线性调频的示意图。发端发端：由一锯齿波信号去控制压控振荡器；：由一锯齿波信号去控制压控振荡器；收端收端：线性调频脉冲由匹配滤波器进行压缩，把能：线性调频脉冲由匹配滤波器进行压缩，把能量集中在一个很短的时间内输出，从而提高了信噪量集中在一个很短的时间内输出，从而提高了信噪比，获得了处理增益。比，获得了处理增益。图图7-17 线性调频的示意图线性调频的示意图第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础图图

20、7-18 跳时扩频系统跳时扩频系统第七章 CDMA技术基础图图7-19 FH/DS系统原理框图系统原理框图第七章 CDMA技术基础FH/DS信号频谱如图信号频谱如图7-20所示。占有一定带宽的直所示。占有一定带宽的直扩信号按照跳频图案伪随机地出现，每个直扩信号扩信号按照跳频图案伪随机地出现，每个直扩信号在瞬间只覆盖系统总带宽的一部分。在瞬间只覆盖系统总带宽的一部分。图图7-20 FH/DS信号频谱信号频谱第七章 CDMA技术基础混合系统的处理增益为各单一增益的乘积，即混合系统的处理增益为各单一增益的乘积，即DSpWGNB（7-29）或或DSp(dB)10log10logWGNB（7-30）第七

21、章 CDMA技术基础7.5 CDMA蜂窝通信系统的容量蜂窝通信系统的容量7.4 CDMA蜂窝网的关键技术蜂窝网的关键技术 7.3 CDMA码序列码序列7.2 扩频通信系统扩频通信系统 7.1 CDMA技术基本原理技术基本原理第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础（1）有足够多的码；）有足够多的码；（2）有尖锐的自相关特性；）有尖锐的自相关特性；（3）有处处为零的互相关特性；）有处处为零的互相关特性；（4）不同码元数平衡相等；）不同码元数平衡相等；（5）尽可能大的复杂度。）尽可能大的复杂度。目前还找不到能同时满足这些特性的码序列。目前还找不到能同时满足这些特性的码序列。目前广泛使用的码

22、序列可分为两类：沃尔什码和伪目前广泛使用的码序列可分为两类：沃尔什码和伪随机（随机（PseudoNoise，PN）码。沃尔玛适合做地址）码。沃尔玛适合做地址码，伪随机码适合做扩频码。码，伪随机码适合做扩频码。第七章 CDMA技术基础其中其中PN码有一个很大的家族，包含很多码组，码有一个很大的家族，包含很多码组，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相关函数相关函数数字信息传输中，任意两个数字信息传输中，任意两个信号之间的相似程度信号之间的相似程度（或差别）用相关函数来表征，包括自相关

23、函数和（或差别）用相关函数来表征，包括自相关函数和互相关函数。互相关函数。自相关函数表征一个信号与自身延迟信号间的相自相关函数表征一个信号与自身延迟信号间的相似性。似性。第七章 CDMA技术基础周期函数周期函数s(t)的自相关函数定义为的自相关函数定义为2s2( )( ) ()dTTRs t s tt2s21( )( ) ()dTTs t s ttT （7-31）（7-32）自相关系数定义为自相关系数定义为式中，式中，T为为s(t)的周期。的周期。 对于取值为对于取值为1和和1的实周期序列的实周期序列xn，自相关，自相关函数定义为函数定义为10( )PxiijiRjx x（7-33）第七章 C

24、DMA技术基础式中，式中，P为序列周期。而其自相关系数定义为为序列周期。而其自相关系数定义为101( )Pxiijijx xP（7-34） 互相关函数表征两个不同信号间的相似性。相应互相关函数表征两个不同信号间的相似性。相应地可定义周期函数地可定义周期函数x(t)及及y(t)的互相相关函数为的互相相关函数为22( )( ) ()dTTxyRx t y tt（7-35）而互相关系数为而互相关系数为221( )( ) ()dTTxyRx t y ttT（7-36）第七章 CDMA技术基础对于取值为对于取值为1和和1且周期相同的实周期序列且周期相同的实周期序列xn、yn，其互相关函数为，其互相关函数

25、为10( )PxyiijiRjx y（7-37）而其互相关系数为而其互相关系数为101( )Pxyiijijx yP（7-38）第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础7.3.3 Walsh码码第七章 CDMA技术基础哈德码矩阵具有以下递推关系。哈德码矩阵具有以下递推关系。02H=H1=1（7-39）1111222221,2,3,rrrrrHHHrHH （7-40）当当r=1时，有时，有11122111111HHHHHH第七章 CDMA技术基础当当r=2时，有时，有22242221111111111111111HHHHHH并可依次递推下去。并可依次递推下去。将哈德码矩阵的每一行看作一个

26、二元序列，则将哈德码矩阵的每一行看作一个二元序列，则N=2r阶哈德码矩阵共有阶哈德码矩阵共有N个序列。构成一个正交序个序列。构成一个正交序列集，其中每个序列长度都为列集，其中每个序列长度都为N，任意两个相互正，任意两个相互正交，这组序列即为交，这组序列即为Walsh序列。通常用（序列。通常用（n=0，1，2N1）表示长度为）表示长度为N的第的第n个个Walsh序列。序列。第七章 CDMA技术基础Walsh序列与哈德码矩阵的对应关系如下。序列与哈德码矩阵的对应关系如下。nNW=HNn+ 1 n=0，1，2，N-1 （7-39）04W第七章 CDMA技术基础1111111111111111沃尔什函

27、数具有如下特征。沃尔什函数具有如下特征。（1）正交性。若）正交性。若r为非负整数，为非负整数，N=2r，而，而m和和n=0，1，2，N1，则，则10( )( )0NmnNNiNmnWi Wimn当时当时（7-42）即在同一周期中，沃尔什序列是正交的。即在同一周期中，沃尔什序列是正交的。第七章 CDMA技术基础（2）平衡性。除）平衡性。除以外，其他以外，其他序列在一个序列在一个周期内均值为周期内均值为0。（3）两个沃尔什函数相乘，乘积仍是沃尔什函）两个沃尔什函数相乘，乘积仍是沃尔什函数。数。mnmnNNNWWW（7-43）其中，其中，是是m和和n对应的二进制数逐位模对应的二进制数逐位模2加后加后

28、所对应的十进制数。这表明沃尔什函数对于乘法是所对应的十进制数。这表明沃尔什函数对于乘法是自闭的。自闭的。（4）沃尔什函数集是完备的，即长度为）沃尔什函数集是完备的，即长度为N的沃尔的沃尔0NW0NWmn第七章 CDMA技术基础什函数（序列）有什函数（序列）有N个（相互正交）。个（相互正交）。（5）沃尔什函数在严格同步时是完全正交的；）沃尔什函数在严格同步时是完全正交的；（6）沃尔什函数的频带宽度取决于其最短游程）沃尔什函数的频带宽度取决于其最短游程的长度（设为的长度（设为Ti），近似等于），近似等于1/Ti。设。设的持续时的持续时间为间为T，则其最短游程的长度为，则其最短游程的长度为(0,1,

29、2,1)1nTTnNn（7-44）nNW则对应的频带宽度为则对应的频带宽度为1nfT （7-45）（7）沃尔什函数的自相关函数和互相关函数特）沃尔什函数的自相关函数和互相关函数特性也不理想。性也不理想。第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础基于图基于图7-21所示的所示的2叉树可构造叉树可构造OVSF码。码。OVSF码的树图如图码的树图如图7-22所示。树图中所有分支节点数都所示。树图中所有分支节点数都按按2n发展，其中：发展，其中：n=0，1，2，；图图7-21 构造构造OVSF码的码的2叉树叉树第七章 CDMA技术基础由图由图7-22知，知，OVSF码的码长、该长度下码的数码的码

30、长、该长度下码的数目及扩频因子三者在数值上是相等的。目及扩频因子三者在数值上是相等的。第七章 CDMA技术基础图图7-22 OVSF码码树树形形结结构构图图第七章 CDMA技术基础解：由图解：由图7-22可看出，当可看出，当被采用作为速被采用作为速率率307.2kbit/s的扩频码，即的扩频码，即307.2kbit/s4=1.2288Mbit/s，则其后面所有分支，即，则其后面所有分支，即后面所有延长码后面所有延长码，等就不能再作为扩频码。等就不能再作为扩频码。继续下去，当选继续下去，当选=1111111111111111作为速率作为速率76.8kbit/s扩频码扩频码76.8kbit/s*1

31、6=1.2288Mbit/s，则其后面所有分支所构成的延长码均不能再采用作，则其后面所有分支所构成的延长码均不能再采用作为扩频码。为扩频码。141 1 1 1W 14W18W58W316W第七章 CDMA技术基础而按照上述非延长（或异前置）原则选取的码组而按照上述非延长（或异前置）原则选取的码组、是不等长的正交码组，其中：是不等长的正交码组，其中：14W28W316W：114W28W316W第七章 CDMA技术基础不难验证三者间的确满足正交性，即不难验证三者间的确满足正交性，即12132348416816( )( )( )( )( )( )0iiiW i WiW i WiWi Wi（7-46）

32、第七章 CDMA技术基础7.3.5 m序列序列1伪随机码（伪随机码（PN）的概念）的概念第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础图图7-24所示为线性反馈移位寄存器序列发生器结所示为线性反馈移位寄存器序列发生器结构图，用于产生各种周期性码序列。构图，用于产生各种周期性码序列。其中其中C1，C2，Cn1，Cn为各级寄存器相应的连为各级寄存器相应的连接系数，取值为接系数，取值为0和和1。在此结构中，。在此结构中，01nCCC1，C2，Cn1取不同的值，将产生不同的周取不同的值，将产生不同的周期序列。期序列。第七章 CDMA技术基础图图7-24 线性反馈移位寄存器序列发生器线性反馈移位寄存器

33、序列发生器第七章 CDMA技术基础反馈网络的结构可以用如下多项式来表示。反馈网络的结构可以用如下多项式来表示。 2012nnG xCC xC xC x（7-47）第七章 CDMA技术基础图7-25（a）所示为一3级反馈移位寄存器序列发生器。其中D1，D2和D3组成三级移位寄存器，模2加法器构成线性反馈网络。对应的生成多项式为 231G xxx（7-48）第七章 CDMA技术基础图图7-25 三级移位寄存器构成的码序列发生器三级移位寄存器构成的码序列发生器第七章 CDMA技术基础 .设D1D2D3的状态用Q1Q2Q3表示，则其状态转移图如图7-26所示。如D1D2D3初态为111，可见从Q3输出

34、的码序列为周期性的1110010，即此码序列共有7个元素，也称该码序列的周期为7。第七章 CDMA技术基础 .图图7-26 三级移位寄存器序列产生电路三级移位寄存器序列产生电路（a）的状态转移图）的状态转移图第七章 CDMA技术基础如果改变一下反馈电路如图如果改变一下反馈电路如图7-27（b）所示，此）所示，此时对应的生成多项式变为时对应的生成多项式变为状态转移图如图状态转移图如图7-27所示。所示。231( )Gxxxx（7-49）第七章 CDMA技术基础图图7-27 三级移位寄存器序列产生电路（三级移位寄存器序列产生电路（b）的状态转移图）的状态转移图第七章 CDMA技术基础第七章 CDM

35、A技术基础 (3) (3) 第七章 CDMA技术基础(4) m序列的生成多项式 第七章 CDMA技术基础 1ikiiPP 21nnPJnn第七章 CDMA技术基础 第七章 CDMA技术基础级数级数n周期周期P（八进制）（八进制）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级数级数n周期周期P（八进制）（八进制）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技术基础例例7-2 m7-2 m序列反馈系数表的使用序列反馈系数表的使用 写出写出nn= =7 7时，反馈系数时，反馈系数235235对应的本原多项式对应的本原多项式及其互反多项式。及其互反多项式。解：首先将反馈系数化为二进制解：首先将反馈系数化为二进制 2 3 52 3 5 10 011 101 10 011 101第七章 CDMA技术基础所得即为对应的连接系数。所得即为对应的连接系数。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从而所求本原多项式为从而所求本原多项

38、式为ff( (x x) =) =x x7 7 + +x x4 4 + +x x3 3 + +x x2 2 + 1 + 1其互反多项式为其互反多项式为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技术基础(5) m(5) m序列发生器的种类序列发生器的种类 简单型（简单型（SSRGSSRG）结构如图）结构如图7-287-28所示所示 第七章 CDMA技术基础SSRGSSRG的最高工作频率为：的最高工作频率为：（7-527-52） 式中，式中，TRTR为移位

39、寄存器时延，为移位寄存器时延，T TM M为模为模2 2加法器的时延。加法器的时延。图图7-28 SSRG7-28 SSRG结构结构maxRM1 fTT第七章 CDMA技术基础组件型（组件型（MSRGMSRG）结构，图）结构，图7-297-29所示所示 其最高工作频率为其最高工作频率为 ：（7-537-53）Ci = Fni （7-537-53） maxRM1 fTTSSRGSSRG和和MSRGMSRG可以互相转换，转换关系如下可以互相转换，转换关系如下 ：第七章 CDMA技术基础图图7-29 MSRG7-29 MSRG结构结构第七章 CDMA技术基础（6 6）m m序列的性质序列的性质 1

40、1）均衡性均衡性第七章 CDMA技术基础 2 2）游程分布）游程分布 第七章 CDMA技术基础表表7-27-2m m序列序列“111101011001000”111101011001000”的游程分布的游程分布游程长度游程长度/比特比特游程数目游程数目所包含的比特数所包含的比特数“1”“0”1224211430134104第七章 CDMA技术基础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技术基础 序列的平移等价类序列的平移等价类 第

41、七章 CDMA技术基础 第七章 CDMA技术基础图图7-30 IS-957-30 IS-95中的长码发生器中的长码发生器第七章 CDMA技术基础4 4）周期性）周期性 周期周期PP= =2 2n n1 1。在一个周期中，。在一个周期中，m m序列发生器序列发生器中遍历所有非零状态中遍历所有非零状态 。5 5）相关特性）相关特性 m m序列是一种伪随机序列，具有随机性，其自相关序列是一种伪随机序列，具有随机性，其自相关函数具有二值特性，但互相关函数是多值的。函数具有二值特性，但互相关函数是多值的。第七章 CDMA技术基础11PiijijPx xijijxxx x11Piiy 11111PPiij

42、iiijx xyPPP 第七章 CDMA技术基础 1PiiyP 11111PPiijiiijx xyPP 1010jjjP第七章 CDMA技术基础 ：（7-647-64） jjkP jj第七章 CDMA技术基础图图7-31 m7-31 m序列的自相关系数序列的自相关系数第七章 CDMA技术基础 图图7-327-32给出了给出了R R( ( ) )的波形。显然当周期的波形。显然当周期PTPTc c很长很长及码片宽度及码片宽度T Tc c很小时，很小时，R R( ( ) )逼近白噪声的自相关函逼近白噪声的自相关函数数 ( ( )伪噪声。伪噪声。 ccc111PTPTRTP第七章 CDMA技术基础图

43、图7-32 m7-32 m序列的自相关函数序列的自相关函数 第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础x1000010010110011111000110111010y11111011100010101101000011101000123456789101112131415161718192021222324252627282930Rc( )9171997177111979771177171191111第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础 2221 12 ,nxyt nRt nt n这里表示取实数的整数部分图图7-33 7-33 两条两条m m序列（序列（PP= =3131）

44、的互相关函数和自相关函数的互相关函数和自相关函数第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础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技术基础 即为即为m m序列的功率谱，如图序列的功率谱，如图7-347-34所示。可见：所示。可见： 2c22c 011iiPiG ffSaT ffPTPP图图7-34 m7-34 m序列的功率谱序列的功率谱第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础图图7-35 Gold7-35 Gold序列产生电序列产生电路模型路模型第七章 CDMA技术基础第七章 CDM

46、A技术基础第七章 CDMA技术基础码长码长2n1互相关系数互相关系数出现概率出现概率n为奇数为奇数1/(2n1)0.50.5n为偶数为偶数1/(2n1)0.750.2512(21)/(21)nn12(21)/(21)nn22(21)/(21)nn22(21)/(21)nn第七章 CDMA技术基础 第七章 CDMA技术基础码分系统中所有地址码在运行中均是周期性重复的码分系统中所有地址码在运行中均是周期性重复的序列（不是单个的地址码）。即：序列（不是单个的地址码）。即：（7-687-68）其中，其中，T T是是a ai i( (t t) )的长度（持续时间），即。显然，的长度（持续时间），即。显然

47、，c ci i( (t t) )是是a ai i( (t t) )的周期性重复，其周期为的周期性重复，其周期为T T。( )()iinc ta tnTt 第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础图图7-36 7-36 同步流程图同步流程图 第七章 CDMA技术基础下面讨论伪随机码的同步问题，令下面讨论伪随机码的同步问题，令c ci i( (t t ) )为接收到的为接收到的伪码，为本地码，即：伪码，为本地码，即：（7-697-69） 同步过程就是使这个目标通过捕获和跟踪两个阶段来同步过程就是使这个目标通过捕获和跟踪两个阶段来实现的。即捕获实现粗同步：实现的。即捕

48、获实现粗同步：而进一步的精确同步由跟踪来实现：而进一步的精确同步由跟踪来实现： 。()()()()iiiinnc ta tnTc ta tnT c| |T | | 0 =第七章 CDMA技术基础图图7-37 7-37 滑动相关捕获原理方框图滑动相关捕获原理方框图(1)(1)伪随机码的捕获伪随机码的捕获 方法：主要有相关法和匹配滤波法。其中最常见方法：主要有相关法和匹配滤波法。其中最常见和最常用的是滑动相关法，图和最常用的是滑动相关法，图7-377-37所示为滑动相所示为滑动相关捕获原理方框图。关捕获原理方框图。第七章 CDMA技术基础图图7-38 7-38 两伪码相关曲线和时间差两伪码相关曲线

49、和时间差原理：原理：基于基于PNPN码尖锐的自相关函数。码尖锐的自相关函数。 图图7-387-38给出给出了接收到的伪随机码与本地码（了接收到的伪随机码与本地码（m m序列）的相关曲序列）的相关曲线（见图（线（见图（a a）及时间差的关系（见图（）及时间差的关系（见图（b b）。）。 第七章 CDMA技术基础同步检测原理如下：求接收伪码同步检测原理如下：求接收伪码c c( (t t ) )与本地伪码的与本地伪码的相关函数。相关函数。（7-707-70）并与某一阈值并与某一阈值A A比较，若，则判定捕获完成；反之判定比较，若，则判定捕获完成；反之判定捕获未完成。捕获未完成。0() () d()(

50、)Tiic tc tRR第七章 CDMA技术基础(2(2）伪随机码的跟踪）伪随机码的跟踪 第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础图图7-39 7-39 延迟锁相环原理框图延迟锁相环原理框图第七章 CDMA技术基础图图7-40 7-40 伪码相关曲线和误差曲线伪码相关曲线和误差曲线第七章 CDMA技术基础7.5 CDMA蜂窝通信系统的容量蜂窝通信系统的容量7.4 CDMA蜂窝网的关键技术蜂窝网的关键技术 7.3 CDMA码序列码序列7.2 扩频通信系统扩频通信系统 7.1 CDMA技术基本原理技术基本原理第七章 CDMA技术基础7.4 CDMA7.4 CDMA蜂窝网的关键技术蜂窝网的关

51、键技术 在码分数字蜂窝移动通信系统中，所有的用户在在码分数字蜂窝移动通信系统中，所有的用户在通信过程中都可以共享同一个无线频道，所以其中通信过程中都可以共享同一个无线频道，所以其中任何一个用户的通信信号对其他用户的通信都是一任何一个用户的通信信号对其他用户的通信都是一个干扰，即个干扰，即MAIMAI。 第七章 CDMA技术基础1.1.功率控制功率控制图图7-41 7-41 远近效应远近效应第七章 CDMA技术基础 在在FDMAFDMA、TDMATDMA移动通信系统中，由于各信道使用不同的移动通信系统中，由于各信道使用不同的频率或时隙，并且各信道间有相应的保护带或保护时间，远频率或时隙，并且各信

52、道间有相应的保护带或保护时间，远近效应不太突出。而在（直扩）近效应不太突出。而在（直扩）CDMACDMA移动通信系统中，所有移动通信系统中，所有用户共享同一个载波，发送时间也不分先后，远近效应十分用户共享同一个载波，发送时间也不分先后，远近效应十分严重，甚至影响到了系统容量，因此严重，甚至影响到了系统容量，因此CDMACDMA系统必须要采用功系统必须要采用功率控制技术。率控制技术。 第七章 CDMA技术基础第七章 CDMA技术基础上行链路功率控制有效解决了远近效应问题，最大限度地减小上行链路功率控制有效解决了远近效应问题，最大限度地减小多址干扰，扩大系统容量。多址干扰，扩大系统容量。 第七章 CDMA技术基础 第七章 CDMA技术基础2.2. RAKERAKE接收技术接收技术 RAKERAKE接收机的工作原理接收机的工作原理 ： 作用：克服多径效应问题，等效增加了接收功率作用：克服多径效应问题，等效增加了接收功率（或发射功率）。（或发射功率）。 第七章 CDMA技术基础图图7-