移动通信课程设计-多址技术的分析

绪论多址通信技术在现代通信中起着重要的作用。多址技术是指把处于不同地点的多个用户接入一个公共传输媒质，实现各用户之间通信的技术。在卫星通信、移动通信等通信网络中，当多个用户通过一个公共信道与其他用户进行通信时，就必须采用某种多址技术。多址连接通信系统实现多址通信的技术基础是信号的分割。所谓多址技术是指允许两台或两台以上的发射机通过一个公共信道发送信号的技术。利用信号在频率或时间上的正交性来对信号进行划分，从而进行多址传输。多址技术多用于无线通信。多址技术又称为“多址连接”技术。根据多址连接的调制方式，在通信系统中应用广泛的多址技术可分为4类：频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)和空分多址（SDMA）。近几十年来，通信系统的规模和复杂度以前所未有的速度增长，使得对通信系统的分析、设计要耗费更多的时间、人力和物力。现有的通信系统是十分复杂的，主要体现在系统的构成复杂、系统内各模块之间的联系复杂、以及外部环境对系统的影响难于把握。这使得系统分析、设计人员在对系统进行研究时，如果仅靠数学分析的方法，得出的结论往往和实际相差较远有时还受限于现代数学发展水平，甚至无法进行数学分析。在这种情况下可以有两种选择，一种是做出实际的系统，另一种采用计算机仿真的方法来模拟这个系统。显然，前者是高风险、高代价、周期长。相比之下，计算机仿真所特有的低风险、低代价、高速度的优点必将受到人们的重视。通信系统的计算机仿真是指系统分析、设计人员根据通信系统组成模块的物理含义，建立数学模型，然后根据这些模型来编制仿真程序，利用计算机再现系统的运行状态，以此来研究和分析系统特性。通信系统的仿真程序主要任务是处理传递于系统内各模块之间的波形和分析仿真所得的数据。系统分析人员需要对组成通信系统的各模块以及模块之间的关系有较深入的认识。随着社会节奏的加快，产品的更新速度越来越快，而且实际的通信系统功能结构相当复杂，因此，在对原有的通信系统做出改进或建立一个新系统之前，通常需要对这个系统进行建模和仿真，通过仿真结果衡量方案的可行性，从中选择最合理的系统配置和参数设置，然后再应用于实际系统中。目前，CDMA技术正逐渐大量被用于通信方面，这是技术发展、用户需求、市场竞争等各方面因素造成的。因此对CDMA的研究具有一定的价值。2通信系统中的多址技术相关理论多址通信技术在现代通信中起着重要的作用。在卫星通信、移动通信等通信网络中，当多个用户通过一个公共信道与其他用户进行通信时，就必须采用某种多址技术。多址连接通信系统实现多址通信的技术基础是信号的分割。利用信号在频率或时间上的正交性来对信号进行划分，从而进行多址传输。根据多址连接的调制方式，可将多址方式分为频分多址、时分多址、码分多址及空分多址等方式。2.1频分多址技术（FDMA）的概述FDMA是使用较早也是现在使用较多的一种多址接人方式，它广泛应用在卫星通信、移动通信、一点多址微波通信系统中。它把传输频带划分为若干个较窄的且互不重叠的子频带，每个用户分配到一个固定子频带，按频带区分用户。信号调制到该子频带内，各用户信号同时传送，接收时分别按频带提取，从而实现多址通信。2.1.1频分多址技术的相关理论频分多址技术的模型如图2.1的三维图所示。图2.1频分多址技术的模型在任何时间每一载频只传送一路电话。任何一个用户在每次通话中都可以分配到一个可用的频道。由于FDMA的频道仅传送一路电话，因此，频道的带宽是比较窄的。若两个信号f1(X)和f2(X)满足下面的关系式（2.1），则称f1(X)和f2(X)在（Xl，X2）区间正交；（2.1）若一组信号的自相关为1，互相关为0，则称这一组信号为正交信号组，或称为正交信号集合。回正交信号组表示如关系式（2.2）(2.2)在采用理想滤波分割各用户信号时，满足式（2.3）所示的正交分割条件。实际的滤波器总达不到理想条件，各信号间总存在一定的相关性，总有一定的干扰，各频带之间必须留有一定的保护间隔以减少各频带之间的串扰。FDMA有采用模拟调制的，也有采用数字调制的，也可以由一组模拟信号用频分复用方式（FDM/FDMA）或一组数字信号用时分复用方式占用一个较宽的频带（TDM/TDMA），调制到相应的子频带后传送到同一地址。模拟信号数字化后占用带宽较大，若要缩小间隔，必须采用压缩编码技术和先进的数字调制技术。总的说来，FDMA技术比较成熟，应用也比较广泛。(2.3)2.1.2频分多址技术的优缺点1、FDMA的主要优点设备简单、技术成熟。使用简单，信号连续传输，满足模拟话音通信，容易实现且成本较低。2、FDMA的主要缺点所有的FDMA系统，不论是模拟的还是数字的，都有一个严重的缺点，那就是为了满足给定数量的用户的通信需求，需要相当多的共用设备。这是由于每载波单路所造成的。多频道信号互调干扰严重，频率利用率低，容量小。同时频谱利用率较低，每个用户（远端站）都要占用一定的频带，尤其在空中带宽资源有限的情况下，FDMA系统组织多扇区基站会遇到困难。单纯采用FDMA作为多址接入方式已经很少见，实用系统多采用TDMA方式或采用FDMA＋TDMA方式。2.1.3频分多址技术的使用范围1、应用于移动通信在传统的移动通信中，长期以来延用了FDMA方式。就应用最广的蜂窝区移动电话而言，第1代系统是以FDMA多址和模拟调制为基础的，它的系统容量仅为带宽的l0%左右，如AMPS系统等。第l代系统曾得到广泛应用，但由于通信容量小、话音质量差和保密性差等问题的存在，难以继续发展。2、应用于卫星通信其是让不同的地球通信站占用不同频率的信道进行通信。因为各个用户使用着不同频率的信道，所以相互没有干扰。2.2时分多址技术（TDMA）的概述TDMA也是非常成熟的通信技术，所谓TDMA就是一个信道由连续的周期性时隙构成，不同信号被分配到不同的时隙里，系统中心站将用户数据按时隙排列（TDM）广播发送，所有的TS都可接收到，根据地址信息取出送给自己的数据，下行发送使用一个载频；所有TS共享上行载频，在中心站控制下，按分配给自己的时隙将数据突发到中心站。2.2.1时分多址技术的相关理论由于TDMA的频谱利用率相对FDMA要高，在宽带无线接入领域中被广泛采用。时分多址只传数字信息，信息需经压缩和缓冲存储的过程，在实际使用时常FDMA/TDMA复分使用。TDMA是在给定频带的最高数据传送速率的条件下，把传递时间划分为若干时间间隙，即时隙，用户的收发各使用一个指定的时隙，以突发脉冲序列方式接收和发送信号。多个用户依序分别占用时隙，在一个宽带的无线载波上以较高速率传递信息数据，接收并解调后，各用户分别提取相应时隙的信息，按时间区分用户，从而实现多址通信。总的码元速率是各路之和，还有一些位同步、帧同步等额外开销。图2.2所示为一帧8个时隙的图例。现在的TDMA系统总是采用数字体制，每时隙可以是单个用户占用，也可以是一组时分复用的用户占用。图2.2一帧八个时隙的图例图2.3时分多址的技术模型图2.3所示为TDMA的三维图，式（2.4）给出了时域正交的表示式。各用户在同一频带中传送，时间上互不重叠，符合时域的正交条件。在实际传输时，由于多径等各种影响，可能破坏正交条件，形成码间串扰。(2.4)2.2.2时分多址技术的优缺点1、TDMA的主要特点整个系统要有精确的同步，要由基准站统一系统内各站的时钟，才能保证各站准确地按时隙提取本站需要的信号。包括信号的传输、处理、交换等，必须要有一个统一的时间基准。要解决上述问题，使用的方法是系统中的各个设备内部设置一个高精度时钟，在通信开始时，进行一次时钟校正，只要时钟不发生明显漂移，系统都能准确定时。但真正的情况不是这样，因为要使系统的时钟很精确，无论从技术还是价格方面考虑都不适合。2、TDMA的主要优点TDMA系统同FDMA系统相比，其主要优点在于每一个信道为许多用户有效地使用。TDMA同FDMA的主要区别在于每载波多路。所有TDMA系统都是时分多路复用的，通常为8路、15路、30路或者更多。3、TDMA的主要缺点系统要求严格的系统定时同步，是时隙受限和干扰受限系统。2.2.3时分多址技术的使用范围1、应用于移动通信将TDMA方法用于移动通信的理由之一是：宽带传输可以缓和对无线频率稳定度的要求。自20世纪80年代末起，以TDMA和数字调制为基础的第2代移动通信迅速发展起来。第2代系统是以欧洲开发的泛欧数字蜂窝区移动电话系统为代表，又称GSM系统。目前，GSM在我国也得到广泛应用，GSM数字移动电话用户已突破l000万户。第2代系统的特点是在容量、质量、功能和功耗等方面比第1代系统有很大的改进，进入20世纪90年代中期，又出现了可传送话音、数据等各种业务。2、应用于卫星通信TDMA用于卫星通信系统中的基本原理，是用不同时间间隙来区分地球站的地址，在该系统中只允许各地球站在规定的时隙内发射信号，这些射频信号通过卫星转发器时，在时间上是严格依次排列，互不重叠的。这种多址技术是让若干个地球站共同使用一个信道。但是占用的时间不同，所以相互之间不会干扰。显然，在相同信道数的情况下，采用时分多址要比频分多址能容纳更多的用户。它有如下基本特点：(1)任何时刻在卫星转发器中都只有一个载波工作。(2)可以比FDMA方式更充分地利用转发器的输出功率。(3)易于实现信道的按需分配。(4)全网正常工作要靠网同步，技术和设备比较复杂。2.2.4应用于时分多址技术的GSM系统1、GSM的信道在GSM系统规范中，对总的频谱划分成200kHz为单位的一个个频段，称为频段，而对每一个频隙，允许8个用户使用，即从时分多址方式来看，每个时帧有8个时隙（TimeSlot），每个时隙的长度为BP＝15/26＝0.577ms，而每一个时帧长度为15/26×8＝4.615ms。所讲的时隙长度是GSM规范定义的，而移动台在无线路径上的传输的实际情况是不同的。前面讲到的经交织加密后的数据块为114位，这些位加上其它一些信息位元共组成156.25位，以脉冲串的形成调制到某一个频率上，并限定在一个时隙范围内进行传输，这些脉冲串称为"Burst"（突发）。在常规Burst之间，即每个时隙之间要有一定的保护间隔，即147位有用信息的前后有一段保护时间，取信号小于-59dB的部分为保护时间，约30μs。2、GSM的时帧结构GSM的时帧结构有5个层次，分别是高帧、超帧、复帧、TDMA时帧和时隙，时隙是构成物理信道的基本单元，8个时隙构成一个TDMA时帧。TDMA时帧构成复帧，复帧是业务信道和控制信道进行组合的基本单元。由复帧构成超帧，超帧构成高帧，高帧是TDMA帧编号的基本单元，即在高帧内对TDMA帧顺序进行编号。1高帧＝2048个超帧＝2715648个TDMA帧，高帧的时长为3小时28分53秒760毫秒。高帧周期与加密及跳频有关，每经过一个高帧时长会重新启动密码与跳频算法。1个超帧＝1326个TDMA帧，超帧时长为6.12秒。复帧有两种结构，一种用于业务信道，其结构形式是由26个TDMA帧构成的复帧；另一种用于控制信道，其结构为51个TDMA帧构成的复帧。1个TDMA帧＝8个时隙，其时帧长度为4.615毫秒，1个时隙长度为0.577ms，在时隙内传送数据脉冲串，称为突发（Burst），一个突发包含156.25位数据。GSM系统的定时采用的是主从同步法。即系统所有的时钟均直接或间接从属于某一个主时钟信息。主时钟有很高的精度，其时钟信息以广播的方式传送到系统的许多设备，或以分层方式逐层传送给系统的其他设备。各设备收到上层的时钟信号后，提取出定时信息，与上层时钟保持一致，这个过程又称之为时钟锁定。2.3码分多址技术（CDMA）的概述CDMA多址技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端由使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。2.3.1码分多址技术的发展情况自20世纪80年代开始，CDMA的技术取得了很大的进展，FDMA系统每载波只传送一路电话，TDMA系统可传送几路或几十路电话，而CDMA系统则可传送几百路电话。信道的带宽一般可达到1～10MHz。CDMA技术起源于美国。近几年，美国进一步将CDMA方式在移动通信中实用化，新的CDMA制式也将用于蜂窝区移动通信，有人称其为2．5代蜂窝区移动通信。CDMA技术的应用带动了一系列新的通信技术的发展。从上述对几种多址连接技术的比较分析来看，每种连接技术都有其不同的特点及技术优势，其中CDMA技术以它独特的优点成为实现移动通信、无线多媒体通信、无线传输等的理想技术。在实际运用中，选择哪种多址方式，则应根据具体情况作出具体决定。2.3.2码分多址技术的相关理论CDMA多址技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端由使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。扩频信号是用扩频码序列填充到所需传送的数据中形成的信号。频带展宽的倍数称为扩频系数，用分贝表示称为扩频增益。每个用户具有特定的地址码（相当于扩频中的PN码），利用地址码相互之间的正交性（或准正交性）完成信道分离的任务。不同用户使用不同的码序列，它们占用相同频带，接收机虽然能收到，但不能解出，这样可实现互不干扰的多址通信。它以不同的互相正交的码序列区分用户，故称为“码分多址”。2.3.3扩频方式及扩频码1、目前应用最多的扩频方式有两类（1）直接扩频方式码分多址（DS/CDMA）直接用扩频码作为地址码调制信号，调制方式通常用PSK。众所周知，DS/CDMA在现在的第二代移动通信中已经得到了成功应用,而且它还是第三代移动通信的核心技术，在IMT－2000的众多标准中，大部分都采用了DS/CDMA。此外，在军事通信和卫星通信中，DS/CDMA也都受到了青睐。从原理上来说，DS/CDMA是通过将携带信息的窄带信号与高速地址码信号相乘而获得的宽带扩频信号。收端需要用与发端同步的相同地址码信号去控制输入变频器的载频相位即可实现解扩。DS/CDMA系统具有抗窄带干扰、抗多径衰落和保密性好的优点。此外，关于DS/CDMA的优点还可以罗列很多：许多用户可以共享频率资源，无须复杂的频率分配和管理；具有“软容量”特性，即在一定限度内的用户数增加，只会使得信噪比下降，而不会终止通信，也就是说DS/CDMA没有绝对的容量限制。当然，DS/CDMA也存在一些问题，如多址干扰问题，这是由于不同地址码之间的非完全正交性而造成的，通信过程中不同用户的发射信号会相互干扰。多址干扰是DS/CDMA系统中相当严重的一个问题，这还需要人们通过对地址码选择的进一步研究来解决。此外，在DS/CDMA系统中还存在“远近效应”，就是说离基站近的强信号用户会对远离基站的弱信号用户的通信形成干扰，本质上说这还是由于地址码的非完全正交性所致，但现阶段人们已通过在移动通信系统中引入“自动功率控制”技术削弱了远近效应的影响。（2）跳频扩频方式码分多址（FH/CDMA）属于间接型，用MFSK调制。通常用地址码控制特制的频率合成器，产生频率在较大范围内按一定规律周期性跳动的本振信号，与高速的信息码混频后输出。跳频码分多址（FH/CDMA）在民用通信中并不多见，但在军事抗干扰通信中则是一种常见的通信方式。FH/CDMA的基本原理是优选一组正交跳频码（地址码/扩频码），为每个用户分配一个唯一的跳频码，并用该跳频码控制信号载频在一组分布较宽的跳频集中进行跳变。2、扩频码（1）扩频码的相关理论在码分多址通信中，所用扩频码也就是地址码，应符合式（2.5）确定的正交条件。(2.5)有多少个互为正交的码序列，就可以有多少个用户同时在一个载波上通信。互正交的码序列数取决于码的位数和扩频码的类型。一般而言，位数越多，正交码序列数越多，但带宽也展得越宽。例如用511位扩频码，带宽就要扩展511倍。至于序列数有多少，取决于扩频码的性质。地址码应当具有尖锐的自相关特性，保证信号经过地址码解扩后具有较高的信噪比，同时互相关性最小（相互正交），保证码序列之间干扰最小。为了克服多径衰落和实现有效可靠的通信，地址码应当逼近白噪声的统计特性。常用的地址码是伪随机码序列（PN码）。伪随机码序列具有类似于随机序列的基本特性，是一种貌似随机但实际上是有规律的周期性二进制序列。在所有的伪随机序列中，m序列是最重要、最基本的一种伪随机序列，它容易产生、规律性强、有很好的自相关性和较好的互相关特性。Gold码序列是一种基于m序列的码序列，具有较优良的自相关和互相关特性，产生的序列数多。Gold码的自相关性不如m序列，具有三值自相关特性；互相关性比m序列要好，但还没有达到最佳。Walsh函数正交码是一种典型的正交码，因为互相关特性很好，在IS-95系统中，每个前向码分信道用1.2288Mbit/s比特率的64阶Walsh函数进行扩频，以使各前向码分信道间互相正交。CDMA是码分多址通信系统，它主要使用到了两类码资源，Walsh码和PN码。Walsh码前向用于区分不同物理信道，反向用于扩频。PN伪随机码前向用于区分不同基站（m序列）和加扰（长码），反向用于区分不同用户和反向物理信道（长码）。（2）Walsh码Walsh码来源于H矩阵，根据H矩阵中“＋1”和“－1”的交变次数重新排列就可以得到Walsh矩阵，该矩阵中各行列之间是相互正交(MutualOrthogonal)的，可以保证使用它扩频的信道也是互相正交的。对于CDMA前向链路，采用64阶Walsh序列扩频,每个W序列用于一种前向物理信道(标准），实现码分多址功能。信道数记为W0-W63，码片速率：1.2288Mc/S。沃尔什序列可以消除或抑制多址干扰(MAI)。理论上，如果在多址信道中信号是相互正交的，那么多址干扰可以减少至零。然而实际上由于多径信号和来自其他小区的信号与所需信号是不同步的，共信道干扰不会为零。异步到达的延迟和衰减的多径信号与同步到达的原始信号不是完全正交的，这些信号就带来干扰。来自其他小区的信号也不是同步或正交的，这也会导致干扰发生。在反向链路中，沃尔什码序列仅用作扩频。（3）伪随机序列PN(PseudorandomNoise)CDMA系统中，伪随机序列(PN)用于数据的加扰和扩谱调制。在传送数据之前，把数据序列转化成“随机的”，类似于噪声的形式，从而实现数据加扰。接收机再用PN码把被加扰的序列恢复成原始数据序列。需要指出的是，如果发送数据序列经过完全随机性的加扰，接收机就无法恢复原始序列。换句话说，如果接收机知道如何恢复原始数据，发送的数据序列就不可能完全随机化。因此，在实际cdma系统中使用的是一个足够随机的序列，一方面这个随机序列对非目标接收机是不可识别的，另一方面目标接收机能够识别并且很容易同步的产生这个随机序列。所以把这种序列成为伪随机序列(PN)。CDMA中用到的PN序列可以分为长PN码（长码）和短PN码（短码），长PN码可用于区分不同的用户，短PN码用于区分不同的基站。2.3.4CDMA的抗远近效应CDMA通信系统是干扰受限的系统，任何降低干扰和噪声的技术的采用都能提高系统的容量和通信的质量。CDMA的抗远近效应即为提高通信的容量及通信的质量。采用的抗远近效应的主要技术如下。1、扩频码的选择研究和设计具有互相关值低的伪随机码（如Walsh函数序列），在理想情况下，如果伪码是正交的，则不存在多址干扰问题。但是，实际应用中系统通常是工作在异步状态，设计在任何时延情况下都正交的扩频码是不可能的，只能是设计互相关值尽可能小的扩频码序列。同时PN码之间正交特性良好；PN码要有足够长度，以提高扩频增益，即干扰容限。2、功率控制CDMA技术的成功在很大程度上是依赖于功率控制技术的成功应用。功率控制是工程中解决远近效应的简单有效的方法。通过对基站和移动台发射功率的限制和优化，使得所有用户终端到达接收机具有相同的功率，从而使系统对远近效应有一定的抑制能力。功率控制由前向链路功率控制和反向链路功率控制来共同完成。前向功率控制的目的主要是通过在各个前向业务信道上合理的分配功率来确保各个用户的通信质量，同时使前向链路容量达到最大。前向功率控制是在移动台的协助下完成的。移动台检测前向传输的误帧率，并向基站报告该误帧率的统计结果。基站根据移动台报告的误帧率统计结果，决定增大还是减小前向传输功率。反向功率控制是控制移动台的发射功率，它由开环功率控制和闭环功率控制两部分来共同控制移动台的发射功率。开环功率控制是移动台根据它收到基站导频信号的强度，估计前向传输路径的损耗，从而确定发射功率的大小。闭环功率控制是在移动台的协助下完成的。基站接收移动台的信号，并测量其信噪比，然后将其与一门限作为比较，若收到的信噪比大于门限值，基站就在前向传输信道上传输一个减小发射功率的命令；反之，就送出一个增加发射功率的命令。闭环功率控制可以修正反向传输和前向传输路径增益的变化，消除开环功率控制的不准确性。3、多用户检测由于多址干扰具有很强的结构性，在用户间扩频码的互相关系数已知的条件下，完全可以利用多址干扰的这些结构信息（扩频序列相关特性，信号幅度变化，信号同步特征等），进一步消除它的负面影响，提高系统的性能。针对这一点，S.Verdu首先提出多用户检测技术，它对每个用户信号的检测不是独立进行的，而是将输入信号经过一组匹配滤波器后得到多个用户的充分估计量，共同应用于每个用户进行联合检测。这种多用户检测可以为远近效应提供一个良好的解决途径。采用了多用户检测的接收机，功率控制的要求可大大降低，同时，由于多用户检测中的干扰消除要求可大大降低，同时，由于多用户检测中心的干扰消除特性，也降低了用户码序列间的互相性的要求。多用户检测接收机的研究得到越来越多的研究人员重视。已经是CDMA研究领域的一个热点问题。多用户检测可分为线性检测和干扰消除两大类。线性多用户检测技术主要有：解相关检测、最小均方误差检测、子空间斜投影检测和多项式扩展检测。在抗远近效应方面常用的是解相关检测和最小均方误差检测。解相关检测器的基本思想是对匹配滤波器的输出进行线性处理，其变换矩阵是互相关系数矩阵的逆矩阵。这种方法不用估计接收信号的幅度，计算量小，但是解相关操作将加强斯白噪声，互相关系数矩阵的逆矩阵计算量仍然很大。最小均方误差检测器的基本思想是计算经线性变换的接收数据和传统检测器的输出间的均方差，最小的即为所求的线性变换。该检测器考虑了背景噪声的存在并利用接收信号的功率值进行相关计算，在消除多址干扰和不增强背景噪声之间取得了一个平衡点，但是它需要对信号的幅度进行估计，性能依赖于干扰用户的功率，在抗远近效应方面的性能不如解相关检测器。4、自适应干扰消除技术多用户检测器在抑制多址干扰和远近效应方面有其优势的地方，但多用户检测器也存在局限性。所有的多用户接收机需要准确知道除本用户之外的所有正在通话的用户的时延和地址码。此外，一些多用户接收机还需估计信号的功率或码的互相关值。因此，人们的注意力转移到了自适应干扰消除技术上来。自适应干扰消除技术只需知道所需恢复的用户的时延和地址码。采用的自适应干扰消除技术是盲自适应多用户检测。该检测中代价函数基于输出能量最小原理。将均衡器分为相互正交的两部分，其中一部分为用户的地址码，在迭代中不作变化。由于均衡器的自适应部分不能总是满足正交性条件，需要经常用它的正交分量来代替。当接收码与理想的地址码不一致时，必须引入剩余能量使输出能量最小。盲自适应多用户检测器在采用与传统接收机相同的输入条件下，能有效地克服远近效应。2.3.5码分多址技术的优缺点1、CDMA的主要优点在CDMA系统中，由于带宽展宽带来了很多优点，因此有很好的发展前景，最重要的是它的抗干扰能力强。(1)非扩频的干扰信号进人接收机后，与本地扩频码相乘，干扰功率被分散到很宽的频谱上，落在有效频带内的干扰功率只有很小一部分，影响大为减小。(2)其他扩频码干扰进人时，只要不是同一个扩频系列，在经过相关接收以后，没有输出或输出极小，影响也小。(3)由于采用相关接收技术，只有主信号和本地扩频码同步解扩后有输出，延时后的信号虽然属同样的扩频序列，相关后输出极小或没有输出，从而可以去除多径效应引起的码间串扰，所以无需均衡器。(4)扩频机制使信号带宽远大于相关带宽时，由于多径而产生的选择性快衰落的影响大大减弱。(5)抗干扰能力强，宽带传输，抗衰落能力强，即功率谱密度比较低，有利于信号隐蔽。(6)具有软容量特性。可以在话务量高峰期通过提高误帧率来增加可以用的道数。当相邻小区的负荷一轻一重时，负荷重的小区可以通过减少导频的发射功率，使本小区的边缘用户由于导频强度的不足而切换到相临小区，使负担分担。(7)兼容性好。由于CDMA的带宽很大，功率分布在广阔的频谱上，功率谱密度低，对窄带模拟系统的干扰小，因此两者可以共存。即兼容性好。

(8)COMA的频率利用率高，不需频率规划，这也是CDMA的特点之一。2、CDMA的主要缺点（1）在小区的规划问题上，虽然CDMA无需频率规划，但它的小区规划却并非十分容易。由于所有的基站都使用同一个频率，相互之间是存在干扰的，如果小区规划做得不好，将直接影响话音质量和使系统容量打折扣，因而在进行站距、天线高度等方面的设计时应当小心谨慎。（2）其次，在标准的问题上，CDMA的标准并不十分完善。许多标准都仍在研究制定之中。如A接口，目前各厂家有的提供IS一634版本0，有的支持IS－634版本。还有的使用Is－634／TSB－80。因此对于系统运营商来说，选择统一的A接口是比较困难的。（3）由于功率控制的误差所导致的系统容量的减少。2.3.6码分多址技术的使用范围1、应用于移动通信采用CDMA技术可以比时分多址方式容纳更多的用户。这种技术比较复杂，但现在已经为不少移动通信系统所采用。在第三代移动通信系统中，也采用宽带码分多址技术。2、应用于卫星通信这种多址技术也是多个地球站共同使用一个信道。但是每个地球站都被分配有一个独特的“码序列”，与所有别的“码序列”都不相同，所以各个用户相互之间也没有干扰。因为是靠不同的“码序列”来区分不同的地球站。2.4空分多址技术（SDMA）的概述空分多址(SDMA)，也称为多光束频率复用。它通过标记不同方位的相同频率的天线光束来进行频率的复用。这种技术是利用空间分割构成不同的信道。举例来说，在一颗卫星上使用多个天线，各个天线的波束射向地球表面的不同区域。地面上不同地区的地球站，它们在同一时间、即使使用相同的频率进行工作，它们之间也不会形成干扰。空分多址（SDMA）是一种信道增容的方式，可以实现频率的重复使用，充分利用频率资源。空分多址还可以和其它多址方式相互兼容，从而实现组合的多址技术，例如空分-码分多址（SD-CDMA）。2.4.1空分多址技术的发展概况随着通信业务的迅猛发展和移动通信用户的不断增加，现有通信体制（FDMA、TDMA、CDMA）的容量已渐趋饱和，如何提高无线资源的利用率，成为人们思考的重点。随着阵列信号处理技术的发展，空分多址（SDMA：SpatialDivisionMultipleAccess）技术可以显著改善通信系统的性能，其在移动通信领域的应用已引起人们的极大关注。SDMA技术使用定向波束服务于不同的用户，控制了基站和用户的空间辐射能量，引导能量沿用户方向发送。SDMA在提高通信服务质量、扩大系统容量、提高无线资源的利用率、提高系统的可靠性以及降低系统成本等方面有卓越的优点。空分多址技术起源于雷达、声纳等军事领域，由于造价昂贵及其他因素，一直未能应用于民用通信领域。随着微电子技术的飞速发展，DSP芯片的价格不断下降以及数字信号处理技术的日益完善，空分多址正在向民用通信系统渗透。依托先进的数字信号处理技术，空分多址在移动通信系统中将会有良好的应用前景。2.4.2空分多址技术的相关理论SDMA体制又称空间分割，它使用阵列天线，通过在角度域提供虚信道来控制空间。一般来说，IS-95中的120扇区分割，固定多波束的切换也可以认为属于SDMA的范畴。SDMA技术允许在一个小区内，用相同的频率、相同的时隙、相同的扩频码，通过不同的波束为不同的用户服务。通过使用阵列天线，提供对空间的动态控制，从而增加了一个维度。SDMA的基本思想是引导能量沿用户方向传输。通常情况下，同移动用户的空间位置和移动速度不同，在基站一侧所接收到的不同用户的信号的DOA、多普勒频移和多径结构等特征也就不同。SDMA就是利用这些特征的差异，通过阵列天线技术在用户方向上形成定向波束，在同一信道上接收和发送多个用户信号而不发生相互干扰。实际上它使通信资源不再局限于时间域、频率域或码域而拓展到了空间域。一个理想的SDMA系统应能够为每一个用户形成一个波束，基站跟踪用户的位置移动，始终使用户处于波束的中心处。在SDMA系统中的所有用户，将能够用同一信道在同一时间实现双向通信。2.4.3空分多址技术的优缺点(1)主要优点应用SDMA的优势是明显的：它可以提高天线增益，使得功率控制更加合理有效，显著地提升系统容量；此外一方面可以削弱来自外界的干扰，另一方面还可以降低对其他电子系统的干扰。(2)主要缺点SDMA实现的关键是智能天线技术，这也正是当前应用SDMA的难点。特别是对于移动用户，由于移动无线信道的复杂性，使得智能天线中关于多用户信号的动态捕获、识别与跟踪以及信道的辨识等算法极为复杂，从而对DSP（数字信号处理）提出了极高的要求，对于当前的技术水平这还是个严峻的挑战。2.4.4空分多址技术的运用场合空分多址（SDMA）是一种新发展的多址技术，在由中国提出的第三代移动通信标准TD－SCDMA中就应用了SDMA技术；此外在卫星通信中也有人提出应用SDMA。SDMA实现的核心技术是智能天线的应用，理想情况下它要求天线给每个用户分配一个点波束；这样根据用户的空间位置就可以区分每个用户的无线信号，换句话说，处于不同位置的用户可以在同一时间使用同一频率和同一码型而不会相互干扰。实际上，SDMA通常都不是独立使用的，而是与其他多址方式如FDMA、TDMA和CDMA等结合使用；也就是说对于处于同一波束内的不同用户再用这些多址方式加以区分。小结通过本次课程设计，巩固了我学习过的专业知识，对通信系统有了更深层次的理解，尤其是在“移动通信系统组成及功能”、各类多址技术的理论及发展、“扩频方式及扩频码”、“PN码同步”、“Walsh码相关检测”等方面有了更加直观的了解。在本次毕业设计中，导师黎曦对我们的设计过程和论文提出了宝贵的意见和辅导。他对于多址领域的认识和MATLAB的熟悉，对于所学知识的灵活运用，对工作的认真负责的态度，对困难敢于克服的精神，都给了我们很大的启示。他在技术上帮我们答疑解惑，软件上提供帮助支持，学习中给我们指导和鼓励。在这里表示衷心的感谢!参考文献[1]王秉均.现代通信原理.人民邮电出版社.2006:45-48[2]何世彪,谭晓衡.扩频技术及其实现.电子工业出版社.2007:43-52[3]许丽艳.CDMA通信系统多址干扰的仿真研究.青岛大学学报.2005:34-56[4]王文博.时分双工CDMA移动通信技术.北京邮电大学出版社.2001:42-47[5]彭木根,王文博.基于多用户检测技术的时分双工-码分多址系统上行链路容量研究［J］.北京邮电大学学报,2003,26（3）:27-31.[6]王丽娜.卫星通信系统.国防工业出版社.2006:132-135[7]郑祖辉,陆锦华,郑岚.数字集群移动通信系统.电子工业出版社.2005:80-84[8]陈振国,杨鸿文,郭文彬.卫星通信与技术.北京邮电大学出版社.2003:327-332[9]张敬堂.现代通信技术.国防工业出版社.2004:176-180基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片