CDMA擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)課件

擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)(CDMA)浙江大學(xué)信電系余官定yuguanding@擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)(CDMA)浙江大學(xué)信電系主要內(nèi)容CDMA概括及理論基礎(chǔ)常見的擴(kuò)頻序列Rake接收技術(shù)CDMA系統(tǒng)中的若干關(guān)鍵技術(shù)功率控制軟切換多用戶檢測(cè)技術(shù)主要內(nèi)容CDMA概括及理論基礎(chǔ)CDMA的歷史擴(kuò)展頻譜通信(SpreadSpectrumCommunications)，簡(jiǎn)稱擴(kuò)頻通信，其出現(xiàn)是通信技術(shù)的一次重大突破。擴(kuò)頻通信最早始于軍事通信，是隨著在軍事通信中的應(yīng)用而發(fā)展起來的。Shannon在1949年提出了CDMA的理論基礎(chǔ)1991年Qualcomm發(fā)布了一套CDMA系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果，是當(dāng)時(shí)AMPS容量的10倍1993年IS-95標(biāo)準(zhǔn)制定1997年IS-95B標(biāo)準(zhǔn)完成CDMA2000,WCDMA,TD-SCDMA成了3G的三個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)CDMA技術(shù)既是一種調(diào)制技術(shù)，也是一種多址接入技術(shù)CDMA的歷史擴(kuò)展頻譜通信(SpreadSpectrumCDMA技術(shù)概括擴(kuò)頻通信技術(shù)采用遠(yuǎn)大于傳輸數(shù)據(jù)信息所需最小帶寬的傳輸頻帶來傳送信號(hào)，該技術(shù)可以用于克服多徑干擾、多址干擾和人為非AWGN干擾。這種調(diào)制、解調(diào)技術(shù)所要求的信號(hào)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則不是盡可能地節(jié)省帶寬，而是克服干擾。擴(kuò)展頻譜通信方式具有如下二個(gè)特征：發(fā)射信號(hào)所占的帶寬遠(yuǎn)大于信息比特率，并且與信息比特率無關(guān)。在發(fā)送端信號(hào)頻帶的展寬是通過采用擴(kuò)譜序列信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)擴(kuò)譜序列信號(hào)與所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息無關(guān)。在接收端利用與發(fā)送端相同的擴(kuò)譜序列信號(hào)來恢復(fù)數(shù)據(jù)。CDMA技術(shù)概括擴(kuò)頻通信技術(shù)采用遠(yuǎn)大于傳輸數(shù)據(jù)信息所需最小帶擴(kuò)頻通信的優(yōu)點(diǎn)易于同頻使用，提高了無線頻譜利用率?？垢蓴_能力強(qiáng)，誤碼率低。保密性好?？梢詫?shí)現(xiàn)碼分多址通信?？苟鄰剿ヂ淠芰?。能夠精確定時(shí)和測(cè)距。擴(kuò)頻通信的優(yōu)點(diǎn)易于同頻使用，提高了無線頻譜利用率。CDMA理論基礎(chǔ)CDMA理論基礎(chǔ)CDMA基本原理在室內(nèi)參加宴會(huì)的一群人－TDMACDMA基本原理在室內(nèi)參加宴會(huì)的一群人－TDMACDMA基本原理在室內(nèi)參加宴會(huì)的一群人－FDMACDMA基本原理在室內(nèi)參加宴會(huì)的一群人－FDMACDMA基本原理在室內(nèi)參加宴會(huì)的一群人－CDMACDMA基本原理在室內(nèi)參加宴會(huì)的一群人－CDMACDMA分類CDMA分類CDMA分類時(shí)域擴(kuò)頻直接序列擴(kuò)頻(DS:DirectSequence)：直接使用高碼率的雙極性或者多極性的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)送端對(duì)要傳輸?shù)牡退贁?shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，在接收端用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)跳時(shí)(TH:TimeHopping)：采用擴(kuò)頻序列控制系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)的有無和持續(xù)時(shí)間，使發(fā)射信號(hào)在時(shí)間軸上跳變。CDMA分類時(shí)域擴(kuò)頻CDMA分類頻域擴(kuò)頻跳頻(FH:FrequencyHopping)：同跳時(shí)類似，指采用擴(kuò)頻序列控制系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)的頻率，使其按照一定的規(guī)律在給定的頻段內(nèi)周期跳變。多載波擴(kuò)頻(MC:MultipleCarrier)：在頻域中使用給定的擴(kuò)展碼將原始數(shù)據(jù)流在不同子載波上進(jìn)行擴(kuò)展。線性調(diào)頻：簡(jiǎn)稱Chirp方式，指控制發(fā)射信號(hào)的頻率在一個(gè)周期內(nèi)作線性變化。CDMA分類頻域擴(kuò)頻CDMA分類混合擴(kuò)頻以上幾種擴(kuò)頻方式中的兩種或多種結(jié)合起來，構(gòu)成混合擴(kuò)頻體制，如FH/DS,TH/DS,FH/TH等?；旌蠑U(kuò)頻比單一的擴(kuò)頻具有更優(yōu)良的性能。二維擴(kuò)頻：同時(shí)在時(shí)域及頻域進(jìn)行連續(xù)擴(kuò)頻的擴(kuò)頻方式同時(shí)獲得時(shí)間分集和頻率分集效果CDMA分類混合擴(kuò)頻直接序列擴(kuò)頻直接序列擴(kuò)頻直接序列擴(kuò)頻發(fā)送端直接序列擴(kuò)頻發(fā)送端直接序列擴(kuò)頻接收端直接序列擴(kuò)頻接收端直接序列擴(kuò)頻擴(kuò)頻因子：處理增益：處理增益=擴(kuò)頻增益直接序列擴(kuò)頻擴(kuò)頻因子：主要內(nèi)容CDMA概括及理論基礎(chǔ)常見的擴(kuò)頻序列Rake接收技術(shù)CDMA系統(tǒng)中的若干關(guān)鍵技術(shù)功率控制軟切換多用戶檢測(cè)技術(shù)主要內(nèi)容CDMA概括及理論基礎(chǔ)擴(kuò)頻序列擴(kuò)頻序列(PN序列)擴(kuò)頻系統(tǒng)中的重要概念類似噪聲的二進(jìn)制隨機(jī)序列“0”和“1”的個(gè)數(shù)基本相同自相關(guān)性好互相關(guān)性小移位相關(guān)性小擴(kuò)頻序列擴(kuò)頻序列(PN序列)擴(kuò)頻序列

離散序列的周期自相關(guān)函數(shù)為

離散序列的周期互相關(guān)函數(shù)定義為擴(kuò)頻序列離散序列的周期自相關(guān)函數(shù)擴(kuò)頻序列擴(kuò)頻序列擴(kuò)頻序列－m序列m序列具有很好的隨機(jī)特性平衡特性游程特性延位相加特性擴(kuò)頻序列－m序列m序列具有很好的隨機(jī)特性擴(kuò)頻序列－m序列1、平衡特性

在m序列的一個(gè)周期中“0”的個(gè)數(shù)比“1”的個(gè)數(shù)少1，為，“1”的個(gè)數(shù)為，所以，擴(kuò)頻序列－m序列1、平衡特性在m序列的一個(gè)周期中“0”的個(gè)擴(kuò)頻序列－m序列2、游程特性

把一個(gè)周期長度為的m序列首尾相接成一個(gè)圈，其中連續(xù)出現(xiàn)一串“1”（或“0”）稱為“1”（或“0”）的游程。串的長度稱為游程長度。對(duì)于m序列來說，一個(gè)周期內(nèi)共有個(gè)游程，其中“0”的游程和“1”的游程各占一半；長度為r的游程只有一個(gè)，是“1”的游程；長度為（r-1）的游程也只有一個(gè)，是“0”的游程；長度為k（k<r-1）的“0”游程和“1”的游程個(gè)數(shù)相等，為個(gè)。3、延位相加特性

m序列與它的移位序列相加后仍然是的一個(gè)移位序列。擴(kuò)頻序列－m序列2、游程特性把一個(gè)周期長度為擴(kuò)頻序列－m序列m序列波形或偽隨機(jī)波形的自相關(guān)函數(shù)

NTcTc1.01/N擴(kuò)頻序列－m序列m序列波形或偽隨機(jī)波形的自相擴(kuò)頻序列－m序列m序列的缺點(diǎn)是互相關(guān)特性差，以及序列數(shù)少；擴(kuò)頻序列－m序列m序列的缺點(diǎn)是互相關(guān)特性差，以及序列數(shù)少；擴(kuò)頻序列－m序列WelchBound已經(jīng)證明任意M個(gè)周期為N的二進(jìn)序列之間的互相關(guān)最大峰值滿足：

序列數(shù)目M很大

擴(kuò)頻序列－m序列WelchBound已經(jīng)證明任意M個(gè)周擴(kuò)頻序列－Gold序列m序列的缺點(diǎn)同樣長度的m序列個(gè)數(shù)不多序列之間的互相關(guān)性并不都好Gold序列基于m序列的碼序列優(yōu)良的自相關(guān)和互相關(guān)特性序列數(shù)目較多擴(kuò)頻序列－Gold序列m序列的缺點(diǎn)擴(kuò)頻序列－Gold序列m序列優(yōu)選對(duì)如果兩個(gè)m序列的互相關(guān)函數(shù)的絕對(duì)值滿足如下條件：則稱這一對(duì)m序列為優(yōu)選對(duì)。兩個(gè)m序列優(yōu)選對(duì)的模二相加產(chǎn)生的新碼字序列為Gold序列。擴(kuò)頻序列－Gold序列m序列優(yōu)選對(duì)擴(kuò)頻序列－Gold序列原理結(jié)構(gòu)圖擴(kuò)頻序列－Gold序列原理結(jié)構(gòu)圖擴(kuò)頻序列－Gold序列DDDDDDDDDD擴(kuò)頻序列－Gold序列DDDDDDDDDD擴(kuò)頻序列－Gold序列Gold序列主要性質(zhì)具有三值自相關(guān)特性，旁瓣的極大值滿足優(yōu)選對(duì)的條件兩個(gè)m序列優(yōu)選對(duì)不同移位相加產(chǎn)生的新序列都是Gold序列擴(kuò)頻序列－Gold序列Gold序列主要性質(zhì)CDMA擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)課件擴(kuò)頻序列－Walsh序列Walsh-Hadamard碼(正交碼)用于時(shí)間同步的系統(tǒng)IS-95使用64×64的Walsh碼TDS-CDMA使用16×16Walsh碼移位相關(guān)性差擴(kuò)頻序列－Walsh序列Walsh-Hadamard碼(正交擴(kuò)頻序列－Walsh序列Walsh序列的產(chǎn)生擴(kuò)頻序列－Walsh序列Walsh序列的產(chǎn)生主要內(nèi)容CDMA概括及理論基礎(chǔ)常見的擴(kuò)頻序列Rake接收技術(shù)CDMA系統(tǒng)中的若干關(guān)鍵技術(shù)功率控制軟切換多用戶檢測(cè)技術(shù)主要內(nèi)容CDMA概括及理論基礎(chǔ)Rake接收技術(shù)分集時(shí)間分集空間分集頻率分集RAKE接收不同于傳統(tǒng)的空間、頻率與時(shí)間分集技術(shù)，它是一種典型的利用信號(hào)統(tǒng)計(jì)與信號(hào)處理技術(shù)將分集的作用隱含在被傳輸?shù)男盘?hào)之中，因此又稱它為隱分集或帶內(nèi)分集。Rake接收技術(shù)分集Rake接收技術(shù)由于移動(dòng)通信傳播中多徑引起了接收信號(hào)時(shí)延功率譜的擴(kuò)散，其中最典型的有兩類。連續(xù)型時(shí)延功率譜：它一般出現(xiàn)在繁華的市區(qū)，由密集建筑物反射而形成，如下圖所示。Rake接收技術(shù)由于移動(dòng)通信傳播中多徑引起了接收信號(hào)時(shí)延功率Rake接收技術(shù)離散型時(shí)延功率譜：它一般出現(xiàn)在非繁華市區(qū)，非密緊型建筑群區(qū)，如下圖所示。Rake接收技術(shù)離散型時(shí)延功率譜：它一般出現(xiàn)在非繁華市區(qū)，非Rake接收技術(shù)在接收端的多徑傳播信號(hào)可以用下列矢量圖表示如下：假設(shè)有三條主要傳播路徑，Rake接收技術(shù)在接收端的多徑傳播信號(hào)可以用下列矢量圖表示如Rake接收技術(shù)若采用擴(kuò)頻信號(hào)設(shè)計(jì)與RAKE接收的信號(hào)處理后，三條路徑信號(hào)矢量圖可改變成如下形式：Rake接收技術(shù)若采用擴(kuò)頻信號(hào)設(shè)計(jì)與RAKE接收的信號(hào)處理后Rake接收技術(shù)RAKE接收就是設(shè)法將上述被擴(kuò)散的信號(hào)能量充分利用起來。其主要手段是擴(kuò)頻信號(hào)設(shè)計(jì)與RAKE接收的信號(hào)處理手段。在實(shí)際的移動(dòng)通信中由于用戶的隨機(jī)移動(dòng)性，接收到的多徑分量的數(shù)量、大小(幅度)、時(shí)延(到達(dá)時(shí)間不同)、相位均為隨機(jī)變量，因此合成后的合成矢量亦為一個(gè)隨機(jī)變量。但是如果能利用擴(kuò)頻信號(hào)設(shè)計(jì)將各條路徑信號(hào)加以分離，再利用RAKE接收將被分離的各條路徑信號(hào)相位校準(zhǔn)、幅度加權(quán)，并將矢量和變成代數(shù)和。而加以充分利用。當(dāng)然，這一分離、處理和利用的設(shè)想，特別是對(duì)于連續(xù)型時(shí)延功率譜是受分辨率即擴(kuò)頻增益和RAKE接收信號(hào)處理方式和能力所限。Rake接收技術(shù)RAKE接收就是設(shè)法將上述被擴(kuò)散的信號(hào)能量充Rake接收技術(shù)Rake接收技術(shù)主要內(nèi)容CDMA概括及理論基礎(chǔ)常見的擴(kuò)頻序列Rake接收技術(shù)CDMA系統(tǒng)中的若干關(guān)鍵技術(shù)功率控制軟切換多用戶檢測(cè)技術(shù)主要內(nèi)容CDMA概括及理論基礎(chǔ)多用戶CDMA中的多址干擾MAI-MultipleAccessInterference任何一個(gè)用戶的信號(hào)包含了其它所有用戶的干擾信號(hào)MAI指得是用戶之間的相互干擾MAI與系統(tǒng)的負(fù)載成正比MAI包括Intra-cellMAI和Inter-cellMAI多用戶CDMA中的多址干擾MAI-MultipleAcce多址干擾對(duì)CDMA系統(tǒng)的影響傳統(tǒng)CDMA系統(tǒng)中的信號(hào)檢測(cè)將于多址干擾視為高斯噪聲來處理，因而忽略多址干擾的存在，這種方法會(huì)帶來以下兩個(gè)方面的影響：系統(tǒng)容量受到限制：隨著同時(shí)接入系統(tǒng)用戶數(shù)目的增加，多址干擾的影響也會(huì)逐漸嚴(yán)重起來，導(dǎo)致系統(tǒng)誤碼率的上升產(chǎn)生遠(yuǎn)近效應(yīng)：遠(yuǎn)離基站用戶的信號(hào)被靠近基站用戶的信號(hào)淹沒。多址干擾對(duì)CDMA系統(tǒng)的影響傳統(tǒng)CDMA系統(tǒng)中的信號(hào)檢測(cè)將CDMA中的遠(yuǎn)近效應(yīng)在上行鏈路中，如果小區(qū)中所有用戶均以相同的功率發(fā)射，由于無線信道的衰落及移動(dòng)臺(tái)與基站(BS)間距離不同，BS接收到的離BS近的MS的信號(hào)功率要比接收到的離BS遠(yuǎn)的MS的信號(hào)功率強(qiáng)，這樣，就會(huì)對(duì)遠(yuǎn)離基站的MS造成很大的影響，使其性能下降，甚至不能正常工作，這種現(xiàn)象稱為“遠(yuǎn)近效應(yīng)”。解決辦法功率控制CDMA中的遠(yuǎn)近效應(yīng)在上行鏈路中，如果小區(qū)中所有用戶均以相同多址干擾的抑制方法擴(kuò)頻碼的設(shè)計(jì)提高碼之間的互相關(guān)性功率控制緩解多址干擾，但不能從本質(zhì)上消除多址干擾前向糾錯(cuò)編碼空間濾波技術(shù)智能天線多用戶檢測(cè)技術(shù)利用多址干擾中包含的用戶間的互相關(guān)信息來估計(jì)干擾和降低、消除干擾的影響多址干擾的抑制方法擴(kuò)頻碼的設(shè)計(jì)CDMA中的功率控制開環(huán)功率控制開環(huán)功率控制是移動(dòng)臺(tái)根據(jù)接收到的基站導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度，來衡量移動(dòng)臺(tái)與基站之間的傳播損耗，從而確定發(fā)射功率的大小，使移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率控制在一個(gè)范圍內(nèi)。估計(jì)誤差會(huì)造成開環(huán)功率控制的性能嚴(yán)重下降CDMA中的功率控制開環(huán)功率控制CDMA中的功率控制閉環(huán)(內(nèi)環(huán))功率控制基站每隔一段時(shí)間(通常是1.25ms)測(cè)量收到的移動(dòng)臺(tái)信號(hào)，得到SIR的估計(jì)值，將此估計(jì)值與設(shè)定的門限值相比較估計(jì)值大于門限值，基站發(fā)出降低功率指令估計(jì)值小于門限值，基站發(fā)出提高功率指令基站通過測(cè)量接收信號(hào)的SIR，不間斷地向每個(gè)移動(dòng)臺(tái)提供反饋信號(hào)，形成控制環(huán)路，控制移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率CDMA中的功率控制閉環(huán)(內(nèi)環(huán))功率控制CDMA中的功率控制外環(huán)功率控制基站根據(jù)接收到的反向業(yè)務(wù)信道的誤幀率(FER)的變化調(diào)整內(nèi)環(huán)功率控制的門限當(dāng)實(shí)際接收的FER高于目標(biāo)值時(shí)，基站就提高內(nèi)環(huán)門限，反之，基站就降低內(nèi)環(huán)門限內(nèi)環(huán)和外環(huán)功率控制的關(guān)系內(nèi)環(huán)功率控制的SIR門限定義了承載業(yè)務(wù)的質(zhì)量需求外環(huán)功率控制是通過調(diào)整SIR門限維持相應(yīng)質(zhì)量需求下的通信質(zhì)量CDMA中的功率控制外環(huán)功率控制內(nèi)環(huán)和外環(huán)功率控制的關(guān)系CDMA中的切換硬切換“先斷后接”往往發(fā)生頻率的變化傳統(tǒng)的FDMA系統(tǒng)大多采用硬切換切換過程中容易產(chǎn)生掉話CDMA中的切換硬切換CDMA中的切換軟切換“先接后斷”用戶在切換過程中至少能保持一個(gè)連接在切換過程中同時(shí)有兩個(gè)連接宏分集選擇性合并往往適用于同頻蜂窩系統(tǒng)，在切換過程中頻率不發(fā)生變化。CDMA中的切換軟切換CDMA中的切換更軟切換軟切換的一個(gè)特殊情況發(fā)生在一個(gè)BS內(nèi)的切換扇區(qū)間的切換信道發(fā)生切換獲得宏分集可使用最大比合并技術(shù)CDMA中的切換更軟切換多用戶檢測(cè)技術(shù)不論是多徑干擾還是多址干擾，其本質(zhì)上并不是純粹無用的白噪聲，而是有強(qiáng)烈結(jié)構(gòu)性的偽隨機(jī)序列信號(hào)，而且各用戶間與各條路徑間的相關(guān)函數(shù)都是已知的。因此從理論上看，完全有可能利用這些偽隨機(jī)序列的已知結(jié)構(gòu)信息和統(tǒng)計(jì)信息，比如相關(guān)性，來進(jìn)一步消除這些干擾所帶來的負(fù)面影響，以達(dá)到提高系統(tǒng)性能的目的。多用戶檢測(cè)技術(shù)不論是多徑干擾還是多址干擾，其本質(zhì)上并不是純粹多用戶檢測(cè)技術(shù)多用戶檢測(cè)的主要優(yōu)點(diǎn)1、它是消除或減弱CDMA中多址干擾的有效手段，也是消除或減弱CDMA中多徑干擾的有效手段。2、能夠消除或減弱CDMA中遠(yuǎn)近效應(yīng)，簡(jiǎn)化CDMA系統(tǒng)中的功率控制，降低功率控制的精度要求。3、彌補(bǔ)CDMA中由于正交擴(kuò)頻碼互相關(guān)性不理想所帶來的一系列消極影響，改善CDMA系統(tǒng)性能，提高系統(tǒng)容量、擴(kuò)大小區(qū)覆蓋范圍。多用戶檢測(cè)的主要缺點(diǎn)大大增加CDMA系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜度，增加CDMA系統(tǒng)的處理時(shí)延，特別是對(duì)于采用自適應(yīng)算法，以及對(duì)于擴(kuò)頻碼較長的系統(tǒng)更是如此。不能用于下行鏈路多用戶檢測(cè)技術(shù)多用戶檢測(cè)的主要優(yōu)點(diǎn)多用戶檢測(cè)技術(shù)線性多用戶檢測(cè)解相關(guān)檢測(cè)器MMSE檢測(cè)器

多項(xiàng)式展開(PE)檢測(cè)器干擾抵消多用戶檢測(cè)器串行干擾抵消(SIC)檢測(cè)器并行干擾抵消(PIC)檢測(cè)器迫零判決反饋(ZF-DF)檢測(cè)器多用戶檢測(cè)技術(shù)線性多用戶檢測(cè)思考題CDMA系統(tǒng)對(duì)擴(kuò)頻序列設(shè)計(jì)的要求。常用的擴(kuò)頻序列有哪些？分別有什么特點(diǎn)？Rake接收機(jī)的原理。CDMA遠(yuǎn)近效應(yīng)，以及消除遠(yuǎn)近效應(yīng)的方法。開環(huán)、閉環(huán)(內(nèi)環(huán))和外環(huán)功率控制的基本原理。硬切換，軟切換，更軟切換的定義。思考題CDMA系統(tǒng)對(duì)擴(kuò)頻序列設(shè)計(jì)的要求。擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)(CDMA)浙江大學(xué)信電系余官定yuguanding@擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)(CDMA)浙江大學(xué)信電系主要內(nèi)容CDMA概括及理論基礎(chǔ)常見的擴(kuò)頻序列Rake接收技術(shù)CDMA系統(tǒng)中的若干關(guān)鍵技術(shù)功率控制軟切換多用戶檢測(cè)技術(shù)主要內(nèi)容CDMA概括及理論基礎(chǔ)CDMA的歷史擴(kuò)展頻譜通信(SpreadSpectrumCommunications)，簡(jiǎn)稱擴(kuò)頻通信，其出現(xiàn)是通信技術(shù)的一次重大突破。擴(kuò)頻通信最早始于軍事通信，是隨著在軍事通信中的應(yīng)用而發(fā)展起來的。Shannon在1949年提出了CDMA的理論基礎(chǔ)1991年Qualcomm發(fā)布了一套CDMA系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果，是當(dāng)時(shí)AMPS容量的10倍1993年IS-95標(biāo)準(zhǔn)制定1997年IS-95B標(biāo)準(zhǔn)完成CDMA2000,WCDMA,TD-SCDMA成了3G的三個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)CDMA技術(shù)既是一種調(diào)制技術(shù)，也是一種多址接入技術(shù)CDMA的歷史擴(kuò)展頻譜通信(SpreadSpectrumCDMA技術(shù)概括擴(kuò)頻通信技術(shù)采用遠(yuǎn)大于傳輸數(shù)據(jù)信息所需最小帶寬的傳輸頻帶來傳送信號(hào)，該技術(shù)可以用于克服多徑干擾、多址干擾和人為非AWGN干擾。這種調(diào)制、解調(diào)技術(shù)所要求的信號(hào)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則不是盡可能地節(jié)省帶寬，而是克服干擾。擴(kuò)展頻譜通信方式具有如下二個(gè)特征：發(fā)射信號(hào)所占的帶寬遠(yuǎn)大于信息比特率，并且與信息比特率無關(guān)。在發(fā)送端信號(hào)頻帶的展寬是通過采用擴(kuò)譜序列信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)擴(kuò)譜序列信號(hào)與所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息無關(guān)。在接收端利用與發(fā)送端相同的擴(kuò)譜序列信號(hào)來恢復(fù)數(shù)據(jù)。CDMA技術(shù)概括擴(kuò)頻通信技術(shù)采用遠(yuǎn)大于傳輸數(shù)據(jù)信息所需最小帶擴(kuò)頻通信的優(yōu)點(diǎn)易于同頻使用，提高了無線頻譜利用率?？垢蓴_能力強(qiáng)，誤碼率低。保密性好?？梢詫?shí)現(xiàn)碼分多址通信?？苟鄰剿ヂ淠芰ΑＤ軌蚓_定時(shí)和測(cè)距。擴(kuò)頻通信的優(yōu)點(diǎn)易于同頻使用，提高了無線頻譜利用率。CDMA理論基礎(chǔ)CDMA理論基礎(chǔ)CDMA基本原理在室內(nèi)參加宴會(huì)的一群人－TDMACDMA基本原理在室內(nèi)參加宴會(huì)的一群人－TDMACDMA基本原理在室內(nèi)參加宴會(huì)的一群人－FDMACDMA基本原理在室內(nèi)參加宴會(huì)的一群人－FDMACDMA基本原理在室內(nèi)參加宴會(huì)的一群人－CDMACDMA基本原理在室內(nèi)參加宴會(huì)的一群人－CDMACDMA分類CDMA分類CDMA分類時(shí)域擴(kuò)頻直接序列擴(kuò)頻(DS:DirectSequence)：直接使用高碼率的雙極性或者多極性的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)送端對(duì)要傳輸?shù)牡退贁?shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，在接收端用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)跳時(shí)(TH:TimeHopping)：采用擴(kuò)頻序列控制系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)的有無和持續(xù)時(shí)間，使發(fā)射信號(hào)在時(shí)間軸上跳變。CDMA分類時(shí)域擴(kuò)頻CDMA分類頻域擴(kuò)頻跳頻(FH:FrequencyHopping)：同跳時(shí)類似，指采用擴(kuò)頻序列控制系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)的頻率，使其按照一定的規(guī)律在給定的頻段內(nèi)周期跳變。多載波擴(kuò)頻(MC:MultipleCarrier)：在頻域中使用給定的擴(kuò)展碼將原始數(shù)據(jù)流在不同子載波上進(jìn)行擴(kuò)展。線性調(diào)頻：簡(jiǎn)稱Chirp方式，指控制發(fā)射信號(hào)的頻率在一個(gè)周期內(nèi)作線性變化。CDMA分類頻域擴(kuò)頻CDMA分類混合擴(kuò)頻以上幾種擴(kuò)頻方式中的兩種或多種結(jié)合起來，構(gòu)成混合擴(kuò)頻體制，如FH/DS,TH/DS,FH/TH等?；旌蠑U(kuò)頻比單一的擴(kuò)頻具有更優(yōu)良的性能。二維擴(kuò)頻：同時(shí)在時(shí)域及頻域進(jìn)行連續(xù)擴(kuò)頻的擴(kuò)頻方式同時(shí)獲得時(shí)間分集和頻率分集效果CDMA分類混合擴(kuò)頻直接序列擴(kuò)頻直接序列擴(kuò)頻直接序列擴(kuò)頻發(fā)送端直接序列擴(kuò)頻發(fā)送端直接序列擴(kuò)頻接收端直接序列擴(kuò)頻接收端直接序列擴(kuò)頻擴(kuò)頻因子：處理增益：處理增益=擴(kuò)頻增益直接序列擴(kuò)頻擴(kuò)頻因子：主要內(nèi)容CDMA概括及理論基礎(chǔ)常見的擴(kuò)頻序列Rake接收技術(shù)CDMA系統(tǒng)中的若干關(guān)鍵技術(shù)功率控制軟切換多用戶檢測(cè)技術(shù)主要內(nèi)容CDMA概括及理論基礎(chǔ)擴(kuò)頻序列擴(kuò)頻序列(PN序列)擴(kuò)頻系統(tǒng)中的重要概念類似噪聲的二進(jìn)制隨機(jī)序列“0”和“1”的個(gè)數(shù)基本相同自相關(guān)性好互相關(guān)性小移位相關(guān)性小擴(kuò)頻序列擴(kuò)頻序列(PN序列)擴(kuò)頻序列

離散序列的周期自相關(guān)函數(shù)為

離散序列的周期互相關(guān)函數(shù)定義為擴(kuò)頻序列離散序列的周期自相關(guān)函數(shù)擴(kuò)頻序列擴(kuò)頻序列擴(kuò)頻序列－m序列m序列具有很好的隨機(jī)特性平衡特性游程特性延位相加特性擴(kuò)頻序列－m序列m序列具有很好的隨機(jī)特性擴(kuò)頻序列－m序列1、平衡特性

在m序列的一個(gè)周期中“0”的個(gè)數(shù)比“1”的個(gè)數(shù)少1，為，“1”的個(gè)數(shù)為，所以，擴(kuò)頻序列－m序列1、平衡特性在m序列的一個(gè)周期中“0”的個(gè)擴(kuò)頻序列－m序列2、游程特性

把一個(gè)周期長度為的m序列首尾相接成一個(gè)圈，其中連續(xù)出現(xiàn)一串“1”（或“0”）稱為“1”（或“0”）的游程。串的長度稱為游程長度。對(duì)于m序列來說，一個(gè)周期內(nèi)共有個(gè)游程，其中“0”的游程和“1”的游程各占一半；長度為r的游程只有一個(gè)，是“1”的游程；長度為（r-1）的游程也只有一個(gè)，是“0”的游程；長度為k（k<r-1）的“0”游程和“1”的游程個(gè)數(shù)相等，為個(gè)。3、延位相加特性

m序列與它的移位序列相加后仍然是的一個(gè)移位序列。擴(kuò)頻序列－m序列2、游程特性把一個(gè)周期長度為擴(kuò)頻序列－m序列m序列波形或偽隨機(jī)波形的自相關(guān)函數(shù)

NTcTc1.01/N擴(kuò)頻序列－m序列m序列波形或偽隨機(jī)波形的自相擴(kuò)頻序列－m序列m序列的缺點(diǎn)是互相關(guān)特性差，以及序列數(shù)少；擴(kuò)頻序列－m序列m序列的缺點(diǎn)是互相關(guān)特性差，以及序列數(shù)少；擴(kuò)頻序列－m序列WelchBound已經(jīng)證明任意M個(gè)周期為N的二進(jìn)序列之間的互相關(guān)最大峰值滿足：

序列數(shù)目M很大

擴(kuò)頻序列－m序列WelchBound已經(jīng)證明任意M個(gè)周擴(kuò)頻序列－Gold序列m序列的缺點(diǎn)同樣長度的m序列個(gè)數(shù)不多序列之間的互相關(guān)性并不都好Gold序列基于m序列的碼序列優(yōu)良的自相關(guān)和互相關(guān)特性序列數(shù)目較多擴(kuò)頻序列－Gold序列m序列的缺點(diǎn)擴(kuò)頻序列－Gold序列m序列優(yōu)選對(duì)如果兩個(gè)m序列的互相關(guān)函數(shù)的絕對(duì)值滿足如下條件：則稱這一對(duì)m序列為優(yōu)選對(duì)。兩個(gè)m序列優(yōu)選對(duì)的模二相加產(chǎn)生的新碼字序列為Gold序列。擴(kuò)頻序列－Gold序列m序列優(yōu)選對(duì)擴(kuò)頻序列－Gold序列原理結(jié)構(gòu)圖擴(kuò)頻序列－Gold序列原理結(jié)構(gòu)圖擴(kuò)頻序列－Gold序列DDDDDDDDDD擴(kuò)頻序列－Gold序列DDDDDDDDDD擴(kuò)頻序列－Gold序列Gold序列主要性質(zhì)具有三值自相關(guān)特性，旁瓣的極大值滿足優(yōu)選對(duì)的條件兩個(gè)m序列優(yōu)選對(duì)不同移位相加產(chǎn)生的新序列都是Gold序列擴(kuò)頻序列－Gold序列Gold序列主要性質(zhì)CDMA擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)課件擴(kuò)頻序列－Walsh序列Walsh-Hadamard碼(正交碼)用于時(shí)間同步的系統(tǒng)IS-95使用64×64的Walsh碼TDS-CDMA使用16×16Walsh碼移位相關(guān)性差擴(kuò)頻序列－Walsh序列Walsh-Hadamard碼(正交擴(kuò)頻序列－Walsh序列Walsh序列的產(chǎn)生擴(kuò)頻序列－Walsh序列Walsh序列的產(chǎn)生主要內(nèi)容CDMA概括及理論基礎(chǔ)常見的擴(kuò)頻序列Rake接收技術(shù)CDMA系統(tǒng)中的若干關(guān)鍵技術(shù)功率控制軟切換多用戶檢測(cè)技術(shù)主要內(nèi)容CDMA概括及理論基礎(chǔ)Rake接收技術(shù)分集時(shí)間分集空間分集頻率分集RAKE接收不同于傳統(tǒng)的空間、頻率與時(shí)間分集技術(shù)，它是一種典型的利用信號(hào)統(tǒng)計(jì)與信號(hào)處理技術(shù)將分集的作用隱含在被傳輸?shù)男盘?hào)之中，因此又稱它為隱分集或帶內(nèi)分集。Rake接收技術(shù)分集Rake接收技術(shù)由于移動(dòng)通信傳播中多徑引起了接收信號(hào)時(shí)延功率譜的擴(kuò)散，其中最典型的有兩類。連續(xù)型時(shí)延功率譜：它一般出現(xiàn)在繁華的市區(qū)，由密集建筑物反射而形成，如下圖所示。Rake接收技術(shù)由于移動(dòng)通信傳播中多徑引起了接收信號(hào)時(shí)延功率Rake接收技術(shù)離散型時(shí)延功率譜：它一般出現(xiàn)在非繁華市區(qū)，非密緊型建筑群區(qū)，如下圖所示。Rake接收技術(shù)離散型時(shí)延功率譜：它一般出現(xiàn)在非繁華市區(qū)，非Rake接收技術(shù)在接收端的多徑傳播信號(hào)可以用下列矢量圖表示如下：假設(shè)有三條主要傳播路徑，Rake接收技術(shù)在接收端的多徑傳播信號(hào)可以用下列矢量圖表示如Rake接收技術(shù)若采用擴(kuò)頻信號(hào)設(shè)計(jì)與RAKE接收的信號(hào)處理后，三條路徑信號(hào)矢量圖可改變成如下形式：Rake接收技術(shù)若采用擴(kuò)頻信號(hào)設(shè)計(jì)與RAKE接收的信號(hào)處理后Rake接收技術(shù)RAKE接收就是設(shè)法將上述被擴(kuò)散的信號(hào)能量充分利用起來。其主要手段是擴(kuò)頻信號(hào)設(shè)計(jì)與RAKE接收的信號(hào)處理手段。在實(shí)際的移動(dòng)通信中由于用戶的隨機(jī)移動(dòng)性，接收到的多徑分量的數(shù)量、大小(幅度)、時(shí)延(到達(dá)時(shí)間不同)、相位均為隨機(jī)變量，因此合成后的合成矢量亦為一個(gè)隨機(jī)變量。但是如果能利用擴(kuò)頻信號(hào)設(shè)計(jì)將各條路徑信號(hào)加以分離，再利用RAKE接收將被分離的各條路徑信號(hào)相位校準(zhǔn)、幅度加權(quán)，并將矢量和變成代數(shù)和。而加以充分利用。當(dāng)然，這一分離、處理和利用的設(shè)想，特別是對(duì)于連續(xù)型時(shí)延功率譜是受分辨率即擴(kuò)頻增益和RAKE接收信號(hào)處理方式和能力所限。Rake接收技術(shù)RAKE接收就是設(shè)法將上述被擴(kuò)散的信號(hào)能量充Rake接收技術(shù)Rake接收技術(shù)主要內(nèi)容CDMA概括及理論基礎(chǔ)常見的擴(kuò)頻序列Rake接收技術(shù)CDMA系統(tǒng)中的若干關(guān)鍵技術(shù)功率控制軟切換多用戶檢測(cè)技術(shù)主要內(nèi)容CDMA概括及理論基礎(chǔ)多用戶CDMA中的多址干擾MAI-MultipleAccessInterference任何一個(gè)用戶的信號(hào)包含了其它所有用戶的干擾信號(hào)MAI指得是用戶之間的相互干擾MAI與系統(tǒng)的負(fù)載成正比MAI包括Intra-cellMAI和Inter-cellMAI多用戶CDMA中的多址干擾MAI-MultipleAcce多址干擾對(duì)CDMA系統(tǒng)的影響傳統(tǒng)CDMA系統(tǒng)中的信號(hào)檢測(cè)將于多址干擾視為高斯噪聲來處理，因而忽略多址干擾的存在，這種方法會(huì)帶來以下兩個(gè)方面的影響：系統(tǒng)容量受到限制：隨著同時(shí)接入系統(tǒng)用戶數(shù)目的增加，多址干擾的影響也會(huì)逐漸嚴(yán)重起來，導(dǎo)致系統(tǒng)誤碼率的上升產(chǎn)生遠(yuǎn)近效應(yīng)：遠(yuǎn)離基站用戶的信號(hào)被靠近基站用戶的信號(hào)淹沒。多址干擾對(duì)CDMA系統(tǒng)的影響傳統(tǒng)CDMA系統(tǒng)中的信號(hào)檢測(cè)將CDMA中的遠(yuǎn)近效應(yīng)在上行鏈路中，如果小區(qū)中所有用戶均以相同的功率發(fā)射，由于無線信道的衰落及移動(dòng)臺(tái)與基站(BS)間距離不同，BS接收到的離BS近的MS的信號(hào)功率要比接收到的離BS遠(yuǎn)的MS的信號(hào)功率強(qiáng)，這樣，就會(huì)對(duì)遠(yuǎn)離基站的MS造成很大的影響，使其性能下降，甚至不能正常工作，這種現(xiàn)象稱為“遠(yuǎn)近效應(yīng)”。解決辦法功率控制CDMA中的遠(yuǎn)近效應(yīng)在上行鏈路中，如果小區(qū)中所有用戶均以相同多址干擾的抑制方法擴(kuò)頻碼的設(shè)計(jì)提高碼之間的互相關(guān)性功率控制緩解多址干擾，但不能從本質(zhì)上消除多址干擾前向糾錯(cuò)編碼空間濾波技術(shù)智能天線多用戶檢測(cè)技術(shù)利用多址干擾中包含的用戶間的互相關(guān)信息來估計(jì)干擾和降低、消除干擾的影響多址干擾的抑制方法擴(kuò)頻碼的設(shè)計(jì)CDMA中的功率控制開環(huán)功率控制開環(huán)功率控制是移動(dòng)臺(tái)根據(jù)接收到的基站導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度，來衡量移動(dòng)臺(tái)與基站之間的傳播損耗，從而確定發(fā)射功率的大小，使移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率控制在一個(gè)范圍內(nèi)。估計(jì)誤差會(huì)造成開環(huán)功率控制的性能嚴(yán)重下降CDMA中的功率控制開環(huán)功率控制CDMA中的功率控制閉環(huán)(內(nèi)環(huán))功率控制基站每隔一段時(shí)間(通常是1.25ms)測(cè)量收到的移動(dòng)臺(tái)信號(hào)，得到SIR的估計(jì)值，將此估計(jì)值與設(shè)定