基本概念扩频通信技术是一种信息传输方式

CDMA移动通信系统（2G）11电子二班郑浩隆概述码分多址（CDMA，CodeDivisionMultipleAccess）是在扩频通信技术的基础上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。扩频通信的基本原理是把需要传送的具有一定信号带宽的信息数据，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。接收端也使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号转换成原信息数据的窄带信号——解扩，以实现信息通信。概述与FDMA和TDMA相比，CDMA具有许多独特的优点，其中一部分是扩频通信系统所固有的，另一部分则是由软切换和功率控制等技术所带来的。CDMA移动通信网是由扩频、多址接入、蜂窝组网和频率复用等几种技术结合而成，含有频域、时域和码域三维信号处理的一种协作，因此它具有抗干扰性好，抗多径衰落，保密安全性高，同频率可在多个小区内重复使用，容量和质量之间可做权衡取舍（软容量）等属性。与其他系统相比，这些属性使CDMA具有更加明显的优势。扩频通信的基本概念基本概念扩频通信技术是一种信息传输方式，是码分多址的基础，是数字移动通信中的一种多址接入方式。特别是在第三代移动通信中，它已成为最主要的多址接入方式。扩频通信是扩展频谱（SS，SpreadSpectrum）通信的简称。在发端，采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必需的带宽；在收端，采用相同的扩频码进行相关解调来解扩以恢复所传信息数据。传输任何信息都需要一定的频带，称为信息带宽或基带信号频带宽度。例如人类语音的信息带宽为300～3400Hz，电视图像信息带宽为6．5MHz。扩频通信的基本概念如果我们用W代表系统占用带宽或信号带宽，B代表信息带宽，则一般认为：W/B=1～2窄带通信W/B≥50宽带通信W/B≥100扩频通信扩频通信系统用100倍以上的信号带宽来传输信息，最主要的目的是为了提高通信的抗干扰能力，即在强干扰条件下保证安全可靠地通信。下面我们将用信息论和抗干扰理论来加以说明，并且在后面分析CDMA蜂窝系统通信容量时将证明，CDMA蜂窝系统的容量将是GSM系统的4倍，是模拟蜂窝系统的20倍。扩频通信系统的基本组成框图如图6-1所示。扩频通信系统基本组成框图扩频通信的基本概念在扩频通信系统中，输入的信息先经经信息调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列对数字信号进行调制，以展宽信号的频谱，展宽后的信号再经过射频调制发送出去。信息数据（速率Ri）经过信息调制器后输出的是窄带信号（图6-2中（a）），经过扩频调制（加扩）后频谱被展宽（图6-2中（b），其中RcRi），在接收机的输入信号中加有干扰信号；其功率谱如图6-2中（c）所示，经过扩频解调（解扩）后有用信号变成窄带信号，而干扰信号变成宽带信号（图6-2中（d）），再经过窄带滤波器，滤掉有用信号带外的干扰信号（图6-2中（e）），从而降低了干扰信号的强度，改善了信噪比。这就是扩频通信系统抗干扰的基本原理。扩频通信系统频谱变换图扩频通信的特点（1）抗干扰能力强：扩频通信系统扩展频谱越宽，处理增益越高，抗干扰能力就越强。对于处理增益为33dB，抗干扰容限为20dB的直接序列扩频通信系统来说，理论上它可以在噪声强度比信号强度大近100倍的情况下正常工作，即在信噪比为－20dB时它也能把信号从噪声淹没中提取出来。当然，在接收端一般应采用相关器或匹配滤波器的方法来提取信号，抑制干扰。相关器的作用是：当接收机本地解扩码与收到的信号码相一致时，即将扩频信号恢复为原来的信息，而其他任何不相关的干扰信号通过相关器其频谱被扩散，这样落入到信息带宽的干扰强度被大大降低了，当通过窄带滤波器（其频带宽度为信息宽度）时，就抑制了滤波器的带外干扰。（2）抗衰落、抗多径干扰：我们知道，移动信道属随参信道，信道条件最为恶劣。由于移动台不断移动，受地形地物的影响产生慢衰落现象。更为严重的是，由于多径效应产生快衰落现象。其衰落深度可达40dB。在频域上看，多径效应会产生频率选择性衰落。由于扩频通信系统所传送的信号频谱已扩展很宽，频谱密度很低，如在传输中小部分频谱衰落时，不会造成信号的严重畸变。因此，扩频系统具有潜在的抗频率选择性衰落的能力。利用扩频码序列的相关特性，在接收端用相关技术从多径信号中提取和分离出最强的有用信号，或把多个路径来的同一码序列的波形相加合成，变害为利，提高接收信噪比，从而能有效地克服多径效应。（3）保密性和隐蔽性好：由于扩频信号在很宽的频带上被扩展了，单位频带内的功率很小，即信号的功率谱密度很低，所以，直接序列扩频通信系统可以在信道噪声和热噪声的背景下，使信号淹没在噪声里，敌方很难发现有信号存在，而想进一步检测出信号的参数就更困难了。因此，扩频信号具有很低的被截获概率。由于扩频信号具有很低的功率谱密度，它对目前广泛使用的各种窄带通信系统的干扰就很小，因而，在原有窄带通信的频段内同时进行扩频通信，这可大大提高频率的利用率。（4）可以实现码分多址：扩频通信提高了抗干扰能力，但付出了占用频带宽的代价。如果让多个用户共用这一宽频带，则可大大提高频带的利用率。由于扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，充分利用正交或准正交的扩频码序列之间优良的自相关特性和互相关特性，在接收端利用相关检测技术进行解扩，则在分配给不同用户以不同码型的情况下区分不同用户的信号，提取出有用信号，实现码分多址。（5）能精确地定时和测距：利用电磁波的传播特性和伪随机码的相关性，可以比较正确地测出两个物体之间的距离。目前广泛应用的全球定位系统（GPS）就是利用扩频技术这一特点来精确定位和定时的。此外，扩频技术被广泛地应用到导航、雷达、定位、定时等系统中。CDMA系统的基本特点1．系统容量大2．软容量3．话音质量高4．软切换功能5．保密性强，通话不会被窃听6．多种形式的分集7．精确的功率控制8．话音激活9．频率规划简单10．建网成本低11．发射功率低CDMA系统的基本特性工作频段800MHz频段：下行链路：869~894MHz（基站发射，移动台接收）；上行链路：824~849MHz（移动台发射，基站接收）。1800MHz频段：下行链路：1955~1980MHz（基站发射，移动台接收）；下行链路：1875~1900MHz（移动台发射，基站接收）。信道数每一小区可分为3个扇形区，可共用一个载频；每一载频64（码分信道）；每一网络分为9个载频，其中收、发各占12．5MHz，共占25MHz频段。CDMA系统使用N个频率载波，每个载波能够支持M条链路，任何一个CDMA用户都可以接入这些链路。每个用户都可以通过不同的代码序列定义惟一的一条链路，在CDMA系统的控制下，在正向链路和反向链路上保持频率的分配。CDMA系统的接入采用CDMA/FDD方式。对于CDMA系统载波，1．23MHz的带宽是指两个载波频率之间的最小中心频率间隔为1．23MHz。如表6-1和表6-2所示。表6-1信道分配和800MHz频段的发送中心频率发射机CDMA信道编号CDMA信道中心频率（MHz）移动台（MS）1≤N≤7770．030×N+825．001013≤N≤10230．030×（N-1023）4-825．00基站（BS）1≤N≤77700．030×N+870．001013≤N≤10230．030×（N-1023）4-870．00表6-2信道分配和1800MHz频段的发送中心频率发射机CDMA信道编号CDMA信道中心频率（MHz）移动台（MS）1≤N≤11990．050×N+1850．00基站（BS）1≤N≤11990．050×N+193000CDMA系统信道组成CDMA系统中各种传输信道是由不同的码型来进行区分的。除了要传输业务信息外，还必须传输各种所需的控制信息。这些信道按传输方向的不同分为前向传输信道和反向传输信道。（b）（a）W63W33W31W8W7W1W325521n1W0552524N171导频信道业务信道业务信道同步信道寻呼信道寻呼信道业务信道业务信道业务信道业务数据控制子信道接入信道接入信道业务信道业务信道业务信道用户地址长码图6-3CDMA前向传输信道结构图6-4CDMA反向传输信道结构谢谢观赏！