扩频通信原理

内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传扩频通信原理主讲人：作者中兴通讯CDMA事业部网规仿真部Mobile:E-mail:主讲人：作者中兴通讯CDMA事业部网规仿真部Mobile:E-mail:内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传本课程重点„香农定理告诉我们在恶劣环境（信噪比低）通讯条件下，需要提高信号带宽（B）来维持或提高通信的性能；„扩谱和解扩是两个完全一致的XOR操作；„介绍了三种扩频调制方法，CDMA系统采用了直接序列扩频；„M序列是重要的伪随机扩频码；„扩频在CDMA系统中的作用：干扰抑制、交叉抑制、衰落抑制。内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传提纲扩频通信理论基础扩频通信理论基础扩频通信理论基础扩频和解扩过程扩频和解扩过程扩频和解扩过程扩频技术的各种调制方式扩频技术的各种调制方式扩频在CDMA系统中的应用扩频在CDMA系统中的应用内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传香农公式内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传香农公式„C表示通信信道所允许的信息量，也表示了所希望得到的性能；„带宽(B)则是付出的代价，因为频率是一种有限的资源；„S/N表示周围的环境或者物理的特性；„由香农定理可以看出:在恶劣环境(信噪比低)通讯条件下，需要提高信号带宽(B)来维持或提高通信的性能。内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传扩频处理增益„扩频是通过注入一个更高频率的信号将基带信号扩展到一个更宽的频带内的调制方法，即发射信号的能量被扩展到一个更宽的频带内使其看起来如同噪声一样；„扩展带宽与初始信号带宽之比称为扩频处理增益，，单位为dB。RW10logP=内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传CDMA系统的扩频处理增益内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传扩频和传统通信系统的比较SpreadSpectrum传统通信系统低速信号发送TX低速信号恢复RX扩频通信系统高速扩频序列低速信号发送TX低速信号恢复RX高速扩频序列内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传扩频系统的干扰容限„满足一定的信噪比是通信的根本保障„定义以下参数：S＝接收有用信号能量，单位为WJ＝接收其他信号能量（背景噪声、干扰、其他用户，多径），单位为WR＝1/Tb数据速率（数据信号带宽用Hz表示）W＝用Hz表示的扩谱带宽Eb＝用W*sec为单位表示的接收到有用信号每比特能量N0＝用W/Hz为单位表示的等效噪声功率谱密度内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传扩频系统的干扰容限„等效噪声与有用信号功率比为：„当Eb/N0满足通信系统性能要求时，J/S就代表系统干扰容限；„以对数表示：„W/R即为扩谱处理增益，由上式可以看出扩谱处理增益越高系统干扰容限越大；„非扩频系统W/R＝1，在数值上Eb/N0与信噪比（SNR）相等000/NERWREWNTEWNSJbbbb===）（）－（）＝容限（dBNEdBRWdBreq0b⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传提纲扩频通信理论基础扩频通信理论基础扩频通信理论基础扩频和解扩过程扩频和解扩过程扩频和解扩过程扩频技术的各种调制方式扩频技术的各种调制方式扩频在CDMA系统中的应用扩频在CDMA系统中的应用内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传扩频过程扩展带宽与初始信号之比称为扩频处理增益（dB）内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传解扩过程扩谱和解扩是两个完全一致的XOR操作，在传输过程中加入的信号（例如干扰或阻塞）将在解扩处理中被扩频。内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传提纲扩频通信理论基础扩频通信理论基础扩频通信理论基础扩频和解扩过程扩频和解扩过程扩频和解扩过程扩频技术的各种调制方式扩频技术的各种调制方式扩频在CDMA系统中的应用扩频在CDMA系统中的应用内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传扩频技术的各种调制方法根据伪随机码插入通信信道的位置不同可以得到三种扩频调制方式：DSSS、FHSS、THSS。目前DSSS、FHSS扩频调制方法得到广泛应用，CDMA系统就是采用的直接序列扩频DSSS。内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传直接序列扩频DSSS用一个码序列调制射频载波的结果是产生一个中心在载波频率、频谱为((sinx)/x)2的直序调制扩展频谱。频谱主瓣（零点至零点）的带宽是调制码时钟速率的两倍，旁瓣带宽等于调制码时钟速率。内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传直接序列扩频DSSS内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传直接序列扩频DSSSUser1Code1CompositeTimeFrequency+=DirectSequenceCDMA内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传跳频扩频技术FHSSFHSS中载波在一个很宽的频带上按照伪随机码的定义从一个频率跳变到另一个频率，跳变速率由原始信息的数据速率决定。内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传时跳变扩频技术THSS时跳变扩频技术利用伪随机序列控制PA的通/断，该项技术到目前为止没有大的突破。内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传提纲扩频通信理论基础扩频通信理论基础扩频通信理论基础扩频和解扩过程扩频和解扩过程扩频和解扩过程扩频技术的各种调制方式扩频技术的各种调制方式扩频在CDMA系统中的应用扩频在CDMA系统中的应用内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传M序列„一种四级移位寄存器构成的M序列发生器)4n(a)3n(a)n(a−⊕−=)1n(a−)2n(a−)3n(a−)4n(a−⊕)n(a该移位寄存器周期为15内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传M序列的特性„M序列的周期为，其中r是移位寄存器的级数；„M序列和其移位后的序列逐位模二相加，所得的序列还是M序列；„具有双值自相关性，其归一化相关函数为„由自相关函数可以看出：对于两个不同相位的M序列a(n)和a(n-τ)，当周期P很大并且τ模P不等于0时，这两个序列几乎是正交的。12Pr−=⎩⎨⎧==≠−010P1)(Rτττ，，内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传PN短码序列„短码序列I和Q均为32,768chip，短码序列可以看作具有I和Q两种不同成分序列的二维二进制矢量，每一个长度为32,768chip„每一个短码序列均与它自身完全相关，即与时间偏置为零的短码序列完全相关。„一个零偏置短码序列与它自身的任何非零偏置的短码序列准正交。„实际中以64chips偏移做为一个偏移序号(PN_OFFSET_INDEX),即可用的PN码是0--511„短码序列I和Q均为32,768chip，短码序列可以看作具有I和Q两种不同成分序列的二维二进制矢量，每一个长度为32,768chip„每一个短码序列均与它自身完全相关，即与时间偏置为零的短码序列完全相关。„一个零偏置短码序列与它自身的任何非零偏置的短码序列准正交。„实际中以64chips偏移做为一个偏移序号(PN_OFFSET_INDEX),即可用的PN码是0--511IQ32,768chipslong262/3ms.(75repetitionsin2sec.)IQIQ100%相关：所有比特=0ShortPNSequencevs.Itself@0OffsetIQIQ正交:16,384个1+16,384个0ShortPNSequencevs.Itself@AnyOffset特性:内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传XORmaskXOROriginalPNsequenceNewPNsequenceANDANDANDAND1001001101101101101001011011011111111110100000100100110010000100注意:不同的MASK导致不同的偏移!注意:不同的MASK导致不同的偏移!PN长码:以四位移位寄存器为例内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传PN长码序列„每个移动台使用一个唯一的用户长码序列，该序列是根据42位长码寄存器的内容、32位的ESN及掩码生成的，长码寄存器在移动台初始化期间与CDMA系统建立同步；„速率1.2288Mcps，周期为41天10小时12分钟19.4秒；„通话期间，虽然不同移动台产生的用户长码不是严格正交的，但彼此非常不同，在反向链路上足以对其可靠解码。„每个移动台使用一个唯一的用户长码序列，该序列是根据42位长码寄存器的内容、32位的ESN及掩码生成的，长码寄存器在移动台初始化期间与CDMA系统建立同步；„速率1.2288Mcps，周期为41天10小时12分钟19.4秒；„通话期间，虽然不同移动台产生的用户长码不是严格正交的，但彼此非常不同，在反向链路上足以对其可靠解码。长码寄存器(@1.2288MCPS)公共长码掩码(静态)用户长码序列(@1.2288MCPS)1100011000PERMUTEDESNAND=SUM模2加内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传Walsh码„Walsh码的递推公式0H1=01002H=NNNNHHHH2NH=内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传Walsh码的特性„Walsh函数是一种非正弦波的完备正交函数系统，可用哈达玛矩阵H通过递推关系构成。由于它仅有可能的取值是＋1和－1（或0和1），比较适合于用来表达和处理数字信号；„在Walsh函数中，两两之间的互相关函数为“0”，亦即它们之间是正交的。内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传Walsh码在扩频系统中的应用注意:正电平1---逻辑0负电平-1---逻辑1注意:正电平1---逻辑0负电平-1---逻辑1内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传Walsh码在扩频系统中的应用-11-11-1-111-1-111-11-11解扩-11-11-1-1111-11-11111积分电路-4400判决-11内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传CDMA系统中三种码的作用码序列长度应用位置应用目的码速率(cps)主要特性反向接入信道反向业务信道直接序列扩频及标识移动台用户（信道）1.2288Mm序列(最大周期线性移位寄存器序列)1242−前向寻呼信道前向业务信道用于数据扰码19.2K具有尖锐的二值自相关特性所有反向信道正交扩频，利于调制m序列(最长非线性移位寄存器序列)152所有正向信道正交扩频，利于调制并且用于标识基站1.2288M平衡性所有反向信道正交调制307.2KWalsh函数64所有正向信道正交扩频，并且用于标识各前向信道1.2288M正交性内部公开▲本文中的所有信息归中兴通讯股份有限公司所有，未经允许，不得外传干扰抑制fS（f）f0解扩频前的信号频谱fS（f）f0扩频前的信号频谱信