第三章-码分多址技术基础课件

第三章第三章 码分多址技术基础码分多址技术基础 /1172/642/52内容提要内容提要n概述概述 n码分多址的基本原理分多址的基本原理 n扩频通信系通信系统 n CDMA的地址的地址码和和扩频码 n CDMA技技术的特点的特点 /1173/643/52内容提要内容提要n概述概述 n码分多址的基本原理分多址的基本原理 n扩频通信系通信系统 n CDMA的地址的地址码和和扩频码 n CDMA技技术的特点的特点 /1174/644/52CDMACDMA技术的产生与技术的产生与发展发展 n n IS-95IS-95是是是是CDMA OneCDMA One系列标准系列标准系列标准系列标准中最先发布的标准，真正在全中最先发布的标准，真正在全中最先发布的标准，真正在全中最先发布的标准，真正在全球得到广泛应用的第一个球得到广泛应用的第一个球得到广泛应用的第一个球得到广泛应用的第一个CDMACDMA标准是标准是标准是标准是IS-95AIS-95An nIS-95BIS-95B可提高可提高可提高可提高CDMACDMA系统性能，系统性能，系统性能，系统性能，并增加用户移动通信设备的数并增加用户移动通信设备的数并增加用户移动通信设备的数并增加用户移动通信设备的数据流量，提供对据流量，提供对据流量，提供对据流量，提供对64kb/s64kb/s数据业数据业数据业数据业务的支持。务的支持。务的支持。务的支持。n n其后，其后，其后，其后，CDMA2000CDMA2000成为窄带成为窄带成为窄带成为窄带CDMACDMA系统向第三代系统过渡系统向第三代系统过渡系统向第三代系统过渡系统向第三代系统过渡的标准。的标准。的标准。的标准。/1175/645/52CDMACDMA技术的优势技术的优势 n 1.1.系统容量大系统容量大n 2 2系统容量的配置灵活系统容量的配置灵活n 3 3通话质量更佳通话质量更佳n 4 4频率规划简单频率规划简单n 5 5建网成本低建网成本低n 6 6网络绿色环保网络绿色环保n 7 7低功率谱密度低功率谱密度 /1176/646/52内容提要内容提要n概述概述 n码分多址的基本原理分多址的基本原理 n扩频通信系通信系统 n CDMA的地址的地址码和和扩频码 n CDMA技技术的特点的特点 /1177/647/52码分多址码分多址n模拟系统是靠频率的不同来区别不同用户的模拟系统是靠频率的不同来区别不同用户的nGSMGSM系统靠的是极其微小的时差系统靠的是极其微小的时差nCDMACDMA系统是根据编码来区分用户的系统是根据编码来区分用户的/1178/648/52码分多址流程处理示码分多址流程处理示意图意图 n不同的用不同的用户可以被不同的高速可以被不同的高速扩频码所区分，所区分，因因为这些些码彼此都是正交或者近似正交的，彼此都是正交或者近似正交的，/1179/649/52用户信息的处理过程用户信息的处理过程 n原始的原始的纯信息数据称信息数据称为比特（比特（bitbit）、）、经过最最终扩频后得到的数据被称后得到的数据被称为码片（片（chipchip），），经过解解扩后后还原原为比特。比特。/11710/6410/52正交序列的定义正交序列的定义 n n如果两个序列如果两个序列如果两个序列如果两个序列x x和和和和y y的互相关值为的互相关值为的互相关值为的互相关值为0 0，称这两个序列为正交，称这两个序列为正交，称这两个序列为正交，称这两个序列为正交序列。即序列序列。即序列序列。即序列序列。即序列x x和和和和y y具有正交性。用公式表示即具有正交性。用公式表示即具有正交性。用公式表示即具有正交性。用公式表示即:（3-13-13-13-1）l l其中，整数其中，整数其中，整数其中，整数0 0为为两个序列两个序列两个序列两个序列间间的相的相的相的相对对位移。位移。位移。位移。n n例如例如例如例如x=-1+1-1+1x=-1+1-1+1x=-1+1-1+1x=-1+1-1+1，y=-1-1+1+1y=-1-1+1+1y=-1-1+1+1y=-1-1+1+1时时 :RxyRxy（0 0）=（-1-1）*（-1-1）+（+1+1）*（-1-1）+（-1 1）*（+1+1）+（+1+1）*（+1+1）=0=0此时的此时的此时的此时的x x和和和和y y序列的这种性质也可以被称为是序列的这种性质也可以被称为是序列的这种性质也可以被称为是序列的这种性质也可以被称为是x x和和和和y y的互相关性为的互相关性为的互相关性为的互相关性为0 0。/11711/6411/52扩频过程扩频过程 原始数据原始数据扩频码扩频后信息后信息用用户1 1：-1-1-1-1-1+1-1+1-1+1-1+1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1用用户2 2：+1-1+1-1-1-1+1-1-1+1+1+1-1-1+1-1-1+1+1+1 +1+1 +1+1-1 -1-1-1 n n多多多多个个个个用用用用户户共共共共同同同同在在在在空空空空间间传传输输，则则各各各各个个个个用用用用户户扩扩频频后后后后的的的的信信信信息息息息混混混混合后合后合后合后为为:+1-1+1-1+1-1+1-1+-1-1+1+1+1+1-1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+-1-1+1+1+1+1-1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+-1-1+1+1+1+1-1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+-1-1+1+1+1+1-1-1=+0-2+2+0+2+0+0-2=+0-2+2+0+2+0+0-2=+0-2+2+0+2+0+0-2=+0-2+2+0+2+0+0-2/11712/6412/52解扩过程解扩过程 n n需需需需要要要要注注注注意意意意的的的的是是是是扩扩扩扩频频频频后后后后的的的的码码码码片片片片速速速速率率率率和和和和原原原原始始始始数数数数据据据据的的的的比比比比特特特特速速速速率率率率相相相相比比比比，虽虽虽虽然然然然数位加长，但实际上是对应关系。数位加长，但实际上是对应关系。数位加长，但实际上是对应关系。数位加长，但实际上是对应关系。n n解解解解扩扩扩扩后后后后的的的的信信信信号号号号我我我我们们们们将将将将仍仍仍仍然然然然以以以以比比比比特特特特看看看看待待待待，则则则则应应应应该该该该将将将将每每每每个个个个数数数数字字字字进进进进行行行行加加加加和平均，然后产生的就是低速原始信息。和平均，然后产生的就是低速原始信息。和平均，然后产生的就是低速原始信息。和平均，然后产生的就是低速原始信息。高高频信息信息扩频码解解扩后信息后信息判决判决电路路输出出0-2+2 0 2 0 0-20-2+2 0 2 0 0-2-1+1-1+1-1+1-1+1（用（用户1 1）0-2 0-2-2-2 0-2 0 0-2 0-2 0 0-2-1-1-1-10-2+2 0 2 0 0-20-2+2 0 2 0 0-2-1-1+1-1-1+1+1+1（用（用户2 2）0+2 0+2+2+2 0-2 0 0-2 0-2 0 0-2+1-1+1-1/11713/6413/52用用8 8位扩频码进行扩位扩频码进行扩频和解扩频和解扩图图图图3-5 3-5 两路原始信号扩频后形成混合信号传输两路原始信号扩频后形成混合信号传输两路原始信号扩频后形成混合信号传输两路原始信号扩频后形成混合信号传输/11714/6414/52用用8 8位扩频码进行扩位扩频码进行扩频和解扩频和解扩图图 3-6 3-6 3-6 3-6 接收端用接收端用接收端用接收端用扩频扩频序列序列序列序列1 1 1 1对对混合信号解混合信号解混合信号解混合信号解扩扩/11715/6415/52用用8 8位扩频码进行扩位扩频码进行扩频和解扩频和解扩图图 3-7 3-7 3-7 3-7 接收端用接收端用接收端用接收端用扩频扩频序列序列序列序列2 2 2 2对对混合信号解混合信号解混合信号解混合信号解扩扩/11716/6416/52码分多址的特点码分多址的特点n n1 1同同同同一一一一用用用用户户户户的的的的信信信信号号号号经经经经过过过过扩扩扩扩频频频频和和和和解解解解扩扩扩扩过过过过程程程程后后后后需需需需要要要要还还还还原原原原成成成成原原原原信信信信号号号号，其其其其效效效效果由扩频序列的自相关特性决定。果由扩频序列的自相关特性决定。果由扩频序列的自相关特性决定。果由扩频序列的自相关特性决定。n n2 2不不不不同同同同用用用用户户户户同同同同一一一一时时时时间间间间共共共共用用用用同同同同一一一一无无无无线线线线信信信信道道道道，各各各各个个个个用用用用户户户户的的的的信信信信号号号号通通通通过过过过分分分分到到到到的不同扩频码来区分，其效果由扩频序列的互相关特性决定。的不同扩频码来区分，其效果由扩频序列的互相关特性决定。的不同扩频码来区分，其效果由扩频序列的互相关特性决定。的不同扩频码来区分，其效果由扩频序列的互相关特性决定。n n3 3为为为为了了了了同同同同一一一一时时时时间间间间更更更更多多多多用用用用户户户户来来来来使使使使用用用用网网网网络络络络，所所所所以以以以需需需需要要要要有有有有足足足足够够够够多多多多的的的的地地地地址址址址码码码码码组来区分用户。码组来区分用户。码组来区分用户。码组来区分用户。n n4 4在在在在多多多多径径径径信信信信道道道道和和和和异异异异步步步步系系系系统统统统的的的的情情情情况况况况下下下下，随随随随着着着着用用用用户户户户数数数数的的的的增增增增加加加加，系系系系统统统统自自自自身身身身干扰增大，影响干扰增大，影响干扰增大，影响干扰增大，影响BERBER性能，是干扰受限系统性能，是干扰受限系统性能，是干扰受限系统性能，是干扰受限系统 。/11717/6417/52内容提要内容提要n概述概述 n码分多址的基本原理分多址的基本原理 n扩频通信系通信系统 n CDMA的地址的地址码和和扩频码 n CDMA技技术的特点的特点 /11718/6418/52扩频通信的基本概念扩频通信的基本概念 n n扩扩扩扩频频频频通通通通信信信信，即即即即扩扩扩扩展展展展频频频频谱谱谱谱通通通通信信信信（Spread Spread Spectrum Spectrum CommunicationCommunication），是是是是一种把信息的频谱展宽之后再进行传输的技术。一种把信息的频谱展宽之后再进行传输的技术。一种把信息的频谱展宽之后再进行传输的技术。一种把信息的频谱展宽之后再进行传输的技术。n n频频频频谱谱谱谱的的的的展展展展宽宽宽宽是是是是通通通通过过过过使使使使待待待待传传传传送送送送的的的的信信信信息息息息数数数数据据据据被被被被数数数数据据据据传传传传输输输输速速速速率率率率高高高高许许许许多多多多倍倍倍倍的的的的伪伪伪伪随随随随机机机机码码码码序序序序列列列列（也也也也称称称称扩扩扩扩频频频频序序序序列列列列）的的的的调调调调制制制制来来来来实实实实现现现现的的的的，与与与与所所所所传传传传信信信信息息息息数数数数据据据据无无无无关关关关。在在在在接接接接收收收收端端端端则则则则采采采采用用用用相相相相同同同同的的的的扩扩扩扩频频频频码码码码进进进进行行行行相相相相关关关关同同同同步步步步接接接接收收收收、解解解解扩扩扩扩，将将将将宽宽宽宽带带带带信信信信号号号号恢恢恢恢复复复复成成成成原原原原来来来来的窄带信号，从而获得原有数据信息。的窄带信号，从而获得原有数据信息。的窄带信号，从而获得原有数据信息。的窄带信号，从而获得原有数据信息。n n扩扩扩扩频频频频通通通通信信信信与与与与CDMACDMA的的的的关关关关系系系系是是是是：CDMACDMA只只只只能能能能由由由由扩扩扩扩频频频频技技技技术术术术来来来来实实实实现现现现，而而而而扩扩扩扩频频频频通通通通信信信信并不意味着并不意味着并不意味着并不意味着CDMACDMA。/11719/6419/52扩频通信的基本概念扩频通信的基本概念 n由上述定义可知，扩频技术必须满足两个基由上述定义可知，扩频技术必须满足两个基本要求：本要求：l l所传信号的带宽必须远大于原有信息所需的最小所传信号的带宽必须远大于原有信息所需的最小所传信号的带宽必须远大于原有信息所需的最小所传信号的带宽必须远大于原有信息所需的最小带宽带宽带宽带宽l l所产生的射频信号的带宽与原有信息无关所产生的射频信号的带宽与原有信息无关所产生的射频信号的带宽与原有信息无关所产生的射频信号的带宽与原有信息无关/11720/6420/52扩频通信的基本概念扩频通信的基本概念 n信息信息论中关于信息容量的香中关于信息容量的香农（ShannonShannon）公式）公式为：（3-23-2）n其其中中，C C为信信道道容容量量（bit/sbit/s），B B为信信号号频带宽度度（HzHz），S S为信信号号平平均均功功率率（W W），N N为噪噪声声平平均均功功率（率（W W）。）。/11721/6421/52扩频通信的基本概念扩频通信的基本概念 n为为了了提提高高信信息息的的传传输输速速率率C，可可以以从从两两种种途途径径实实现现，既既加加大大带宽带宽B或提高信噪比或提高信噪比S/N。n换换句句话话说说，当当信信号号的的传传输输速速率率C一一定定时时，信信号号带带宽宽B和和信信噪噪比比S/N是是可可以以互互换换的的，即即增增加加信信号号带带宽宽可可以以降降低低对对信信噪噪比比的的要要求求，当当带带宽宽增增加加到到一一定定程程度度，允允许许信信噪噪比比进进一一步步降降低低，有有用信号功率接近噪声功率甚至淹没在噪声之下也是可能的。用信号功率接近噪声功率甚至淹没在噪声之下也是可能的。n扩扩频频通通信信就就是是用用宽宽带带传传输输技技术术来来换换取取信信噪噪比比上上的的好好处处，这这就就是扩频通信的基本思想和理论依据。是扩频通信的基本思想和理论依据。/11722/6422/52扩频通信的性能指标扩频通信的性能指标 n处处理理增增益益GP，也也称称扩扩频频增增益益（Spreading Gain），指指的的是是频频带带扩扩展展后后的的信信号号带带宽宽W与与频频谱谱扩扩展展前前的的信信息息带带宽宽F之之比比，即：即：（3-3）n接接收收端端要要进进行行扩扩频频解解调调，其其实实质质只只是是提提取取出出被被伪伪随随机机编编码码相相关关处处理理后后的的带带宽宽为为F的的原原始始信信息息，而而排排除除掉掉了了宽宽频频带带W中中的外部干扰、噪音和其他用户的通信影响。的外部干扰、噪音和其他用户的通信影响。n工程上常以分贝（工程上常以分贝（dB）表示，即：）表示，即：（3-4）/11723/6423/52扩频通信的性能指标扩频通信的性能指标 n抗抗干干扰扰容容限限是是指指扩扩频频通通信信系系统统在在正正常常工工作作条条件件下下可可以以接接收收的的最最小小信信噪噪比比，即即它它反反映映的的是是系系统统对对于于噪噪声声的的容容忍忍情情况况，其其定定义为义为：（3-5）n其其中中，MJ为抗抗干干扰容容限限，GP为处理理增增益益，（S/N）out为信信息息数数据据被被正正确确解解调而而要要求求的的最最小小输出出信信噪噪比比，Ls为接接收收系系统的工作的工作损耗。耗。n抗抗干干扰扰容容限限MJ与与扩扩频频处处理理增增益益GP成成正正比比，扩扩频频处处理理增增益益提提高高后后，抗抗干干扰扰容容限限大大大大提提高高，甚甚至至信信号号在在一一定定的的噪噪声声湮湮没没下下也也能能正正常常通通信信。通通常常的的扩扩频频设设备备总总是是将将用用户户信信息息的的带带宽宽扩扩展展到到数十倍、上百倍甚至千倍，以尽可能地提高处理增益。数十倍、上百倍甚至千倍，以尽可能地提高处理增益。/11724/6424/52扩频通信的实现方法扩频通信的实现方法 n按按照照频频谱谱扩扩展展的的方方式式不不同同，CDMA扩扩频频通通信信系系统统可可以以分分为为基基本本CDMA和复合和复合CDMA两种。两种。n其其 中中，基基 本本 CDMA主主 要要 包包 括括 直直 接接 序序 列列 扩扩 频频（Direct Sequence，DS）、跳跳频频扩扩频频（Frequency Hopping，FH），跳跳时时扩扩频频（Time Hopping，TH），线线性性调调频频以以及及以以上几种方法的组合。上几种方法的组合。n复复合合CDMA包包括括DS/FH、DS/TH、FH/TH等等。在在蜂蜂窝窝通通信信和和卫星通信中，卫星通信中，DS扩频技术应用较为广泛。扩频技术应用较为广泛。/11725/6425/52扩频通信的实现方法扩频通信的实现方法 图图 3-8 直接扩频过程直接扩频过程n直直扩扩系系统统的的接接收收端端，最最好好是是先先解解扩扩再再解解调调。先先解解扩扩，可可以以通通过过解解扩扩过过程程获获得得扩扩频频增增益益，提提高高接接收收信信号号信信噪噪比比。然然后后再再进进行解调，就能保证通信的质量和可靠性了。行解调，就能保证通信的质量和可靠性了。/11726/6426/52扩频通信的实现方法扩频通信的实现方法 图 3-9 3-9 扩频时功率功率谱密度与密度与频谱宽度示意度示意图n从从功功率率谱密密度度和和频谱宽度度的的角角度度看看（图3-93-9），扩频调制制后后原原始始信信息息的的频谱被被展展宽，能能量量被被均均匀匀地地分分布布在在较宽的的频带上上，功率功率谱密度下降。密度下降。/11727/6427/52扩频通信的实现方法扩频通信的实现方法 图3-10 3-10 解解扩时功率功率谱密度与密度与频谱宽度示意度示意图n有有用用信信号号与与扩频序序列列码的的相相关关性性则宽带信信号号恢恢复复成成窄窄带信信息息，功功率率谱密密度度上上升升。窄窄带干干扰只只经过一一次次扩频调制制过程程，与与扩频序列序列码的的为非相关性，非相关性，则频谱被被扩展，功率展，功率谱密度下降密度下降/11728/6428/52扩频通信的实现方法扩频通信的实现方法 n直接直接扩频方式的方式的优点点 l直直扩信号的功率信号的功率谱密度低，具有密度低，具有隐蔽性和低的截蔽性和低的截获概率概率 l直直扩伪随机序列的随机序列的伪随机性和密随机性和密钥量使信息具有保密性量使信息具有保密性l利用地址利用地址码的正交性通的正交性通过相关接收来相关接收来识别出来自不同站出来自不同站址的信息址的信息 l直接直接扩展展频谱系系统具有抗具有抗宽带干干扰、抗多、抗多频干干扰及及单频干干扰的能力的能力 /11729/6429/52扩频通信的实现方法扩频通信的实现方法 n跳跳频就是用一定的就是用一定的码序列序列进行行选择的多的多频率率频移移键控。控。n跳频相当于瞬时的窄带通信系统，只是由于跳频速率很快，跳频相当于瞬时的窄带通信系统，只是由于跳频速率很快，跳变的频谱范围比实际信息带宽更宽，从而在宏观上实现跳变的频谱范围比实际信息带宽更宽，从而在宏观上实现频谱的扩展。频谱的扩展。图图 3-11 跳频系统发射端组成跳频系统发射端组成/11730/6430/52扩频通信的实现方法扩频通信的实现方法 n频率合成器率合成器输出什么出什么频率的率的载波信号是受跳波信号是受跳频指令指令发生器生器控制的。控制的。图 3-12 3-12 跳跳频系系统接收端接收端组成成/11731/6431/52扩频通信的实现方法扩频通信的实现方法 n跳跳频系系统中中载波波频率改率改变的的规律，叫做跳律，叫做跳频图案。有什么案。有什么样的跳的跳频指令就会指令就会产生什么生什么样的跳的跳频图案。案。图 3-13 3-13 跳跳频图案案/11732/6432/52扩频通信的实现方法扩频通信的实现方法 n一个好的跳一个好的跳频图案案应具具备以下几点：以下几点：l图案本身的随机性要好，要求参加跳案本身的随机性要好，要求参加跳频的每个的每个频率出率出现的概率相同。的概率相同。l要求跳要求跳频图案的数目要足案的数目要足够多，多，这样抗破抗破译的能力的能力强强。l各各图案之案之间出出现频率重叠的机会要尽量的小，要求率重叠的机会要尽量的小，要求图案案的正交性要好，的正交性要好，这样有利于有利于组网通信和多用网通信和多用户的的码分多分多址。址。/11733/6433/52内容提要内容提要n概述概述 n码分多址的基本原理分多址的基本原理 n扩频通信系通信系统 n CDMA的地址的地址码和和扩频码 n CDMA技技术的特点的特点 /11734/6434/52CDMACDMA的地址码和扩频码的地址码和扩频码 n理想的地址理想的地址码和和扩频码应具有如下特性：具有如下特性：l有足有足够多的地址多的地址码码组l有尖有尖锐的自相关特性的自相关特性l有有处处为零的互相关特性零的互相关特性 l不同不同码元数平衡相等元数平衡相等 l尽可能大的复尽可能大的复杂度度 /11735/6435/52相关函数相关函数 n（偶）周期自（偶）周期自/互相关函数互相关函数l设含有含有J J个序列的序列集个序列的序列集A=aA=a0 0，a a1 1，a aJ-1J-1，集合中任意两个序列集合中任意两个序列a ai i和和a aj j的周期互相关函数的周期互相关函数（CCFCCF）定）定义为：（3-63-6）l式中，式中，“*”为共共轭操作；操作；modmod为取模运算；整数取模运算；整数x x为两个序两个序列列间的相的相对位移；位移；K K为序列的序列的长度；度；a ai ik k为序列序列a ai i的第的第k k个个元素。当元素。当i=ji=j时，i i，j j（x x）即）即为序列的周期自相关函数序列的周期自相关函数（ACFACF）/11736/6436/52相关函数相关函数 n非周期（部分）自非周期（部分）自/互相关函数互相关函数 l序列集序列集A A中任意两个序列中任意两个序列a ai i和和a aj j的非周期部分的非周期部分CCFCCF定定义为：（3-73-7）l式中，整数式中，整数x x为两个序列两个序列间的相的相对位移。当位移。当i=ji=j时，C Ci i，j j（x x）即）即为序列的非周期部分序列的非周期部分ACFACF。其中。其中绝对值最大的取最大的取值可以称可以称为主瓣，次极主瓣，次极值可以称可以称为旁瓣。旁瓣。/11737/6437/52相关函数相关函数 n在在CDMA系系统统中中，一一个个用用户户可可以以占占用用系系统统提提供供的的所所有有频频带带和和时时隙隙进进行行通信，不同用户的信号是通过分到的不同地址码来区分的。通信，不同用户的信号是通过分到的不同地址码来区分的。n发发送送信信号号经经过过多多径径衰衰落落信信道道后后，接接收收信信号号中中含含有有多多个个时时延延不不同同的的发发送送信信号号分分量量。解解扩扩序序列列与与发发送送信信号号的的分分量量不不同同步步，导导致致了了多多径径干干扰扰（MI），干扰大小取决于扩频序列的自相关函数旁瓣。），干扰大小取决于扩频序列的自相关函数旁瓣。nCDMA是是多多用用户户同同时时共共用用无无线线信信道道，当当本本地地解解扩扩序序列列与与接接收收到到的的信信号号采采用用不不同同的的扩扩频频序序列列时时，如如果果序序列列的的互互相相关关函函数数不不为为零零，则则存存在在多多址址接入干扰（接入干扰（MAI），大小由扩频序列间的互相关特性决定。），大小由扩频序列间的互相关特性决定。n如如果果扩扩频频序序列列具具有有理理想想的的相相关关特特性性，即即自自相相关关函函数数（ACF）旁旁瓣瓣为为零零，互互相相关关函函数数（CCF）处处处处为为零零，则则在在同同步步和和异异步步条条件件下下，系系统统均均可可实实现现无无多多径径干干扰扰Ml和和多多址址接接入入干干扰扰MAI，从从而而提提高高系系统统的的频频谱谱效效率率和和系系统容量。统容量。/11738/6438/52PNPN码码 n二二进进制制序序列列是是指指序序列列的的元元素素只只有有两两个个取取值值0，1或或+1，-1。n根根据据其其自自相相关关和和互互相相关关特特性性的的不不同同又又可可分分为为准准正正交交序序列列、狭义正交序列等。狭义正交序列等。l其中，准正交序列相关函数的旁瓣与主瓣的比值较小，其中，准正交序列相关函数的旁瓣与主瓣的比值较小，但并不为零，较为典型的有但并不为零，较为典型的有m/M序列和序列和Gold序列。序列。l狭义正交序列在狭义正交序列在0偏移处满足理想的自相关性和互相关偏移处满足理想的自相关性和互相关性。性。walsh码和正交可变扩频因子（码和正交可变扩频因子（OVSF）序列是两）序列是两种典型的狭义正交序列种典型的狭义正交序列/11739/6439/52PNPN码码 nm m序序列列又又称称伪随随机机序序列列或或PNPN序序列列，它它是是最最长线性性反反馈移移位位寄寄存存器器序序列列的的简称称，其其自自相相关关特特性性与与白白噪噪声声的的自自相相关关特特性性类似，而且又可再生，因此常被用作似，而且又可再生，因此常被用作扩频通信的通信的扩频码。nm m序序列列发生生器器是是由由移移位位寄寄存存器器、线性性反反馈逻辑和和模模2 2加加法法器器组成成的的。周周期期为P=2P=2n n-1-1的的m m序序列列可可以以由由n n级线性性反反馈移移位位寄寄存器（存器（LFSRLFSR）产生。生。图 3-14 3级m序列发生器/11740/6440/52PNPN码码 表 3-3 模2加运算规则输入输出0 000 111 011 10/11741/6441/52PNPN码码 表3-4 各输出端的输出序列第一级输入第一级输出第二级输出末级输出0111001110010100101011011110/11742/6442/52PNPN码码 n可以看出，它具有以下三个特性可以看出，它具有以下三个特性:l平衡特性，即每个周期序列中有平衡特性，即每个周期序列中有2n个个1，2n-1个个0l游程特性，在一个序列中游程特性，在一个序列中连续出出现的相同的相同码称称为一个游一个游程，程，连码的个数称的个数称为游程的游程的长度。一个度。一个m序列中共有序列中共有2n-1个游程：个游程：长度度为R（1Rn-2）的游程数占游程）的游程数占游程总数的数的1/2R；长度度为n-1的游程只有的游程只有1个，且是个，且是连0码；长度度为n的游程也只有的游程也只有1个，且是个，且是连1码。l相关特性相关特性 /11743/6443/52PNPN码码 n相关特性相关特性l设周期周期为P P的的m m序列序列a=a=（a a0 0，a a1 1，a ak k，a aP-1P-1），其），其中第中第k k个元素个元素a ak k+1+1，-1-1，则周期周期ACFACF为：（3-8）l可可见，ACF的主瓣（的主瓣（x=0，P，2P，）为P，旁瓣，旁瓣为-1，旁瓣的，旁瓣的绝对值与主瓣的比与主瓣的比值为1/P。/11744/6444/52PNPN码码 n例例如如，周周期期为P=7P=7的的m m序序列列a=a=（-1-1，-1-1，-1-1，+1+1，-1-1，+1+1，+1+1）的自相关函数如）的自相关函数如图 图3-15 m3-15 m序列序列a a的自相关函数（的自相关函数（P=7P=7）/11745/6445/52PNPN码码 n例例如如，周周期期为P=7P=7的的m m序序列列a=a=（-1-1，-1-1，-1-1，+1+1，-1-1，+1+1，+1+1）的自相关函数如）的自相关函数如图 图3-15 m3-15 m序列序列a a的自相关函数（的自相关函数（P=7P=7）/11746/6446/52PNPN码码 n如如果果反反馈馈逻逻辑辑中中的的运运算算包包含含乘乘法法运运算算或或其其他他的的非非线线性性逻逻辑辑运运算算，则则称称为非线性反馈逻辑。为非线性反馈逻辑。n由由非非线线性性反反馈馈逻逻辑辑和和移移位位寄寄存存器器构构成成的的序序列列发发生生器器所所能能产产生生的的最最大大长长度序列，叫做最大长度非线性移位寄存器序列，简称度序列，叫做最大长度非线性移位寄存器序列，简称M序列。序列。图图 3-16 7级级M序列发生器序列发生器/11747/6447/52PNPN码码 n如如果果有有两两个个m m序序列列，它它们的的互互相相关关函函数数的的绝对值有有界界，且且满足足以以下下条条件：件：（3-9）则我我们称称这一一对m序列序列为优选对。n如如果果把把两两个个m序序列列发生生器器产生生的的优选对序序列列作作模模2加加运运算算，循循环改改变两两个个优选对的相的相对移位而生成的新的移位而生成的新的码序列即序列即为Gold序列序列/11748/6448/52PNPN码码 图 3-17 Gold码发生器的原理结构图/11749/6449/52PNPN码码 nGoldGold码序列的性序列的性质主要有以下三点：主要有以下三点：lGold码序列的互相关函数是个三序列的互相关函数是个三值函数函数-1，-t（n），），t（n）-2 （3-10）l两个两个m序列序列优选对不同移位相加不同移位相加产生的新序列都是生的新序列都是Gold序列序列，Gold序列的序列数比序列的序列数比m序列数多得多。序列数多得多。lGold序列的互相关峰序列的互相关峰值和主瓣与旁瓣之比都比和主瓣与旁瓣之比都比m序列序列小得多。小得多。这一特性在一特性在实现码分多址分多址时非常有用非常有用。/11750/6450/52walshwalsh码码 nwalshwalsh码和和正正交交可可变扩频因因子子（OVSFOVSF）序序列列是是两两种种典典型型的的狭狭义正交序列正交序列n所所谓狭狭义正正交交序序列列，是是指指序序列列集集中中任任意意两两个个序序列列a ai i和和a aj j的的周期周期CCFCCF在在0 0偏移偏移处满足：足：（3-11）图3-18 狭义正交序列的互相关函数示意图/11751/6451/52walshwalsh码码 nwalshwalsh码可可由由哈哈达达玛（HadamardHadamard）矩矩阵循循环产生生。初初始始矩矩阵为：（3-12）nK K阶的哈达的哈达玛矩矩阵可以通可以通过以下矩以下矩阵求得求得 （3-13）式中，式中，K为为2的整数次幂的整数次幂/11752/6452/52walshwalsh码码 （3-14）（3-15）n哈哈达达玛矩矩阵的的每每一一行行或或每每一一列列为一一个个walshwalsh序序列列，共共有有K K个个序列，序列序列，序列长度等于度等于K K。n利利用用WalshWalsh码作作为地地址址码具具有有良良好好的的自自相相关关特特性性和和处处为零的互相关特性。零的互相关特性。/11753/6453/52OVSFOVSF码码 （3-16）（3-17）nOVSFOVSF序列可按照以下序列可按照以下规则生成：生成：/11754/6454/52OVSFOVSF码码nOVSF集集合合具具有有二二叉叉树树结结构构。n为为码码树树的的层层号号，n=0，1，2。第第n层层上上共共有有2n个个分分支支，即即有有2n个个序序列列，每每一一个个序序列长度为列长度为K=2n，它们构成一个，它们构成一个K阶的阶的walsh序列集合。序列集合。/11755/6455/52OVSFOVSF码码n我我们把把从从序序列列C Ck k（k k）到到码树根根C C1 1（1 1）的的路路径径上上所所有有的的序序列列定定义为序序列列C Ck k（k k）的的父父码。从从图3-193-19中中可可看看到到，位位于于码树同同一一层的的所所有有码是是相相互互正正交交的的；任任何何两两个个不不同同层的的码，只要没有只要没有“父子父子”关系，也是相互正交的。关系，也是相互正交的。n这类序序列列在在应用用时，可可用用序序列列个个数数不不是是固固定定的的，而而是是由由物物理信道的速率和理信道的速率和扩频因子决定。因子决定。l例如，假例如，假设C C8 8（1 1）已）已经分配分配给用用户，则其所有父其所有父码CC4 4（1 1），），C C2 2（1 1），），C C1 1（1 1）和由和由C C8 8（1 1）产生的所有子生的所有子码CC1616（1 1），），C C1616（2 2），），C C3232（1 1），），C C3232（4 4），），C C6464（1 1），），C C6464（8 8），），C C128128（1 1），），将不能用于分配。将不能用于分配。/11756/6456/52OVSFOVSF码码nOVSFOVSF码主主要要用用于于正正交交扩频。业务信信道道的的速速率率不不同同，使使用用的的OVSPOVSP码的的长度也不同。度也不同。n前前向向链路路的的扩频因因子子有有1 1、2 2、4 4、6 6、8 8和和1616共共6 6种种，反反向向链路的路的扩频因子有因子有1 1、1616共共2 2种。种。n为了了使使小小区区的的峰峰值数数据据速速率率最最大大化化，在在分分配配OVSFOVSF码时，应尽尽量量选择已已有有码字字被被分分配配的的分分支支中中尚尚未未使使用用的的码字字，留留下下较短的短的码字用于高速数据字用于高速数据业务。n反反向向链路路的的扩频因因子子只只有有2 2种种，其其OVSFOVSF码管管理理算算法法也也相相对简单，前向，前向链路的路的OVSFOVSF码分配算法相分配算法相对复复杂些。些。/11757/6457/52PNPN码与码与walshwalsh码的应用码的应用 1 1下行下行链路路n（1 1）速速率率为1.2288Mchip/s1.2288Mchip/s的的PNPN码长码序序列列（m=2m=24242-1-1）经分分频（抽抽取取）与与业务信信号号速速率率一一致致后后，用用作作对业务信信道道进行行扰码。扰码无无扩频作用，作用，扰码后的信号后的信号带宽不不变。n（2 2）采采用用6464位位的的沃沃尔尔什什码组作作为信信道道（码道道）地地址址码，对所所有有的的下下行行信信号号进行行正正交交调制制，其其中中0 0号号WalshWalsh码W W0 0分分配配给导频信信道道；3232号号WalshWalsh码W W3232分分配配给同同步步信信道道；1-71-7号号WalshWalsh码W W1 1-W-W7 7分分配配给寻呼呼信信道道，其其余余的的WalshWalsh码分分配配给前前向向业务信道。信道。n（3 3）速速率率为1.2288Mchip/s1.2288Mchip/s的的PNPN码短短码序序列列（m=2m=21515-1-1）被被称称为引引导PNPN序序列列，用用作作基基站站地地址址码，对所所有有的的前前向向信信号号进行行QPSKQPSK调制。制。/11758/6458/52PNPN码与码与walshwalsh码的应用码的应用 2 2上行上行链路路n（1 1）速速率率为1.2288Mchip/s1.2288Mchip/s的的PNPN码长码序序列列（m=2m=24242-1-1）用用作上行作上行链路的用路的用户地址地址码和和扩频码。n（2 2）下下行行和和上上行行链路路都都使使用用6464位位的的沃沃尔尔什什码组，但但两两者者的的应用用目目的的不不同同，前前者者是是为了了区区分分信信道道，而而后后者者是是为了了对信信号号进行正交行正交码多多进制制调制（制（软扩频）。）。n（3 3）速速率率为1.2288Mchip/s1.2288Mchip/s的的PNPN码短短码序序列列（m=2m=21515-1-1）对所所有有的的上上行行信信号号进行行QPSKQPSK。在在下下行行链路路采采用用不不同同的的相相位位偏偏置置来来区区分分不不同同的的基基站站，而而在在上上行行链路路所所采采用用的的PNPN短短码序序列列无引无引导作用，所以一般称作用，所以一般称为PNPN序列。序列。/11759/6459/52内容提要内容提要n概述概述 n码分多址的基本原理分多址的基本原理 n扩频通信系通信系统 n CDMA的地址的地址码和和扩频码 n CDMA技技术的特点的特点 /11760/6460/52CDMACDMA技术的优点技术的优点 n系系统容量大容量大n系系统容量的灵活配置容量的灵活配置n语音音质量高量高n网网络规划灵活划灵活n无无线发射功率小射功率小n建网成本下降建网成本下降n7 7保密性好保密性好/11761/6461/52CDMACDMA技术实施中出现的问题技术实施中出现的问题 n（1 1）CDMACDMA虽具具有有柔柔性性容容量量，但但同同时工工作作的的用用户越越多多，所所形形成成的的干干扰噪噪声声就就越越大大，当当用用户数数超超过网网络设计容容量量时，系系统的信噪比会的信噪比会恶化，从而化，从而导致通信致通信质量的下降。量的下降。n（2 2）CDMACDMA技技术采采用用RAKERAKE接接收收机机，有有利利于于克克服服码间干干扰，但但当当扩频处理理增增益益不不够大大时，克克服服的的程程度度会会受受到到限限制制，即即仍仍会残存会残存码间干干扰。n（3 3）CDMACDMA为克克服服远近近效效应而而采采用用功功率率控控制制技技术，从从而而增增加加了系了系统的复的复杂性。性。/11762/6462/52CDMACDMA技术实施中出现的问题技术实施中出现的问题 n（4 4）CDMACDMA的的不不同同用用户是是以以PNPN（伪随随机机码）码来来区区分分的的，要要求求各各PNPN码之之间的的互互相相关关联系系数数尽尽可可能能小小，但但很很难找找到到数数目目较多多的的这种种PNPN码。另另外外用用户越越多多，PNPN码的的长度度就就会会越越长，则在在接接收收端端的的同同步步时间也也长，难以以满足足高高速速移移动中中通通信信快快速同步的要求。速同步的要求。n（5 5）CDMACDMA系系统各各地地址址码间的的互互相相关关性性越越大大，则多多址址干干扰就就越大，而在越大，而在TDMATDMA和和FDMAFDMA中不存在多址干中不存在多址干扰问题。n（6 6）CDMACDMA蜂蜂窝网网的的各各蜂蜂窝可可能能使使用用同同一一频带同同一一码组，那那么相么相邻蜂蜂窝的同一的同一码组之之间会会产生干生干扰。n（7 7）CDMACDMA体体制制是是一一种种噪噪声声受受限限系系统，同同时通通信信的的用用户数数越越多，通信多，通信质量量恶化的程度就越化的程度就越严重重/11763/6463/52