通信原理-第五版-第10章-码分多址课件.ppt
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- 通信 原理 第五 10 码分多址 课件
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1、第十章第十章 码分多址码分多址(CDMA)多路传输多路传输是指利用一个信道同时进行多个信息传输的一种技术,是指利用一个信道同时进行多个信息传输的一种技术,也称多路复用,多路一般属于点对点传输方式也称多路复用,多路一般属于点对点传输方式;网内所有用户使用同一载波,占用相同的带宽,各网内所有用户使用同一载波,占用相同的带宽,各用户可以同时发送或接收信号;即在时间上、频率上都可能用户可以同时发送或接收信号;即在时间上、频率上都可能相互重叠,因此采用传统的滤波器或选通门是不能分离信号相互重叠,因此采用传统的滤波器或选通门是不能分离信号的,对于某个用户发送的信号,只有与其匹配的接收机通过的,对于某个用户
2、发送的信号,只有与其匹配的接收机通过相关检测才可能正确接收。相关检测才可能正确接收。码分多址码分多址(CDMA)一、基本原理一、基本原理:是发射端用各自不相同的,互相正交是发射端用各自不相同的,互相正交(或准或准)正交的地址码调正交的地址码调制其所发送的信号,在接收端利用码型的制其所发送的信号,在接收端利用码型的(准准)正交性,通过正交性,通过地址识别地址识别(相关检测相关检测),从混合信号中选出相应的信号。,从混合信号中选出相应的信号。2.实现码分多址,必须具备下列条件:实现码分多址,必须具备下列条件:(3)扩频多址:扩频多址:由于网内所有用户使用同一载波,同时接收或发送信号,由于网内所有用
3、户使用同一载波,同时接收或发送信号,这样在接收机的这样在接收机的输入信号干扰比将远小于输入信号干扰比将远小于 1,这是传统的调制解调方式,这是传统的调制解调方式所无能为力的。为把各用户间的相互干扰降到最低限度,并且使各用所无能为力的。为把各用户间的相互干扰降到最低限度,并且使各用户占用相同的带宽,码分多址必须与扩展频谱户占用相同的带宽,码分多址必须与扩展频谱(扩频扩频)技术相结合,使在技术相结合,使在信道传输的信号所占频带极大的展宽信道传输的信号所占频带极大的展宽(一般占百倍以上一般占百倍以上),接,接收端将与本地地址码完全一致的宽带信号还原为窄带信号而选出,其收端将与本地地址码完全一致的宽带
4、信号还原为窄带信号而选出,其它与本地地址码无关的信号则仍保持或扩展为宽带信号而被滤出。它与本地地址码无关的信号则仍保持或扩展为宽带信号而被滤出。(2)地址码的捕获与相关检测的实现:地址码的捕获与相关检测的实现:在接收端,所产生的本地地址在接收端,所产生的本地地址码,不但在码型结构上与发送端发来的地址码一致,而且在相位上要码,不但在码型结构上与发送端发来的地址码一致,而且在相位上要完全同步,用本地码对收到的全部信号进行相关检测,从中选出所需完全同步,用本地码对收到的全部信号进行相关检测,从中选出所需信号,这是码分多址的主要环节。信号,这是码分多址的主要环节。(1)地址码的优选:地址码的优选:要有
5、足够多地地址码,且相关性足够好要有足够多地地址码,且相关性足够好(即强的自即强的自相关性和弱的互相关性相关性和弱的互相关性),这是码分的基础。,这是码分的基础。1、抗干扰能力强,保密性强;抗干扰能力强,保密性强;2、不象不象FDMA那样对载波频率需要严格控制;那样对载波频率需要严格控制;3、不象不象TDMA那样需要全网的精确的定时和同步,而由各条那样需要全网的精确的定时和同步,而由各条 线路自行解决;线路自行解决;4、各用户可随机接入,而不象各用户可随机接入,而不象FDMA和和TDMA各用户都以固各用户都以固 定暂用某个频段或时隙;定暂用某个频段或时隙;5、容量比容量比FDAM大大20倍倍,比
6、比TDMA大大45倍。倍。CDMA的优点:的优点:(1)有足够多地地址码;有足够多地地址码;(2)具有尖锐的自相关特性;具有尖锐的自相关特性;(3)有处处为零的互相关特性有处处为零的互相关特性(或尽可能小的互相关特性);或尽可能小的互相关特性);(4)不同码元数平衡相等不同码元数平衡相等(序列平衡);(序列平衡);(5)尽可能大的复杂度尽可能大的复杂度;(6)工程上容易实现。工程上容易实现。3.对地址码的要求:对地址码的要求:二、码的正交性及沃尔什码二、码的正交性及沃尔什码1.码组的互相关函数码组的互相关函数:设长为设长为n的编码中码元只取值的编码中码元只取值+1和和1,定义定义x和和y两个码
7、组的互相关函数为:两个码组的互相关函数为:11(;)niiix yx yn 123=(,.)nXx xxx123=(,.)nYyyyy信号正交的概念信号正交的概念:0()()=0,1,2,3,Tijs t s t dtij i jm ,11()=0,1,2.1xniijijxxjnn ,一个长为一个长为n的码组的码组 x 定义其定义其 自相关函数自相关函数(系数系数)为:为:它表明码组它表明码组x与其移位与其移位 j 次以后的码组间的关联程度次以后的码组间的关联程度2242221111111111,1111111111MMMMMM 2nnnnnMMMMM 1234()(1,1,1,1),()(
8、1,11,1)()(1,1,1,1),()(1,1,1,1)stststst 例:例:伪随机噪声具有类似随机噪声的一些统计特性,但又便于重伪随机噪声具有类似随机噪声的一些统计特性,但又便于重复产生和处理,它具有随机噪声的优点,又避免了它的缺点,复产生和处理,它具有随机噪声的优点,又避免了它的缺点,目前广泛应用的伪随机噪声都是由数字电路产生的周期序列,目前广泛应用的伪随机噪声都是由数字电路产生的周期序列,称为伪随机序列,称为伪随机序列,m序列就是伪随机序列中的一种。序列就是伪随机序列中的一种。m序列是最长线性移存器序列,即它是由带线性反馈的移位寄序列是最长线性移存器序列,即它是由带线性反馈的移位
9、寄存器产生的周期最长的一种序列,一般来说,一个存器产生的周期最长的一种序列,一般来说,一个n级的反馈级的反馈移存器可能产生的最长周期为:移存器可能产生的最长周期为:12 nm0c1c2c3c4cs3s2s1s0初始状态:初始状态:1 0 0 01 1 0 01 1 1 01 1 1 10 1 1 11 0 1 10 1 0 11 0 1 0 1 1 0 10 1 1 00 0 1 11 0 0 10 1 0 0 0 0 1 00 0 0 11 0 0 02 1154 例例0c1c2c3c4cS3S2S1S0可以产生周期为可以产生周期为15的的m序列序列0c1c2c3c4cs3s2s1s0不能产
10、生周期为不能产生周期为15的的m序列序列10 0 00 1 0 020 1 00 1 0 10 0 1 00 0 0 11 0 0 0初始状态:初始状态:初始状态:初始状态:1000 0100 0010 1001 1100 0110 1011 0101 1010 1101 1110 1111 0111 0011 0001 1000 34()1 f xxx0c1c2c3c4cs3s2s1s021nm结论:结论:1,qxqm1,21nmxm;01c1c1ncsn-1sn-2s0s11nc2c线性反馈移位寄存器结构线性反馈移位寄存器结构0121210()nninnniif xcc xc xc xc
11、xc x特征多项式:特征多项式:结论:满足以上条件的特征多项式称为本原多项式,由本原多项式结论:满足以上条件的特征多项式称为本原多项式,由本原多项式就可以产生就可以产生m序列。序列。431)(xxxf0c1c2c3c4cs3s2s1s0qxqm1 ,12 nmmnxm121,部分本原多项式部分本原多项式131310744936234873776254321030935.16020111101026156.2481021191032922.116435181044115.118211171070188.6610316204864515162231422131311712xxxxxxxxxxxxx
12、xxxxxxxm序列序列 的个数的个数M序列序列 的个数的个数8进制进制数表示数表示n(2)m序列共有序列共有 2n-1 个游程,长度为个游程,长度为1的游程占总游程的的游程占总游程的1/2,长度为,长度为2(“11”或或“00”)的游程占)的游程占1/4,长度为,长度为3的游程占的游程占1/8,长度为,长度为k(1kn=2)的游程占的游程占 2-k,只有一个含,只有一个含(n-1)个个“0”的游程,和一个包含的游程,和一个包含n个个“1”的游程。的游程。长度为长度为15的的m序列:序列:00011110101100112,1,10,11)(1mjmjxxmjRmijii(1)m序列一周期内的
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