第六章多址接入技术课件.ppt

1、第6章多址接入技术 AbisA接口接口MSBSSOMC-R操作维护中心操作维护中心BSC基站基站控制器控制器MSC移动交换中心移动交换中心BTS基站基站收发信机收发信机BTS基站基站收发信机收发信机BTS基站基站收发信机收发信机MSMSUm多址接入技术多址接入技术 所谓多址技术就是使多个用户接入并共享同一所谓多址技术就是使多个用户接入并共享同一个无线通信信道个无线通信信道,以提高频谱利用率的技术。即把以提高频谱利用率的技术。即把同一个无线信道按照时间、频率等进行分割同一个无线信道按照时间、频率等进行分割,使不使不同的用户都能够在不同的分割段中使用这一信道同的用户都能够在不同的分割段中使用这一信

2、道,而又不会明显地感觉到他人的存在而又不会明显地感觉到他人的存在,就好像自己在就好像自己在专用这一信道一样。专用这一信道一样。占用不同的分割段就像是拥占用不同的分割段就像是拥有了不同的地址有了不同的地址,使用同一信道的多个用户就拥有使用同一信道的多个用户就拥有了多个不同的地址。这就是多址技术了多个不同的地址。这就是多址技术,亦称多址接亦称多址接入技术。入技术。实现多址技术的主要方式实现多址技术的主要方式多址方式的基本类型有三种，即多址方式的基本类型有三种，即频分多址频分多址（FDMAFDMA）、时分多址（时分多址（TDMATDMA）和和码分多址码分多址（CDMACDMA及它们的混合应用。及它们

3、的混合应用。频分多址（频分多址（FDMAFDMA）以频率区分信道以频率区分信道时间频率FDMAFDMAFDMA是以不同的频率是以不同的频率信道来实现多址通信信道来实现多址通信 频分多址技术按照频率来分割信道频分多址技术按照频率来分割信道,即给不同的用户分配不同即给不同的用户分配不同的载波频率以共享同一信道。的载波频率以共享同一信道。频分多址技术是模拟载波通信、频分多址技术是模拟载波通信、微波微波通信、卫星通信的基本技术通信、卫星通信的基本技术,也是第一代模拟移动通信的基本技术。也是第一代模拟移动通信的基本技术。在在FDMAFDMA系统中系统中,信道总频带被分割成若干个间隔相等且互不相交信道总频

4、带被分割成若干个间隔相等且互不相交的子频带的子频带(地址地址),),每个子频带分配给一个用户每个子频带分配给一个用户,每个子频带在同一时每个子频带在同一时间只能供给一个用户使用间只能供给一个用户使用,相邻子频带之间无明显的干扰。相邻子频带之间无明显的干扰。FDMA通信系统的工作示意图通信系统的工作示意图qFDMA在移动通信中，最典型的频分多址方式有北美在移动通信中，最典型的频分多址方式有北美800MHz的的AMPS体制，欧洲与我国体制，欧洲与我国900MHz的的TACS体制。体制。主要技术特点主要技术特点每个信道传送一路电话，带宽较窄。每个信道传送一路电话，带宽较窄。TACS为为25KHz，A

5、MPS为为30KHz。当系统为移动台分配了信道，移动台与基站之间会连续不断收、发信号。当系统为移动台分配了信道，移动台与基站之间会连续不断收、发信号。由于收发信机同时工作，为了收发隔离，必须使用双工器。由于收发信机同时工作，为了收发隔离，必须使用双工器。公用设备成本高，公用设备成本高，FDMA采用每载波（信道）单路方式，一个基站采用每载波（信道）单路方式，一个基站30个个信道，则每基站需要信道，则每基站需要30套收发信机设备，不能公用。套收发信机设备，不能公用。F1F2F1F2FnFnf时分多址（时分多址（TDMATDMA）TDMATDMA是以不同的时隙实现多址通信是以不同的时隙实现多址通信时

6、分多址技术按照时隙来划分信道时分多址技术按照时隙来划分信道,即给不同的用户分配不同即给不同的用户分配不同的时间段以共享同一信道。的时间段以共享同一信道。时分多址技术是数字数据通信和第二时分多址技术是数字数据通信和第二代移动通信的基本技术。代移动通信的基本技术。在在TDMATDMA系统中系统中,时间被分割成周期性的帧时间被分割成周期性的帧,每一帧再分割成每一帧再分割成若干个时隙若干个时隙(地址地址)。无论帧或时隙都是互不重叠的。然后无论帧或时隙都是互不重叠的。然后,根据根据一定的时隙分配原则一定的时隙分配原则,使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发送信

7、号基站发送信号,在满足定时和同步的条件下在满足定时和同步的条件下,基站可以分别在各时基站可以分别在各时隙中接收到各移动台的信号而互不混扰。同时隙中接收到各移动台的信号而互不混扰。同时,基站发向多个移动基站发向多个移动台的信号都按顺序安排台的信号都按顺序安排,在预定的时隙中传输。各移动台只要在指在预定的时隙中传输。各移动台只要在指定的时隙内接收定的时隙内接收,就能在合路的信号中把发给它的信号区分出来。就能在合路的信号中把发给它的信号区分出来。时分多址（时分多址（TDMA）通信系统的工作示意图）通信系统的工作示意图qTDMA 在移动通信中，最典型的时分多址方式有北美在移动通信中，最典型的时分多址方

8、式有北美D-AMPS与欧洲和我与欧洲和我国国GSM-900，DCS-1800及日本的及日本的PDC。主要技术特点主要技术特点 每载波每载波8个时隙信道，每个信道可提供一个数字语音用户，因此每个载个时隙信道，每个信道可提供一个数字语音用户，因此每个载波最多可提供波最多可提供8个用户；个用户；采用突发脉冲序列传输，每个移动台发射是不连续的，只有在规定的时采用突发脉冲序列传输，每个移动台发射是不连续的，只有在规定的时隙内才发送脉冲序列；隙内才发送脉冲序列；传输开销大，传输开销大，GSM帧结构分为时隙、帧结构分为时隙、TDMA帧、复帧、超帧和超高帧帧、复帧、超帧和超高帧5个层次，每个层次需占用一些非信

9、息位的开销，总开销比较大。个层次，每个层次需占用一些非信息位的开销，总开销比较大。T1T2T1T2TnTnt 码分多址技术按照码序列来划分信道码分多址技术按照码序列来划分信道,即给不同的用即给不同的用户分配一个不同的编码序列以共享同一信道户分配一个不同的编码序列以共享同一信道,即使用不同即使用不同的信号波形区分不同的用户的信号波形区分不同的用户。码分多址技术是第二代移码分多址技术是第二代移动通信的演进技术和第三代移动通信的基本技术。动通信的演进技术和第三代移动通信的基本技术。在在CDMACDMA系统中系统中,每个用户被分配给一个唯一的伪随机每个用户被分配给一个唯一的伪随机码序列码序列(扩频序列

10、扩频序列),),各个用户的码序列相互正交各个用户的码序列相互正交,因而相因而相关性很小关性很小,由此可以区分出不同的用户。由此可以区分出不同的用户。与与FDMAFDMA划分频带和划分频带和TDMATDMA划分时隙不同划分时隙不同,CDMA,CDMA既不划分既不划分频带又不划分时隙频带又不划分时隙,而是让每一个用户使用系统所能提供而是让每一个用户使用系统所能提供的全部频谱的全部频谱,因而因而CDMACDMA采用扩频技术能够使多个用户在同采用扩频技术能够使多个用户在同一时间、同一载频以不同码序列来实现多路通信。一时间、同一载频以不同码序列来实现多路通信。CDMACDMA示意图如图所示。示意图如图所

11、示。码分多址（码分多址（CDMACDMA）码分多址（码分多址（CDMACDMA）时间频率CDMA码CDMACDMA以不同的码序列来实现多址通信以不同的码序列来实现多址通信12 基 站CmC2C1移 动 台码 Cm码 C3码 C2fW码 C1TW 码分多址（码分多址（CDMA）通信系统的工作示意图）通信系统的工作示意图qCDMA CDMA与与FDMA、TDMA划分的形式不同，划分的形式不同，FDMA与与TDMA属属于一维（频域或时域）划分，于一维（频域或时域）划分，CDMA属于二维（时、频域）划属于二维（时、频域）划分。分。CDMA的地址划分是基于特征，的地址划分是基于特征，CDMA中所有用户可

12、同时占用中所有用户可同时占用同一时隙、同一频段，只要它们具有可分离的各自特征。区分同一时隙、同一频段，只要它们具有可分离的各自特征。区分用户的特征是用户地址码的相关特性。用户的特征是用户地址码的相关特性。移动通信中，最典型的码分多址方式有：移动通信中，最典型的码分多址方式有：2G的窄带的窄带CDMA系统系统（IS-95体制）；体制）；3G的宽带的宽带CDMA系统（系统（cdma2000、WCDMA和和TD-SCDMA体制）体制）多址技术多址技术 用用户户 1 用用户户 2 用用户户 3 用户用户1 用户用户2 用户用户3 时间时间 频率频率 时间时间 时间时间 频率频率 频率频率 码码 业务信

13、道在不同业务信道在不同 频段分配给不同用户频段分配给不同用户 如如：AMPS、TACS 业务信道在不同业务信道在不同 时间分配给不同用户时间分配给不同用户 如如：DAMPS、GSM 所有用户在同所有用户在同一时间、同一频一时间、同一频段上、根据编码段上、根据编码获得业务信道获得业务信道 FDMA TDMA CDMA 用户用户3 用户用户2 用户用户1 以上三种多址技术相比较以上三种多址技术相比较,CDMA技术的频谱利用技术的频谱利用率最高率最高,所能提供的系统容量最大所能提供的系统容量最大,它代表了多址它代表了多址技术的发展方向技术的发展方向;其次是其次是TDMA技术技术,目前技术比目前技术比

14、较成熟较成熟,应用比较广泛应用比较广泛;FDMA技术由于频谱利用技术由于频谱利用率低率低,将逐渐被将逐渐被TDMA和和CDMA所取代所取代,或者与后或者与后两种方式结合使用两种方式结合使用,组成组成TDMA/FDMA、CDMA/FDMA方式。方式。FDMAFDMA、TDMATDMA、CDMACDMA三种系统容量比较三种系统容量比较2 2）无线小区容量的）无线小区容量的m m计算计算 m=B/(Nm=B/(N*f)f)(单位为：信道单位为：信道/小区小区)其中其中B B为频带宽带，为频带宽带，f f为频道间隔，为频道间隔，N N为为clustercluster中小中小区数。区数。a a）模拟模拟

15、TACSTACS系统（系统（FDMAFDMA）信道间隔信道间隔 25 25KHzKHz 信道总数信道总数 1.25MHz/25KHz=501.25MHz/25KHz=50 簇内小区数簇内小区数 N=7N=7 系统容量系统容量 m mFDMAFDMA=50/7=7.1=50/7=7.1（信道（信道/小区）小区）1)1)系统容量的定义：系统容量的定义：指能容纳的用户总数或系统最大容指能容纳的用户总数或系统最大容纳的信道数或系统输入话务量（爱尔兰）。纳的信道数或系统输入话务量（爱尔兰）。假设假设B=1.25MHz,B=1.25MHz,则：则：b b）数字）数字GSMGSM系统，采用系统，采用TDMA

16、TDMA方式方式 信道间隔信道间隔 200200kHzkHz 每载频时隙数每载频时隙数 8 8 信道总数信道总数 （1.25MHz/200 KHz 1.25MHz/200 KHz）8 8=50=50 簇内小区数簇内小区数 N=4N=4 系统容量系统容量 m mTDMATDMA=50/4=12.5 =50/4=12.5（信道（信道/小区）小区）c）数字数字CDMACDMA系统系统 CDMACDMA的基础的基础:扩频通信技术与扩频通信技术与CDMACDMA多址技术多址技术FDMAFDMA、TDMATDMA、CDMACDMA三种系统容量比较三种系统容量比较为了进一步说明为什么采用扩频技术以支持为了进

17、一步说明为什么采用扩频技术以支持CDMACDMA，从而，从而赢得系统容量和质量，我们先来了解扩频通信技术。赢得系统容量和质量，我们先来了解扩频通信技术。q扩频通信技术扩频通信的基本概念扩频通信的理论基础数字信号扩频原理扩频的实现方法q扩频通信扩频通信SS:Spread Spectrum，指扩展频谱的通信，指扩展频谱的通信q扩频通信定义扩频通信定义扩频通信技术是一种信息传输方式；扩频通信技术是一种信息传输方式；发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于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须的带宽所传信息必须的带宽收端采用与发端相同的扩频码进行相关解调和解扩，收端采用与发端

18、相同的扩频码进行相关解调和解扩，恢复所传信息数据。恢复所传信息数据。扩频通信的基本概念扩频通信的基本概念扩扩频频调调制制扩扩频频解解调调窄带信号宽带扩频信号窄带信号已调扩频信号解扩信号q发送信息的频谱被展宽发送信息的频谱被展宽发送的信息通过扩频，将信号能量扩展到很宽的频带上，发送的信息通过扩频，将信号能量扩展到很宽的频带上，使扩频通信的信号带宽与信息带宽之比则高达使扩频通信的信号带宽与信息带宽之比则高达l001000，属于宽带通信；属于宽带通信；q扩频方法：扩频码序列调制扩频方法：扩频码序列调制数字脉冲信号宽度越窄，其频谱就越宽。如果很窄的脉数字脉冲信号宽度越窄，其频谱就越宽。如果很窄的脉冲序

19、列被所传信息调制，冲序列被所传信息调制，则可产生很宽频带的信号；则可产生很宽频带的信号；该窄脉冲序列称为扩频信号，即扩频码序列；该窄脉冲序列称为扩频信号，即扩频码序列；q接收端相关解调解扩接收端相关解调解扩接收端则用与发送端完全相同的扩频码序列与收到的扩接收端则用与发送端完全相同的扩频码序列与收到的扩频信号进行相关解扩，恢复所传信息。频信号进行相关解扩，恢复所传信息。扩频通信定义的三个概念扩频通信定义的三个概念q问题的提出：问题的提出：在传统的通信系统中，在传统的通信系统中，我们总是想方设法使信号我们总是想方设法使信号所占频谱尽量窄，以充分提高十分宝贵的频率资所占频谱尽量窄，以充分提高十分宝贵

20、的频率资源的利用率。那么为什么还要用宽频带信号来传源的利用率。那么为什么还要用宽频带信号来传输窄带信息呢输窄带信息呢?扩频通信理论基础扩频通信理论基础q问题的回答：问题的回答：利用扩频实现码分多址方式。在传统的利用扩频实现码分多址方式。在传统的TDMA和和FDMA之外又提供了一种新的多址方式。之外又提供了一种新的多址方式。q香农香农(Shanon)公式公式扩频通信是以香农公式的理论发展起来的一种通信扩频通信是以香农公式的理论发展起来的一种通信方式；方式；香农公式：香农公式：C=B log2(1+S/N)=1.44 B ln(1+S/N)wC为信道容量，为信道容量，单位为单位为b/s；B为传输的

21、信号频带宽度，单为传输的信号频带宽度，单位为位为Hz；S为信号平均功率，为信号平均功率，N为噪声平均功率；为噪声平均功率；香农公式反映的重要结论：香农公式反映的重要结论：w频带频带B和信噪比可以互换；和信噪比可以互换；w采用扩频信号进行通信的优越性在于用扩展频谱的方法可采用扩频信号进行通信的优越性在于用扩展频谱的方法可以换取信噪比上的好处。以换取信噪比上的好处。扩频通信理论基础扩频通信理论基础q信息传输差错概率的公式信息传输差错概率的公式Pe f（Eb/N0）Pe是信号能量是信号能量Eb与噪声功率谱密度与噪声功率谱密度N0之比的函之比的函数数信号的传输差错概率是输入信号的信噪比和信号带宽信号的

22、传输差错概率是输入信号的信噪比和信号带宽与信息带宽之比二者乘积的函数与信息带宽之比二者乘积的函数增加信号的频带宽度，增加信号的频带宽度，可在较低的信噪比的条件下以可在较低的信噪比的条件下以任意小的差错概率来传输信息；任意小的差错概率来传输信息；再次说明信噪比和带宽是可以互换的。再次说明信噪比和带宽是可以互换的。同样说明了通过增加带宽可换取信噪比的好处同样说明了通过增加带宽可换取信噪比的好处。swwsbeBBNSfBN/BSfN/EfP0扩频通信理论基础扩频通信理论基础q数字信号的波形与频谱数字信号的波形与频谱幅度为幅度为+1，持续时间为，持续时间为Tb的数字矩形脉冲的数字矩形脉冲R(t)经经F

23、ourier变换后的频谱为是变换后的频谱为是sinx/x类型的函数类型的函数数字信号扩频原理数字信号扩频原理第第1零点位于零点位于1/Tb，表示该信号的能量集中在第，表示该信号的能量集中在第1零点零点内。它所占的频带宽度与内。它所占的频带宽度与Tb的大小相关，当脉冲越的大小相关，当脉冲越宽，其频谱带宽越窄。宽，其频谱带宽越窄。幅度为幅度为+1和和-1，持续时间为，持续时间为Tb的周期性脉冲的周期性脉冲R(t)，其频谱包络的形状与单矩形脉冲完全一样其频谱包络的形状与单矩形脉冲完全一样;第第1零点处的频率正好为该周期性脉冲的传输速率零点处的频率正好为该周期性脉冲的传输速率1/Tb数字信号扩频原理数

24、字信号扩频原理q 扩展周期性脉冲的频谱方法扩展周期性脉冲的频谱方法将频谱的将频谱的1/Tb第第1零点向无限远推，即增大零点向无限远推，即增大1/Tb的值；的值；减小数字脉冲的持续时间，缩小减小数字脉冲的持续时间，缩小Tb的值。的值。减小减小Tb值等价于提高数字信号的传输速率值等价于提高数字信号的传输速率1/Tb，扩展了，扩展了信号的频谱。信号的频谱。数字信号扩频原理数字信号扩频原理数字信号扩频过程数字信号扩频过程高速数字码序列高速数字码序列C(t)对用户低速信息数据调制对用户低速信息数据调制w低速信息数据的脉冲持续时间为低速信息数据的脉冲持续时间为Tb，其时间长度是，其时间长度是TC的的N倍。

25、倍。Tb=N TCw高速码序列高速码序列C(t)乘上信息数据乘上信息数据d(t)，最后得到的信，最后得到的信号号y(t)频谱与高速码序的频谱相同，起到频谱扩展频谱与高速码序的频谱相同，起到频谱扩展的作用。的作用。y(t)=di(t)Ci(t)扩频调制扩频调制（乘法器）（乘法器）扩频解调扩频解调（乘法器）（乘法器）Tbdi(t)TCCi(t)y(t)TCCi(t)di(t)数字信号扩频原理数字信号扩频原理数字信号扩频原理数字信号扩频原理符号符号+1 -1+1 -1 -1 -1 -1+1+1+1扩频扩频解扩频解扩频码片码片d i（t）C i（t）y i（t）-1+1y r（t）C i（t）d r（

26、t）p接收的信号为：接收的信号为：yr（t）=di（t）C i（t）p解扩输出信号解扩输出信号dr（t）=yr（t）C i（t）=di（t）C i（t）C i（t）=di（t）扩频抗干扰原理扩频抗干扰原理p扩频解调器利用本地地址码的相关性作解扩处理，有用信号频谱被扩频解调器利用本地地址码的相关性作解扩处理，有用信号频谱被恢复为窄带谱恢复为窄带谱;窄带干扰信号则在解扩过程中被扩展成为宽带谱。窄带干扰信号则在解扩过程中被扩展成为宽带谱。解调后有用信号为窄带谱，无用信号和干扰为宽带谱，可以借助于解调后有用信号为窄带谱，无用信号和干扰为宽带谱，可以借助于解调后滤波器去除带外的无用信号，带内的信噪比就可

27、以大大提高，解调后滤波器去除带外的无用信号，带内的信噪比就可以大大提高，起到了抑制干扰和无用信号的目的。起到了抑制干扰和无用信号的目的。扩频调制扩频调制信道信道扩频解调扩频解调d(t)d(t)c(t)c(t)-Rb(t)-Rb(t)Rb(t)Rb(t)-Rc(t)Rc(t)干扰干扰-Rc(t)Rc(t)AABBCCDDy(t)yr(t)干扰干扰q扩频因子扩频因子定义：定义：SF=Bw/Bsw扩频系统的处理增益，反映了扩频系统信噪比的改扩频系统的处理增益，反映了扩频系统信噪比的改善程度。善程度。扩频增益与抗干扰容限扩频增益与抗干扰容限BwBw为扩频信号带宽，为扩频信号带宽，BsBs为信息带宽。为

28、信息带宽。扩频增益扩频增益GpGp定义为：定义为：)(lg10dBSFGp qDS-SS：直接序列扩频：直接序列扩频发端直接用高速码序列去扩展输入信息的带宽发端直接用高速码序列去扩展输入信息的带宽qFH：跳频：跳频用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变；变；发端信息码序列与扩频码序列组合构造的不同码字控制频发端信息码序列与扩频码序列组合构造的不同码字控制频率合成器，使其输出频率根据码字的改变而改变，形成了率合成器，使其输出频率根据码字的改变而改变，形成了频率的跳变。频率的跳变。qTH：跳时：跳时用一定码序列进行选择的多时片时移键控

29、；用一定码序列进行选择的多时片时移键控；时间轴分为多个时片，哪个时片发射信号由扩频码序列进时间轴分为多个时片，哪个时片发射信号由扩频码序列进行控制。由于发送信号采用的时片很窄，也就展宽了信号行控制。由于发送信号采用的时片很窄，也就展宽了信号的频谱。的频谱。扩频的实现方法扩频的实现方法p隐蔽性和保密性隐蔽性和保密性p抗干扰和抗多径衰落能力强抗干扰和抗多径衰落能力强p实现多址技术、增加容量、提高频率复实现多址技术、增加容量、提高频率复用率。用率。p占用频带较宽，系统复杂性增加。占用频带较宽，系统复杂性增加。扩频通信系统的主要技术特点扩频通信系统的主要技术特点扩频码选择扩频码选择 扩频通信当中，扩频

30、码常常采用伪随机序列。扩频通信当中，扩频码常常采用伪随机序列。1.伪随机序列伪随机序列 伪随机序列（伪随机序列（PN：Pseudorandom-Noise）码具有类似噪声序列的性质，是一种貌似随机但码具有类似噪声序列的性质，是一种貌似随机但实际上是有规律的周期性二进制序列。实际上是有规律的周期性二进制序列。对对PNPN码的要求码的要求 PN PN码序列的码片长度决定扩展频谱的宽度，直接影码序列的码片长度决定扩展频谱的宽度，直接影响扩频系统的性能响扩频系统的性能。在直接扩频系统中对。在直接扩频系统中对PN码有如下码有如下要求：要求：PN码的比特率应能满足扩展带宽的需要；码的比特率应能满足扩展带宽

31、的需要；PN码的自相关要大，互相关要小。码的自相关要大，互相关要小。PN码应具有近似噪声的频谱性质，近似连续谱，码应具有近似噪声的频谱性质，近似连续谱，且均与分布。且均与分布。PN PN码有一个很大的家族，如码有一个很大的家族，如m m序列、序列、GoldGold序列、序列、M M序列、序列、R-SR-S码和复合码等，码和复合码等，经常使用的主要有经常使用的主要有m m序列和序列和GoldGold序列序列。CDMACDMA系统中扩频码采用系统中扩频码采用m m序列。序列。PNPN码可通过逻辑电路得到。码可通过逻辑电路得到。q m序列：最长线性反馈移位寄存器序列。序列：最长线性反馈移位寄存器序列

32、。q m序列组成：序列组成：n 级移位寄存器、适当的抽头反馈和模级移位寄存器、适当的抽头反馈和模2加法加法器；器；q n 级移位寄存器产生的最大长度的码序列：级移位寄存器产生的最大长度的码序列：P=2n 1位位n级移位寄存器：级移位寄存器：2n 1个状态（除去全零状态）个状态（除去全零状态）q 生成多项式生成多项式Gn(x)=C0X0+C1X1+C2X2+CnXnm m序列序列D1 D2 D3 Dn P=2n 1 q码的平衡性好码的平衡性好一个周期内一个周期内“1”和和“0”的个数大体相同（的个数大体相同（1比比0多多1个）个）qm序列与其移位后的序列模序列与其移位后的序列模2加所得的序列仍为

33、加所得的序列仍为m序列，但相位不同序列，但相位不同w举例：举例：0111001向左移两位再模向左移两位再模2加所得序列仍为加所得序列仍为m序列，相位移了一位序列，相位移了一位m 序列特性序列特性 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0q长度为长度为k的游程占总游程的的游程占总游程的1/2k（1 k n-2）连续为连续为1和和0的那些元素称为游程。游程中元素个数为游的那些元素称为游程。游程中元素个数为游程长度。程长度。一个一个m序列的周期为：序列的周期为：P=2n 1，在该周期内：，在该周期内：w长度为长度为1的（单个的（单个“0”和单个和单个“1”）

34、游程占总游程的）游程占总游程的1/2w长度为长度为2（00和和11）的游程占总游程的）的游程占总游程的1/4w长度为长度为3（000和和111）的游程占总游程的）的游程占总游程的1/8w两个游程例外：两个游程例外：n（n 1）个连）个连“0”的游程只有一个的游程只有一个n n 个连个连“1”的游程只有一个的游程只有一个m 序列特性序列特性周期为周期为15的的m序列的游程分布情况。序列的游程分布情况。m序列序列111101011001000的游程分布情况的游程分布情况 qm序列的自相关性序列的自相关性考察某个考察某个m序列与其后移序列与其后移 位的序列的相似性。位的序列的相似性。m序列与其移位后

35、的序列逐位模序列与其移位后的序列逐位模2加所得序列中，加所得序列中，“0”的位数为的位数为A，“1”的位数为的位数为D：wA：0的个数（对应于码元相同的数目）；的个数（对应于码元相同的数目）；wD：1的个数（对应于码元不同的数目）；的个数（对应于码元不同的数目）；wP=A+D（序列周期长度）（序列周期长度）0 /10 1 )(pPDADADARaRa()Ra()11-1/PP位移比特0m 序列特性序列特性m 序列特性序列特性m m序列自相关特性应用序列自相关特性应用 IS-95CDMA系统给每个基站分配一个系统给每个基站分配一个PN序列的初始相位，该序列的初始相位，该PN序列周期为序列周期为2

36、15-1=32767个码片的个码片的m序列，每序列，每64个码片为一个初始相个码片为一个初始相位，共有位，共有512个初始相位，分配给个初始相位，分配给512个基站。个基站。由于由于PNPN码序列对互相关性都不够好码序列对互相关性都不够好,CDMA,CDMA系统选用自相关性好的系统选用自相关性好的PNPN码码作为扩频码及基站与用户地址码作为扩频码及基站与用户地址码,又另选互相关性好（处处为又另选互相关性好（处处为0 0）的）的WalshWalsh码作为信道地址码。码作为信道地址码。q互相关性互相关性定义为相同周期的不同定义为相同周期的不同m序列对之间的一致性；序列对之间的一致性；互相关值不等于

37、互相关值不等于0，且呈现多值性，且呈现多值性m序列对互相关特性差别很大，不能实际使用序列对互相关特性差别很大，不能实际使用 m 序列特性序列特性Walsh函数函数Walsh函数函数是一种非正弦的完备正交函数系，由于是一种非正弦的完备正交函数系，由于它仅有可能的取值它仅有可能的取值+1和和-1（或（或0，1），比较适合），比较适合用来表达和处理数字信号，它可由递推公式产生，用来表达和处理数字信号，它可由递推公式产生，以证明其正交性的数学家以证明其正交性的数学家Walsh命名的。命名的。递推公式：递推公式：MMMMMHHHHHHHHHHHHH2222222421011011001010000010

38、00)0(Walsh码的正交特性码的正交特性 j)i (if 0j)i (if 1jWiW 23112312 BS .d tdtdtdtc tc tc tW idtdtdtc td发调制进一步调例制 31231.111 RX W j-.PP RX c tW j00tc tdtc tTXMSdtW idtdtW kW kdtc tW i发射收端进一步解调码分多址系统的容量分析码分多址系统的容量分析 理论上理论上CDMACDMA系统不受载频频道资源的限制，因为系统不受载频频道资源的限制，因为一个载频可有一个载频可有N N个码分信道。因而个码分信道。因而CDMACDMA系统的无线容系统的无线容量不再

39、由频率资源决定而是由总干扰量决定，称为干量不再由频率资源决定而是由总干扰量决定，称为干扰受限系统，总的干扰量大，容量就小，反之，亦然。扰受限系统，总的干扰量大，容量就小，反之，亦然。总干扰量是基于基站接收机总的接收干扰总量，因而总干扰量是基于基站接收机总的接收干扰总量，因而CDMACDMA系统容量的计算亦是基于基站接收机总的接收干系统容量的计算亦是基于基站接收机总的接收干扰量，即基于基站接收机的输出载干比扰量，即基于基站接收机的输出载干比C/IC/I 是每一信道在满足性能指标下所需的输入载是每一信道在满足性能指标下所需的输入载干比，干比，取决于系统对误码率或信息传输质量取决于系统对误码率或信息

40、传输质量的要求，并与系统的调制、编码方案有关。的要求，并与系统的调制、编码方案有关。IC/0/NEbbbRWNEIC0/（1 1）单小区工作的容量单小区工作的容量（2 2）（3 3）CDMA CDMA系统总要采用功率控制技术，对于基站来讲，系统总要采用功率控制技术，对于基站来讲，不管不管MSMS在小区的任何位置，总会使所有在小区的任何位置，总会使所有MSMS发送功率到达发送功率到达基站接收机输入端功率相等。基站接收机输入端功率相等。CDMACDMA系统的主要干扰为多址干扰，系统的主要干扰为多址干扰，基站接收机的输基站接收机的输入载干比为：入载干比为：在同一蜂窝小区内，同时工作的用户数在同一蜂窝

41、小区内，同时工作的用户数 m m 越大，多址干扰就越强。越大，多址干扰就越强。无线容量是在保证接收机输出载干比无线容量是在保证接收机输出载干比C/IC/I值大于或等于某一门限值时，值大于或等于某一门限值时，小区内同时工作的用户数的最大值。由（小区内同时工作的用户数的最大值。由（1 1）、（）、（2 2）两式可得）两式可得m m为：为：1-m1)1(rrPmPIC RW10bNEmb单小区工作的容量单小区工作的容量例：例：IS-95CDMAIS-95CDMA系统，系统，W=1.25 MHz,W=1.25 MHz,R Rb b=8kb/s,=8kb/s,E Eb b/N/N0 0=7dB=7dB，

42、（，（100.7=5.01100.7=5.01）则代入公式（则代入公式（3 3）得）得:m=32.25(:m=32.25(信道信道/小区）小区）I I）采用话音激活技术提高了系统容量）采用话音激活技术提高了系统容量 d1)/(10NERWmbb式中式中d d为话音占空比，通常为为话音占空比，通常为0.350.35IIII）利用扇形划分提高系统容量）利用扇形划分提高系统容量 G 1)(1 0dNERWmbb式中式中G G是扇形分区系数，通常为是扇形分区系数，通常为2.552.55IIIIII）邻近蜂窝小区的干扰对系统容量的影响）邻近蜂窝小区的干扰对系统容量的影响 FG 1)(1 0dNERWmbb式中式中F F为信道复用效率，通常为为信道复用效率，通常为0.60.6单小区工作的容量单小区工作的容量给定系统带宽给定系统带宽2.5MHz2.5MHz，分别计算，分别计算TACSTACS（N=7N=7）、）、GSMGSM（N=4N=4）和）和IS-95CDMAIS-95CDMA（R Rb b=9.6kb/s=9.6kb/s、Eb/N0=7dBEb/N0=7dB、d=0.35d=0.35、G=2.55G=2.55、F=0.6)F=0.6)的系统容量。的系统容量。P152P152，第，第1515题题补充作业：补充作业：