第6章-多址技术.pptx

第六章第六章第六章第六章 移动通信中的多址技术移动通信中的多址技术移动通信中的多址技术移动通信中的多址技术吉林大学 通信工程学院姜 宏多址接入技术多址接入技术多址接入技术多址接入技术频分多址方式（频分多址方式（FDMAFDMA）时分多址方式（时分多址方式（TDMATDMA）码分多址方式（码分多址方式（CDMACDMA）空分多址方式（空分多址方式（SDMASDMA）多址接入方式多址接入方式多址接入方式多址接入方式目前应用的目前应用的目前应用的目前应用的多址方式多址方式多址方式多址方式 频分多址频分多址频分多址频分多址(FDMA)(FDMA)(FDMA)(FDMA)、时分多址、时分多址、时分多址、时分多址(TDMA)(TDMA)(TDMA)(TDMA)、码分多址、码分多址、码分多址、码分多址(CDMA)(CDMA)(CDMA)(CDMA)及其混合方式等及其混合方式等及其混合方式等及其混合方式等信道3信道1信道N信道2ftc多址接入方式多址接入方式多址接入方式多址接入方式建立多址接入时区分信道的依据建立多址接入时区分信道的依据建立多址接入时区分信道的依据建立多址接入时区分信道的依据频分多址方式（频分多址方式（频分多址方式（频分多址方式（FDMAFDMAFDMAFDMA）传输信号的载波频率不同传输信号的载波频率不同传输信号的载波频率不同传输信号的载波频率不同时分多址方式（时分多址方式（时分多址方式（时分多址方式（TDMATDMATDMATDMA）传输信号存在的时间不同传输信号存在的时间不同传输信号存在的时间不同传输信号存在的时间不同码分多址方式（码分多址方式（码分多址方式（码分多址方式（CDMACDMACDMACDMA）传输信号的码型不同传输信号的码型不同传输信号的码型不同传输信号的码型不同信道1信道2信道3信道Nftcftc信道2信道1信道3信道NFDMA、TDMA、CDMA的示意图的示意图FDMA TDMA CDMA 6.1 6.1 频分多址（频分多址（频分多址（频分多址（FDMAFDMA）方式）方式）方式）方式频谱分割原理频谱分割原理主主 要要 干干 扰扰 特特 点点FDMAFDMA频谱分割原理频谱分割原理频谱分割原理频谱分割原理每个用户分配一个信道，即一对频谱每个用户分配一个信道，即一对频谱每个用户分配一个信道，即一对频谱每个用户分配一个信道，即一对频谱较高的频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道较高的频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道较高的频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道较高的频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道较低的频谱用作反向信道即移动台向基站方向的信道较低的频谱用作反向信道即移动台向基站方向的信道较低的频谱用作反向信道即移动台向基站方向的信道较低的频谱用作反向信道即移动台向基站方向的信道必须同时占用必须同时占用必须同时占用必须同时占用2 2 2 2个信道（个信道（个信道（个信道（2 2 2 2对频谱）才能实现双工通信对频谱）才能实现双工通信对频谱）才能实现双工通信对频谱）才能实现双工通信基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转设置频道间隔，以免因系统的频率漂移造成频道间重叠设置频道间隔，以免因系统的频率漂移造成频道间重叠设置频道间隔，以免因系统的频率漂移造成频道间重叠设置频道间隔，以免因系统的频率漂移造成频道间重叠前向信道与反向信道之间设有保护频带前向信道与反向信道之间设有保护频带前向信道与反向信道之间设有保护频带前向信道与反向信道之间设有保护频带用户频道之间，设有保护频隙用户频道之间，设有保护频隙用户频道之间，设有保护频隙用户频道之间，设有保护频隙图图56 FDMA系统频谱分割示意图系统频谱分割示意图 FDMAFDMA的主要干扰的主要干扰的主要干扰的主要干扰干扰方式干扰方式干扰方式干扰方式起起起起 因因因因解决方法解决方法解决方法解决方法互调干扰互调干扰互调干扰互调干扰系统内非线性器件产生的各种组合系统内非线性器件产生的各种组合系统内非线性器件产生的各种组合系统内非线性器件产生的各种组合频率成份落入本频道接收机通带内频率成份落入本频道接收机通带内频率成份落入本频道接收机通带内频率成份落入本频道接收机通带内选用无互调的选用无互调的选用无互调的选用无互调的频率集频率集频率集频率集邻道干扰邻道干扰邻道干扰邻道干扰相邻波道信号中存在的寄生辐射落相邻波道信号中存在的寄生辐射落相邻波道信号中存在的寄生辐射落相邻波道信号中存在的寄生辐射落入本频道接收机带内入本频道接收机带内入本频道接收机带内入本频道接收机带内加大频道间的加大频道间的加大频道间的加大频道间的隔离度隔离度隔离度隔离度同频干扰同频干扰同频干扰同频干扰相邻区群中同信道小区的信号造成相邻区群中同信道小区的信号造成相邻区群中同信道小区的信号造成相邻区群中同信道小区的信号造成的干扰的干扰的干扰的干扰适当选择频道适当选择频道适当选择频道适当选择频道干扰因子干扰因子干扰因子干扰因子Q QQ QFDMAFDMA系统的特点系统的特点系统的特点系统的特点 每信道占用一个载频，信道的相对带宽较每信道占用一个载频，信道的相对带宽较窄，即通常窄，即通常在窄带系统中实现在窄带系统中实现符号时间符号时间 平均延迟扩展平均延迟扩展（Ts ），所以码间干扰较少，所以码间干扰较少，无需自适应均衡无需自适应均衡基站复杂庞大基站复杂庞大，易产生信道间的，易产生信道间的互调干扰互调干扰必须使用必须使用带通滤波器带通滤波器来限制邻道干扰来限制邻道干扰越区切换复杂越区切换复杂，必须瞬时中断传输，对于，必须瞬时中断传输，对于数据传输将带来数据的丢失数据传输将带来数据的丢失6.2 6.2 时分多址（时分多址（时分多址（时分多址（TDMATDMA）方式）方式）方式）方式工作原理工作原理系统特点系统特点TDMATDMA工作原理工作原理工作原理工作原理在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙，无论帧或时隙都是互不重叠的一帧再分割成若干时隙，无论帧或时隙都是互不重叠的一帧再分割成若干时隙，无论帧或时隙都是互不重叠的一帧再分割成若干时隙，无论帧或时隙都是互不重叠的每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户基站按时隙排列顺序发收信号，各移动台在指定的时隙基站按时隙排列顺序发收信号，各移动台在指定的时隙基站按时隙排列顺序发收信号，各移动台在指定的时隙基站按时隙排列顺序发收信号，各移动台在指定的时隙内收发信号内收发信号内收发信号内收发信号MS3MSMS1 1MS2BSBS时隙时隙帧帧时隙时隙N时隙时隙3时隙时隙2时隙时隙1保护比特保护比特信息数据信息数据同步比特同步比特尾比特尾比特一个一个TDMATDMA帧帧TDMA帧结构帧结构TDMA系统工作示意图系统工作示意图 TDMATDMA系统的特点系统的特点系统的特点系统的特点突发传输的速率高，远大于语音编码速率，因为突发传输的速率高，远大于语音编码速率，因为突发传输的速率高，远大于语音编码速率，因为突发传输的速率高，远大于语音编码速率，因为TDMATDMATDMATDMA系统中需要较高的系统中需要较高的系统中需要较高的系统中需要较高的同步开销同步开销同步开销同步开销发射信号速率随发射信号速率随发射信号速率随发射信号速率随N NN N的增大而提高，引起码间串扰加的增大而提高，引起码间串扰加的增大而提高，引起码间串扰加的增大而提高，引起码间串扰加大，所以必须采用大，所以必须采用大，所以必须采用大，所以必须采用自适应均衡自适应均衡自适应均衡自适应均衡不需双工器不需双工器不需双工器不需双工器.TDMA.TDMA.TDMA.TDMA用不同的时隙来发射和接收用不同的时隙来发射和接收用不同的时隙来发射和接收用不同的时隙来发射和接收.基站复杂性小，互调干扰小基站复杂性小，互调干扰小基站复杂性小，互调干扰小基站复杂性小，互调干扰小抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大越区切换简单越区切换简单越区切换简单越区切换简单，可在无信息传输时进行，不会丢失，可在无信息传输时进行，不会丢失，可在无信息传输时进行，不会丢失，可在无信息传输时进行，不会丢失数据数据数据数据6.3 6.3 码分多址（码分多址（码分多址（码分多址（CDMACDMA）方式）方式）方式）方式工工 作作 原原 理理系系 统统 特特 点点存存 在在 问问 题题技技 术术 基基 础础CDMACDMA的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息利用公共信道来传输信息利用公共信道来传输信息利用公共信道来传输信息CDMACDMACDMACDMA系统的地址码相互具有准正交性，以区别地系统的地址码相互具有准正交性，以区别地系统的地址码相互具有准正交性，以区别地系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间和空间上都可能重叠址，而在频率、时间和空间上都可能重叠址，而在频率、时间和空间上都可能重叠址，而在频率、时间和空间上都可能重叠系统的接收端必须有完全一致的本地地址码，才能系统的接收端必须有完全一致的本地地址码，才能系统的接收端必须有完全一致的本地地址码，才能系统的接收端必须有完全一致的本地地址码，才能对接收的信号进行相关检测对接收的信号进行相关检测对接收的信号进行相关检测对接收的信号进行相关检测 MSMSN NMSMS1 1MSMS2 21c2c1C2CNcNCMSCBSCDMA系统工作示意图系统工作示意图 CDMACDMA的的的的技术基础技术基础技术基础技术基础扩频通信基础扩频通信基础 地址码技术地址码技术扩频码的同步扩频码的同步一、一、一、一、扩频通信基础扩频通信基础扩频通信基础扩频通信基础概述理论基础扩频方法直扩系统跳频系统概述概述扩展频谱通信的定义：扩展频谱通信的定义：扩扩频频通通信信技技术术是是一一种种信信息息传传输输方方式式，用用来来传传输输信信息息的的信信号号带带宽宽远远远远大大于于信信息息本本身身的的带带宽宽；频频带带的的扩扩展展由由独独立立于于信信息息的的扩扩频频码码来来实实现现，并并与与所所传传输输的的信信息息数数据据无无关关；在在接接收收端端则则用用相相同同的的扩扩频频码码进进行行相相关关解解调调，实实现现解解扩扩和和恢恢复复所所传传的的信信息息数数据据。该该项项技技术术称称为为扩扩频频调调制制，而而传传输输扩频信号的系统为扩频系统。扩频信号的系统为扩频系统。扩频通信技术的理论基础是仙农定理扩频通信技术的理论基础是仙农定理。IS-95IS-95系统是扩频系统商业化的光辉典范。系统是扩频系统商业化的光辉典范。系统是扩频系统商业化的光辉典范。系统是扩频系统商业化的光辉典范。理论基础（理论基础（1 1）仙农信息论中的仙农定理描述了信道容量，信仙农信息论中的仙农定理描述了信道容量，信号带宽，持续时间，与信噪比之间的关系：号带宽，持续时间，与信噪比之间的关系：其中：其中：其中：其中：CC为信道容量；为信道容量；为信道容量；为信道容量；WW为信号带宽为信号带宽为信号带宽为信号带宽;TT为持续时间；为持续时间；为持续时间；为持续时间；S/NS/N为信噪比。为信噪比。为信噪比。为信噪比。仙农公式表明了一个信道无误差地传输信息的能力与仙农公式表明了一个信道无误差地传输信息的能力与仙农公式表明了一个信道无误差地传输信息的能力与仙农公式表明了一个信道无误差地传输信息的能力与信道中的信噪比以及用于传输信息的信道带宽之间的信道中的信噪比以及用于传输信息的信道带宽之间的信道中的信噪比以及用于传输信息的信道带宽之间的信道中的信噪比以及用于传输信息的信道带宽之间的关系。关系。关系。关系。（6-16-1）理论基础（理论基础（2 2）决定信道容量决定信道容量C的三个参数的三个参数W.T和和S/N组成一个很形象组成一个很形象的具有可塑性的三维立方体，它的体积就是信道容量的具有可塑性的三维立方体，它的体积就是信道容量。信道容量所决定的三维信号体积最大的特点就是具有可塑性。信道容量所决定的三维信号体积最大的特点就是具有可塑性。信道容量所决定的三维信号体积最大的特点就是具有可塑性。信道容量所决定的三维信号体积最大的特点就是具有可塑性。即在总体积不变的条件下，三轴上的自变量间可以互换，可即在总体积不变的条件下，三轴上的自变量间可以互换，可即在总体积不变的条件下，三轴上的自变量间可以互换，可即在总体积不变的条件下，三轴上的自变量间可以互换，可以互相取长补短。以互相取长补短。以互相取长补短。以互相取长补短。理论基础（理论基础（3 3）用频带换取信噪比，就是现代扩频通信的基本用频带换取信噪比，就是现代扩频通信的基本原理，其目的是为了提高通信系统的可靠性原理，其目的是为了提高通信系统的可靠性那么，是否可以一味地牺牲带宽来换取信噪比上性能那么，是否可以一味地牺牲带宽来换取信噪比上性能的提高呢？的提高呢？仙农公式可以变形为仙农公式可以变形为（6-26-2）对于干扰环境的典型情况，对于干扰环境的典型情况，对于干扰环境的典型情况，对于干扰环境的典型情况，S/NS/N11，那么公式可，那么公式可，那么公式可，那么公式可以简化为以简化为以简化为以简化为（6-36-3）理论基础（理论基础（4 4）一般而言，信号功率总是受限的，这里假定一般而言，信号功率总是受限的，这里假定S不变，同时有不变，同时有 其中其中其中其中N N N N为噪声功率，为噪声功率，为噪声功率，为噪声功率，N N N N0 0 0 0为噪声功率谱，为噪声功率谱，W W为信道为信道带宽，则可得带宽，则可得这就是由仙农公式得出的，用频带换取信噪比这就是由仙农公式得出的，用频带换取信噪比的极限容量。的极限容量。（6-46-4）（6-56-5）扩频方法扩频方法扩频方法扩频方法直接序列扩频直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum）简称直接扩频或直扩（）简称直接扩频或直扩（DS）；）；跳变频率扩频跳变频率扩频（Frequency Hopping），简），简称跳频（称跳频（FH）；）；跳变时间扩频跳变时间扩频（Time Hopping），简称跳时），简称跳时（TH）；）；上述基本调制方法可以进行组合，形成各种混合上述基本调制方法可以进行组合，形成各种混合系统，如跳频系统，如跳频/直扩系统，跳时直扩系统，跳时/直扩系统等。直扩系统等。目前，扩展频谱的带宽常在目前，扩展频谱的带宽常在1MHz100MHz的范围，的范围，因此，系统的抗干扰性能非常好。因此，系统的抗干扰性能非常好。扩频系统的特点扩频系统的特点扩频系统的特点扩频系统的特点扩频系统有以下一些特点：扩频系统有以下一些特点：能实现码分多址复用（能实现码分多址复用（CDMA）；）；信号的功率谱密度低，因此信号具有隐蔽性信号的功率谱密度低，因此信号具有隐蔽性且功率污染小；且功率污染小；有利于数字加密、防止窃听；有利于数字加密、防止窃听；抗干扰性强，可在较低的信噪比条件下，保抗干扰性强，可在较低的信噪比条件下，保证系统传输质量；证系统传输质量；抗衰落能力强。抗衰落能力强。直扩系统（直扩系统（1 1）直接序列调制系统亦称直接扩频系统，或称伪直接序列调制系统亦称直接扩频系统，或称伪噪音系统，记作噪音系统，记作DS系统。原理框图如下：系统。原理框图如下：直扩系统（直扩系统（2 2）-扩频系统的原理扩频系统的原理基基带带信信号号的的信信码码是是欲欲传传输输的的信信号号，它它通通过过速速率率很很高高的的编编码码程程序序（通通常常用用伪伪随随机机序序列列）进进行行调调制制将将其其频频谱谱展展宽宽，这这个个过过程程称称作作扩扩频频。频频谱谱展展宽宽后后的的序序列列被被进进行行射射频频调调制制（通通常常多多采采用用PSK调调制制），其其输输出出则则是是扩扩展展频频谱的射频信号，经天线辐射出去。谱的射频信号，经天线辐射出去。在在接接收收端端，射射频频信信号号经经混混频频后后变变为为中中频频信信号号，它它与与本本地地的的和和发发端端相相同同的的编编码码序序列列反反扩扩展展，将将宽宽带带信信号号恢恢复复成成窄窄带带信信号号，这这个个过过程程称称为为解解扩扩。解解扩扩后后的的中中频频窄窄带带信号经普通信息解调器进行解调，恢复成原始的信码信号经普通信息解调器进行解调，恢复成原始的信码。直扩系统（直扩系统（3 3）-扩频解扩的过程扩频解扩的过程假假假假定定定定同同同同步步步步单单单单径径径径BPSKBPSK信信信信道道道道中中中中有有有有KK个个个个用用用用户户户户，并并并并假假假假定定定定所所所所有有有有的的的的载波相位为载波相位为载波相位为载波相位为00，则接收的信号等效基带表示为：，则接收的信号等效基带表示为：，则接收的信号等效基带表示为：，则接收的信号等效基带表示为：其中其中其中其中：为第为第为第为第KK个用户信息比特值个用户信息比特值个用户信息比特值个用户信息比特值发送功率发送功率发送功率发送功率为第为第为第为第kk个用户归一化扩频信号，个用户归一化扩频信号，个用户归一化扩频信号，个用户归一化扩频信号，直扩系统（直扩系统（4 4）-扩频解扩的过程扩频解扩的过程表示加性高斯白噪声，其双边功率谱密度为表示加性高斯白噪声，其双边功率谱密度为表示加性高斯白噪声，其双边功率谱密度为表示加性高斯白噪声，其双边功率谱密度为 单位为单位为单位为单位为W/HzW/Hz 对于某一特定比特，相关器（解扩）的输出为：对于某一特定比特，相关器（解扩）的输出为：对于某一特定比特，相关器（解扩）的输出为：对于某一特定比特，相关器（解扩）的输出为：直扩系统（直扩系统（5 5）-扩频解扩的过程扩频解扩的过程其中其中其中其中 为相关系数为相关系数为相关系数为相关系数。上式表明：与第上式表明：与第上式表明：与第上式表明：与第k kk k个用户本身的自相关给出了希望接收的个用户本身的自相关给出了希望接收的个用户本身的自相关给出了希望接收的个用户本身的自相关给出了希望接收的数据项，与其它用户的互相关产生出多址干扰项数据项，与其它用户的互相关产生出多址干扰项数据项，与其它用户的互相关产生出多址干扰项数据项，与其它用户的互相关产生出多址干扰项MAIMAI，与热噪声的相关产生了噪声与热噪声的相关产生了噪声与热噪声的相关产生了噪声与热噪声的相关产生了噪声Z ZZ ZK KK K项。项。项。项。当相关系数为零时，当相关系数为零时，当相关系数为零时，当相关系数为零时，多址干扰为零。多址干扰为零。多址干扰为零。多址干扰为零。即本小区其它用户对被检测用户不产生干即本小区其它用户对被检测用户不产生干即本小区其它用户对被检测用户不产生干即本小区其它用户对被检测用户不产生干扰。扰。扰。扰。直扩系统（直扩系统（6 6）由频谱扩展对抗干扰性带来的好处，称为扩频增由频谱扩展对抗干扰性带来的好处，称为扩频增益益GP，可表示为，可表示为 BBW W-发射扩频信号的带宽；发射扩频信号的带宽；发射扩频信号的带宽；发射扩频信号的带宽；BBSS-信码的速率。信码的速率。信码的速率。信码的速率。BBWW与所采用的伪码（伪随机序列或伪噪声序列的简称）与所采用的伪码（伪随机序列或伪噪声序列的简称）与所采用的伪码（伪随机序列或伪噪声序列的简称）与所采用的伪码（伪随机序列或伪噪声序列的简称）速率有关。为获得高的扩频增益，通常希望增加射频带宽速率有关。为获得高的扩频增益，通常希望增加射频带宽速率有关。为获得高的扩频增益，通常希望增加射频带宽速率有关。为获得高的扩频增益，通常希望增加射频带宽BBWW，即提高伪码的速率，即提高伪码的速率，即提高伪码的速率，即提高伪码的速率。例如例如例如例如:DS-CDMA:DS-CDMA:DS-CDMA:DS-CDMA系统中系统中系统中系统中,若话音编码输出速率是若话音编码输出速率是若话音编码输出速率是若话音编码输出速率是9.6kb/s,9.6kb/s,9.6kb/s,9.6kb/s,选选选选择择择择PNPNPNPN码的码片速率为码的码片速率为码的码片速率为码的码片速率为1.2288Mc/s,1.2288Mc/s,1.2288Mc/s,1.2288Mc/s,求扩频增益求扩频增益求扩频增益求扩频增益?直扩系统（直扩系统（7 7）在发端，有用信号经扩频处理后，频谱被展宽如图（在发端，有用信号经扩频处理后，频谱被展宽如图（aa）所）所示；在收端，利用伪码的相关性作解扩处理后，有用信号频谱示；在收端，利用伪码的相关性作解扩处理后，有用信号频谱被恢复成窄带谱，如图（被恢复成窄带谱，如图（bb）所示。）所示。直扩系统（直扩系统（8 8）宽带无用信号与本地伪码不相关，因此不能解宽带无用信号与本地伪码不相关，因此不能解扩，仍为宽带谱；窄带无用信号则被本地伪码扩，仍为宽带谱；窄带无用信号则被本地伪码扩展为宽带谱。可以用一个窄带滤波器排除带扩展为宽带谱。可以用一个窄带滤波器排除带外的干扰电平，这样，窄带内的信噪比就大大外的干扰电平，这样，窄带内的信噪比就大大提高了。提高了扩频系统的抗干扰能力。提高了。提高了扩频系统的抗干扰能力。直扩系统的优点在于它可以在很低的甚至负信直扩系统的优点在于它可以在很低的甚至负信噪比环境中使系统正常工作。噪比环境中使系统正常工作。移动通信采用直扩系统时，需要解决移动通信采用直扩系统时，需要解决远远-近近效应带来的影响，办法之一是采用功率控制。效应带来的影响，办法之一是采用功率控制。也可以采用多用户检测技术。也可以采用多用户检测技术。跳频系统（跳频系统（1 1）跳频系统的原理方框图：跳频系统的原理方框图：跳频系统跳频系统（2 2）伪码随机置定频率合成器时，发射机的振荡频率在很伪码随机置定频率合成器时，发射机的振荡频率在很宽的频率范围内不断地改变，从而使射频载波亦在一宽的频率范围内不断地改变，从而使射频载波亦在一个很宽的范围内变化，于是形成了一个宽带离散谱，个很宽的范围内变化，于是形成了一个宽带离散谱，如图所示。如图所示。跳频系统跳频系统（3 3）接接收收端端必必须须以以同同样样的的伪伪码码置置定定本本地地频频率率合合成成器器，使使其其与与发发端端的的频频率率作作相相同同的的改改变变，即即收收发发跳跳频频必必须须同同步步，这这样样，才才能能保保证证通通信信的的建建立立。解解决决同同步步及及定定时时是是实实际际跳频系统的一个关键问题。跳频系统的一个关键问题。跳跳频频系系统统处处理理增增益益的的定定义义与与直直扩扩系系统统的的扩扩频频增增益益是是相相同的，即同的，即 更直观地表述为更直观地表述为 （可供选用的频率数目）（可供选用的频率数目）跳频系统（跳频系统（4 4）跳频系统的抗干扰原理与直扩系统的不同：直扩是靠跳频系统的抗干扰原理与直扩系统的不同：直扩是靠频谱的扩展和解扩处理来提高信噪比的，跳频是靠躲频谱的扩展和解扩处理来提高信噪比的，跳频是靠躲避干扰来达到提高信噪比的。避干扰来达到提高信噪比的。跳频系统能大大减少跳频系统能大大减少“远远-近近”效应带来的干扰。效应带来的干扰。对跳频系统来说，根据跳变速率可以分为慢跳变与快对跳频系统来说，根据跳变速率可以分为慢跳变与快跳变。跳变。慢跳变比较容易实现，但抗干扰性能也较差，跳变的慢跳变比较容易实现，但抗干扰性能也较差，跳变的速率远比信号速率低，可能为数至数十秒才跳变一次。速率远比信号速率低，可能为数至数十秒才跳变一次。快跳的速率接近信号的最低频率，可达每秒几十跳、快跳的速率接近信号的最低频率，可达每秒几十跳、上百跳或上千跳（毫秒级）。快跳的抗干扰和隐蔽性上百跳或上千跳（毫秒级）。快跳的抗干扰和隐蔽性能较好，但实现能快速跳变而又有高稳定度的频率合能较好，但实现能快速跳变而又有高稳定度的频率合成器比较困难。成器比较困难。二、地址码技术二、地址码技术二、地址码技术二、地址码技术对对于于CDMA2000系系统统下下行行链链路路，短短的的伪伪随随机机码码用用以以区区分分基基站，站，Walsh码用以区分用户，它们统一构成地址码。码用以区分用户，它们统一构成地址码。地地址址码码的的选选择择直直接接影影响响CDMA系系统统的的容容量量、抗抗干干扰扰能能力力、接接入入和和切切换换速速度度等等，所所选选地地址址码码应应能能提提供供足足够够数数量量的的相相关关函数特性尖锐的码系列，在经过解扩后具有较高的信噪比。函数特性尖锐的码系列，在经过解扩后具有较高的信噪比。在在直直接接扩扩频频任任意意选选址址的的通通信信系系统统中中，对对地地址址码码有有如如下下三三个个要求：要求：伪码的比特率应能满足扩展带宽的需要；伪码的比特率应能满足扩展带宽的需要；伪码应具有尖锐的自相关特性，且互相关要小；伪码应具有尖锐的自相关特性，且互相关要小；伪码应具有近似噪声的频谱性质，即近似连续谱，且均伪码应具有近似噪声的频谱性质，即近似连续谱，且均匀分布。匀分布。常用的地址码常用的地址码常用的地址码常用的地址码m序列Gold码正交Walsh码m m序列（序列（1 1）m序列是序列是“最长线性反馈移位寄存器最长线性反馈移位寄存器”的简称。的简称。是由带线性反馈的移位寄存器产生的周期最长是由带线性反馈的移位寄存器产生的周期最长的一种序列的一种序列，周期是周期是P=2n-1，n是移位寄存器是移位寄存器的级数。的级数。m序列是一伪随机序列，具有与随机噪声类似序列是一伪随机序列，具有与随机噪声类似的尖锐自相关特性。的尖锐自相关特性。但它不是真正随机的，而但它不是真正随机的，而是按一定的规律形式周期性地变化。是按一定的规律形式周期性地变化。在定时严格的系统中，我们可以采用在定时严格的系统中，我们可以采用m序列作序列作为地址码，利用它的不同相位来区分不同用户，为地址码，利用它的不同相位来区分不同用户，目前的目前的CDMA蜂窝系统中就是采用这种方法。蜂窝系统中就是采用这种方法。m m序列（序列（2 2）m序序列列的的发发生生器器是是由由移移位位寄寄存存器器、反反馈馈抽抽头头及及模模2加加法法器器组组成成的的。产产生生m序序列列的的移移位位寄寄存存器器的的网网络络结结构构不不是是随随意意的的，必必须须满满足足一一定定的的条条件件。图图7-7是是一一个个由由三三级级移移位位寄寄存存器器构构成成的的m序列发生器序列发生器。Q1Q2Q3（输出）（输出）n n=3,=3,P P=7=7m m序列（序列（3 3）m序列的性质序列的性质：vm序列一个周期内序列一个周期内1和和0的码元数大致相等的码元数大致相等（1比比0只多一个）。只多一个）。v长度为长度为k（1kn-1）的游程占总游程数的）的游程占总游程数的1/2k。vm序列和其移位后的序列逐位模序列和其移位后的序列逐位模2加，所得的序列还加，所得的序列还是是m序列，只是相位不同。序列，只是相位不同。vm序列发生器中的移位寄存器的各种状态，除全序列发生器中的移位寄存器的各种状态，除全0外，外，其它状态在一个周期内只出现一次。其它状态在一个周期内只出现一次。m m序列（序列（4 4）m序列的自相关性序列的自相关性 由图可见，当由图可见，当由图可见，当由图可见，当=0=0时，时，时，时，mm序列的自相关函数序列的自相关函数序列的自相关函数序列的自相关函数RRaa()()出现峰值出现峰值出现峰值出现峰值11；当；当；当；当偏离偏离偏离偏离00时，相关函数曲线很快下降；当时，相关函数曲线很快下降；当时，相关函数曲线很快下降；当时，相关函数曲线很快下降；当11PP-1-1，相，相，相，相关函数值为关函数值为关函数值为关函数值为-1/-1/PP；当时；当时；当时；当时=PP，又出现峰值；如此周而复始。，又出现峰值；如此周而复始。，又出现峰值；如此周而复始。，又出现峰值；如此周而复始。当周期当周期当周期当周期PP很大时，很大时，很大时，很大时，mm序列的自相关函数与白噪声类似。序列的自相关函数与白噪声类似。序列的自相关函数与白噪声类似。序列的自相关函数与白噪声类似。m序列序列an与其左移与其左移位的位的序列序列an+的自相关函数由下的自相关函数由下式计算式计算:其中其中,A-an与与an+中相同的位数中相同的位数.D-an与与an+中不同的位数中不同的位数.m序列自相关函数的计算序列自相关函数的计算 例如例如:m序列序列an=100011110101100,求求Ra(0),Ra(1),.,Ra(14),画画出自相关函数曲线出自相关函数曲线.解解:=0时时 an+0=100011110101100,A=15,D=0,Ra(0)=1 =1时时 an+1=000111101011001,A=7,D=8,Ra(1)=1/15 同理同理,Ra(2)=Ra(14)=1/15 见图见图:m m序列（序列（5 5）m序列的互相关性序列的互相关性对对于于两两个个周周期期P=2n-1的的m序序列列an和和bn+（an,bn 取取值值是是1和和-1），两个），两个m序列的互相关函数可由下式计算序列的互相关函数可由下式计算：对对对对于于于于周周周周期期期期为为为为的的的的mm序序序序列列列列组组组组，其其其其最最最最好好好好的的的的mm序序序序列列列列对对对对的的的的互互互互相相相相关关关关函函函函数数数数值值值值只只只只取取取取三三三三个个个个，这这这这三三三三个个个个值是：值是：值是：值是：这这这这三三三三个个个个值值值值被被被被称称称称为为为为理理理理想想想想三三三三值值值值，能能能能够够够够满满满满足足足足这这这这一一一一特特特特性性性性的的的的mm序序序序列列列列对对对对称称称称为为为为mm序序序序列列列列优优优优选选选选对对对对，它们可以用于实际工程。它们可以用于实际工程。它们可以用于实际工程。它们可以用于实际工程。其中其中：两个两个m序列序列an 和和bn+的互相关函数由下式计算的互相关函数由下式计算:其中其中,A-an与与bn+中相同的位数中相同的位数.D-an与与bn+中不同的位数中不同的位数.m序列互相关函数的计算序列互相关函数的计算 例如例如:两个两个m序列序列:an=100010011010111,bn=100100011110101 求它们的互相关函数求它们的互相关函数Rc(0),Rc(1),.,Rc(14).解解:=0时时 bn+0=100100011110101,A=11,D=4,Ra(0)=7/15 =1时时 bn+1=001000111101011,A=7,D=8,Ra(1)=1/15 同理求同理求Ra(2),m m序列（序列（6 6）在在CDMA 数字蜂窝移动通信系统中，可为每个基站分数字蜂窝移动通信系统中，可为每个基站分配一个配一个PN序列，以不同的序列，以不同的PN序列来区分基站地址；也序列来区分基站地址；也可只用一可只用一PN序列，而用序列，而用PN序列的相位来区分基站地址，序列的相位来区分基站地址，即每个基站分配一个即每个基站分配一个PN序列的初始相位。序列的初始相位。Qualcomm-CDMA数字蜂窝移动通信系统就是采用给每数字蜂窝移动通信系统就是采用给每个基站分配一个个基站分配一个PN序列的初始相位的方法序列的初始相位的方法。其中短码的周期为其中短码的周期为215=32768chips的的PN序列，每序列，每64 chips 为一初始相位，共有为一初始相位，共有512种初始相位，分配给种初始相位，分配给512个基站。个基站。采用的采用的PN序列周期为序列周期为 242-1的长码来区分用户。的长码来区分用户。GoldGold码（码（1 1）m序列构成优选对的数目很少，不便于在码分序列构成优选对的数目很少，不便于在码分多址系统中应用。多址系统中应用。R.Gold于于1967年提出了一种基于年提出了一种基于m序列优选对序列优选对的码序列，称为的码序列，称为Gold序列。序列。由优选对的两个由优选对的两个m序列逐位模序列逐位模2加得到，当改变加得到，当改变其中一个其中一个m序列的相位（向后移位）时，可得序列的相位（向后移位）时，可得到一新的到一新的Gold序列。序列。Gold系列具有与系列具有与m序列优选对类似的自相关和序列优选对类似的自相关和互相关特性。互相关特性。GoldGold码（码（2 2）Gold序列的生成 图图图图中中中中mm序序序序列列列列发发发发生生生生器器器器11和和和和22产产产产生生生生的的的的mm序序序序列列列列是是是是一一一一mm序序序序列列列列优优优优选选选选对对对对，mm序序序序列列列列发发发发生生生生器器器器11的的的的初初初初始始始始状状状状态态态态固固固固定定定定不不不不变变变变，调调调调整整整整mm序序序序列列列列发发发发生生生生器器器器22的的的的初初初初始始始始状状状状态态态态，在在在在同同同同一一一一时时时时钟钟钟钟脉脉脉脉冲冲冲冲控控控控制制制制下下下下，产产产产生生生生两两两两个个个个mm序序序序列列列列经经经经过过过过模模模模22加加加加后后后后可可可可得得得得到到到到GoldGold序序序序列列列列，通通通通过过过过设设设设置置置置mm序序序序列列列列发发发发生生生生器器器器22的的的的不不不不同同同同初初初初始始始始状状状状态态态态，可以得到不同的可以得到不同的可以得到不同的可以得到不同的GoldGold序列。序列。序列。序列。GoldGold码（码（3 3）Gold序列的特性序列的特性 相关特性相关特性v 具有与具有与m序列优选对相类同的自相关和互相关特性。序列优选对相类同的自相关和互相关特性。v 当当=0=0时自相关函数与时自相关函数与m m序列相同；当序列相同；当11P P-1 -1 时自相关函数取三个理想的值，即最大旁瓣是时自相关函数取三个理想的值，即最大旁瓣是 。Gold序列的数量序列的数量v 周期周期P=2n-1的的m序列优选对生成的序列优选对生成的Gold序列，总序列，总共有共有2n+1个。个。v 随着随着n的增加，的增加，Gold序列数以序列数以2的的n次幂增长次幂增长。GoldGold码（码（4 4）Gold序列的特性序列的特性 平衡的平衡的Gold序列序列v平衡的平衡的Gold序列是指在一个周期内序列是指在一个周期内1码元数比码元数比0码元数仅多一个。码元数仅多一个。v对于周期对于周期P=2n-1的的m序列优选对生成的序列优选对生成的Gold序列，当序列，当n是奇数时，有是奇数时，有2n-1+1个个Gold序列是平衡的，约占序列是平衡的，约占50%；当；当n是偶数（不是是偶数（不是4的倍数）时，有的倍数）时，有2n-1+2n-2+1个个Gold序列是平衡的，约占序列是平衡的，约占75%。v只有平衡只有平衡Gold序列才可以用到码分多址通信系统中序列才可以用到码分多址通信系统中去。去。在在WCDMA系统中，下行链路采用系统中，下行链路采用Gold码区分小区码区分小区和用户，上行链路采用和用户，上行链路采用Gold码区分用户。码区分用户。WalshWalsh码（码（1 1）Walsh码，又称为Walsh函数，有着处处为零的互相关（正交性）和较好的自相关特性。Walsh函数波形 若若对对图图中中的的WalshWalsh函函数数波波形形在在88个个等等间间隔隔上上取取样样，可可得得到到离离散散WalshWalsh函函数数，可可用用