通信原理 第五版 第10章码分多址课件.ppt

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1、第十章 码分多址(CDMA),实现多路与多址传输的理论基础是信号的分割技术，使信号的某种参量(如射频频率，信号的出现时间或空间，信号的码型）相互正交或准正交，FDMA、TDMA、SDMA、CDMA。,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，也称多路复用，多路一般属于点对点传输方式;,多址传输是指一个通信网中，不同地址的各个用户之间通过一个公用的信道进行的通信,也称多址连接。,1.特点：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

2、通过相关检测才可能正确接收。,码分多址(CDMA),一、基本原理: 是发射端用各自不相同的，互相正交(或准)正交的地址码调制其所发送的信号，在接收端利用码型的(准)正交性，通过地址识别(相关检测)，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：,(3)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，这样在接收机的输入信号干扰比将远小于 1，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，并且使各用户占用相同的带宽，码分多址必须与扩展频谱(扩频)技术相结合，使在信道传输的信号所占频带极大的展宽(一般占百倍以上)，接收端将与本地地址码完全一

3、致的宽带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。,(2)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，从中选出所需信号，这是码分多址的主要环节。,(1)地址码的优选：要有足够多地地址码，且相关性足够好(即强的自相关性和弱的互相关性)，这是码分的基础。,1、抗干扰能力强，保密性强；2、不象FDMA那样对载波频率需要严格控制；3、不象TDMA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；4、各用户可随机接入，而不象FDMA和T

4、DMA各用户都以固 定暂用某个频段或时隙；5、容量比FDAM大20倍,比TDMA大45倍。,CDMA的优点：,(1) 有足够多地地址码；(2) 具有尖锐的自相关特性；(3) 有处处为零的互相关特性 (或尽可能小的互相关特性）；(4) 不同码元数平衡相等 （序列平衡）；(5) 尽可能大的复杂度 ；(6) 工程上容易实现。,3. 对地址码的要求：,二、码的正交性及沃尔什码,1. 码组的互相关函数： 设长为n的编码中码元只取值+1和1， 定义x和y两个码组的互相关函数为：,信号正交的概念：,2. 码组的自相关函数,一个长为n的码组 x 定义其 自相关函数(系数)为：,它表明码组x与其移位 j 次以后

5、的码组间的关联程度,显然上面4个码组中的任意两组之间是两两正交。,3. 沃尔什码：,沃尔什码的生成可以通过哈达玛 (H a d m a r d ) 矩阵来生成,例：,三、伪随机序列码,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，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，m序列就是伪随机序列中的一种。,1. m序列伪随机码,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级的反馈移存器可能产生的最长周期为：,初始状态：,1 0 0 01 1 0 01 1

6、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 0,例,可以产生周期为15的m序列,不能产生周期为15的m序列,初始状态： 1000 0100 0010 1001 1100 0110 1011 0101 1010 1101 1110 1111 0111 0011 0001 1000,结论：能产生周期最长 的线性移位寄存器的结构由其本原多项式决定，该本原多项式应该满足：,(3) f (x) 整 除不尽,(1) f (x) 是既约多项式，即不能再进行因式分解

7、 的多项式,(2) f (x) 可整除尽,线性反馈移位寄存器结构,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，由本原多项式就可以产生m序列。,(3) f (x) 整 除不尽,能产生周期最长 的线性移位寄存器的结构由其本原多项式决定，该本原多项式应该满足：,(1) f (x) 是既约多项式，即不能再进行因式分解；,(2) f (x) 可整除尽,2. m序列的特性,(2) m序列共有 2n-1 个游程，长度为1的游程占总游程的1/2，长度为2（“11”或“00”）的游程占1/4，长度为3的游程占1/8，长度为k(1kn=2) 的游程占 2-k ，只有一个含(n-1)个“0”的游程，

8、和一个包含n个“1”的游程。 长度为15的m序列：000111101011001,(3) 自相关性：,(1) m序列一周期内的码元数大致相等（“1”比“0”只多一个），这个特性保证了在扩频系统中，用m序列作平衡调制实现扩频时有较高的载波抑制度。,3. 伪随机序列的应用,2) 数据的加扰解扰,加扰的目的:A. 消除信源的统计特性,使“0” 、“1”等概；B. “0” 、“1”码元的交替易于提取定时信息；C. 消除数字信号的周期性。,3) 通信加密4) 噪声产生器5) 时延测量（无线电信号测距）,原理发送端用一比特速率远远高于信息速率的数字编码序列去调制载波，这中调制可采用调频，调相和调幅，最常用

9、的是二相相移键控。 在接收端，先用与发端同步的相同编码序列去解扩，经解扩后，传输信号就变换为发端所进行的常规调制方式，得到窄带的仅受信码调制的中频信号，而干扰信号，经混频后仍为宽带信号，经带通滤波后输出的干扰相对于信号电平是很小的。,四、直接序列扩频：,扩频调制解调原理图,处理增益：,R c： 扩频码速率R b ： 信码速率,性能：,信码频谱,扩频频谱,接收机输入信号频谱,解扩后频谱,干扰信号,干扰信号,白噪声,白噪声,扩频系统频谱示意图,信码频谱,1. 有选择地址的能力，给一个或一组接收机分配一规定的码组作为地址，而对其他的接收机分配不同的码组，这样用不同的编码序列去调制发射机，就能实现码分

10、多址和码分复用。2. 信号功率谱很低，有利于信号的隐蔽，信号淹没在噪声中，很难发觉。 即 低功率系统。3. 保密性好，有利于消息被窃听，由于用的是编码信号，窃听者不能方便地听懂发送的消息。4. 抗干扰能力强 人为干扰 解扩是对有用信号进行频带压缩，反而将干扰信号扩展到整个扩频频谱上，处理的增益为30dB，接收机可以工作在-15dB-2dB的信噪比以下。5. 抗衰落能力强，这种信号的频谱占据很宽的带宽，小部分频谱衰落不会使信号产生严重的畸变，故具有抗频率选择性衰落的能力，且在任一窄的频率范围中发送的功率都很低。,扩频的优点：,作业：10-4,A/D,分段,语音编码,信道编码,交织,加密,突发脉冲

11、串形成,调制器发射机,8k/s 13bit,160采样13bit/ 采样,260bit 20ms13kb/s,456bit 20ms 22.8kbit/s,33.8 kbit/s,270kbit/s,附一、GSM移动台原理框图,附二、正交频分复用(OFDM),相对于传统的多载波调制系统，这种允许频谱重叠的方案极大的提高了频谱利用率。,OFDM 多载波（FDM）,特点：1. OFDM技术就是将串行的数据流分成若干个并行数据流，分别调制在正交的子载波上进行传输。由于它的符号间隔相对变长，从而避免了噪声的增加，对多径效应、脉冲噪声和快速衰落有较强的抵抗能力；2.另外由于子载波之间的正交性，其频谱允许

12、重叠，使得它的频谱利用率比单载波系统提高很多。,3. 多路载波的调制解调可以利用DFT/IDFT来完成，目的是简化系统的处理过程，使系统无需用一组振荡器来产生多个子载波。4. OFDM符号间引入了保护间隔，以减小ISI和ICI带来的影响。并采用循环前缀，用于解决子载波正交性的问题。与通常在符号间插入空的保护时间来防止ISI的做法不同，他是将OFDM符号进行了循环扩展。这种方法有效地将信道与传送符号之间的线性卷积近似成循环卷积。,应用：DAB、DVB 、无线局域网，数字微波等。,通信原理课程总结,一、绪论1. 数字通信系统的组成及各部分的作用。,2. 信息量，平均信息量，香农公式。3. 传信率与

13、传码率的关系。4. 信道的划分，随参信道的特点，及多径效应对信号传输的影响。,二、模拟调制 1. AM、DSB、SSB的原理； 2. AM 、DSB、SSB的解调方法； 3. AM 、DSB、SSB的相干解调性能；信噪比增益G; 4. 角度调制的基本概念 5. FM信号表示、带宽 6. FM信号的产生、解调方法及抗噪声性能（信噪比增益G）,三、数字信号基带传输 1. 基带基带信号及传输码型； 2. 数字基带信号的功率谱，记住公式会计算； 3. 无码间干扰的基带系统的分析，及图解法分析； 4. 基带传输系统中传码率与带宽的关系计算； 5. 数字基带系统的误码率（单极性码与双极性码误码率推导与计算

14、）,四、数字信号的频带传输 1. 二进制调制系统的原理。 2. 二进制调制系统的误码率计算，记住误码率公式并计算， 3. 多进制调制系统的分析与传码率与带宽计算：,五、模拟信号的数字化 1. 抽样定理 2. 均匀量化编码（M：量化电平数或量化级数或量化间隔） 3. 非均匀量化13折线编码实现和编码 4. 时分复用,七、码分多址及直接序列扩频 1. m序列产生方法及特性 2. CDMA的特点，实现码分多址的条件 3. 直接序列扩频系统组成及特点,六、差错控制编码 1. 纠错编码的基本概念； 2. 线性分组码： 线性分组码的纠错能力与监督位的关系； 监督矩阵，生成矩阵，许用码组； 线性分组码的译码；3. 循环码： 生成多项式，生成矩阵，系统码的编码，编码器的结构,