CDMA通信系统研究与仿真

第1章第三代移动通信系统概述

1.1 论文选题背景

随着通信技术的迅猛发展，第三代移动通信系统(3G)的研发己经成为了当今世界通信领域最炽热的课题之一。第三代移动通信所采用的是数字语音和数据(Digital Voice and Data)技术，与前两代的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升，它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。它能够实现全球普及和全球无缝漫游的高质量语音传输系统，全球统一标准，真正实现“任何人在任何地点、任何时间与任何人”都能顺利的通信。

1.2 3G系统功能概述

第三代移动通信系统即IMT-200O，按其设计思想，是有能力解决第一、第二代移动通信系统的主要弊端的先进的移动通信系统，它的一个突出的特点就是使个人终端用户能在全球范围内任何时间、任何地点、与任何人、用任意的方式高质量的实现任何信息的移动通信传输。可见，第三代移动通信十分重视个人在通信系统中的自主因素，突出了个人在通信系统中的主导地位，所以又称未来个人通信系统。

在3G系统所要实现的目标中，核心的问题是要高效地提供不同环境下的多媒体业务并实现包含水、陆、空的全球覆盖。因此，它要求实现多种网络的综合:有线网与无线网的综合；移动网与无线网的综合；陆地网与卫星网的综合等，并且它要能适应多种业务环境，且与第二代移动通信系统兼容，以便于平滑过渡。对于通信终端而言，它是对多种通信网的综合，因而需要实现多频多模式终端。为了满足未来的业务需求，相对于现有的移动通信系统，3G系统应具有以下的功能:

1.提供更大的通信容量和覆盖范围

第三代移动通信系统提出的宽带CDMA可以使用更宽的信道或在小区中使用更多的载频，从而可以提供更大的小区容量。由于带宽更大，还可改善频率分集效果，从而降低衰减，为用户提供更好的统计平均效果。频带更宽还可以改善功率控制精度，进一步降低衰减的影响。此外，第三代移动通信系统使用多项新技术(如智能天线、联合检测等)可以提高解调增益，增大系统覆盖范围，在保证用户质量的前提下，提供更大的信息容量。

2.具有可变高速数据率

第三代通信系统无线接口具有不同的数据比特率。在快速移动的环境下，最高数据率达144kbi/s;在室内环境下，最高数据率达2Mbi/s，在室外或室内步行的环境下，最高数据率达到384kbi/s。这种数据率不仅可以支持普通话音，还可以支持多媒体数据，可满足具有不同通信要求的各种用户。

3.同时提供高速电路交换和分组业务服务

虽然在窄带CDMA与GSM移动通信业务中，也能提供电路交换和分组业务，但两者却很难同时提供，而3G系统协议层设计可以很方便的解决这一问题。每个中断均可以使用多种业务因而使用户在连接到局域网时还可接受话音业务，同时进行话音通信和收发数据。

4.具有高频谱的利用率

目前，各国的蜂窝移动通信都有很大的发展，但系统容量仍满足不了需求，解决移动通信系统容量问题就成了当务之急，而解决系统容量的最有效的途径就是提高频谱的利用率。相对于2G系统，3G系统的频谱利用率有了很大的提高。除了以上所述之外，3G系统还有很多的优点，如提供更加可靠的信道编码，灵活的配置传输信道和逻辑信道，支持多种语音编码方案等。[1]

1.3 多址通信方式

随着社会需求和科学技术的发展，无线通信正在向无线多址通信发展。所谓无线多址通信是指在一个通信网内各个通信台、站共享一个指定的射频频道，进行相互间的多边通信，也称该通信网为各用户间的多元连接。实现多址连接的理论基础是信号分割技术。也就是在发送端进行恰当的信号设计，使各站所发射的信号有所差异。在接收端有信号识别能力，能从混合信号中分离选择出相应的信号。在发送端，信号设计的任务是使信号按某种参量相互正交或准正交。一个无线电信号可以用若干参数来表征，其中最基本的是信号的射频频率、信号出现的时间、信号出现的空间、信号的码型、信号的波形等。按照这些参量的分割，可以实现的多址连接有频分多址(FDMA)、时分多址 (TDMA)、码分多址(CDMA)、空分多址 (SDMA)等。目前，在移动通信系统中所采用的多址方式主要有三种:频分多址、时分多址和码分多址。

1）频分多址 (FDMA)

频分多址是发送端对所有信号的频率参量进行正交分割，形成许多互不重叠的频带。在接收端利用频率的正交性，通过频率选择(滤波)，从混合信号中选出相应的信号。在移

动通信系统中，频分多址是把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的互不重叠的频道分配给不同的用户使用。这些频道互不重叠，其宽度能传输一路话音信息，而在相邻频道之间无明显的干扰。为了实现双工通信，收发使用不同的频率(称之为频分双工)。收发频率之间要有一定的频率间隔，以防同一部电台的发射机对接收机的干扰。这样，在频分多址中，每个用户在通信时要用一对频率(称之为一个信道)。

2）时分多址 (TDMA)

时分多址是发送端对所发送信号的时间参量进行正交分割，形成许多互不重叠的时隙。在接收端利用时间的正交性，通过时间选择从混合信号中选出相应的信号。时分多址是把时间分割成周期性帧，每一帧再分割成若干个时隙(无论帧或时隙都是互相不重叠的)，然后根据一定的时隙分配原则，使移动台在每帧中按指定的时隙向基站发送信号，基站可以分别在各个时隙中接收到移动台的信号而不混淆。同时，基站发向多个移动台的信号都按规定在预定的时隙中发射，各移动台在指定的时隙中接收，从合路的信号中提取发给它的信号。

3）码分多址(CDMA)

码分多址是各发送端用各不相同的、相互正交的地址码调制其所发送的信号。在接收端利用码型的正交性，通过地址识别(相关检测)从混合信号中选出相应的信号。码分多址的特点是:(l)网内所有用户使用同一载波，占用相同的带宽;(2)各个用户可以同时发送或接收信号。码分多址通信系统各用户发射的信号共同使用整个频带，发射时间又是任意的，所以各用户的发射信号在时间上、频率上都可相互重叠。因此，采用传统的滤波器或选通门是不能分离信号的，对某用户发送的信号，只有与其相匹配的接收机通过相关检测才可能正确接收。[2]