码分多址直接序列扩频DS—CDMA

二．m序列 m序列也称最长线性反馈移位寄存器序列，这是一
种简单而又容易实现的周期性序列。图中小方格表示1、 2、…N个触发器，每个乘法器的相乘系数都为二值序 列0或1，产生m序列的周期长度由各乘法器相乘系数的 不同0、1组合决定，产生的m序列的周期最长为2N－1。
1
2
1
2
3
∑mod2
N
N
由于m序列的周期长度T=2N－1对其相关特性起着决定性 的作用，从系统容量的角度出发，应使得m序列的长度尽 可能长，可以供给更多的用户使用，这样系统的容量就更
频率
信道3
信道2
信道1
时间
(a) 频分多址FDMA：
信道划分成不重叠的频率段
频率
频率
信道1 信道2 信道3
时间
(b) 时分多址TDMA： 信道划分成不重叠的时间段
信道1
信道2 信道3
时间
编码
(c) 码分多址CDMA：
信号在时间、频率上完全重叠
6.2 扩频通信技术
扩频通信最早始于军事通信，直到80年代末，在美国开始了 采用扩频通信机制的商用通信使用。扩频通信由于其在抗干 扰、保密性和增加系统容量方面都有突出优点，迅速地在民 用通信领域普及开来，第三代移动通信3G就是以扩频技术 为基础的。
6.2.3 PN序列的生成 一．PN序列码基本特性 二．m序列 6.3 跳频扩频信号 6.3.1 跳频信号的调制及解调 一．跳频的基本原理
6.2.3 脉冲干扰对DS扩频系统的影响
功率谱密度
功率谱密度
f fc Ri fc fc Ri
(a)信息调制时输出信号功 率谱
fc Ri
f
fc
fc Ri
6.2.1 扩频数字通信系统的模型
伪随机序列 发生器
信源
信源编码
信道编码
载波调制
扩频调制
信
信息输出信源译码源自信道译码道符号解调
解扩频
伪随机序列 发生器
与常规通信系统相比，扩频调制在收、发两端分别多进行 了一次扩频调制和解扩频，使得信道中传输的信号成为带 宽远大于其原始信号带宽的宽带低密度信号。这一处理导 致扩频信号具有如下特点：
理想扩频系统波形
二、码分多址/直接序列扩频（DS—CDMA）系统
DS－CDMA系统直接将数字信号与高速扩频PN序列在发送端相 乘后，调制到高频载波上进行发射。由于PN码的速率远大于信 码速率，故该PSK信号频谱被极大地展宽。在接收端，则用与发 送端码型相同、严格同频同相的本地PN码和本地载波信号与收 到的信号混频和解扩，得到仅受信码调制的窄带中频信号，再对 它进行中频放大和滤波，然后经数字解调即可恢复原信码。
·信息隐蔽、多址保密通信。
根据扩频信号的分类，数字扩频通信系统相应可以分为 以下几种：
（1）直接序列扩频通信系统（DS－SS）：由待传信 息信号与高速率的伪随机序列PN码相乘后，直接控制 射频信号的某个参量；
（2）跳频扩频系统（FH－SS）：由数字信息与二进制 PN序列模二相加后，离散地控制射频载波振荡器的输 出频率，使发射信号的频率随PN码的变化而跳变；
大；而且，序列越长，对信号的频谱扩展程度越大，扩频
（3）跳时扩频系统（TH－SS）：用PN序列控制信号 的发射时刻和持续时间，使发射信号的有无同伪随机序 列码变换规律一致；
（4）混合式扩频系统：将以上三种基本扩频方式中的 两种或多种结合起来构成，具有更为优良的性能，但系 统更复杂。
6.2 直接序列扩频通信 一. 直接序列扩频调制的基本原理
6.2.2 直接序列扩频通信 一. 直接序列扩频调制的基本原理
·易于在同一地区重复使用同一频率，也可与各种窄带通 信共享同一频率资源，提高了频谱利用率。
·抗干扰性强，尤其是抗窄带干扰和多径干扰力强，误码 率低。扩频通信在空间传输时占有带宽相对较宽，而接收 端采用相关解调来解扩，使有用宽带信号恢复成窄带信号； 而非需要信号如噪声等先被扩展成宽带信号，然后在接收 端通过窄带滤波提取有用的信号时被极大地抑制。
cos(ct 1)
d1
延迟 1
PN1 cos(ct 1)
dK
延迟 K
PNK cos(ct K )
d1
T
n(t)
0
PN1
PN K
cos(ct K )
dK
T
0
三．DS—CDMA的组成
发送端： 信源编码器、载波信号发生器、PN码序列发生器、 功率放大器、扩频调制器、低噪声放大器 接收端： 同步跟踪电路、本地载波信号发生器、本地码序列发 生器、扩频解调器、数据信息解调器
(b)发送的扩频信号功率谱
功率谱密度 噪声
干扰信号 发送信号
fc
f
功率谱密度
有用信号
干扰信号 噪声
f fc
(c)接收信号功率谱
功率谱密度 有用信号
(d )解扩后的信号功率谱
干扰信号 噪声 f
6.2.4 PN序列的生成
选用的地址码应该具有如下几条特性：
·必须具有足够多的地址码码组序列，以实现码分多 址的要求；
6.1 多址技术
一般来说，使多个用户信号共用同一个信道进行传 输的多址技术主要有三种。最简单的方法是把可用 信道带宽划分为许多个（如K个）频率互不重叠的 子信道，如图6-1-2(a)所示，并按用户请求把子信 道分配给每个用户，即给每个用户分配不同地址。 这就是频分多址（Frequency Division Multiple Access／Address），简称FDMA。FDMA主要用 于模拟载波通信、微波通信和卫星通信系统中，如 北美800MHz的AMPS体制。
扩频是一种数字信息的调制传输方式，通过一个独立的码序 列来完成，其信号所占带宽远大于传输信息所必需的最小带 宽；在接收端则用相同的码序列进行相关同步接收、解扩， 最后恢复所传的信息数据。扩频通信系统就是在发送端对信 号进行扩频调制、接收端再解扩频后恢复原始信号的传输系 统。扩频技术广泛应用于通信和雷达及导航领域中，常用的 商用扩展频谱技术主要有直接序列扩频技术和跳频技术。
·各地址码序列应该有尖锐的自相关特性，码组间彼 此独立即互相关函数值为零或很小；
·不同的码元数应平衡相等。
·工程上易于产生、加工、复制和控制。
实际生产中采用的PN码序列主要是m序列、Gold序列 和Walsh码，他们都不能严格满足上述要求，要么自 相关性好但互相关值达不到为0（如m序列、Gold序 列），要么互相关性好但自相关性却较差（如Walsh 码）。