CDMA 基本原理

CDMA基本原理—基本概念
CDMA (码分多址)
➢ Code Division Multiple Access ➢ 利用不同的编码序列识别不同用户，即使用不同的
信号波形区分不同的用户
CDMA的基础
➢ 扩频通信技术 ➢ 多址技术
CDMA基本原理—扩频通信
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
扩展周期性脉冲的频谱方法
➢ 将频谱的1/Tb第1零点向无限远推，即增大1/Tb的值； ➢ 减小数字脉冲的持续时间，缩小Tb的值。 ➢ 减小Tb值等价于提高数字信号的传输速率1/Tb，扩展
了信号的频谱。
数字信号扩频原理
数字信号扩频过程
➢ 高速数字码序C（t）对用户低速信息数据调制 • 低速信息数据的脉冲持续时间为Tb，其时间长度 是TC的N倍。 Tb = N ·TC • 高速码序C（t）乘上信息数据d（t），最后得到 的信号y（t）频谱与高速码序的频谱相同，起到 频谱扩展的作用。y（t）= di（t）Ci（t）
由于发送信号采用的时片很窄，也就展宽了信号的频谱。
CDMA 多址方式
t
t
t
码
FDMA
f
f
TDMA
f
CDMA
CDMA多址方式的特征
➢ 不同的高速扩频码作为不同用户的地址码序列 ➢ 地址码相互正交 ➢ CDMA信号在频率、时间和空间上重叠
码分多址通信系统的特点
➢ 仙农公式反映的重要结论：
• 频带B和信噪比可以互换； • 增加信号的频带宽度, 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； • 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。
扩频通信理论基础
信息传输差错概率的公式
➢ Pe f（E / n0） ➢ Pe是信号能量E与噪声功率谱密度n0之比的函数
P efE /n 0f B S s/B N w f N SB B w s
➢ 信号的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
➢ 再次说明看出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。
数字信号扩频原理
数字信号的波形与频谱
➢ 幅度为+1，持续时间为Tb的数字矩形脉冲R(t) 经Fourier变换后 的频谱为是sinx/x类型的函数
➢ 该窄脉冲序列称为扩频信号，即扩频码序列；
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频信号进 行相关解扩,恢复所传信息。
扩频通信理论基础
问题的提出：
➢ 在传统的通信系统中, 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?
扩频增益
➢ 扩频系统的抗干扰性能 Bw / Bs ➢ 定义：GP=Bw / Bs
• 扩频系统的处理增益，反映了扩频系统信噪比的改善 程度。
抗干扰容限
➢ M = Gp – [L + (S / N0)o] • 物理意义：正常通信条件下，系统能承受的干扰高出 信号的分贝数； • CDMA数字蜂窝移动通信系统正常工作的最低信噪比 要求为7 dB。
扩频的实现方法
DS-SS：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
FH：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。
TH：跳时
➢ 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行控制。
Tb di (t)
扩频调制 y(t)
（乘法器）
扩频解调 （乘法器）
di (t)
Ci (t) TC
Ci (t) TC
数字信号扩频原理
接收的信号为：
➢ yr（t）= di（t）·C i（t）
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 调 制
窄 带 信 号 扩 频 解 调
宽 带 扩 频 信 号
解 扩 信 号
扩频通信定义的三个概念
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，使扩频 通信的信号带宽与信息带宽之比则高达l00~1000, 属于宽带通信；
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。如果很窄的脉冲序列被所 传信息调制, 则可产生很宽频带的信号；
问题的回答：
➢ 为了通信的安全可靠，提高抗干扰能力和系统容量。扩频通 信的理论基础为信息论和抗干扰理论；
➢ 利用扩频实现码分多址方式。在传统的TDMA和FDMA之外 又提供了一种新的多址方式。
扩频通信理论基础
扩频通信是以信息论的仙农(Shanon)公式理论发展起来 的一种通信方式；
➢ 仙农公式： C = B log2 (1+ S/N) • C为信道容量, 单位为b/s；B为传输的信号频带宽度，单位为Hz； S为信号平均功率, N为噪声平均功率；
扩频抗干扰原理
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; 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。
扩频增益与抗干扰容限
➢ 第1零点位于1/Tb，表示该信号的能量集中在第1零点内。它 所占的频带宽度与Tb的大小相关，当脉冲越宽，其频谱带 宽越窄。
数字信号扩频原理
➢ 幅度为+1和-1，持续时间为Tb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;
➢ 第1零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
扩频通信的基本概念
扩频通信
➢ SS: Spread Spectrum，指扩展频谱的通信
扩频通信定义
➢ 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所传信息必 须的带宽
➢Fra Baidu bibliotek收端采用与发端相同的扩频码进行相关解调和解扩，恢复所传信
息数据。
窄 带 信 号
已 调 扩 频 信 号