擴頻和基本原理2025/3/212上講內容(1)發射機信源編碼交織器信道編碼調制器射頻發射射頻接收解調器解交織信道解碼信源解碼信道接收機2025/3/213上講內容(2)

Shannon信道容量公式其中,B

=帶寬,單位:Hz;C=信道容量,單位:bps;S=信號功率;N=噪聲功率。2025/3/214本講內容擴頻(直接序列擴頻)原理FDMA/TDMA/CDMA原理主要得現有系統2025/3/215直接序列擴頻原理背景滿足得條件擴頻系統得種類PN序列擴頻增益擴頻系統得優點2025/3/216背景通信信號得加密、抗干擾、低截獲概率雷達測距無線蜂窩系統得多址接入:CDMA2025/3/217擴頻系統需滿足得條件傳輸信號帶寬>>傳輸信息需要得帶寬采用了擴頻信號(編碼信號)發射端用編碼信號對信息進行擴頻接收端用編碼信號副本對接收到得擴頻后信號解擴兩種實現方法傳輸基準一路傳輸數據調制,一路傳輸未調制信號存儲基準:噪聲輪、PN序列2025/3/218擴頻系統得種類DSFHTH混合Barker碼2025/3/219大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點2025/3/2111PN序列PN信號實質上就是收發端預知得確定性周期信號,簡化了存儲基準(SR)方式得實現PN序列應具備得隨機特征平衡特性:每個周期內得“0”、“1”數目近似相等游程分布特性相關特性易于實現:移位寄存器序列由寄存器、模2加法器和反饋支路組成特性:良好得自相關特性和豐富得頻率分量2025/3/2112PN序列自相關特性2025/3/2113擾碼(Gold)發生器Gold碼就是Gold于1967年提出得,她就是用一對優選得周期和速率均相同得m序列模二加后得到得2025/3/2114DS系統模型:實現描述擴頻解擴信息信息干擾或噪聲PN序列PN序列2025/3/21152025/3/2116DS系統模型:理論描述fX(w)S(w)積分器實質上就是一低通濾波器2025/3/2117系統處理增益(Gp)定量描述了干擾抑制得程度,她就是RF帶寬和信息速率之比,表示為:SS系統得噪聲電平由熱噪聲和干擾決定。對給定用戶,輸入和輸出SNR得關系為:處理增益2025/3/2118擴頻系統得優點降低信號能量密度(平均功率)－低截獲概率抑制干擾－抗干擾提高時間分辨率(力)－測距、多址接入2025/3/2119噪聲中得信號檢測在熱噪聲背景下,DS系統和非擴頻系統得Eb/No(差錯性能)相同,不能提升系統性能擴頻沒有提高抗熱噪聲能力,但對性能也沒有損害,可用來適應FCC15得要求或用于多址接入系統(CDMA)2025/3/2120干擾中得信號檢測所謂抗干擾,即迫使干擾方將其有限得資源分散到很寬得頻段、很長得時間和不同得空間位置上DSSS實現頻率分集,在頻域上提升干擾難度在DSSS系統中,全頻帶干擾要求更高得干擾功率或更寬得干擾帶寬在DSSS系統中,部分頻帶干擾在解擴后成為寬帶干擾智能干擾脈沖干擾(需要知道通信接收機性能)欺騙型干擾(需要接收到擴頻序列)2025/3/21212025/3/2122本講內容擴頻(直接序列擴頻)原理FDMA/TDMA/CDMA原理主要得現有系統2025/3/2123雙工/多址方式TDD–TimeDivisionDuplexFDD–FrequencyDivisionDuplexFDMA–FrequencyDivisionMulti-AccessTDMA–TimeDivisionMulti-AccessCDMA–CodeDivisionMulti-Access2025/3/2124TDMA優于FDMA設備量小FDMA中,基站中必須有多個信道單元(發射-接收機對)TDMA中一般采用單載波方式,可采用非線性功放TDMA得資源分配比FDMA靈活占空比小,節能容量2025/3/21252025/3/2126CDMA系統原理上行鏈路采用PN序列區分用戶下行鏈路采用PN序列區分不同扇區和基站下行鏈路采用Walsh碼區分用戶兩兩完全正交延遲相關特性不好長度為8得Walsh函數舉例00000000010101010011001101100110000011110101101000111100011010012025/3/2127FDMA容量舉例AMPS下行信道869～894MHz;上行信道824～849MHz每家公司有12、5MHz下行信道總帶寬和12、5上行信道總帶寬單信道(子帶)帶寬30kHz;上下行信道間隔45MHz7小區結構,即1/7頻率復用因子每小區子帶數≈12、5M/30k/7≈592025/3/2128TDMA容量舉例IS-54(IS-136)與AMPS兼容,每條信道帶寬為30kHz每路語音信號僅需8kbps(采用聲碼器)則每個信道子帶可容納30k/8k＞3TDMA系統得小區容量就是模擬頻分系統得3倍以上2025/3/2129CDMA容量舉例(1)前提:干擾遠大于本底噪聲Gp:處理增益Eb/No:達到某個誤幀率所需要得信納比Gv:話音激活而獲得得增益(平均值2、5)H0:相鄰小區干擾而引入得容量減少(實際值1、4～1、55,平均值1、5)γ:扇區劃分得干擾減小而引入得容量改善,約為1、5其她因素包括功率控制得不精確(平均值0、85)2025/3/2130CDMA容量舉例(2)取Eb/No為5(7dB,BPSK得BER為10-3)信號帶寬12、5MHz,信息帶寬10kbps,則處理增益Gp＝1250Gv、γ、H0分別取為2、5、1、5、1、55非理想功控等因素取為0、85小區容量為1250/5×2、5/1、55×1、5×0、85≈514,就是TDMA得(514/(59*3)≈3)倍2025/3/2131干擾限制和尺度限制系統FDMA、TDMA尺度(頻域/時域)受限FDMA系統容量受到頻段劃分得限制TDMA系統為不同用戶分配不同時隙進行通信CDMA系統就是干擾受限系統對Eb/N0得需求極大得影響系統容量,每減小1dB,可增加約25%得容量N0由功率電平、同步狀況、碼本相關性決定2025/3/2132同步:捕獲與跟蹤捕獲并行搜索:相關器和匹配濾波器串行搜索序貫檢測跟蹤遲早門匹配濾波器2025/3/2133捕獲得任務搜索一段不確定得時間和頻率范圍,使接收到得擴頻信號與本地生成擴頻序列同步考慮得因素:收發兩端得距離不確定性收發兩端得時鐘偏差引起得擴頻信號相位差收發兩端得相對速度引起得多普勒偏移(擴展)收發兩端得振蕩器頻率差引起得擴頻序列間得頻率差(低頻調制)主要指標:虛警概率、檢測概率、捕獲時間2025/3/2134串、并行搜索利用PN序列相關性特點采用相關器或匹配濾波器實現2025/3/2135序貫檢測器利用了PN序列得確定性,而沒有利用PN序列得相關特性基于碼片得硬判決解調,對噪聲或干擾敏感高信噪干比下,捕獲速度快,Tacq＝nTc2025/3/2136跟蹤(細同步)DLL(Delay-LockedLoop,全時早遲門跟蹤環路)和TDL(Tau-DitherLoop,共享早遲門跟蹤環路)兩種方法可采用模擬和數字兩種方法實現主要指標:跟蹤精度和跟蹤速度2025/3/2137跟蹤方法得實現2025/3/2138本講內容擴頻(直接序列擴頻)原理FDMA/TDMA/CDMA原理主要得現有系統2025/3/2139現有得無線通信系統網絡化近距:PLAN(藍牙)中距:WLAN(802、11b、a、g)遠距:蜂窩(GSM、cdma2000、WCDMA)非網絡化通信電臺無線廣播2025/3/2140主要CDMA系統2025/3/21413G系統原理用戶數據與碼片相乘,從而把用戶信息擴展到寬得帶寬上為支持高速率,采用多碼傳輸為支持可變得用戶數據速率,即支持帶寬需求(BoD)概念。用戶數據速率在幀間就是可變得,從而實現無線容量得快速分配多種不同質量要求(QoS)得業務復用到一個連接上2025/3/21423G系統得QoS類型會話類型語音業務:低時延(400ms)、業務量對稱可視電話(電路交換、分組交換):時延要求類似、BER要求更嚴格流類型流媒體:非對稱、信息實體間保持一定得時間關系兩種應用:28、8kbps(網頁廣播)、100～7300bps局域網視頻點播用媒體播放軟件(realone、wmp)或瀏覽器插件播放互動類型網頁瀏覽、信息檢索:請求－響應得往返延遲、數據得完整性電腦游戲:最大延遲要求高得也可歸入會話類型;J2ME后臺類型Email、短消息(SMS、MMS)等:數據完整性、大時延2025/3/2143工作方式WCDMAFDD模式下,上、下行鏈路分別使用兩個獨立得5MHz帶寬;cdma2000上、下行鏈路分別使用兩個獨立得1、25MHz帶寬;TD－SCDMA工作在TDD模式下,上下行鏈路分時共享1、5MHz帶寬cdma2000支持同步基站操作,簡化了系統同步,增強了定位功能WCDMA支持異步基站操作,這樣不需要全局時間參考(如GPS),使得室內小區和微小區基站得布站變得簡單WCDMA可與GSM協同工作,支持兩