《移动通信原理》课程_第三章

1、解决问题：用户动态性（满足多个移动用户同时进行通信）及其解决问题：用户动态性（满足多个移动用户同时进行通信）及其带来的一系列问题。带来的一系列问题。多址技术多址技术 动态寻址动态寻址对多个地址的动态划分与识别对多个地址的动态划分与识别在多址技术中，重点研究的是利用扩频技术来实现码分多址在多址技术中，重点研究的是利用扩频技术来实现码分多址CDMACDMA第3章 多址技术与扩频通信 多址技术方面：多址技术方面： 频分、时分、码分和空分的基本概念、基本原理；频分、时分、码分和空分的基本概念、基本原理； 移动通信中几种典型的多址接入方式：第一代移动通信中几种典型的多址接入方式：第一代(1(1G)G)的

2、的FDMAFDMA，第第二代二代(2(2G)GSMG)GSM的的TDMATDMA、IS-95IS-95的的CDMACDMA，第第3 3代代(3(3G)3G)3个主流制式个主流制式的的CDMACDMA。 扩频通信方面：扩频通信方面： 伪随机伪随机( (PN)PN)序列序列组成、产生、相关性及特性分析（组成、产生、相关性及特性分析（m m序列）序列） WalshWalsh函数产生及波形函数产生及波形 扩频通信的基本原理扩频通信的基本原理 直扩方式的主要技术指标：扩频处理增益和干扰容限直扩方式的主要技术指标：扩频处理增益和干扰容限动态寻址动态寻址: : 在服务范围内利用开放式的射频电磁波寻找用户地址

3、，同时为在服务范围内利用开放式的射频电磁波寻找用户地址，同时为 了满足多个移动用户同时实现寻址，多个地址之间还必须满足了满足多个移动用户同时实现寻址，多个地址之间还必须满足 相互正交特性，以避免产生地址间相互干扰。相互正交特性，以避免产生地址间相互干扰。多址划分基本原理（或设想）：多址划分基本原理（或设想）： 相似性：类似于固定通信中的信号多路复用，实质上都属于信相似性：类似于固定通信中的信号多路复用，实质上都属于信 号的正交划分与设计技术。号的正交划分与设计技术。 区别点：多路复用的目的是区别多个通路，通常是在基带和中区别点：多路复用的目的是区别多个通路，通常是在基带和中 频上实现的，而多址

4、划分是区分不同的用户地址，通常需要利频上实现的，而多址划分是区分不同的用户地址，通常需要利 用射频频段辐射的电磁波来寻找动态的用户地址，同时为了实用射频频段辐射的电磁波来寻找动态的用户地址，同时为了实 现多址信号之间互不干扰，信号之间必须满足正交特性。现多址信号之间互不干扰，信号之间必须满足正交特性。 。 信号的正交特性具体是通过信号的正交参量信号的正交特性具体是通过信号的正交参量A A。(i=1(i=1，2 2，n) n) 来实现的。来实现的。3.1多址技术的基本概念基本设想或路线1.1.在发送端在发送端 设计一组相互正交信号为设计一组相互正交信号为式中：式中：xi(t)xi(t)为第为第i

5、 i个用户的信号；个用户的信号；ii为第为第i i个用户个用户xi(t)xi(t)的正交的正交参量；参量； ii为第为第i i个用户地址的保护区间。式个用户地址的保护区间。式(3.1.1)(3.1.1)是纯是纯理论上的表达式，而式理论上的表达式，而式(3.1.2)(3.1.2)为实际表达式为实际表达式 不等于零不等于零 ，且，且正交参量应满足正交参量应满足Check by studentCheck by student基本设想或路线2.2.在接收端在接收端设计一个正交信号识别器，如图设计一个正交信号识别器，如图3.13.1所示所示3.3.实际实现方案实际实现方案(1)(1)FDMAFDMA：当

6、当i=Fii=Fi时，时，称为频分多址称为频分多址FDMAFDMA理论上划分理论上划分实际上的划分实际上的划分图图3.1 3.1 正交信号识别器原理图正交信号识别器原理图评价：评价：实际应用：实际应用：北美：北美：800800MHzMHz的的AMPSAMPS体制；体制；欧洲与我国：欧洲与我国：900900MHzMHz的的TACSTACS体制。体制。实际实现方案（二）实际实现方案（二）图图3.33.3时分多址时分多址TDMATDMA原理图原理图(2)(2)TDMATDMA：当当i=Tii=Ti时，称为时分多址时，称为时分多址TDMATDMA，其原理图如图其原理图如图3.33.3所示。所示。理论上

7、及实际上划分结果：理论上及实际上划分结果：评价：评价：实际应用：实际应用：北美，北美，D-AMPSD-AMPS欧洲与我国，欧洲与我国，GSM-900GSM-900，DCS-1800DCS-1800；日本，日本，PDCPDC。实际实现方案（三）实际实现方案（三）(3)(3)CDMACDMA：当当i=Cii=Ci时，称为时分多址时，称为时分多址CDMACDMA，它有两种主要形式。它有两种主要形式。 直扩码分直扩码分DS-CDMADS-CDMA：多用于商用系统，其原理图如图多用于商用系统，其原理图如图3.43.4所示所示横向对比分析：横向对比分析：CDMACDMA与与FDMAFDMA、TDMATDM

8、A划分形式不一样，划分形式不一样，FDMAFDMA与与TDMATDMA属于一维属于一维( (频域频域或时域或时域) )划分，划分，CDMACDMA则属于二维则属于二维( (时、频域时、频域) )划分。划分。CDMACDMA中所有用中所有用户占有同一时隙、同一频段，区分用户的特征是用户地址码的户占有同一时隙、同一频段，区分用户的特征是用户地址码的相关特性。相关特性。FDMAFDMA、TDMATDMA的地址划分是基于简单的非此即彼、非共享型，即的地址划分是基于简单的非此即彼、非共享型，即两个以上用户不可能同时占有同一频段两个以上用户不可能同时占有同一频段( (或时隙或时隙) )，CDMACDMA的

9、地址的地址划分是基于特征、是相容的，即两个以上用户可以同时占有同划分是基于特征、是相容的，即两个以上用户可以同时占有同一频段、同一时隙，是共享型的，其条件是只要它们具有可分一频段、同一时隙，是共享型的，其条件是只要它们具有可分离的各自特征离的各自特征( (码的相关特性码的相关特性) )即可。即可。实际实现方案（四）实际实现方案（四）跳频：在不同的时隙按照某种伪随机规律选取某个频段，它实际跳频：在不同的时隙按照某种伪随机规律选取某个频段，它实际上是一种时、频编码，比上是一种时、频编码，比DS-CDMADS-CDMA要复杂，主要用于军事通信。要复杂，主要用于军事通信。其原理图如图其原理图如图3.5

10、3.5所示。所示。它将整个占用的时域它将整个占用的时域T T划分为若干个子时隙划分为若干个子时隙TiTi，将整个占用的频段将整个占用的频段也划分为若干个子频段也划分为若干个子频段FjFj，其中其中i=1i=1，2 2，n n，j=lj=l，2 2，m m。每个用户可以在不同时隙占用不同的频段，其规律可按照每个用户可以在不同时隙占用不同的频段，其规律可按照某种伪随机数表格或某个伪随机序列的规律进行，实现伪随机某种伪随机数表格或某个伪随机序列的规律进行，实现伪随机跳动。跳动。实际应用：实际应用：第二代的窄带第二代的窄带CDMACDMA系统系统IS-95IS-95体制体制第三代的第三代的CDMA20

11、00CDMA2000体制；第三代的体制；第三代的WCDMAWCDMA体制。体制。实际实现方案（五）实际实现方案（五）(4)(4)SDMASDMA：当当i=Sii=Si时，称为空分多址时，称为空分多址SDMASDMA，其原理图如图其原理图如图3.63.6所示。所示。空分地址的实现是利用天线的方向性波束，将服务区空分地址的实现是利用天线的方向性波束，将服务区( (小区内小区内) )划分划分为不同的子空间为不同的子空间SiSi进行空间正交隔离。移动通信中的小区天线进行空间正交隔离。移动通信中的小区天线可以看作可以看作SDMASDMA的一种基本实现方式。的一种基本实现方式。特点：是将来移动通信中准备采

12、用的一项新的关键技术。具体如智特点：是将来移动通信中准备采用的一项新的关键技术。具体如智能式自适应天线，是典型的空分方式。能式自适应天线，是典型的空分方式。除了上述基于物理层的时分、频分、码分与空分多址接入方式以外，除了上述基于物理层的时分、频分、码分与空分多址接入方式以外，还有一种基于网络层的网络协议的分组数据随机多址接入协议还有一种基于网络层的网络协议的分组数据随机多址接入协议方式方式ALOHAALOHA。ALOHAALOHA多址接入不同于前面介绍的时分、频分与码多址接入不同于前面介绍的时分、频分与码分的多址接入方式，实际上是一种自由竞争式的随机接入方式，分的多址接入方式，实际上是一种自由

13、竞争式的随机接入方式，是以网络协议的形式来实现的。是以网络协议的形式来实现的。ALOHAALOHA原本是夏威夷俚语，用于原本是夏威夷俚语，用于对人到达或离开时致意的问候语。对人到达或离开时致意的问候语。19681968年，夏威夷大学将解决年，夏威夷大学将解决夏威夷群岛之间数据通信的一项研究计划命名为夏威夷群岛之间数据通信的一项研究计划命名为ALOHAALOHA。3.23.2移动通信中的典型多址接入方式移动通信中的典型多址接入方式3.2.1 3.2.1 FDMAFDMA基本情况：第一代移动通信是模拟式移动通信，都采用频分多址基本情况：第一代移动通信是模拟式移动通信，都采用频分多址FDMAFDMA

14、方式，最典型的有北美的方式，最典型的有北美的AMPSAMPS和欧洲及我国的和欧洲及我国的TACSTACS体制。体制。预备知识：预备知识：前向信道：移动台的接收频道即基站向移动台方向的信道。前向信道：移动台的接收频道即基站向移动台方向的信道。反向信道：移动台的发射频道即移动台向基站方向的信道。反向信道：移动台的发射频道即移动台向基站方向的信道。原理原理在在FDMAFDMA系统中，每一个移动用户分配有一个地址，即在一个射频频系统中，每一个移动用户分配有一个地址，即在一个射频频带内，每个移动用户分配有一个频道，且这些频道在频域上互带内，每个移动用户分配有一个频道，且这些频道在频域上互不重叠。下图为一

15、个基站不重叠。下图为一个基站BSBS与与k k个移动台个移动台MSMS构成的构成的FDMAFDMA系统。移系统。移动台动台MS1MS1，MS2MS2，MSkMSk分别分配有发射频道分别分配有发射频道f1f1，f2f2，f3f3fkfk，和接收频道和接收频道f1f1，f2f2，f3f3fkfk。在频率轴上，前向信道占用较高在频率轴上，前向信道占用较高的频带，反向信道占用较低的频带，中间为保护频隙的频带，反向信道占用较低的频带，中间为保护频隙FgFg，以免以免因系统的频率漂移造成频道间的重叠。前向与反向信道的频带因系统的频率漂移造成频道间的重叠。前向与反向信道的频带分割，是实现频分双工通信的要求；

16、频道间隔分割，是实现频分双工通信的要求；频道间隔( (例如为例如为2525kHz)kHz)是是保证频道之间不重叠的条件。保证频道之间不重叠的条件。讨论讨论频分多址频分多址( (FDMA)FDMA)系统来由：利用频道和移动用户的一一对应关系，系统来由：利用频道和移动用户的一一对应关系，只要知道用户地址只要知道用户地址( (频道号频道号) )即可实现选址通信。因此，即可实现选址通信。因此，FDMAFDMA系系统中的信道是以频道来表征的。而这种方式的通信系统则称作统中的信道是以频道来表征的。而这种方式的通信系统则称作频分多址频分多址( (FDMA)FDMA)系统。系统。实际系统考虑：在蜂窝移动通信系

17、统中，由于频道资源有限，不可实际系统考虑：在蜂窝移动通信系统中，由于频道资源有限，不可能每个用户独占一个固定的频道，为此，多采用多频道共用的能每个用户独占一个固定的频道，为此，多采用多频道共用的方式。即由基站通过信令信道给移动用户临时指配通信频道。方式。即由基站通过信令信道给移动用户临时指配通信频道。实际系统工作方式：为了便于移动用户实现多信道共用实际系统工作方式：为了便于移动用户实现多信道共用( (即动态分即动态分配信道配信道) )以提高信道利用率，在蜂窝移动通信系统中，其信道的以提高信道利用率，在蜂窝移动通信系统中，其信道的频率划分与频道构成是采用一个频道只传送一路语音信号的方频率划分与频

18、道构成是采用一个频道只传送一路语音信号的方式，即属于频分多址中的单路单载波工作方式。式，即属于频分多址中的单路单载波工作方式。FDMAFDMA系统的特点系统的特点: :FDMAFDMA系统中的干扰问题系统中的干扰问题: :应用分析应用分析FDMAFDMA方式应用分析：（以方式应用分析：（以TACSTACS为例）。为例）。 TACSTACS的总可用频段：的总可用频段：( (与与GSMGSM频段相同频段相同) )上行：为上行：为890890915915MHzMHz，占用占用2525MHzMHz；下行：为下行：为935935960960MHzMHz，占用占用2525MHzMHz。TACSTACS采用

19、频率双向双工采用频率双向双工FDDFDD方式。收发频段间距为方式。收发频段间距为4545MHzMHz，以防止以防止发送的强信号对接收的弱信号的影响。发送的强信号对接收的弱信号的影响。每个语音信道占用每个语音信道占用2525kHzkHz频带，采用窄带调频方式。频带，采用窄带调频方式。TACSTACS系统可以支持的信道数系统可以支持的信道数N N为为式中，式中，BsBs为为TACSTACS的可用频段带宽；的可用频段带宽；BcBc为信道为信道( (语音语音) )带宽。带宽。注：注：FDDFDD：Frequency Division Duplex.Frequency Division Duplex.

20、信道频率配置表见表信道频率配置表见表3.13.1，而，而TACSTACS多址划分如多址划分如P14P14图所示。图所示。应用分析应用分析信道频率配置表如下信道频率配置表如下使用分配：表中信道编号使用分配：表中信道编号23234343共计共计2121个信道为控制信道，其余个信道为控制信道，其余全部为语音信道。全部为语音信道。信道号移动台发射频率基站发射频率001890.025MHz935.025MHz002890.050MHz935.050MHz003890.075MHz935.075MHz应用分析应用分析-2-2TACSTACS多址划分如下图示。多址划分如下图示。FDMAFDMA的主要技术特点

21、的主要技术特点每个信道传送一路电话，带宽较窄。每个信道传送一路电话，带宽较窄。TACSTACS为为2525kHzkHz，AMPSAMPS为为3030kHzkHz。只要给移动台分配了信道，移动台与基站之间会连续不断收、只要给移动台分配了信道，移动台与基站之间会连续不断收、发信号。由于发射机与接收机发信号。由于发射机与接收机( (基站与移动台都一样基站与移动台都一样) )同时工作，同时工作，为了发、收隔离，必须采用双工器。公用设备成本高，为了发、收隔离，必须采用双工器。公用设备成本高，FDMAFDMA采采用每载波用每载波( (信道信道) )单路方式，若一个基站有单路方式，若一个基站有3030个信道

22、，则每个基个信道，则每个基站需要站需要3030套收、发信机设备，不能公用。与套收、发信机设备，不能公用。与TDMATDMA相比，连续传相比，连续传输开销小、效率高，同时无须复杂组帧与同步，无须信道均衡。输开销小、效率高，同时无须复杂组帧与同步，无须信道均衡。3.2.2 3.2.2 TDMATDMA基本情况：第二代移动通信是数字式移动通信，它主要采用两类基本情况：第二代移动通信是数字式移动通信，它主要采用两类多址方式：一类是欧洲大多数国家采用的时分多址多址方式：一类是欧洲大多数国家采用的时分多址TDMATDMA方式，方式，另一类是北美等采用的码分多址另一类是北美等采用的码分多址CDMACDMA方

23、式，我国两类方式都有。方式，我国两类方式都有。原理原理: : 用户与基站：用户与基站：TDMATDMA系统系统是基于时间分割信道。是基于时间分割信道。每个移动用户分配有每个移动用户分配有一个地址，即在一个一个地址，即在一个时间段时间段( (时帧时帧) )内每个内每个移动用户分配有一个移动用户分配有一个时隙，如右图，时隙，如右图，MS1MS1占占用时隙用时隙1 1，MS2MS2占用时占用时隙隙2 2，MSMSk k占用时隙占用时隙k k，且这些时隙在时域上且这些时隙在时域上互不重叠。互不重叠。过程过程基站向移动台基站向移动台( (前向前向) )传输过程是依时间周期性地顺序发送传输过程是依时间周期

24、性地顺序发送“突突发发”( (子帧子帧) )给移动台给移动台MS1MS1，MS2MS2，MSkMSk；移动台向基站移动台向基站( (反向反向) )传输过程是每个移动台依所分配的时隙周期地发送传输过程是每个移动台依所分配的时隙周期地发送“突突发发”( (子帧子帧) )给基站。给基站。注：注：突发（子帧）：在时隙内传送的信号叫突发或叫子帧。突发（子帧）：在时隙内传送的信号叫突发或叫子帧。前向传输和反向传输方式前向传输和反向传输方式的具体实现方案的具体实现方案-1-1：思路思路= =频分；时分频分；时分采用频分的方法：前向信采用频分的方法：前向信道与反向信道的载波频率道与反向信道的载波频率不同，称为

25、频分双工通信。不同，称为频分双工通信。频分双工频分双工TDMATDMA系统的帧结系统的帧结构如右图。构如右图。前向传输和反向传输方式的具体实现方案前向传输和反向传输方式的具体实现方案-2-2采用时分的方法，称为时分双工通信。时分双工采用时分的方法，称为时分双工通信。时分双工TDMATDMA系统的帧结系统的帧结构如下图所示构如下图所示选址方式选址方式：利用时隙和移动用户的一一对应关系，只要知道用户：利用时隙和移动用户的一一对应关系，只要知道用户地址地址( (帧号和时隙号帧号和时隙号) )，便可实现选址通信。，便可实现选址通信。 在频分双工在频分双工TDMATDMA系统中，每对用户在一组频道一对时

26、隙系统中，每对用户在一组频道一对时隙( (f-TNf-TN和和f f-TN)-TN)中通信；中通信； 在时分双工在时分双工TDMATDMA系统中，每对用户是在一对时隙系统中，每对用户是在一对时隙( (前向前向TNTN和反向和反向TN)TN)中通信。中通信。TDMATDMA时帧结构时帧结构TDMATDMA时帧结构时帧结构: :突发或叫子帧：在时隙内传送的信号叫突发或叫子帧。突发或叫子帧：在时隙内传送的信号叫突发或叫子帧。实际构成思路：实际构成思路：TDMATDMA帧是帧是TDMATDMA系统的基本时帧单元，它是由时隙系统的基本时帧单元，它是由时隙组成的，如下图示。为保证相邻时隙中的突发不发生重叠

27、，设有组成的，如下图示。为保证相邻时隙中的突发不发生重叠，设有保护时间保护时间TgTg。突发的内容包括报头和报文突发的内容包括报头和报文( (消息消息) )。实际考虑实际考虑：TDMATDMA系统中，为了进系统中，为了进行系统的同步、控制行系统的同步、控制和监视，除基本时帧和监视，除基本时帧单元单元TDMATDMA帧外，还有帧外，还有复帧复帧( (多帧多帧) )、控制帧、控制帧和超帧。其结构及功和超帧。其结构及功能依实际的系统而定。能依实际的系统而定。示例：对示例：对GSMGSM系统，定义有帧、复帧、超帧和超高帧系统，定义有帧、复帧、超帧和超高帧TDMATDMA方式应用分析：方式应用分析：（以

28、最典型的（以最典型的TDMATDMA方式方式-GSMGSM体制）体制）注：注：尾比特尾比特：用于设置起始时间：用于设置起始时间和结束时间，又称功率和结束时间，又称功率上升时间和拖尾时间。上升时间和拖尾时间。保护比特保护比特：防止不同移动台：防止不同移动台按时隙突发的信号因传按时隙突发的信号因传播时延不同而在基站中播时延不同而在基站中发生前后交叠现象。发生前后交叠现象。GSMGSM系统的时隙结构类型系统的时隙结构类型：分为：分为4 4种类型。种类型。常规突发序列常规突发序列：普通突发脉冲序列，用于业务信道及专用控制信道。：普通突发脉冲序列，用于业务信道及专用控制信道。频率校正突发序列频率校正突发

29、序列：用于校正移动台的载波频率。：用于校正移动台的载波频率。同步突发序列同步突发序列：用于移动台的时间同步。：用于移动台的时间同步。接入突发序列接入突发序列：用于上行传输方向的移动用户向基站提出入网申请。：用于上行传输方向的移动用户向基站提出入网申请。在在GSMGSM中，最多可以中，最多可以8 8个用户共享一个载波，而用户之间采用不同个用户共享一个载波，而用户之间采用不同时隙来传送自己的信号。时隙来传送自己的信号。GSMGSM一个一个TDMATDMA帧的结构图如下左图所示。帧的结构图如下左图所示。相关参数计算相关参数计算GSMGSM采用频率双向双工采用频率双向双工FDDFDD方式，与方式，与T

30、ACSTACS相同相同( (上行为上行为890890915915MHzMHz，占用占用2525MHzMHz；下行为下行为935935960960MHzMHz，占用占用2525MHzMHz。) )。 上、下行频段上、下行频段( (发、收发、收) )间隔为间隔为4545MHzMHz，每个语音信道占用每个语音信道占用200200kHzkHz，采用采用GMSKGMSK调制。调制。GSMGSM系统总共可提供频点数为：系统总共可提供频点数为：N1=25MHzN1=25MHz200kHz=125200kHz=125，而每个频而每个频点提供点提供8 8个时隙，因此，个时隙，因此，GSMGSM总共可提供的时分信

31、道数总共可提供的时分信道数N2N2为为一般计算：一般计算：每频点带宽每频点带宽200200kHz=0.2MHzkHz=0.2MHz，下频段：下频段：f fL L(n)=(890+0.2n)MHz(n)=(890+0.2n)MHz；上频段：上频段：f fH H(n)=(935+0.2n)MHz(n)=(935+0.2n)MHz式中，式中，n=1n=1124124，注注: :GSMGSM系统整个频段分为系统整个频段分为124124对载频。共有对载频。共有1241248=9928=992个物理信道，简个物理信道，简称称10001000个。个。TDMATDMA的主要技术特点的主要技术特点每载波每载波8

32、 8个时隙信道，每个信道可提供一个数字语音用户，因此每个时隙信道，每个信道可提供一个数字语音用户，因此每个载波最多可提供个载波最多可提供8 8个用户；突发脉冲序列传输；每个移动台发射个用户；突发脉冲序列传输；每个移动台发射是不连续的，只是在规定的时隙内才发送脉冲序列；传输开销大，是不连续的，只是在规定的时隙内才发送脉冲序列；传输开销大，GSMGSM帧结构如帧结构如P20P20图所示，为图所示，为5 5个层次：个层次：时隙、时隙、TDMATDMA帧、复帧、超帧、帧、复帧、超帧、超高帧，超高帧，每个层次都需占用一些非信息位的开销，总开销就比较每个层次都需占用一些非信息位的开销，总开销就比较大，以致

33、影响整体传输效率。大，以致影响整体传输效率。 GSMGSM每个信道比每个信道比TACSTACS宽宽8 8倍，传输速率达倍，传输速率达270.8270.8KbpsKbps，需考虑多需考虑多径传输时延扩展的影响。因为径传输时延扩展的影响。因为GSMGSM的码元周期为的码元周期为3.73.7ss，而繁华而繁华城区的多径时延扩展可达城区的多径时延扩展可达3 3ss左右，已完全可以比拟。左右，已完全可以比拟。 为了克服多径时延扩展，为了克服多径时延扩展，GSMGSM采用了自适应均衡技术，增加了采用了自适应均衡技术，增加了设备的复杂性。设备的复杂性。 GSMGSM中由于每个载波可提供中由于每个载波可提供8

34、 8个用户，这个用户，这8 8个用户可共用一套收、个用户可共用一套收、发设备，与发设备，与FDMAFDMA比较，减少了比较，减少了7 7倍的用户设备，从而降低了成本。倍的用户设备，从而降低了成本。 GSMGSM对新技术是开放的，即对新技术适应性比模拟的对新技术是开放的，即对新技术适应性比模拟的FDMAFDMA强。强。GSMGSM的时隙结构灵活，不仅可以适应不同数据速率的时隙结构灵活，不仅可以适应不同数据速率( (一般指单个信一般指单个信道速率低于道速率低于8 8倍的整数倍倍的整数倍) )的数据传送，还可以利用时隙的空闲省的数据传送，还可以利用时隙的空闲省去双工器去双工器( (利用时隙间切换利用

35、时隙间切换) )。3.2.3 3.2.3 CDMACDMA基本情况：它是第二代基本情况：它是第二代移动通信中的两种主要移动通信中的两种主要多址方式之一，最典型多址方式之一，最典型的是的是IS-95IS-95。在第三代在第三代移动通信最主要的移动通信最主要的3 3种种也都采用也都采用CDMACDMA，它们是它们是FDDFDD的的CDMA2000CDMA2000、FDDFDD的的WCDMAWCDMA与与TDDTDD的的TD-TD-SCDMASCDMA同载波方式同载波方式不同载波方式不同载波方式无中心站方式无中心站方式原理原理FDMAFDMA是以频道的不同来区分地址的，其特点是频带独占，而时间是以频

36、道的不同来区分地址的，其特点是频带独占，而时间资源共享。资源共享。TDMATDMA是以时隙的不同来区分地址的，其特点是时隙是以时隙的不同来区分地址的，其特点是时隙独占，而频率资源共享。独占，而频率资源共享。CDMACDMA系统是基于码型分割信道。每个移动用户分配有一个地址码，系统是基于码型分割信道。每个移动用户分配有一个地址码，而这些码型互不重叠。其特点是频率和时间资源均为共享。因而这些码型互不重叠。其特点是频率和时间资源均为共享。因此，在频率和时间资源紧缺的环境下，此，在频率和时间资源紧缺的环境下，CDMACDMA将独具魅力。这也将独具魅力。这也是是CDMACDMA在移动通信中的应用受到人们

37、普遍关注的缘故。在下图在移动通信中的应用受到人们普遍关注的缘故。在下图示出的示出的CDMACDMA工作系统中，前向反向信道是采用频率划分的方工作系统中，前向反向信道是采用频率划分的方式，即基站对移动台方向的载波频率为式，即基站对移动台方向的载波频率为f f，移动台对基站方向的移动台对基站方向的载波频率为载波频率为f f。在同一载波的码分信道图示在同一载波的码分信道图示* * * *8st8st* * *1616如下图示的如下图示的CDMACDMA系统中，每一个移动用户分配有一个地址码，这系统中，每一个移动用户分配有一个地址码，这些码型信号相互正交些码型信号相互正交( (即码型互不重叠即码型互不

38、重叠) )。移动台。移动台MS1MS1，MS2MS2，MSkMSk分别分配有地址码分别分配有地址码C1C1，C2C2，CkCk。知道用户地址知道用户地址( (地址码地址码) )便可实现选址通信。在便可实现选址通信。在CDMACDMA系统中，每对用户是在一对地址码型系统中，每对用户是在一对地址码型( (前向前向Ci -Ci -反向反向CiCi) )中通信，所以其信道是以地址码型来表征的。中通信，所以其信道是以地址码型来表征的。应用：应用：这些信道这些信道( (地址码型地址码型) )是是动态分配给移动用户的，动态分配给移动用户的，其信道指配是由基站通其信道指配是由基站通过信令信道进行的。在过信令信

39、道进行的。在这种动态分配信道的系这种动态分配信道的系统中，码型是和信道号统中，码型是和信道号存在一一对应的关系。存在一一对应的关系。无中心站的无中心站的CDMACDMA系统系统在有中心站的在有中心站的CDMACDMA系统中，例如，在由基站一移动台构成的蜂窝系统中，例如，在由基站一移动台构成的蜂窝通信系统中，采用频率划分前向反向信道的方式。在无中心通信系统中，采用频率划分前向反向信道的方式。在无中心站的站的CDMACDMA系统中，前向反向信道均采用码型划分的方式，如系统中，前向反向信道均采用码型划分的方式，如下图所示。网内每个用户分配一个固定地址码型，即码型和用下图所示。网内每个用户分配一个固定

40、地址码型，即码型和用户终端为一一对应。这是与有中心站的户终端为一一对应。这是与有中心站的CDMACDMA系统有所不同的。系统有所不同的。信道建立有基于用户发射地址码和基于用户接收地址码两种方信道建立有基于用户发射地址码和基于用户接收地址码两种方式。式。CDMACDMA的基本原理是基于扩展频谱技术的基本原理是基于扩展频谱技术 结合数字蜂窝移动通信系统结合数字蜂窝移动通信系统讨论其具体的应用讨论其具体的应用 ：在码分多址数字蜂窝移动通信系统中，利用：在码分多址数字蜂窝移动通信系统中，利用PNPN序列作为码分序列可实现如下功能：序列作为码分序列可实现如下功能：码分基站站址识别；码分码分基站站址识别；

41、码分信道识别；用户身份识别信道识别；用户身份识别。 三层三层 可利用扩频码分多址技术完成对基站信号的选择，即对基站可利用扩频码分多址技术完成对基站信号的选择，即对基站的码分选址；的码分选址；可利用扩频码分多址技术完成基站和移动用户间的前向链路可利用扩频码分多址技术完成基站和移动用户间的前向链路和反向链路中各种信道的选择；和反向链路中各种信道的选择；还可利用扩频码分多址技术完成对移动用户的识别，即对用还可利用扩频码分多址技术完成对移动用户的识别，即对用户的码分选址。户的码分选址。CDMACDMA蜂窝系统的码分选址与码序列蜂窝系统的码分选址与码序列* * * * *6 6stst* * * * *

42、基站站址识别：可为基站站址识别：可为CDMACDMA数字蜂窝移动通信系统的每个基站分数字蜂窝移动通信系统的每个基站分配一个配一个PNPN序列，以不同序列，以不同PNPN序列来区分基站地址；也可只用一个序列来区分基站地址；也可只用一个PNPN序列，而用序列，而用PNPN序列的相位来区分基站地址，即每个基站分配序列的相位来区分基站地址，即每个基站分配一个一个PNPN序列的初始相位。序列的初始相位。Qualcomm-CDMAQualcomm-CDMA数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统就是采用给每个基站分配一个就是采用给每个基站分配一个PNPN序列初始相位的方法。它用周序列初始相位的方法。它用周

43、期为期为2 21515=32768=32768个码片的个码片的PNPN序列，每序列，每6464个码片为一初始相位，共个码片为一初始相位，共有有512512种初始相位，分配给种初始相位，分配给512512个基站。个基站。信道识别：信道识别：CDMACDMA数字蜂窝移动通信系统的各种信道的选择，可数字蜂窝移动通信系统的各种信道的选择，可用正交用正交WalshWalsh函数来实现。例如：函数来实现。例如：Qualcomm-CDMAQualcomm-CDMA数字蜂窝移动数字蜂窝移动通信系统就是采用通信系统就是采用6464位的正交位的正交WalshWalsh函数来码分信道的。因为是函数来码分信道的。因为

44、是正交码，故可供码分的信道数等于正交码长，即正交码，故可供码分的信道数等于正交码长，即6464个。个。移动用户的识别：移动用户的识别：CDMACDMA数字蜂窝移动通信系统中移动用户的识数字蜂窝移动通信系统中移动用户的识别，需要采用周期足够长的别，需要采用周期足够长的PNPN序列，以满足对用户地址码数量序列，以满足对用户地址码数量的需求。例如，的需求。例如，Qualcomm-CDMAQualcomm-CDMA数字蜂窝移动通信系统中采用的数字蜂窝移动通信系统中采用的PNPN序列周期为序列周期为2 24242- -l l。* * *3-31-st3-31-st* * * *方案考虑方案考虑注：注：I

45、S-95IS-95：美国美国TIATIA于于19931993年公布的双模式（年公布的双模式（CDMA/AMPSCDMA/AMPS）标准，标准，又称又称QCDMAQCDMA标准。标准。在在IS-95IS-95中，一个基站共有中，一个基站共有6464个信道，采用正交的个信道，采用正交的WalshWalsh函数来划函数来划分信道，在完全同步分信道，在完全同步 change conchange con的情况下，的情况下，6464个个WalshWalsh函数是函数是完全正交的。下行完全正交的。下行( (前向前向) )信道配置如下图之上所示。上行信道配置如下图之上所示。上行( (反向反向) )信道配置如下

46、图之下图示信道配置如下图之下图示示例：示例：CDMACDMA方式应用分析方式应用分析：（以：（以IS-95IS-95体制中的码分多址方式）体制中的码分多址方式）图中，图中，WiWi代表第代表第i i路路WalshWalsh函数。函数。6464个信道中有一个导频信道个信道中有一个导频信道W0W0，一个同步信道一个同步信道W W3232，7 7个寻呼信道个寻呼信道W1W1W7W7，其余其余5555个为业务信道。个为业务信道。上行上行( (反向反向) )信道配置如信道配置如p30p30下图所示。其中，下图所示。其中，n132n132，n264n264，即即接入信道最多为接入信道最多为3232个，业务

47、信道最多为个，业务信道最多为6464个。个。IS-95IS-95采用频率双向双工采用频率双向双工FDDFDD方式方式( (与与AMPSAMPS相同相同) )。下行为。下行为824824849849MHzMHz，占用占用2525MHzMHz；上行为上行为869869894894MHzMHz，占用占用2525MHzMHz。上、下上、下行频段间隔行频段间隔( (即即FDDFDD间隔间隔) )为为4545MHzMHz。 比较前述方案，异同比较前述方案，异同= =？ IS-95IS-95最大能提供的码分信道数：最大能提供的码分信道数： 一个基站可提供一个基站可提供N N1 1=55=55业务信道业务信道

48、 一个频段一个频段1.251.25MHzMHz提供最大基站数提供最大基站数( (不含导频相位规划。不含导频相位规划。) ) N N2 2；=2=21515/64=512/64=512，see follow notesee follow note IS-95IS-95总占用总占用2525MHzMHz，规定规定CDMACDMA信道带宽信道带宽=1.25=1.25MHz.MHz.所能提供所能提供最多的频段数最多的频段数N N3 3 =25/1.25=20,=25/1.25=20,说明及计算说明及计算( (* * *3.31-3.31-stst* * * *) )基站站址识别：可为基站站址识别：可为C

49、DMACDMA数字蜂窝移动通信系统的每个基站分配数字蜂窝移动通信系统的每个基站分配一个一个PNPN序列，以不同序列，以不同PNPN序列来区分基站地址；也可只用一个序列来区分基站地址；也可只用一个PNPN序列，而用序列，而用PNPN序列的相位来区分基站地址，即每个基站分配一序列的相位来区分基站地址，即每个基站分配一个个PNPN序列的初始相位。序列的初始相位。Qualcomm-CDMAQualcomm-CDMA数字蜂窝移动通信系统就数字蜂窝移动通信系统就是采用给每个基站分配一个是采用给每个基站分配一个PNPN序列初始相位的方法。它用周期序列初始相位的方法。它用周期为为2 21515=32768=3

50、2768个码片的个码片的PNPN序列，每序列，每6464个码片为一初始相位，共有个码片为一初始相位，共有512512种初始相位，分配给种初始相位，分配给512512个基站个基站. . IS-95IS-95总共能提供最多码分多址业务用户数总共能提供最多码分多址业务用户数( (不含导频相位规不含导频相位规划划) )N3N3为为注注: :计算依据计算依据)3 . 2 . 3(56320020512553213NNNN用户数的特点用户数的特点= =？CDMACDMA系统中所有用户共享同一时隙、同一频段。系统中所有用户共享同一时隙、同一频段。CDMACDMA采用扩频采用扩频通信，其信道占用通信，其信道占

51、用1.251.25MHzMHz，属于宽带通信系统，它具有扩频通属于宽带通信系统，它具有扩频通信的一系列优点，如抗干扰性强、低功率谱密度等。宽带信号信的一系列优点，如抗干扰性强、低功率谱密度等。宽带信号有利于采用有利于采用RakeRake接收机抗频率选择性衰落。接收机抗频率选择性衰落。CDMACDMA是一个干扰受限或者认为是信噪比受限系统，其容量不同是一个干扰受限或者认为是信噪比受限系统，其容量不同于于FDMAFDMA、TDMATDMA中的硬容量，它是中的硬容量，它是软容量软容量。CDMACDMA中的多个地址间中的多个地址间的干扰由于选码不理想，将是系统中最主要的干扰，且随用户的干扰由于选码不理

52、想，将是系统中最主要的干扰，且随用户数增多而增大。数增多而增大。IS-95IS-95中的中的CDMACDMA的主要技术特点的主要技术特点扩频通信概念扩频通信概念：扩频通信：扩频通信( (SSSS，Spread Spectrum)Spread Spectrum)。扩频通信扩频通信技术是一种信息传输方式，在发端采用扩频码调制，使信号所技术是一种信息传输方式，在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需的带宽，在收端采用相同的占的频带宽度远大于所传信息必需的带宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解扩以恢复所传信息数据。扩频码进行相关解扩以恢复所传信息数据。3.33.3扩频通信的基本概念

53、扩频通信的基本概念特点特点：接收机输出的信噪比相对于输入的信噪比大有改善，从：接收机输出的信噪比相对于输入的信噪比大有改善，从而提高了系统的抗干扰能力。而提高了系统的抗干扰能力。扩频通信在移动通信中的地位扩频通信在移动通信中的地位：移动通信中最主要的多址方式：移动通信中最主要的多址方式实现技术实现技术, ,由于码分多址是通过扩频通信来实现的，在移动通由于码分多址是通过扩频通信来实现的，在移动通信中，第二代信中，第二代(2(2G)G)的的IS-95IS-95、第三代第三代(3(3G)G)的的3 3标采用码分多址。标采用码分多址。区别区别：它与传统的窄带通：它与传统的窄带通信系统不同。扩频通信信系

54、统不同。扩频通信主要特征：扩频前信源主要特征：扩频前信源提供的消息码元带宽提供的消息码元带宽( (或或速率速率) )远远小于扩频后进远远小于扩频后进入信道的扩频序列入信道的扩频序列( (chip)chip)信号带宽信号带宽( (或速率或速率) )。设设R R为待传送的信源码元速率为待传送的信源码元速率( (或带宽或带宽) )，T T为码分的持续时间，为码分的持续时间，F F为为传送至信道的扩频序列传送至信道的扩频序列( (chip)chip)信号速率信号速率( (或带宽或带宽) )。 窄带通信系统：若窄带通信系统：若R RT=FT=FT1T1，即当即当R=FR=F或或F=2R(F=2R(带宽带

55、宽) )时，称时，称该系统为窄带通信系统。通常数字通信系统中的移幅、移频、该系统为窄带通信系统。通常数字通信系统中的移幅、移频、移相均属窄带通信系统。移相均属窄带通信系统。 宽带通信系统：若宽带通信系统：若FRFR，即即F/R=10F/R=1010106 6(10(1060dB)60dB)，则称则称该系统为宽带通信系统。宽带通信系统是窄带通信系统通过该系统为宽带通信系统。宽带通信系统是窄带通信系统通过扩频方式来实现的。码分多址扩频方式来实现的。码分多址CDMACDMA就是一类最典型的扩频通就是一类最典型的扩频通信系统。信系统。3.3.23.3.2直扩式码分多址直扩式码分多址DS-CDMADS-

56、CDMA扩频技术可以划分为直扩式和非直扩式两类。直扩式实现较简单，扩频技术可以划分为直扩式和非直扩式两类。直扩式实现较简单，民用移动通信中多采用这类方式；非直扩方式中常采用的有跳频、民用移动通信中多采用这类方式；非直扩方式中常采用的有跳频、跳时、时跳时、时- -频编码等方式，跳频在军事通信中经常采用。频编码等方式，跳频在军事通信中经常采用。注：注：DS: Direct SequenceDS: Direct Sequence CDMA: Code Division Multiplex Access( CDMA: Code Division Multiplex Access(* * *14-4-8

57、14-4-8* * * *) )3.3.13.3.1窄带与宽带通信系统窄带与宽带通信系统在扩频系统中的需求在扩频系统中的需求：伪随机序列的随机性好、周期长，安全性高，不易被敌方检测伪随机序列的随机性好、周期长，安全性高，不易被敌方检测可用的伪随机序列数要多可用的伪随机序列数要多 因为伪码数越多，组网的能力就越因为伪码数越多，组网的能力就越强，抗干扰、抗窃听的能力也就越强强，抗干扰、抗窃听的能力也就越强 。要解决的问题要解决的问题：地址码的选型。：地址码的选型。实际应用实际应用：例：在例：在CDMACDMA中，地址码主要划分为中，地址码主要划分为3 3类类=用户、信道、基站。用户、信道、基站。(

58、1)(1)用户地址码：用于区分不同移动用户。一般采用数量较多、准用户地址码：用于区分不同移动用户。一般采用数量较多、准正交性的伪码正交性的伪码PNPN序列，如序列，如m m序列或序列或GoldGold序列来实现。序列来实现。(2)(2)信道地址码：用于区分每个小区信道地址码：用于区分每个小区( (或小区或小区) )内的不同信道，内的不同信道， 单业务、单速率信道地址码，主要用于第二代移动通信单业务、单速率信道地址码，主要用于第二代移动通信IS-95IS-95； 多业务、多速率的信道地址码，主要用于第三代移动通信。多业务、多速率的信道地址码，主要用于第三代移动通信。信道码的选取直接决定用户的数量

59、信道码的选取直接决定用户的数量( (容量容量) )和质量：采用和质量：采用WalshWalsh函数函数码来实现扩频，具有理想正交信道隔离特性，提高了抗干扰性能。码来实现扩频，具有理想正交信道隔离特性，提高了抗干扰性能。伪随机伪随机( (PN)PN)序列序列- -组成、产生、相关性及特性组成、产生、相关性及特性 补补m m序列相关内容序列相关内容 (3)(3)基站地址码，在移动蜂窝网中用于区分不同的基站小区基站地址码，在移动蜂窝网中用于区分不同的基站小区( (或或小区小区) )。一般采用数量较多、准正交性的伪码。一般采用数量较多、准正交性的伪码PNPN序列，如序列，如m m序列序列或或GoldG

60、old序列来实现。序列来实现。白噪声（伪随机码）应用意义白噪声（伪随机码）应用意义：在信息传输中各种信号之间的：在信息传输中各种信号之间的差异性越大越好，这样任意两个信号不容易混淆，也就是说，差异性越大越好，这样任意两个信号不容易混淆，也就是说，相互之间不易发生干扰，不会发生误判。相互之间不易发生干扰，不会发生误判。理想的传输信息的信号形式理想的传输信息的信号形式：是类似白噪声的随机信号：是类似白噪声的随机信号 因为取因为取任何时间上不同的两段噪声来比较都不会完全相似，若能用它任何时间上不同的两段噪声来比较都不会完全相似，若能用它们代表两种信号，其差别性就最大。换句话说，为了实现选址们代表两种