移动通信课件：第06章 多址技术-2

1、数字移动通信Digital Mobile Communication数字移动通信通过本章学习，着重解决以下问题：多址接入原理在无线通信环境中的电波覆盖区内，如何建立用户之间的无线信道的连接多址接入方式及特点FDMATDMACDMASDMA等第6章多址接入技术对多址接入技术有一个全面深入的理解要求与重点：理解CDMA方式原理及其特点了解SDMA方式原理及其特点理解OFDM多址方式原理及其特点第6章多址接入技术6.4 CDMA方式1、CDMA系统原理CDMA系统为每个用户分配了各自特定的地址码，这些地址码相互正交，在频率、时间和空间上都可能重叠。系统的接收端必须有完全一致的本地地址码，用来对接收的

2、信号进行相关检测。地址码的设计直接影响CDMA系统的性能，为提高抗干扰能力，地址码要用伪随机码（又称为伪随机（Pseudo-Noise）序列）。 6.4 CDMA方式CDMA系统的工作原理示意图6.4 CDMA方式2、正交Walsh函数 Walsh函数有着良好的互相关和较好的自相关特性。Walsh函数是一种非正弦的完备函数系。由于它仅有两个可能的取值：+1或-1，所以比较适合用来表示和处理数字信号。利用Walsh函数的正交性，可获得CDMA的地址码。若对图中的Walsh函数波形在8个等间隔上取样，即得到离散Walsh函数，可用88的Walsh函数矩阵表示。 6.4 CDMA方式连续Walsh函

3、数的波形6.4 CDMA方式如图所示函数对应的矩阵如下式所示，从中可见，变换行的次序后与下面所述的Walsh函数矩阵的相同。 6.4 CDMA方式2、Walsh函数矩阵（Hadamard矩阵）的递推关系 Walsh（沃尔什）函数可用Hadamard（哈达码）矩阵H表示，利用递推关系很容易构成Walsh函数序列族。哈达码矩阵H是由“1”和“0”元素构成的正交方阵，特点：任意两行（列）都是正交的。当把哈达码矩阵中的每一行（列）看成一个函数时，则任意两个函数之间也都是正交的，即互相关函数为零。将M阶哈达码矩阵中的每一行定义为一个Walsh序列（又称Walsh码或Walsh函数）时，我们就得到M个Wa

4、lsh序列。6.4 CDMA方式哈达码矩阵有如下递推关系：式中，M取2的幂； 是 的补。6.4 CDMA方式3、m序列伪随机码（1）m序列的生成 m序列是最长线性移位寄存器序列的简称，它是由带线性反馈的移存器产生的周期最长的一种序列。 m序列的发生器是由移位寄存器、反馈抽头及模2加法器组成的。产生m序列的移位寄存器的网络结构不是随意的，必须满足一定的条件。图6-8是一个由三级移位寄存器构成的m序列发生器。6.4 CDMA方式m序列产生电路6.4 CDMA方式（1）m序列的特性 m序列的随机性m序列一个周期内“1”和“0”的码元数大致相等(“1”比“0”只多一个)。连“1”的游程和“0”的游程各

5、占一半，而且只有一个包含个“0”的游程，也只有一个包含个“1”的游程。m序列和其移位后的序列逐位模2加，所得的序列还是m序列，只是相位不同。m序列发生器中的移位寄存器的各种状态，除全0外，其它状态在一个周期内只出现一次。6.4 CDMA方式m序列的自相关性自相关函数由下式计算式中，A为“0”位数或相同的位数；D为“l”位数或不相同的位数。显然P=A+D。6.4 CDMA方式m序列的自相关函数6.4 CDMA方式m序列的互相关性m序列的互相关性是指相同周期的两个不同m序列 、 一致性的程度。其互相关值越接近于0，说明这两个m序列差别越大，即互相关性越弱；反之，说明这两个m序列差别较小，即互相关性

6、较强。用m序列作为CDMA系统的地址码时，必须选择互相关值很小的m序列组，以避免用户之间的相互干扰，减小MAI。互相关函数可由下式计算： 6.4 CDMA方式通常在实际应用中，只关心互相关特性好的m序列对的特性。 对于周期为 的m序列组，其最好的m序列对的互相关函数值只取三个，这三个值是式中， ，其中表示取实数的整数部分。这三个值被称为理想三值。能够满足这一特性的m序列对称为m序列优选对，它们可以用于实际工程。6.4 CDMA方式4、CDMA系统的特点 CDMA系统的许多用户共享同一频率。 通信容量大。 软容量特性。 由于信号被扩展在一较宽频谱上，所以可减小多径衰落。 在CDMA系统中，信道数

7、据速率很高。采用分集接收最大比合并技术，可获得最佳的抗多径衰落效果。 软切换和有效的宏分集。 低信号功率谱密度。6.4 CDMA方式4、CDMA系统的特点 CDMA系统存在着两个重要的问题多址干扰（MAI） 不同用户的扩频序列不完全正交、非同步影响等。远近效应 由于移动用户所在位置处于动态的变化中，基站接收到的各用户信号功率可能相差很大，即使各用户到基站距离相等，深衰落的存在也会使到达基站的信号各不相同。 =强信号对弱信号有着明显的抑制作用，会使弱信号的接收性能很差甚至无法通信。6.5 SDMA方式SDMA（空分多址）方式是通过空间的分割来区别不同用户的，它利用无线的方向性波束将小区划分成不同

8、的子空间来实现空间的正交隔离。 在移动通信中，采用自适应阵列天线是实现空间分割的基本技术，它可在不同用户方向上形成不同的波束。 SDMA使用不同的天线波束为不同区域的用户提供接入。相同的频率（在CDMA系统中)或不同的频率（在FDMA系统中）用来服务于被天线波束覆盖的这些不同区域。实际上，蜂窝系统中广泛使用的多扇区划分即可看作是SDMA一种雏形。 在极限情况下，自适应阵列天线具有极小的波束和无限快的跟踪速度（类似于激光束），它可以实现最佳的SDMA。 6.5 SDMA方式SDMA系统的工作示意图 6.5 SDMA方式在蜂窝系统中，反向链路设计比较困难，主要原因有两个。由于每一用户和基站间无线传

9、播路径的不同，从每一用户单元出来的发射功率动态控制困难。发射受到用户单元电池能量的限制，因此也限制了反向链路上对功率的控制程度。用在基站的自适应天线，可以解决反向链路的一些问题。提供了最理想的SDMA，提供了在本小区内不受其他用户干扰的唯一信道。尽管上述理想情况是不可实现的，它需要无限多个阵元，但采用适当数目的阵元，也可以获得较大的系统增益。 6.6 OFDM多址方式1、6.6.1 OFDM-TDMA在OFDM-TDMA系统中，信息的传送是按时域上的帧来进行的，每个时间帧包含多个时隙，每个时隙的宽度等于一个OFDM符号的时间长度，有信息要传送的用户按各自的需求可以占用一个或多个OFDM符号。特

10、点：OFDM-TDMA方案不可避免地存在带宽资源浪费、频率利用率较低和灵活性差等不足。OFDM-TDMA方案的信令开销很大程度上取决于是否采用滤除具有较低信噪比子载波的技术和自适应调制/编码技术。6.6.2 OFDM多址方式2、OFDMA概念：通过为每个用户提供部分不同的子载波来实现多用户接入，也就是每个用户分配一个OFDM符号中的一个子载波或一组子载波，以子载波频率的不同来区分用户。给用户分配子载波有很多方法，使用最广泛的有两种：分组子载波（Grouped Subcarriers）方法，其特点是比较简单，用户间干扰较小，但是受传输中信道衰落的影响比较大。和间隔扩展子载波（Comb Sprea

11、d Subcarriers），其特点是通过频域扩展，增加频率分集，从而减少了信道衰落的影响。6.6.2 OFDM多址方式(a) 分组子载波方式(b) 间隔扩展子载波方式 6.6.2 OFDM多址方式OFDMA系统具有以下特点：可以不受小区内的干扰。它通过为小区内的多用户设计正交跳频图案来达到。可以灵活地适应带宽的要求。它通过简单地改变所使用的子载波数目就可以适应特定的传输带宽。可与动态信道分配技术相结合，以支持高速率的数据传输。6.6.3 多载波CDMACDMA技术和OFDM技术各有利弊，将二者结合起来，取长补短，以达到更好的通信传输效果。多载波CDMA方案可以分为两大类。一类是用给定的扩频序列对经过串并变换后的数据流进行扩频，也就是在对应的每路载波上进行类似DS-CDMA的操作，即在时域扩频；另一类是用给定的扩频序列对原始数据流扩频，用扩频序列中对应的每个码片将数据调制到不同的子载波上，即在频域扩频，有时也称为OFDM-CDMA。 6.6.3 多载波CDMA（1）时域扩频基于时域扩频的CDMA和OFDM结合的方案，主要有两种形式多载波DS-CDMA（MC-DS-CDMA，Multicarrier DS-CDMA）多音CDMA（MT-CDMA，Multitone CDMA）。3、多载波CDMAMC-D