第4章抗衰落和链路性能增强技术

第4章抗衰落和链路性能增强技术内容摘要：

扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 – 实际作用的地址码与扩频码 理想的地址码和扩频码不存在 Walsh码是正交码，具有良好的自相关性和处处为零的互相关性，但由于码组内各码所占频谱带宽不同等原因，不能作扩频码使用 常作扩频码的是伪随机序列 真正的随机信号和噪声是不能重复再现和产生 用一种周期性的脉冲信号近似随机噪声的性能  PN具有类似白噪声的特性被用作扩频码  PN准正交会使系统性能受到一定的影响 常用的 PN： m序列和 Gold序列 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 – m序列伪随机码 m序列是最长线性移位寄存器序列 m序列是一个伪随机序列，按一定规律周期性变化，具有随机噪声类似的特性 周期是 P=2n1， n是移位寄存器级数 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 产生 改变反馈电路，可得到新的 m序列 最后一级必须参加反馈 例： 三级移位寄存器构成 m序列发生器 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 m序列产生器 a31a22＋a13a04ak1 0 0 01 1 0 01 1 1 01 1 1 10 1 1 11 0 1 10 1 0 11 0 1 01 1 0 10 1 1 00 0 1 11 0 0 10 1 0 00 0 1 00 0 0 11 0 0 0„ „ „ „扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 特性 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） 一个周期为 P=2n1的 m序列，共有 2n1个游程长度为 1的游程占 1/2，长度为 2的游程占 1/4，长度为 3的游程占 1/8，长度为 k(1≤k≤n2)的游程占 1/2k，只有一个包含 (n1)个“ 0”的游程，也只有一个包含(n1)个“ 1”的游程 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 自相关性 当 τ=0时，自相关函数 R(τ)出现峰值 1 当 τ偏离 0时，相关函数曲线很快下降 当 1≤τ≤P1时，相关函数值为 1/P 当 τ=P时，又出现峰值 1… 可以用有无自相关函数值来识别信号，并检测自相关函数值为 1的码序列 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 互相关性：同一周期的 m序列组，两两 m序列对的互相关特性差别很大 m序列和其移位后的序列逐位模 2加，所得的序列仍是 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，其他状态在一个周期内只出现一次 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 – Walsh码 是正交码 Walsh码可用哈德码矩阵表示为： 例： … 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 – Gold序列 Gold序列是 m序列的组合码 m序列优选对特性很好，数目很少 Gold序列由优选对的 m序列逐位模 2加得到 改变其中一个 m序列的相位，可得到一个新的 Gold序列 Gold序列具有与 m序列优选对类似的相关性，且构造简单，数量大 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 产生 一对周期 P=2n1的 m序列优选对 {ai}、 {bi}，{ai}与后移 τ位的序列 {bi+τ}(τ=0， 1， … ， P1)逐位模 2加所得的序列 {ai+bi+τ} 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 周期 P=2n1的 m序列优选对产生的 Gold序列共有 2n+1个 随着 n的增加， Gold序列以 2的 n次幂增长 平衡的 Gold序列 :一个周期内“ 1”码元数比“ 0”仅多一个 当 n是奇数时， 2n+1个 Gold序列中有 2n1+1个平衡的 Gold序列，约占 50% 当 n是偶数（不是 4个倍数）时，有 2n1+2n2+1个平衡的 Gold序列，约占 75% 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 特性 周期 P=2n1的 m序列优选对产生的 Gold序列具有与 m序列优选对类同的相关性 自相关函数在 τ=0时与 m序列相同，具有尖锐的自相关峰；当 1≤τ≤P1时，最大旁瓣值不超过 t(n)/P 同一对 m序列优选对产生的 Gold序列连同两个 m序列中，任意两个序列的互相关特性都和 m序列优选对一样 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 IS95CDMA中地址码的应用 – 用户地址码 用长 m序列的截段码，码长 42位，数量为 2421 根据码的不同相位区分不同的用户 – 基站地址码 用中长 m序列的截段码或 Gold码，码长 15位，数量为 2151 根据码的相位不同来区分 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 – 信道地址码 用的是 64阶 walsh函数，前向信道和反向信道各 64个 前向信道： 1个导频信道 W0（全“ 0”）、 7个寻呼信道 W1～ W1个同步信道 W3 55个业务信道 导频信道只给出一个频率基准， W0只有强度，没有信息，是固定不变的 同步信道一旦同步后可作业务信道用 无寻呼、业务忙时，寻呼信道也可作业务信道用 反向信道： 接入信道最多有 32个，最少为 0 业务信道最多为 64个，最少为 32个，信令随路传送 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 直接序列扩频通信系统的同步原理 – 移动通信系统中存在的不确定因素 收发信机间的距离引起的传播延迟产生的相位差 收发信机时钟频率的相对不稳定引起的频差 收发信机相对运动引起的多普勒频率偏移 多径效应引起的频率和相位的变化等 – 扩频通信系统中的同步 载波同步、位同步、帧同步 伪码同步 – 伪码同步的作用 实现本地 PN与接收信号中的 PN的同步，即频率上相同，相位上一致 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 – 同步过程 第一阶段是捕获阶段 搜索对方的发送信号，把对方发来的 PN与本地 PN在相位上纳入可保持同步的范围内 (即在一个 PN码元内 ) 第二阶段是跟踪阶段 收发两端 PN的频率和相位发生较小偏移时，同步系统都能自动调整，使收、发双方的 PN保持精确同步 系统一般按照“载频捕获 → 伪码捕获 → 伪码跟踪→ 载频跟踪”的顺序来建立同步 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 – 同步过程原理框图 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 IS95CDMA通信原理 CDMA基本原理 – CDMA基本通信原理 DS系统： 发送端：待传话音通过 A/D转换，将模拟话音转变成 ，通过，使信道中传输信号的带宽远远大于原始信号本身的带宽 接收端：接收机利用本地伪随机序列进行相关解扩，还原出原始窄带信号，通过窄带滤波器，恢复话音数据，再通过数 /模（ D/A）转换，恢复为原始话音 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 IS95CDMA通信原理 码分多址通信系统主要由调制、扩频、解扩、解调等构成 为了保证相关检测，接收端除了实现载波同步外，还必须保证地址码的同步 地址码码型正交性要好，码的数量要多 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 IS95CDMA通信原理 – CDMA系统中上下行链路工作原理 下行链路 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 IS95CDMA通信原理 发送端： 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 IS95CDMA通信原理 接收端： 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 IS95CDMA通信原理 上行链路 上行链路中各移动台发射的信号不用合路器合路，而是各自发往空中，在空中实现合路 基站接收空中信号后通过地址码的相关检测，对信号分路并进行后续解调处理 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 IS95CDMA通信原理 CDMA中的关键技术 – 功率控制技术 CDMA系统是一个自干扰系统，通信质量和容量主要受限于收到干扰功率的大小 MS信号功率太低，误比特率太大，无法保证通信质量 MS信号功率太高，会对其它 MS增加干扰，导致整个系统的通信质量恶化、容量减小 CDMA蜂窝系统中，为了解决远近效应问题，同时避免对其它用户过大的干扰，必须采用严格的功率控制 类型：反向开环功率控制、反向闭环功率控制、正向链路功率控制 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 IS95CDMA通信原理 – CDMA中功率控制示意图 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研室 IS95CDMA通信原理 反向开环功率控制 前提条件：假设上、下行传输损耗相同 MS接收并测量基站发来的信号强度，估计下行传输损耗，然后自行调整其发射功率  用于刚进入接入信道，闭环功率控制尚未激活时 完全是 MS自主进行的功率控制 开环功率控制只是对发送电平的粗略估计，反应时间不应太快或太慢 开环功率控制是为了补偿平均路径衰落的变化和阴影、拐弯等效应，它必须要有一个很大的动态范围，至少应达到 177。 32dB 扩频通信技术 电子信息工程系通信技术教研。