【文章內(nèi)容簡介】 是可以互換的。 總之，我們用信息帶寬的 100 倍，甚至 1000 倍以上的寬帶信號來傳輸信息，就是為了提高通信的抗干擾能力，即在強干擾條件下保證可靠安全地通信。這就是擴展頻譜通信的基本思想和理論依據(jù)。 第二節(jié) 擴頻通信的主要性能指標 處理增益和抗干擾容限是擴頻通信系統(tǒng)的兩個重要性能指標。 一、 處理增益 G 也稱擴頻增益 (Spreading Gain) 它定義為頻譜擴展前的信息帶寬 ?F 與頻帶擴展后的信號帶寬 W 之比： G＝ W／ ?F 在擴頻通信系統(tǒng)中．接收機作擴頻解調(diào)后，只提取偽隨機編碼相關處理后的帶寬為 ?F 的信息，而排除掉寬頻帶 W 中的外部干擾、噪音和其地用戶的通信影響。因此，處理增益 G反映了擴頻通信系統(tǒng)信噪比改善的程度。 二、 抗干擾容限 是指擴頻通信系統(tǒng)能在多大干擾環(huán)境下正常工作的能力，定義為： 重慶 三峽學院 畢業(yè)設計（論文） 第 13 頁 Mj = G － [(S/N)out + Ls] 其中： Mj 抗干擾容 G 處理增益 (S／ N)out 信息數(shù)據(jù)被正確解調(diào)而要求的最小輸出信噪比 Ls 接收系統(tǒng)的工作損耗 例如 , 一個擴頻 系統(tǒng)的處理增益為 35dB．要求誤碼率小于 l0－ 5 的信息數(shù)據(jù)解調(diào)的最小的輸出信噪比 (S/N)out ＜ 10 dB，系統(tǒng)損耗 Ls＝ 3dB，則干擾容限 Mj ＝ 35 － (10 +3) ＝ 22dB 這說明，該系統(tǒng)能在干擾輸入功率電平比擴頻信號功率電平高 22dB 的范圍內(nèi)正常工作，也就是該系統(tǒng)能夠在接收輸入信噪比大于或等于－ 22dB 的環(huán)境下正常工作。 第三節(jié) 擴展頻譜通信的主要特點 由于擴頻通信能大大擴展信號的頻譜，發(fā)端用擴頻碼序列進行擴頻調(diào)制，以及在收端用相關解調(diào)技術，使其具有許多窄帶通信難于替代的優(yōu)良性能 ，能在“軍轉(zhuǎn)民”后，迅速推廣到各種公用和專用通信網(wǎng)絡之中，主要有以下幾項特點： 一、 易于重復使用頻率，提高了無線頻譜利用率 無線頻譜十分寶貴，雖然從長波到微波都得到了開發(fā)利用，仍然滿足不了社會的需求。在窄帶通信中，主要依靠波道劃分來防止信道之間發(fā)生干擾。 為此，世界各國都設立了頻率管理機構，用戶只能使用申請獲準的頻率。 擴頻通信發(fā)送功率極低 (1 650mW)，采用了相關接收這一高技術，且可工作在信道噪聲和熱噪聲背景中，易于在同一地區(qū)重復使用同一頻率 , 也可與現(xiàn)今各種窄道通信共享同一 頻率資源。所以，在美國及世界絕大多數(shù)國家，擴頻通信不需申請頻率，任何個人與單位可以無執(zhí)照使用。 二、 抗干擾性強，誤碼率低 擴頻通信在空間傳輸時所占有的帶寬相對較寬，而收端又采用相關檢測的辦法來解擴，使有用寬帶信息信號恢復成窄帶信號，而把非所需信號擴展成寬帶信號，然后通過窄帶濾波技術提取有用的信號。這祥，對于各種干擾信號，因其在收端的非相關性，解擴后窄帶信號中只有很微弱的成份，信噪比很高，因此抗干擾性強。 重慶 三峽學院 畢業(yè)設計（論文） 第 14 頁 三、 隱蔽性好，對各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小 由于擴頻信號在相對較寬的頻帶上被擴展了，單位 頻帶內(nèi)的功率很小，信號湮沒在噪聲里，一般不容易被發(fā)現(xiàn)，而想進一步檢測信號的參數(shù) (如偽隨機編碼序列 )就更加困難，因此說其隱蔽性好。 再者，由于擴頻信號具有很低的功率譜密度，它對目前使用的各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小。 四、 可以實現(xiàn)碼分多址 擴頻通信提高了抗干擾性能，但付出了占用頻帶寬的代價。如果讓許多用戶共用這一寬頻帶，則可大為提高頻帶的利用率。由于在擴頻通信中存在擴頻碼序列的擴頻調(diào)制，充分利用各種不同碼型的擴頻碼序列之間優(yōu)良的自相關特性和互相關特性，在接收端利用相關檢測技術進行解擴，則在分配給不同用 戶碼型的情況下可以區(qū)分不同用戶的信號，提取出有用信號。這樣一來，在一寬頻帶上許多對用戶可以同時通話而互不干擾。 五、 抗多徑干擾 在無線通信的各個頻段，長期以來，多徑干擾始終是一個難以解決的問題之一。在以往的窄帶通信中，采用兩種方法來提高抗多徑干擾的能力： 一是把最強的有用信號分離出來，排除其他路徑的干擾信號，即采用分集／接收技術； 二是設法把不同路徑來的不同延遲、不同相位的倍號在接收端從時域上對齊相加，合并成較強的有用信號，即采用梳狀濾波器的方法。 這兩種技術在擴頻通信中都易于實現(xiàn)。利用擴頻碼的自相關 特性，在接收端 從多徑信號中提取和分離出最強的有用信號，或把多個路徑來的同一碼序列的波形相加合成，這相當于梳狀濾波器的作用。另外，采用頻率跳變擴頻調(diào)制方式的擴頻系統(tǒng)中，由于用多個頻率的信號傳送同一個信息，實際上起到了頻率分集的作用。 六、 能精確地定時和測距 我們知道電磁波在空間的傳播速度是固定不變的光速。人們自然會想到如果能夠精確測量電磁波在兩個物體之間傳播的時間，也就等于測量兩個物體之間的距離。在擴頻通信中如果擴展頻譜很寬，則意味著所采用的擴頻碼速率很高，每個碼片占用的時間就很短。當發(fā)射出去 的擴頻信號在被測物體反射回來后，在接收端解調(diào)出擴頻碼序列，然后比較收發(fā)兩個碼序列相位之差，就可以精確測出擴頻信號往返的時間差，從而算出二者之間的距離。測量的精度決定于碼片的寬度，也就是擴展頻譜的寬度。碼片越窄，擴展的頻譜越寬，精度越高。 七、 適合數(shù)字話音和數(shù)據(jù)傳輸，以及開展多種通信業(yè)務 擴頻通信一般都采用數(shù)字通信、碼分多址技術，適用于計算機網(wǎng)絡，適合于數(shù)據(jù)和圖象重慶 三峽學院 畢業(yè)設計（論文） 第 15 頁 傳輸。 八、 安裝簡便，易于維護 擴頻通信設備是高度集成，采用了現(xiàn)代電子科技的尖端技術，因此，十分可靠、小巧，大量運用后成本低，安裝便捷，易于 推廣應用。 第四節(jié) 擴頻通信工作原理 擴頻通信的一般工作原理如圖 所示。 圖 擴頻通信工作原理 在發(fā)端輸入的信息先經(jīng)信息調(diào)制形成數(shù)字信號，然后由擴頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號以展寬信號的頻譜。展寬后的信號再調(diào)制到射頻發(fā)送出去。 在接收端收到的寬帶射頻信號，變頻至中頻，然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴頻碼序列去相關解擴。再經(jīng)信息解調(diào)、恢復成原始信息輸出。 由此可見， —般的擴頻通信系統(tǒng)都要進行三次調(diào)制和相應的解調(diào)。一次調(diào)制為信息調(diào)制，二次調(diào)制為擴頻調(diào)制，三 次調(diào)制為射頻調(diào)制，以及相應的信息解調(diào)、解擴和射頻解調(diào)。 與一般通信系統(tǒng)比較，擴頻通信就是多了擴頻調(diào)制和解擴部分。 第五節(jié) 擴頻通信的幾種工作方式 按照擴展頻譜的方式不同，現(xiàn)有的擴頻通信系統(tǒng)可以分為以下幾種。 重慶 三峽學院 畢業(yè)設計（論文） 第 16 頁 一、 直接序列擴頻工作方式，簡稱直擴 (DS)方式 所謂直接序列 (DS， Direct Sequency)擴頻，就是直接用具有高碼率的擴頻碼序列在發(fā)端去擴展信號的頻譜。而在收端，用相同的擴頻碼序列去進行解擴，把展寬的擴頻信號還原成原始的信息。 二、 跳變頻率工作方式，簡稱跳頻 (FH)方式 另外一種擴展信號頻譜的方式稱為跳頻 (FH， Frequency Hopping)。所謂跳頻，比較確切的意思是用一定碼序列進行選擇的多頻率頻移鍵控。也就是說，用擴頻碼序列去進行頻移鍵控調(diào)制，使載波頻率不斷地跳變，所以稱為跳頻。 三、 跳變時間工作方式，簡稱跳時 (TH)方式 與跳頻相似，跳時 (TH， Time Hopping)是使發(fā)射信號在時間軸上跳變。首先把時間軸分成許多時片。在一幀內(nèi)哪個時片發(fā)射信號就由擴頻碼序列去進行控制?？梢园烟鴷r理解為用一定碼序列進行選擇的多時片的時移鍵控。跳時也可以 看成是一種時分系統(tǒng)，所不同的地方在于它不是在一幀中固定分配一定位置的時片，而是由擴頻碼序列控制的按一定規(guī)律跳變位置的時片。跳時系統(tǒng)的處理增益等于一幀中所分的時片數(shù)。由于簡單的跳時抗干擾性不強，很少單獨使用。跳時通常都與其他方式結(jié)合使用，組成各種混合方式。 四、 寬帶線性調(diào)頻工作方式，簡稱 Chirp 方式 如果發(fā)射的射頻脈沖信號在一個周期內(nèi)，其載頻的頻率作線性變化，則稱為線性調(diào)頻。因為其頻率在較寬的頻帶內(nèi)變化，信號的頻帶也被展寬了。這種擴頻調(diào)制方式主要用在雷達中。 五、 各種混合方式 在上 述幾種基本的擴頻方式的基礎上，可以組合起來，構成各種混合方式。例如， DS／FH、 DS／ TH、 DS／ FH／ TH 等等。一般說來，采用混合方式看起來在技術上要復雜一些，實現(xiàn)起來也要困難一些。但是，不同方式結(jié)合起來的優(yōu)點是，有時能得到只用其中一種方式得不到的特性。因此，對于需要同時解決諸如抗干擾、多址組網(wǎng)、定時定位、抗多徑和遠 ——近問題時，就不得不同時采用多種擴頻方式。 但是，不同方式結(jié)合起來的優(yōu)點是，有時能得到只用其中一種方式得不到的特性。因此，對于需要同時解決諸如抗干擾、多址組網(wǎng)、定時定位、抗多徑和遠 ——近問題時，就不得不重慶 三峽學院 畢業(yè)設計（論文） 第 17 頁 同時采用多種擴頻方式。 第三章 CDMA2020系統(tǒng)結(jié)構簡介 第一節(jié) CDMA2020概述 CDMA2020是由窄帶 CDMA（ CDMA IS95）技術發(fā)展而來的寬帶 CDMA技術，由美國主推，該標準提出了從 CDMA IS95（ 2G） — CDMA20201x— CDMA20203x（ 3G）的演進策略。CDMA20201x被稱為 。 CDMA20203x與 CDMA20201x的主要區(qū)別在于應用了多路載波技術，通過采用三載波使帶寬提高。 CDMA2020與 WCDMA和 TD— SCDMA都屬于寬帶 CDMA技術。寬帶 CDMA進一步拓展了標準的 CDMA概念，在一個相對更寬的頻帶上擴展信號，從而減少由多徑和衰減帶來的傳播問題，具有更大的容量，可以根據(jù)不同的需要使用不同的帶寬，具有較強的抗衰落能力與抗干擾能力，支持多路同步通話或數(shù)據(jù)傳輸，且兼容現(xiàn)有設備。 CDMA2020采用多載波（ DS）方式，載波帶寬為 。 CDMA2020共分為兩個階段 :第一階段將提供每秒 144Kbit/s的數(shù)據(jù)傳送率，而當數(shù)據(jù)速度加快到每秒 2Mbit/s傳送時，便是第二階段。到時，和 WCDMA一樣支持移動多媒 體服務，是 CDMA發(fā)展 3G的最終目標。 CDMA2020和 WCDMA在原理上沒有本質(zhì)的區(qū)別，都起源于 CDMA（ IS95）系統(tǒng)技術。但 CDMA2020做到了對 CDMA（ IS95）系統(tǒng)的完全兼容，為技術的延續(xù)性帶來了明顯的好處 :成熟性和可靠性比較有保障，同時也使CDMA2020成為從第二代向第三代移動通信過渡最平滑的選擇。但是 CDMA2020的多載傳輸方式比起 WCDMA的直擴模式相比，對頻率資源有極大的浪費，而且它所處的頻段與 IMT2020規(guī)定的頻段也產(chǎn)生了矛盾 。 CDMA2020是采用 FDD（頻分數(shù)字雙工 ）模式， FDD是將上行（發(fā)送）和下行（接收）的傳輸使用分離的兩個對稱頻帶的雙工模式，需要成對的頻率，通過頻率來區(qū)分上、下行，對于對稱業(yè)務（如語音）能充分利用上下行的頻譜，但對于非對稱的分組交換數(shù)據(jù)業(yè)務（如互聯(lián)網(wǎng)）時，由于上行負載低，頻譜利用率則大大降低。 CDMA2020也采用了越區(qū)“軟切換”技術，即當手機發(fā)生移動或是目前與手機通信的基站話務繁忙使手機需要與一個新的基站通信時，并不先中斷與原基站的聯(lián)系，而是先與新的重慶 三峽學院 畢業(yè)設計（論文） 第 18 頁 基站連接后，再中斷與原基站的聯(lián)系，這是經(jīng)典的 CDMA技術?！败浨袚Q”是相對于“硬切換”而言的。 FDMA和 TDMA系統(tǒng)都采用“硬切換”技術，先中斷與原基站的聯(lián)系，再與新的基站進行連接，因而容易產(chǎn)生掉話。由于軟切換在瞬間同時連接兩個基站，對信道資源占用較大。在切換的過程中，需要兩個基站間的協(xié)調(diào)操作。通過兩個基站間的定時差別報告來完成軟切換。 CDMA2020需要基站間的嚴格同步，因而必須借助 GPS（ Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）等設備來確定手機