【文章內(nèi)容簡介】 IA/EIA95B標(biāo)準(zhǔn)向后兼容 ,并與 IS95B系統(tǒng)的頻段實現(xiàn)共享或重疊 ,使運營商可在 IS95B 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上平滑地過渡 ,保護已有投資。 CDMA 2021 的核心網(wǎng)基于 ANSI41,但經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擴展方式 。也可提供基于 GSMMAP 核心網(wǎng)上的運行能力 。 (3)TDSCDMA:它是一種高性能和低成本的系統(tǒng) ,是在 TDD模式下 ,采用在周期重復(fù)的時間幀里傳輸基本的 TDMA突發(fā)脈沖的工作模式 (和 GSM相同 ),通過周期性地切換傳輸方向 ,在同一載波上交替地進行上下行鏈路傳輸?？梢钥刂粕舷滦械陌l(fā)送時間 ,發(fā)送時間段內(nèi)不接受 ,接受時間段內(nèi)不發(fā)送 ,且可靈活控制和改變發(fā)送和接受的時段長短比例。其優(yōu)勢是上下行鏈路間的轉(zhuǎn)折點可因業(yè)務(wù)的不同而認(rèn)識調(diào)整。對于因特網(wǎng)等非對等業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸 ,下行數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)大于上行數(shù)據(jù)量 ,可增加下行的時段時間 ,縮短上行的時段時間 ,以達(dá)到高效傳送非對等數(shù)據(jù)業(yè) 務(wù)的目的 ,從而實現(xiàn) 3G 所要求的兩類業(yè)務(wù) (對稱的電路交換業(yè)務(wù)和非對稱的分組交換業(yè)務(wù) )。 第二章 直接序列擴頻通信系統(tǒng) 本章是全文的理論基礎(chǔ)，隨著概念的深入逐步展開。在諸多的擴頻類型中，直接序列擴頻通信系統(tǒng)是本文研究的重點，因此將詳細(xì)討論其組成及特點。 擴頻通信系統(tǒng) 擴展頻譜通信系統(tǒng)是指待傳輸信息的頻譜用某個特定的擴頻函數(shù)擴展后成為寬頻帶號，然后送入信道中傳輸，再利用相應(yīng)手段將其解擴，從而獲取傳輸信息的通信系統(tǒng)。它在傳輸同樣信息 時所需的射頻帶寬，遠(yuǎn)比我們熟悉的各種調(diào)制方式要求的帶寬要寬的多。擴頻前的信息碼元帶寬遠(yuǎn)小于擴頻后的擴頻碼序列的帶寬，信息己不再是決定調(diào)制信號帶寬的一個重要因素，其調(diào)制信號的帶寬主要由擴頻函數(shù)來決定。一般常用的擴頻函數(shù)是偽隨機編碼信號。擴頻系統(tǒng)比常規(guī)的通信系統(tǒng)具有很強的抗人為干擾、抗窄帶干擾、抗多徑的能力，此外還具有信息隱蔽多址保密通信等優(yōu)點。下面是對它的定性的分析。 理論基礎(chǔ) 擴展頻譜技術(shù)的理論基礎(chǔ)可以用香農(nóng) ()信道容量公式來描述 (2— 1) 上式表明，在高斯信道中當(dāng)傳輸系統(tǒng)的信號噪聲功率比下降時，可以用增加系統(tǒng)傳輸帶寬 W的辦法來保持信道容量 C 不變。對于任意給定的信號噪聲比，可以用增大傳輸帶寬來獲得較低的信息差錯率?？梢?，擴展頻譜技術(shù)正是利用這一原理，用高速率的擴頻碼來達(dá)到擴展待傳輸?shù)臄?shù)字信息帶寬的目的。擴頻通信系統(tǒng)的帶寬比常規(guī)通信系統(tǒng)大幾百倍至幾千倍，所以在相同的信噪比條件下，具有較強的抗噪聲干擾能力。 其次，香農(nóng)又指出 :在高斯噪聲的干擾下，在平均功率受限的信道上，實現(xiàn)有效和可靠通信的最佳信號是具有白噪聲統(tǒng)計特性的信號。這是因為高斯 白噪聲信號具有理想的自相關(guān)特性，其功率譜為 : （ 2— 2） 其自相關(guān)函數(shù)為 : （ 2— 3） 其中 : 為時延， 。 白噪聲的自相關(guān)函數(shù)具有 }(r)函數(shù)的特點，說明它具有尖銳的自相關(guān)特性。但是對于白噪聲信號的產(chǎn)生、加工和復(fù)制至今存在著許多技術(shù)上的困難。然而，有許多易于產(chǎn)生又便于加工和控制的偽隨機噪聲序列，它們的統(tǒng)計特性逼近于高斯白噪聲信號的統(tǒng)計特性。 設(shè)某種偽隨機序列周期為 P，且碼元都是一二元域 {1，一 1}上的元，假設(shè)一個周期為 P，碼元為 x 的偽隨機序列 X的歸一化自相關(guān)函數(shù)為 : （ 2— 4） 式中 :j=0,1,2,...,p1。當(dāng)偽隨機序列碼長 P 取足夠長或 P趨于無窮時，上式可以簡化為 : （ 2— 5） 可以看到式 (25)中當(dāng) P 足夠長或趨于無窮時，該偽隨機序列和白噪聲信號 有類似的統(tǒng)計特性，也就是逼近于高斯信道要求的最佳信號形式?？梢娪脗坞S機碼擴展待傳基帶信號的擴展頻譜通信系統(tǒng)，優(yōu)于常規(guī)通信體制。 擴頻通信的工作原理如圖 21所示 : 圖 21 擴頻通信的工作原理 在發(fā)端輸入的信息先經(jīng)信息調(diào)制變成數(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)端相同的擴頻序列進行相關(guān)解擴，再經(jīng)信息解調(diào)、恢復(fù)成原始信息輸出。 系統(tǒng)的主要特點 由于擴頻通信能大大擴展信號的頻譜，發(fā)送端用擴頻碼序列進行擴頻調(diào)制，以及在接收端用相關(guān)解調(diào)技術(shù)，使其具有許多窄帶通信難于替代的優(yōu)良性能，能在民用后，迅速推廣到各種公用和專用通信網(wǎng)絡(luò)之中，主要有以下幾項特點 : (1)易于重復(fù)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(shè)立了頻率管理機構(gòu)，用戶只能使用申請獲準(zhǔn)的頻率。擴頻通信發(fā)送功率極低 (1650mW)，采用了相關(guān)接收技術(shù)，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(fù)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。 (2)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(guān)檢測的辦法來解擴，使有用寬帶信息信號恢復(fù)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(shù)提取有用的信號。這樣，對于各種干擾信號，因其在收端的非相關(guān)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。當(dāng)處理增益 Gp=35dB 時，抗干擾容限腸 =22dB，即在負(fù)信噪聲比 (22dB)條件下，可以將信號從噪聲的湮滅中提取出來。在目前商用的通信系統(tǒng)中，擴頻通信是唯一能夠工作在負(fù)信噪比條件下的通信方式。 (3)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。 (4)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(guān)特性和互相關(guān)特性，在接收端利用相關(guān)檢測技術(shù) 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。 (5)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(shù) 。二是設(shè)法把不同路徑來的不同延遲、不同相位的信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(shù) 在擴頻通信中都易于實現(xiàn)。利用擴頻碼的自相關(guān)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(dāng)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。 (6)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(dāng)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。 (7)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(wù) 擴頻通信一般都采用數(shù)字通信、碼分多址技術(shù)，適用于計算機網(wǎng)絡(luò)，適合于數(shù)據(jù)和圖像傳輸。 (8)安裝簡便，易于維護 擴頻通信設(shè)備是高度集成，采用了現(xiàn)代電子科 技的尖端技術(shù)，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(yīng)用。 基本類型 擴頻系統(tǒng)包括以下幾種擴頻方式 : (1) 直接序列擴頻，記為 DS(Direct Sequence):這是本文主要研究的對象，下文將有詳細(xì)介紹 (2)跳頻擴頻，記為 FH(Frequency Hopping):頻率跳變系統(tǒng)有稱為“多頻、 碼選、頻移鍵控”系統(tǒng)，主要由碼產(chǎn)生器和頻率合成器兩部分組成。 (3)跳時擴頻，記為 TH(Time Hopping):跳時擴頻系統(tǒng)主要通過擴頻碼控制發(fā)射機的通斷，可以減少時分復(fù)用系統(tǒng)之間的干 擾。 上述三種基本擴頻系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，單獨使用一種系統(tǒng)有時難以滿足要求，將以上集中擴頻方法結(jié)合就構(gòu)成了混合擴頻系統(tǒng)，常見的有 TH/DS, TH/DS,FH/TH等。 由于本論文采用直接序列擴頻方式，下面重點介紹直接序列擴頻通信系統(tǒng)。 直接序列擴頻通信系統(tǒng) 直接序列擴頻通信系統(tǒng) (Direct Sequence Spread System. DSSS)，簡稱直擴系統(tǒng)，是目前應(yīng)用最廣泛的擴頻系統(tǒng)。早期的一些軍事領(lǐng)域的研究開發(fā)，例如全球定位系統(tǒng) (Global Position System GPS),航天 飛機通信用的跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)等都是直接序列擴頻系統(tǒng)應(yīng)用的實例。 直接序列擴頻系統(tǒng)是將要發(fā)送的信息用偽隨機序列擴展到一個很寬的頻帶上去。在接收端，用與發(fā)射端擴展用的相同的偽隨機序列對接收到的擴頻信號進行相關(guān)處理，恢復(fù)出原來的干擾信息。由于干擾信息與偽隨機序列不相關(guān)，在接收端被擴展，使落入信號頻帶內(nèi)的干擾信號功率大大降低，從而提高了系統(tǒng)的輸出信噪比，達(dá)到抗干擾的目的。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖 22 直擴系統(tǒng)發(fā)送框圖 圖 23直擴系統(tǒng)接收框圖 圖 22 為直擴系統(tǒng)發(fā)送框圖，信源輸出信號 a(t)為碼元持續(xù)時間為 Tu的信息流，偽隨機碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機碼為 c(t)，每一隨機碼元寬度為 T}.。將信碼 a(t)和偽隨機碼 c(t)進行模二加，產(chǎn)生一速率與偽隨機碼速率相同的擴頻序列，然后再用擴頻序列去調(diào)制載波，這樣就得到了己擴頻調(diào)制的射頻信號。在接收端，接收到的擴頻信號經(jīng)高放和混頻后，用與發(fā)端速率及相位都相同的偽隨機序列對中頻的擴頻調(diào)制信號進行相關(guān)解擴，將信號的頻帶恢復(fù)為信號序列 a(t)的頻帶，為中頻調(diào)制信號，然后再進行解調(diào)，恢復(fù)出所傳輸?shù)男畔?a(t)，從而完 成信息的傳輸，直擴系統(tǒng)接收框圖如圖 23 所示。對于干擾信號和噪聲而言，由于與偽隨機序列不相關(guān)，在相關(guān)解擴器的作用下，相當(dāng)于進行了一次擴頻。干擾信號和噪聲頻譜被擴展后，其譜密度降低，這樣就大大降低了進入信號通頻頻帶內(nèi)的干擾功率，使解調(diào)器的輸入信噪比和輸入信干比提高，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。 信號分析 信號源產(chǎn)生的信號 a(t)為信息流，碼元速率為 Ra，碼元寬度為 Ta=1/ Ra，其中 （ 2— 6） 式中 :an 為信息碼，取值 ++1或者 1 ,ga(t)為門函數(shù)。 偽隨機序列發(fā)生器產(chǎn)生的信號偽隨機序列 C(t)，速率為 Rc，碼片寬度為 Tc=1 /Rc。 （ 2— 7） 式中 :Cn 為信息碼，取值 ++1或者 1 gc(t)為門函數(shù)。 擴頻過程實質(zhì)上是信息流 a(t)與偽隨機序列 c(t)的模二加或者相乘的過程。偽隨機碼速率 Rc 比信息速率 Ra 大得多，一般 Rc/Ra 的比值為整數(shù)，且Rc/Ra1,所以擴展后的序列的速率仍為偽隨機碼的速率 R}。擴展后的序列 d(t)為 （ 2— 8） 式中 : （ 2— 9） 用此擴展后的序列去調(diào)制載波，將信號搬移到載頻上去， 用于直擴系統(tǒng)的調(diào)制。一般來說、大多數(shù)數(shù)字調(diào)制方式均可，但應(yīng)視具體情況，根據(jù)系統(tǒng)的性能要求來確定，用得較多的調(diào)制方式有 BPSK, MSK, QPSK 等。這里分析采用 BPSK 調(diào)制，調(diào)制后的信號 s(t)為 （ 2— 10） 其中， Wo 為載波頻率。 接收端天線上感應(yīng)的信號經(jīng)高放的選擇放大和混頻后，得到包括以下幾部分的信號 :有用信號 sI(t)、信道噪聲 nI(t)、干擾信號 .JI(t)、和其它網(wǎng)的擴頻信號 SJ(t)等，即收到的信號 (經(jīng)混頻后 )為 （ 2— 11） 接收端的偽隨機碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽隨機序列與發(fā)端 產(chǎn)生的偽隨機序列相同，但起始時間或者初始相位可能不同，為 c39。(t)。解擴的過程與擴頻過程相同，用本地的偽隨機序列 c39。(t)與接收到的信號相乘，相乘后為 （ 2— 12） 下面分別對式 ((211)中的四個分量進行分析，首先看信號分量 s3