【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(shí)現(xiàn)共享或重疊 ,使運(yùn)營商可在 IS95B 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上平滑地過渡 ,保護(hù)已有投資。 CDMA 2021 的核心網(wǎng)基于 ANSI41,但經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展方式 。也可提供基于 GSMMAP 核心網(wǎng)上的運(yùn)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(shí)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(jìn)行上下行鏈路傳輸?？梢钥刂粕舷滦械陌l(fā)送時(shí)間 ,發(fā)送時(shí)間段內(nèi)不接受 ,接受時(shí)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(shí)段長短比例。其優(yōu)勢(shì)是上下行鏈路間的轉(zhuǎn)折點(diǎn)可因業(yè)務(wù)的不同而認(rèn)識(shí)調(diào)整。對(duì)于因特網(wǎng)等非對(duì)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(shí)段時(shí)間 ,縮短上行的時(shí)段時(shí)間 ,以達(dá)到高效傳送非對(duì)等數(shù)據(jù)業(yè) 務(wù)的目的 ,從而實(shí)現(xiàn) 3G 所要求的兩類業(yè)務(wù) (對(duì)稱的電路交換業(yè)務(wù)和非對(duì)稱的分組交換業(yè)務(wù) )。 第二章 直接序列擴(kuò)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(kuò)頻類型中，直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)是本文研究的重點(diǎn)，因此將詳細(xì)討論其組成及特點(diǎn)。 擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)是指待傳輸信息的頻譜用某個(gè)特定的擴(kuò)頻函數(shù)擴(kuò)展后成為寬頻帶號(hào)，然后送入信道中傳輸，再利用相應(yīng)手段將其解擴(kuò)，從而獲取傳輸信息的通信系統(tǒng)。它在傳輸同樣信息 時(shí)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(kuò)頻前的信息碼元帶寬遠(yuǎn)小于擴(kuò)頻后的擴(kuò)頻碼序列的帶寬，信息己不再是決定調(diào)制信號(hào)帶寬的一個(gè)重要因素，其調(diào)制信號(hào)的帶寬主要由擴(kuò)頻函數(shù)來決定。一般常用的擴(kuò)頻函數(shù)是偽隨機(jī)編碼信號(hào)。擴(kuò)頻系統(tǒng)比常規(guī)的通信系統(tǒng)具有很強(qiáng)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(diǎn)。下面是對(duì)它的定性的分析。 理論基礎(chǔ) 擴(kuò)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(hào)噪聲功率比下降時(shí)，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(duì)于任意給定的信號(hào)噪聲比，可以用增大傳輸帶寬來獲得較低的信息差錯(cuò)率?？梢?，擴(kuò)展頻譜技術(shù)正是利用這一原理，用高速率的擴(kuò)頻碼來達(dá)到擴(kuò)展待傳輸?shù)臄?shù)字信息帶寬的目的。擴(kuò)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)有效和可靠通信的最佳信號(hào)是具有白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的信號(hào)。這是因?yàn)楦咚?白噪聲信號(hào)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(shí)延， 。 白噪聲的自相關(guān)函數(shù)具有 }(r)函數(shù)的特點(diǎn)，說明它具有尖銳的自相關(guān)特性。但是對(duì)于白噪聲信號(hào)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(jī)噪聲序列，它們的統(tǒng)計(jì)特性逼近于高斯白噪聲信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性。 設(shè)某種偽隨機(jī)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(gè)周期為 P，碼元為 x 的偽隨機(jī)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(jī)序列碼長 P 取足夠長或 P趨于無窮時(shí)，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(shí)，該偽隨機(jī)序列和白噪聲信號(hào) 有類似的統(tǒng)計(jì)特性，也就是逼近于高斯信道要求的最佳信號(hào)形式?？梢娪脗坞S機(jī)碼擴(kuò)展待傳基帶信號(hào)的擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)，優(yōu)于常規(guī)通信體制。 擴(kuò)頻通信的工作原理如圖 21所示 : 圖 21 擴(kuò)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(hào) ，然后由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號(hào)以展寬信號(hào)的頻譜。展寬后的信號(hào)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(hào)，變頻至中頻，然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴(kuò)頻序列進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)，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(diǎn) 由于擴(kuò)頻通信能大大擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，發(fā)送端用擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行擴(kuò)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(xiàng)特點(diǎn) : (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(huì)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(jī)構(gòu)，用戶只能使用申請(qǐng)獲準(zhǔn)的頻率。擴(kuò)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(kuò)頻通信不需申請(qǐng)頻率，任何個(gè)人與單位可以無執(zhí)照使用。 (2)抗干擾性強(qiáng)，誤碼率低 擴(kuò)頻通信在空間傳輸時(shí)所占 有的帶寬相對(duì)較寬，而收端又采用相關(guān)檢測的辦法來解擴(kuò)，使有用寬帶信息信號(hào)恢復(fù)成窄帶信號(hào)，而把非所需信號(hào)擴(kuò)展成寬帶信號(hào)，然后通過窄帶濾波技術(shù)提取有用的信號(hào)。這樣，對(duì)于各種干擾信號(hào)，因其在收端的非相關(guān)性，解擴(kuò)后窄帶信號(hào)中只有很微弱的成份，信噪比很高，因此抗干擾性強(qiáng)。當(dāng)處理增益 Gp=35dB 時(shí)，抗干擾容限腸 =22dB，即在負(fù)信噪聲比 (22dB)條件下，可以將信號(hào)從噪聲的湮滅中提取出來。在目前商用的通信系統(tǒng)中，擴(kuò)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(duì)各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小 由于擴(kuò)頻 信號(hào)在相對(duì)較寬的頻帶上被擴(kuò)展了，單位頻帶內(nèi)的功率很小，信號(hào)湮沒在噪聲里，一般不容易被發(fā)現(xiàn)，而想進(jìn)一步檢測信號(hào)的參數(shù) (如偽隨機(jī)編碼序列 )就更加困難，因此說其隱蔽性好。再者，由于擴(kuò)頻信號(hào)具有很低的功率譜密度，它對(duì)目前使用的各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小。 (4)可以實(shí)現(xiàn)碼分多址 擴(kuò)頻通信提高了抗干擾性能，但付出了占用頻帶寬的代價(jià)。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(kuò)頻通信中存在擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻調(diào)制，充分利用各種不同碼型的擴(kuò)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(jìn)行解擴(kuò)，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(hào)，提取出有用信號(hào)。這樣一來，在一寬頻帶上許多對(duì)用戶可以同時(shí)通話而互不干擾。 (5)抗多徑干擾 在無線通信的各個(gè)頻段，長期以來，多徑干擾始終是一個(gè)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(qiáng)的有用信號(hào)分離出來，排除其他路徑的干擾信號(hào)，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(hào)在接收端從時(shí)域上對(duì)齊相加，合并成較強(qiáng)的有用信號(hào)，即采用梳狀濾波器的方法。 這兩種技術(shù) 在擴(kuò)頻通信中都易于實(shí)現(xiàn)。利用擴(kuò)頻碼的自相關(guān)特性，在接收端從多徑信號(hào)中提取和分離出最強(qiáng)的有用信號(hào)，或把多個(gè)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(kuò)頻調(diào)制方式的擴(kuò)頻系統(tǒng)中，由于用多個(gè)頻率的信號(hào)傳送同一個(gè)信息，實(shí)際上起到了頻率分集的作用。 (6)能精確地定時(shí)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(huì)想到如果能夠精確測量電磁波在兩個(gè)物體之間傳播的時(shí)間，也就等于測量兩個(gè)物體之間的距離。在擴(kuò)頻通信中如果擴(kuò)展頻譜很寬，則意味著所采用的擴(kuò)頻碼速 率很高，每個(gè)碼片占用的時(shí)間就很短。當(dāng)發(fā)射出去的擴(kuò)頻信號(hào)在被測物體反射回來后，在接收端解調(diào)出擴(kuò)頻碼序列，然后比較收發(fā)兩個(gè)碼序列相位之差，就可以精確測出擴(kuò)頻信號(hào)往返的時(shí)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(kuò)展頻譜的寬度。碼片越窄，擴(kuò)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(kuò)頻通信一般都采用數(shù)字通信、碼分多址技術(shù)，適用于計(jì)算機(jī)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(hù) 擴(kuò)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(yùn)用后成本低，安裝便捷，易于推廣應(yīng)用。 基本類型 擴(kuò)頻系統(tǒng)包括以下幾種擴(kuò)頻方式 : (1) 直接序列擴(kuò)頻，記為 DS(Direct Sequence):這是本文主要研究的對(duì)象，下文將有詳細(xì)介紹 (2)跳頻擴(kuò)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(shí)擴(kuò)頻，記為 TH(Time Hopping):跳時(shí)擴(kuò)頻系統(tǒng)主要通過擴(kuò)頻碼控制發(fā)射機(jī)的通斷，可以減少時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)之間的干 擾。 上述三種基本擴(kuò)頻系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，單獨(dú)使用一種系統(tǒng)有時(shí)難以滿足要求，將以上集中擴(kuò)頻方法結(jié)合就構(gòu)成了混合擴(kuò)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(kuò)頻方式，下面重點(diǎn)介紹直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng) (Direct Sequence Spread System. DSSS)，簡稱直擴(kuò)系統(tǒng)，是目前應(yīng)用最廣泛的擴(kuò)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(jī)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(kuò)頻系統(tǒng)應(yīng)用的實(shí)例。 直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)是將要發(fā)送的信息用偽隨機(jī)序列擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶上去。在接收端，用與發(fā)射端擴(kuò)展用的相同的偽隨機(jī)序列對(duì)接收到的擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)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(jī)序列不相關(guān)，在接收端被擴(kuò)展，使落入信號(hào)頻帶內(nèi)的干擾信號(hào)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(kuò)系統(tǒng)發(fā)送框圖 圖 23直擴(kuò)系統(tǒng)接收框圖 圖 22 為直擴(kuò)系統(tǒng)發(fā)送框圖，信源輸出信號(hào) a(t)為碼元持續(xù)時(shí)間為 Tu的信息流，偽隨機(jī)碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼為 c(t)，每一隨機(jī)碼元寬度為 T}.。將信碼 a(t)和偽隨機(jī)碼 c(t)進(jìn)行模二加，產(chǎn)生一速率與偽隨機(jī)碼速率相同的擴(kuò)頻序列，然后再用擴(kuò)頻序列去調(diào)制載波，這樣就得到了己擴(kuò)頻調(diào)制的射頻信號(hào)。在接收端，接收到的擴(kuò)頻信號(hào)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(jī)序列對(duì)中頻的擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)，將信號(hào)的頻帶恢復(fù)為信號(hào)序列 a(t)的頻帶，為中頻調(diào)制信號(hào)，然后再進(jìn)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(kuò)系統(tǒng)接收框圖如圖 23 所示。對(duì)于干擾信號(hào)和噪聲而言，由于與偽隨機(jī)序列不相關(guān)，在相關(guān)解擴(kuò)器的作用下，相當(dāng)于進(jìn)行了一次擴(kuò)頻。干擾信號(hào)和噪聲頻譜被擴(kuò)展后，其譜密度降低，這樣就大大降低了進(jìn)入信號(hào)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(hào)分析 信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào) 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(jī)序列發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)偽隨機(jī)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(kuò)頻過程實(shí)質(zhì)上是信息流 a(t)與偽隨機(jī)序列 c(t)的模二加或者相乘的過程。偽隨機(jī)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(kuò)展后的序列的速率仍為偽隨機(jī)碼的速率 R}。擴(kuò)展后的序列 d(t)為 （ 2— 8） 式中 : （ 2— 9） 用此擴(kuò)展后的序列去調(diào)制載波，將信號(hào)搬移到載頻上去， 用于直擴(kuò)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(hào) 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(hào)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(hào) :有用信號(hào) sI(t)、信道噪聲 nI(t)、干擾信號(hào) .JI(t)、和其它網(wǎng)的擴(kuò)頻信號(hào) SJ(t)等，即收到的信號(hào) (經(jīng)混頻后 )為 （ 2— 11） 接收端的偽隨機(jī)碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列與發(fā)端 產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列相同，但起始時(shí)間或者初始相位可能不同，為 c39。(t)。解擴(kuò)的過程與擴(kuò)頻過程相同，用本地的偽隨機(jī)序列 c39。(t)與接收到的信號(hào)相乘，相乘后為 （ 2— 12） 下面分別對(duì)式 ((211)中的四個(gè)分量進(jìn)行分析，首先看信號(hào)分量 s3