【正文】 G 投入運(yùn)營年份 1 2 3 4 5 6 3G 用戶（低） 3G 用戶（高） 目前， CDMA 技術(shù)已經(jīng)采用完善的功率控制、話音激活技術(shù)，降低了手機(jī)發(fā)射功率，增加了系統(tǒng)容量，延長了電池使用時(shí)間，對人體健康的影響最小 ,綠色手機(jī)，其 平均發(fā)射功率 2 mW，最大發(fā)射功率 發(fā)射功率 200mW。 圖 21 模擬通信系統(tǒng)模型 信 源 調(diào) 制 信 宿 解 調(diào) 白噪聲 信 道 數(shù)字通信系 統(tǒng) 通信的目的是傳遞消息中的信息。人們接收消息，關(guān)心的是消息中包含的有效內(nèi)容，即信息(information)。所以，信號是傳輸消息的手段，是載體。代表消息的電信號，按其代表消息的參量的取值方式不同，可以分為模擬信號 (如語音信號 )和數(shù)字信號 (如代表文字的編碼、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號等 )。和上述信號的分類相對應(yīng)，通信系統(tǒng)分成模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。 點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)字通信系統(tǒng)模型，一般可用圖 22 所示，當(dāng)然實(shí)際的數(shù)字通信系統(tǒng)并非一定要包括所有的環(huán)節(jié)。 圖 22 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 信源將消息轉(zhuǎn)換為原始電信號 (基帶信號 )。 編碼器 包括信源編碼和信道編碼。信道編碼是在信號中按一定規(guī)則加入一些保護(hù)成分 (監(jiān)督元 )，譯碼器從解碼過程中發(fā)現(xiàn)或糾正錯(cuò)誤，提高傳輸?shù)目煽啃浴? 信 源 編碼器 調(diào)制器 信 道 解調(diào)器 譯碼器 信宿 噪聲源 信道 ：傳送物理信號的設(shè)施。 噪聲源 ：是整個(gè)系統(tǒng)受噪聲干擾的集中反映。耳機(jī)、揚(yáng) 聲器、顯像管等。 在實(shí)際系統(tǒng)中，可能涉及更多的設(shè)備，如加密器、濾波器、放大器等。 相對而言，數(shù)字通信具有 抗干擾能力強(qiáng)、保密性好、靈活性高、便于集成和微型化等優(yōu)點(diǎn)，但都以占據(jù)更多系統(tǒng)帶寬為代價(jià)，并且對同步要求高，系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜。 如果將基帶信號直接在信道中傳輸，易受高頻電磁波干擾，而且整個(gè)信道只傳輸一種信號，信道利用率低 。根據(jù)合并與區(qū)分各信號的方法不同，主要有三種復(fù)用方式 ，即頻分復(fù)用 (FDM)、時(shí)分復(fù)用 (TDM)和碼分復(fù)用 (CDM)。 考慮如何解決眾多用戶高效共享給定頻譜資源的問題時(shí)就涉及到多址方式，常規(guī)的有頻分多址 (FDMA)、時(shí)分多址 (TDMA)和碼分多址 (CDMA)等。當(dāng)發(fā)送“”時(shí)，當(dāng)發(fā)送“001c o s)( 0 tAts ?ttnttntn sc 00 s in)(co s)()( ?? ????? ? ??? ”時(shí)發(fā)送“ ”時(shí)發(fā)送“ 0s i n)(c o s)( 1s i n)(c o s)(c o s)(00000 ttnttn ttnttntAtyscsc ?? ?????? ? ??? ”時(shí)發(fā)送“ ”時(shí)發(fā)送“ 0s i n)(c o s)( 1s i n)(c o s)]([)(0000 ttnttn ttnttnAtyscsc ?? ??上式為濾波后的接收電壓，下面用它來計(jì)算誤碼率。 ∴當(dāng)發(fā)送 “1”時(shí)， x(t)的概率密度等于： () 當(dāng)發(fā)送 “0”時(shí)， x(t)的概率密度等于： () 令 h 為判決門限，則將發(fā)送的 “1”錯(cuò)判為 “0”的概率等于： () 式中， 將 “0”錯(cuò)判為 “1”的概率等于： () 當(dāng) P(1) = P(0) 時(shí)，相干解調(diào)的總誤碼率為： () 當(dāng) h 值等于最佳門限值 h*時(shí)， () 當(dāng)信噪比 r1 時(shí)， () 對于包絡(luò)檢波法的誤碼率，這里不做介紹。它有 A 和 B 兩種編碼方式，如圖 26 所示： ??? ?? ”時(shí)當(dāng)發(fā)送“ ”時(shí)當(dāng)發(fā)送“ 0)( 1)()( tn tnAtxcc? ?221 2/)(e x p2 1)( nnAxxp ??? ???? ?? ???????? ???????? ????? hneAher fdxxpP211 21211)(?duexer f x u? ?? 0 22)( ?? ? ???????? ??????????? hneher fdxxpP200 2121)(????????? ?????????????????? ???????? ?????nneeehe r fahe r fPPP ?? 214121412121 01*)(*)( 01 xpxp ?? ?2/21 rerfcPe ?4/1 re erP ?? ?? ?220 2/exp21)( nnxxp ??? ?? 圖 26 正交相移鍵控的兩種方式 產(chǎn)生方法：如圖 27， 28 所示： 1，相乘法 2，選擇法（圖 28） 圖 28 QPSK 產(chǎn)生方法 — 選擇法 解調(diào)方法 （如圖 29） 串 /并 變換 串 /并 變換 帶通 濾波 串 /并 變換 ?1 ?4 ?3 ?2 a b sin?0t 載波 產(chǎn)生 相乘 電路 相乘 電路 ?/2 移相 串 /并 變換 相加 電路 cos?t A(t) s(t) a b 01 11 00 10 45? 00 10 11 01 位 (a) A方式 (b)B方式 參考相位 參考相位 同步 按照同步的功用分為：載波同步、位同步、群同步和網(wǎng)同步。在模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制中，要想實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)，必須有相干載波。 如果接收信號中包含離散的載波分量時(shí)，在接受端可從信號中分離出信號載波作為本地相干波，這樣分離出的本地相干波必然和接收信號的載波頻率相同，但要相位相同，仍要作適當(dāng)調(diào)整。 載波同步的實(shí)現(xiàn)方法 提取載波的方法一般分為兩類：一類是在發(fā)送有用信號的同時(shí)，在適當(dāng)?shù)念l率位置上一個(gè)或多個(gè)稱為導(dǎo)頻的正弦波，接收端就由導(dǎo)頻提取載波，這類方法稱為插入導(dǎo)頻法；另一類是在接受端直接從發(fā)送信號中提取載波，這種方法稱為直接法。這種方法是設(shè)法從接收信號中提取同步載波。 二、 平方變換法和平方環(huán)法 此方法如圖 210 所示： 載波 提取 相乘 低通 抽判 ?/2 相乘 低通 抽判 并 /串 A(t) s(t) a b cos?0t sin?0t 定時(shí) 提取 此方法廣泛用于建立抑制載波的雙邊帶信號的載波同步。若用一窄帶濾波器將 c?2 頻率分量濾出，再進(jìn)行二分頻，就可獲得所需的相干載波。 圖 211 載波提取 三、科斯塔斯（ Costas）環(huán) 即同相正交環(huán)法， 它的原理框圖如圖 214 所 示。 設(shè)輸入的抑制載波雙邊帶信號為 ttm c?cos)( ，并假定環(huán)路鎖定，且不考慮噪低通 壓控 震蕩 90176。 信號 )cos()( ttm c? 分別與 21 VV 、 相乘后得 ： )]2c o s () [ c o s(21)c o s (c o s)(3 ?????? ?????? ttmtttmV ccc () )]2s i n () [ s i n(21)s i n (c o s)(4 ?????? ?????? ttmtttmV ccc () 經(jīng)低通濾波后分別為 ?cos)(215 tmV ? () ?sin)(216 tmV ? () 信道中 的噪聲及信噪比 信道中的噪聲 信道中不需要的電信號統(tǒng)稱為噪聲。由于這樣的噪聲是疊加在信號上的，所以有時(shí)將其稱為加性噪聲。例如，導(dǎo)線、電阻和半導(dǎo)體器件均會產(chǎn)生熱噪聲。 在這類器件中，電子由于其熱能而不斷運(yùn)動，在運(yùn)動中和其他粒子碰撞而隨機(jī)地以折線路徑運(yùn)動，即呈現(xiàn)為布朗運(yùn)動。這個(gè)交流分量稱為熱噪聲。在一個(gè)阻值為 R 的電阻兩端，在頻帶寬度為 B 的范圍內(nèi)，產(chǎn)生的熱噪聲電壓的有效值為： V 4kTRBV ? () 式中， ???k ，為波爾茲曼常數(shù)； T 為熱力學(xué)溫度 ( K。 由于在一般通信系統(tǒng)的工作頻率范圍內(nèi)熱噪聲的頻譜是均勻分布的，好像白光的頻譜在可見光的頻譜范圍內(nèi)均勻分布那樣，所以熱噪聲又稱為白噪聲。 信噪比 一般來講，當(dāng)通信質(zhì)量比較差時(shí)，信噪比在 0~5dB 范圍內(nèi)，當(dāng)通信質(zhì)量比較好時(shí)，信噪比至少應(yīng)該在 10dB 以上。它是一種具有嚴(yán)格數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)和優(yōu)良性能、可以按照預(yù)定要求設(shè)計(jì)的二進(jìn)制碼。更重要的是，它具有良好的相關(guān)特性，可以用于碼分復(fù)用、多址接入、測距、密碼、擴(kuò)展頻譜通信和分離多徑信號等許多領(lǐng)域。其中以 m 序列最為重要，并得到廣泛應(yīng)用。 碼組正交 設(shè)“ +1”和“ 1”表示 二進(jìn)制碼元，碼組由等長的二進(jìn)制碼元組成，長度為 N，并用 x 和 y 表示兩個(gè)碼組： ),(),( 2121 NiNi yyyyyxxxxx ???? ?? 式中， Niyx ii ?,2,1),1,1(, ???? . 則將兩個(gè)碼組的互相關(guān)系數(shù)定義為： iNi iyxNyx ???11),(? () 并將 0),( ?yx? 作為兩碼組正交的充分必要調(diào)件。 若一個(gè)碼組中所有碼均兩兩正交，則稱該碼組為正交碼組。當(dāng) 0?? 時(shí)，稱碼組為正交編碼；若 0?? ，稱為準(zhǔn)正交編碼。 若將正交編碼用于碼分復(fù)用中的“載波”，則合成的多路信號很容易用于計(jì)算互相關(guān)系數(shù)的方法分開。這種矩陣是法國數(shù)學(xué)家 于1893 年首先構(gòu)造出來的。最低價(jià)的阿達(dá)瑪矩陣是 2 階的，如下式： ?????? ?? ??? 11 112H 為簡單起見，后面用“ +”代表“ +1”，用“ ”代表“ 1”。 上式中直積的算法是將矩陣 2/NH 中的每個(gè)元素都用矩陣 2H 代替。由上面方法構(gòu)造出的 H 矩陣是對稱矩陣，而且其第一行和第一列中的元素全為“ +” 。不難驗(yàn)證，若交換正規(guī) H 矩陣的任意兩行或兩列，或者改變?nèi)我恍校ɑ蛄校┲械娜吭氐姆枺瑒t此矩陣仍為 H 矩陣，并保持其正交性質(zhì)，但不一定是正規(guī)矩陣了。 最后要說的是，若將 H 矩陣中的各行按符號改變次數(shù)由少到多排列，則得到沃爾什（ Walsh）矩陣。 香農(nóng)定理： )/1(lo g 2 NSBC ??? ，其中 C 為信道容量， B 為傳輸帶寬， S/N為信噪比。當(dāng)噪聲功率趨近 0 時(shí)，信道容量趨近無窮。當(dāng)信道帶寬趨于無窮時(shí)，信道容量并不趨于無窮，而是趨于一個(gè)固定值。比如，可以通過增加系統(tǒng)的傳輸帶寬來降低接收機(jī)對信噪比的要求，即以犧 牲系統(tǒng)的有效性來換取系統(tǒng)的可靠性，這也正是擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)。常用的PN 序列有 m 序列、及 GOLD 序列 ，正交序列如 Walsh 序列 。采用的脈沖越窄，擴(kuò)展的頻譜越寬。 設(shè)碼片長度為 Tc，信息比特長度 1/R， CT ?? 1/R，偽隨機(jī)序列乘以信息比特的目的是把二進(jìn)制比特信息流轉(zhuǎn)化成一個(gè)更寬頻譜的類噪聲序列，這也說明了擴(kuò)頻通信這個(gè)詞可以與縮寫詞 CDMA 交換使用。系統(tǒng)的擴(kuò)頻增益越大， CDMA 系統(tǒng)的性能就越有效。對于 CDMA2020 系統(tǒng)， dBKMRWG bp 21)(l o g10)/(l o g10 1010 ????? () 在直接序列擴(kuò)頻 DSSS 通信系統(tǒng)中，最常用的是 BPSK、 QPSK、 MSK。頻譜擴(kuò)展是由擴(kuò)頻碼 )(tc 與輸入基帶信號 )(tm 相乘實(shí)現(xiàn)的。假設(shè)信號碼元持續(xù)時(shí)間等于 T，擴(kuò)頻碼的碼元（稱為碼片 chip）持續(xù)時(shí)間等于 cT ,并將其稱為碼片持續(xù)時(shí)間。因此，已