擴(kuò)頻和基本原理詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有45頁\編輯于星期六（優(yōu)選）擴(kuò)頻和基本原理現(xiàn)在是2頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/233上講內(nèi)容（1）發(fā)射機(jī)信源編碼交織器信道編碼調(diào)制器射頻發(fā)射射頻接收解調(diào)器解交織信道解碼信源解碼信道接收機(jī)現(xiàn)在是3頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/234上講內(nèi)容（2）

Shannon信道容量公式其中，B

=帶寬，單位：Hz；C=信道容量，單位：bps；S=信號功率；N=噪聲功率?，F(xiàn)在是4頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/235本講內(nèi)容擴(kuò)頻（直接序列擴(kuò)頻）原理FDMA/TDMA/CDMA原理主要的現(xiàn)有系統(tǒng)現(xiàn)在是5頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/236直接序列擴(kuò)頻原理背景滿足的條件擴(kuò)頻系統(tǒng)的種類PN序列擴(kuò)頻增益擴(kuò)頻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)在是6頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/237背景通信信號的加密、抗干擾、低截獲概率雷達(dá)測距無線蜂窩系統(tǒng)的多址接入：CDMA現(xiàn)在是7頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/238擴(kuò)頻系統(tǒng)需滿足的條件傳輸信號帶寬>>傳輸信息需要的帶寬采用了擴(kuò)頻信號（編碼信號）發(fā)射端用編碼信號對信息進(jìn)行擴(kuò)頻接收端用編碼信號副本對接收到的擴(kuò)頻后信號解擴(kuò)兩種實(shí)現(xiàn)方法傳輸基準(zhǔn)一路傳輸數(shù)據(jù)調(diào)制，一路傳輸未調(diào)制信號存儲基準(zhǔn)：噪聲輪、PN序列現(xiàn)在是8頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/239擴(kuò)頻系統(tǒng)的種類DSFHTH混合現(xiàn)在是9頁\一共有45頁\編輯于星期六Barker碼2023/4/2310現(xiàn)在是10頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2311PN序列PN信號實(shí)質(zhì)上是收發(fā)端預(yù)知的確定性周期信號，簡化了存儲基準(zhǔn)（SR）方式的實(shí)現(xiàn)PN序列應(yīng)具備的隨機(jī)特征平衡特性：每個周期內(nèi)的“0”、“1”數(shù)目近似相等游程分布特性相關(guān)特性易于實(shí)現(xiàn)：移位寄存器序列由寄存器、模2加法器和反饋支路組成特性：良好的自相關(guān)特性和豐富的頻率分量現(xiàn)在是11頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2312PN序列自相關(guān)特性現(xiàn)在是12頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2313擾碼(Gold)發(fā)生器Gold碼是Gold于1967年提出的，它是用一對優(yōu)選的周期和速率均相同的m序列模二加后得到的現(xiàn)在是13頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2314DS系統(tǒng)模型：實(shí)現(xiàn)描述擴(kuò)頻解擴(kuò)信息信息干擾或噪聲PN序列PN序列現(xiàn)在是14頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2315現(xiàn)在是15頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2316DS系統(tǒng)模型：理論描述fX(w)S(w)積分器實(shí)質(zhì)上是一低通濾波器現(xiàn)在是16頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2317系統(tǒng)處理增益（Gp）定量描述了干擾抑制的程度，它是RF帶寬和信息速率之比，表示為：SS系統(tǒng)的噪聲電平由熱噪聲和干擾決定。對給定用戶，輸入和輸出SNR的關(guān)系為：處理增益現(xiàn)在是17頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2318擴(kuò)頻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)降低信號能量密度（平均功率）－低截獲概率抑制干擾－抗干擾提高時間分辨率（力）－測距、多址接入現(xiàn)在是18頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2319噪聲中的信號檢測在熱噪聲背景下，DS系統(tǒng)和非擴(kuò)頻系統(tǒng)的Eb/No（差錯性能）相同，不能提升系統(tǒng)性能擴(kuò)頻沒有提高抗熱噪聲能力，但對性能也沒有損害，可用來適應(yīng)FCC15的要求或用于多址接入系統(tǒng)（CDMA）現(xiàn)在是19頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2320干擾中的信號檢測所謂抗干擾，即迫使干擾方將其有限的資源分散到很寬的頻段、很長的時間和不同的空間位置上DSSS實(shí)現(xiàn)頻率分集，在頻域上提升干擾難度在DSSS系統(tǒng)中，全頻帶干擾要求更高的干擾功率或更寬的干擾帶寬在DSSS系統(tǒng)中，部分頻帶干擾在解擴(kuò)后成為寬帶干擾智能干擾脈沖干擾（需要知道通信接收機(jī)性能）欺騙型干擾（需要接收到擴(kuò)頻序列）現(xiàn)在是20頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2321現(xiàn)在是21頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2322本講內(nèi)容擴(kuò)頻（直接序列擴(kuò)頻）原理FDMA/TDMA/CDMA原理主要的現(xiàn)有系統(tǒng)現(xiàn)在是22頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2323雙工/多址方式TDD–TimeDivisionDuplexFDD–FrequencyDivisionDuplexFDMA–FrequencyDivisionMulti-AccessTDMA–TimeDivisionMulti-AccessCDMA–CodeDivisionMulti-Access現(xiàn)在是23頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2324現(xiàn)在是24頁\一共有45頁\編輯于星期六TDMA優(yōu)于FDMA設(shè)備量小FDMA中，基站中必須有多個信道單元（發(fā)射-接收機(jī)對）TDMA中一般采用單載波方式，可采用非線性功放TDMA的資源分配比FDMA靈活占空比小，節(jié)能容量2023/4/2325現(xiàn)在是25頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2326CDMA系統(tǒng)原理上行鏈路采用PN序列區(qū)分用戶下行鏈路采用PN序列區(qū)分不同扇區(qū)和基站下行鏈路采用Walsh碼區(qū)分用戶兩兩完全正交延遲相關(guān)特性不好長度為8的Walsh函數(shù)舉例0000000001010101001100110110011000001111010110100011110001101001現(xiàn)在是26頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2327FDMA容量舉例AMPS下行信道869～894MHz；上行信道824～849MHz每家公司有12.5MHz下行信道總帶寬和12.5上行信道總帶寬單信道（子帶）帶寬30kHz；上下行信道間隔45MHz7小區(qū)結(jié)構(gòu)，即1/7頻率復(fù)用因子每小區(qū)子帶數(shù)≈12.5M/30k/7≈59現(xiàn)在是27頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2328TDMA容量舉例IS-54（IS-136）與AMPS兼容，每條信道帶寬為30kHz每路語音信號僅需8kbps（采用聲碼器）則每個信道子帶可容納30k/8k＞3TDMA系統(tǒng)的小區(qū)容量是模擬頻分系統(tǒng)的3倍以上現(xiàn)在是28頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2329CDMA容量舉例(1)前提：干擾遠(yuǎn)大于本底噪聲Gp：處理增益Eb/No：達(dá)到某個誤幀率所需要的信納比Gv：話音激活而獲得的增益（平均值2.5）H0：相鄰小區(qū)干擾而引入的容量減少（實(shí)際值1.4～1.55，平均值1.5）γ：扇區(qū)劃分的干擾減小而引入的容量改善，約為1.5其他因素包括功率控制的不精確（平均值0.85）現(xiàn)在是29頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2330CDMA容量舉例(2)取Eb/No為5（7dB，BPSK的BER為10-3）信號帶寬12.5MHz，信息帶寬10kbps，則處理增益Gp＝1250Gv、γ、H0分別取為2.5、1.5、1.55非理想功控等因素取為0.85小區(qū)容量為1250/5×2.5/1.55×1.5×0.85≈514，是TDMA的（514/(59*3)≈3）倍現(xiàn)在是30頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2331干擾限制和尺度限制系統(tǒng)FDMA、TDMA尺度（頻域/時域）受限FDMA系統(tǒng)容量受到頻段劃分的限制TDMA系統(tǒng)為不同用戶分配不同時隙進(jìn)行通信CDMA系統(tǒng)是干擾受限系統(tǒng)對Eb/N0的需求極大的影響系統(tǒng)容量，每減小1dB，可增加約25%的容量N0由功率電平、同步狀況、碼本相關(guān)性決定現(xiàn)在是31頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2332同步：捕獲與跟蹤捕獲并行搜索：相關(guān)器和匹配濾波器串行搜索序貫檢測跟蹤遲早門匹配濾波器現(xiàn)在是32頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2333捕獲的任務(wù)搜索一段不確定的時間和頻率范圍，使接收到的擴(kuò)頻信號與本地生成擴(kuò)頻序列同步考慮的因素：收發(fā)兩端的距離不確定性收發(fā)兩端的時鐘偏差引起的擴(kuò)頻信號相位差收發(fā)兩端的相對速度引起的多普勒偏移（擴(kuò)展）收發(fā)兩端的振蕩器頻率差引起的擴(kuò)頻序列間的頻率差（低頻調(diào)制）主要指標(biāo)：虛警概率、檢測概率、捕獲時間現(xiàn)在是33頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2334串、并行搜索利用PN序列相關(guān)性特點(diǎn)采用相關(guān)器或匹配濾波器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在是34頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2335序貫檢測器利用了PN序列的確定性，而沒有利用PN序列的相關(guān)特性基于碼片的硬判決解調(diào)，對噪聲或干擾敏感高信噪干比下，捕獲速度快，Tacq＝nTc現(xiàn)在是35頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2336跟蹤（細(xì)同步）DLL（Delay-LockedLoop，全時早遲門跟蹤環(huán)路）和TDL（Tau-DitherLoop，共享早遲門跟蹤環(huán)路）兩種方法可采用模擬和數(shù)字兩種方法實(shí)現(xiàn)主要指標(biāo)：跟蹤精度和跟蹤速度現(xiàn)在是36頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2337跟蹤方法的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在是37頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2338本講內(nèi)容擴(kuò)頻（直接序列擴(kuò)頻）原理FDMA/TDMA/CDMA原理主要的現(xiàn)有系統(tǒng)現(xiàn)在是38頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2339現(xiàn)有的無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化近距：PLAN（藍(lán)牙）中距：WLAN（802.11b、a、g）遠(yuǎn)距：蜂窩（GSM、cdma2000、WCDMA）非網(wǎng)絡(luò)化通信電臺無線廣播現(xiàn)在是39頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2340主要CDMA系統(tǒng)現(xiàn)在是40頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/23413G系統(tǒng)原理用戶數(shù)據(jù)與碼片相乘，從而把用戶信息擴(kuò)展到寬的帶寬上為支持高速率，采用多碼傳輸為支持可變的用戶數(shù)據(jù)速率，即支持帶寬需求（BoD）概念。用戶數(shù)據(jù)速率在幀間是可變的，從而實(shí)現(xiàn)無線容量的快速分配多種不同質(zhì)量要求（QoS）的業(yè)務(wù)復(fù)用到一個連接上現(xiàn)在是41頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/23423G系統(tǒng)的QoS類型會話類型語音業(yè)務(wù)：低時延（400ms）、業(yè)務(wù)量對稱可視電話（電路交換、分組交換）：時延要求類似、BER要求更嚴(yán)格流類型流媒體：非對稱、信息實(shí)體間保持一定的時間關(guān)系兩種應(yīng)用：28.8kbps（網(wǎng)頁廣播）、100～7300bps局域網(wǎng)視頻點(diǎn)播用媒體播放軟件（realone、wmp）或?yàn)g覽器插件播放互動類型網(wǎng)頁瀏覽、信息檢索：請求－響應(yīng)的往返延遲、數(shù)據(jù)的完整性電腦游戲：最大延遲要求高的也可歸入會話類型；J2ME后臺類型Email、短消息（SMS、MMS）等：數(shù)據(jù)完整性、大時延現(xiàn)在是42頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4/2343工作方式WCDMAFDD模式下，上、下行鏈路分別使用兩個獨(dú)立的5MHz帶寬；cdma2000上、下行鏈路分別使用兩個獨(dú)立的1.25MHz帶寬；TD－SCDMA工作在TDD模式下，上下行鏈路分時共享1.5MHz帶寬cdma2000支持同步基站操作，簡化了系統(tǒng)同步，增強(qiáng)了定位功能WCDMA支持異步基站操作，這樣不需要全局時間參考（如GPS），使得室內(nèi)小區(qū)和微小區(qū)基站的布站變得簡單WCDMA可與GSM協(xié)同工作，支持兩種模式間的在線切換，這樣在引入WCDMA后可增加GSM的覆蓋現(xiàn)在是43頁\一共有45頁\編輯于星期六2023/4