1、基本原理,课程内容,CDMA含义和相关概念扩频通信定义,特点及分类扩频码的选择- WALSH码- PN短码- PN长码,课程内容,CDMA含义和相关概念扩频通信定义,特点及分类扩频码的选择- WALSH码- PN短码- PN长码,多址技术,自从电话技术和无线电技术问世以来，人们就在试图通过单条电路传送尽可能多的业务。 传输介质类型举例： 双绞线 同轴电缆 光缆 空中接口(无线电信号) 采用多址技术的好处 增加系统的容量，为更多的用户提供服务 因为所需传输媒介减少，降低了系统成本 降低单用户的费用,每对用户各自通过传输介质使用一专用电路通信而彼此并不知道其他用户的存在。,多址技术： 多个独立用户
2、同时使用传输介质而互不影响。,信道,物理传输介质是一种可以根据所采用的不同技术进一步划分为单个信道的资源： 下面介绍几种最流行的多址技术： FDMA 频分多址 每个用户使用不同的频率 一个信道对应一个频率 TDMA 时分多址 每个用户使用不同的时隙 一个信道就是特定频率的特定时隙 CDMA 码分多址 一个信道对应一种独特的码序列。 每个用户使用相同的频率，但采用不同的码序列。,信道： 通过传输媒介为一个用户传送信息的专用通路。,CDMA是码分,45 or 80 MHz,CDMA频点与信道,CDMA 反向信道 1.25 MHz,CDMA 前向信道 1.25 MHz,码分信道,频率,CDMA用的是
3、扩频,课程内容,CDMA含义和相关概念扩频通信定义,特点及分类扩频码的选择- WALSH码- PN短码- PN长码,扩频通信的定义,扩展频谱（SS:Spread Spectrum)通信简称扩频通信。扩频通信技术:在发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必须的带宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解调来解扩以恢复所传信息数据。,扩频、解扩中频域时域的变化,频谱仪实测的CDMA前向信号,1.25 MHz Downlink,Pilot, Paging and Sync Combined Amplitude (Fixed Overhead Power),CDMA扩频原理,发端数据流与一扩
4、频序列结合到一起 在终接端，只要具备正确的定时和扩频序列，合成信号可以被压缩并恢复出原始数据 压缩频谱后，恢复出的原始数据流仍然保持完整。,CDMA扩频原理-多次连续扩频,可以采用连续多个扩频序列进行扩频，然后以相反的顺序进行频谱压缩，恢复出原始数据 这些扩频序列可以具有所需的不同特征 发端所用的扩频序列必须与终接端所用序列保持同步。,扩频通信的特点和分类,隐蔽性和保密性好 多个用户可以同时占用相同频带,实现多址 抗衰落、抗多径干扰 抗干扰能力强,直接序列扩展频谱DSSS CDMA采用的是直接序列扩频，即将需要传送的信号与速率远大于信息速率的伪随机序列编码（扩频码）直接混合，这样调制信号的频谱
5、宽度远大于原来信息的频谱宽度。跳频FH跳时TH线性调频chirp,不同用户使用不同的扩频码,课程内容,CDMA含义和相关概念扩频通信定义,特点及分类扩频码的选择- WALSH码- PN短码- PN长码,数字信号的表示,二进制的值,0 1,电流 无 有,电压 负 正,穿孔纸带 无孔 有孔,音频调幅 无音频 有音频,移频键控 较高频率 较低频率,移相键控 和基准相位相反,和基准相位相同,差分移相键控,反相 不反相,电报 空号 传号,数字信号的编码,采用二进制表示数字信号的突出优点在于电路的实现 非常容易，这是因为表示两种状态的元器件很多，比如 以下的几种方式： 继电器的吸合与释放； 二极管的导通与
6、截止； 三极管的饱和与截止； 触发器、磁心等两种对立状态。 前提是大家都要遵循一定的约定。 为了保证硬件电路的工作，需要对其表示的信息按一定的 规律进行编码。,二进制编码,数字信号的符号“1”或者“0”是电码的基本单元，简称码 元，由若干码元做成一个码组，代表一个字符、数字、 指令或字母，这种方法称为二进制编码。,如电报、电传码，五进制；ASCII码；计算机里的八进制 十六进制等。,CDMA用码序列,码分多址的含义,所谓码分多址是指以不同的二进制码来区分不同的用户的多址方式，这种多址方式是相对于FDMA和TDMA而言的。 IS-95中，多址的概念并不唯一表示为码分用户多址，还包括码分基站多址和
7、码分信道多址。这三种多址方式的实现采用了三种不同的码序列，它们具有各不相同的特点，起着各不相同的作用。 地址码的选择直接影响到CDMA系统的容量、抗干扰能力、接入和切换速度等性能。,扩频码速率：1.2288Mc/s；扩频码：前向为Walsh码和PN短码，反向为PN长码。,CDMA扩频码的选择,扩频码的使用是扩频通信的关键点,PN码及其应用,伪随机序列 m序列 相位的概念 掩码的概念 正交、自相关、互相关,伪随机序列,伪随机序列：具有类似噪声序列的性质，是一种貌似随机但实际上有规律的周期性二进制序列。,相位的概念,不同序列的不同的相位标识不同的基站、移动台和用户。 PN长码标识不同用户 PN短码
8、标识不同基站 Walsh码标识不同前向信道,掩码的概念,不同的掩码值能使m序列产生不同的相位。 IS-95系统中用手机的ESN（电子串号）来计算出标识不同用户的掩码,正交、自相关、互相关,正交：为了实现选址通信，要求信号之间必须正交或准正交保证信号间不受干扰。所谓正交，来自数学，两条直线相互垂直称为正交。,自相关：自相关函数表征一个信号延迟一段时间后，与自身信号的相似性。CDMA用码序列，要求自相关性越大越好，这样能充分保证接收端的判别和解调。,互相关：两个不同信号的相似性，用互相关函数来表征。在CDMA中不同用户应选用互相关性小的信号作为地址码。,正交、自相关、互相关,举例:以四阶Walsh
9、码 特性 来说明正交与相关性,注意:正电平1-逻辑0负电平-1-逻辑1,举例:以四阶Walsh码 特性 来说明正交与相关性,伪随机序列(PN码)：具有类似噪声序列的性质，是一种貌似随机但实际上有规律的周期性二进制序列。,CDMA系统中的PN码,m序列的定义,m序列是一种重要的二进制的伪随机序列。 m序列是“最长线性反馈移位寄存器序列”的简称。具体定义如下：如果r级线性移位寄存器输出序列的周期是P=2r 1，则该序列称为m序列。m序列发生器由：移位寄存器、反馈抽头、模2加法器组成。 m序列的关键性质：周期很大时几乎是正交的。,a(n-1),a(n-2),a(n-3),a(n-4),a(n),输出
10、,a(n)=a(n-1) a(n-2) a(n-3) a(n-4),假定初态：a(n-4)a(n-3)a(n-2)a(n-1)=1000,由四级移位寄存器构成的序列发生器,m序列的基本性质,伪随机序列 周期：P=2r-1，r为移位寄存器级数 m序列和其移位后的序列逐位模二加，所得序列还是m序列，只是初相不同 两个不同相位的m序列，当周期 P 很大时，这两个序列几乎是正交的,m序列自相关性非常好，所以CDMA中选择m序列PN码作为地址码,不同相位的m序列几乎正交，所以CDMA中用来为每一用户的业务信道分配了一个相位,PN码在CDMA中的应用,CDMA系统中有两个序列的PN码：PN长码：242 1
11、 (r = 42)PN短码：215 (r = 15) 不同的用途前向信道：长码扰码，短码正交调制（标识基站）反向信道：长码扩频（标识用户），短码正交调制,PN短码:以四位移位寄存器为例,注意:PN序列如何产生?PN序列的长度周期?PN序列相关与正交性?,PN短码序列,短码序列I和Q均为32,768chip， 短码序列可以看作具有I和Q两种不同成分序列的二维二进制矢量，每一个的长度为32,768chip 每一个短码序列均与它自身完全相关，即与时间偏置为零的短码序列完全相关。 一个零偏置短码序列与它自身的任何非零偏置的短码序列正交。 实际中以64chips偏移做为一个偏移序号(PN_OFFSET_
12、INDEX), 即可用的PN码是0-511,PN长码:以四位移位寄存器为例,XOR),mask,XOR,Original PN sequence,New PN sequence,AND,AND,AND,AND,注意:不同的MASK导致不同的偏移!,PN长码序列,每个移动台使用一个唯一的用户长码序列，该序列是根据42位长码寄存器的内容、32位的ESN及掩码生成的，长码寄存器在移动台初始化期间与CDMA系统建立同步 速率1.2288Mcps，周期为41天10小时12分钟19.4秒 通话期间，虽然不同移动台产生的用户长码不是严格正交的，但彼此非常不同，在反向链路上足以对其可靠解码。,长码寄存器 (
13、1.2288 MCPS),公共长码掩码(静态),用户长码序列 (1.2288 MCPS),AND,=,S,U,M,模2加,Walsh码及应用,Walsh函数的定义 Walsh码的应用,Walsh码在CDMA中的应用,Walsh函数是一种非正弦波的完备正交函数系统，可用哈达玛矩阵H通过递推关系构成。由于它仅有可能的取值是1和1（或0和1），比较适合于用来表达和处理数字信号。Walsh函数具有理想的互相关特性。在Walsh函数中，两两之间的互相关函数为“0”，亦即它们之间是正交的。,Walsh码的定义:,CDMA系统中的WALSH码,WALSH CODES# - 64-Chip Sequence
14、-0 00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001 01010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101012 00110011001100110011001100110011001100110011001100110011001100113 01100110011001100110011001100110011001100110011001100110011001104 000011110000111100001111000011110
15、00011110000111100001111000011115 01011010010110100101101001011010010110100101101001011010010110106 00111100001111000011110000111100001111000011110000111100001111007 01101001011010010110100101101001011010010110100101101001011010018 00000000111111110000000011111111000000001111111100000000111111119 010
16、1010110101010010101011010101001010101101010100101010110101010 10 0011001111001100001100111100110000110011110011000011001111001100 11 0110011010011001011001101001100101100110100110010110011010011001 12 0000111111110000000011111111000000001111111100000000111111110000 13 0101101010100101010110101010010
17、101011010101001010101101010100101 14 0011110011000011001111001100001100111100110000110011110011000011 15 0110100110010110011010011001011001101001100101100110100110010110 16 0000000000000000111111111111111100000000000000001111111111111111 17 01010101010101011010101010101010010101010101010110101010101
18、01010 18 0011001100110011110011001100110000110011001100111100110011001100 19 0110011001100110100110011001100101100110011001101001100110011001 20 0000111100001111111100001111000000001111000011111111000011110000 21 0101101001011010101001011010010101011010010110101010010110100101 22 0011110000111100110
19、000111100001100111100001111001100001111000011 23 0110100101101001100101101001011001101001011010011001011010010110 24 0000000011111111111111110000000000000000111111111111111100000000 25 0101010110101010101010100101010101010101101010101010101001010101 26 00110011110011001100110000110011001100111100110
20、01100110000110011 27 0110011010011001100110010110011001100110100110011001100101100110 28 0000111111110000111100000000111100001111111100001111000000001111 29 0101101010100101101001010101101001011010101001011010010101011010 30 0011110011000011110000110011110000111100110000111100001100111100 31 0110100
21、110010110100101100110100101101001100101101001011001101001 32 0000000000000000000000000000000011111111111111111111111111111111 33 0101010101010101010101010101010110101010101010101010101010101010 34 0011001100110011001100110011001111001100110011001100110011001100 35 01100110011001100110011001100110100
22、11001100110011001100110011001 36 0000111100001111000011110000111111110000111100001111000011110000 37 0101101001011010010110100101101010100101101001011010010110100101 38 0011110000111100001111000011110011000011110000111100001111000011 39 011010010110100101101001011010011001011010010110100101101001011
23、0 40 0000000011111111000000001111111111111111000000001111111100000000 41 0101010110101010010101011010101010101010010101011010101001010101 42 0011001111001100001100111100110011001100001100111100110000110011 43 0110011010011001011001101001100110011001011001101001100101100110 44 00001111111100000000111
24、11111000011110000000011111111000000001111 45 0101101010100101010110101010010110100101010110101010010101011010 46 0011110011000011001111001100001111000011001111001100001100111100 47 0110100110010110011010011001011010010110011010011001011001101001 48 000000000000000011111111111111111111111111111111000
25、0000000000000 49 0101010101010101101010101010101010101010101010100101010101010101 50 0011001100110011110011001100110011001100110011000011001100110011 51 0110011001100110100110011001100110011001100110010110011001100110 52 0000111100001111111100001111000011110000111100000000111100001111 53 01011010010
26、11010101001011010010110100101101001010101101001011010 54 0011110000111100110000111100001111000011110000110011110000111100 55 0110100101101001100101101001011010010110100101100110100101101001 56 0000000011111111111111110000000011111111000000000000000011111111 57 010101011010101010101010010101011010101
27、0010101010101010110101010 58 0011001111001100110011000011001111001100001100110011001111001100 59 0110011010011001100110010110011010011001011001100110011010011001 60 0000111111110000111100000000111111110000000011110000111111110000 61 0101101010100101101001010101101010100101010110100101101010100101 62
28、 0011110011000011110000110011110011000011001111000011110011000011 63 0110100110010110100101100110100110010110011010010110100110010110,Walsh码的应用,用64阶Walsh函数进行前向扩频，区分前向码分信道 反向正交调制,1x中可变长Walsh码的使用,在CDMA2000-1X中，数据率越高，则WALSH的长度越短，用了较短的WALSH码之后，则相应的由其生成的长WALSH码不可以再使用. 如在RC3模式下，如果达到153.6KBPS的速率，则使用WC4的一个码，则相应的有16个WC64不能再使用，为什么会是这样？ 如果一个短码是01,那么相应的以01开头的其他walsh码就不能用，不然系统就不能区分。 以WC4开头的WC64有16个，所以它们不能使用。,为何数据速率越高,使用的Walsh码就必须越短?,PN、Walsh码应用小结,
