《CDMA系統(tǒng)原理》ppt課件

1、CDMA系統(tǒng)原理CDMA原理概述 CDMA系統(tǒng)是基于碼分技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)和多址技術(shù)的通訊系統(tǒng)，系統(tǒng)為每個(gè)用戶分配各自特定地址碼。地址碼之間具有相互準(zhǔn)正交性，從而在時(shí)間、空間和頻率上都可以重疊；將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的偽隨機(jī)碼進(jìn)展調(diào)制，使原有的數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，接納端進(jìn)展相反的過(guò)程，進(jìn)展解擴(kuò)，加強(qiáng)了抗干擾的才干 。 在發(fā)端輸入的信息先經(jīng)信息調(diào)制構(gòu)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。 在接納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)端一樣的擴(kuò)頻碼序列去相關(guān)解擴(kuò)。再經(jīng)信息

2、解調(diào)、恢復(fù)成原始信息輸出。 由此可見(jiàn)，般的擴(kuò)頻通訊系統(tǒng)都要進(jìn)展三次調(diào)制和相應(yīng)的解調(diào)。一次調(diào)制為信息調(diào)制，二次調(diào)制為擴(kuò)頻調(diào)制，三次調(diào)制為射頻調(diào)制，以及相應(yīng)的信息解調(diào)、解擴(kuò)和射頻解調(diào)。與普統(tǒng)統(tǒng)訊系統(tǒng)比較，擴(kuò)頻通訊就是多了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)部分。 Cdma系統(tǒng)發(fā)射機(jī)框圖 擴(kuò)展頻譜通訊系統(tǒng)是指將待傳輸信息的頻譜用某個(gè)特定的擴(kuò)頻函數(shù)擴(kuò)展后成為寬頻帶信號(hào)，送入信道中傳輸。在接納端利用相應(yīng)手段將信號(hào)解緊縮，從而獲取傳輸信息的通訊系統(tǒng)。也就是說(shuō)在傳輸同樣信息時(shí)所需的射頻帶寬，遠(yuǎn)比我們已熟知的各種調(diào)制方式要求的帶寬要寬得多。擴(kuò)頻帶寬至少是信息帶寬的幾十倍甚至幾萬(wàn)倍。信息不再是決議調(diào)制信號(hào)帶寬的一個(gè)重要要素，其調(diào)制信

3、號(hào)的帶寬主要由擴(kuò)頻函數(shù)來(lái)決議。 信號(hào)頻譜被展寬了。在常規(guī)通訊中，為了提高頻率利用率，通常都是采用大體相當(dāng)帶寬的信號(hào)來(lái)傳輸信息，即在無(wú)線電通訊中射頻信號(hào)的帶寬和所傳信息的帶寬是屬于同一個(gè)數(shù)量級(jí)的，但擴(kuò)頻通訊的信號(hào)帶寬與信息帶寬之比那么高達(dá)1001000，屬于寬帶通訊，緣由是為了提高通訊的抗干擾才干，這是擴(kuò)頻通訊的根本思想和實(shí)際根據(jù)。 采用擴(kuò)頻碼序列調(diào)制的方式來(lái)展寬信號(hào)頻譜。由信號(hào)實(shí)際知道，脈沖信號(hào)寬度越窄，其頻譜就越寬，信號(hào)的頻帶寬度和脈沖寬度近似成反比，因此，越窄的脈沖序列被所傳信息調(diào)制，那么可產(chǎn)生很寬頻帶的信號(hào)。擴(kuò)頻碼序列就是很窄的脈沖序列 擴(kuò)頻技術(shù) 直接序列擴(kuò)頻CDMADS-CDMA：用待

4、 傳信息信號(hào)與高速率的偽隨機(jī)碼序列相后， 去控制射頻信號(hào)的某個(gè)參量而擴(kuò)展頻譜。 常用的偽隨機(jī)序列有m序列和Gold序列。 m 序列 是最長(zhǎng)線性移位存放器序列的簡(jiǎn)稱。 它是由多級(jí)移位存放器或其他延遲元件經(jīng)過(guò) 線性反響產(chǎn)生的最長(zhǎng)的碼序列。直接序列擴(kuò)頻信 道相 乘解 調(diào)調(diào) 制相 乘本 振PN碼PN碼相 干載 波信 息 碼 元信 息 碼 元實(shí)驗(yàn)一 GOLD序列特性實(shí)驗(yàn) 察看GOLD序列的波形頻譜。 察看GOLD序列的自相關(guān)和相互關(guān)特性 m序列雖然性能優(yōu)良，但同樣長(zhǎng)度的m序列個(gè) 數(shù)不多，且序列之間的相互關(guān)值并不都好。 Gold序列是m序列的復(fù)合碼，它是由兩個(gè)碼 長(zhǎng)相等、碼時(shí)鐘速率一樣的m序列優(yōu)選對(duì)模 二

5、和構(gòu)成的。其中m序列優(yōu)選對(duì)是指在m序列 集中，其相互關(guān)函數(shù)最大值的絕對(duì)值最接近或到達(dá) 相互關(guān)值下限最小值的一對(duì)m序列。 線性移位存放器 Gold序列是m序列的復(fù)合碼，它是由兩個(gè)碼長(zhǎng)相等、碼時(shí)鐘速率一樣的m序列優(yōu)選對(duì)模二和構(gòu)成的。其中m序列優(yōu)選對(duì)是指在m序列集中，其相互關(guān)函數(shù)最大值的絕對(duì)值最接近或到達(dá)相互關(guān)值下限最小值的一對(duì)m序列。這里我們定義優(yōu)選對(duì)為：設(shè)A是對(duì)應(yīng)于n級(jí)本原多項(xiàng)式fx所產(chǎn)生的m序列，B是對(duì)應(yīng)于n級(jí)本原多項(xiàng)式gx所產(chǎn)生的m序列，當(dāng)他們的相互關(guān)函數(shù)滿足：的整數(shù)倍數(shù)不是為偶數(shù)，為奇數(shù)4n1212)(2221,nnkRnnba串聯(lián)型和并聯(lián)型序列發(fā)生器x1x3x2x4x6x5x7x9x8x

6、10 x12x11x1x3x2x4x6x5x1x3x2x4x6x5f（x）=1+x+x6g（x）=1+x+x2+x5+x6 即GOLD序列就是很窄的脈沖序列構(gòu)成的擴(kuò)頻函數(shù)。 它能展寬信號(hào)頻譜，提高通訊抗干擾才干實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)二 GOLD序列的捕獲與跟蹤實(shí)驗(yàn)序列的捕獲與跟蹤實(shí)驗(yàn) 察看滑動(dòng)相關(guān)電路各點(diǎn)波形頻譜，了解滑動(dòng)相關(guān)電路的任務(wù)原理。 察看延遲鎖定電路各點(diǎn)波形頻譜，了解延遲鎖定電路的任務(wù)原理。 察看擴(kuò)頻碼的捕獲和跟蹤過(guò)程。 在擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)中，為了使接納端可以正確恢復(fù)信碼，必需使接納端產(chǎn)生的解擴(kuò)用的偽隨機(jī)碼和發(fā)送端的偽隨機(jī)碼同步。偽隨機(jī)碼的同步普通分兩步進(jìn)展。第一步是搜索和捕獲偽隨機(jī)碼的初始相位，使

7、與發(fā)端的碼相位誤差小于1bit，這就可保證解擴(kuò)后的信號(hào)經(jīng)過(guò)相關(guān)器后面的窄帶中頻濾波器，通常稱這一步為初始同步或捕獲；第二步是在初始同步的根底上，使碼相位誤差進(jìn)一步減小，使所建立的同步堅(jiān)持下去，通常稱這一步為跟蹤?；瑒?dòng)相關(guān)捕獲原理 包絡(luò)檢波解擴(kuò)時(shí)鐘PN碼發(fā)生器扣碼BPF門限判決解調(diào) 實(shí)現(xiàn)跟蹤也是利用偽隨機(jī)碼的相關(guān)特性實(shí)現(xiàn)的。普通采用延遲鎖定環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)接納到的信號(hào)和本地的PN序列到達(dá)同步以后，我們就說(shuō)時(shí)間參考曾經(jīng)建立。延遲鎖定環(huán)是經(jīng)過(guò)一非線性的反響環(huán)路來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)的跟蹤和同步作用。延遲鎖定技術(shù)是使本地PN序列發(fā)生器跟蹤或鎖定于外來(lái)的PN序列。兩個(gè)PN序列在時(shí)延上的差別需求經(jīng)過(guò)相關(guān)運(yùn)算

8、來(lái)監(jiān)視：假設(shè)兩個(gè)PN序列的相位一樣，那么有最大的相關(guān)輸出，反之假設(shè)相位不同，那么輸出很小。PN碼的跟蹤原理 包絡(luò)檢波BPF包絡(luò)檢波BPF環(huán)路濾波壓控時(shí)鐘PN碼發(fā)生器)(t)(t實(shí)驗(yàn)三 擴(kuò)頻與解擴(kuò)實(shí)驗(yàn)察看基帶信號(hào)擴(kuò)頻前后波形頻譜。察看擴(kuò)頻前后PSK調(diào)制的波形頻譜。擴(kuò)展頻譜通訊系統(tǒng)是指將待傳輸信息的頻譜用某個(gè)特定的擴(kuò)頻函數(shù)擴(kuò)展后成為寬頻帶信號(hào)，送入信道中傳輸。在接納端利用相應(yīng)手段將信號(hào)解緊縮，從而獲取傳輸信息的通訊系統(tǒng)。也就是說(shuō)在傳輸同樣信息時(shí)所需的射頻帶寬，遠(yuǎn)比我們已熟知的各種調(diào)制方式要求的帶寬要寬得多。擴(kuò)頻帶寬至少是信息帶寬的幾十倍甚至幾萬(wàn)倍。信息不再是決議調(diào)制信號(hào)帶寬的一個(gè)重要要素，其調(diào)制信

9、號(hào)的帶寬主要由擴(kuò)頻函數(shù)來(lái)決議。直接序列擴(kuò)頻信 道相 乘解 調(diào)調(diào) 制相 乘本 振PN碼PN碼相 干載 波信 息 碼 元信 息 碼 元實(shí)驗(yàn)四 載波提取實(shí)驗(yàn)察看科斯塔斯環(huán)提取相關(guān)載波的過(guò)程。察看相關(guān)載波相位模糊景象，并做分析。當(dāng)采用同步解調(diào)或相關(guān)檢測(cè)時(shí)，接納端需求提供一個(gè)與發(fā)射端調(diào)制載波同頻同相的相關(guān)載波。這個(gè)相關(guān)載波的獲取就稱為載波提取，或稱為載波同步。提取載波的方法普通分為兩類：一類是在發(fā)送有用信號(hào)的同時(shí)，在適當(dāng)?shù)念l率位置上，插入一個(gè)或多個(gè)稱作導(dǎo)頻的正弦波，接納端就由導(dǎo)頻提取出載波，這類方法稱為插入導(dǎo)頻法；另一類是不專門發(fā)送導(dǎo)頻，而在接納端直接從發(fā)送信號(hào)中提取載波，這類方法稱為直接法。 接納機(jī)載

10、波提取電路實(shí)現(xiàn)框圖 本實(shí)驗(yàn)是采用科斯塔斯環(huán)法提取同步載波的。 平方環(huán)法把調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)平方律部件后，得到一個(gè)2 的頻率分量。 假設(shè)用一窄帶濾波器將此頻率分量濾出，再進(jìn)展二分頻，就獲得所需的載波。 cwcw 在科斯塔斯環(huán)環(huán)路中，誤差信號(hào)V7是由低通濾波器及兩路相乘提供的。壓控振蕩器輸出信號(hào)直接供應(yīng)一路相乘器，供應(yīng)另一路的那么是壓控振蕩器輸出經(jīng)90o移相后的信號(hào)。兩路相乘器的輸出均包含有調(diào)制信號(hào)，兩者相乘以后可以消除調(diào)制信號(hào)的影響，經(jīng)環(huán)路濾波器得到僅與壓控振蕩器輸出和理想載波之間相位差有關(guān)的控制電壓，從而準(zhǔn)確地對(duì)壓控振蕩器進(jìn)展調(diào)整，恢復(fù)出原始的載波信號(hào)。 科斯塔斯環(huán)原理框圖 實(shí)驗(yàn)五 PSK調(diào)制與解調(diào)

11、實(shí)驗(yàn) 察看2PSK、2DPSK信號(hào)的波形頻譜。 察看2PSK、2DPSK相關(guān)解調(diào)器各點(diǎn)波形。 2psk調(diào)制與解調(diào) 調(diào)制：2PSK信號(hào)是用載波相位的變化表征被傳輸信息形狀的，通常規(guī)定0相位載波和相位載波分別代表傳1和傳0 。 解調(diào)：2PSK調(diào)制信號(hào)先經(jīng)過(guò)帶通濾波器，然后調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬乘法器與載波信號(hào)相乘后，去掉了調(diào)制信號(hào)中的載波成分，再經(jīng)過(guò)低通濾波器去除高頻成分，得到包含基帶信號(hào)的低頻信號(hào)，對(duì)此信號(hào)進(jìn)展抽樣判決，就可以得到基帶信號(hào)了。2DPSK 調(diào)制原理框圖選相開(kāi)關(guān)載波輸入已調(diào)信號(hào)基帶信號(hào)反相器差分變換0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1數(shù) 字 信 息 （ 絕 對(duì)

12、 碼 ）P S K 波 形D P S K 波 形相 對(duì) 碼極性比較法和相位比較法解調(diào)框圖相乘器低通濾波器逆差分變換抽樣判決器運(yùn)放調(diào)制信號(hào)輸入本地載波解調(diào)信號(hào)輸出位同步信號(hào)延遲低通濾波器抽樣判決器位同步信號(hào)帶通濾波器相乘器調(diào)制信號(hào)輸入解調(diào)信號(hào)輸出(a)(b) 我們知道，2PSK存在 “倒景象，因此，實(shí)踐中普通不采用2PSK方式，而采用差分移相2DPSK方式。 2DPSK方式即是利用前后相鄰碼元的相對(duì)載波相位值去表示數(shù)字信息的一種方式。 可以采用極性比較法對(duì)2DPSK信號(hào)進(jìn)展解調(diào) 。實(shí)驗(yàn)六 位同步提取實(shí)驗(yàn)察看數(shù)字環(huán)的失鎖形狀、鎖定形狀。察看數(shù)字環(huán)鎖定形狀下位同步信號(hào)的相位抖動(dòng)景象及相位抖動(dòng)大小與固

13、有頻差的關(guān)系。察看數(shù)字環(huán)位同步器的同步堅(jiān)持時(shí)間與固有頻差之間的關(guān)系。 位同步也稱為位定時(shí)恢復(fù)或碼元同步。在任何方式的數(shù)字通訊系統(tǒng)中，位同步都是必不可少的，無(wú)論數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)還是數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)，無(wú)論相關(guān)解調(diào)還是非相關(guān)解調(diào)，都必需完成位同步信號(hào)的提取，即從接納信號(hào)中設(shè)法恢復(fù)出與發(fā)端頻率一樣的碼元時(shí)鐘信號(hào)，保證解調(diào)時(shí)在最正確時(shí)辰進(jìn)展抽樣判決，以消除噪聲干擾所導(dǎo)致的解調(diào)接納信號(hào)的失真，使接納端能以較低的錯(cuò)誤概率恢復(fù)出被傳輸?shù)臄?shù)字信息。因此，位同步信號(hào)的穩(wěn)定性直接影響到整個(gè)數(shù)字通訊系統(tǒng)的任務(wù)性能。位同步提取原理框圖 實(shí)驗(yàn)七 幀同步提取實(shí)驗(yàn)察看幀同步碼無(wú)錯(cuò)誤時(shí)幀同步器的維持態(tài)。察看幀同步碼有一位錯(cuò)誤時(shí)

14、幀同步器的維持態(tài)和捕捉態(tài)。察看幀同步器的假同步景象、漏識(shí)別景象和同步維護(hù)景象。由于數(shù)字通訊系統(tǒng)傳輸?shù)氖且粋€(gè)接一個(gè)按節(jié)拍傳送的數(shù)字信號(hào)單元，即碼元，因此在接納端必需按與發(fā)送端一樣的節(jié)拍進(jìn)展接納，否那么，會(huì)因收發(fā)節(jié)拍不一致而導(dǎo)致接納性能變差。此外，為了表述音訊的內(nèi)容，基帶信號(hào)都是按音訊內(nèi)容進(jìn)展編組的，因此，編組的規(guī)律在收發(fā)之間也必需一致。在數(shù)字通訊中，稱節(jié)拍一致為“位同步，稱編組一致為“幀同步。在時(shí)分復(fù)用通訊體統(tǒng)中，為了正確地傳輸信息，必需在信息碼流中插入一定數(shù)量的幀同步碼，它可以是一組特定的碼組，也可以是特定寬度的脈沖，可以集中插入，也可以分散插入。集中式插入法也稱為銜接式插入法，即在每幀數(shù)據(jù)開(kāi)

15、頭集中插入特定碼型的幀同步碼組，這種幀同步法只適用于同步通訊系統(tǒng)，需求位同步信號(hào)才干實(shí)現(xiàn)。適宜做幀同步碼的特殊碼組很多，對(duì)幀同步碼組的要求是它們的自相關(guān)函數(shù)盡能夠鋒利，便于從隨機(jī)數(shù)字信息序列中識(shí)別出這些幀同步碼組，從而準(zhǔn)確定位一幀數(shù)據(jù)的起始時(shí)辰。 七位巴克碼的自相關(guān)函數(shù)和七位巴克碼識(shí)別器 相 加01010101010101挪動(dòng)方向輸入碼元判 決輸出0175311357jRj7531實(shí)驗(yàn)八 糾錯(cuò)編碼實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)比較接納機(jī)接納的編碼信號(hào)在解碼前后的誤碼率，加深對(duì)糾錯(cuò)編碼原理的了解。經(jīng)過(guò)察看CDMA系統(tǒng)中漢明編解碼的過(guò)程，加深對(duì)漢明編譯碼原理的了解。在隨機(jī)信道中，錯(cuò)碼的出現(xiàn)是隨機(jī)的，且錯(cuò)碼之間是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立

16、的。例如，由高斯白噪聲引起的錯(cuò)碼就具有這種性質(zhì)。因此，當(dāng)信道中加性干擾主要是這種噪聲時(shí)，就稱這種信道為隨機(jī)信道。由于信息碼元序列是一種隨機(jī)序列，接納端是無(wú)法預(yù)知的，也無(wú)法識(shí)別其中有無(wú)錯(cuò)碼。為理處理這個(gè)問(wèn)題，可以由發(fā)送端的信道編碼器在信息碼元序列中添加一些監(jiān)視碼元。這些監(jiān)視碼元和信碼之間有一定的關(guān)系，使接納端可以利用這種關(guān)系由信道譯碼器來(lái)發(fā)現(xiàn)或糾正能夠存在的錯(cuò)碼。在信息碼元序列中參與監(jiān)視碼元就稱為過(guò)失控制編碼有時(shí)也稱為糾錯(cuò)編碼。不同的編碼方法，有不同的檢錯(cuò)或糾錯(cuò)才干，有的編碼只能檢錯(cuò)，不能糾錯(cuò)。 此實(shí)驗(yàn)中用到的糾錯(cuò)碼為漢明碼，這種碼能糾正一個(gè)錯(cuò)碼或檢測(cè)兩個(gè)錯(cuò)碼。 設(shè)分組碼(n，k)中k4，為了糾

17、正一位錯(cuò)碼，由式2.8-1可知，要求監(jiān)視位數(shù)r3。假設(shè)取r=3，那么n= k + r =7。我們用650 表示這7個(gè)碼元，用S1 、S2 、S3 表示三個(gè)監(jiān)視關(guān)系式中的校正子，那么S1 S2 S3 的值與錯(cuò)碼位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以規(guī)定如表2.8-1所列。僅當(dāng)一錯(cuò)碼位置在2 、4 、5 或6 時(shí)，校正子S1 為1；否那么S1 為0。這就意味著2 、4 、5 和6四個(gè)碼元構(gòu)成偶數(shù)監(jiān)視關(guān)系 S1 65 4 2 2.8-2同理，1 、3 、5 和6構(gòu)成偶數(shù)監(jiān)視關(guān)系S2 65 3 1 2.8-3以及0 、3 、4 和6構(gòu)成偶數(shù)監(jiān)視關(guān)系S3 64 3 0 2.8-4在發(fā)送端編碼時(shí)，信息位6 、5 、4 和3

18、的值決議于輸入信號(hào)，因此它們是隨機(jī)的。監(jiān)視位2 、1 和0 應(yīng)根據(jù)信息位的取值按監(jiān)視關(guān)系來(lái)確定，即監(jiān)視位應(yīng)使上三式中S1 、S2 和S3 的值為零表示變成的碼組中應(yīng)無(wú)錯(cuò)碼 由上式經(jīng)移項(xiàng)運(yùn)算，解出監(jiān)視位340635164562 按上述方法構(gòu)造的碼稱為漢明碼。表2.8-2中所列的7，4漢明碼的最小碼距d0 3，因此，這種碼能糾正一個(gè)錯(cuò)碼或檢測(cè)兩個(gè)錯(cuò)碼。實(shí)驗(yàn)九 CDMA挪動(dòng)通訊系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握掌握CDMA碼分多址的根本原理碼分多址的根本原理 了解了解DS-CDMA直擴(kuò)碼分多址挪動(dòng)通訊系統(tǒng)直擴(kuò)碼分多址挪動(dòng)通訊系統(tǒng)原理及組成。原理及組成。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 丈量單信道丈量單信道DS-CDMA通訊系統(tǒng)發(fā)射機(jī)和接納機(jī)通訊系統(tǒng)發(fā)射機(jī)和接納機(jī)各點(diǎn)波形，了解發(fā)射機(jī)擴(kuò)頻調(diào)制及接納機(jī)相關(guān)檢各點(diǎn)