擴頻和基本原理詳解

擴頻和基本原理詳解(Jie)演示文稿第一頁，共四十五頁。（優(yōu)選）擴(Kuo)頻和基本原理第二頁，共四十五頁。2023/2/283上(Shang)講內(nèi)容（1）發(fā)射機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第三頁，共四十五頁。2023/2/284上講(Jiang)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。第四頁，共四十五頁。2023/2/285本講(Jiang)內(nèi)容擴頻（直接序列擴頻）原理FDMA/TDMA/CDMA原理主要的現(xiàn)有系統(tǒng)第五頁，共四十五頁。2023/2/286直接序列擴(Kuo)頻原理背景滿足的條件擴頻系統(tǒng)的種類PN序列擴頻增益擴頻系統(tǒng)的優(yōu)點第六頁，共四十五頁。2023/2/287背(Bei)景通信信號的加密、抗干擾、低截獲概率雷達測距無線蜂窩系統(tǒng)的多址接入：CDMA第七頁，共四十五頁。2023/2/288擴頻系統(tǒng)需滿足的(De)條件傳輸信號帶寬>>傳輸信息需要的帶寬采用了擴頻信號（編碼信號）發(fā)射端用編碼信號對信息進行擴頻接收端用編碼信號副本對接收到的擴頻后信號解擴兩種實現(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序列第八頁，共四十五頁。2023/2/289擴頻(Pin)系統(tǒng)的種類DSFHTH混合第九頁，共四十五頁。Barker碼(Ma)2023/2/2810第十頁，共四十五頁。2023/2/2811PN序(Xu)列PN信號實質(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）方式的實現(xiàn)PN序列應(yīng)具備的隨機特征平衡特性：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第十一頁，共四十五頁。2023/2/2812PN序(Xu)列自相關(guān)特性第十二頁，共四十五頁。2023/2/2813擾碼(Gold)發(fā)(Fa)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第十三頁，共四十五頁。2023/2/2814DS系統(tǒng)模型：實(Shi)現(xiàn)描述擴頻解擴信息信息干擾或噪聲PN序列PN序列第十四頁，共四十五頁。2023/2/2815第十五頁，共四十五頁。2023/2/2816DS系統(tǒng)模型：理論(Lun)描述fX(w)S(w)積分器實質(zhì)上是一低通濾波器第十六頁，共四十五頁。2023/2/2817系統(tǒng)處理增益（Gp）定量描述了干擾(Rao)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：處理增益第十七頁，共四十五頁。2023/2/2818擴頻系(Xi)統(tǒng)的優(yōu)點降低信號能量密度（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、多址接入第十八頁，共四十五頁。2023/2/2819噪聲中的信(Xin)號檢測在熱噪聲背景下，DS系統(tǒng)和非擴頻系統(tǒng)的Eb/No（差錯性能）相同，不能提升系統(tǒng)性能擴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）第十九頁，共四十五頁。2023/2/2820干擾中的信號(Hao)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后成為寬帶干擾智能干擾脈沖干擾（需要知道通信接收機性能）欺騙型干擾（需要接收到擴頻序列）第二十頁，共四十五頁。2023/2/2821第二十一頁，共四十五頁。2023/2/2822本講內(nèi)(Nei)容擴頻（直接序列擴頻）原理FDMA/TDMA/CDMA原理主要的現(xiàn)有系統(tǒng)第二十二頁，共四十五頁。2023/2/2823雙工/多址(Zhi)方式TDD–TimeDivisionDuplexFDD–FrequencyDivisionDuplexFDMA–FrequencyDivisionMulti-AccessTDMA–TimeDivisionMulti-AccessCDMA–CodeDivisionMulti-Access第二十三頁，共四十五頁。2023/2/2824第二十四頁，共四十五頁。TDMA優(yōu)(You)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2023/2/2825第二十五頁，共四十五頁。2023/2/2826CDMA系(Xi)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第二十六頁，共四十五頁。2023/2/2827FDMA容量舉(Ju)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第二十七頁，共四十五頁。2023/2/2828TDMA容量(Liang)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倍以上第二十八頁，共四十五頁。2023/2/2829CDMA容量舉(Ju)例(1)前提：干擾遠大于本底噪聲Gp：處理增益Eb/No：達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）第二十九頁，共四十五頁。2023/2/2830CDMA容量(Liang)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）倍第三十頁，共四十五頁。2023/2/2831干擾限制和尺度限制系(Xi)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)性決定第三十一頁，共四十五頁。2023/2/2832同步(Bu)：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第三十二頁，共四十五頁。2023/2/2833捕獲的任(Ren)務(wù)搜索一段不確定的時間和頻率范圍，使接收到的擴頻信號與本地生成擴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（擴展）收發(fā)兩端的振蕩器頻率差引起的擴頻序列間的頻率差（低頻調(diào)制）主要指標(biāo)：虛警概率、檢測概率、捕獲時間第三十三頁，共四十五頁。2023/2/2834串、并行(Xing)搜索利用PN序列相關(guān)性特點采用相關(guān)器或匹配濾波器實現(xiàn)第三十四頁，共四十五頁。2023/2/2835序貫檢(Jian)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第三十五頁，共四十五頁。2023/2/2836跟蹤（細(Xi)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)字兩種方法實現(xiàn)主要指標(biāo)：跟蹤精度和跟蹤速度第三十六頁，共四十五頁。2023/2/2837跟蹤方(Fang)法的實現(xiàn)第三十七頁，共四十五頁。2023/2/2838本講內(nèi)(Nei)容擴頻（直接序列擴頻）原理FDMA/TDMA/CDMA原理主要的現(xiàn)有系統(tǒng)第三十八頁，共四十五頁。2023/2/2839現(xiàn)有的無(Wu)線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化近距：PLAN（藍牙）中距：WLAN（802.11b、a、g）遠距：蜂窩（GSM、cdma2000、WCDMA）非網(wǎng)絡(luò)化通信電臺無線廣播第三十九頁，共四十五頁。2023/2/2840主要(Yao)CDMA系統(tǒng)第四十頁，共四十五頁。2023/2/28413G系統(tǒng)原(Yuan)理用戶數(shù)據(jù)與碼片相乘，從而把用戶信息擴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)用到一個連接上第四十一頁，共四十五頁。2023/2/28423G系統(tǒng)(Tong)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)視頻點播用媒體播放軟件（realone、wmp）或瀏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、大時延第四十二頁，共四十五頁。2023/2/2843工作(Zuo)方式WCDMAFDD模式下，上、下行鏈路分別使用兩個獨立的5MHz帶寬；cdma2000上、下行鏈路分別使用兩個獨立的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的覆蓋第四十三頁，共四十五頁。20