扩频理论与码分多址
简述码分多址系统的原理
简述码分多址系统的原理
码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）是一种数字无线通信技术，其原理是将不同的用户数据用不同的伪随机码进行扩频，然后在同一频段内进行传输。
具体原理如下：
1. 扩频：将原始数据用伪随机码进行扩频，使得每个用户的数据在频域上都有一定的带宽。
2. 混合：将不同用户的扩频信号混合在一起，形成一个复合信号。
3. 分离：在接收端，通过使用相同的伪随机码，将目标用户的扩频信号从复合信号中分离出来。
4. 解扩：将分离出来的扩频信号进行解扩，还原出原始数据。
由于每个用户都使用不同的伪随机码，因此不同用户的数据可以同时在同一频段内传输，互不干扰。
这也是CDMA技术的优点之一，能够提高频谱利用率，实现更高的通信容量。
cdma解释
TDMA的信道结构最多只能支持4Kb的语音编码器，它不能支持8Kb以上的语音编码器。而CDMA的结构可以支持13kb的语音编码器。因此可以提供更好的通话质量。CDMA系统的声码器可以动态地调整数据传输速率，并根据适当的门限值选择不同的电平级发射。同时门限值根据背景噪声的改变而变，这样即使在背景噪声较大的情况下，也可以得到较好的通话质量。另外，TDMA采用一种硬移交的方式，用户可以明显地感觉到通话的间断，在用户密集、基站密集的城市中，这种间断就尤为明显，因为在这样的地区每分钟会发生2至4次移交的情形。而CDMA系统“掉话”的现象明显减少，CDMA系统采用软切换技术，“先连接再断开”，这样完全克服了硬切换容易掉话的缺点。
9相关问答
10和CDMA1X的区…
收起 编辑本段ＣＤＭＡ技术背景
CDMA技术的出现源自于人类对更高质量无线通信的需求。第二次世界大战期间因战争的需要而研究开发出CDMA技术，其思想初衷是防止敌方对己方通讯的干扰，在战争期间广泛应用于军事抗干扰通信，后来由美国高通公司更新成为商用蜂窝电信技术。1995年，第一个CDMA商用系统运行之后，CDMA技术理论上的诸多优势在实践中得到了检验，从而在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。全球许多国家和地区，包括中国香港、韩国、日本、美国都已建有CDMA商用网络。在美国和日本，CDMA成为国内的主要移动通信技术。在美国，10个移动通信运营公司中有7家选用CDMA。到今年4月，韩国有60%的人口成为CDMA用户。在澳大利亚主办的第27届奥运会中，CDMA技术更是发挥了重要作用。
(4) 频率规划简单 （？）
用户按不同的序列码区分，所以不相同CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。
CDMA和GSM是什么意思？
CDMA是码分多址的英文缩写(Code Division Multiple Access)，它是在数字技术的分支--扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。
CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。
接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。
GSM是Global System for Mobile Communications的缩写，意为全球移动通信系统，是世界上主要的蜂窝系统之一。
GSM是基于窄带TDMA制式，允许在一个射频同时进行8组通话。
GSM80年代兴起于欧洲，1991年投入使用。
到1997年底，已经在100多个国家运营，成为欧洲和亚洲实际上的标准，到了2001年，在全世界的162个国家已经建设了400个GSM通信网络。
但GSM系统的容量是有限的，在网络用户过载时，就不得不构建更多的网络设施。
值得欣慰的是GSM在其他方面性能优异，它除了提供标准化的列表和信令系统外，还开放了一些比较智能的业务如国际漫游等。
GSM手机的方便之处在于它提供了一个智能卡，人们称之为SIM卡，并且机卡可以分离，这样用户更换手机并且定制个人信息这方面都十分便利了。
GSM手机还允许用户接收160字长度的短信息。
通话清晰的CDMA：CDMA是Code－Division Multiple Access的缩写，全称码分多址，由美国高通公司最早研制出来。
但此时正值GSM大占天下的时候，所以几乎没有一个移动通讯商敢使用它，最后是韩国人让CDMA绝境逢生。
在90年代初，韩国政府一直想寻找发展本国电子制造工业的机会，当它发现欧洲几乎已经垄断了GSM市场之后，它果断地向CDMA抛出了绣球，CDMA从那时开始发展起来。
CDMA可以在有限的频谱范围内支持更多的用户，同时具备良好的抗干扰性及抗衰耗性。
第7章扩频多址技术
第7章 扩频多址技术
功 率 上 升 同 步 信 息 信 息 同 步 随 路 信 令 训 练 序 列 业 务 信 息保 护 段
图 7 - 9 典型的时隙结构
第7章 扩频多址技术
概括起来, TDMA的特点包括以下几个方面: (1) TDMA使得多个用户可以共享一个载波(频道), 但这些用户应在不同的时隙中工作。 (2) 每一帧的时隙数取决于几个因素, 如调制方式、 有效带宽和每路信号的传输速率等。 (3) 对于每个用户来说, TDMA系统数据的发送不是 连续的, 这就使得移动台的功率消耗较低, 因为其发射 机可以在非工作时隙(大多数时间)将电源关闭。
第7章 扩频多址技术
7.2 扩频多址技术的分类及特点
7.2.1 跳频多址(FHMA) FHMA是一种数字多址系统, 它是在跳频的基础上
发展起来的一种多址形式。 在FHMA 系统中, 首先将 给定的频率范围像FDMA系统一样划分成许多频道, 但 每个用户的载波频率不是固定在一个频道上, 而是随着 时间的变化而不断变化的, 变化的规律受到各自的伪随 机序列(PN码)的控制。 即各用户的载波频率在给定的 系统带宽内按照各自的PN码随机地进行快速的改变。
…
频率
时间
图 7 - 5 频分多址示意图
第7章 扩频多址技术
在设计频分多址系统时, 频道或信道的设计有以下 几个特点:
(1) 任何一种调制方式从理论上来讲, 其频率成分 都几乎是无限的, 但其绝大多数的能量通常都集中在一 个有限的频率范围内。
(2) 频道的宽度不仅与调制方式有关, 而且还与每 路信息的传输速率(或带宽)有关。
频率
时间
图7 – 7 时分多址(TDMA)
现代无线通信原理：第四章 多址技术(2018)
带宽的比值来近似估算系统的扩频处理增益，
GP =
B F
4.1.1 扩频通信理论基础
iHale Waihona Puke 例2 有一个扩展频谱通信系统，信号扩频后带宽为20MHz， 原始基带信号带宽为20KHz，则系统的扩频处理增益为GP?
Gp＝10 lg[20 106(20 103)]=30 (dB)。
4.1.2 扩频通信方法
◼ 目前，最基本的展宽频谱的方法有三种
2
e
1.44
令x = S/(N0B)，代入上式得
lim C
B→
=
S N0
lim
B→
N0B S
log2 (1+
S )
N0 B
=
S N0
log2
e
= 1.44
S 极限值
N0
◼上式表明，保持S／N0一定，即使增加信号带宽B→ ，信 道容量C也是有限的。原因是当信号带宽B→ 时，噪声功率 N也趋于无穷大。
4.1.1 扩频通信理论基础
S )
N0 B
4.1.1 扩频通信理论基础
由香农定理可以得到如下结论：
1) 增大信号功率S可以增加信道容量，从而增加了信息传输
的极限速率Ri。若信号功率趋于无穷大，则信道容量也趋于无
穷大，即
lim
S→
C
=
lim
S→
B log2 (1+
S )
N0B
→
2) 减小噪声功率N（或减小噪声功率谱密度N0）可以增加信 道容量，若噪声功率趋于0（或噪声功率谱密度N0趋于0），则 信道容量趋于无穷大，即
4.1.3 跳频系统（4）
◼ 接收端必须以同样的伪码置定本地频率合成器，使 其与发端的频率作相同的改变，即收发跳频必须同 步，这样，才能保证通信的建立。解决同步及定时 是实际跳频系统的一个关键问题。
移动通信系统CDMA技术
引言20 世纪70 年代末第一代移动通信系统面世以来，移动通信产业一直以惊人的速度迅猛发展。
其中码分多址移动通信以其容量大、频谱利用率高等诸多优点，显示出强大的生命力，引起人们的广泛关注，成为第三代移动通信的核心技术。
CDMA 是当今通信界关注的大热点。
CDMA 是当前公认的一种国际标准技术。
它具有频谱利用率极高和通信质量好等一系列显著优点。
CDMA 为解决频率资源非常紧缺这一当前移动通信技术发展中最关键的问题提供了理想途径，为移动通信提供了质量最高,成本效益最好的方案，成为最受设备制造商青睐的一种通信方式。
CDMA 适用于各种移动通信，已被公认为是移动通信的发展方向。
CDMA 不仅是当今最先进和最具市场潜力的通信技术，而且是一种跨世纪的技术。
第一章绪论1.1移动通信的发展史移动通信的发展相继起步于海、路、空的研究领域，大体经历了三个阶段。
从初期的军事移动通信阶段，发展到民用专业移动通信阶段，19 世纪70 年代末国际上出现的蜂窝汽车电话标志着公众移动通信新阶段的到来，历经10 年才日益成熟起来。
从此，移动通信的制造业和运营业进入了空前发展的阶段。
80年代，随着各种蜂窝系统在各国的应用，制式也五花八门，不能兼容互通，适应不了欧洲共同体的发展需求，于是开发了GSM 数字蜂窝系统。
美国从扩容和兼容的观点开发了可采用TDMA 技术的D-AMPS数字蜂窝系统。
为进一步扩大容量，采用CDMA 技术的数字蜂窝系统得以问世。
1.2移动通信的发展现状近20 年来，移动通信在微电子技术基础上与计算机技术密切结合，正在产生革命性飞跃，各种新技术层出不穷，一代又一代的新系统不断涌现，短短20 年间，第一代移动通信已经得到广泛应用，第二代移动通信系统正日益普及，并且已经第一代模拟系统，第三代移动通信系统（IMT-2000 ）即将进入大规模商用化阶段。
总之，移动通信技术正在以前所未有的速度向前迈进，预计到2010 年，在所有通信设备中移动通信设备将居于首位[1]。
多址方式
多址方式多址方式在移动通信中，许多用户同时通话，以不同的移动信道分隔，防止相互干扰的技术方式称为多址方式。
根据特征，有三种多址方式，即：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）等方式。
频分多址－－以频率来区分信道。
目录定义技术发展历史种类划分容量比较相关问题定义技术发展历史种类划分容量比较相关问题展开定义在无线通信中，许多用户同时通话，以不同的无线信道分隔，防止相互干扰的技术方式称为多址方式。
技术公共陆基移动网(PLMN Public Land Mobile Network)主要使用使用的频分多址(FDMA Frequency Division Multiple Access)，时分多址(TDMA Time Division Multiple拓扑结构Access)，码分多址(CDMA Code Division Multiple Access)，空分多址(SDMA Space Division Multiple Access)和包分多址(PDMA Packet Division Multiple Access)等技术另有仅仅停留在理论层面的极分多址(PDMA Polarization division multiple access)卫星通信中主要使用的按需分配多址接入(DAMA) 或脉冲寻址多址接入(PAMA Pulse Address Multiple Access)频分多址－－以频率来区分信道。
特点：使用简单，信号连续传输，满足模拟话音通信，技术成熟。
缺点：多频道信号互调干扰严重，频率利用率低，容量小。
时分多址－－在一个无线频道上，按时间分割为若干个时隙，每个信道占用一个时隙，在规定的时隙内收发信号。
时分多址只传数字信息，信息需经压缩和缓冲存储的过程，在实际使用时常FDMA/TDMA复分使用。
码分多址－－采用扩频通信技术，每个用户具有特定的地址码（相当于扩频中的PN码），利用地址码相互之间的正交性（或准正交性）完成信道分离的任务。
扩频通信原理
扩频通信原理技术背景:传统的模拟无线通信一般采用调频(FM)和调幅(AM)两种方式,不能适应高速数据通信的要求。
进入八十年代后,数字无线数据通信方式成为主流,其调制方式有振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和相移键控(PSK),其优势是便于采用先进的数字信号处理技术,如均衡技术、编码技术等等,提高了数据传输速率和传输的可靠性。
实际的系统如GSM、IS-54等。
但是这些系统也存在一些缺陷。
一方面,由于无线通信信道的开放性,通信环境不可避免地存在各种各样的突发干扰,使得信号传输的可靠性降低,同时,信道的时域和频域选择性衰落,使得数据传输速率的提高受到限制;另一方面,随着无线业务的快速增长,要求无线网络具备相当的灵活性,以适应业务的发展变化。
这些都是常规的无线数字通信难以解决的。
这些因素促成了对采用新技术的需求,以提高数据传输速率并进一步提高传输的可靠性。
扩频通信的基本原理和优势:扩频通信就其调制方式而言,与传统的数据通信没有什么差别,也包括ASK、FSK、PSK以及最近得到迅速发展的QAM,不同之处是在调制之前增加了一个扩频处理环节,把待传送符号用特征码进行扩展,扩展后的符号称为码片;在接收端同样增加了一个解扩处理的环节,将N个码片恢复为一个符号。
这即是扩频通信的基本原理。
扩频通信的优势是由扩频操作所使用的特征码-伪随机序列(PN CODE)带来的。
伪随机码具有双值自相关特性,它保证了同步相关操作获得的输出远大于非同步相关的输出值。
这样就大大降低了当两条传播路径的时差在一个码片以上时彼此之间的干扰。
这即是通常所说的扩频抗多径原理。
同时,相关解扩处理还能够大大降低窄带脉冲干扰,如一般的工业噪声、环境噪声等等。
特别值得一提的是,由于解扩处理是对N个码片的能量进行累加,因此,可以允许接收的信号电平在噪声以下,只要保证累加获得的能量满足信号判决的要求即可。
这一性能使得扩频通信技术首先在军队保密通信系统中获得了广泛的应用。
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伪随机序列
M序列
M序列是最长序列，是由非线性反馈逻辑和移位寄存器构成的序列发生器所能产生最大长度序列。 M序列 的长度已达到n级移位寄存器所能产生的序列的最长周期 2n，所以又称全长序列，可在 m序列的基础上实现。 M序列不再具有移位相加性，因而其自相关函数不再具有双值特性，而是一个多值函数。
பைடு நூலகம்随机序列
伪随机序列
Gold码序列
Gold码序列是m序列的复合码。如果把两个m序列发生器产生的优选对序列模2相加，产生一个新的码 序列，即Gold序列。 这种序列有较优良的自相关和互相关特性， Gold码互相关函数的旁瓣的极大值不超过该 m序列互相关 函数的最大值。 Gold码的互相关性优于m序列，自相关性不如m序列。 Gold码的序列数远多于m序列，因而获得广泛应用。
2、互相关函数处处为 0。
实际情况下：周期为 N的PN码的自相关值，最大值为 1，最小值为 -1/(2 N-1),
当N很大时， -1/(2 N-1)近似为 0。
物理意义：使自相关函数逼近脉冲函数目的是为了让我们能很容将信号与它 的位移信号区分开。使互相关函数恒为 0目的是为了让目标用户信号与干扰 用户信号区分开。
沃尔什序列
沃尔什序列是完备的正交函数集，具有理想的互相关特性。 （1）正交性。 （2）两个沃尔什函数相乘的结果仍为一个沃尔什函数，这一性质表示沃尔什函数对于乘法是自闭的。 （3）沃尔什函数集是完备的。 （4）沃尔什在同步时完全正交，不同步时，自相关和互相关性均不理想，并随同步误差值增大而快速恶化。 由于上述特性：沃尔什函数通常用于易实现同步的下行链路中，区分同一用户不同逻辑信道。
的应用。
1
自相关性： ?（?）? { ?
1 N
(? ? 0) (? ? 0)
双值特性。
互相关性：移位寄存器的结构不同，周期长度也不一定相同，即使周期相同，两两 m序列对的 互相关特性差别也很大，有的 m序列对的相关性好，有的差。一般来说，随着序列周期的增加， 互相关值的最大值会递减。
m序列具有移位相加性。
伪随机序列的产生
伪随机序列可以由移位寄存器产生。 决定伪随机序列的因素包括：寄存器的数量， 抽头结构和寄存器的初始状态。
伪随机序列的评价指标
目的：
1、提高传输性能和抗干扰性能。 2、实现多址接入。
考核伪随机的指标主要包括：
1、序列的自相关特性。
2、序列的互相关特性。
理想情况下： 1、每个扩频序列自相关函数应该是一个冲击函数。
伪随机序列
正交可变速 率扩频增益 （OVSF ）码
OVSF码是Walsh函数的一种，在WCDMA中用作信道化码。 （1）自相关特性：Cch,SF,i ×Cch,sf,j =1 （i=j） （2）互相关特性：Cch,SF,i ×Cch,sf,j =0 （i≠j）
提问答疑
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C为信道容量； B为传输信道
的带宽； S/N为接收信噪比。
扩频通信提高抗干扰性能是以占用更多带宽为
代价的。
给不同用户分配不同的扩频码还可以区分不同
用户的信号，多用户共享同一无线信道资源。
也就是多址复用。
伪随机序列
基本概念
序列：一连串数字的组合。 伪随机序列：看似没有规律的序列实际上是有规律的。 为何在扩频通信中用使用伪随机序列作为扩频码？？？
伪随机序列举例
m序列
Gold 码序列
M序列
沃尔什 (Walsh) 码序列 正交可变速率扩频增益 (OVSF)
码
伪随机
伪随机序列
m序列
m序列是移位寄存器的简称。它是由多级移位寄存器或其他延迟元件通过线性反馈产生的最长
的码序列。由于 m序列容易产生、具有良好的规律性和相关性能，在扩频通信中最早活的广泛
扩频理论与码分多址
?扩频通信技术： 系统传输信号时实际占用的频带宽度远大于所传信息实际带
宽的一种信息传输方式。
扩频通信和伪随机序列
A
扩频通信的意义
B
伪随机的基本概念
C
伪随机序列的产生
D
伪随机序列的评价指标和举例
扩频通信的意义
扩频通信能提高通信系统的抗干扰能力和传输
性能。
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