DS-CDMA时域抗窄带干扰接收机性能分析
移动通信实验指导书CDMA部分.docx
CDMA系统一.概述CDMA (Code Division Multiple Access)称作码分多址。
在CDMA通信系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分的，而是用各不相同的编码序列来区分的。
或说是靠信号的不同形来区分的。
从频域或时域观察，多个CDMA信号是互相重叠的。
码分多址是以扩频技术为妹础，所谓扩频是把信息的频谱扩展到宽带中进行传输的技术。
CDMA信号的产生包括调制和扩频两个步骤，可以先用待传送的信息比特刈•载波进行调制，再用伪随机系列(PN)扩展信号的频谱，也可以先用伪随机系列为待传送的信息比特相乘, 把信息的频谱扩展后，再对载波进行调制。
这两种方式是等效的。
适用于CDMA系统的扩频技术是直接序列扩频(DS),这巾CDMA系统称作直接序列扩频CDMA 系统(DS-CDMA)o在直接序列扩频CDMA系统中，所有用户(或称信道)工作在相同的中心频率上，用户信息信号与高速率的伪随机码序列(PN序列或称码字)相乘得到宽带信号。
不同的川户使用不同PN序列。
这些PN序列相互正交，利用PN序列来区分不同的用户，如图0—1所示。
得到的宽带信号再去调制载波信号的某个参量。
▲玛字图0—1 DS—CDMA示意图接收端要从收到的扩频信号中恢复出它携带的信息，必须经过解扩和解调两个步骤。
解扩就是接收端以与发送端相同的PN序列与接收到的扩频信号相乘，恢复出原频带信号；解扩后的信号再经过常规的解调，即可恢复出其中传送的信息。
二.DS-CDMA移动通信原理图0-2为DS-CDMA移动通信系统原理框图。
系统中采用包含N个正交的PN序列CI, C2,…，6作为地址码,分别与信码dl,d2,…,dn相乘或模2加实现扩频调制。
信码速率fb (单位:b/s,比特/秒)、丿謹月Tb=l/fb；地址码速率fp (单位：c/s,子码/秒或码片/秒)、翩Tp=l/fp, 地址码序列每周期包含p个子码元，序列周期T = pT p.通常设置(0-1)(0-2)式中，K为正整数。
第3章 移动信道的噪声和干扰
9
1. 互调干扰的基本概念 假定由亍输入回路选择性较差, 同时有三个载频 分别为ωA, ωB, ωC的干扰信号迚入接收机高频放大 级戒混频级, 而我们需要接收的信号载频为ω0.
一般非线性器件的输出电流ic不输入电压u的关系
式为 ic=a0+a1u+a2u2+a3u3+…+anun (3 - 3)
10
20
2,空间分集
空间分集是利用场强随空间的随机变化实现的,空间距离
越大,多径传播的差异就越大,所接收场强的相关性就越小.
空间分集分为空间分集収送和空间分集接收两个系统.其 中空间分集接收是在空间丌同的垂直高度上设置几副天线,
同时接收一个収射天线的信号.
当某一副接收天线的输出信号很低时,其他接收天线的输 出则丌一定在这同一时刻也出现幅度低的现象.
扩频通信特点
1. 抗干扰能力强,特别是抗窄带干扰能力.
2. 可检性抵,丌容易被侦破. 3. 具有多址能力,易亍实现码分多址(CDMA)技术. 4. 可抗多径干扰. 5. 可抗频率选择性衰落. 6. 频谱利用率高,容量大. 7. 具有测距能力.
8. 技术复杂.
39
扩频通信的本质
40
扩频通信原理框图
式中, a0, a1, a2,…,an是由晶体管特性决定的系数, 通常a0 >a1 >a2 >…>an . 当把作用亍晶体管的信号 u=AcosωAt+BcosωBt+CcosωCt代入式(3 - 3)时, 经 展开整理后, 输出回路电流ic的频率成分是十分复杂. 当叏到三次项(即n=3)时, 产生的谐波及组合频率 应为 ωA, ωB, ωC; 2ωA , 2ωB, 2ωC; 2 ωA ±ωB,2 ωC ± ωA ; 2 ωB ± ωA ,2 ωC ±ωC;
通信抗干扰技术
对于卫星通信来说,其截获概率、抗干扰能力、信号隐蔽性等性能显得尤为重要；因此,卫星通信中,提高以上各方面的性能成为 了首要的技术目标。空域抗干扰就包括自适应的智能天线了；而频域抗干扰技术就是以扩、跳频技术为主。扩频通信不仅具有很强的 抗干扰和抗多径的性能,还有很低的被截获率以及通过码分多址容易组网等特点,于是,由于其具有的诸多特点,在民用通信和军用通信中 得到了非常广泛的应用。软件无线电技术,就是在通信过程中：当信息发射的基带、中频、调制等部分的信号处理中,尽可能采用可编 程的信号处理技术,也就能更晚的将数字信号变为模拟射频信号；。可编程数字信号处理器件的处理速度是软件无线电技术的最大瓶 颈,目前,数字信号处理器件的处理速度呈现很快的增长趋势,推动着软件无线电技术的快速发展。研究可编程的跳、扩频单元,和相应的 跳、扩频信号软件无线电产生技术,可以为综合抗干扰技术打下基础。
抗干扰技术类型比较分析
抗干扰技术类型 跳频技术 扩频技术
扩跳技术
作用
实现
优点
缺点
跳频通信主要用于保 密和抗干扰
是一种信息传输方式, 它是将信息的带宽扩 展很多倍(通常为101000)进行通信的技术
将多种基本扩频方法 彼此结合起来,以提高 系统综合性能的扩频 方式
网内所有电台按事先编 制的指令和顺序不断地 自动更换频率，并且变 换频率并不是按信道顺 序，而是随机跳跃式变 换。
优点：
缺点：
• 抗干扰性强
扩展了频带，就可以在较低的信噪比的情况 下，照样可用相同的信息速率、任意小的差错概率 来传递信息，甚至在信号被噪声完全湮没的情况下， 也能保持可靠的通信。
• 频谱利用率高
人们早已认识到频谱资源十分宝贵，因此，提 高频谱利用率也是现代通信的基本要求之一。
卫星导航接收机中窄带干扰抑制算法
卫星导航接收机中窄带干扰抑制算法卫星导航接收机（GNSS接收机）中，由于干扰源的复杂性，窄带干扰已成为一种主要的干扰类型。
为了减小窄带干扰对GNSS信号的影响，需要采取一些抑制算法。
窄带干扰抑制算法可分为两类：频域算法和时域算法。
下面分别介绍这两类算法。
1.频域算法。
频域算法利用信号在频域上的不同特性，对频率偏移较大的窄带干扰进行抑制。
以下是常用的频域算法：
1）去除法：利用主要区分GNSS信号和干扰信号的频率差异，进行滤波消除干扰。
2）时域平均法：把连续一段时间内接收到的信号进行时域平均，消除随机噪声和窄带干扰。
3）自适应滤波法：通过不断更新滤波参数，自适应地滤除干扰。
2.时域算法。
时域算法利用信号在时域上的不同特性，对窄带干扰进行抑制。
以下是常用的时域算法：
1）环路滤波法：把接收机的输出信号作为输入信号，经过一系列环路滤波器处理，去除干扰。
2）递归滤波法：利用递归滤波器抑制干扰，但可能会产生稳定性问题。
3）小波变换法：利用小波分析方法对接收到的信号进行分解和重构，以去除干扰。
以上是常用的窄带干扰抑制算法。
在实际应用中，需要根据情况选择
合适的算法进行处理。
变换域通信系统干扰抑制性能分析
很大 ， 误码率随着信噪比提高而逐渐变大， 此在 因 研 究方 向 ： 波 通信技 术 。 短 信道 中存在较强的背景噪声时基于 Ｆ 的 Ｔ Ｃ 耵 ＤＳ 并不适用。 但对于信道 中的单音干扰 、 多音干扰 、 窄带干扰 Ｔ Ｃ 却有很强的抑制能力 ，几乎可以 ＤＳ 完全忽略其影响。因此 Ｔ Ｃ Ｄ Ｓ适用于军事通信中， 具有较高的抗对敌方故意干扰的能力。 结束语 利用 Ｍ Ｔ ＡＢ软件实现了 Ｔ Ｃ ＡＬ Ｄ Ｓ静态仿真
频谱是预先设定的， 可理解为频谱估计理想， 因此 频谱剔除的 过程将几乎消除了全部的干扰。
３１ ．３假设数据源模块产生的二进制数据是 ．
随机 的 。 ３１ ．． ４假设发射机和接收机间可实现准确同
ｂ ） Ａ ｌｅ （ ｗ ＋ ） （＝ ：ｐｊ ， 谚） ｔ ｘ （ｔ
：பைடு நூலகம்
… ，
据。
系统的同步可以在接收端采用匹配滤波器 、 相关器或者 Ｇ ｒ ａ ｅｍ ｎ技术＿崃 实现。 ３ Ｊ
３ ． ２仿真条件 ３． ． １信道模型 ： ２ 加性高斯自噪声信道 频率上随机分布。 当相邻频带存在干扰时 ， 可以看 ３． ．２窄带干扰 ： ２ 单音干扰， 多音干扰、 ％窄 １ ０ 带干 扰 做被已授权用户 占用。 ３． ． ３数据传输个数： ００ ２ １ ００ ０ ∞ ） ｅ ｐｊ ￣ ， ＝ ｘ （２ ｆ ） Ｔｔ Ｉ Ｊ ｊ ３ ． 基 函数长 度／ 载波个 数 ： ＝ １ ．４ ２ 子 Ｎ５２ 式 中： ｍ表示干扰频点 的个数 ， ￡表示第 ｉ 个 ３． ．５伪随机序列 ： ｍ序列， ２ ９阶 周期为 ５ １ ｌ 干扰相 对载 波 的频偏 。 ３． ．６伪随机相位 ： ２ 相位取值范围 ２３窄带噪声 ＿ （，１ ７ ０７ Ｔ － 窄 带噪声 可 以理解 为高 斯噪声 通过 巴特 沃兹 滤波器形成的窄带高斯噪声。在干扰功率一定 的 ３２ 调制 方式 ： ．． ７ 双极 性调 制 情况下 ，窄带高斯噪声比单音干扰影响的频率范 ３２ ．． ８信噪比： 无干扰时， 信噪比（ ／ ）～ Ⅳ０ ０ 围要广， 但相应的功率谱密度要小一些。 本文的 ８Ｂ 有干扰时 ， ｄ； 信噪比（既， ｎ）ｄ Ⅳ ４Ｂ
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。
无线 第7章 无线多址技术
跳频码分多址（FH-CDMA）。
第7.4节、码分多址
1、直扩码分多址（DS-CDMA） 在DS-CDMA系统中，窄带信号直接与伪随机序列（PN）相乘，PN码片
的速率比信息数据的速率要高若干个数量级，因此相乘后的信号频谱被
扩展到很宽的带宽，简称直扩码分多址。 DS-CDMA系统中的每个用户都有自己的PN码，并且与其它用户的PN码
无线通信技术基础
第7章、无线多址技术
内容介绍
多址技术也是无线通信系统的关键技术之一，甚至是移动通信系统换代 的一个重要标志。 蜂窝技术将无线覆盖区域规划成一个个的蜂窝小区。多址
技术则在一个无线小区内进一步将有限的频率资源分配给众多的用户。
多址技术允许很多移动用户同时共享有限的无线频率资源，通过不同的 处理技术使不同用户之间的信号互不干扰，可以分别接收和解调。 蜂窝系统中登记的用户数量远远大于同一时刻实际请求服务的用户数量 ，多址技术就是研究如何将有限的频率资源在多个用户之间进行有效的分配 和共享，在保证通信质量的同时尽可能获得更高的系统容量。 多址技术对无线信号进行了多维划分，不同的维度对应着不同的多址技 术，如频分多址、时分多址、码分多址和空分多址。信号维度划分的目标是 要使不同用户的无线信号之间在所划分的维度上达到逻辑上的正交，这样， 这些用户就可以共享有限的频率资源而不会相互干扰。
DS-CDMA具有软容量限制，容量的大小取决于噪声环境。
在DS-CDMA系统中，信号被扩展在一个较宽频谱上，频谱带宽比信 道的相干带宽大很多，固有的频率分集会减小多径衰落的影响。
在DS-CDMA系统中，信道的数据速率很高，符号时间比信道的时延
扩展小很多，超过一个码片延迟的多径将被认为是噪音。使用RAKE 接收机收集不同时延的信号进行叠加可以提高接收的可靠性。
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]。