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第十六讲 CDMA地址码和扩频码

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移动与卫星通信通信考试题（含答案）.

移动与卫星通信通信考试题（含答案）.

一、填空题1、 __IMSI____号码用来识别每个移动用户，并且存储在__SIM___卡上；卡上；2、 ___TMSI___号码是用来替换在无线接口的IMSI,以增加用户数据的保密性3、 HLR的全称是__ 归属位置寄存器________；4、 GMSC全称是 ____移动接口局______；5、 PLMN网络包括两部分：一个__网络____系统和一个___无线___系统；6、 BSC是基站BS的智能中心，其主要功能是___控制BST____；7、 用户手机和GSM系统网络部分的互通接口是__Um____接口；8、 一个MSC是由一个或若干个___LA___组成；9、 基带跳频中，跳频数受限于_____收发信台_______的数目；10、DTX的全称为______不连续接受________；11、射频跳频时，支持____BCCH___的信道不参与跳频；12、利用一定距离的两幅天线接收同一信号，称为___空间____分集；13、常用的合并技术有__最大增益___、__等增益___、__选择式__；14、扩频系统常指利用带宽__100__倍以上的系统处理增益；15、在CDMA中，有__直序___扩频系统和___跳频__扩频系统；16、GSM中，主频C0上映射的控制信道包括___2__个；17、CDMA系统的一个信道宽是___1.2288____MHz；18、CDMA系统采用___Rake____接收机进行路径分集；19、CDMA系统前向信道有___64__个正交码分信道；20、CDMA系统中的前向业务信道全速率是__9.6____kbps；21、GSM系统的载频间隔是___200___kHz；22、GSM系统的数据传输全速率是__9.6____kbps；23、GSM的跳频速率是__217___跳每秒；24、GSM总信道速率为__270.8____kbps；25、LPC是指___线性预测编码_________；26、GSM系统中每20ms包含了_160_样本，共_260_bit，其速率是_13_kbit/s；27、GSM系统常采用的信道编码，是利用码率为__1/2___的卷积码；28、GSM中，每个突发脉冲序列共__156.25___bit，占时___4.615____ms；29、GSM中，BCCH信道是映射到主频的__TS0___时隙；30、GSM中，主频C0上映射的信道包括___6___个TCH；31、IS-95CDMA是属于第__2__代移动通信系统；32、3G主流技术标准包括___CDMA200___、__TD-SCDMA___和__W-CDMA___；33、移动通信采用的常见多址方式有__FDMA__、___TDMA___和__CDMA___；34、以铜线接入为主的ADSL技术称为__非对称性数字用户线______,它支持下行最高速率___8____Mbit/s ，上行最高速率____1___Mbit/s。

CDMA简介

CDMA简介

H 4 H 22
H2 H2
1 1 1 1 0 0 H 2 1 1 1 1 0 1 H 2 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1
0 0 1 1
0 1 1 0
Hadamard矩阵与walsh矩阵对应关系：
Gold序列

m序列虽然性能优良，但同样长度的m序列个 数不多，且序列之间的互相关值并不都好。于 是提出了一种基于m序列的码序列，称为Gold 码序列。这种序列有较优良的自相关和互相关 特性，构造简单，产生的序列数多，因而获得 了广泛的应用。

如有两个m序列，它们的互相关函数的绝对值有界，且满足 以下条件：



1、有尖锐的自相关特性，即要有好的自相关系数，自相关 旁瓣要小； 2、有处处为零的互相关值，即要有好的互相关特性，互相 关系数要很小； 3、在保证自相关和互相关特性条件下，要有足够的不同结 构的码序列，提供足够多的地址数; 4、为保证信号的多址干扰具有近似白噪声特性，一定要选 用具有一定长度的码序列，即有尽可能大的复杂度; 5、编码器要易于实现、设备简单、成本低; 6、新地址电台接入系统的时间尽可能短，各电台更换地址 方便迅速; 7、易于实现系统的同步，捕获电台地址速度要快;
m序列


m序列是由n级线性移位寄存器产生的周期为P=2n-1的码序 列，是最长线性移位寄存器序列的简称。 码分多址系统主要采用两种长度的m序列：一种是周期为 P=215-1的m序列，又称为短PN序列；另一种是周期为 P=242-1的m序列，又称为长PN序列。

n级m序列的码序列发生器如图所示。Xi为移位寄存器，Aj 是相乘系数，对二值序列，这些序数也是二值：0或1。这 样，产生的二值序列的序列值：

码分多址直接序列扩频DS—CDMA

码分多址直接序列扩频DS—CDMA
二相加后，离散地控制射频载波振荡器的输 出频率，使
发射信号的频率随PN码的变化而跳变；
■ (3)跳时扩频系统(TH-SS):用PN序列控88 制信号
的发射时刻和持续时间，使发射信号的有无同伪随机序
列由变换规律一致；
}
■ (4)混合式扩频系统：将以上三种基本扩频方式申的 两种 或多种结合起来构成，具有更为优良的性能，但系 统更 复杂。
（在DS扩频系统中，PN码必须在码元间隔为TC1/W的一个小范围内达到同 初始同农 其实就是使接收机时钟与发送机时钟在时间上达到同疡的过程。
扩颇系统中使用的时钟通常精度和稳定度极高，可使收、发系统之间的时间 不确
定性降低。然而，由于发送机与接收机之间的距离不可能完全确定，所 以总是存 在初始定时不确定的情况。为建立初始同翳，一般由发送机发送一） 个已知的伪
\
的直接序列扩频相比，FH信号和DS信号在时间和频 由 方式上础不同，可用下面 图6-3-tW.明 束用FH赤的系 统在传输状 用整个系统频段的 份，而DS系统则随时占
用整个系统频段。因此，两
魅髀魄健嬲跳频系统在同一时刻某一确
>
时间
时间
跳频是载波频率在一定范 围内 不断跳变意 义上扩
频 序
， 扩
长周期(24—1 = 15)序列逻辑美系查表为 (
(23) 8,换用二进制即(010011) 2,也就是说该4级m ) 序列煞出最
长周期(15)序列时的电路逻辑美系为 I
F^l+x+x4^
三・Gold序列信号的产生
. Walsh正交码生成容易且应用方便，但自相— 关旁 瓣大且分生丕均，宜煎关食性不墨想，验项经过 一定处理牙能耐于护摄通措。正交Gold序圆和 Walsh码的正交性能相近，但自相关特性却远胜 Walsh码，便于扩频通信过程中的同米捕捉和跟

CDMA基本原理

CDMA基本原理

码ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ多址
CDMA网络的中心频点计算方法： 下行——870+0.03*N ； （N是载频号，例如283） 上行——833+0.03*N； 码分多址的理解： 一个房间（频段1.23Mhz）中有多人（手机MS）在交谈，每组 人之间使用不同的语言（码分），因此相互之间交谈不受影响。 基于这个模型，可以推测到CDMA的几个特点： 自干扰：如果有人说话声音过大，势必影响其他人的交流 码分：不同组之间使用不同的语言保证互不干扰，或者，使用同 样语言的两组人之间间隔足够远
扩频通信的理论基础
在扩频通信中采用宽频带的信号来传送信息，主要是为了通信的安全可靠， 这可用信息论和抗干扰理论的基本观点来解释。
信息论中的仙农（Shannon）公式描述如下： 仙农（Shannon） 仙农 其中 C------信道容量（比特/秒） N-----噪声功率 W----信道带宽（赫兹） S---------信号功率
PN短码 PN短码 区分不同扇区或小区 伪随机序列 215 = 32,768 unit (period 26.67ms)，PN码的生成 取得是相位偏置。每64位生成一个PN，共有512个可 用PN。不同PN之间相位不同，属于近似正交。 用于前向及反向物理信道扩频
PN长码 PN长码 用于反向逻辑信道区分不同用户 伪随机序列 2^42-1 unit 在前向链路上对业务及寻呼信道进行扰码
频分多址
频分，有时也称之为信道化，就是把整个可分配的频谱划分成许 多单个无线电信道（发射和接收载频对），每个信道可以传输一 路话音或控制信息。在系统的控制下，任何一个用户都可以接入 这些信道中的任何一个。 模拟蜂窝系统是FDMA结构的一个典型例子，数字蜂窝系统中也 同样可以采用FDMA，比如GSM和CDMA系统也采用了FDMA。

通信原理课件扩频通信及CDMA

通信原理课件扩频通信及CDMA
扩频通信要用扩频编码进行扩频调制发送，而 信号接收需要用相同的扩频编码进行相关解扩才能 得到，这就给频率复用和多址通信提供了基础。
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利用不同码型的扩频编码之间的相关特性， 分配给不同用户不同的扩频编码，就可以区别不同 的用户的信号，众多用户，只要配对使用自己的扩 频编码，就可以互不干扰地同时使用同一频率通信， 使拥挤的频谱得到充分利用。
5
直接序列扩频原理
直接序列调制就是载波直接被伪随机码序 列调制，其基本原理图如图所示。在一般情况 下调制方式可以是调幅、调频、调相和其它任 何形式的振幅或角度调制。
最常使用的是差分相移键控（DPSK）方式。
6
直接序列扩频系统电原理图
7
在发射机端，要传送的信息先转换成二进制数 据或符号，与伪随机码（PN码）进行模2和运算后形 成复合码，再用该复合码去直接调制载波。通常为 提高发射机的工作效率和发射功率，扩频系统中一 般采用平衡调制器。
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(4)抗多径干扰
在无线通信中，抗多径干扰问题一直是难以 解决的问题，利用扩频编码之间的相关特性；在接 收端可以用相关技术从多径信号中提取分离出最强 的有用信号，也可把多个路径来的同一码序列的波 形相加使之得到加强，从而达到有效的抗多径干扰。
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扩频码的特性
扩频系统的性能同扩频码性能有很大关系,对 扩频码通常提出下列要求：
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(2)隐蔽性强、干扰小
信号被扩展，则单位带宽上的功率很小，即 信号功率谱密度很低。信号淹没在白噪声之中， 别人难于发现信号的存在，再加之不知扩频编码， 就更难拾取有用信号。
极低的功率谱密度，也很少对其他电讯设备 构成干扰。
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(3)易于实现码分多址
扩频通信占用宽带频谱资源通信，改善了抗干 扰能力，是否浪费了频段？其实正相反，是提高了 频带的利用率。

三种CDMA系统扩频码的作用和区分，深入理解CDMA的设计思路（扩频和多址技术）！

三种CDMA系统扩频码的作用和区分，深入理解CDMA的设计思路（扩频和多址技术）！

三种CDMA系统扩频码的作用和区分，深入理解CDMA的设计思路（扩频和多址技术）！在CDMA IS-95系统中用到的3种码－短码、长码和Walsh码。

有关这三种码各自在前反向信道中的作用是学习中的一个重点，也是CDMA理论模型的精华之一，同样也是咱们论坛上争论了好几个帖子，回复了无数个帖子的问题。

本文仅从扩频的角度来分析这三种码，试图给大家一个比较完整和清晰的认识（我尽量吧，有不明白的大家还是要问哦）。

为了搞清楚这几个问题，我们先要明确一个概念－直序列扩频通信。

直序列扩频通信系统扩频通信是一种无线通信技术。

他所用的传送频带比任何用户的信息频带和数据速率都大许多倍。

用W表示传送带宽(单位为Hz)，用R表示数据速率(单位为bit/s)，W/R被称为扩展系数或处理增益。

W/R的值一般可以在一百到一百万的范围(20db~60db)。

讲到这里，不得不把香农老先生搬出来，这个人可是咱们现代通信理论的奠基人，严重的崇拜（可惜他的著作《信息论》咱实在是看不懂啊，汗！）香农容量公式(Shannon' scapacityequation)，这个公式放在这里，人老先生费半天劲搞出来的，我们不去讨论其推算原理，只认为这是正确的。

哦，香农还指出这是在加性高斯白噪声的信道模型下的公式，基本上我们现在的移动通信就是用这个东东啦。

C=Blog2[1 + S/N]其中：B为传送带宽(单位为Hz)；C为信道容量(单位为bit/s)；S/N为信号噪声功率比。

传统通信系统通常压缩信号速率至尽可能小的带宽信道进行传送，cdma系统则采用宽带信道传送信号，以获得处理增益，提高信道容量。

为什么哪？根据香农公式，他老人家说增加信道带宽可以换取更高的信道容量或者是更低的信噪比，以提高收发双方通信的可靠性。

当一个用户以9600bps速率进行语音通信时，cdma的信道带宽是1,228,800hz，处理增益为1,228,800hz/9600=128=21dB。

CDMA基础知识

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3、功率控制
功率控制目的： 保持设定的话音质量，误帧率，同时获得最大频谱 效率手段： 设定和控制反向 Eb/No 以控制误帧数量 尽量减低手机发射功率(反向)，降低干扰 尽量减低基站发射功率(前向)，降低干扰
提供方法使运营者可以平衡系统容量与话音质量的 需要
Received Waveform
TDMA
30 Khz
-80 db -90 db -110 db -120 db
12 dB Loss!
30 Khz
-80 db -90 db -110 db -120 db
Outgoing Waveform
12 dB Fade
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Received Waveform
OSS
CDMA
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CDMA的关键技术
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关键技术
1、CDMA码
2、RAKE接收技术
克服多径衰落
3、功率控制
前向与反向功率控制
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4、语音编码技术
采用码激励线形预测编码技术（Q-CELP）
5、扩频
DS-PN直接序列扩频
6、切换
软切换、更软切换与硬切换
导频 同步 寻呼 接入
(downlink) (downlink) (downlink) (uplink)
业务
信令 Signaling
Rate 1 Rate 1/2 Rate 1/4 Rate 1/8
Blank and Burst (downlink) Dim and Burst (downlink) Power Control (downlink)

CDMA-CDMA码序列



这6种不同的m序列中间，两个m序列之间的互 相关特性如何？作为地址码应用，则希望互 相关函数值越小越好。理论研究和实践表明， 它们之间有的互相关特性较好，有的较差。 为此，提出m序列优选对的概念。
如果两个m序列，它们的互相关函 数满足以下条件：
1 n2 2 1 n为奇数 2 21 R ＝ n 2 2 2 1 n为偶数（但不是 4的倍数） 则这两个m序列可构成优选对。

x y
1 1
0 0 0 1 1 1
0 1
1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0
1 0
0 1
0 0
1 1
1 0
1 1
1 1
1 0
0 1
0 0
0 0
1 0
1 0
0 1
1 1
1 1
1 0
0 1
1 0 0 0
1000010010110011111000110111010 1111101110001010110100001100100 0:11-20=-9 1000010010110011111000110111010 1111011100010101101000011001001 1:15-16=-1 1000010010110011111000110111010 1110111000101011010000110010011 2:19-12=7 1000010010110011111000110111010 1101110001010110100001100100111 3:15-16=-1 1000010010110011111000110111010 1011100010101101000011001001111 4:11-20=-9 1000010010110011111000110111010 0111000101011010000110010011111 5:11-20=-9

5.3CDMA码序列


5.3.3 其它伪随机序列
（1）Gold序列 在有些应用中，除了对PN序列的自相关 有较严格的要求外，还对PN序列之间的互相 关有相当大的限制。例如在CDMA系统中，每 个用户分配到自己的特征PN序列，系统要求 这些PN序列有尽可能小的互相关，最好这些 PN序列相互正交，这样能够实现最小的多址 干扰。但是具有相同周期的不同m序列之间的 互相关特性并不好。于是人们又提出了一些新 的伪随机序列。 Gold序列是在1967年提出的一种具有良 好互相关特性的PN序列。图5-7给出了一个 Gold序列生成器。
（1）PN码序列的捕获
PN码序列捕获指接收机在开始接收扩频信号时， 选择精调整接收机的本地扩频PN序列的频率和相位， 使它与发送的扩频PN序列频率与相位基本一致、误差 小于1个码片间隔Tc，这就是接收机捕捉发送的扩频 PN序列相位，也称为扩频PN序列的初始同步。在 CDMA系统接收端，一般解扩过程都在载波同步前进 行，实现捕获大多采用非相关检测。接收到扩频信号 后，经射频宽带滤波放大及载波解调后，分别送往2N 扩频PN序列相关处理解扩器（N是扩频PN序列长）。 2N个输出中哪个输出最大，该输出对应的相关处理解 扩器所用的扩频PN序列相位状态，就是发送的扩频信 号的扩频PN序列相位，从而完成扩频PN序列捕获。捕 获的方法有多种，如滑动相关法、序贯估值法及匹配 滤波器法等，滑动相关法是最常用的方法。
延位相加特性 一个m序列M1与其经任意次迟延移位产生 的另一个不同序列M2进行模2相加，得到的仍是 的某次迟延移位序列M3。即： M3=M1 ⊕ M2 例如，m=7的m序列M1 =1110010， M2 =0111001，1110010⊕0111001=1001011。而 将M1向右移位5次即得到1001011序列。 双极性m序列的自相关函数

码分多址直接序列扩频DS—CDMA


二．m序列 m序列也称最长线性反馈移位寄存器序列，这是一
种简单而又容易实现的周期性序列。图中小方格表示1、 2、…N个触发器，每个乘法器的相乘系数都为二值序 列0或1，产生m序列的周期长度由各乘法器相乘系数的 不同0、1组合决定，产生的m序列的周期最长为2N－1。
1
2
1
2
3
∑mod2
N
N
由于m序列的周期长度T=2N－1对其相关特性起着决定性 的作用，从系统容量的角度出发，应使得m序列的长度尽 可能长，可以供给更多的用户使用，这样系统的容量就更
频率
信道3
信道2
信道1
时间
(a) 频分多址FDMA：
信道划分成不重叠的频率段
频率
频率
信道1 信道2 信道3
时间
(b) 时分多址TDMA： 信道划分成不重叠的时间段
信道1
信道2 信道3
时间
编码
(c) 码分多址CDMA：
信号在时间、频率上完全重叠
6.2 扩频通信技术
扩频通信最早始于军事通信，直到80年代末，在美国开始了 采用扩频通信机制的商用通信使用。扩频通信由于其在抗干 扰、保密性和增加系统容量方面都有突出优点，迅速地在民 用通信领域普及开来，第三代移动通信3G就是以扩频技术 为基础的。
6.2.3 PN序列的生成 一．PN序列码基本特性 二．m序列 6.3 跳频扩频信号 6.3.1 跳频信号的调制及解调 一．跳频的基本原理
6.2.3 脉冲干扰对DS扩频系统的影响
功率谱密度
功率谱密度
f fc Ri fc fc Ri
(a)信息调制时输出信号功 率谱
fc Ri
f
fc
fc Ri
6.2.1 扩频数字通信系统的模型
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如果有两个m序列, 它们的互相关函数的绝对值 有界, 且满足以下条件:
n 1
R( )
2 2 n 1
1,
2 2 1,
n为奇数 n为偶数(不是4的倍数)
则我们称这一对m序列为优选对。如果把两个m序列发 生器产生的优选对序列作模2加运算,生成的新的码序列 即为Gold序列。
4
移动通信技术
四．IS-95系统中短PN码、Walsh码、 长PN码的作用？
• 短PN码：是用于QPSK的同相和正交支路的直接序
列扩频码。在CDMA中, 该序列称为引导PN序列, 其 作用是给不同基站发出的信号赋予不同的特征。
• Walsh码： CDMA系统采用64阶正交Walsh函数。
对于正向链路, 64种Walsh函数(W0～W63)被用来 构成64条码分信道; 对于反向链路, Walsh函数被用 来调制信息符号, 即每6位输入的码字符号调制后变 成输出一个64码片的Walsh序列。
二． m序列时如何产生的？
m序列是目前CDMA系统中采用的最基本的 PN序列。它是最长线性反馈移位寄存器序列 的简称。顾名思义, m序列发生器是由移位寄 存器、 线性反馈抽头和模2加法器组成的。 而且, m序列是其相应组成器件所能生成的最 长的码序列。
3
移动通信技术
三．何谓优选对？利用优选对如何构成 Gold码？
• 长PN码：CDMA系统利用该码对数据行扩频和扰
码, 为通信提供保密。
5
移动通信技术
第十六讲 CDMA地址码和扩频码
习题及答案
1
移动通信技术
一. PN码的特点？
• 理想的地址码和扩频码应具有如下特性:
• (1) 有足够多的地址码码组; • (2) 有尖锐的自相关特性; • (3) 有处处为零的互相关特性; • (4) 不同码元数平衡相等; • (5) 尽可能大的复杂度。
2
移动通信技术