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码分多址技术

(1)CDMA系统原理
            CDMA的技术基础是直接序列扩频(DSSS)技术。使用CDMA技术,用户可获得整个系统带宽,系统带宽比需要传送信息的带宽宽很多倍。DSSS系统的优点是传输带宽超过相干带宽。解扩后可得到几个不同时延的信号。RAKE接收机可恢复多个时延信号,组成一个信号。可以对低频深衰落起到固有时间分集的作用。这对于移动通信是很有效的,另一优势在于解决了频率再利用的干扰。还有它对移动用户的数目无硬的限制。
            在CDMA蜂窝通信系统中,用户之间的信息传输也是由基站进行转发和控制的。为了实现双工通信,正向传输和反向传输各使用一个频率,即通常所谓的频分双工。无论正向传输或反向传输,除了传输业务信息外,还必须传送相应的控制信息。为了传送不同的信息,需要设置相应的信道。但是-CDMA通信系统既不分频道又不分时隙,无论传送何种信息的信道都靠采用不同的码型来区分。图10.25是CDMA通信系统的工作示意图。码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码,利用公共信道来传输信息。CDMA系统的地址码相互具有准正交性,以区别地址,而在频率、时间和空间上都可能重叠。系统的接收端必须有完全一致的本地地址码,用来对接收的信号进行相关检测。其他使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。它们的存在类似于在信道中引入了噪声或干扰,通常称之为多址干扰。
码分物理信道正交特性的数学表达式为:
CDMA通信系统的工作示意图
其中,不同的PN.和PN,(£,j=l,2,3,・“)的不同码型代表不同的码分物理信道。码分多址系统的正交码可以通过构造具有式(10-38)特性的正交信号来产生,典型的正交码有沃尔什(Walsh)码等。
(2)CDMA系统的特点
①CDMA系统的许多用户共享同一频率。
②通信容量大。理论上讲,信道容量完全由信道特性决定,但实际的系统很难达到理想的情况,因而不同的多址方式可能有不同的通信容量。CDMA是干扰限制性系统,任何干扰的减少都直接转化为系统容量的提高。因此一些能降低干扰功率的技术,如话音激活(VoiceActivity)技术等,可以自然地用于提高系统容量。
③容量的软特性。FDMA和TDMA系统中同时可接入的用户数是固定的,无法再多接入任何一个用户,而DS-CDMA系统中,多增加一个用户只会使通信质量略有下降,不会出现硬阻塞现象。
④由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以减小多径衰落。如果频谱带宽比信道的相关带宽大,那么固有的频率分集将减少快衰落的作用。
⑤在CDMA系统中,信道数据速率很高。因此码片(chip)时长很短,通常比信道的时延扩展小得多,因为PN序列有低的自相关性,所以大于一个码片宽度的时延扩展部分,可受到接收机的自然抑制,另一方面,如采用分集接收最大合并比技术,可获得最佳的抗多径衰落效果。而在TDMA系统中,为克服多径造成的码间干扰,需要用复杂的自适应均衡,均衡器的使用增加了接收机的复杂度,同时影响到越区切换的平滑性。
⑥低信号功率谱密度。在DS-CDMA系统中,信号功率被扩展到比自身频带宽度宽百倍以上的频带范围内,因而其功率谱密度大大降低。由此可得到两方面的好处,其一,具有较强的抗窄带干扰能力。其二,对窄带系统的干扰很小,有可能与其他系统共用频段,使有限的频谱资源得到更充分的使用。
            CDMA系统存在着两个重要的问题,一是来自非同步CDMA网中不同用户的扩频序列不完全是正交的,这一点与FDMA和TDMA是不同的,FDMA和TDMA具有合理的频率保护带或保护时间,接收信号近似保持正交性,而CDMA对这种正交性是不能保证的。这种扩频码集的非零互相关系数会引起各用户间的相互干扰——常称为多址干扰(MAI),在异步传输信道以及多径传播环境中多址干扰将更为严重。另一问题是'远-近'效应。许多移动用户共享同一信道就会发生'远-近'效应问题。由于移动用户所在的位置处于动态的变化中,基站接收到的各用户信号功率可能相差很大,即使各用户到基站距离相等,深衰落的存在也会使到达基站信号各不相同,强信号对弱信号有着明显的抑制作用,会使弱信号的接收性能很差甚至无法通信。这种现象被称为'远-近'效应。为了解决'远-近'效应问题,在大多数CDMA实际系统中使用功率控制。通过对每个用户功率的调整,使得每个用户到达接收机的能量相等,相互间干扰基本一致。

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