擴頻通信論文
① 直接序列擴頻通信系統建模及性能分析 畢業論文
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② 擴頻通信論文
我查到了篇相關的文獻，如下
[1] 方雙華,李書軍. 淺談無線擴頻通信技術[J]. 農村電氣化, 2001,(07) .
[2] 張愷. 無線擴頻通信在電力通信系統中的應用[J]. 農村電氣化, 2002,(03)
[3] 趙廷靖. 無線通信中的擴頻技術[J]. 宜春學院學報, 2003,(04) .
[4] 邵定蓉,李署堅. 擴頻通信技術[J]. 無線電工程, 2001,(S1) .
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[6] 富璇,王彤. 擴頻通信技術及其在遠動信號傳輸中的應用[J]. 沈陽電力高等專科學校學報, 1999,(01) .
[7] 王淑君,柳鐸. 淺談擴頻通信技術及其應用[J]. 山東電子, 2004,(01) .
[8] 李燕,孟令彪. 無線擴頻通信技術述略[J]. 商場現代化, 2004,(15) .
[9] 張雲. 無線擴頻技術在變電站自動化中的應用[J]. 四川電力技術, 1998,(06) .
[10] 陳一力. 無線擴頻通信技術[J]. 內蒙古電力技術, 1997,(01) .
[11] 汪濤. 無線擴頻通信技術在機場供配電系統中的應用[J]. 電力系統自動化, 2002,(14)
[12] 肖保軍, 魯改鳳. 無線擴頻通信系統在鄭州礦區的應用與分析[J]. 山西建築, 2004,(18)
[13] 周斌生, 宋慶爍. 無線擴頻在江南縣級配電自動化中的應用[J]. 南昌水專學報, 2003,(04)
[14] 劉文貴, 劉振名, 孫桂蓮. 我校計算機中心供配電系統的設計與施工[J]. 河北工程技術高等專科學校學報, 2000,(01)
[15] 李程. 擴頻通信在配電自動化中的應用[J]. 大眾用電, 2006,(03)
這15篇文獻，前幾篇是原理，後幾篇是應用。
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③ 擴頻通信的論文翻譯
1997被定義802.11無線LAN (WLAN)標準的IEEE，意欲允許工作站的
無線連接與他們的「基地」 LAN。 原始的標准瞄準了
工作站和LAN由同一個體擁有的案件，實際上提供一個
無線引伸給存在，架線的LAN
，當這種WLAN應用在市場，它開始
為一個新應用也使用，提供寬頻無線通入的技術上時代表一個增長的
適當位置(BWA)對公共網路。 我們仍然連接工作站到「基地」
LAN，但這次「基地」 LAN由服務提供者(ISP、ITSP、ILEC， CLEC)擁有
，而工作站由訂戶擁有。這白皮書解釋用於WLAN和BWA應用的FHSS和DSSS無線電
每一個的技術並且好處和缺點的原則
他們。
執行摘要
WLANs也許使用光學或無線電技術被實施為信號的傳輸
通過空氣，並且兩個在IEEE 802.11標准被定義，批准在6月
26,1997日。 當原始的標准被定義的率的1 Mbps和2僅Mbps，最新
改進，增加了率的5.5 Mbps和11 Mbps時，也是。
WLANs通認作為擴展視譜模塊化的無線電技術
和有它的起源在軍事。 在擴展視譜技術之中的好處，
你可能提及固有對干涉的傳輸保密、抵抗從其他
無線電源，對多重通道和退色的作用的多餘、抵抗等等。結果，
擴展視譜系統可能共存與其他無線電系統，不用由他們的
存在被打擾和，無需干擾他們的活動。
這典雅的行為的直接作用是擴展視譜系統也許
被管理，不用對執照的需要，並且做擴展視譜模塊化是
選上的技術為無執照WLAN和BWA操作。
然而，如上所述，擴展視譜技術有許多其他好處，
做他們一個優秀選擇為系統的操作在被准許的帶，也是。
有基本上擴展視譜模塊化技術的二個類型：
頻跳(FHSS)和直接順序(DSSS)
。
這白皮書在通信系統提出這二「比較他們的表現的
競爭的」技術相對幾個參量關鍵的重要：
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論文要自己寫 知道不
⑤ 光纖通信論文的參考文獻問題（我抄的是關於光纖通信發展趨勢的）應該寫哪些參考文獻好些呢
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⑥ 求《基於MATLAB擴頻通信抗干擾模擬研究》相關資料
基於MATLAB 的擴頻通信系統模擬研究
范偉 翟傳潤 戰興群
（上海交通大學電子信息與電氣工程學院，200030，上海）
摘要 本文闡述了擴展頻譜通信技術的理論基礎和實現方法，利用MATLAB 提供的可視化
工具Simulink 建立了擴頻通信系統模擬模型，詳細講述了各模塊的設計，並指出了模擬建模
中要注意的問題。在給定模擬條件下，運行了模擬程序，得到了預期的模擬結果。同時，利
用建立的模擬系統，研究了擴頻增益與輸出端信噪比的關系，結果表明，在相同誤碼率下，
增大擴頻增益，可以提高系統輸出端的信噪比，從而提高通信系統的抗干擾能力。
關鍵詞 擴頻通信, 信噪比， 誤碼率， 擴頻增益
中圖分類號：TN914.42 文獻標識碼：A
Simulation of the Spread Spectrum Communication System
Based on MATLAB
FAN Wei, ZHAI Chuan-run, ZHAN Xing-qun
(School of Electronic, Information and Electrical Engineering, Shanghai Jiaotong University, 200030, Shanghai)
Abstract: The theory base and realizing methods of the spread spectrum communication
technology was presented in this study. The simulation model of the spread spectrum
communication system was built by using SIMULINK, which is provided by MATLAB. In
addition, each mole of the simulation model was introced in detail，and pointed out the
problems that must be pay attention to in the system simulation. On the basis of the designed
simulation conditions, the simulation program was run and the anticipant results were gained.
Moreover, the relationship between the spread spectrum gain and the fan-out error rate was also
studied by use of the simulation system. The results showed that on the base of the same error rate,
if the spread spectrum gain was enlarged, the Signal-to-Noise of the system fan-out would be
enhanced and the anti-jamming capability of the communication system would also be enhanced.
Keywords: spread spectrum communication, Signal-to-Noise, error rate, spread spectrum gain
1 引言
擴展頻譜通信（簡稱擴頻通信）與光纖通信、衛星通信，一同被譽為進入信息時代的三
大高技術通信傳輸方式，它是指發送的信息被展寬到一個很寬的頻帶上，在接收端通過相關
接收，將信號恢復到信息帶寬的一種系統。採用擴頻信號進行通信的優越性在於用擴展頻譜
的方法可以換取信噪比上的好處，即接收機輸出的信噪比相對於輸入的信噪比有很大改善，
從而提高了系統的抗干擾能力。本文根據擴頻通信的原理，利用MATALB提供的可視化模擬工
具Simulink建立了擴頻通信系統模擬模型，研究了擴頻通信的特性和擴頻增益與輸出端信噪
比的關系，目的是為以擴頻通信為基礎的現代通信的研究和設計提供依據。
2 擴展頻譜通信技術
2.1 理論基礎
擴頻通信的基本理論是根據資訊理論中的Shannon 公式，即
log (1 / ) 2 C = B + S N (1)
式中：C為系統的信道容量（bit/s）；B為系統信道帶寬（Hz）；S為信號的平均功率；N為噪
聲功率。
Shannon公式表明了一個系統信道無誤差地傳輸信息的能力跟存在於信道中的信噪比
（S/N）以及用於傳輸信息的系統信道帶寬（B）之間的關系。該公式說明了兩個最重要的概
念：一個是在一定的信道容量的條件下，可以用減少發送信號功率、增加信道帶寬的辦法達
到提高信道容量的要求；一個是可以採用減少帶寬而增加信號功率的辦法來達到。
擴頻增益是擴頻通信的重要參數，它反應了擴頻通信系統抗干擾能力的強弱，其定義為
接收機相關器輸出信噪比和接收機相關器輸入信噪比之比，即
d
s
d
s
i i B
B
R
R
S N
S N
G = = =
/
/ 0 0 (2)
式中，Si和S0分別為接收機相關器輸入、輸出端信號功率；Ni和N0分別為相關器的輸入、輸出
端干擾功率；Rs為偽隨機碼的信息速率，Rd為基帶信號的信息速率；Bs為頻譜擴展後的信號帶
寬，Bd頻譜擴展前的信號帶寬。
2.2 實現方法
擴頻通信與一般的通信系統相比，主要是在發射端增加了擴頻調制，而在接收端增加了
擴頻解調的過程，擴頻通信按其工作方式不同主要分為直接序列擴頻系統、跳頻擴頻系統、
跳時擴頻系統、線性調頻系統和混合調頻系統。現以直接序列擴頻系統為例說明擴頻通信的
實現方法。圖1為直接序列擴頻系統的原理框圖。
圖1 直接序列擴頻系統原理圖
由直擴序列擴頻系統原理圖可以看出，在發射端，信源輸出的信號與偽隨機碼產生器產
生的偽隨機碼進行模2加，產生一速率與偽隨機碼速率相同的擴頻序列，然後再用擴頻序列
去調制載波，這樣得到已擴頻調制的射頻信號。在接收端，接收到的擴頻信號經高放和混頻
後，用與發射端同步的偽隨機序列對擴頻調制信號進行相關解擴，將信號的頻帶恢復為信息
序列的頻帶，然後進行解調，恢復出所傳輸的信息。
3 系統模擬模型的建立
3.1 Simulik 簡介
MATLAB 最初是Mathworks 公司推出的一種數學應用軟體，經過多年的發展，開發了包括
通信系統在內的多個工具箱，從而成為目前科學研究和工程應用最流行的軟體包之一。
Simulink 是MATLAB 中的一種可視化模擬工具，是實現動態系統建模、模擬和分析的一個集成
環境，廣泛應用於線性系統、非線性系統、數字控制及數字信號處理的建模和模擬中。它包
括一個復雜的由接受器、信號源、線性和非線性組件以及連接件組成的模塊庫，用戶也可以
根據需要定製或者創建自己的模塊。Simulink 的主要特點在於使用戶可以通過簡單的滑鼠操
作和拷貝等命令建立起直觀的系統框圖模型，用戶可以很隨意地改變模型中的參數，並可以
馬上看到改變參數後的結果，從而達到方便、快捷地建模和模擬的目的。
3.2 模型建立及主要模塊設計
基於MATLAB /Simulink 所建立的擴頻通信系統的模擬模型,能夠反映擴頻通信系統的
動態工作過程,可進行波形觀察、頻譜分析和性能分析等，同時能根據研究和設計的需要擴
展模擬模型，實現以擴頻通信為基礎的現代通信的模擬模擬，為系統的研究和設計提供強有
力的平台。圖2 為基於MATLAB/Simulink 的擴頻通信系統模擬模型。
圖2 系統模擬模型
信源：隨機整數發生器（Random Integer generator）作為模擬系統的信源，隨機整數發
生器產生二進制隨機信號，采樣時間、初始狀態可自由設置，從而滿足擴頻通信系統所需信
接 收
高放混頻解擴 解調
本振PN 碼 同步
信 源 擴頻調制
PN 碼 振盪器
發 射
源的要求。
擴頻與解擴：PN 序列生成器模塊（PN Sequence Generator）作為偽隨機碼產生器，擴
頻過程通過信息碼與PN 碼進行雙極性變換後相乘加以實現。解擴過程與擴頻過程相同，即
將接收的信號用PN 碼進行第二次擴頻處理。
調制與解調：使用二相相移鍵控PSK 方式進行調制、解調。調制由正弦載波與雙極性擴
頻碼直接相乘實現，採用相干解調法進行解調。
信道：傳輸信道為加性高斯白雜訊信道。在加性高斯白雜訊信道模塊中，可進行信號功
率和信噪比的設置。
誤碼計算：誤碼計算由誤碼儀實現，誤碼儀在通信系統中的主要任務是評估傳輸系統的
誤碼率，它具有兩個輸入埠：第一個埠（Tx）接收發送方的輸入信號，第二個埠(Rx)
接收接收方的輸入信號。
3.3 幾點說明
在Simulink中，沒有單獨實現統計的計數器模塊，需要自行創建，計數模型的設計如圖
3。在計數模型中，用與信源和偽隨機碼同頻的脈沖模塊分別實現碼元同步和切普同步，利
用加法器的累加功能，實現每個碼元的相關峰值統計。
圖3 計數模型實現框圖
在擴頻通信建模中，擴頻與解擴使用的PN 碼以及調制和解調所使用的載波必須保持同
步，因此要注意偽隨機碼模塊和載波模塊的參數設置。
在誤碼率計算中，接收到的信號，由於經過擴頻解擴、調制解調、相關統計等處理，會
存在一個延遲，在誤碼儀模塊的對話框中要設置一個合適的延遲。
4 模擬結果分析
4.1 模擬系統運行情況分析
在給出下列模擬的條件下，觀察模擬運行情況。信息速率20b/s，幅度為1；偽隨機序
列採用10 級，傳輸速率為200b/s 的m 序列；載波頻率10KHz；信號功率為1W，信噪比30dB；
模擬時間設為2s。在這樣的模擬條件下，理論上可獲得10 倍的擴頻增益。圖4 是系統擴頻
解擴的模擬結果。上圖為信源，中圖為擴頻碼，下圖為信宿。從圖4 可見，信源和信宿相同，
誤碼率為0，基於MATLAB/Simulink 所設計的模擬系統滿足擴頻通信系統的軟體模擬要求。
圖4 系統擴頻解擴的模擬結果
4.2 擴頻增益與輸出端信噪比的關系
設置信息速率和偽隨機序列傳輸速率，在擴頻增益10 和50 的情況下，不斷改變信噪比
的大小，從而得到擴頻增益、誤碼率和信噪比的關系如圖5。從圖5 可以看到，在相同誤碼
率下，擴頻增益越大，輸出端信噪比越大，並且隨著系統要求的提高，增大擴頻增益，輸出
端信噪比會得到更大的好處。
圖5 不同擴頻增益下誤碼率模擬曲線
5 結論
擴頻通信以其較強的抗干擾、抗衰落、抗多徑性能而成為第三代通信的核心技術，本文
闡述了擴頻通信的理論基礎和實現方法，利用MATLAB 提供的可視化工具箱Simulink 建立了
擴頻通信系統模擬模型，詳細講述了各模塊的設計，並給出了模擬建模中需注意的問題。在
給定模擬條件下，運行了模擬系統，驗證了所建模擬模型的正確性。通過模擬研究了擴頻增
益和輸出端信噪比的關系，結果表明，在相同誤碼率下，增大擴頻增益，可以提高系統輸出
端的信噪比，從而提高系統的抗干擾能力。本文作者創新點：通過MATLAB/Simulink 建立的
模擬平台，研究了擴頻增益與誤碼率、信噪比之間的關系，為以擴頻通信為基礎的衛星信號
設計提供依據。
參考文獻：
1 曾興雯，劉乃安，孫獻璞。擴展頻譜通信及其多址技術〔M〕。西安：西安電子科技大學
出版社，2004。
2 徐明遠，邵玉斌。MATLAB 模擬在通信與電子工程中的應用[M]。西安：西安電子科技大
學出版社，2005。
3 李建新，劉乃安，劉繼平。現代通信系統分析與模擬－MATALAB 通信工具箱〔M〕。西安：
西安電子科技大學出版社，2001。
4 徐明偉，李茜，湯偉。基於MATLAB 串口通信的數據採集系統的設計。微計算機信息，
2005，21(8-1)，89-90。
5 郭海燕，畢紅軍。MATLAB 在偽隨機碼的生成及模擬中的應用。計算機模擬，21(3)，2004.3。
基金項目：上海市科技攻關項目，項目編號：45115031。
作者簡介：范偉（1973－），男，漢族，碩士研究生，主要研究方向為衛星導航、CDMA 擴頻
通信。 E-mail: [email protected]
通信地址及郵編：上海市長寧區安順路220 弄18 號402 室，200051。
翟傳潤(1972－)，男，漢族，博士，副教授，主要研究方向為衛星導航和測控技術。
戰興群(1970－)，男，漢族，博士，教授，主要研究方向為衛星導航和新型控制理論與應用。
Authors brief introctions:
Fai Wei, was born in 1973, male, the Han nationality, master student. His research subjects include
the satellite navigation and CDMA spread spectrum communication.
Zhai Chuan-run, was born in 1972, male, the Han nationality, Ph.D, associate professor. His
research subjects include satellite navigation and test control technique.
Zhan Xing-qun, was born in 1970, male, the Han nationality, Ph.D, professor. His research interests
include satellite navigation, new control theory and application.
⑦ 關於光纖通信專業的畢業論文！
碼分多址蜂窩移動通信系統
CDMA技術的優點及問題及越區切換
由於CDMA技術本身所固有的許多特點,使它非常適合於數字蜂窩移動通信系統。它的優點主要表現在如下10個方面。
1.語音激活技術
統計結果表明,人們在通話過程中,只有35%的時間在講話,另外65%的時間處於聽對方講話、話句間停頓或其他等待狀態。在CDMA數字蜂窩移動通信系統中,所有用戶共享同一個無線頻道,當某一用戶沒有講話時,該用戶的發射機不發射或少發射功率,其他用戶所受到的干擾都相應地減少。為此,在CDMA系統中,採用相應的編碼技術,使用戶的發射機所發射的功率隨著用戶語音編碼的需求來作調整。當用戶講話時語音編碼器輸出速率高,發射機所發射的平均功率大;當用戶不講話時語音編碼器輸出速率很低,發射機所發射的平均功率很小,這就是語音激活技術。在蜂窩移動通信系統中,採用語音激活技術可以使各用戶之間的干擾平均減少65%。也就是當系統容量較大時,採用語音激活技術可以使系統容量增加約3倍,但當系統容量較小時,系統容量的增加值要降低。在頻分多址、時分多址和碼分多址三種制式中,唯有碼分多址可以方便而充分地利用語音激活技術。如果在頻分多址和時分多址制式中採用語音激活技術,其系統容量將有不同程度的提高,但二者都必須增加比較復雜的功率控制系統,而且還要實現信道的動態分配,其結果必然帶來時間延遲和系統復雜性的增加,而在CDMA系統中實現這種功能就相對簡單得多。
2.扇區劃分技術
扇區劃分技術是位於蜂窩小區中心的基站利用天線的定向特性把蜂窩小區分成不同的扇面,如下圖所示。常用的方式有
利用120°圓形覆蓋的定向天線組成的三葉草形無線區(圖(a));利用60°扇形覆蓋的定向天線組成的三角形無線蜂窩區(圖(b));利用120°扇形覆蓋的定向天線組成的120°扇形無線蜂窩區(圖(c))。
在頻分多址和時分多址制式中,在每個蜂窩小區中採用分扇區天線通常只能起到減少干擾的作用,不能增加系統容量。而在碼分多址制式蜂窩移動通信系統中,利用120°扇形覆蓋的定向天線把一個蜂窩小區劃分成三個扇區(如圖(c)所示)時,平均處於每個扇區中的移動用戶是該蜂窩的三分之一,相應的各用戶之間的多址干擾分量也減少為原來的三分之一左右,從而系統的容量將增加約3倍(實際上,由於相鄰扇區之間有重疊,一般只能提高到2.55倍)。
3.高系統容量
由於碼分數字蜂窩移動通信系統可以通過採用上述兩種方法以及其他技術直接地或間接地提高系統容量,使碼分系統的容量比模擬FDMA系統及數字GSM系統都要高出若干倍。理論分析表明,在相同的頻率帶寬下,對於寬頻碼分系統,每個蜂窩小區所能提供的信道數是模擬FDMA系統的20倍左右,是數字GSM系統的10倍左右;對於窄帶碼分系統來說,其系統容量的優勢有所
降低,但也是模擬FDMA系統的10倍以上,是數字GSM系統的3倍以上。由此可以看出,在移動通信事業迅猛發展的今天,移動用戶量日益猛增,而頻率資源日趨緊張,採用碼分數字蜂窩移動通信系統是勢在必行。
4.軟容量
在模擬頻分系統和數字時分系統中,通信信道是以頻帶或時隙的不同來劃分的,每個蜂窩小區提供的信道數一旦固定,很難改變。當沒有空閑信道時,系統會出現忙音,移動用戶不可能再呼叫其他用戶或接收其他 用戶的呼叫。當移動用戶在越區切換時,也很容易出現通話中斷現象。在碼分系統中,信道劃分是靠不同的碼型來劃分的,其標準的信道數是以一定的輸入、輸出信噪比為條件的,當系統中增加一個通話用戶時,所有用戶輸入、輸出信噪比都有所下降,但不會出現因沒有信道而不能通話的現象。例如對一個標准信道數為40的扇區來說,當第41個用戶呼叫時,對所有移動用戶的影響是接收機的輸入信噪比下降10lg(41/40)=0.1dB,即使再增加兩個用戶通信,比標准多三個,其影響是所有接收機的輸入信噪比下降10lg[(40+3)/40]=2.3dB,這使該扇區內的移動用戶信息數據的誤碼率有所升高,通話質量有所下降,但增加的三個用戶都不會發生因無信道而出現忙音的現象。這對於解決通信高峰期時的通信阻塞問題和提高用戶越區切換的成功率無疑是非常有益的。
5.軟切換
當移動用戶從一個小區(或扇區)移動到另一個小區(或扇區)時,移動用戶從一個基站的管轄范圍移動到另一個基站的管轄范圍,通信網的控制系統為了不中斷用戶的通信就要做一系列的調整,包括通信鏈路的轉換,位置更新等,這個過程就叫越區切換。越區切換實現了小區(或扇區)間的信道轉換,是保證一個正在處理或進行中的呼叫的不中斷運行。
在模擬FDMA系統和數字TDMA系統中,移動用戶在越區切換時,需要在另一個小區(或扇區)尋找空閑信道,當該區有空閑信道時才能切換。這時移動台的收、發頻率等都要作相應的調整,稱之為硬切換。這種切換過程是首先切斷原通話通路,然後與新的基站接通新的通話鏈路。這種先斷後通的切換方式勢必引起通信的短暫間斷。另外由於通信環境的影響,在兩小區的交疊區域內,移動台接收到的兩個基站發來的信號的強度有時會出現大小交替變化,從而導致越區切換的「乒乓」效應,用戶會聽到「咔嗒」聲,對通信產生不利的影響。此外切換時間也較長。
在CDMA系統中,由於所有的小區(或扇區)都可以使用相同的頻率,小區(或扇區)之間是以碼型的不同來區分的。當移動用戶從一個小區(或扇區)移動到另一個小區(或扇區)時,不需要移動台的收、發頻率切換,只需在碼序列上作相應地調整,稱之為軟切換。軟切換的優點在於首先與新的基站接通新的通話,然後切斷原通話鏈路。這種先通後斷的切換方式不會出現「乒乓」效應,並且切換時間也很短。另外由於CDMA系統有「軟容量」的優點,越區切換的成功率要遠大於模擬FDMA系統和數字TDMA系統,尤其是在通信的高峰期。
6.特有的分集形式
在CDMA系統中,由於採用了寬頻傳輸,使它具有了特有的頻率分集特性,即當信道具有選頻特性時,對CDMA系統中信息傳輸影響較小。
CDMA系統有分離多徑信號的能力,可以實現路徑分集。由於移動通信環境的復雜和移動台的不斷運動,接收到的信號往往是多個反射波的疊加,形成多徑衰落。在模擬FDMA系統和數字TDMA系統中,為了解決多徑衰落對通信帶來的不利影響,採取了包括增加發射功率等一系列措施。在CDMA系統中,可以採用它特有的技術(如瑞克(RAKE)接收技術),將多徑信號分離出來,
分別接收,這樣不但克服了多徑衰落對通信帶來的不利影響,還等效增加了接收有用信號的功率(或者說等效增加了發射信號的功率)。由於這種特有的分集形式以及其他措施,使CDMA系統的發射功率相對很低。
除了這種特有的分集形式外,CDMA系統還採用其他分集技術,如空間分集、時間分集等,使CDMA系統的性能更加提高。
7.與窄帶系統(模擬系統)共存
當碼分系統與窄帶系統(例如模擬FDMA系統)工作於同一頻段時,由於在CDMA系統中採用了寬頻傳輸方式,並且發射功率較低,平均落到每個窄帶系統中的帶寬內的干擾信號功率很小。尤其是寬頻CDMA系統,其對窄帶系統的影響可以忽略不計,窄帶系統對CDMA系統的影響可以等效為「人為干擾」,由於CDMA系統特有的抗干擾能力,把這個干擾降低到了最低限度。
這個干擾的存在只使得CDMA系統的容量降低,但不妨礙CDMA系統的正常工作。CDMA系統的帶寬越寬,兩個系統共存時相互間的影響越小,反之則越大。這給CDMA系統與模擬窄帶系統雙模式共存以及由模擬移動通信系統向數字移動通信系統平滑過渡提供了可能性。
8.良好的保密能力
碼分數字移動通信系統的體制本身就決定了它具有良好的保密能力。首先在CDMA數字移動通信系統中必須採用擴頻技術,使它所發射的信號頻譜被擴展的很寬,從而使發射的信號完全隱蔽在雜訊、干擾之中,不易被發現和接收,因此也就實現了保密通信。其次在通信過程中,各移動用戶所使用的地址碼各不相同,在接收端只有完全相同(包括碼型和相位)的用戶才能接收到相應的發送數據,對非相關的用戶來說是一種背景雜訊,所以CDMA系統可以防止有意或無意的竊取,具有很好的保密性能。
9.發射功率低、移動台的電池使用壽命長
由於在碼分數字移動通信系統中,可以採用許多特有的技術來提高系統的性能,所要求的發射功率大大降低,從而對電池的體積減小和使用壽命增長都是非常有益的,對移動台整機的體積減小和成本的降低也是有利的。
10.頻率分配和管理簡單
在模擬頻分多址和數字時分多址移動通信制式中,頻率分配和管理是一項比較復雜的技術,而動態頻率分配就更加復雜。在碼分數字移動通信體制中,所有移動用戶可以只用一個頻率,不需要動態分配,其頻率分配和管理都很簡單。
以上是碼分數字移動通信系統的主要優點,但同時它也存在需要人們攻克的難點。在CDMA數字移動通信系統中,突出的問題是遠近效應。所謂遠近效應是指距接收機近的用戶對距離遠的用戶的干擾。
在CDMA數字移動通信系統中,由於在同一蜂窩的各用戶使用的是同一頻率,共享一個無線頻道。由於路途衰耗的原因,距基站近的移動台所發射信號有可能完全淹沒距離遠(例如處於蜂窩區邊緣)移動台所發送來的信號,如果不採取有力的措施,這將使基站無法正常接收遠距離移動台所發送來的信號。而在模擬頻分多址和數字時分多址移動通信系統中,由於各信道使用不同頻率或時隙,且各信道之間有相應的保護帶寬或保護時間,故遠近效應問題不太突出。
當前,在CDMA系統中為解決這個問題所採取的措施主要有兩種:第一種是信號處理方法,在接收端用信號處理的方法,依次逐個抵消掉較強信號,直到能解調出所需信號為止,但由於這種方法運算量很大及當前器件的運算速度等問題,還不能實際使用;當移動台距基站近時,其發射功率減小,當距離遠時,發射功率增大,從而保證在基站所收到的每個移動台的信號功率相等,消除遠近效應的影響,使系統處於最佳運行狀態。功率控制技術已在實際當中採用,它是CDMA數字移動通信系統中的最關鍵技術之一。功率控制技術很復雜,其所控制的范圍和精度直接影響到整個系統的性能,如偏差過大,不僅系統容量迅速下降,而且通信質量也將急劇下降。
碼分數字蜂窩移動通信網的網路結構如下圖所示。
它是一個抽象的平面圖,其實現將隨著功能實體在各個物理單元中的分布情況不同而有所改變。各部分的作用和功能如下:
1.移動台(MS)
其包括手機和車台等,是用戶端終接無線信道的設備;通過空中無線介面Um,給用戶提供接入網路業務的能力。
2.基站(BS)
其設於某一地點,是服務於一個或幾個蜂窩小區的全部無線設備的總稱。它是在一定無線覆蓋區域內,由移動交換中心(MSC)控制,與移動台通信的設備。
3.移動交換中心(MSC)
是完成對位於它所服務的區域中的移動台進行控制、交換的功能實體,也是與其他MSC或其他公用交換網之間的用戶業務的自動接續設備。
4.歸屬位置寄存器(HLR)
是為了記錄的目的而指定用戶身份給它的一種位置登記器。登記的內容是用戶的信息(例如ESN、DN、IMSI(MSI)、服務項目信息、當前位置、批准有效的時間段等)。
5.拜訪位置寄存器(VLR)
是MSC檢索信息用的位置寄存器。例如處理發至或來自一個拜訪用戶的呼叫信息——用戶號碼、向用戶提供本地用戶的服務等參數。
6.設備識別寄存器(EIR)
是為了記錄的目的而分配用戶設備身份給它的寄存器;用於對移動設備的識別、監視、閉鎖等。
7.鑒權中心(AC)
是一個管理與移動台相關的鑒權信息的功能實體。
8.消息中心(MC)
是一個存儲和轉送短消息的實體。
9.短消息實體(SME)
是合成和分解短消息的實體。有時HLR、VLR、EIR及AC位於MSC之中,SMC位於MSC、HLR或MC之中。
碼分數字蜂窩移動通信網不是公共交換電話網(PSTN)的簡單延伸,它是與PSTN、PSPDN、ISDN等並行的業務網。由於移動用戶大范圍的移動,該網在管理上應相對的獨立。
通信系統的通信容量可以用不同的表徵方法進行度量。對於點對點的通信系統而言,系統的通信容量可以用信道效率來度量,即用在給定的頻率帶寬中所能提供的最大信道數目進行衡量。一般地說,在給定的頻率帶寬中所能提供的信道數目越大,系統的通信容量也越大。在蜂窩移動通信系統中,系統的容量有多種衡量方法,如用每小區可用信道數(ch/cell)、每小區每兆赫茲可用
信道數(ch/cell/MHz)、每小區愛爾蘭數(Erl/cell)、每平方公里用戶數(用戶數/km)以及每平方公里每小時通話次數(通話次數h/km)等進行度量。這些表徵方法從不同的角度對系統的容量進行衡量,它們之間是有聯系的,在一定的條件下可以互相轉換。考慮到信道的分配涉及到頻率復用和由此而產生的同頻干擾問題,一般認為用每小區可用信道數(ch/cell)或每小區每兆赫茲限制CDMA數字蜂窩移動通信系統容量的原因是由於系統中存在多址干擾,即同時通信的移動用戶之間的相互干擾。在某個蜂窩小區內,如果有N個用戶同時通信,系統必須能提供N個或N個以上的(邏輯)信道。同時通信的用戶數N越大,多址干擾越強。N的最大值就是系統容量,即在保證接收所需信號功率與干擾功率的比值大於或等於某一門限值的條件下,該小區同時通信的最大用戶數。
首先考慮一般碼分通信系統(即暫不考慮蜂窩移動通信系統的特點)的容量。若N個用戶同時通信,每個用戶的信號都受到其他N-1個用戶信號的干擾。假定系統的功率
控制是理想的,即到達接收機的所有N個信號強度都一樣,則理論分析表明,此時系統容量為
式中W是CDMA系統所佔的有效頻譜寬度;Rb是信息數據的速率;Eb是信息數據的一比特能量;N0是干擾(雜訊)的功率譜密度(單位赫茲的干擾功率);W/Rb是CDMA系統的擴頻增益。當CDMA系統所佔的頻譜寬度W一定時,它隨著信息速率Rb的降低而增大。Eb/N0是比特能量與雜訊密度比,其比值取決於系統對誤碼率或話音質量的要求,並與系統的調制方式和編碼方案有關。
例如:N-CDMA系統所佔的有效頻譜寬度W=1.2288MHz,話音編碼速率Rb=8.6kbit/s,若比特能量與雜訊密度比Eb/N0=7dB,則N=29.5;若Eb/N0=6dB,則N=37。
結果說明:在滿足一定通信要求的前提下,比特能量與雜訊密度比Eb/N0越小,系統的容量越大。但在上面的結果中,沒有考慮CDMA蜂窩系統的特點,還應該根據其特點對系統容量公式進行修正。
1.採用語音激活技術提高系統容量
統計結果表明,對話的激活期(占空比)d=0.35。也就是,人們在通話過程中平均只有35%的時間在講話,
另外65%的時間處於聽對方講話、話句間停頓或其他等待狀態。在CDMA數字蜂窩移動通信系統中,所有用戶共享同一個無線頻道,如果採用語音激活技術,使通信中的用戶有語音時才發射信號,沒有講話時,該用戶的發射機就停止發射功率,那麼任一用戶話音發生停頓時,其他用戶所受到的干擾都會相應地平均減少65%,從而系統容量可以提高到1/d=2.86倍。為此,CDMA數字蜂窩移動通信系統的計算公式變成
式中d是語音占空比(d=0.35)。
2.利用扇區劃分提高系統容量
在碼分多址制式蜂窩移動通信系統中,利用120°扇形覆蓋的定向天線把一個蜂窩小區劃分成3個扇區時,處於每個扇區中的移動用戶是該蜂窩的三分之一,相應的各用戶之間的多址
干擾分量也減少為原來的約三分之一,從而系統的容量將增加約3倍(實際上,由於相鄰天線覆蓋區之間有重疊,一般能提高到G=2.55倍左右)。為此,CDMA數字蜂窩移動通信系統的計算公式變為
式中G是扇形分區系數(G=2.55)。
3.鄰近蜂窩小區的干擾對系統容量的影響
根據碼分多址蜂窩移動通信系統的特點,在CDMA蜂窩移動通信系統中,所有用戶共享同一個無線頻道,即若干個小區內的基站和移動台都工作在相同的頻率上。因此,任一小區的移動台都會受到相鄰小區基站的干擾,任一小區的基站也都會受到相鄰小區移動台的干擾。這些干擾的存在必然會影響系統的容量。其中任一小區的移動台對
相鄰小區基站(反向信道)的總干擾量和任一小區的基站對相鄰小區移動台(正向信道)的總干擾量是不同的,對系統容量的影響也有所差別,下面分別加以簡要說明。
(1)正向信道(由基站到移動台)
在一個蜂窩小區內,基站不斷地向所有通信中的移動台發送信號,移動台在接收它自己所需的信號同時,也接收到基站發給所有其他移動台的信號,而這些信號對它所需的信號將形成干擾。當系統採用正向功率
控制技術時,由於路徑傳播損耗的原因,位於靠近基站的移動台,受到本小區基站所發射的信號干擾比距離遠的移動台要大,但受到相鄰小區基站的干擾較小;位於小區邊緣的移動台,受到本小區基站所發射的信號干擾比距離近的移動台要小,但受到相鄰小區基站的干擾較大。移動台最不利的位置是處於3個小區交界的地方,如下圖中的X點。
假設各小區中同時通信的用戶數都是N,即各小區的基站同時向N個用戶發送信號,
當移動用戶從一個小區(或扇區)移動到另一個小區(或扇區)時,移動用戶從一個基站的管轄范圍移動到另一個基站的管轄范圍,通信網的控制系統為了不中斷通信就要做一系列的調整,包括位置更新、轉換通信鏈路等,這個過程就叫越區切換。
越區切換實現了小區(或扇區)間和頻道間的信道轉換,保證了一個正在處理或進行中的呼叫的不中斷運行。切換是由於無線轉播、業務分配、操作和維護激活、設備故障等原因而產生的。例如:
(1)移動台移動至小區的邊界,信號強度低到一定程度;
(2)移動台在小區中進入信號強度縫隙中(陰影區),信號惡化到一定程度;
(3)移動交換中心發現一些小區太擁擠,而另一些小區很閑時,可命令擁擠的小區的一些移動台提前切換,以調整各小區的負荷量等等。
對越區切換的基本要求是:
(1)高的切換成功率;
(2)減少系統中不必要的切換;
(3)使用優化的越區切換演算法來控制各小區的業務量;
(4)切換速度快,切換經歷的時間短;
(5)對話音質量的影響小等。
在CDMA系統中的越區切換有兩類,即硬切換(Hard Handoff)和軟切換(Soft Handoff)。
硬切換是指移動台在不同頻道之間的切換, 這些切換需要移動台變更收發頻率,即先切斷原來的收發頻率,再搜索、使用新的頻道。
硬切換會造成通話暫短中斷,切換時間較長時(大於200ms),將影響用戶通話。
軟切換是指移動台在相同的CDMA頻道中的切換。軟切換不需要移動台變更收發頻率,只需要在偽隨機碼的相位上作一調整。CDMA系統的移動台中有多個RAKE (瑞克)接收機,可以同時接收幾個基站發來的信號。當需要切換時,移動台除了與原服
務基站保持通話鏈路外,還與新的基站建立了通話鏈路。直到移動台接收到的原基站發來的信號低於一門限時才切斷與原基站的通話鏈路。這種先通後斷的軟切換保證了通話不會中斷。通常所說的軟切換中還包含一種更軟切換(Softer Handoff)。更軟切換是指同一蜂窩小區內不同扇區之間的切換。在兩扇區邊界,基站和移動台通過分集技術可以同時在兩個扇區傳輸信號。
在軟切換過程中,由於移動台中有多個RAKE接收機,移動台開始與目標基站建立通信時,不中斷與原服務基站的通信,此時移動台同時與兩個基站建立了通話鏈路。當原服務基站的信號強度低到一門限值時,再切斷與原服務基站的通信聯系。由於移動台在軟切換中不變更收發頻率,所以軟切換只能在具有相同CDMA頻道的小區(或扇區)之間進行切換。
軟切換是CDMA系統中特有的一個重要概念。在CDMA蜂窩移動通信系統中,具有相同CDMA頻道的各小區使用同一頻率,移動台在小區之間移動時不需要像頻分或時分系統那樣重新分配頻率或時隙,這使得軟切換成為可能。
在CDMA系統中,一般情況下每個移動台擁有三個以上RAKE接收機,即每個移動台中有多個解調器,這允許移動台同時與兩個或多個小區保持通信。
移動台在與基站A通信時,連續監視相鄰小區的導頻信號強度,任何一個導頻信號(如基站B)的強度超過一預定的門限時,立即報告系統。系統則命令基站B建立與移動台的通信,開始軟切換。此時移動台同時接收到來自兩個基站的通信信號,兩路信號密切結合,彼此加強。
在反向鏈路上,移動交換中心根據基站接收的信號強度確定哪個基站的接收信號更強,從而選擇它。
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