CDMA擴頻通信

CDMA擴頻通信

擴頻通信的理論基礎是香農于1948年發表的《A Mathematical Theory of Communication》一文，即著名的信息論。香農信息論中有關信道的理論容量公式為：

式（20-1）也被 稱為香農定理，其中C為信道容量，單位為bps；W為信道帶寬（也被稱為系統帶寬）；S/N為信噪比（dB）。式（20-1）給出了在給定信噪比S/N和沒有誤碼的情況下信道的理論容量C與該信道帶寬W的關系。從這個公式還可以得出也重要的結論：對于給定的信息傳輸速率，可以用不同的帶寬和信噪比的組合來傳輸。換言之，信噪比和信道帶寬可以互換。擴頻通信系統正是利用這一理論，將信道帶寬擴展許多倍以換取信噪比上的好處，增強了系統的抗干擾能力。

圖20-1 典型的擴頻通信系統模型

一個典型的擴頻通信系統框圖如圖20-1所示。由圖20-1可以看出，擴頻通信系統主要由原始信息、信源編譯碼、信道編譯碼（差錯控制）、載波調制與解調、擴頻調制與解擴和信道六大部分組成。信源編碼的目的是減小信息的冗余度，提高信道的傳輸效率。信道編碼（差錯控制）的目的是增加信息在信道傳輸軸格的冗余度，使其具有檢錯或糾錯能力，提高信道傳輸質量。調制部分的目的是使經過信道編碼后的符號能在適當的頻段傳輸，通常使用的數字信號調制方式為振幅鍵控、移頻鍵控、移相鍵控，在碼分多址移動通信中使用QPSK和OQPSK都是PSK的改進型。擴頻通信和解擴是為了提高系統的抗干擾能力而進行的信號頻譜展寬和還原?？梢?，與傳統通信系統相比較，該系統模型中多了擴頻和解擴兩個部分，經過解擴，在信道中傳輸的是一個寬帶的低譜密度的信號。
擴頻通信系統按擴頻方式的不同，分為以下四種類型：

#?直接序列擴頻（Direct Sequence Spread Spectrum，DS-SS）
#?跳頻擴頻（Frequency Hopping Spread Spectrum，FH-SS）
#?跳時擴頻（Time Hopping Spread Spectrum，TH-SS）

直接序列擴頻系統采用高碼速率的直接序列（Direct Sequence，DS），偽隨機碼在發端進行擴頻，在收端用相同的碼序列去進行解擴，然后將展寬的擴頻信號還原成原始信息。所謂跳頻是指發送信號的載波按照某一隨機跳變圖樣在跳變，跳頻信號具有時變、偽隨機的載頻。
跳頻擴頻系統在很多方面類似于將帶寬為多個用戶劃分為多個信道的FDMA系統。在某個時間點上，某一用戶的跳頻信號只占用單個頻率信道。跳頻擴頻系統和FDMA系統的區別在于：跳頻信號在很短的周期間隔內改變載頻。跳頻系統又分為快跳頻和慢跳頻兩種。如果信號跳頻的速率等于或接近于符號速率，則該系統稱為快跳頻系統；如果信號跳頻的速率低于符號速率，則稱為慢跳頻系統。跳時是使發射信號在時間軸上跳變。先把時間軸分成許多時片，在一幀內的哪個時片發射信號由擴頻碼序列進行控制。由于用了很窄的時片去發送信號，所以信號的頻譜被展寬了，達到了擴頻的效果。
在實際的碼分多址系統中，直接序列擴頻方式得到了廣泛的認可和應用，直接序列擴頻系統的發射機和接收機框圖如圖20-2所示。

圖20-2 直接序列擴頻的發送機和接收機框圖
如圖20-3所示，在發送端輸入的二進制信息碼元m(t)，其碼元寬度為 ，擴頻碼發生

直接序列擴頻系統具有很強的抗干擾能力，所以最初在軍事通信中得到了應用。下面僅定性地介紹直接序列擴頻系統抗干擾的原理。如果已擴頻的信號在信道中傳輸時受到的干擾為寬帶信號，則解擴前后的功率譜如圖20-4所示，如果受到的干擾為窄帶信號，則解擴前后的功率譜如圖20-5所示。如圖20-4和圖20-5可知，直接序列擴頻系統有抵抗窄帶干擾和寬帶干擾的能力。

圖20-3 直接序列擴頻各點波形

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