扩频通信基础

 

2.1  扩展频谱通信

      码分多址(CDMA)是以扩频通信技术为基础的，要理解CDMA数字蜂窝移动通信，首先必须对扩频通信有一定的了解。

         此外，必须熟悉数字信号特征、调制方式，以及为了提高数字信号传输可靠性必须采用的纠错编码技术。

2.1.1 扩展频谱通信的基本概念

1.扩频通信的含义

   扩展频谱通信简称扩频通信。

    扩频通信的定义可简单表述如下：扩频通信技术是一种信息传输方式，在发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必需的带宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解扩以恢复所传信息数据。

    扩频通信的含义

    扩频通信技术这一定义其实包含了以下三方

面意思：

    1）信号的频谱被展宽了。

    在后面分析CDMA蜂窝系统通信容量时将证明，CDMA蜂窝系统的容量将是GSM系统的4倍，是模拟蜂窝系统的20倍。

 

2）采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱。

     由信号理论知道，在时间上是有限的信号，其频谱是无限的。脉冲信号宽度越窄，其频谱就越宽。因此，如果很窄的脉冲序列被所传信息调制，则可产生很宽频带的信号。

 

 扩频的几种方式：

直接序列扩频

   CDMA蜂窝网移动通信系统就是采用这种方式获得扩频信号的，该方式称作直接序列扩频系统(简称直扩)。

跳频系统

跳时系统

3）在接收端用相关解调(或相干解调)来解扩。

      正如在一般的窄带通信中，已调信号在接收端都要进行解调来恢复发端所传的信息，在扩频通信中接收端则用与发送端完全相同的扩频码序列将收到的扩频信号进行相关解扩，恢复所传信息。

 2．扩频通信的理论基础

     长期以来，人们总是想方设法使信号所占频谱尽量窄，以充分提高十分宝贵的频率资源的利用率。

    为什么要用宽频带信号来传输窄带信息呢?简单的回答就是主要为了通信的安全可靠。

    扩频通信技术可用来实现码分多址方式，并为数字化通信(包括数字化移动通信)增添一种新的多址方式。

 

        扩频的理论基础

    香农在其信息论中得出带宽与信噪比互换的关系式，即人们称作的香农公式为:

              C=Blog2(1+S/N)

      式中，C为信道容量，单位为b／s，B为信号频带宽度，单位为Hz；S为信号平均功率，单位为W，N为噪声平均功率，单位为W。

        结论：在C一定时，B和S/N成反比。扩频就是用这一特性。

                  当S/N一定时，B和C成正比。

 3．处理增益和抗干扰容限

     扩频通信系统由于在发端扩展了信号频谱，在收端解扩后恢复了所传信息，这一处理过程带来了信噪比上的好处，即接收机输出的信噪比相对于输入的信噪比大有改善，从而提高了系统的抗干扰能力。

     因此，可以用系统输出信噪比与输入信噪比二者之比来表征扩频系统的抗干扰能力。这种表征就是处理增益。

        处理增益：Gp=10lg(B/Bm)

            B—已扩频信号      

            Bm—信息带宽          

 

2.1.2   扩频通信的主要特性

   1.抗干扰能力强

    扩频通信系统扩展的频谱越宽，处理增益越高，抗干扰能力就越强。

   2.隐蔽性好

    由于扩频信号在很宽的频带上被扩展了，单位频带内的功率就很小，即信号的功率谱密度就很低。

   3.可以实现码分多址

    扩频通信具有较强的抗干扰性能，但付出了占用频带宽的代价。但是，如果让许多用户共用这一宽频带，则可大大提高频带的利用率。

      扩频通信与码分多址

         由于在扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，充分利用正交或准正交的扩频码序列之间的相关特性，在接收端利用相关检测技术进行解扩，则在分配给不同用户以不同码型的情况下可以区分不同用户的信号，提取出有用信号。

4．抗衰落、抗多径干扰

众所周知，移动信道属随参信道，信道条件最为恶劣。由于移动台不断移动，受地形地物的影响产生慢衰落现象。更为严重的是，由于多径效应产生快衰落现象，其衰落深度可达30dB。

在码分多址蜂窝系统中，采取把多个路径来的同一码序的波形相加合成，从而能有效地克服多径效应。

除此之外，扩频技术还能精确地定时和测距，例如，目前广泛应用的全球定位系统(GPS)就是利用扩频技术的特点来精确定位和定时的。