DS—CDMA通信系統的特點

紀彧

摘 要：擴頻通信具有抗干擾、抗噪聲、抗多徑衰落、保密性強、可多址復用和高精度測量等特點，這些優勢使它的應用十分廣泛。然而，DS-CDMA西戎正常運行的前提是擴頻碼同步。在現代通信中，如何從接收信號里提取同步信息至關重要，并直接決定通信系統性能指標的好壞。

關鍵字：擴頻通信系統；同步；捕獲；跟蹤；仿真

移動通信是當今通信領域最為活躍、發展最為迅速的領域之一，而且越來越成為人們生活中不可或缺的一部分，是人們日常生活中最重要的通信方式之一。有人說如今出門帶手機比出門帶鑰匙更為重要，這種說法一點也不夸張，反而很形象的道出了移動通信對人們生活的重大影響。

移動通信發展到今天，器用戶的計數單位已經發展到億，這在1946年AT&T推出第一個移動電話系統時是完全想象不到的。在這短短的五十年時間里，移動通信能夠有如此快速的發展，跟移動通信涉及到的領域，跟移動通信涉及到的領域、綜合技術之多、發展之快是分不開的。

隨著計算機及通信技術的發展，世界各國對擴頻技術的研究與應用已接近高潮，而基于擴頻的CDMA移動通信技術也得到迅速發展，其主要原因是在擴頻通信中存在擴頻碼序列的擴頻調制，可充分利用各種不同碼型的擴頻碼序列之間優良的自相關特性和互相關特性，以及在接受端利用相關檢測技術進行解擴。這樣，在分配給不同用戶不同碼型的情況下很容易的區分不同用戶的信號，提取出有用信號，從而實現在寬帶上許多對用戶可以同時通話，即多址通信。其次，擴頻CDMA方式，雖占用較寬的頻帶，但按平均到每個用戶占用的頻帶來計算，其頻帶利用率是很高的。此外，擴頻CDMA方式有精確的功率控制，可通過保持每個終端在低電平下的發射功率來減小對其他用戶的干擾，以保證高質量的傳輸，同時客服了遠近效應問題。采用擴頻CDMA方式有精確的功率控制，可通過保持每個終端在低電平下的發射功率來減小其他用戶的干擾，以保證高質量的傳輸，同時客服了遠近效應問題。采用擴頻CDMA，還有利于組網、進行選呼、增加保密性和解決新用戶隨機入網等問題。正因為有著不可比擬的優勢，擴頻CDMA技術已走進中國，并正在電信領域中廣泛應用，對他的研究將具有非常深遠意義。

從傳統上來說，每個多址通信的用戶獨占一定的資源，比如頻帶或時隙（或兩者兼有），并且每個用戶所占資源并不相交。通過碼分多址方式，假設每個用戶所占的資源相互獨立，多址信道便簡化成單一點到點的信道，但是每個點到點的信道的容量會受到所分到的頻帶和時隙的限制，以及由背景噪聲造成多路徑衰落、陰影效應等傳播畸變的影響，二采用擴頻技術可以解決上述問題。此外，同步也是擴頻通信系統中的一個非常重要的實際問題。同步與否，關系著擴頻通信系統能否正常工作；同步好壞，直接影響著系統的工作穩定性；同步快慢，決定著系統剛干擾能力的強弱。

1 CDMA及擴頻原理

CDMA就是利用相互正交的不同編碼序列分配給不同用戶調制信號，實現多用戶同時使用同一頻率接入系統和網絡的通信技術。CDMA按照其采用的擴頻調制方式的不同，可以分為直接序列擴頻（DS）、調頻擴頻（FH）、跳時擴頻（TH）和復合式擴頻等。其中，以DS-CDMA也就是直擴碼分多址應用最廣。

1.1 DS-CDMA通信技術及特點

CDMA技術的原理是基于擴頻技術，即將需傳送的具有一定信號帶寬的信息數據，用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調制，是原數據信號的帶寬被擴展，在經載波調制并發送出去。接受端使用完全相同的偽隨機碼，與接收的帶寬新號作相關處理，把帶寬信號換成原信息數據的窄帶信號即解擴，以實現信息通信。

我們知道，在無線蜂窩通信系統設計中，必須妥善解決好幾個方面的問題：其一，由于無線鏈路上的多徑效應帶來的衰落；其二，由于復用環境下多個用戶在接入時彼此干擾造成的系統性能諸如呼損率、掉話率的惡化；其三，盡可能擴大容量。CDMA移動通信系統的擴頻技術通過所謂擴頻增益的提高可以很好的改善惡劣信道的影響。另外，CDMA作為一種多址方式，不同于從前的FDMA（頻分多址）、TDMA（時分多址）。后兩種多址方式將接入所需的資源進行劃分，使得用戶等效為獨立的單信道環境下工作，而CDMA系統實現了含頻域、時域和碼域三維信號處理的一種協作，因此它具有抗干擾性好，抗多徑衰落，保密安全性高，同頻率可在多個小區內重復使用，容量和質量之間可權衡取舍等屬性。這些屬性使CDMA比其他系統有非常重要的優勢。

CDMA系統是一個干擾受限系統，系統信噪比對于所能達到的用戶數有著顯著的影響。William C.Y.Lee曾指出并論證了具有功率控制CDMA系統的用戶量是FDMA方式的20倍，是TDMA方式的4倍。而利用語音通話時的激活周期（35%）和空間劃分可以進一步減小諸如遠近效應所引起的干擾，提高系統容量。理論和實踐證明，與FDMA、TDMA相比，以CDMA為接入方式的系統通過功率控制等措施不僅提高了支持的用戶數（用戶數×單用戶傳輸效率=系統傳輸速率），還有可能達到或逼近多址信道的信道容量界，有助于達到信息論的“有效性”目標。

針對人們對移動通信保密和抗干擾方面越來越高的要求，移動通信3G標準的制定與實施使用這一切成為可能。第三代移動通信系統主要工作在2GHz頻段，其主要目標是支持多媒體業務的高速數據傳輸，最高數據率可達2Mbit/s。WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA這三種最主要的3G無線傳輸技術指標，均采用了CDMA技術，即CDMA技術是第三代移動通信技術的關鍵技術，而直接序列擴頻（DS-SS）技術在CDMA中應用最為廣泛。

直接序列擴頻的CDMA系統，就是直接使用具有高碼率的擴頻碼序列在發端去擴展信號的頻譜；而在收端，用相同的擴頻碼序列去進行解擴，把展寬的擴頻信號還原成原始信息。擴頻碼的序列多采用偽隨機碼，也稱為為噪聲（PN碼）序列。由于不同的擴頻碼是正交或者接近正交的，彼此相互影響很小，因此，可以把不同的擴頻碼作為用戶的地址嗎，則很容易實現碼分多址（CDMA）通信。其特點如下：

（1）各用戶使用同一頻段，頻譜效率較高；

（2）具有抗多徑、抗干擾特性；

（3）采用RAKE接收機提高抗多徑性能；

（4）PN碼具有類似噪聲的性能；

（5）發射譜密度低，信號隱蔽。

2 擴頻通信的主要特點

自20世紀40年代后期，特別是80年代以來，擴頻技術被廣泛應用與各種軍事系統中。由于其性能獨特，在移動通信、衛星通信中也獲得了廣泛應用。擴頻通信技術的主要特點概括如下：

2.1 抗干擾能力強

抗干擾能力強是擴頻通信最基本的特點。擴頻系統的擴展頻譜越寬，獲得的處理增益越高，干擾容限就越大，抗干擾能力就越強。接收端采用與發送端同步的擴頻碼解擴后，又用信號得到恢復，其他干擾信號的頻譜就被展寬了，從而使落入信息帶寬內的干擾強度大大降低，從而抑制了干擾。

2.2 保密性好

保密性好是擴頻通信最初在軍事通信中獲得應用的主要原因。由于擴頻系統使用周期很長的偽隨機碼進行擴頻，經調制后的數字信息類似于隨機噪聲，在接收端進行解擴時，只有采用與發送端同步的擴頻碼才能正確的恢復發送的信息。而且在不知偽隨機碼時破譯是很困難的，所以信息得到了保密。此外，由于擴頻信號的頻譜被擴展到帶寬很寬的頻帶內，其功率頻譜密度也隨之降低，難以檢測，所以信號具有隱秘性。

2.3 具有抗衰、抗多徑干擾能力

由于擴頻通信系統的信號頻譜被展寬，所以擴頻系統具有潛在的抗頻率選擇性衰落的能力，此外，擴頻通信系統還能有效的客服多徑干擾。

2.4 具有多址能力，易于實現碼分多址

擴頻通信系統中用偽隨機序列擴頻，在實際的通信系統中可以利用不同的偽隨機序列作為不同用戶的地址碼，從而實現碼分多址

通信。

參考文獻

[1]無線通信原理[M].清華大學出版社