第二讲 CDMA基本原理
§1 码分多址（CDMA）基本概念
在CDMA给每一用户分配一个唯一的码序列（扩频码），并用它来对承载信息的信号进行编码。知道该码序列用户的接收机对收到的信号进行解码，并恢复出原始数据。这是因为该用户码序列与其他用户码序列的互相关是很小的。由于码序列的带宽远大于所承载信息的信号的带宽，编码过程扩展了信号的频谱，从而也称为扩频调制。其所产生的信号也称为扩频信号。CDMA通常也用扩频多址（SSMA）来表征。对所传信号频谱的扩展给予CDMA以多址能力。因此，对扩频信号的产生及其性能的了解就十分重要。扩频调制技术必须满足两条基本要求：
1.所传信号的带宽必须远大于信息的带宽。
2.所产生的射频信号的带宽与所传信息无关。所传信号的带宽与信息带宽之比称为扩频系统的处理增益接收机采用相同的扩频码与收到的信号进行相关运算恢复出所携带的原始信息。
由于扩频信号扩展了信号的频谱，它具有一系列不同于窄带信号的性能：
i. 多址能力
ii. 抗多径干扰的能力
iii.具有隐私性能
iv.抗人为干扰的能力
v.具有低载获概率的性能
vi.具有抗窄带干扰的能力
§2 DS-CDMA的基本单元
下面我们简单介绍DS-CDMA应用在第三代移动通信系统中的基本单元，即：RAKE接收机、功率控制、软切换、频率切换和多用户检测。
RAKE接收机。发射机发出的扩频信号，在传输过程中受到不同建筑物、山岗等各种障碍物的反射和折射，到达接收机时每个波束具有不同的延迟，形成多径信号。如果不同路径信号的延迟超过一个伪码的码片的时延，则在接收端可将不同的波束区别开来。
将这些不同波束分别经过不同的延迟线，对齐以及合并在一起，则可达到变害为利，把原来是干扰的信号变成有用信号组合在一起。这就是RAKE接收机的基本原理。
功率控制。在DS-CDMA系统中，不同用户发射的信号由于距基站的距离不同，到达时的功率也不同。距离近的信号功率大，距离远的功率小，相互形成干扰。这种现象称为远近效应。DS-CDMA系统要求所有用户到达基站接收机信号的平均功率要相等才能正常解扩。功率控制就是为解决这一问题，它调整各个用户发射机的功率，使其到达基站接收机的平均功率相等。功率控制的原理有两种类型：开环控制与闭环控制。开环控制主要是用户根据测量到的帧差错概率来调整发射功率。而闭环功率控制则由基站根据收到移动台发来的信号测量其信干比（SIR）发出指令，调整移动台发射机的功率。对于下行链路的功率控制主要是用来减少对邻小区的干扰。
软切换。移动台如果与两个基站同时连接时进行的切换称为软切换。在CDMA系统中软切换可以减少对于其他小区的干扰，并通过宏分集还可以改善性能。更软切换则指的是一个小区内不同扇区间的软切换。软切换的原理如下：移动台在上行链路中发射的信号被两个基站所接收。经解调后转发到基站控制器（BSC）。下行链路的信号也同时经过两个基站再传送到移动台。移动台可以将收到的两路信号合并，起到宏分集的作用。因为处理过程是先通后断，故称为软切换。而一般的硬切换则是先断后通。
频率间切换。在3G CDMA系统中在一个小区中有多个载波频率。例如在热点小区中，其频率数要多于相邻小区。同时在多层小区结构中，微小区将有不同的频率而不同于重叠在一起的宏小区。因此，存在不同频率之间的切换。有效的处理过程可以采用压缩模式或双接收机对另一频率进行测量。
多用户信号检测。目前的CDMA接收机都是基于RAKE接收机原理，它将其他用户的信号作为干扰来对待。在理想接收机中，如将所有用户信号都检测出来，则可把其他用户信号从总信号中减掉，则保存有用信号。在DS-CDMA系统采用RAKE接收机时其容量是干扰受限的系统。多用户信号检测，或称为联合检测与干扰消除技术则提供了一种有效地减少多址干扰的方法，从而增加了系统的容量。同时，它也能改善远近效应，通过首先扣除近距离大信号干扰而达到。由于最佳多用户检测十分复杂，而在实际上很难实现。目前研究得最多的还是次最佳多用户信号检测器。
摘自《通讯世界》
|
