通信原理——CDMA

文章目录

• （一）CDMA的概念
• 1.1 多址技术的概念
• 1.2 扩频通信
• 扩频通信的理论基础
• 处理增益和抗干扰容限
• （二）CDMA中使用的扩频码

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（一）CDMA的概念

  CDMA（Code Division Multiple Access）码分多址，就是利用码来区分不同的信号。

1.1 多址技术的概念

  多址技术：多个独立用户同时使用传输介质而互不影响。
  图片来自CDMA基本原理

  采用多址技术，可以增加系统的容量，为更多的用户提供服务，降低系统成本，降低单用户的费用。
  前面讲过FDMA技术，该技术与CDMA都是多址方式。区别在于：

FDMA：
  1. 每个用户使用不同的频率。
  2. 一个信道对应一个频率。
CDMA：
  1. 一个信道对应一种独特的码序列。
  2. 每个用户使用相同的频率，但采用不同的码序列。

1.2 扩频通信

  扩展频谱(SS:Spread Spectrum)通信简称扩频通信。
  在发端采用扩频码调制，使信号所占的频道宽度远大于所传信息必须的带宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解调来解扩以恢复所传信息数据的技术称为扩频通信技术。
  扩频通信技术可分为以下几种：

1. 直接序列扩频（DSSS,Direct Sequence Spread Spectrum)
2. 调频（FH,Frequency Hopping)
3. 跳时（TH,Time Hopping)
4. 宽带线性调频（Chirp Modulation)

注意要点：
  采用的扩频码序列与所传信息数据是无关的。扩频码序列仅仅起扩展信号频谱的作用，丝毫不影响信息传输的透明性。

图片来自CDMA基本原理

扩频通信的理论基础

  扩频通信的理论基础是香农公式：$C=Blog_2(1+\frac{S}{N})$C=Blog2​(1+NS​)
  其中，$C$C是信道容量，$B$B是信号频带宽度，$S$S是信号平均功率，$N$N是噪声平均功率。

处理增益和抗干扰容限

  处理增益：$G_p=\frac{W}{\Delta F}$Gp​=ΔFW​
  抗干扰容限：$M_j=G_p-[(\frac{S}{N})_o+L_s]$Mj​=Gp​−[(NS​)o​+Ls​]

$G_p$Gp​:处理增益
$W$W：扩频信号的带宽
$\Delta F$ΔF：信息带宽
$M_j$Mj​：抗干扰容限
$(\frac{S}{N})_o$(NS​)o​：输出端的信噪比
$L_s$Ls​：系统损耗

  在扩频通信系统中，接收机作扩频解调后，只提取伪随机编码相关处理后的带宽为$\Delta F$ΔF的信息，而排除掉宽频带$W$W中的外部干扰、噪音和其他用户的通信影响。因此，处理增益$G$G反映了扩频通信系统信噪比改善的程度。

（二）CDMA中使用的扩频码

扩频码的使用是扩频通信的关键点。
扩频码：前向为Walsh码和PN短码，反向为PN长码。

  CDMA中，用64阶Walsh函数进行前向扩频，区分扇区内前向码分信道，反向做正交调制。
  伪随机序列（PN码）：具有类似噪声序列的性质，是一种貌似随机但实际上有规律的周期性二进制序列。