DS—CDMA通信系统的特点

纪彧

摘 要：扩频通信具有抗干扰、抗噪声、抗多径衰落、保密性强、可多址复用和高精度测量等特点，这些优势使它的应用十分广泛。然而，DS-CDMA西戎正常运行的前提是扩频码同步。在现代通信中，如何从接收信号里提取同步信息至关重要，并直接决定通信系统性能指标的好坏。

关键字：扩频通信系统；同步；捕获；跟踪；仿真

移动通信是当今通信领域最为活跃、发展最为迅速的领域之一，而且越来越成为人们生活中不可或缺的一部分，是人们日常生活中最重要的通信方式之一。有人说如今出门带手机比出门带钥匙更为重要，这种说法一点也不夸张，反而很形象的道出了移动通信对人们生活的重大影响。

移动通信发展到今天，器用户的计数单位已经发展到亿，这在1946年AT&T推出第一个移动电话系统时是完全想象不到的。在这短短的五十年时间里，移动通信能够有如此快速的发展，跟移动通信涉及到的领域，跟移动通信涉及到的领域、综合技术之多、发展之快是分不开的。

随着计算机及通信技术的发展，世界各国对扩频技术的研究与应用已接近高潮，而基于扩频的CDMA移动通信技术也得到迅速发展，其主要原因是在扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，可充分利用各种不同码型的扩频码序列之间优良的自相关特性和互相关特性，以及在接受端利用相关检测技术进行解扩。这样，在分配给不同用户不同码型的情况下很容易的区分不同用户的信号，提取出有用信号，从而实现在宽带上许多对用户可以同时通话，即多址通信。其次，扩频CDMA方式，虽占用较宽的频带，但按平均到每个用户占用的频带来计算，其频带利用率是很高的。此外，扩频CDMA方式有精确的功率控制，可通过保持每个终端在低电平下的发射功率来减小对其他用户的干扰，以保证高质量的传输，同时客服了远近效应问题。采用扩频CDMA方式有精确的功率控制，可通过保持每个终端在低电平下的发射功率来减小其他用户的干扰，以保证高质量的传输，同时客服了远近效应问题。采用扩频CDMA，还有利于组网、进行选呼、增加保密性和解决新用户随机入网等问题。正因为有着不可比拟的优势，扩频CDMA技术已走进中国，并正在电信领域中广泛应用，对他的研究将具有非常深远意义。

从传统上来说，每个多址通信的用户独占一定的资源，比如频带或时隙（或两者兼有），并且每个用户所占资源并不相交。通过码分多址方式，假设每个用户所占的资源相互独立，多址信道便简化成单一点到点的信道，但是每个点到点的信道的容量会受到所分到的频带和时隙的限制，以及由背景噪声造成多路径衰落、阴影效应等传播畸变的影响，二采用扩频技术可以解决上述问题。此外，同步也是扩频通信系统中的一个非常重要的实际问题。同步与否，关系着扩频通信系统能否正常工作；同步好坏，直接影响着系统的工作稳定性；同步快慢，决定着系统刚干扰能力的强弱。

1 CDMA及扩频原理

CDMA就是利用相互正交的不同编码序列分配给不同用户调制信号，实现多用户同时使用同一频率接入系统和网络的通信技术。CDMA按照其采用的扩频调制方式的不同，可以分为直接序列扩频（DS）、调频扩频（FH）、跳时扩频（TH）和复合式扩频等。其中，以DS-CDMA也就是直扩码分多址应用最广。

1.1 DS-CDMA通信技术及特点

CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，是原数据信号的带宽被扩展，在经载波调制并发送出去。接受端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽新号作相关处理，把带宽信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。

我们知道，在无线蜂窝通信系统设计中，必须妥善解决好几个方面的问题：其一，由于无线链路上的多径效应带来的衰落；其二，由于复用环境下多个用户在接入时彼此干扰造成的系统性能诸如呼损率、掉话率的恶化；其三，尽可能扩大容量。CDMA移动通信系统的扩频技术通过所谓扩频增益的提高可以很好的改善恶劣信道的影响。另外，CDMA作为一种多址方式，不同于从前的FDMA（频分多址）、TDMA（时分多址）。后两种多址方式将接入所需的资源进行划分，使得用户等效为独立的单信道环境下工作，而CDMA系统实现了含頻域、时域和码域三维信号处理的一种协作，因此它具有抗干扰性好，抗多径衰落，保密安全性高，同频率可在多个小区内重复使用，容量和质量之间可权衡取舍等属性。这些属性使CDMA比其他系统有非常重要的优势。

CDMA系统是一个干扰受限系统，系统信噪比对于所能达到的用户数有着显著的影响。William C.Y.Lee曾指出并论证了具有功率控制CDMA系统的用户量是FDMA方式的20倍，是TDMA方式的4倍。而利用语音通话时的激活周期（35%）和空间划分可以进一步减小诸如远近效应所引起的干扰，提高系统容量。理论和实践证明，与FDMA、TDMA相比，以CDMA为接入方式的系统通过功率控制等措施不仅提高了支持的用户数（用户数×单用户传输效率=系统传输速率），还有可能达到或逼近多址信道的信道容量界，有助于达到信息论的“有效性”目标。

针对人们对移动通信保密和抗干扰方面越来越高的要求，移动通信3G标准的制定与实施使用这一切成为可能。第三代移动通信系统主要工作在2GHz频段，其主要目标是支持多媒体业务的高速数据传输，最高数据率可达2Mbit/s。WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA这三种最主要的3G无线传输技术指标，均采用了CDMA技术，即CDMA技术是第三代移动通信技术的关键技术，而直接序列扩频（DS-SS）技术在CDMA中应用最为广泛。

直接序列扩频的CDMA系统，就是直接使用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱；而在收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始信息。扩频码的序列多采用伪随机码，也称为为噪声（PN码）序列。由于不同的扩频码是正交或者接近正交的，彼此相互影响很小，因此，可以把不同的扩频码作为用户的地址吗，则很容易实现码分多址（CDMA）通信。其特点如下：

（1）各用户使用同一频段，频谱效率较高；

（2）具有抗多径、抗干扰特性；

（3）采用RAKE接收机提高抗多径性能；

（4）PN码具有类似噪声的性能；

（5）发射谱密度低，信号隐蔽。

2 扩频通信的主要特点

自20世纪40年代后期，特别是80年代以来，扩频技术被广泛应用与各种军事系统中。由于其性能独特，在移动通信、卫星通信中也获得了广泛应用。扩频通信技术的主要特点概括如下：

2.1 抗干扰能力强

抗干扰能力强是扩频通信最基本的特点。扩频系统的扩展频谱越宽，获得的处理增益越高，干扰容限就越大，抗干扰能力就越强。接收端采用与发送端同步的扩频码解扩后，又用信号得到恢复，其他干扰信号的频谱就被展宽了，从而使落入信息带宽内的干扰强度大大降低，从而抑制了干扰。

2.2 保密性好

保密性好是扩频通信最初在军事通信中获得应用的主要原因。由于扩频系统使用周期很长的伪随机码进行扩频，经调制后的数字信息类似于随机噪声，在接收端进行解扩时，只有采用与发送端同步的扩频码才能正确的恢复发送的信息。而且在不知伪随机码时破译是很困难的，所以信息得到了保密。此外，由于扩频信号的频谱被扩展到带宽很宽的频带内，其功率频谱密度也随之降低，难以检测，所以信号具有隐秘性。

2.3 具有抗衰、抗多径干扰能力

由于扩频通信系统的信号频谱被展宽，所以扩频系统具有潜在的抗频率选择性衰落的能力，此外，扩频通信系统还能有效的客服多径干扰。

2.4 具有多址能力，易于实现码分多址

扩频通信系统中用伪随机序列扩频，在实际的通信系统中可以利用不同的伪随机序列作为不同用户的地址码，从而实现码分多址

通信。

参考文献

[1]无线通信原理[M].清华大学出版社