什么是直接序列扩频传输(DS-CDMA)

什么是直接序列扩频传输(DS-CDMA)

直接序列扩频（DS）是将信号频谱在频率域扩宽，从而降低空中传输信号的功率谱密度，使敌方对抗设备难以检测通信信号而实现其抗干扰的目的。

直接序列扩频（简称直扩或DS）通信系统的发送信号是一个将窄带信息源经伪噪声码展宽后的宽带低功率谱密度信号，接收机在取得与发端的同步后，便可用与发端相同的伪噪声码与之进行相关解扩，恢复出窄带信息。

直扩系统的抗干扰能力是由接收机对干扰的抑制产生的，如果干扰信号的带宽与信息带宽相同（即窄带），此干扰信号经过接收机伪噪声码调制后将展宽为与发送信号相同的带宽，而其谱密度却降低了若干倍。相反，直扩信号经伪噪声码解扩后变成了窄带信息，从而使增益提高了若干倍。此增益我们称为直扩处理增益GDS，也就是直扩系统的抗干扰能力，其定义式如下：　　

GDS＝10 lg（Rc／Rb）（2）其中：Rc为直扩码速率；Rb为信息码速率，其比率即为扩频码长度，也称扩频信号的带宽扩展因子。

直接序列扩频在实际应用中往往会遇到以下几个问题：

（1）当采用跳频／扩频体制时，为获得足够大的处理增益，系统占用带宽太大，这就减少了可供跳频的信道数。

（2）系统带宽太大，进入接收机前端的干扰信号增多。

（3）要得到有效的抗多径和利用多径的能力，扩频码片必须足够窄，信息比特必须足够宽，而后者又限制了信息传输速率的提高。

为了解决系统占用频带过宽、外部干扰增多和传输速率受限的矛盾，当前各国大多采用多进制扩频技术，相对有效的解决这些问题。

FDMA、TDMA和DS－CDMA的比较

相对于FDMA、TDMA，DS－CDMA的第一优点是它容忍一定程度的干扰信号。由于CDMA对干扰容忍的原因，频带分配和小区干扰等问题变得简单了。并且，它对其它系统的干扰不是个问题，因此系统设计和实施的适应性得到极大的改善。换一句话说，FDMA和TDMA的无线系统必须精心地分配频率或时隙以保证它与其它的类似系统无干扰。因此对FDMA和TDMA，复杂的滤波器和保护带的保护是很需要的。在双向通话时，话音活动模式使CDMA系统容量得到改善，而这种模式引入到FDMA和TDMA中是无效的。因此，对于相同的频带，CDMA比FDMA和TDMA系统能容纳更多的移动用户。

对于DS－CDMA，相邻小区可以共享相同的频率，而由于干扰FDMA/TDMA的相邻小区不能共享相同频率。更多的容量增益可以用方向性天线技术来获得，它将小区分为几个扇区。

DS－CDMA系统的容量

DS－CDMA系统的容量依赖于处理增益（Bw/R），每个比特能量对于干扰的比（ ），话音负荷周期，全向频率再用效率hf 和扇区数G。

在小区中从移动台接收的信号功率是 S＝R′Eb。

信号干扰比：在一个小区有Nu个移动用户，由于采用了自动功率控制（APC），无论用户分布在什么地方，每个用户受到Nu－1个用户的干扰。APC可以降低功耗，减少对其它用户的干扰，有利于克服衰落。

对正六角形小区，S/I为：这里 Nu为带宽为Bw的移动用户数，ki , i=1,2,3…为周围其它小区终端的干扰贡献因子1，2，

3 为外围圈数。

如果我们定义频率再用效率hf为实验表明在双工双向对话中，平均每方的话音占用时间小于40％。因此剩余的时间的干扰可以被消除。由于CDMA中所有用户共享同一频带，其它干扰信道的静止间隙可对期望的信道的干扰减少，而对FDMA和TDMA由于在话音间隙时再分配信道有时延，因此是无效的。我们定义nf为话音活动因子，则另外再考虑自动功率控制的不完善和小区的扇区天线数，上式修正为：这里hf 为频率再用效率；

hb为带宽效率因子；

Cd为APC不完善造成的容量下降因子；

nf为话音活动因子；

Bw为单方向带宽；

R为带信息头的信息比特率；

Eb为每个比特的能量；

G为小区天线的扇区数。

对于数字语音传输，Eb/I0为低于10－3比特误码率所需要的值，hf 依赖于微观分集的质量。在乐观的假设下hf <0.5。话音活动因子通常假定为小于或等于0.5。对于10－3比特误码率，如果无编码Eb/I0为63（18dB），若使用强有效的编码方法Eb/I0可以低到5（7dB）。容量衰减因子Cd总小于1。