DS-CDMA抗干扰性

现代电子技术的高速发展，空间电磁环境日益复杂，频道相对拥挤，在军事通信中，更加面临着各种人为干扰。为了增强通信系统的可靠性，增加信道容量，人们采用码分多址技术进行扩展频谱通信。与常规通信相比，DS/CDMA系统具有高处理增益，提高了系统的抗干扰能力，处理增益GP可表示为:P越大则系统抗干扰能力越强，实际系统所能承受的干扰可由干扰容限来表示:

Mj=GP-[Lsys+(S/N)out](2)

其中GP为系统处理增益，Lsys为系统执行损耗，包括射频滤波器的损耗，相关处理器的混频损耗，放大器的信噪比损耗

等。(S/N)out为相关接收输出端要求的信噪比。在工程应用中，GP不可能无限增大，又因为器件的非线性及码元跟踪误差导致信噪比损失，所以扩频接收机实际上容许输入的干扰与信号功率比，较干扰容限还要低。并且DS/CDMA系统本身存在多址干扰，因此，必须采取一些抑制干扰的措施以增强系统的可靠性。

其遵循ITU规定的IMT-2000规格，并以W-CDMA方式为基础的一种通信技术。该技术能够利用5MHz的信道提供高达2Mbps的数据速度，同时能够扩大系统容量，提高通话时的语音质量，降低通话的掉线率，支持IP数据服务。DS-CDMA技术除了能提供窄带业务(如话音业务)之外，还能提供多种用户速率通信、VOD带宽的能力，以及根据不同业务提供不同服务等级的能力。 在CDMA标准中，DS-CDMA技术是其中的重要部分，是实现无线多媒体通信的关键。DS-CDMA技术最早起源于欧洲和日本的第三代无线研究活动，GSM的巨大成功对第三代系统在欧洲的标准化产生重大影响。在1996年，日本推出了一套DS-CDMA的实验系统方案，并得到了当时世界上主要的移动设备制造商的支持。1998年12月成立的3GPP(第三代伙伴项目)极大地推动了DS-CDMA技术的发展，加快了DS-CDMA的标准化进程，并最终使DS-CDMA技术成为ITU批准的国际通信标准。 DS-CDMA基于ANSI-41核心网，它使用新的频带，采用FDD工作方式，码片速率为3.84Mbps。DS-CDMA有更大的覆盖范围，采用自适应天线及多用户检测等新技术，并可支持频率间切换。由DS-CDMA技术组成的通信系统通常包括无线基地局装置、无线网络控制装置、多媒体信号处理装置。DS-CDMA系统的空中连接采用5MHz、10MHz或20MHz的无线信道

当然，DS-CDMA也存在一些问题，如多址干扰问题，这是由于不同地址码之间的非完全正交性而造成的，通信过程中不同用户的发射信号会相互干扰。多址干扰是DS-CDMA系统中相当严重的一个问题，这还需要人们通过对地址码选择的进一步研究来解决。此外，在DS-CDMA系统中还存在"远近效应"，就是说离基站近的强信号用户会对远离基站的弱信号用户的通信形成干扰，本质上说这还是由于地址码的非完全正交性所致，但现阶段人们已通过在移动通信系统中引入"自动功率控制"技术削弱了远近效应的影响。

单频带系统仅使用单一的成形脉冲进行数据传输，其信号带宽很大，多径分辨率很高，抗衰落能力强。但由于信号的时间弥散严重，接收机的复杂度较高。此外，为解决共存性问题，避免与带内窄带系统的干扰，该系统采用的滤波器也是比较复杂的。其典型代表是单载波DS-CDMA。在单载波DS-CDMA方案中，经过DS-CDMA扩频之后的信号再对载波进行调制，从而可以在合适的频带范围内传输。传统的无载波UWB方案存在较多低频分量，无法满足FCC规定的发射功率的限制。而单载波DS-CDMA方案通过频谱搬移解决了这一难题。

多频带系统是指将规划UWB的整个频段划分成若干个子带。使用部分或全部子带进行数据传输。信号成形和数据调制在基带完成通过射频载波搬移到不同子带，避开传统窄带系统使用频段。多频带系统根据调制方式分为多带脉冲无线电和多带正交频分复用两种方式。其多址问题采用跳频技术来解决。相对于符号速率又可分为快跳和慢跳。MBOA(MultiBand Orthogonal frequency division multiplexing Alliance)多频带联盟提议将UWB频带分为最少三个频段。并采用正交频分复用(OFDM)方式将三个频段进一步分为大量的窄通道。

从技术上来讲，MBOA和DS-CDMA是无法彼此妥协的。对无线电频率管理来说，有两个基本的原则:一是新的无线电技术不得对已有的无线电台(系统)造成有害干扰;二是受到干扰不得提出保护要求，即要能忍受已有无线电台的各种干扰。DS-CDMA因为使用整个3.1~10.6GHz频段，包括传统无线技术使用其中的一些频率，而MBOA使用多个频率子带可以很方便地避开这些频率。

同传统结构相比，UWB接收机的结构相对简单，图1给出了UWB发射和接收机的系统框图。在UWB收发信机中，信息可被不同技术调制，在接收端，天线收集信号能量经放大后通过相关接收后处理，再经门限检测后获得原来信息。相对于超外差式接收机来说，实现相对简单，没有本振、功放、PLL(锁相环)、VCO(压控振荡器)、混频器等，成本低，而且UWB接收机可全数字化实现，采用软件无线电技术，可动态调整数据率、功耗等。

2003年，在IEEE802.15.3a工作组征集提案时，Intel、TI和XtremeSpectrum分别提出了多频带（Multiband）、正交频分复用（OFDM）、直接序列码分多址（DS-CDMA）3种方案，后来多频带方案与正交频分复用方案融合，从而形成了多频带OFDM（MB-OFDM）和DS-CDMA两大方案。UWB无线通信市场巨大，各大公司竞相争逐，主要存在两大对立阵营：以美国TI、Intel等公司为首的MBOA（MB-OFDM联盟）；以美国XtremeSpectrum、Freescale等为主的DS-CDMA联盟。超宽带无线技术是采用DS-CDMA技术还是MB-OFDM技术体制，是当前UWB技术领域争论的最为激烈的话题。下面将分别对这两种体制介绍和比较。

MBOFDM技术

MB-OFDM的核心是把频段分成多个528MHz的子频带，每个子频带采用TFI-OFDM（时-频交织正交频率复用）方式，数据在每个子带上传输。传统意义上的UWB系统使用的是周期不足1ns的脉冲，而MB-OFDM通过多个子带来实现带宽的动态分配，增加了符号的时间。长符号时间的好处是抗ISI（符号间干扰）能力较强。但是这种性能的提高是以收发设备的复杂性为代价的，而且还要考虑子信道间干扰（ICI）的影响。MB-OFDM将在性能方面具有优势（初期速度高达480Mbit/s），而且由于OFDM技术使微弱信号具有近乎完美的能量捕获，所以它的通讯距离也会较远。表2列出了MB-OFDM的主要技术参数。

表2MB-OFDM主要技术参数

技术参数MB-OFDM

频带数量10（第一代为3）

频带带宽每个子频带528MHz

频率范围1组：3.168～4.752GHz

2组：4.752～6.336GHz

3组：6.336～7.920GHz

4组：7.920～9.504GHz

5组：9.504～10.560GHz

调制方式TFI-OFDM，QPSK

纠错编码卷积码

复用方式TFI

链路余量5.3dB/10m，110Mbit/s

10.0dB/4m，200Mbit/s

11.5dB/2m，480Mbit/s

DSCDMA技术

DS-CDMA最早是由XtremeSpectrum公司提出。DS-CDMA采用低频段（3.1～5.15GHz），高频段（5.825～10.6GHz）和双频带（3.1～5.15GHz和5.825～10.60Hz）3种操作方式。低频段方式提供28.5～400Mbit/s的传输速率，高频段方式提供57～800Mbit/s的传输速率。DS-CDMA在每个超过1GHz的频带内用极短时间脉冲传输数据，采用24个码片的DS-SS（直接序列扩频）实现编码增益，纠错方式采用R-S码和卷积码。与MB-OFDM相比有较好的频率利用率。表3列出了DS-CDMA的主要技术参数。

表3DS-CDMA的主要技术参数

技术参数DS-CDMA

频带数量2

频带带宽1.268～2.736GHz

频率范围3.2～5.15GHz

5.825～10.6GHz

调制方式BPSK，QPSK，DS-SS

纠错编码RS码，卷积码

复用方式CDMA

链路余量6.7dB/10m，110Mbit

11.9dB/4m，200Mbit

1.7dB/2m，480Mbit

1956年，Prcie和Green提出了具有抗多径衰落的RAEK 接收机概念：1937年，Forney提出的基于已知信道特性的最大似然序列检测器(MLSD)，这是一种最优的单用户接收机。美国QUALCOMM公司在80 年代坚持研究DS-CDMA技术，1989年，QUALCOMM公司进行了首次CDMA实验。验证了DS扩频信号波形非常适合多径信道的传输，以及RAKE接收机、功率控制和软切换等CDMA的关键技术 。在 1996年推动了窄带CDMA IS-95商用运行，让RAKE接收机产业化，同时也推动了RAKE接收技术的长足发展。

面对未来的发展，RAKE接收机将同三项关键革新技术相结合：智能天线技术、多用户检测、MIMO系统。目前研究的热点包括：RAKE接收机如何降低复杂度；多用户检测的最优算法；MIMO系统与OFDM的结合等。