多媒体扩频传输中的关键技术.pdf

发布时间：2022-06-16 发布人：admin 分类：说明书资料大小：1.79M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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封面

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1论文研究的背景

1.2多媒体通信特点

1.2.1媒体和多媒体

1.2.2多媒体通信

1.2.3多媒体通信的服务质量

1.2.4第三代移动通信系统的QoS分类

1.3多媒体扩频传输的关键技术研究

1.4论文的研究内容及结构安排

第二章WCDMA的扩频调制

2.1概述

2.2扩频码分多址通信

2.2.1扩频通信的基本原理

2.2.2直扩式码分多址通信

2.2.3扩频序列的特点

2.2.4 m序列和gold码多址性能的比较

2.3窄带CDMA的扩频方式及特点

2.4 WCDMA的扩频调制

2.4.1 WCDMA的基本特点

2.4.2 WCDMA物理信道

2.4.3 WCDMA的扩频方式

2.4.4上行物理信道的扩频与调制

2.4.5下行物理信道扩频与调制

2.5小结

第三章DS-CDMA中多速率传输技术

3.1概述

3.2多速率的概念

3.3变处理增益方案的性能分析

3.3.1高速率和低速率的相互影响

3.3.2小结

3.4多码传输的性能

3.5单码和多码的比较

第四章OVSF码分配策略的研究

4.1概述

4.2 OVSF码原理及特性

4.2.1 OVSF码的产生

4.2.2 OVSF码的正交性

4.2.3 OVSF码的异前置性

4.3 OVSF码的分配策略

4.3.1码的直接分配法

4.3.2动态分配法

4.3.3多码的分配策略

4.4基于优先级考虑的OVSF动态分配算法

4.5仿真

4.5.1排队模型基本概念

4.5.2泊松过程

4.5.3仿真结果

4.6结论

第五章多媒体CDMA系统速率自适应的性能分析

5.1概述

5.1.1功率控制技术

5.1.2速率自适应技术

5.2系统模型

5.2.1信道模型

5.2.2发射模型

5.2.3接收模型及信噪比

5.2.4速率自适应

5.2.5功率自适应

5.3性能分析

5.3.1中断率

5.3.2系统容量

5.3.3平均传输速率

5.3.4比特能量

5.4数值和仿真结果

5.5结论

结束语

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

参考文献

南京航空航天大学硕士学位论文多媒体扩频传输中关键技术研究姓名：许凌云申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：许宗泽20040101

南京航空航天大学硕士学位论文摘要扩频通信技术是一种优良的体制，多媒体传输是信息发展的要求，在第三代移动通信系统中将实现多媒体扩频通信。由于各种媒体传输的速率是不同的，与传统的移动通信系统相比较，差别主要有数据速率不同。误码率大小要求不同，时延要求不同等。传统移动通信系统所提供的数据速率一般只有几kbps，而移动多媒体通信所要求的数据速率范围为几Mbps甚至几十Mbps，在同一扩频系统内传输多媒体的扩频比也不一样，就要采用不同长度的伪码，而且伪码之间必须保证正交性或准正交性。伪码的长度，数量和正交性都是很重要的关键技术，同时也必须考虑在信道等变化时保证通信质量。本文首先分析了第三代移动通信中(以WCDMA为例)实现多媒体扩频的方式，多速率传输技术是3G研究的重点，WCDMA中多速率传输可采用变处理增益传输(OVSF．CDMA)方案及多码(MC．CDMA)传输方案。本文在比较了这两种传输方案的基础上，讨论了变处理增益方案传输中高速率和低速率用户之间的相互关系。WCDMA的信道扩频采用了长度可变的正交码序列。即OVSF码用作扩频码。它为wCD^iA提供高度灵活的业务起了非常重要的作用。在wCDm系统，0vSF码保证了不同物理信道之间的正交性。上行链路中扩频因子变化范围为4-256。下行链路中，扩频因子的变化范围是4—512。ovSF码作为～种无线资源，需要合理分配。本文重点研究了扩频码(OVSF)在WCDMA下行链路中的分配策略，提出了基于优先级考虑的分配策略，并进行了仿真。最后对多媒体传输中的关键技术速率和功率的自适应技术进行了性能分析、比较和数值仿真，结果显示速率的自适应技术在某些性能方面要优于功率自适应技术。关键词：多媒体、扩频、正交可变扩频因子码、速率自适应、功率自适应

童坚笠芏塑堡塑!差壁垫查婴壅AbstractSpreadspectrumcommunicationisanexcellentsystem．thetransmissionofmultimediawillbenecessaryinthedevelopmentofmobilecommunication．Themultimediaspreadspectrumtransmissionwillberealizedinthemirdgenerationmobilecommunicationsystem．Themobilemultimediacommunicationsystemneedtosupportthetransmissionofhigh·speeddataandvariablespeeddatacomparedwiththeordinaryspreadspectrumcommunication．ThedataraterangesfromseveralKbpstohundredKbpsforwideupto2Mbps．Inordertoassuredifferentdataratetotransmissioninthesamespreadspectrumbandwidth，weneedtousedifferentlengthsandorthogonalPNcodes．Thelengths，numbersandorthogonalityofthePNcodesareimportanttechnologies．InthethesisWeanalyzethemethodsofspreadspectrumtransmissionofWCDMA．Twomulti—ratetransmissionschemesarediscussedandcompared．AndinOVSF—CDMAtransmissionscheme，weanalyzetherelationshipofhighvelocityandlowvelocityusers．WCDMAUSeOVSFcodeaschannclspreadspectrumcode，OVSFplayanimportantroleinWCDMAwhichoffersflexibletraffics．IntheuplinkofWCDMAthespreadfactorrangesfrom4-256andrangesfrom4-512inthedownlinkofWCDMA．OVSFcodeisimportantresource，weneedtoassignthemrightlyandefficiently．WestudytheassignmentofOVSFcodeinthedownlinkofWCDMA．Inordertoassurethereaitimetraffic，thedynamicallocationmethodbasedOilpriorityisproposedandsimulated．Intheendwecomparethetwokeytechnologiesofthemultimediatransmission．TheconclusionindicatestheadaptiveratetechnologiesarebetterthanadaptivepowertechnologiesonsomeiSSUeS．Keywords：multimediaspreadspectrumOVSFadaptiverateadaptivepower¨

南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论通信作为人们在信息获取和交流中不可或缺的重要工具，已在当今信息化时代扮演着越来越重要的角色。移动通信作为能够提供快速．便捷，可靠的通信方式，是当今通信领域中最为活跃和发展迅速的领域之一，也将成为本世纪对人类生活和社会发展有重大影响的科学领域之一。移动通信的快速发展，将使人类不论何时、不论何地都能与任何人交流任何信息的个人通信愿望成为现实。1．1论文研究的背景移动通信系统的发展和应用目前从技术体制上可划分为三代移动通信系统。随着技术的不断发展和社会进步需求，第四代移动通信系统，第五代移动通信系统等也将会相应出现。第一代移动通信系统：70年代中期至80年代中期，移动电话以模拟方式为主的频分多址(FDMA)和模拟调制(FM)为代表的系统，如美国的AMPs(AdvancedMobilePhoneService)，北欧的NMT(NordieMobileTelephone)，英国的TACS(TotalAccessCommunicationSystem)模拟蜂窝网。在十年间经历了前所未有和出人意料的发展。第二代移动通信系统：80年代初至90年代初期，移动电话以数字时分多址(TDMA)和数字调制技术(GMSK，n／4．QPSK)、语音编码(RPE．LPT，VSELP)技术为代表的GSM(GlobalSystemforMobileCommunications)，DAMPS(DigitalAMPS)和工作在1．5GHz的PDC(PersonalDigitaiCellular)数字蜂窝系统。第二代数字移动通信系统采用信道数字复用、数字调制和低比特率话音编码技术，克服了第一代模拟移动通信系统存在的频谱利用率低、话音质量不高、缺少必要的通信安全功能及提供的业务受到限制等缺点。随着数字信号处理理论的发展和超大规模集成技术的应用，通过理论分析和现场试验，认为码分多址(CDMA)在移动通信环境下，在获得大容量和高质量方面是一种具有竞争性的体制。在80年代末出现了研制数字移动通信系统，如Qualcomm公司的窄带扩频方案Q-CDMA、IntelDigital公司的宽带扩频方案B．CDMA和Cylink公司的码分方案S-CDMA。随着社会的发展，技术的进步，人们希望移动通信系统能和固定网一样提供将话音、图像、数据等综合在一起的的交互式多媒体业务，这是第二代通信系统所不能达到的。因此，人们的目光开始向第三代移动通信转移。事实上，国际电联(ITU)早在1985年就提出了第三代移动通信系统的概念，当时称为未来公共陆地移动通信系统(FPLMTS)，1995年，又更名为国际移动电信2000(IMT-2000)。IMT-2000支持的网络被称为第三代移动通信系统，简称3G，它将支持速率高达2Mbit／s的业务，而且业务种类将涉及话音、数据、图像以及多媒体等业务。它的主要特性有：(1)全球化。全球普及和全球无缝漫游的系统：第二代移动通信系统一股为区域

多媒体扩频传输中关键技术研究或国家标准，而第三代移动通信将是一个在全球范围内覆盖和使用的系统。(2)多媒体传输。提供高质量的多媒体业务，如话音、可变速率数据、活动视频和高清晰图像与多种业务，实现多种信息一体化。(3)综合化。能将现有的寻呼，蜂窝卫星移动通信系统综合在同一系统中，以提供多种业务。(4)智能化(5)个人化总之，全球漫游和多媒体传输是第三代移动通信系统所追求的主要目标，真正实现“任何人，在任何地点、任何时间与任何人”都能便利地通信。无线传输技术是第三代移动通信系统的重要组成部分，目前，国际上最具竞争力的IMT-2000无线传输技术主要有两种：WCDMA技术和基于IS-95CDMA的CDMA2000。另外，我国也提出了具有自己知识产权的TD—SCDMA系统。但不论是哪一种技术，宽带扩频码分多址是第三代移动通信的基础[1]。码分多址(CDMA)是一种扩频通信技术。码分多址采用宽带传输，功率谱密度低，允许许多用户同时在同一宽带信道传输信息。CDMA实现多址接续的方式是使用一组正交(准正交)的PN序列经相关处理实现多用户区分，达到通信的目的。COMA技术有许多独特的优点：l抗多径衰落由于宽带传输，抗多径衰落性能强。它的信号频带大于信道的相干带宽，多径分量可以分离，可采用多径分集接收技术，从而有效的减少了多径衰落对系统性能所造成的恶化。2软容量．在频分和时分多址中，系统的容量是设计规定好的。在码分多址中，系统容量的确定决定于允许的信噪比。因此，增加用户只是减少信噪比，降低通信质量，不会遭到拒绝。CDMA系统的容量是干扰受限的，有效的抑制多址干扰，将会使系统容量得到显著的增加。3软切换在CDMA系统中，移动台的漫游可以通过软切换实现，软切换能够保证切换过程中的连续性，减少数据丢失的概率。这一特点尤其适合移动多媒体通信。4弹性小区在CDMA系统中，功率控制技术和软切换技术的采用，导致不同基站的蜂窝小区边界是动态可变的，当某一小区的负荷较重时，可以通过改变系统的门限信噪比，使部分移动台切换到邻边的负荷较轻小区。5保密性和抗干扰性能由于低功率谱传输和按地址码选取信息．抗干扰性能和保密性强。6低功耗．

南京航空航犬大学硕士学位论文这是由CDMA系统的功率控制技术所决定的，低功耗可以极大的延长电池的使用寿命，减小移动台的体积。扩频通信技术是一种优良的体制，多媒体传输是信息发展的要求，在第三代移动通信中将实现多媒体扩频通信。由于各媒体传输的速率是不同的，在同一扩频系统内传输多媒体的扩频比也不一样。与普通的扩频通信系统相比，必然面临许多新的技术。同时由于移动通信信道的复杂性，无限资源的有限性对多媒体传输技术提出了更高的要求。因此，移动多媒体传输是移动通信网络中的～个巨大挑战，对它的关键技术研究具有重大理论和实际意义，各国的学者正在对此进行广泛和深入的研究。1．2多媒体通信特点1．2．1媒体和多媒体多媒体是英文multimedia的译文，其核心词是媒体。所谓媒体是指信息传递和存储的最基本的技术和手段，即信息的载体。由于信息被人们感觉加以表示，使之显现实现存储或传输的载体各有不同，按照国际电联电信标准部建议的内容，媒体可分为五类：感觉媒体：如声音，图像，动画，文本等。表示媒体如声音编码，图像编码，文本编码等。显现媒体如显示器，打印机等输出媒体及键盘，鼠标等输出媒体。存储媒体如硬盘，光盘等。传输媒体如电缆，无线电链路，光纤等。如果媒体携带的信息种类只有一种，如只有图像，则这种媒体称为单媒体。如果媒体携带的信息不只一种，而是图像，文字，声音的综合，则称为多媒体。它是充分利用了人的各种感官，来达到最有效最生动地进行信息交流的目的。‘目前在技术上能够处理的信息种类主要包括：声像图文四种。1．2．2多媒体通信多媒体通信是指在一次呼叫过程中能同时提供多种媒体信息——声音，图像。文字，语音的通信方式。和单一媒体的通信方式相比较，利用多媒体通信，用户可以图文并茂地交流信息，分布在不同地点的多媒体信息，还可以步调一致地作为一个完整的信息呈现在用户面前，而且用户对通信全过程具有完备的交互控制能力。这就是多媒体通信的分布性，同步性和交互性等特点。多媒体通信的业务类型主要有会话型：你与朋友通话可以看到形象；你与国外的合作伙伴进行谈判，可以看到对方提供的样品。电子信函型：你可以在任何时间向远方的朋友发出(或接收)集声像图文一体的电子邮件。检索型：可以从不同地点的多媒体数据库中检索到所需的信息。要实现如此诱人的多媒体通信，需要解决许多重大技术问题。首先是通信网的问题，必须能灵活的传输交换具有不同传输速率，不同传输要求的多媒体信息。其次要解决多媒体信息的压缩问题，信号的频带压缩到一定的范围。还要研制至少可以存储显示处理两种

多媒体扩频传输中关键技术研究以上多媒体信息的多媒体终端设备等。1．2．3多媒体通信的服务质量服务质量(QualityofService，QoS)是一种抽象概念，用于况明通信服务的“良好”程度。由于不同的应用对通信网络性能的要求不同，对通信网络所提供的服务质量期望值也不同，这种期望值可以用统一的QoS概念来描述，在不同的应用系统中，QoS参数级的定义方法可能是不同的。例如，可以使用网络性能参数来定义QoS，即QoS={吞吐量，误码率，延迟)，对连续多媒体传输来说，端到端延迟和延迟抖动是两个关键的参数。多媒体应用，特别是交互式多媒体应用对延迟有严格的限制，不能超过人所能容忍的程度；否则，将会严重的影响服务质量。表1．1给出几种多媒体对象所需的QoS。总之，一个良好的多媒体通信系统必须具有QoS支持能力，最大限度的满足用户的QoS要求。表1．1多媒体通信的QOS最大延迟最大延迟平均吞吐可接受的(S)抖动(ms)量(Mb／s)误码率语音0．25lO0．064<10—2活动图像0．251010010吨静止图像l2-1010q数据文件l2-100O实时数据0．001-1<1001．2．4第三代移动通信系统的QoS分类在带宽资源一定的情况下，传输延迟和误码率特性是一对矛盾．此消彼长的特性：如果要求较低的传输延迟，就必然会以牺牲误码率特性为代价：如果要求较低的误码率，就必然会带来较长的传输延迟。因此，根据各种业务对传输延迟和误码率特性要求的不同，3G定义了以下4种不同的QoS类别：会话类(Conversationalclass)：流类(Streamingclass)：交互类(Interactireclass)：后台类(Backgroundclass)：不同QoS类别之间最显著的区别是对传输延迟的敏感性，会话类是最敏感的，而后台4

南京航空航天大学硕士学位论文类是最不敏感的。会话类和流类主要用于传输实时业务流，它们之间的主要区别在于对传输延迟的敏感性。会话类实时业务，如视频电话，是对传输延迟最敏感的应用，这些业务数据流应当作为会话类来承载。交互类和后台类主要用于WWW，E-mail，Telnet，FTP等应用。由于这两类业务的延迟要求比较宽松，因此与会话类和流类相比，可以通过信道编码和重传机制获得较低的误码率。交互类和后台类的主要区别是交互类用于交互式通信，而后台类则主要用于后台业务通信。在调度过程中，交互类业务比后台类业务有更高的优先级，只有当交互类应用不是用传输资源时才允许后台类应用使用这些资源，这一点在带宽相对比较窄的无线环境中是非常重要的[5]。1．3多媒体扩频传输的关键技术研究多媒体传输中，过窄的带宽不适应要求。而带宽过宽，速率过高，技术上存在较大困难。较适中的处理带宽是5MHz和IOMHz，最大不超过20MHz，能满足多媒体业务的要求。与Is一95扩频带宽为1．25M的窄带CDMA相比，宽带w—CD眦具有更宽的频带，在宽频带上使用码分多址技术，频谱效率更高，系统容量更大，更能体现扩频通信的优越性。移动通信窄带走向宽带的必然趋势和宽带码分多址具有的优势来看，无线多媒体通信使用宽带码分多址技术是必然的选择。宽带码分多址有许多关键技术：1．CDMA的扩频编码，是CD～tA的基本课题。在宽带CDMA的系统中，要灵活方便的提供不同的传输速率，彼此相差几十倍甚至上百倍，使用不同的扩频码长是解决的一种方式。如何构造不同码长的正交码，如何进行分配都是要研究的课题。文献[12卜[19]等对此进行了一些阐述，但是真正效率高、实际有用的算法还有待进一步研究。2．宽带CDMA的多媒体业务服务，要实现灵活提供不同数据速率的要求，往往把数据调制和扩频调制结合在一起，称为复合调制方式。复合调制有许多方法，多载波，多时隙，多码及QAMCDMA等，文献[9][10]对多码调制的性能进行了研究，文献[32]提出了变速率QAM调制方式并对此进行了性能分析。这些方式的优劣有待进一步研究比较。3．调制解调技术：QPSK，OQPSK，16QAM等调制方式具有较高的频谱效率，而格码调制(TCM)将编码和调制相结合，效果更好，但实现很复杂。目前在IMT一2000中没有实用化。当前国内正在探讨将TURBO码和TCM结合起来，以利用两种技术的优点。4．功率控制技术：在CDMA系统中，功率控制对抗远近效应，对保证系统容量至关重要。传统的窄带DS-CDMA系统仅支持话音和少量的低速数据业务，为了克服远近效应采用功率控制技术使用户到达基站时的功率相等。但在多媒体CDMA系统中，一个用户可以有多种业务，不同的业务有不同的传输速率和不同的传输质量(QoS)要求，如

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