计算机网络码分多址CDMA及计算例题(简单易懂)

码分多址

  • 对于码分多址(也叫码分复用)种,每一个用户可以在同样的时间选择同样的频带进行通信。

  • 由于用户使用经过特殊挑选的不同码型,因此各用户之间不会造成干扰。
  • 码分复用最初是用于军事通信的,因为这种系统发送的信号具有很强的抗干扰能力,其频谱类似于白噪声,不易被敌人发现。

我们首先了解码片的概念:

码片:指的是在CDMA中,每一个比特时间在划分成m个短的间隔,称为码片,通常m的取值是64或者128。为了讲解方便我们后续码片的大小假设为8。

码分多址中,为了实现多用户同时通信而互补干扰,要求每个发送信号的站都使用不同的码片 。也就是说使用CDMA的每一个站都被指派了一个唯一的mbit的码片序列。

关于码片序列还有以下规定:

  1. 一个站如果要发送比特1,则发送他自己的mbit码片序列。
  2. 一个站如果要发送比特0,则发送自己的mbit码片序列的反码。

例如:
举例
这种通信方式称为序列扩频DSSS。

对于码片的挑选有以下原则:

  1. 分配给每个站的码片序列必须各不相同。
  2. 分配给每个站的码片序列必须相互正交(规格化内积为零)。

至此就引出了我们计算码分多址的相关计算核心公式:

规格化内积计算公式:
规格化内积计算公式。

S和T的规格化内积为0,就是将S和T中的对应分量相乘,再相加,再除以向量中分量的数量。

例如:
假设:

码片序列S为:(-1 +1 -1 +1 +1 +1 -1 +1)。

码片序列T为:(+1 -1 +1 +1 +1 -1 -1 -1)。

向量中分量数量就是括号内数字的个数。

可知其向量中分量数量8.

就是各个分量相乘并且累加,再除以分量数量。
计算公式
在此例中不等于零,若是选择码片,则此S和T码片序列不可选。

不仅如此,我们可以得出结论(后面要用到)

在码分多址中,任何一个站和其他各占的码片反码的向量的内积也是0。

任何一个码片向量和自己码片反码的向量的内积为-1

任何一个码片向量和自己码片反码的向量的内积为1

(可以自己进行推算证明)

第一种题目:

判断码片选择是否合适:

第一种题
在这种题中,只要明白选择码片的两个条件:

  1. 码片序列各不相同
  2. 码片正交(规格化内积为零)

便可以判断是否是正确分配的码片,很明显在此题中不是。

第二种题目:

判断接收到叠加信号后,判断某基站发送的信号类型。

首先需要明确的是,由于CDMA中码片的特性,码片之间都是相互正交的,也就是可以理解为两个向量之间加夹角为90°,根据向量的计算公式:

a·b=|a||b|cosθ。

可以得出其值为

那么这对我们的题目有什么用处呢?

对于叠加的码片序列,可以看成是一个个向量,所有码片序列都是相互正交的,假如我们想知道某个叠加信号中某基站的信号情况,只要用该信号与叠加信号相乘,就可以排除其他所有向量的干扰(某向量和其他向量都相互垂直,乘积为零)

因此可以得出一个结论:

接收端用相同的码片序列进行规格化内积,就可以将不属于本码片序列的其他信号全部去除。

再结合上面的结论:

可得出:

对于叠加向量中要计算某一基站的码片发送了什么信号,用该码片与叠加信号相乘:


其结果为1,说明该基站发送信号为1


其结果为-1,说明该基站发送信号为0


其结果为0,说明该基站没有发送信号

牢记此结论,开始做题:

例如:
例子
在此CDMA中,假设所有站所发送的码片序列都是同步的,接收站D知道其他各站的码片序列,现在需要接收站D对所接收到的叠加信号进行计算:

计算过程

习题2:

习题2
计算思路:

用收到的码片序列分别与各站的码片序列进行内积运算,再结合上面的结论:

若计算结果为1,则被判断的站发送了比特1;

若计算结果为-1,则被判断的站发送了比特0;

若计算结果为0,则被判断的站未发送数据;

A站
可知A站发送信号为比特1。

B站
可知,B站发送信号为0。

C站
可知,C站没有发送信号。

D站
可知,D站发送的信号为1。

考研真题:

考研真题
题目解析:

题目解析
因此可知,A发送的数据是101,答案选择B。


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