CDMA: Access and Switching（需要就不要怕花钱阿）

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CDMA: Access and Switching: For Terrestrial and Satellite Networks
Diakoumis Gerakoulis, Evaggelos Geraniotis
Copyright © 2001 John Wiley & Sons Ltd
ISBNs: 0-471-49184-5 (Hardback); 0-470-84169-9 (Electronic)
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ix
1 The Generalized CDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 User Encoding by Real Sequences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.1 Spread-Spectrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.2 Spread-Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3 User Encoding by Complex Sequences . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.1 Spread-Spectrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3.2 Spread-Phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.4 Composite Multiple Access Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.4.1 Spread-Spectrum and Time Multiple Access . . . . . . . . . . 21
1.4.2 Applications of Composite Access Methods . . . . . . . . . . . 23
1.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2 Spreading Sequences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.2 Orthogonal and Pseudo-Orthogonal Sequences . . . . . . . . . . . . . 29
2.2.1 Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.2.2 Pseudo-random Noise (PN) Sequences . . . . . . . . . . . . . 30
2.2.3 Quasi-Orthogonal (QO) Sequences . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.2.4 Orthogonal Code Sequences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.2.5 Extended Orthogonal Sequences . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.2.6 Complex Orthogonal Matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.3 Timing Jitter Properties of Sequences . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.3.1 The SystemModel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.3.2 Jitter Impact on QR-Orthogonal Sequences . . . . . . . . . . . 44
2.3.3 Jitter Impact on Gold Code Sequences . . . . . . . . . . . . . 46
2.3.4 Jitter Impact on Extended Orthogonal Sequences . . . . . . . 47
2.3.5 Results of Time-Jitter Interference . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.4 Interference Impact of Band-limited Pulse-Shapes . . . . . . . . . . . 50
2.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
vi CONTENTS
3 SwitchedCDMANetwork s. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.2 Satellite Switched CDMA (SS/CDMA) . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.2.1 SystemDescription . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.2.2 Satellite Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.2.3 Transmitter and Receiver Units . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.2.4 Network Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.2.5 Network Control System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4 Code Division Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.2 Switched CDMA (SW/CDMA) Architectures . . . . . . . . . . . . . . 84
4.2.1 Satellite Switched CDMA (SS/CDMA) System . . . . . . . . 84
4.2.2 SW/CDMA Applications in Terrestrial Networks . . . . . . . 88
4.3 Performance Evaluation of Code Division Switching . . . . . . . . . . 93
4.3.1 Evaluation of the Switch Interference . . . . . . . . . . . . . . 93
4.3.2 Sig nal Amplitude Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.3.3 Switch Interference Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.3.4 Switch Control and Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.4 Switch Capacity and Complexity Assessment . . . . . . . . . . . . . . 101
4.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Appendix 4A: A Switch Desig nExample . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5 The Satellite Switched CDMA Throughput . . . . . . . . . . . . . . 107
5.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
5.2 The Demand Assig nment System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
5.2.1 SystemControl Alg orithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
5.3 System Throughput Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
5.3.1 Distribution of Circuit Calls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
5.3.2 Distribution of Data Packets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
5.4 Performance Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
5.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
6 The Spectrally Efficient CDMA Performance . . . . . . . . . . . . . 129
6.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6.2 SystemDescription andModeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6.2.1 Sig nal and ChannelModels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
6.3 Interference Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
6.3.1 Cross-correlation of Synchronous CDMA Codes . . . . . . . . 137
6.3.2 Normalized Power of Other-User Interference . . . . . . . . . . 139
6.3.3 Effects of Power Control on Interference . . . . . . . . . . . . 142
6.4 On-board Processing and Uplink/Downlink Coupling . . . . . . . . . 150
6.4.1 Baseband Despreading/Respreading: Interference Model . . . 151
CONTENTS vii
6.4.2 Power of End-to-End Other-User Interference . . . . . . . . . 152
6.4.3 Total End-to-End Other-User Interference Power . . . . . . . 153
6.5 Bit Error Rate (BER) Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
6.5.1 BER Evaluation forM-ary PSK SE-CDMA . . . . . . . . . . 154
6.5.2 BER Evaluation for Concatenated Turbo/RS SE-CDMA . . . 156
6.6 Performance Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
6.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
Appendix 6A: Antenna Patterns and BeamGeometry . . . . . . . . . . . . 161
7 NetworkAccess and Synchronization . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
7.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
7.2 SystemDescription . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
7.2.1 Synchronization Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
7.2.2 SystemDesig n. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
7.3 Access Channel Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
7.3.1 Packet Acquisition Performance Analysis . . . . . . . . . . . . 172
7.3.2 Packet Acquisition Performance Results . . . . . . . . . . . . 175
7.4 Performance of the Tracking Control Loop . . . . . . . . . . . . . . . 176
7.4.1 Analysis of the Code Tracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
7.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
8 Carrier Recovery for ‘Sub-Coherent’ CDMA . . . . . . . . . . . . . 187
8.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
8.2 Symbol-Aided Demodulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
8.2.1 SystemModel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
8.2.2 Desig nofModulator and Demodulator . . . . . . . . . . . . . 189
8.3 BER Analysis for SAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
8.3.1 OptimumWiener Filtering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
8.4 Pilot-Aided Demodulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
8.4.1 SystemModel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
8.4.2 Desig nofModulator and Demodulator . . . . . . . . . . . . . 196
8.4.3 BER Analysis for PAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
8.5 The Coded SAD and PAD Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
8.5.1 Coded SAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
8.5.2 Coded PAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
8.6 Performance Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
8.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
9 Nonlinear Amplification of Synchronous CDMA . . . . . . . . . . . 211
9.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
9.2 SystemModel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
9.2.1 Transmitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
9.2.2 Nonlinear Amplifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
9.3 Performance Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
viii CONTENTS
9.4 Numerical Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
9.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
Appendix 9A: Performance Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
10 Optimization Techniques for ‘Pseudo-Orthogonal’ CDMA . . . . . 239
10.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
10.2 Adaptive Power Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
10.2.1 Power Control SystemDesig n . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
10.2.2 Uplink Power Control Performance . . . . . . . . . . . . . . . 244
10.3 Multi-User Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
10.3.1 Methods ofMultiuser Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
10.3.2 An InterativeMMSEMulti-User Detector . . . . . . . . . . . 257
10.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269

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