CDMA通信原理及系統(tǒng)仿真畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題題 目目 cdma 通信原理及系統(tǒng)仿真 _ 專業(yè)名稱 通信工程 學(xué)生姓名 王豐雷 指導(dǎo)教師 王魯杰 畢業(yè)時(shí)間 2012 年 7 月 目 錄摘摘 要要.iabstract.ii第一章第一章 緒緒 論論.11.1移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展概況.11.1.1 模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)（1g）.11.1.2 數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)（2g）.21.1.3 現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3g）.21.2 cdma 技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r.21.3 cdma 系統(tǒng)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì).31.3.1 移動(dòng)通信系統(tǒng)的多址方式.31.3.2 cdma 多址技術(shù)的優(yōu)點(diǎn).41.4 本文的主要內(nèi)容安排.5第二章第二章 基本理論分

2、析基本理論分析.72.1 cdma 技術(shù)基礎(chǔ).72.1.1 cdma 技術(shù)基本原理.72.1.2 擴(kuò)頻通信系統(tǒng).72.1.3 cdma 碼序列.102.1.4 卷積編碼、塊交織.102.2 cdma 系統(tǒng)的物理層技術(shù).142.2.1 cdma2000 物理層.142.2.2 wcdma 物理層.162.2.3 td-scdma 系統(tǒng)的物理層.172.3 本章小結(jié).17第三章第三章 cdma 在不同訓(xùn)練序列下的調(diào)制解調(diào)過(guò)程在不同訓(xùn)練序列下的調(diào)制解調(diào)過(guò)程 .193.1 調(diào)制解調(diào)的概念.193.2 cdma 信道調(diào)制.223.2.1 反向信道調(diào)制.223.2.2 前向信道的調(diào)制.233.2.3 cd

3、ma 系統(tǒng)干擾分析.243.3 本章小結(jié).26第四章第四章 cdma 通信系統(tǒng)中基于通信系統(tǒng)中基于 simulink 的系統(tǒng)仿真的系統(tǒng)仿真.274.1 simulink 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介.274.1.1 典型的模型結(jié)構(gòu).284.1.2simulink 仿真過(guò)程.284.2 qpsk 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真圖如下.294.3 本章小結(jié).33第五章第五章 總結(jié)總結(jié).34參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).35致致 謝謝.36畢業(yè)論文總結(jié)畢業(yè)論文總結(jié).37附附 錄錄.39摘 要 cdma 技術(shù)的原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需要傳送的具有一定帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信息帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，再經(jīng)載波調(diào)制發(fā)送出去。接受端使用

4、完全相同的偽隨機(jī)碼與接受的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。 利用 matlab 仿真軟件對(duì) cdma 通信中調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，得到基帶信號(hào)源與通過(guò) cdma 調(diào)制系統(tǒng)的接收信號(hào)的頻譜圖。仿真結(jié)果表明，在噪聲的背景下，在接收端能夠完整地恢復(fù)出輸入信號(hào)。證明了 cdma 通信系統(tǒng)仿真模型的正確性。本文對(duì) cdma 系統(tǒng)原理部分進(jìn)行研究，主要包括系統(tǒng)理論模型，對(duì)部分計(jì)算模型進(jìn)行仿真。關(guān)鍵詞：cdma，通信原理，系統(tǒng)仿真，matlababstract cdma technology is based on the principle of spread spectrum technolog

5、y, will need to transfer information and data with a certain bandwidth, the bandwidth is much larger than the information with a high-speed bandwidth, modulated pseudo-random code, and then sent by the carrier modulation. matlab simulation software for the use modulation of cdma communication system

6、 simulation, the base-band signal sources and the adoption of modulation of cdma communication system to receive the frequency diagram. simulation results show that in the absence of background noise, at thereceiving end be able to restore the integrity of the input signal. cdma communication system

7、 proves the correctness of simulation model.in this paper, cdma communication systems principle part of the research, including systems theory model, it is estimated part of mathematic model simulation.key words：cdma，conmmunication principle，system simulation，matlab第一章 緒 論1.1 移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展概況 隨著信息的高速發(fā)展，人

8、類社會(huì)進(jìn)入了一個(gè)前所未有的信息量急劇增長(zhǎng)的信息時(shí)代。計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、各種通信技術(shù)迅速興起，給人類的物質(zhì)和精神生活帶來(lái)了翻天覆地的變化。與之對(duì)應(yīng)，人們對(duì)通信業(yè)務(wù)有了更高層次和更高質(zhì)量的要求，這對(duì)通信業(yè)務(wù)的容量產(chǎn)生了巨大的沖擊，同時(shí)對(duì)通信網(wǎng)傳遞信息的能力提出了更高的要求。移動(dòng)通信出現(xiàn)于 20 世紀(jì)初，但真正發(fā)展卻開始于 20世紀(jì) 40 年代中期。從那時(shí)起，移動(dòng)通信的發(fā)展大體可分為三代，即模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)、數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)和現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)。移動(dòng)通信技術(shù)以其巨大的寬帶潛力和無(wú)與倫比的傳輸性能在通信領(lǐng)域，在長(zhǎng)距離大容量通信中占據(jù)著不可替代的位置。更大系統(tǒng)容量、更好的通信質(zhì)量，而且要能在全球范圍內(nèi)更好地

9、實(shí)現(xiàn)無(wú)縫漫游及為用戶提供包括語(yǔ)音、數(shù)據(jù)及多媒體等在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)技術(shù)仍然是移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的主要方向。1.1.1 模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)（1g）從 1946 年美國(guó)使用 150mhz 單工無(wú)線電話開始到 20 世紀(jì) 90 年代初，主要發(fā)展了第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。這種移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)都是模擬的，所以被稱為模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)。由于大規(guī)模集成電路及微處理器的大量應(yīng)用，模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)呈現(xiàn)出應(yīng)用范圍形式豐富的多樣化局面。以 amps 和 tacs 為代表的移動(dòng)通信系統(tǒng)是模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)。模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)雖然獲得了很大成功，但也暴露出很多不足，如系統(tǒng)容量不能滿足日益增長(zhǎng)的用戶需求、頻譜利用率低、業(yè)務(wù)種類受限制

10、、安全保密性能差及設(shè)備價(jià)格高等，解決這些問(wèn)題的根本辦法是采用新一代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。1.1.2 數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)（2g） 早在 20 世紀(jì) 70 年代末，一些發(fā)達(dá)國(guó)家就已開始研制數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。從 20 世紀(jì) 80 年代中期開始，數(shù)字移動(dòng)通信得到了發(fā)展和應(yīng)用。數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)由于采用了多種數(shù)字技術(shù)，使得系統(tǒng)具有頻譜利用率高、系統(tǒng)容量大、可提供多種形式的服務(wù)、與 isdn 兼容性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)由于采用了多種數(shù)字技術(shù)，使得這種系統(tǒng)具有頻譜利用率高、系統(tǒng)容量大、可提供多種形式的服務(wù)、與 isdn 兼容性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。由于數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)具有容量大、保密性強(qiáng)、移動(dòng)臺(tái)體積小、能提供國(guó)際漫游

11、等特點(diǎn)，世界各國(guó)都給予了足夠的重視和資金投入。1.1.3 現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3g） 3g 系統(tǒng)與 2g 系統(tǒng)有根本的不同，3g 系統(tǒng)采用 cdma 技術(shù)和分組交換技術(shù)，而 2g 系統(tǒng)通常采用的是 tdma 技術(shù)和電路交換技術(shù)。與前兩代系統(tǒng)相比，3g 系統(tǒng)的主要特征是可提供豐富多彩的移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供比第二代系統(tǒng)更大的系統(tǒng)容量、更好的通信質(zhì)量，而且要能在全球范圍內(nèi)更好地實(shí)現(xiàn)無(wú)縫漫游及為用戶提供包括語(yǔ)音、數(shù)據(jù)及多媒體等在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)。目前，國(guó)際電聯(lián)接受的 3g 無(wú)線接口標(biāo)準(zhǔn)主要有以下三種：wcdma、cdma2000 與 td-scdma。cdma 是 code-division m

12、ultiple access（碼分多址）的縮寫，是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。cdma 系統(tǒng)以其頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單、系統(tǒng)容量大、頻率復(fù)用系數(shù)高、抗多徑能力強(qiáng)、通信質(zhì)量好、軟容量、軟切換等特點(diǎn)顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?.2 cdma 技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩rcdma 技術(shù)的出現(xiàn)源自于人類對(duì)更高質(zhì)量無(wú)線通信的需求。第二次世界大戰(zhàn)期間因戰(zhàn)爭(zhēng)的需要而研究開發(fā)出 cdma 技術(shù)，其思想初衷是防止敵方對(duì)己方通訊的干擾，在戰(zhàn)爭(zhēng)期間廣泛應(yīng)用于軍事抗干擾通信，后來(lái)由美國(guó)高通公司更新成為商用蜂窩電信技術(shù)。1995 年，第一個(gè) cdma 商用系統(tǒng)（被稱為 is-95）運(yùn)行之后，cdma 技術(shù)理論上的諸多優(yōu)勢(shì)在實(shí)踐中得到了檢驗(yàn)，

13、從而在北美、南美和亞洲等地得到了迅速推廣和應(yīng)用。 cdma 技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)歷了幾個(gè)階段。is-95 是 cdma one 系列標(biāo)準(zhǔn)中最先發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，真正在全球得到廣泛應(yīng)用的第一個(gè) cdma 標(biāo)準(zhǔn)是 is-95a，這一標(biāo)準(zhǔn)支持 8k 編碼話音服務(wù)。其后又分別出版了 13k 話音編碼器的 tsb74 標(biāo)準(zhǔn)，支持 1.9ghz 的 cdma pcs 系統(tǒng)的 std-008 標(biāo)準(zhǔn)，其中 13k 編碼話音服務(wù)質(zhì)量已非常接近有線電話的話音質(zhì)量。隨著移動(dòng)通信對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的增加，1998 年 2 月，美國(guó)高通公司宣布將 is-95b 標(biāo)準(zhǔn)用于 cdma 基礎(chǔ)平臺(tái)上。is-95b 可提供 cdma 系統(tǒng)性能，

14、并增加用戶移動(dòng)通信設(shè)備的數(shù)據(jù)流量，提供對(duì)64kb/s 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持。cdma 是移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展方向。在 2g 階段，cdma 增強(qiáng)型 is-95a與 gsm 在技術(shù)體制上屬于同一時(shí)代產(chǎn)品，提供大致相同的業(yè)務(wù)。但 cdma 技術(shù)有其獨(dú)到之處，在通話質(zhì)量好、掉話少、低輻射、健康環(huán)保等方面具有顯著特色。在 2.5g 階段，cdma2000 1x rtt 與 gprs 在技術(shù)上已有明顯不同，在傳輸速率上 cdma2000 1x rtt 高于 gprs，在新業(yè)務(wù)承載上 cdma2000 1x rtt 比 gprs 成熟，可提供更多的中高速率的新業(yè)務(wù)。 為了能夠在未來(lái)的全球化標(biāo)準(zhǔn)的競(jìng)賽中處于領(lǐng)先位置

15、，各個(gè)國(guó)家、地區(qū)、標(biāo)準(zhǔn)化組織及公司紛紛提出了自己的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在所有提案中以歐洲的 w-cdma 技術(shù)和美國(guó)的 cdma2000 技術(shù)最為看好，同時(shí)，中國(guó)的 td-scdma 技術(shù)由于其本身的技術(shù)先進(jìn)性得到了中國(guó)政府、運(yùn)營(yíng)商和產(chǎn)業(yè)界的支持，也很受矚目。我國(guó)提出的 td-scdma 建議標(biāo)準(zhǔn)與歐洲、日本提出的 w-cdma 和美國(guó)提出的cdma2000 標(biāo)準(zhǔn)一起被列入該建議，成為世界三大主流標(biāo)準(zhǔn)之一。1.3 cdma 系統(tǒng)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)1.3.1 移動(dòng)通信系統(tǒng)的多址方式在無(wú)線通信環(huán)境的電波覆蓋區(qū)內(nèi)，如何建立用戶之間的無(wú)線信道的連接，是多址接入方式的問(wèn)題。因?yàn)闊o(wú)線通信具有大面積無(wú)線電波覆蓋和廣播信道的

16、特點(diǎn)，網(wǎng)內(nèi)一個(gè)用戶發(fā)射的信號(hào)其他用戶均可接受，所以網(wǎng)內(nèi)用戶如何能從播發(fā)的信號(hào)中識(shí)別出發(fā)送給本用戶地址的信號(hào)就成為建立連接的首要問(wèn)題。多址接入方式的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是信號(hào)的正交分割原理。無(wú)線電信號(hào)可以表達(dá)為時(shí)間、頻率和碼型的函數(shù)，即可寫作 (1-1)( , )( ) ( , )s c f tc t s f t其中， 是碼型函數(shù)， 為時(shí)間和頻率的函數(shù)。以傳輸信號(hào)的載波頻率的不同劃分來(lái)建立的多址接入方式，被稱為頻分多址方式（fdma） ；以傳輸信號(hào)存在的時(shí)間不同劃分來(lái)建立的多址接入方式，被稱為時(shí)分多址方式（tdma） ；以傳輸信號(hào)碼型的不同劃分來(lái)建立的多址接入方式，被稱為碼分多址方式（cdma） 。1.3.

17、2 cdma 多址技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) cdma 多址技術(shù)的原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需要傳送的具有一定帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信息帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，再經(jīng)載波調(diào)制發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。與 fdma 和 tdma 相比，cdma 具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，其中一部分是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)所固有，另一部分則是由軟切換和功率控制等技術(shù)所帶來(lái)的。cdma 移動(dòng)通信網(wǎng)是由擴(kuò)頻、多址接入、蜂窩組網(wǎng)和頻率再用等幾種技術(shù)結(jié)合而成，含有頻域、時(shí)域和碼域三維信號(hào)處理的一種協(xié)作，因此它具有抗干擾性好，抗多徑衰落，保密安全性高，同頻率可在多個(gè)小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用，

18、所要求的載干比（c/i）較小，容量和質(zhì)量之間可作權(quán)衡取舍等屬性。這些屬性使 cdma 比其他系統(tǒng)具有以下幾點(diǎn)非常重要的優(yōu)勢(shì)。1.系統(tǒng)容量大。 理論上 cdma 移動(dòng)網(wǎng)比模擬網(wǎng)大 20 倍。2.系統(tǒng)容量的靈活配置。在 cdma 系統(tǒng)中，用戶數(shù)的增加相當(dāng)于背景噪聲的增加，造成話音質(zhì)量的下降。但對(duì)用戶數(shù)并無(wú)限制，操作者可在容量和話音質(zhì)量之間折中考慮。另外，多小區(qū)之間可根據(jù)話務(wù)量和干擾情況自動(dòng)均衡。3.系統(tǒng)性能質(zhì)量更佳。 這里指的是 cdma 系統(tǒng)具有較高的話音質(zhì)量，聲碼器可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率，并可根據(jù)適當(dāng)?shù)拈T限值選擇不同的電平級(jí)發(fā)射。同時(shí)，門限值根據(jù)背景噪聲的改變而改變，這樣即使在背景噪聲較大

19、的情況下，也可以得到較好的通話質(zhì)量。另外，cdma 系統(tǒng)“掉話”的現(xiàn)象明顯減少，cdma 系統(tǒng)采用軟切換技術(shù)，即“先連接再斷開” ，這樣完全克服了硬切換容易掉話的缺點(diǎn)。 4.輻射小。 普通的手機(jī) gsm 和模擬手機(jī)功率一般能控制在 600 毫瓦以下,而 cdma 手機(jī)的問(wèn)世給人們帶來(lái)了綠色手機(jī)的曙光。因?yàn)榕c gsm 手機(jī)相比，cdma 手機(jī)的發(fā)射功率尚不足其一小零頭。cdma 系統(tǒng)發(fā)射功率最高只有 200 毫瓦，普通通話功率可控制在零點(diǎn)幾毫瓦，其輻射作用可以忽略不計(jì)，對(duì)健康沒(méi)有不良影響?；竞褪謾C(jī)發(fā)射功率的降低將大大延長(zhǎng)手機(jī)的通話時(shí)間，意味著電池、話機(jī)的壽命長(zhǎng)了，對(duì)環(huán)境起到了保護(hù)作用，故稱之為

20、綠色手機(jī)。 5.保密性好。 客戶在使用移動(dòng)電話時(shí)往往擔(dān)心自己的移動(dòng)電話被別人監(jiān)聽(tīng)或盜打，但是要竊聽(tīng)通話必須要找到碼址。cdma 手機(jī)的用戶每次通話時(shí)系統(tǒng)都將在 2 的 42次方個(gè)碼中隨機(jī)分配任意一個(gè)碼給該手機(jī)用戶共有 4.4 萬(wàn)億種可能的排列，要想破解密碼或竊聽(tīng)簡(jiǎn)直不可想象。而且 cdma 采用的擴(kuò)頻通信技術(shù)使通信具有天然的保密性，其消息在空中信道上被截獲的概率幾乎為零 。另外 cdma 系統(tǒng)的鑒權(quán)、數(shù)字格式、擴(kuò)頻處理等通話保護(hù)措施，可提供最佳的保密特性防止通信過(guò)程中的盜聽(tīng)和手機(jī)密碼的盜用。6.頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單。用戶按不同的序列碼區(qū)分，所以不相同的 cdma 載波可在相鄰的小區(qū)內(nèi)使用，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃靈活

21、，擴(kuò)展簡(jiǎn)單。7.延長(zhǎng)手機(jī)電池壽命。采用功率控制和可變速率聲碼器，手機(jī)電池使用壽命延長(zhǎng)。8.建網(wǎng)成本下降。1.4 本文的主要內(nèi)容安排 cdma 移動(dòng)通信系統(tǒng)是一個(gè)有較長(zhǎng)一段研究歷史的課題，21 世紀(jì)我們已經(jīng)進(jìn)入到一個(gè)信息化的社會(huì)，沒(méi)有信息的傳遞和交流，人們就無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代化的快節(jié)奏的生活和工作。人們期望隨時(shí)隨地、及時(shí)可靠、不受時(shí)空限制地進(jìn)行信息交流，提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。雖然 cdma 通信已經(jīng)走進(jìn)千家萬(wàn)戶，但是當(dāng)?shù)谌苿?dòng)通信系統(tǒng)蓬勃發(fā)展之時(shí)，對(duì)于第四代（4g）或者超三代（beyond 3g）移動(dòng)通信技術(shù)的討論已如火如荼地展開。而這些新型通信技術(shù)就須要更高的技術(shù)要求，其中包括：更高的通信速率，

22、更寬的網(wǎng)絡(luò)頻譜，靈活性較強(qiáng)，業(yè)務(wù)的多樣性，高度自組織、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)等。 本文以 cdma 移動(dòng)通信系統(tǒng)為研究對(duì)象，根據(jù)不同的訓(xùn)練系列和干擾，研究它的調(diào)制解調(diào)過(guò)程，并對(duì)部分計(jì)算模型進(jìn)行仿真。本文的內(nèi)容安排如下： 第一章主要現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展概況，cdma 技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r以及 cdma 通信系統(tǒng)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。 第二章介紹 cdma 基本理論以及 cdma 的物理層基本原理知識(shí)。 第三章介紹 cdma 信道以及調(diào)制解調(diào)的基本知識(shí)，在不同的訓(xùn)練系列和干擾，研究 cdma 調(diào)制解調(diào)原理。 第四章對(duì) cdma 通信系統(tǒng)中基于訓(xùn)練序列的 qpsk 調(diào)制仿真，并得出相關(guān)的仿真結(jié)果。 第五章是對(duì)本論文

23、的總結(jié)。 第二章 基本理論分析2.1 cdma 技術(shù)基礎(chǔ)2.1.1 cdma 技術(shù)基本原理1.基本原理 所謂 cdma，即在發(fā)送端使用各不相同的、相互（準(zhǔn)）正交的偽隨機(jī)地址碼調(diào)制其所發(fā)送的信號(hào)；在接收端則采用同樣的偽隨機(jī)地址碼從混合信號(hào)中解調(diào)檢測(cè)出相應(yīng)的信號(hào)。 在碼分多址通信系統(tǒng)中，利用自相關(guān)性強(qiáng)而互相關(guān)為 0 或很小周期碼序列為地址碼，與用戶信息數(shù)據(jù)相乘（或模 2 加） ，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的信道傳輸后，在接收端以本地產(chǎn)生的已知地址碼為參考，根據(jù)相關(guān)性的差異，對(duì)收到的所有信號(hào)進(jìn)行鑒別（相關(guān)檢測(cè)） ，從中將地址碼與本地地址碼一致的信號(hào)選出，把不一致的信號(hào)除掉。2.cdma 通信系統(tǒng)原理cdma 系統(tǒng)原理

24、框圖如圖 2.1.1：信源數(shù)據(jù)調(diào)制擴(kuò)頻調(diào)制信道擴(kuò)頻解碼數(shù)據(jù)調(diào)制接受擴(kuò)頻碼發(fā)生擴(kuò)頻編碼發(fā)生同步電路圖 2.1.1 cdma 系統(tǒng)原理框圖2.1.2 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)1.擴(kuò)頻通信的基本概念 擴(kuò)頻碼分多址是數(shù)字移動(dòng)通信中的一種多址接入方式，特別是在第三代移動(dòng)通信中，它已成為最主要的多址接入方式。擴(kuò)頻通信確切地說(shuō)稱為擴(kuò)譜通信更為恰當(dāng)，因?yàn)楸粩U(kuò)展的是信號(hào)頻譜帶寬，不過(guò)習(xí)慣上均稱為擴(kuò)頻，它是一類寬帶通信系統(tǒng)。它的主要特征是：擴(kuò)頻前的信息碼元帶寬遠(yuǎn)小于擴(kuò)頻后的擴(kuò)頻碼序列（chip）的帶寬。(1)窄帶和寬帶通信系統(tǒng) 定義：設(shè) r 為待傳送信息碼元速率，t 為信息碼元的接續(xù)時(shí)間，f 為傳送信號(hào)擴(kuò)頻碼序列(chip)

25、所占用的帶寬。 若時(shí)，即當(dāng)，或者時(shí)，稱為一般窄帶通信系統(tǒng)，1r tf trf2fr在通常數(shù)字通信系統(tǒng)中，移頻、移相均屬于窄帶通信系統(tǒng)。 若 fr，即，則稱該系統(tǒng)為寬帶通信系統(tǒng)。(/)10 60)f rdb 寬帶通信系統(tǒng)是窄帶系統(tǒng)通過(guò)擴(kuò)頻方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。碼分多址 cdma 就是一類典型的擴(kuò)頻寬帶通信系統(tǒng)。(2)擴(kuò)頻增益 在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)對(duì)信息信號(hào)帶寬的擴(kuò)展和解擴(kuò)處理，獲得了擴(kuò)頻增益( )。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的擴(kuò)頻部分是一個(gè)帶寬比信息帶寬得多的偽隨機(jī)碼gp（pn 碼）對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，解擴(kuò)則是將接收到的擴(kuò)展頻譜信號(hào)與一個(gè)和發(fā)端偽隨機(jī)碼完全的本地碼相關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)收到的信號(hào)與本地碼相匹配時(shí)，所要的信

26、號(hào)就會(huì)恢復(fù)到其擴(kuò)展之前的原始帶寬。而任何不匹配的輸入信號(hào)則被本地碼擴(kuò)展至本地碼的帶寬或更寬的頻帶上。解擴(kuò)后的信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)窄帶濾波器后，有用的信號(hào)被保留，干擾信號(hào)被抑制，從而改善了信噪比，提高了抗干擾能力。而擴(kuò)頻增益 是擴(kuò)頻信號(hào)帶寬與信息帶寬 之比，即b （2-1）/gpwb它表示了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)信噪比改善的程度，是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)一個(gè)重要指標(biāo)。例如：，則，說(shuō)明這個(gè)系統(tǒng)在接20wmhz10bkhz/2000(33)gpwbdb收機(jī)的射頻輸入端和基帶濾波器輸出端之間有 的信噪比增益改善。(3)干擾容限()mj干擾容限是在保證系統(tǒng)正常工作的條件下(保證輸出端一定的信噪比)，接收機(jī)輸入端能承受的干擾信號(hào)比有

27、用信號(hào)高出的分貝（）數(shù)。db 干擾容限直接反映了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)接收機(jī)允許的極限干擾強(qiáng)度，它往往能比擴(kuò)頻增益更確切地表征系統(tǒng)的抗干擾能力。 2.擴(kuò)頻通信的基本原理 在移動(dòng)通信中，信噪比是最主要的矛盾，為了提高信噪比，可以不惜/s n一切手段。其中 shannon（香農(nóng)）公式指出：可以采用頻帶來(lái)?yè)Q取信噪比，f即當(dāng)不變時(shí)，增加頻帶 可以降低接收機(jī)接收的信噪門限值 。這就是擴(kuò)頻通c信的基本原理，即用頻帶換取信噪比。3.擴(kuò)頻通信的主要優(yōu)缺點(diǎn)(1)主要優(yōu)點(diǎn) a.抗干擾能力強(qiáng)且 越大，抗干擾能力越強(qiáng)，抗白噪聲、抗單頻窄帶干擾、抗人為干擾、抗跟蹤干擾、抗寬帶的等效白噪聲的多址與多徑干擾能力都很強(qiáng)。 b.擴(kuò)頻系統(tǒng)

28、抗干擾性強(qiáng)的物理解釋是：在允許的一定誤碼率的條件下，可以實(shí)現(xiàn)很低的 值下進(jìn)行通信，即允許很強(qiáng)的干擾。 c.保密性能強(qiáng)，無(wú)論是直擴(kuò)還是跳頻，擴(kuò)頻后其頻譜均為近似白噪聲，因此具有良好的保密性能。 d.低功率譜密度，由于擴(kuò)頻屬于寬帶系統(tǒng),頻帶越寬，功率譜密度就越低，因此它具有良好的隱蔽性能。且對(duì)其他通信系統(tǒng)及人體的干擾與影響也小。 e.易于實(shí)現(xiàn)大容量多址通信，時(shí)頻二維地址劃分使?jié)撛诘刂窋?shù)量增大?？垢蓴_能力強(qiáng)與低功率密度對(duì)于干擾受限系統(tǒng)，將允許接納更多的用戶數(shù)。 f.適合于變參信道的無(wú)線通信，擴(kuò)頻系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)多種形式分集接收并提高抗干擾性。(2)主要缺點(diǎn) a.占用信號(hào)頻帶寬，擴(kuò)頻后的碼序列(chip)

29、帶寬遠(yuǎn)大于擴(kuò)頻前的信息序列帶寬。 b.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。 c.在時(shí)變信道中實(shí)現(xiàn)同步較為困難。 d.目前受尋找地址碼數(shù)量上的限制，實(shí)現(xiàn)大容量通信仍存在一定困難。2.1.3 cdma 碼序列地址碼和擴(kuò)頻碼的設(shè)計(jì)是碼分多址體制的關(guān)鍵技術(shù)之一。具有良好的相關(guān)特性和隨機(jī)性的地址碼和擴(kuò)頻碼對(duì)碼分多址通信是非常重要的，對(duì)系統(tǒng)的性能具有決定的作用。它直接關(guān)系到系統(tǒng)的多址能力，關(guān)系到抗干擾、抗噪聲、抗截獲的能力及多徑保護(hù)和抗衰落的能力，關(guān)系到信息數(shù)據(jù)的隱蔽和保密，關(guān)系到捕獲與同步系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。理想的地址碼和擴(kuò)頻碼主要應(yīng)具有如下特點(diǎn)：1. 有足夠多的地址碼； 2.有尖銳的自相關(guān)特性； 3.有處處為零的互相關(guān)特性； 4.

30、不同碼元數(shù)平衡相等； 5.盡可能大的復(fù)雜度。 然而，要同時(shí)滿足這些特性目前任何一種編碼體制都達(dá)不到。就地址碼而言，目前采用的是沃爾什碼。該碼是正交碼，具有良好的自相關(guān)特性和處處為零的互相關(guān)特性。但是，該碼組內(nèi)的各碼由于所占頻譜帶寬不同等原因，不能用作擴(kuò)頻碼。作為擴(kuò)頻碼的偽隨機(jī)碼（或同時(shí)用作地址碼）具有類似的白噪聲的特征。因?yàn)檎嬲碾S機(jī)信號(hào)和噪聲是不能重復(fù)再現(xiàn)和產(chǎn)生的，我們只能產(chǎn)生一種周期性的脈沖信號(hào)來(lái)近似隨機(jī)噪聲的性能，故稱之為偽隨機(jī)碼或 pn 碼。此類碼具有良好的相關(guān)特性，即自相關(guān)值與互相關(guān)值比較有較大的隔離度；并且同一碼組內(nèi)的各碼占據(jù)的頻帶可以做到很寬并且相等。但是 pn 碼由于其互相關(guān)值

31、不是處處為零，用作擴(kuò)頻碼且同時(shí)作為地址碼時(shí)，系統(tǒng)的性能將受到一定的影響。pn 序列有一個(gè)很大的家族，包含很多碼組，例如 m 序列、gold 序列、gl（gold-like）序列、r-s 序列、dbch 序列等等。2.1.4 卷積編碼、塊交織 1.卷積編碼 現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)常常設(shè)計(jì)成以非常高的速率傳輸。卷積碼已應(yīng)用于很多個(gè)同系統(tǒng)，例如，不僅在 cdma 移動(dòng)通信系統(tǒng)種應(yīng)用卷積編碼譯碼，而且在空間和衛(wèi)星也應(yīng)用。為了防止系統(tǒng)出錯(cuò),經(jīng)常會(huì)使用卷積碼。信息數(shù)據(jù)序列劃分成許多長(zhǎng)度為 k 的小塊，每段小塊被編碼長(zhǎng)度為 n 的碼字符號(hào)。卷積碼(n,k,m)由 k 條輸入、具有 m 階存儲(chǔ)的 n 條輸出線性時(shí)序

32、電路實(shí)現(xiàn)。通常，n 和 k 是較小的整數(shù)，且 k= threshold ifinal(i)= 1; else ifinal(i)= -1; end if qsam(i) = threshold qfinal(i) = 1; else qfinal(i)= -1; endend% parallel to seriesfor i = 1:data_len if rem(i, 2)= 1 if ifinal(i)= 1 final(i)=1; else final(i)= 0; end else if qfinal(i) = 1 final(i)= 1; else final(i)= 0; end

33、endendfigure(1)plot(20*log(abs(fft(input)axis(0 data_len -40 100)gridtitle(spectrum of input binary data)figure(2)subplot(221)plot(20*log(abs(fft(i)axis(0 data_len -40 140)gridtitle(spectrum of i-channel data)subplot(222)plot(20*log(abs(fft(q)axis(0 data_len -40 140)gridtitle(spectrum of q-channel d

34、ata)subplot(223)plot(20*log(abs(fft(izero)axis(0 zero*data_len -20 140)gridtitle(spectrum of i-channel data after zero insertion)subplot(224)plot(20*log(abs(fft(qzero)axis(0 zero*data_len -20 140)gridtitle(spectrum of q-channel data after zero insertion)figure(3)subplot(221)plot(psf)axis(200 400 -0.

35、2 0.6)gridtitle(time domain response of pulse shaping filter)subplot(222)plot(20*log(abs(fft(psf)axis(0 n -350 50)gridtitle(transfer function of pulse shaping filter)subplot(223)plot(20*log(abs(fft(ipulse)axis(0 zero*data_len+n -250 150)gridtitle(spectrum of i-channel after pulse shaping filter)subp

36、lot(224)plot(20*log(abs(fft(qpulse)axis(0 zero*data_len+n -250 150)gridtitle(spectrum of q-channel after pulse shaping filter)figure(4)subplot(211)plot(20*log(abs(fft(imod)axis(0 zero*data_len+n -250 150)gridtitle(spectrum of i-channel after modulation)subplot(212)plot(20*log(abs(fft(qmod)axis(0 zero*data_len+n -250 150)gr