CDMA語音通話系統(tǒng)仿真設(shè)計(最終版)

1、1、仿真設(shè)計目的及開發(fā)環(huán)境1.1設(shè)計目的：理解CDMA蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)的基本原理及特點，以的IS_95標準進行系統(tǒng)級別的認知。掌握SystemView系統(tǒng)仿真軟件的使用方法，熟練掌握其庫資源的應(yīng)用，幫助自己提高對通信原理的認知。在通信工程學(xué)院舉辦的第三屆程序設(shè)計及應(yīng)用大賽（通信編程及仿真）取得好成績。1.2開發(fā)環(huán)境1.2.1軟件：SystemView 5.0（1） SystemView 是一個信號級的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路和通信系統(tǒng)的 設(shè)計、仿真，是一個強有力的動態(tài)系統(tǒng)分析工具，能滿足從數(shù)字信號處理、濾波器設(shè)計到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等不同層的設(shè)計、仿真要求 。它基于Windows 環(huán)境下運行的用

2、于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具，它使用功能模塊 (Token)去描述程序，無需與復(fù)雜的程序語言打交道，不用寫一句代碼即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，快速地建立和修改系統(tǒng)、訪問與調(diào)整參數(shù)，方便地加入注釋。 （2） SystemView 的庫資源十分豐富，包括含若干圖標的基本庫 （Main Library）及專業(yè)庫 (Optional Library)，基本庫中包括多種信號源、接收器 、加法器 、乘法器 ，各種函數(shù)運算器等 ；專業(yè)庫有通訊 （Communication）、邏輯 （Logic）、數(shù)字信號處理 （DSP）、射頻/模擬 （RF/Analog）等；它們特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計、仿真和方案

3、論證，尤其適合于無線電話、無繩電話、尋呼機、調(diào)制解調(diào)器、 衛(wèi)星通訊等通信系統(tǒng)；并可進行各種系統(tǒng)時域和頻域分析、譜分析，及對各種邏輯電路、射頻/模擬電路 （混合器、放大器、RLC 電路、運放電路等 ）進行理論分析和失真分析 。 （3） 使用 SystemView 時，用戶只關(guān)心項目的設(shè)計思想和過程，用鼠標點擊圖標即可完成復(fù)雜通信系統(tǒng)的設(shè)計、仿真、測試，而不用花費太多的精力去通過編程來建立通信仿真模型。 （4） System View 能自動執(zhí)行系統(tǒng)連接檢查，給出連接錯誤信息或尚懸空的待連接端信息，通知用戶連接出錯并通過顯示指出出錯的圖標。這個特點對用戶系統(tǒng)的診斷是十分有效的。 （5） Syste

4、m View 的一重要特點是它可以從各種不同角度、以不同方式，按要求設(shè)計多種濾波器，并可自動完成濾波器各指標如幅頻特性（伯特圖 ）、傳遞函數(shù)、根軌跡圖等之間的轉(zhuǎn)換。 （6） 在系統(tǒng)設(shè)計和仿真分析方面，System View 還提供了一個真實而靈活的窗口用以檢查、分析系統(tǒng)波形 。在窗口內(nèi)，可以通過鼠標方便地控制內(nèi)部數(shù)據(jù)的圖形放大、縮小、滾動等。另外，分析窗中還帶有一個功能強大的 “接收計算器”，可以完成對仿真運行結(jié)果的各種運算、譜分析、濾波 。 System View 還具有與外部文件的接口，可直接獲得并處理輸入/輸出數(shù)據(jù) 。提供了與編程語言 VC+或仿真工具Matlab 的接口，可以很方便的調(diào)

5、用其函數(shù)。還具備與硬件設(shè)計的接口：與 Xilinx 公司的軟件 Core Generator 配套，可以將 System View 系統(tǒng)中的部分器件生成下載 FPGA 芯片所需的數(shù)據(jù)文件；另外，System View 還有與 DSP 芯片設(shè)計的接口，可以將其 DSP 庫中的部分器件生成 DSP 芯片編程的 C 語言源代碼。 1.2.1軟件：QuatusQuartus® II design 是最高級和復(fù)雜的，用于system-on-a-programmable-chip (SOPC)的設(shè)計環(huán)境。 QuartusII design 提供完善的 timing closure 和 Logic

6、Lock 基于塊的設(shè)計流程。QuartusII design是唯一一個包括以timing closure 和 基于塊的設(shè)計流為基本特征的programmable logic device (PLD)的軟件。 Quartus II 設(shè)計軟件改進了性能、提升了功能性、解決了潛在的設(shè)計延遲等，在工業(yè)領(lǐng)域率先提供FPGA與mask-programmed devices開發(fā)的統(tǒng)一工作流程。目錄Altera Quartus II 作為一種可編程邏輯的設(shè)計環(huán)境, 由于其強大的設(shè)計能力和直觀易用的接口，越來越受到數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計者的歡迎。Altera Quartus II （3.0和更高版本）設(shè)計軟件是業(yè)界唯一提

7、供FPGA和固定功能HardCopy器件統(tǒng)一設(shè)計流程的設(shè)計工具。工程師使用同樣的低價位工具對 Stratix FPGA進行功能驗證和原型設(shè)計，又可以設(shè)計HardCopy Stratix器件用于批量成品。系統(tǒng)設(shè)計者現(xiàn)在能夠用Quartus II軟件評估HardCopy Stratix器件的性能和功耗，相應(yīng)地進行最大吞吐量設(shè)計。Altera的Quartus II可編程邏輯軟件屬于第四代PLD開發(fā)平臺。該平臺支持一個工作組環(huán)境下的設(shè)計要求，其中包括支持基于Internet的協(xié)作設(shè)計。Quartus平臺與Cadence、ExemplarLogic、 MentorGraphics、Synopsys和Sy

8、nplicity等EDA供應(yīng)商的開發(fā)工具相兼容。改進了軟件的LogicLock模塊設(shè)計功能，增添 了FastFit編譯選項，推進了網(wǎng)絡(luò)編輯性能，而且提升了調(diào)試能力。支持MAX7000/MAX3000等乘積項器件2.0版Quartus II設(shè)計軟件現(xiàn)在除了支持Altera的APEX 20KE，APEX 20KC， APEX II，ARM的Excalibur嵌入處理器方案，Mercury，F(xiàn)LEX10KE和ACEX1K之外，還支持MAX3000A，MAX7000系列乘積項器件。MAX3000A和MAX7000設(shè)計者現(xiàn)在可 以使用QuartusII設(shè)計軟件中才有的所有強大的功能。QuartusII2

9、.0 設(shè)計軟件通過增強層次LogicLock模塊級設(shè)計方式，將性能平均改善15%。 LogicLock設(shè)計流程把整個模塊的放置交由設(shè)計者控制，如果必要的話，可以采用輔助平面布置。LogicLock設(shè)計流程運行設(shè)計者單獨地優(yōu)化和鎖定每個模塊的性能，在大型SOPC設(shè)計的構(gòu)建過程中也保持整個系統(tǒng)的性能。2.0版Quartus II設(shè)計軟件把新的LogicLock設(shè)計流程算法集成到未來的Altera器 件中，該算法充分利用了模塊級設(shè)計的優(yōu)勢。采用快速適配選項縮短編譯時間QuartusII2.0增加了一個新的快速適配編譯選項，選擇中這個選項，將會比缺省設(shè)置要縮短50%的編譯時間。快速適配功能保留了 最佳

10、性能的設(shè)置，加快了編譯過程。這樣布局適配算法反復(fù)的次數(shù)更少，編譯速度更快，對設(shè)計性能的影響最小。新的功能減小了系統(tǒng)級驗證2.0版Quartus II設(shè)計軟件引入了新的功能，加快驗證過程，這通常是SOPC設(shè)計流程中最漫長的階段。在最初的編譯時間中，新的 SignalProbe技術(shù)允許用 戶在保留設(shè)計最初布線，時限和設(shè)計文件的同時把內(nèi)部節(jié)點引到未用的管腳進行分析。SignalProbe技術(shù)完成了現(xiàn)有SignalTap嵌入邏輯分析的功能。 而且，設(shè)計者能夠使用新版本中提供的HDL測試模板快速地開發(fā)HDL仿真矢量。2.0版 Quartus II設(shè)計軟件也可以自動地從QuartusII仿真器波形文件中創(chuàng)

11、建完整的HDL測試平臺。2.0版Quartus II設(shè)計軟件也支持高速I/O設(shè)計，生成專用I/O緩沖信息規(guī)范（IBIS）模型導(dǎo)入到常用的EDA信號集成工具中。IBIS模型根據(jù)設(shè)計中每個管腳的I/O標準設(shè)置來定制，簡化第三方工具的分析。5.0版以上支持雙核CPU的嵌入。目前最高版本為12.0Altera 公司每出一個新版本都會縮短其編譯速度。因為它的編譯速度實在是很慢。內(nèi)核,就是指軟核（可以由使用者根據(jù)自己的需要定制相應(yīng)的功能）可以用NIOS II實現(xiàn)。2、CDMA 系統(tǒng)基本原理及 IS-95 標準 2.1 CDMA 通信系統(tǒng)簡介 隨著移動通信市場經(jīng)歷了第一代模擬技術(shù)的移動通信業(yè)務(wù)和第二代數(shù)字技

12、術(shù)的移動通信業(yè)務(wù)，第三代移動通信系統(tǒng) （也稱 3G）也被引入日程中。在第三代移動通信的主要技術(shù)體制中，WCDMA-FDD/TDD （現(xiàn)稱高碼片速率TDD）和 TD-SCDMA （融和后現(xiàn)稱低碼片速率 TDD）都是由 1998 年 12 月成立的 3GPP （第三代伙伴項目 ）進行開發(fā)和維護的規(guī)范，這些技術(shù)都是以 CDMA 技術(shù)為核心的。CDMA 是碼分多址 （Code Division Multiple Access）的英文縮寫，它是在數(shù)字技術(shù)的分支-擴頻通信技術(shù)上發(fā)展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術(shù) 。CDMA 技術(shù)的原理是基于擴頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號 帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個帶寬

13、遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機碼，與接收的帶寬信號作相關(guān)處理，把寬帶信號換成原信息 數(shù)據(jù)的窄帶信號即解擴，以實現(xiàn)信息通信。CDMA 允許所有使用者同時使用全部頻帶 (1.2288Mhz)，由于其使用了擴頻技術(shù)，可以將其他使用者發(fā)出訊號視為雜訊，完全不必考慮到訊號碰撞(collision) 問題。CDMA 中所提供語音編碼技術(shù)，通話品質(zhì)比目前 GSM 好， 且可把用戶對話時周圍環(huán)境噪音降低，使通話更清晰 。就安全性能而言，CDMA 不但有良好的認證體制，更因其傳輸特性，用碼來區(qū)分用戶，防止被人盜聽的能力大大增強。

14、 Wideband CDMA(WCDMA)寬帶碼分多址傳輸技術(shù)，為IMT-2000 的重要基礎(chǔ)技術(shù)，將是第三代數(shù)字無線通信系統(tǒng)標準之一 。 CDMA 通信系統(tǒng)采用先進的擴頻技術(shù)，實現(xiàn)了碼分多址的應(yīng)用系統(tǒng)。當(dāng)前商用 CDMA 系統(tǒng)空中接口標準為 IS-95，提供 1.2288Mhz 的無線載頻間隔；為防止干擾，不同的用戶分配不同的無線信道 （頻率）或同一信道內(nèi)的不同碼；相同的無線信道能在相鄰小區(qū)或扇面使用；每扇面的話務(wù)容量為軟容量，不受頻率或收發(fā)信機數(shù)量的嚴格限制。CDMA 系統(tǒng)能夠使移動臺同時與兩個或多個基站通信以實現(xiàn)小區(qū)間無縫切換，話音信道為先接后斷，大大減少了掉話率。只有 Lucent 真

15、正做到交換機之 間，交換機之內(nèi)所有基站實現(xiàn)全程軟切換。 CDMA 保持設(shè)定的話音質(zhì)量，誤幀率，同時獲得最大頻譜效率手段。設(shè)定和控制反向 Eb/No 以控制誤幀數(shù)量；盡量減低手機發(fā)射功率 （反向）；盡量減低基站發(fā)射功率 （前向）；提供方法使運營者可以平衡系統(tǒng)容量與話音質(zhì)量的需要。 CDMA 蜂窩通信所具有的優(yōu)勢 系統(tǒng)容量大 理論上，在使用相同頻率資源的情況下，CDMA 移動網(wǎng)比模擬網(wǎng)容量大 20 倍，實際使用中比模擬網(wǎng)大 10倍，比GSM 要大 4-5 倍。 系統(tǒng)容量的配置靈活 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。但對用戶數(shù)并無限制，操作者可在容量和話音質(zhì)

16、量之間折衷考慮。另外，多小區(qū)之間可根據(jù)話務(wù)量和干擾情況自動均衡。 頻率規(guī)劃簡單 用戶按不同的序列碼區(qū)分，所以，相同 CDMA 載波可在相鄰的小區(qū)內(nèi)使用，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃靈活，擴展簡單。 建網(wǎng)成本低 CDMA 系統(tǒng)有著容量大、工作頻點較 GSM 低，因此，在 CDMA 規(guī)劃中，CDMA 的站間距一般較GSM 稀疏。因此可以更好的節(jié)約建網(wǎng)成本。 網(wǎng)絡(luò)綠色環(huán)保 CDMA 手機是 GSM 手機平均發(fā)射功率的 2/125 ，CDMA 手機更加綠色環(huán)保。 低功率譜密度 由于CDMA 的關(guān)鍵技術(shù)為擴頻技術(shù)，所以它的功率譜被擴展的很寬，從而功率很低，好處有二：1 防止其它信道的干擾；2 防止干擾其它信道。 CDMA

17、通信系統(tǒng)擴頻技術(shù)的特點 采用了多種分集方式 。除了傳統(tǒng)的空間分集外。由于是寬帶傳輸起到了頻率分集的作用，同時在基站和移動臺采用了 RAKE 接收機技術(shù)，相當(dāng)于時間分集的作用。A. 采用了話音激活技術(shù)和扇區(qū)化技術(shù)。因為 CDMA 系統(tǒng)的容量直接與所受的干擾有關(guān)，采用話音激活和扇區(qū)化技術(shù)可以減少干擾，可以使整個系統(tǒng)的容量增大。采用了移動臺輔助的軟切換 。B. 通過它可以實現(xiàn)無縫切換，保證了通話的連續(xù)性，減少了掉話的可能性。處于切換區(qū)域的移動臺通過分集接收多個基站的信號，可以減低自身的發(fā)射功率，從而減少了對周圍基站的干擾，這樣有利于提高反向聯(lián)路的容量和覆蓋范圍。C. 采用了功率控制技術(shù)，這樣降低了平

18、準發(fā)射功率。D. 具有軟容量特性?？梢栽谠拕?wù)量高峰期通過提高誤幀率來增加可以用的信道數(shù)。當(dāng)相鄰小區(qū)的負荷一輕一重時，負荷重的小區(qū)可以通過減少導(dǎo)頻的發(fā)射功率，使本小區(qū)的邊緣用戶由于導(dǎo)頻強度的不足而切換到相臨小區(qū)，使負擔(dān)分擔(dān) 。E. 兼容性好。由于 CDMA 的帶寬很大，功率分布在廣闊的頻譜上，功率 話密度低，對窄帶模擬系統(tǒng)的干擾小，因此兩者可以共存。即兼容性好。 F. CDMA 的頻率利用率高，不需頻率規(guī)劃，這也是 CDMA 的特點之一。G. CDMA 高效率的 OCELP 話音編碼。話音編碼技術(shù)是數(shù)字通信中的一個重要課 題 。OCELP 是利用碼表矢量量化差值的信號，并根據(jù)語音激活的程度產(chǎn)生一

19、個輸出速率可變的信號 。這種編五馬方式被認為是目前效率最高的編碼技術(shù)，在保證有較好話音質(zhì)量的前提下，大大提高了系統(tǒng)的容量。這種聲碼器具有 8kbit S 和 13kbit S 兩種速率的序列。8kbit S 序列從 1.2kbit s 到 9.6kbit s 可變，13kbit S 序列則從 1.8kbt s 到 14.4kbt S 可變 。最近，又有一種 8kbit sEVRC 型編碼器問世，也具有 8kbit s 聲碼器容量大的特點，話音質(zhì)量也有了明顯的提高 。 2.2 CDMA 的關(guān)鍵技術(shù) CDMA 移動通信網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)有以下幾個方面： （1）功率控制技術(shù)：它是 CDMA 系統(tǒng)的核心技術(shù)

20、。CDMA 系統(tǒng)是一個自擾系統(tǒng)，所有移動用戶都占用相同帶寬和頻率，“遠近效用”問題特別突出。CDMA 功率控制的目的就是克服 “遠近效用”，使系統(tǒng)既能維護高質(zhì)量通信，又不對其他用戶產(chǎn)生干擾。功率控制分為前向功率控制和反向功率控制，反向功率控制又可分為僅由移動臺參與的開環(huán)功率控制和移動臺、基站同時參與的閉環(huán)功率控制。功率控制的目的是使每個用戶到達基站的功率相同。 功率控制的分類： A通信的正向、反向鏈路:反向功率控制和正向功率控制； B 實現(xiàn)功控的方式:集中式功率控制和分布式控制 C功率控制環(huán)路的類型:開環(huán)功控、閉環(huán)功控 （外環(huán)功控和內(nèi)環(huán)功控）。 功率控制不同方式實現(xiàn)的目標： A 反向功控-克服

21、 “遠近效應(yīng)” B反向開環(huán)功率控制：（移動臺 被）-抗慢衰落、不交換信息，速度快，節(jié)省開銷。 優(yōu)點：簡單易行，不需要在移動臺和基站之間交換信息，速度快，節(jié)省開銷。對慢衰落有效。缺點：但是對于信號因多徑效應(yīng)而引起的瑞利衰落，效果不佳。參數(shù)：根據(jù)不同小區(qū)規(guī)模和有效輻射功率進行調(diào)整 C反向閉環(huán)功率控制 （基站 移動臺）-抗多徑衰落 參數(shù)：功率控制步長、動態(tài)范圍。 D內(nèi)環(huán)功率控制、外環(huán)功率控制。內(nèi)環(huán)功率控制的目的是保持移動臺盡可能地接近它的預(yù)定的信號強度或比信噪比的標準值；而外環(huán)功率控制為一給定的移動臺調(diào)整基站預(yù)定信號強度或信噪比的標準值，簡稱標稱功率。 E正向功控 （基站）-抗干擾 調(diào)整基站向移動臺

22、發(fā)射的功率，使任一移動臺無論處于蜂窩小區(qū)中的任何位置上，收到基站發(fā)來的信號電平都恰好達到信干比所要求的門限值。 F集中式功率控制。 避免向距離近的移動臺發(fā)射過大的信號功率，防止誤碼率增大或通信質(zhì)量下降的現(xiàn)象。 實際的時變多徑衰落中是必要的。作用遠不如反向功控。 （2）PN 碼技術(shù)： PN 碼的選擇直接影響到 CDMA 系統(tǒng)的容量、抗干擾能力、接入和切換速度等性能。CDMA 信道的區(qū)分是靠 PN 碼來進行的，因而要求PN 碼自相關(guān)性要好，互相關(guān)性要弱，實現(xiàn)和編碼方案簡單等。目前的CDMA 系統(tǒng)就是采用一種基本的 PN 序列m 序列作為地址碼，利用它的不同相位來區(qū)分不同用戶。 （3）RAKE 接收

23、技術(shù)：移動通信信道是一種多徑衰落信道，RAKE 接收技術(shù)就是分別接收每一路的信號進行解調(diào)，然后疊加輸出達到增強接收效果的目的，這里多徑信號不僅不是一個不利因素，而且在 CDMA 系統(tǒng)變成一個可供利用的有利因素。 （4）軟切換技術(shù)：先連接，再斷開稱之為軟切換。CDMA 系統(tǒng)工作在相同的頻率和帶寬上，因而軟切換技術(shù)實現(xiàn)起來比TDMA 系統(tǒng)要方便容易得多。 （5）CDMA 系統(tǒng)中的 PN 碼同步原理 發(fā)射機和接收機采用高精確度和高穩(wěn)定度的時鐘頻率源，以保證頻率和相位的穩(wěn)定性。但在實際應(yīng)用中，存在許多事先無法估計的不確定因素，如收發(fā)時鐘不穩(wěn)定、發(fā)射時刻不確定、信道傳輸時延及干擾等，尤其在移動通信中，這

24、些不確定因素都有隨機性，不能預(yù)先補償，只能通過同步系統(tǒng)消除。因此，在 CDMA 擴頻通信中，同步系統(tǒng)必不可少。 PN 碼序列同步是擴頻系統(tǒng)特有的，也是擴頻技術(shù)中的難點。CDMA 系統(tǒng)要求接收機的本地偽隨機碼與接收到的 PN 碼在結(jié)構(gòu)、頻率和相位上完全一致，否則就不能正常接收所發(fā)送的信息，接收到的只是一片噪聲。若實現(xiàn)了收發(fā)同步但不能保持同步，也無法準確可靠地獲取所發(fā)送的信息數(shù)據(jù)。因此，PN 碼序列的同步是 CDMA 擴頻通信的關(guān)鍵技術(shù)。 CDMA 系統(tǒng)中的 PN 碼同步過程分為 PN 碼捕獲 （精同步）和 PN 碼跟蹤 （細同步）兩部分。PN 碼捕獲是精調(diào)本地 PN 碼的頻率和相位，使本地產(chǎn)生的

25、 PN 碼與接收到的 PN 碼間定時誤差小于1個碼片間隔 Tc，可采用基于滑動相關(guān)的串行捕獲方案或基于時延估計問題的并行捕獲方案。PN 碼跟蹤則自動調(diào)整本地碼相位，進一步縮小定時誤差，使之小于碼片間隔的幾分之一，達到本地碼與接收 PN 碼頻率和相位精確同步。典型的 PN 碼跟蹤環(huán)路分基于遲早門定時誤差檢測器的延遲鎖定環(huán)及 抖動環(huán)兩種。 接收信號經(jīng)寬帶濾波器后，在乘地器中與本地 PN 碼進行相關(guān)運算。捕獲器件調(diào)整壓控時鐘源，用以調(diào)整 PN 碼發(fā)生器產(chǎn)生的本地 PN 碼序列的頻率和相位，捕獲有用信號。一旦捕獲到有用信號，啟動跟蹤器件，用以調(diào)整壓控鐘源，使本地 PN 碼發(fā)生器與外來信號保持精確同步。

26、如果由于某種原因引起失步，則重新開始新一輪捕獲和跟蹤。 同步過程包含捕獲和跟蹤兩個階段閉環(huán)的自動控制和調(diào)整。 A.PN 碼序列捕獲 PN 碼序列捕獲指接收機在開始接收擴頻信號時，選擇和調(diào)整接收機的本地擴頻 PN 序列相位，使它與發(fā)送的擴頻 PN 序列相位基本一致，即接收機捕捉發(fā)送的擴頻PN 序列相位，也稱為擴頻 PN 序列的初始同步。在 CDMA 系統(tǒng)接收端，一般解擴過程都在載波同步前進行，實現(xiàn)捕獲大多采用非相干檢測。接收到擴頻信號后，經(jīng)射頻寬帶濾波放大及載波解調(diào)后，分別送往2N 擴頻 PN 序列相關(guān)處理解擴器 （N 是擴頻 PN 序列長）。2N 個輸出中哪個輸出最大，該輸出對應(yīng)的相關(guān)處理解擴

27、器所用的擴頻 PN 序列相位狀態(tài)，就是發(fā)送的擴頻信號的擴頻 PN 序列相位，從而完成擴頻 PN 序列捕獲。 捕獲的方法有多種，如滑動相干法、序貫估值法及匹配濾波器法等，滑動相關(guān)法是最常用的方法。 A.1滑動相關(guān)法 接收系統(tǒng)在搜索同步時，它的碼序列發(fā)生器以與發(fā)射機碼序列發(fā)生器不同的速率工作，致使這兩個碼序列在相位上互相滑動，只有在達到一致點時，才停下來，因此稱之為滑動相關(guān)法。 接收信號與本地 PN 碼相乘后積分，求出它們的互相關(guān)值，然后與門限檢測器的某一門限值比較，判斷是否已捕獲到有用信號。它利用了 PN 碼序列的相關(guān)徨性，當(dāng)兩個相同的碼序列相位一致時，其相關(guān)值輸出最大。一旦確認捕獲完成，捕獲指

28、示信號的同步脈沖控制搜索控制鐘，調(diào)整 PN 碼發(fā)生器產(chǎn)生的 PN 碼重復(fù)頻率和相位，使之與收到的信號保持同步。 由于滑動相關(guān)器對兩個PN 碼序列按順序比較相關(guān)，所以該方法又稱順序搜索法?；瑒酉嚓P(guān)器簡單，應(yīng)用廣泛，缺點是當(dāng)兩個 PN 碼的時間差或相位差過大時，相對滑動速度簋慢，導(dǎo)致搜索時間過長，特別是對長 PN 碼的捕獲時間過長，必須采取措施限定捕獲范圍，加快捕獲時間，改善其性能。 使滑動相關(guān)器實用的有效方法之一是采用特殊碼序列，特殊碼序列要足夠短，以便在合理時間內(nèi)對所有碼位進行搜索。至于短到什么程度，由滿足相關(guān)性要求限定。這種加前置碼的方法稱同步引導(dǎo)法。引導(dǎo)碼同步要求低、簡單易實現(xiàn)，是適合各種

29、應(yīng)用的同步方法。 可捕碼由若干較短碼序列組合而成，其碼序列應(yīng)與各組成碼序列保持一定的相關(guān)關(guān)系。這類碼中最著名的是 JPL 碼。 A.2 序貫估值法 序貫估值法是另一種減少長碼捕獲時間的快速捕獲方法，它把收到的 PN 碼序列直接輸入本地碼發(fā)生器的移位寄存器，強制改變各級寄存器的起始狀態(tài)，使其產(chǎn)生的 PN 碼與外來碼相位一致，系統(tǒng)即可立即進行同步跟蹤狀態(tài)，縮短了本地 PN 碼與外來 PN 碼相位一致所需的時間。 該方法先檢測收到碼信號中的 PN 碼，通過開關(guān)，送入 n 級 PN 碼發(fā)生器的移位寄存器。待整個碼序列全部進入填滿后，在相關(guān)器中，將產(chǎn)生的 PN 碼與收到的碼信號進行相關(guān)運算，在比較器中將

30、所得結(jié)果與門限進行比較。若未超過門限，則繼續(xù)上述過程。若超過門限，則停止搜索，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)。理想情況下，捕獲時間 Ts=nTc，（Tc 為 PN 碼片時間寬度）。該方法捕獲時間雖短，但存在一些問題，它先要對外來的 PN 碼進行檢測，才能送入移位寄存器，要做到這一點有時很困難。另外，此法抗干擾能力很差，因為逐一時片進行估值和判決，并未利用 PN 碼的抗干擾特性。但在無干擾條件下，它仍有良好的快速初始同步性能。 A.3 匹配濾波器法 用于 PN 同步捕獲的匹配濾波器一般采用延時線匹配濾波器，其目的是識別碼序列，它能在特殊結(jié)構(gòu)中識別特殊序列，而且只識別該序列。假設(shè)一個輸入信號是7bit 碼序列1

31、110010雙相調(diào)制的信號，每當(dāng)碼有1-0過渡時，反相信號進入延時線，直到第1bit在 T7，第2bit 在 T6。當(dāng)全部時延元件都填滿，而且信號調(diào)制碼與濾波器時延元件相位一致時，T2的信號相位與 T5、T6、T7的相位相同，時延元件 T1、T3、T4也具有相同的信號相位。把 T2、T5、T6、T7與 T1、T3、T4兩組分別相加，把 T1、T3、T4 之和倒相輸出，再將這兩個結(jié)果相加，包含在全部7個元件中的信號能量同相相加，整個輸出是未處理的7倍。根據(jù)該能 量關(guān)系可以識別碼序列。 要增強產(chǎn)生的信號，可以靠附加更多的時延元件實現(xiàn)，在這種結(jié)構(gòu)中得到的處理增益為 Gp=10lgn （n 是參加求和

32、的時延元件數(shù)）。 在要求快速鎖定及使用長碼的 CDMA 擴頻通信中，宜采用 SAW-TDL-MF 作同步器。對于待定信號，匹配濾波器具有時間自動能力，無需 PN 碼時鐘同步與 RF載波相位鎖定，既避免了數(shù)據(jù)信息比特以外的同步，又完成了擴頻信號的相關(guān)處理。引導(dǎo)碼進入程控編碼 SAW-TDL-MF 后，其輸出是噪聲基底上的底尖相關(guān)峰。在擴頻通信中，噪聲功率控制接收機的 AGC，因而信號功率 （即相關(guān)峰值）在起伏的噪聲環(huán)境中變化很大。門限計算器的功能根據(jù)包絡(luò)檢測輸出，確定動態(tài)門限電平，提供給同步檢測器，保證在低 SNR 時有可允許的同步誤差。動態(tài)門限電平取在主峰高度與最大旁峰之間時，噪聲引起的底同步

33、誤差最小。當(dāng) SAW-TDL 檢波輸出包絡(luò)超過動態(tài)門限時，同步檢測器為接收機寬帶頻率合成器提供一個邏輯電平同步信號。 B.PN 碼序列跟蹤 當(dāng)同步系統(tǒng)完成捕獲過程后，同步系統(tǒng)轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)。所謂跟蹤，是使本地碼的相位一直隨接收到的偽隨機碼相位改變，與接收到的偽隨機碼保持較精確的同步。跟蹤環(huán)路不斷校正本地序列的時鐘相位，使本地序列的相位變化與接收信號相位變化保持一致，實現(xiàn)對接收信號的相位鎖定，使同步誤差盡可能小，正常接收擴頻信號。跟蹤是閉環(huán)運行的，當(dāng)兩端相位出現(xiàn)差別后，環(huán)路能根據(jù)誤差大小自動調(diào)整，減小誤差，因此同步系統(tǒng)多采用鎖相技術(shù)。 跟蹤環(huán)路可分為相干與非相干兩種。前者在確知發(fā)端信號載波頻率和相

34、位的情況下工作，后者在不確知的情況下工作。實際上大多數(shù)應(yīng)用屬于后者。常用的跟蹤環(huán)路有延遲鎖定環(huán)及 抖動環(huán)兩種，延遲鎖定環(huán)采用兩個獨立的相關(guān)器， 抖動環(huán)采用分時的單個相關(guān)器。 B.1 延遲鎖相環(huán) 當(dāng)本地PN 碼產(chǎn)生器第 （n2）和第 n 級移位寄存器輸出 PN 碼相位超前于接收到的偽隨機碼相位時 （即兩碼的相對時差0<） B.2 抖動跟蹤環(huán) 抖動環(huán)是跟蹤環(huán)的另一種形式，與延時鎖定環(huán)相同，接收信號與本地產(chǎn)生PN 序列的超前滯后形式相關(guān)，誤差信號由單個相關(guān)器以交替的形式相關(guān)后得到。PN 碼序列產(chǎn)生器由一個信號驅(qū)動，時鐘信號的相位二元信號的變化來回 “擺動”，去除了必須保證兩個通道傳遞函數(shù)相同的

35、要求，因此抖動環(huán)路實現(xiàn)簡單。與延時鎖定環(huán)相比，信噪比性能惡化大約3dB。 延遲鎖定環(huán)及 抖動環(huán)不僅能起跟蹤作用，如果采用滑動相關(guān)概念，使本地 VCO 開始時就與接收信號有一定頻差，也能起到捕獲作用。此外，另加一相關(guān)器，還可以起到解碼作用。 上述兩種跟蹤環(huán)路的主要跟蹤對象是單徑信號，但在移動信道中，由于受到多徑衰落及多普勒頻移等多種復(fù)雜因素影響，不能得到令人滿意的跟蹤性能，所以 CDMA 擴頻通信系統(tǒng)應(yīng)采用適合多徑衰落信道的跟蹤環(huán)?；谀芰看爸匦牡亩〞r跟蹤環(huán)就是其中之一。 CDMA 數(shù)字蜂窩移動系統(tǒng)采用擴頻技術(shù)，其擴頻帶寬使系統(tǒng)具有較強的多徑分辨能力。接收機不斷搜索可分辨多徑信號分量，選出其中能

36、量最強的 J 個多徑分量作為能量窗，利用基于能量窗重心的定時跟蹤算法，觀察相鄰兩次工作窗內(nèi)多徑能量分布變化，計算跟蹤誤差函數(shù)，根據(jù)能量重心變化，調(diào)整本地 PN 碼時鐘，控制 PN 碼滑動，達到跟蹤目的。采用該跟蹤環(huán)的目的是使用于 RAKE 接收的工作窗內(nèi)多徑能量之和最大，接收機性能更好。仿真結(jié)果表明，與 DLL 跟蹤單徑相比，采用基于能量窗重心的定時跟蹤法跟蹤有效多徑成分具有更好的性能。 2.3 CDMA通信系統(tǒng)的具體實現(xiàn)原理 CDMA 通信系統(tǒng)包括很多不同的信道部分，下圖為信道總的原理圖，下面將會介紹各個信道及模塊的原理 移動臺BTS（基站收發(fā)）下行信道（前向信道）上行信道（反向信道）導(dǎo)頻信

37、道同步信道尋呼信道業(yè)務(wù)信道反向接入反向業(yè)務(wù) 信道總原理圖 2.3.1 CDMA 中使用到的碼序列 1、Walsh 碼 Walsh 碼來源于 H 矩陣，根據(jù) H 矩陣中 “1”和 “1”的交變次數(shù)重新排列就可以得到 Walsh 矩陣，該矩陣中各行列之間是相互正交 (Mutual Orthogonal)的，可以保證使用它擴頻的信道也是互相正交的 。對于 CDMA 前向鏈路，采用 64 階 Walsh 序列擴頻, 每個 W 序列用于一種前向物理信道(標準 ），實現(xiàn)碼分多址功能。信道數(shù)記為 W0-W63，碼片速率：1.2288Mc/S。 沃爾什序列可以消除或抑制多址干擾 (MAI)。理論上，如果在多址

38、信道中信號是相互正交的，那么多址干擾可以減少至零 。然而實際上由于多徑信號和來自其他小區(qū)的信號與所需信號是不同步的，共信道干擾不會為零 。異步到達的延遲和衰減的多徑信號與同步到達的原始信號不是完全正交的，這些信號就帶來干擾 。來自其他小區(qū)的信號也不是同步或正交的，這也會導(dǎo)致干擾發(fā)生,在反向鏈路中，沃爾什碼序列僅用作擴頻。 IS-95a 定義的 cdma 系統(tǒng)采用 64 階 walsh 涵數(shù)，它們在前、反向鏈路中的作用是不同的。 對于前向鏈路：依據(jù)兩兩正交的 walsh 序列，將前向信道劃分為 64 個碼分信道，碼分信道與 walsh 序列一一對應(yīng)。walsh 序列碼速率與 pn 碼速率相同，均

39、為 1.2288mhz。前向多址接入方案由采用正交 walsh 序列實現(xiàn)；一個編碼比特周期對應(yīng)一個 walsh 序列 （64chip）。 對于反向鏈路：walsh 序列作為調(diào)制碼使用，即 64 階正交調(diào)制。6 個編碼比特對應(yīng)一個 64 位的 walsh 序列 （64 階 walsh 編碼后的數(shù)據(jù)速率為307.2kcps，經(jīng)用戶 pn 長碼加擾/擴頻，生成 1.2288mcps 碼流；該碼流經(jīng)pni、pnq 短碼覆蓋、濾波等處理后交由 rfs 發(fā)射） 2、PN 碼 PN 碼分為長碼和短碼： 短碼：短碼是長度為215 -1=32767 的周期序列。 在 CDMA 系統(tǒng)的前向信道 （從基站指向手機方

40、向）中，短碼用于對前向信道進行調(diào)制，使前向信道帶上本基站的標記，不同的基站使用不同相位的短碼，從而互相區(qū)別開來。 在反向信道中 （從手機指向基站方向），短碼用于對反向業(yè)務(wù)信道進行調(diào)制，作用與短碼在前向信道中相同。 長碼：長碼是長度為242 -1 的周期序列。 速率為 1.2288Mcps。 在 CDMA 系列的前向信道 （從基站指向手機方向）中，長碼用于對業(yè)務(wù)信道進行擾碼 （作用類似于加密）。在反向信道中 （從手機指向基站方向）。長碼用來直接進行擴頻，由于區(qū)分不同的接入手機 （MS）。同一用戶在前向和反向使用同一長碼偏置，也就是同一個長碼掩碼。 2.3.2 IS_95 公共空中接口，簡稱 QC

41、DMA 標準包括如下部分： 1、頻段 前向：869-894MHz 反向：824-849MHz 頻帶間隔：45MHz 2、信道數(shù) 64 （碼分信道）/每一載頻； 每一個小區(qū)可分為 3 個扇形區(qū)，可共用一個載頻； 每一網(wǎng)絡(luò)分為 9 個載頻，其中收發(fā)各占 12.5MHz，共 25MHz 帶寬 3、射頻帶寬 第一頻道 2*1.77MHz 其他頻道 2*1.23MHz 4、調(diào)制方式和擴頻方式 基站采用 QPSK,移動臺采用 OQPSK 擴頻方式均為 （DS）直接序列擴頻。 5、語音編碼 可變速率 CELP，最大速率為 8kb/s，最大數(shù)據(jù)速率為 9.6kb/s，每幀時間為 20ms 6、信道編碼 卷積編

42、碼：正向 碼率 R=1/2, 約束長度 K=9； 反向 碼率 R=1/3, 約束長度 K=9 譯碼采用維特比譯碼。 交織編碼：前向鏈路同步信道采用 26.66ms 交織編碼長度外，其他信道的交織編碼長度均為 20ms。 7、擴頻碼 （PN 碼） 擴頻碼碼片的速率為 1.2288Mcps。 基站識別碼為 m 序列，周期為215 -1 的 m 序列(短碼) ，用戶識別碼采用周期為 242 -1 的m 序列(長碼) 。 前向鏈路采用 64 個正交的 walsh 碼(碼片速率為 1.2288Mcps)作為 64 個信道的地址碼，反向鏈路利用 walsh 碼進行 64 進制正交調(diào)制 。 前向鏈路擴頻碼是

43、 walsh 碼，反向鏈路的擴頻碼是長碼。 8、導(dǎo)頻、同步信道 供移動臺作載頻和時間同步 9、軟切換 軟切換:當(dāng)移動臺需要跟一個新的基站進行通信時，先不急于中斷和原來基站的通信，而是在與新基站取得聯(lián)系后才與原來基站斷開。 軟切換就是先接后斷。它只能在相同頻率的 CDMA 信道間才能進行 。不同頻率的 CDMA 信道只能進行傳統(tǒng)的硬切換。 10、RAKE 接收機 運用背景：RAKE 接收技術(shù)是第三代 CDMA 移動通信系統(tǒng)中的一項重要技術(shù)。在 CDMA移動通信系統(tǒng)中，由于信號帶寬較寬，存在著復(fù)雜的多徑無線電信號，通信受到多徑衰落的影響。RAKE 接收技術(shù)實際上是一種多徑分集接收技術(shù)，可以在時間上

44、分辨出細微的多徑信號，對這些分辨出來的多徑信號分別進行加權(quán)調(diào)整、使之復(fù)合成加強的信號 。這種作用有點像把一堆零亂的草用“耙子”把它們集攏到一起那樣，英文“RAKE”是“耙子”的意思，因此被稱為 RAKE 技術(shù)。 基本原理:在 CDMA 擴頻系統(tǒng)中，信道帶寬遠遠大于信道的平坦衰落帶寬。不同于傳統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)需要用均衡算法來消除相鄰符號間的碼間干擾，CDMA擴頻碼在選擇時就要求它有很好的 自相關(guān)特性 。這樣，在無線信道中出現(xiàn)的時延擴展，就可以被看作只是被傳信號的再次傳送 。如果這些多徑信號相互間的延時超過了一個碼片的長度，那么它們將被 CDMA 接收機看作是非相關(guān)的噪聲，而不再需要均衡了由于在多徑信

45、號中含有可以利用的信息，所以 CDMA 接收機可以通過合并多徑信號來改善接收信號的信噪比。其實 RAKE 接收機所作的就是：通過多個相關(guān)檢測器接收多徑信號中的各路信號，并把它們合并在一起。當(dāng)傳播時延超過一個碼片周期時，多徑信號實際上可被看作是互不相關(guān)的。帶DLL的相關(guān)器是一個具有遲早門鎖相環(huán)的解調(diào)相關(guān)器。遲早門和解調(diào)相關(guān)器分別相差±1/2（或 1/4）個碼片 。遲早門的相關(guān)結(jié)果相減可以用于調(diào)整碼相位。延遲環(huán)路的性能取決于環(huán)路帶寬。 由于信道中快速衰落和噪聲的影響，實際接收的各徑的相位與原來發(fā)射信號的相位有很大的變化，因此在合并以前要按照信道估計的結(jié)果進行相位的旋轉(zhuǎn)，實際的 CDMA

46、系統(tǒng)中的信道估計是根據(jù)發(fā)射信號中攜帶的導(dǎo)頻符號完成的 。根據(jù)發(fā)射信號中是否攜帶有連續(xù)導(dǎo)頻 ，可以分別采用基于連續(xù)導(dǎo)頻的相位預(yù)測和基于判決反饋技術(shù)的相位預(yù)測方法 。 利用基站和移動臺的 RAKE 接收機來分離多徑，可以實現(xiàn)信號的時間分集?；径俗疃嗫梢苑蛛x 4 徑的信號，移動臺端可以分離 3 徑的信號。 從實現(xiàn)的角度而言，RAKE接收機的處理包括碼片級和符號級，碼片級的處理有相關(guān)器、本地碼產(chǎn)生器和匹配濾波器 。符號級的處理包括信道估計，相位旋轉(zhuǎn)和合并相加 。碼片級的處理一般用 ASIC 器件實現(xiàn)，而符號級的處理用 DSP 實現(xiàn)。移動臺和基站間的 RAKE 接收機的實現(xiàn)方法和功能盡管有所不同，但其

47、原理是完全一樣的 2.4 移動通信信道對于移動通信系統(tǒng)的無線信道環(huán)境而言，其信道環(huán)境比比固定無線信道環(huán)境要復(fù)雜。因而不能簡單的用固定無線信道的電磁波傳播模式來分析，必須根據(jù)移動信道的特點，按照不同的傳播環(huán)境和地理特征進行分析和仿真。在蜂窩移動通信環(huán)境中，同頻干擾是一個必須考慮的問題，當(dāng)發(fā)生衰落時，要接收的信號也許比小區(qū)基站的同頻干擾還要弱。接收機會鎖定在錯誤的信號上。對數(shù)字信號來說，衰落將使比特誤碼率（BER）大大增加。移動信道的衰落特性取決于無線點撥傳播環(huán)境。2.4.1 Jake移動信道Jake移動信道模型是一個標準的單調(diào)衰落基帶等效模型，該模型假設(shè)從發(fā)射機到接收機之間存在無數(shù)條傳播路徑，并

48、且這些放射到達移動目標接收機的路徑是均勻分布的。Jake移動信道通常用于一些簡單假設(shè)的移動信道仿真。JK信道仿真圖：輸入信號經(jīng)過JK信道傳輸后由I、Q混頻器分為I和Q兩路信號仿真結(jié)果JK信道輸出信號的頻譜：單一正弦波經(jīng)過JK信道后成了一束頻譜信號2.4.2 窄帶干擾信道（NBI）無線信道中還有一類窄帶干擾信道。例如，存在鄰頻干擾的信道，被敵方實施人為干擾的信道。仿真結(jié)果：每個窄帶模型都使用5個干擾。除了以上信道外，還有多徑衰落信道（Rice衰落信道、Rummler衰落信道）Fade信道，在此不一一列舉。3.語音通話系統(tǒng)設(shè)計3.1語音信號的加載及男女變聲依靠高通、低通濾波器器濾出目標頻段：仿真結(jié)

49、果：從上到下依次為【原始聲音、高音、低音】從左到右依次為【原始聲音、高音、低音】的頻譜。系統(tǒng)運行后，可分別保存高頻和低音。在相應(yīng)的文件夾（CDMA/語音信號的加載及男女變聲）下即可以找到和試聽。可以發(fā)現(xiàn)，如果不添加增益，保存輸出的聲音信號和原始信號相比音量驟減。3.2語音信號的數(shù)字化A. 增量調(diào)制增量調(diào)制簡稱M或者增量脈沖調(diào)制方式。它是一種把上一采樣信號的樣值作為預(yù)測值的單純預(yù)測編碼方式。增量調(diào)制是預(yù)測編碼中最簡單的一種。在比特率較低時增量調(diào)制的量化信噪比高于PCM；增量調(diào)制的抗誤碼好，可用比特率為10-2到10-3的信道，而PCM要求10-4到10-6;增量調(diào)制通常使用單純的比較器和積分器作

50、為編譯碼器（預(yù)測器），結(jié)構(gòu)比PCM簡單。在M中量化過程存在斜率過載失真，主要是因為輸入信號的斜率過大，調(diào)制器跟蹤不上而產(chǎn)生的。仿真結(jié)果：原始聲音和保存輸出的聲音WO2可以在相應(yīng)的文件夾下試聽。由于聲音信號比較復(fù)雜，不便于觀察，下面使用100200Hz的掃頻信號作為輸入，仿真時間為0.3秒，采樣頻率為100KHz?？捎^察到如下結(jié)果：以上仿真結(jié)果表明，可以用增量調(diào)制實現(xiàn)語音信號的數(shù)字化。在下面仿真（直接序列擴頻）中將使用本方法實現(xiàn)語音信號的數(shù)字化。由于計算機條件的限制。將使用掃頻信號代替語音信號。B脈沖編碼調(diào)制（PCM）PCM即脈沖編碼調(diào)制，在通信系統(tǒng)中完成將語音信號數(shù)字化功能。PCM的實現(xiàn)主要包

51、括三個步驟完成：抽樣、量化、編碼。分別完成時間上離散、幅度上離散、及量化信號的二進制表示。根據(jù)CCITT的建議，為改善小信號量化性能，采用壓擴非均勻量化，有兩種建議方式，分別為A律和律方式，我國采用了A律方式，由于A律壓縮實現(xiàn)復(fù)雜，常使用 13 折線法編碼,采用非均勻量化PCM編碼示意圖見下圖。PCM原理框圖下面將介紹PCM編碼中抽樣、量化及編碼的原理：(a) 抽樣所謂抽樣，就是對模擬信號進行周期性掃描，把時間上連續(xù)的信號變成時間上離散的信號。該模擬信號經(jīng)過抽樣后還應(yīng)當(dāng)包含原信號中所有信息，也就是說能無失真的恢復(fù)原模擬信號。它的抽樣速率的下限是由抽樣定理確定的。(b) 量化從數(shù)學(xué)上來看，量化就

52、是把一個連續(xù)幅度值的無限數(shù)集合映射成一個離散幅度值的有限數(shù)集合。如圖2所示，量化器Q輸出L個量化值，k=1，2，3，L。常稱為重建電平或量化電平。當(dāng)量化器輸入信號幅度落在與之間時，量化器輸出電平為。這個量化過程可以表達為： 模擬入量化器量化值這里稱為分層電平或判決閾值。通常稱為量化間隔。圖2 模擬信號的量化模擬信號的量化分為均勻量化和非均勻量化。由于均勻量化存在的主要缺點是：無論抽樣值大小如何，量化噪聲的均方根值都固定不變。因此，當(dāng)信號較小時，則信號量化噪聲功率比也就很小，這樣，對于弱信號時的量化信噪比就難以達到給定的要求。通常，把滿足信噪比要求的輸入信號取值范圍定義為動態(tài)范圍，可見，均勻量化

53、時的信號動態(tài)范圍將受到較大的限制。為了克服這個缺點，實際中，往往采用非均勻量化。非均勻量化是根據(jù)信號的不同區(qū)間來確定量化間隔的。對于信號取值小的區(qū)間，其量化間隔也小；反之，量化間隔就大。它與均勻量化相比，有兩個突出的優(yōu)點。首先，當(dāng)輸入量化器的信號具有非均勻分布的概率密度（實際中常常是這樣）時，非均勻量化器的輸出端可以得到較高的平均信號量化噪聲功率比；其次，非均勻量化時，量化噪聲功率的均方根值基本上與信號抽樣值成比例。因此量化噪聲對大、小信號的影響大致相同，即改善了小信號時的量化信噪比。實際中，非均勻量化的實際方法通常是將抽樣值通過壓縮再進行均勻量化。通常使用的壓縮器中，大多采用對數(shù)式壓縮。廣泛

54、采用的兩種對數(shù)壓縮律是壓縮律和A壓縮律。美國采用壓縮律，我國和歐洲各國均采用A壓縮律，因此，PCM編碼方式采用的也是A壓縮律。所謂A壓縮律也就是壓縮器具有如下特性的壓縮律：A律壓擴特性是連續(xù)曲線，A值不同壓擴特性亦不同，在電路上實現(xiàn)這樣的函數(shù)規(guī)律是相當(dāng)復(fù)雜的。實際中，往往都采用近似于A律函數(shù)規(guī)律的13折線（A=87.6）的壓擴特性。這樣，它基本上保持了連續(xù)壓擴特性曲線的優(yōu)點，又便于用數(shù)字電路實現(xiàn)，本設(shè)計中所用到的PCM編碼正是采用這種壓擴特性來進行編碼的。圖3示出了這種壓擴特性。下表列出了13折線時的值與計算值的比較。表中第二行的值是根據(jù)時計算得到的，第三行的值是13折線分段時的值?？梢姡?3

55、折線各段落的分界點與曲線十分逼近，同時按2的冪次分割有利于數(shù)字化。(c) 編碼所謂編碼就是把量化后的信號變換成代碼，其相反的過程稱為譯碼。當(dāng)然，這里的編碼和譯碼與差錯控制編碼和譯碼是完全不同的，前者是屬于信源編碼的范疇。在現(xiàn)有的編碼方法中，若按編碼的速度來分，大致可分為兩大類：低速編碼和高速編碼。通信中一般都采用第二類。編碼器的種類大體上可以歸結(jié)為三類：逐次比較型、折疊級聯(lián)型、混合型。在逐次比較型編碼方式中，無論采用幾位碼，一般均按極性碼、段落碼、段內(nèi)碼的順序排列。下面結(jié)合13折線的量化來加以說明。在13折線法中，無論輸入信號是正是負，均按8段折線（8個段落）進行編碼。若用8位折疊二進制碼來表示輸入信號的抽樣量化值，其中用第一位表示量化值的極性，其余七位（第二位至第八位）則表示抽樣量化值的絕對大小。具體的做法是：用第二至第四位表示段落碼，它的8種可能狀態(tài)來分別代表8個段落的起點電平。其它四位表示段內(nèi)碼，它的16種可能狀態(tài)來分別代表每一段落的16個均勻劃分的量化級。這樣處理的結(jié)果，8個段落被劃分成27128個量化級。段落碼和8個段落之間的關(guān)系如表2所示；段內(nèi)碼與16個量化級之間的關(guān)系見上表。PCM編譯碼器的實現(xiàn)可以借鑒單片PCM編碼器集成芯片，如：TP3067A、CD22357等。單芯片工作時只需給出外圍的時序電路即可實現(xiàn)。PCM編碼器模塊（左半部分）由信號源、瞬時