【正文】 .......................................................................................................24 參考文獻(xiàn) ..............................................................................................................28 1 CDMA數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)信道編碼的實(shí)現(xiàn) 1 緒論 CDMA的 發(fā)展 背景 1989 年， CDMA 發(fā)源于美國，最初的設(shè)計(jì)構(gòu)想是為美國蜂窩電話運(yùn)營商提供大容量和高質(zhì)量的無線通信方案，由于其新穎的特點(diǎn)、優(yōu)異的性能， CDMA一出世馬上就受到通信科研、工業(yè)、運(yùn)營等方面的專家所注意，目前，該技術(shù)是最先進(jìn)的數(shù)字通信技術(shù)之一。 將 CDMA（ Code Division Multiple Access）和 FDMA（ Frequency Division Multiple Access）、 TDMA（ Time Division Multiple Access）作比較，最突出的特點(diǎn)是：①頻譜效率高：實(shí)踐證明， CDMA的系統(tǒng)容量比 FDMA大 8－ 10 倍，這對(duì)于充分利用國家有限而寶貴的無線電頻譜資源、提高運(yùn)營效率大有好處；②系統(tǒng)建設(shè)投資少：相同的覆蓋面積、相同的頻率規(guī)劃下， CDMA 系統(tǒng)所需基站 比GSM 系統(tǒng)的基站數(shù)少 1／ 2 左右，節(jié)省了基建投資，也利于提高運(yùn)營質(zhì)量，降低成本；③話音質(zhì)量好：如采用 13Kb／ S 話音編碼器， CDMA 系統(tǒng)的話音質(zhì)量可以和一般固線電話相 媲 美；④抗干擾與 保 密性能好，掉 話 率低： CDMA系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)功率控制技術(shù)，可以做到保證服務(wù)質(zhì)量的前提下，只發(fā)射最低的有效功率，因而減少了系統(tǒng)的同頻干擾，保證了通信質(zhì)量，降低了掉 話 率。因手機(jī)發(fā)射功率小，也減輕了大家所擔(dān)心的電波對(duì)人腦的危害， CDMA手機(jī)可稱是“綠色手機(jī)”。 此外， CDMA還有許多優(yōu)點(diǎn) ， 如 ： 第三代 CDMA系統(tǒng)具有提供寬帶數(shù)據(jù)通信能力，目前所采用的 CDMA 雙模式新型手機(jī)可在數(shù)據(jù)網(wǎng)覆蓋的地區(qū)或在模擬網(wǎng)覆蓋的地區(qū)自動(dòng)轉(zhuǎn)換工作方式，給手機(jī)的使用者帶來 方便。 CDMA的 現(xiàn)狀及未來的預(yù)測(cè) 隨著網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋以及用戶數(shù)的迅猛增長(zhǎng)，移動(dòng)通信發(fā)展的方向已經(jīng)越來越清晰，即為全球漫游、高頻譜利用率 (解決全世界存在的系統(tǒng)容量問題 )、低價(jià)格 (設(shè)備和服務(wù) )以及滿足通信個(gè) 性 化的要求。作為第二代移動(dòng)通信的主流技術(shù)之一和第三代移動(dòng)通信的基礎(chǔ)技術(shù)， CDMA的發(fā)展同樣遵循了這一方向。 2 在通信速度方面， CDMA 正朝著提供寬帶化的方向努力。人們不斷研究CDMA的目的就是提高蜂窩電話和其他移動(dòng)裝置無線訪問 Inter 的速率，未來CDMA的最主要的任務(wù)莫過于它具有更快的無線通信速度 。在網(wǎng)絡(luò)頻譜方面，要想使未來 CDMA通信達(dá)到更高的傳輸速度，必須使未來 CDMA網(wǎng)絡(luò)在通信帶寬上比現(xiàn)有 CDMA網(wǎng)絡(luò)的帶寬高出許多。未來 CDMA手機(jī)的功能已不能簡(jiǎn)單劃歸電話機(jī)的范疇，因?yàn)檎Z音數(shù)據(jù)的傳輸只是未來 CDMA 移動(dòng)電話的功能之一。而且，未來 CDMA 手機(jī)在外觀上將有更驚人的突破，眼鏡、手表、化妝盒、旅游鞋都有可能成為 CDMA手機(jī)的外形。同時(shí)，未來 CDMA 移動(dòng)通信的智能性更高，不僅表現(xiàn)在未來 CDMA 通信的終端設(shè)計(jì)和操作上具有智能化，更重要的是未來CDMA手機(jī)可以實(shí)現(xiàn)許多難以 想象 的功能，例如，手機(jī)將能根據(jù)環(huán) 境、時(shí)間以及其他因素來適時(shí)提醒手機(jī)的主人。在 CDMA 演進(jìn)的過程中，運(yùn)營商希望未來CDMA通信系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備全球漫游、接口開放、能跟多種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、終端多樣化以及能從現(xiàn)有 CDMA 平穩(wěn)過渡等特點(diǎn)。為了提供更高質(zhì)量的多媒體通信，未來CDMA通信提供的無線多媒體通信服務(wù)將包括語音、數(shù)據(jù)、影像等，大量信息通過寬頻的信道傳送出去，因此未來 CDMA 也稱為多媒體移動(dòng)通信。對(duì)于用戶而言，希望 CDMA 的通信費(fèi)用更加便宜，而且采用主流的全分組化方式，特別是如果 IP 技術(shù)能夠解決好安全、服務(wù)質(zhì)量等問題，就會(huì)朝著全 IP 化方向發(fā)展。 CDMA 業(yè)務(wù)能力不斷提高 ， CDMA 網(wǎng)絡(luò)具有豐富的業(yè)務(wù)功能，可同時(shí)提供多種業(yè)務(wù)服務(wù)，包括高速互聯(lián)網(wǎng)訪問、移動(dòng)電子商務(wù)、定位業(yè)務(wù)、交互式游戲、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程辦公、醫(yī)療會(huì)診、高速文件傳送、多聲道和多話音 (可視 )會(huì)議電話、視頻點(diǎn)播等移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)與寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。目前第三代移動(dòng)通信的市場(chǎng)定位多基于移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)，其成功的關(guān)鍵在于它提供個(gè)性化多媒體業(yè)務(wù)的能力。 越來越多的專家認(rèn)為，意義最為重大的、而且可以預(yù)測(cè)日后將會(huì)普及的功能主要包括多媒體信息業(yè)務(wù)、移動(dòng)定位服務(wù)、可視電話、移動(dòng)電子商務(wù)和移動(dòng) Inter接入業(yè)務(wù)。 首先，多媒體信息服務(wù) (MMS)是對(duì)短信息服務(wù) (SMS)和圖片信息傳遞的進(jìn)一步發(fā)展，可即時(shí)實(shí)現(xiàn)端到端、終端到互聯(lián)網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)到終端的傳送。 MMS 內(nèi)容包括照片、錄像剪輯圖片、音頻或語音剪輯、城市地圖、信函、明信片、賀卡、演示文稿、圖表、布局圖、平面圖、卡通及動(dòng)畫等等。這種服務(wù)方式為可能使用MMS 來提供信息的各種應(yīng)用類型和企業(yè) (如廣告商 )開辟了令它們感興趣的空間。移動(dòng)定位服務(wù)是指根據(jù)移動(dòng)用戶所處的地理位置提供與位置相關(guān)的服務(wù)。由于定位技術(shù)可廣泛地應(yīng)用于軍事和民用部門，如導(dǎo)航、測(cè)量、急救、車輛調(diào)度、防盜 3 防劫、城 市規(guī)劃、城市導(dǎo)游等各個(gè)方面。同時(shí)，由于在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，業(yè)務(wù)傳輸速率有較大提高，小區(qū)管理更加復(fù)雜，因此移動(dòng)定位業(yè)務(wù)將會(huì)在第三代移動(dòng)通信服務(wù)中占有重要位置。 CDMA提供的移動(dòng)定位服務(wù)可包括：緊急救援、車隊(duì)管理、汽車救援、貨物跟蹤、物流管理、基于位置信息的廣告、選擇性的大眾廣播、與位置信息相關(guān)的收費(fèi)。 在移動(dòng)環(huán)境下，通過終端提供可視電話將成為 CDMA 中的一個(gè)重要業(yè)務(wù)。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)通信的需求將不再局限于單純的語音通信，不管語音通信的效果如何好，人們總是更傾向于面對(duì)面的交流。在帶寬得以保 證的CDMA 中，可視電話將逐步流行起來。在可視電話開展的同時(shí)，運(yùn)營商也可開展會(huì)議電視業(yè)務(wù)。由于 CDMA 終端受屏幕大小的限制，召開像現(xiàn)有固定網(wǎng)上開通的會(huì)議室型會(huì)議電視的可能性較小，而更多地會(huì)集中在小范圍內(nèi)的幾個(gè)位于不同地理位置的人互相可見 (通過各自的終端 )地進(jìn)行相關(guān)問題的商討。 另外在移動(dòng)環(huán)境下，提供因特網(wǎng)服務(wù)是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)近期的主要業(yè)務(wù)特征。移動(dòng)電子商務(wù)可能是最主要最有潛力的應(yīng)用。股票交易、移動(dòng)辦公室、銀行業(yè)務(wù)、網(wǎng)上購物、機(jī)票及酒店的預(yù)訂、旅游及行程和路線安排、電子與交互式游戲、電子雜志分銷、點(diǎn)播 音頻及視頻業(yè)務(wù)訂購等，可能是移動(dòng)電子商務(wù)中最先開展的應(yīng)用。 基于移動(dòng)環(huán)境下的 Inter 服務(wù)則包括 Web 瀏覽、新聞、體育、天氣查詢、城市黃頁等各種各樣的信息服務(wù)；實(shí)現(xiàn)各類精彩的游戲，如 AOD、 VOD、卡拉OK、下載游戲軟件等；幫助商業(yè)人士提供移動(dòng)證券、移動(dòng)銀行、保險(xiǎn)、網(wǎng)上購物等電子商務(wù)；提供各種生活信息，如旅游及飲食和娛樂的服務(wù)地點(diǎn)、費(fèi)用、時(shí)間、方式等。面向集團(tuán)用戶可以提供虛擬局域網(wǎng)功能 (VPN)接入企業(yè)服務(wù)器、內(nèi)部電子郵件、多媒體會(huì)議、信息發(fā)布等業(yè)務(wù)。這些數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用種類繁多，業(yè)務(wù)提供商可以利用 CDMA 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)開發(fā)各種各樣的應(yīng)用，以求最大程度地滿足移動(dòng)用戶的需求。 本課題的提出與意義 就目前而言， CDMA技術(shù)正逐漸向新一代的通信標(biāo)準(zhǔn) 3G過渡。這是技術(shù)發(fā)展，用戶需求，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)等等要素導(dǎo)致的，所以目前 CDMA的有關(guān)硬件設(shè)計(jì)將越來越完善，對(duì)其各種性能的要求，如實(shí)用性，穩(wěn)定性等，也越來越高。而以前的數(shù)字硬件，如 DSP將無法承擔(dān) CDMA發(fā)展的重任。 4 而 FPGA（ Field Programmable Gate Array） 是專用集成電路（ ASIC）中集成度最高的一種，用戶可對(duì) FPGA內(nèi)部的邏輯模塊和 I/O模塊重新 配置，以實(shí)現(xiàn)用戶的邏輯。它的功能將完全可以滿足 CDMA硬件設(shè)計(jì)的要求。同時(shí)，與之相配套的VHDL（ Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）語言，是一種用來描述數(shù)字邏輯系統(tǒng)的編程語言，采用類似高級(jí)語言的語句格式完成對(duì)硬件行為的描述。 VHDL的優(yōu)越性，成為現(xiàn)在硬件設(shè)計(jì)師的首選語言。 此外，兼容 VHDL語言的軟件也越來越多，也越來越實(shí)用。 MAX+PLUS II正是其中的佼佼者。 MAX+PLUS II（ Multiple Array Matrix and Programmable Logic User System）是美國 Altera公司自行設(shè)計(jì)的一種軟件工具，它具有原理圖輸入和文本輸入（采用硬件描述語言）兩種輸入手段，利用該工具所配備的編輯、編譯、仿真、綜合、芯片編程等功能，將設(shè)計(jì)電路圖或電路描述程序變成基本的邏輯單元寫入到可編程的芯片中（如 FPGA芯片），即可做成 ASIC芯片。 所以現(xiàn)在使用軟件 MAX+PLUS II，用 VHDL語言實(shí)現(xiàn) CDMA系統(tǒng)的邏輯，用FPGA設(shè)計(jì) CDMA系統(tǒng)的主要模塊，是目前研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)之一，同時(shí)它 也代表了以后 CDMA設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。本課題正是基于以上現(xiàn)狀提出的，有著重要的意義。 5 2 CDMA系統(tǒng)信道編碼原理 CDMA系統(tǒng)原理 CDMA是在擴(kuò)頻通信的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。所謂擴(kuò)頻通信，就是將要傳送的具有一定信號(hào)帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原始數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)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(jī)碼對(duì)接收到的信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成原始信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào) (即解擴(kuò) )，以實(shí)現(xiàn)信息通信。它通常采取的擴(kuò)頻方案有 2 種，一是直接序列 (Direct Sequence)擴(kuò)頻技術(shù)，另一種是跳頻 (Frequency Hopping)擴(kuò)頻技術(shù)。 信息與通信系統(tǒng)中的編碼有 4 種形式：信源編碼、信道編碼、密碼編碼和多址編碼。信源編碼解決了通信系統(tǒng)的有效性問題，通過壓縮信源冗余信息來提高通信的效率；信道編碼則是通過增加冗余位來達(dá)到保證通信系統(tǒng)的可靠性（通過犧牲帶寬或傳輸速率來換取可靠性）；密碼編碼則是保證了系統(tǒng)的安全性；多址編碼主要是解決多用戶通信問題。 仙農(nóng)第二編碼定理證明，用任意接近信道容量 C 的傳輸速率 R 傳送并且傳輸?shù)牟铄e(cuò)率可以任意小的編碼方法是存在的 。信道編碼的任務(wù)就是尋找這種編碼。 CDMA 系統(tǒng)的信道編碼原理及其框圖 ： 數(shù)字通信中經(jīng)常用信道編碼來提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，?CDMA 系統(tǒng)中，進(jìn)入信道編碼的數(shù)據(jù)是由聲碼器產(chǎn)生的以 20 ms 為一幀的速率可變的數(shù)字語音信號(hào)，它的速度分為 8 600 bps（全速率）、 4000 bps（半速率）、 2 000 bps（ 1/4 速率）、 800 bps（ 1/8 速率），分別對(duì)應(yīng)每幀 17 80、 16 bit。根據(jù)數(shù)據(jù)速率的不同，分別對(duì)數(shù)據(jù)幀速率為 kbit/s 和 kbit/s 進(jìn)行 CRC 校驗(yàn)編碼，以便在接受時(shí)可 以判斷有沒有接收到誤幀，一個(gè) 8 bit的尾加在每幀的后面以保證后面進(jìn)行卷積編碼時(shí)，每幀的末尾復(fù)位為全零狀態(tài)。然后每 幀進(jìn)行 一定 碼率 的卷積編碼。最后根據(jù)語音速率的不同進(jìn)行符號(hào)重復(fù)，使每幀輸出的數(shù)目一樣即 576 個(gè)符號(hào)，達(dá)到 kbps，以便后面進(jìn)行交織。整個(gè)過程如 圖 2 1所示。 6 信息位 圖 2 1 信道編碼過程圖 CRC校驗(yàn) 概述 數(shù) 據(jù)在 傳輸過 程中，由于通 道傳輸 特性不理想，并且受到 噪 聲 或干擾的影 響 ，傳輸?shù)?接收端后可能 發(fā)生錯(cuò)誤判決 ，并且有 時(shí) 由于受到突 發(fā)的脈沖 干擾， 錯(cuò)碼會(huì)成串出 現(xiàn) 。因此 為 了降低通信中的 誤碼 率， 提高數(shù) 字通信的可靠性，通常要采用信道 編碼來檢錯(cuò) 和 糾錯(cuò) ，信道 編碼 也 稱為 差 錯(cuò)控 制 編碼 。 差 錯(cuò)控 制 編碼的 基本思想是： 發(fā) 送端在 傳輸 的信息 碼 元序列中附加一些冗余的 監(jiān)督碼 元（校 驗(yàn)碼 ）， 這些監(jiān)督碼和 信息 碼之間 按 編碼規(guī)則 形成一定 的關(guān) 系，接收端 則 通 過檢 查 這 種 關(guān) 系 來發(fā)現(xiàn)或糾 正可能 產(chǎn) 生 的誤碼 。循 環(huán) 冗余校 驗(yàn) CRC（ Cyclic Redundancy Check）是一種高效、可靠的差錯(cuò)控制方法，其 編碼簡(jiǎn)單 、 糾錯(cuò) 能力 強(qiáng)且誤判 概率很低，所以在 工業(yè)測(cè) 控及通信系