【正文】 系統(tǒng)能夠提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但是速率非常低。 (2)第 代移動(dòng)通信系統(tǒng) 隨著時(shí)代的發(fā)展， 1G 和 2G 移動(dòng)通信系統(tǒng)所能提供的業(yè)務(wù)已經(jīng)趕不上人們的需求。人們需要移動(dòng)通信系統(tǒng)能夠除了提供語音業(yè)務(wù)之外，還能夠提供一些便于工 作和娛樂的數(shù)據(jù)和圖像方面等的相關(guān)業(yè)務(wù)。于是如何合理利用有限的資源，克服各方面的困難和差異，滿足用戶越來越多的需求，就成為了通信系統(tǒng)需要好好思考的一個(gè)重要問題 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。因此 移動(dòng)通信系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生了。 國際電訊聯(lián)盟于 2021 年提出了全球移動(dòng)通信系統(tǒng)。這個(gè) IMT2021 系統(tǒng)有頻譜利用率高，兼容性好，覆蓋區(qū)域廣，業(yè)務(wù)質(zhì)量好等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。它不僅可以提供電路交換，也能提 3 供分組交換的業(yè)務(wù)。韓國于同年 10 月推出介于 1G 和 2G 之間的 移動(dòng)通信系統(tǒng)CDMA2021 1x，相對(duì)于 1G、 2G 的移動(dòng)通信系統(tǒng)有了很大進(jìn)步，功能更加齊全了。 (3)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng) 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)已基本形成了三種主流技術(shù)，即： WCDMA、 CDMA2021 和 TDSCDMA。從頻譜利用率上看來，第三種系統(tǒng)性能最好。 WCDMA是日本提出的 IMT2021的一種兼容系統(tǒng)方案，使用的 QPSK鍵控實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制。它不僅能夠在 FDD 模式下工作，而且也能在 TDD 模式下工作。 FDD 使用兩個(gè)相互對(duì)稱頻帶，上面一條鏈路用于發(fā)送，另一條鏈路進(jìn)行接收的傳輸雙工模式。 在對(duì)稱業(yè)務(wù)的前提下，系統(tǒng)能夠充分有效的利用頻譜。但當(dāng)遇到不對(duì)稱的業(yè)務(wù)時(shí)，系統(tǒng)上行負(fù)載低，不能有效的利用頻譜 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。 TDD 方式能夠利用擴(kuò)頻序列的不完全正交性消除用戶之間的多址干擾。 CDMA2021 信號(hào)采用兩種調(diào)制方式，即用 BPSK 鍵控調(diào)制一條鏈路，用 QPSK 鍵控調(diào)制另外一條鏈路，該系統(tǒng)是美國提出的 IMT2021 系統(tǒng)方案，只能在 FDD 模式下進(jìn)行工作。 TDSCDMA 信號(hào)調(diào)制方法有兩種，可以用 8PSK 鍵控實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制， 也可以用 QPSK 實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制。 TDSCDMA 由我國提出的設(shè)計(jì)方案，在 TDD模式下工作。它具有頻譜利用率高，覆蓋區(qū)域廣，網(wǎng)絡(luò)靈活等優(yōu)點(diǎn)。 (4)第四代移動(dòng)通信系統(tǒng) 相比于 2G移動(dòng)通信， 3G移動(dòng)通信雖然能以高速率傳輸數(shù)據(jù)和圖像 ,但仍無法滿足一天天增長的用戶的需求。 3G移動(dòng)通信在實(shí)現(xiàn)不盡相同頻段和業(yè)務(wù)環(huán)境間的無縫漫游這方面還有所欠缺 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，它的空中接口的三種體制所支持的核心網(wǎng)有的是基于電路交換，也有的是基于分組交換，沒有一個(gè) 固定的標(biāo)準(zhǔn) ,因此在提供多速率業(yè)務(wù)上存在一定困難 ,因此第 4代移動(dòng)通信系統(tǒng)的研發(fā)和誕生勢(shì)在必行。 4G 移動(dòng)通信系統(tǒng)具有良好的覆蓋性 ,網(wǎng)速更快 ,業(yè)務(wù)兼容性更好 ,并有更加低廉的費(fèi)用。 4G移動(dòng)通信系統(tǒng)基于 IP的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)并在 IP網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、圖像和視頻等多種功能。 CDMA 的研究目的 研究目的 我們知道 CDMA 通信技術(shù)是在 DSSS 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它不同于時(shí)分和頻分多址，不是通過給用戶分配不同頻帶資源和時(shí)間資源；而是把所有的頻率和時(shí)間資源都分配給同時(shí)接收服務(wù)的所有用戶，并控制每個(gè)用戶的傳送 功率保持最低要求的信噪比之上。即每個(gè) 4 用戶使用的寬帶信號(hào)都有噪聲信號(hào)的性質(zhì)，并能夠不分時(shí)間長度的占用給定頻帶。在這種情況下，影響所用用戶的噪聲和干擾都來自所有用戶，這種干擾就是我們所謂的多址干擾MAI 現(xiàn)象 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。即系統(tǒng)為每個(gè)用戶分配不同的擴(kuò)頻序列之間一般情況下不是完全正交的。在這種不在理想狀態(tài)下的相關(guān)性會(huì)在用戶和用戶之間的相互干擾，這種干擾就稱為多址干擾。當(dāng) CDMA 通信系統(tǒng)中的用戶較少的時(shí)候這種干擾現(xiàn)象較輕；系統(tǒng)的用戶數(shù)目 變多以后，信號(hào)功率的增大， MAI 的功率也增大，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能降低。影響所用用戶的噪聲和干擾都來自所有用戶，但是其輸出功率被控制到最低可能。雖然在這中干擾和噪聲的影響之下，通信系統(tǒng)的容量會(huì)受到限制，但最終的通信系統(tǒng)的容量還是比頻分和時(shí)分系統(tǒng)的容量要大的多。 此次設(shè)計(jì)仿真實(shí)現(xiàn)了 CDMA通信系統(tǒng)每個(gè)模塊的功能并進(jìn)行分析。研究通信過程中 CDMA系統(tǒng)的抗噪聲和抗干擾能力，以及準(zhǔn)確接收數(shù)據(jù)的能力跟信噪比之間的關(guān)系。 研究思路 首先，從目的出發(fā)對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)進(jìn)行分析，對(duì) CDMA 通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)送端、信道和接 收端的各個(gè)環(huán)節(jié)功能分解，掌握系統(tǒng)的整體運(yùn)作過程。 其次，將 CDMA 系統(tǒng)劃分為卷積編碼、擴(kuò)頻、加擾碼、調(diào)制和解調(diào)等多個(gè)模塊，了解每個(gè)模塊的功能作用。 再次，分析各個(gè)模塊功能，針對(duì)各個(gè)功能模塊確定算法，進(jìn)行源程序編寫。 最后， 整合各個(gè)模塊的程序。仿真調(diào)試得到最終結(jié)果。 本論文主要從這幾部分展開： 第一章為緒論，主要討論 CDMA 通信系統(tǒng)的背景、該系統(tǒng)當(dāng)今發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢(shì)、研究該系統(tǒng)目的。這幾個(gè)方面的討論讓我們了解該通信系統(tǒng)的基本情況，給本文奠定一個(gè)方向和思路，方便理解對(duì)該通信系統(tǒng)研究的重要意義。 第二章為 CDMA 的技術(shù)原理，這部分是本文乃至研究過程中的重要部分。只有在完全理解通信系統(tǒng)的基本工作原理和 CDMA 先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，用理論指導(dǎo)實(shí)踐，才能了解通信系統(tǒng)在工作過程中每個(gè)環(huán)節(jié)如何實(shí)現(xiàn)，結(jié)果是否有誤。這部分主要討論了包括擴(kuò)頻、調(diào)制解調(diào)等在內(nèi) CDMA 通信系統(tǒng)的基本模型、 CDMA 技術(shù)特點(diǎn)以及該技術(shù)主要應(yīng)用及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。 第三章為 CDMA 通信系統(tǒng)的仿真調(diào)試和結(jié)果。本章節(jié)簡單介紹了 MATLAB 仿真軟件和該系統(tǒng)仿真模型，對(duì)理解該通信系統(tǒng)的工作過程上有很大的幫助。同時(shí)本章還包含了 CDMA通信系統(tǒng)的仿真分析，包括 CDMA 系統(tǒng)基本參 數(shù)的設(shè)置、程序的調(diào)試過程和仿真結(jié)果分析， 5 通過調(diào)試過程中的結(jié)果可以與理論結(jié)果進(jìn)行比較，最終得到結(jié)論。 接下來是總結(jié)部分，對(duì)整個(gè)研究的過程和結(jié)果做一個(gè)比較全面的總結(jié)。 最后是致謝部分，感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中幫助過給予幫助和建議的人。 6 第二章 CDMA 技術(shù)原理 CDMA 基本模型 CDMA 通信系統(tǒng)的基本模型由信源、卷積編碼、交織編碼、加擾碼、擴(kuò)頻、調(diào)制、信道、解調(diào)、解擴(kuò)、去擾碼、解交織、解卷積、信宿等部分構(gòu)成。基本模型如圖 21 所示： 圖 21 CDMA系統(tǒng)基本模型 卷積編碼 卷積編碼器對(duì)輸入的數(shù)據(jù)流每次 1比特或 k比特進(jìn)行編碼，輸出 n個(gè)編碼符號(hào)。但輸出分支碼字的每個(gè)碼元不僅和此時(shí)刻輸入的 k 個(gè)信息有關(guān)，也和前面 m個(gè)連續(xù)時(shí)刻輸入的信息元有關(guān)，因此編碼器包含有 m級(jí)寄存器以記錄這些信息，即卷積碼編碼器是有記憶的。卷積編碼可表示為（ n， k， m），碼率為 k/n。 卷積 編 碼 的原理是把 k個(gè)信息比特 通過編碼，擴(kuò)展成 n 個(gè)比特 ， k和 n都不大。便于串行傳輸， 傳輸 時(shí)延小。 卷積編碼另一個(gè)不同于 分組碼 的特點(diǎn)是 ，卷積碼編碼中 有 nN 個(gè)相關(guān)的碼元數(shù)。 編碼后的碼元與當(dāng)前 k個(gè)信息 有關(guān) 的同時(shí) ， 也 與前面的 N1個(gè) 信息有關(guān) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。 N 越大是，卷積碼的糾錯(cuò)性越好，差錯(cuò)率則越小。 當(dāng) k為 1時(shí)，卷積碼編碼器的結(jié)構(gòu)包括一個(gè)有 m個(gè)串接的寄存器構(gòu)成的移位寄存器（成為 m級(jí)以為寄存器）、 n個(gè)連接到指定寄存器的模二加法器以及把模二加法器的輸出轉(zhuǎn)化為串行輸出的轉(zhuǎn)換開關(guān)。卷積碼編碼器每次輸入一個(gè)信息比特，從輸出端輸出卷積碼分信源 卷積編碼 交織編碼 加擾碼 擴(kuò)頻 調(diào)制 AWGN 信道 解調(diào) 解擴(kuò)頻 信宿 解卷積 解交織 去擾碼 7 支碼字的兩個(gè)碼元，并有轉(zhuǎn)換開關(guān)把兩個(gè)輸出端口變換為串行輸出。二進(jìn)制卷積編碼器如圖 22所示。 交織編碼 交織編碼將序列的順序打亂，這樣的好處是，在信道受到突發(fā)干擾的時(shí)候，可以將誤碼分散。也就是誤碼不會(huì)集中在一小段時(shí)間，這樣有利于糾錯(cuò)。偽隨機(jī)序列主要包括 m 序列碼， Gold 序列碼， Walsh 序列碼等。其中 Walsh 碼序列復(fù)雜，正交性較好，可用于前向擴(kuò)展頻譜，反向區(qū)分信道類型 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。而相比于 m 序列， Gold 序列可以產(chǎn)生更多地址碼，更適合于大型的通信系統(tǒng) 。 Walsh 碼的良好正交性體現(xiàn)在：在同一個(gè)周期 T 內(nèi)，不同碼字之間的積分為零，相同碼字之間的積分不為零，為 T。本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)選用的是第三種碼。 偽隨機(jī)碼 偽隨機(jī)碼簡稱 PN 碼。為隨機(jī)碼性質(zhì)上與白噪聲相似，白噪聲是瞬間值服從正態(tài)分布，并在很大頻帶內(nèi)功率譜都是均勻的一種隨即過程。 偽隨機(jī)碼是周期碼，容易賦值加工。偽隨機(jī)碼性能類似于白噪聲，功率譜頻帶很寬，具有很好的抗干擾特性。能容易從其他噪聲和干擾信號(hào)中分離出來，因此在實(shí)踐中常用偽隨機(jī)碼作為擴(kuò)展頻譜的擴(kuò)頻碼。 實(shí)踐中常用來產(chǎn)生偽隨機(jī)碼有如下特點(diǎn)： (1) 在一個(gè)周期內(nèi) 0和 1出現(xiàn)的概率相近，出現(xiàn)次數(shù)最多只差一次。 (2) 在一個(gè)周期內(nèi)，連續(xù)出現(xiàn)長度為 x比特的 1（ 0）的次數(shù)比連續(xù)出現(xiàn)長度為 x+1 比特的 1（ 0）的次數(shù)多一倍。 圖 22. 二進(jìn)制卷積編碼器 寄存器 寄存器 寄存器 a b 8 (3) 偽隨機(jī)序列的自相關(guān)函數(shù)滿足式（ 21）的特性： NNKR m o d001)(????? ???? ??? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (21) 其中 為碼元延時(shí)， N 為碼長， K 為小于 N 的整數(shù)。所謂自相關(guān)函數(shù)反映的是一個(gè)序列不同時(shí)刻兩個(gè)狀態(tài)之間的相關(guān)程度。其中，若函數(shù)是周期的， 則其自相關(guān)函數(shù)也是周期的，且周期與原函數(shù)相同。 對(duì)于碼長為 N的周期碼 和 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ,其互相關(guān)函數(shù)定義為式（ 22）： ?? ??Ni iiab baNR 11)( ?? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (22) 特別的，當(dāng) 為零時(shí)兩個(gè)碼序列相互正交。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的自相關(guān)函數(shù)定義為式（ 23）： ?? ??Ni iia aaNR 11)( ?? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (23) 令 ，能將二元域 {0， 1}映射到 {1,1}， 1變成 1,0 變成 1。結(jié)合公式 (22)和公式（ 23）可得到式（ 24）和式（ 25）： N DADA DARab ?????)(?錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (24) N DADA DARa ?????)(? (25) 其中 A為 和 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 /錯(cuò)誤 !未找到引用源。 兩序列中同 0 或同 1的數(shù)目， D是亮序列中對(duì)應(yīng)不同碼元的數(shù)目。 故有，周期碼序列滿足式 (26)時(shí)，則稱之為廣義偽隨機(jī)碼。 )(m od )(m od00111)( 1 NNaaNR Ni iia ????? ??? ?? ? ???? ?錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (26) 當(dāng) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 與 1/N 相等時(shí)，得到上文中的式（ 21）。 擴(kuò)頻序列 在擴(kuò)頻系統(tǒng)中，電信號(hào)的頻域描述是頻譜，常見的語音、圖像和數(shù)據(jù)等信息的信號(hào)都可以用頻譜表示出來，即信息信號(hào)可表示為時(shí)間的函數(shù)。 可以通過傅里葉變化由信號(hào)的時(shí)域表示得到頻域表示 F（ f） 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。頻域和時(shí)域的關(guān)系如式（ 27）： 9 ????????????????dfefFtfdtetffFftjftj??22)()()()(錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (27) 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有抗干擾能力好。 擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)是香農(nóng)公式，香農(nóng)公式反映了影響信道的無差錯(cuò)傳輸能力的因素。即式（ 28）： )1(log2 NSBC ?? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (28) 當(dāng) S/N的比值遠(yuǎn)小于 1時(shí)，有式 (29)的結(jié)論： NSBC ? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (29) 由此可見，在給定噪比 S/N 的前提下，增大帶寬可獲得較低的信息差錯(cuò)率。 擴(kuò)頻系統(tǒng)的發(fā)射模型如圖 23所示 0： 輸出信號(hào) s（ t）表達(dá)式 (210)如下： )2c o s ()()()( 0 tftctAdts ?? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (210) 直接擴(kuò)頻過程是利用擴(kuò)頻序列乘上原始序列，得到復(fù)合序列，其時(shí)域表示如下圖 24： 圖 23 擴(kuò)頻發(fā)射原理框圖 編碼器 M 序列發(fā)生器 數(shù)據(jù)源 發(fā)射機(jī) 射頻振蕩器 c(t) d(t) s(t) 10 接收端的頻譜示意圖如圖 25： 信號(hào)調(diào)制 同等發(fā)射功率的條件下， QPSK 只要用一半的帶寬就能得到與 BPSK 條件下相同的誤碼率。但在這使用 QPSK 調(diào)試不是因?yàn)槠涔?jié)省帶寬，而是因?yàn)?QPSK 對(duì)不受到某些干擾的影響。 QPSK 信號(hào)產(chǎn)生原理是采用正交調(diào)制法來直接產(chǎn)生調(diào)相信號(hào)，二進(jìn)制碼兩位一組以串行形式輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)換后，寬度變?yōu)樵瓉淼膬杀?，以并行形式輸出。接著進(jìn)行極性變換，然后用兩個(gè)相互正交的載波分別乘上兩個(gè)信號(hào)，再把兩個(gè)信號(hào)相加，從輸出端輸出。其原理框圖如圖 26所示： 復(fù)合序列 信息數(shù)據(jù) 擴(kuò)頻序列 圖 24 擴(kuò)頻信號(hào)傳輸示意圖 恢復(fù)序列 圖 25 輸出信號(hào)頻譜示意圖 0 11