【正文】 ple of spread spectrum technology, will need to transfer information and data with a certain bandwidth, the bandwidth is much larger than the information with a highspeed bandwidth, modulated pseudorandom code, and then sent by the carrier modulation. MATLAB simulation software for the use modulation of CDMA munication system simulation, the baseband signal sources and the adoption of modulation of CDMA munication 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 munication system proves the correctness of simulation this paper, CDMA munication 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 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 1 第一章 緒 論 移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展概況 隨著信息的高速發(fā)展，人類社會(huì)進(jìn)入了一個(gè)前所未有的信息量急劇增長的信息時(shí)代。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)。 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)。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 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)國家 就已開始研制數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。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、能提供國際漫游等特點(diǎn)，世界各國都給予了足夠的重視和資金投入。 CDMA 是 CodeDivision Multiple 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)。 1995 年，第一個(gè) CDMA 商用系統(tǒng)（被稱為 IS95）運(yùn)行之后， CDMA 技術(shù)理論上的諸多優(yōu)勢在實(shí)踐中得到了檢驗(yàn)，從而在北美、南 美和亞洲等地得到了迅速推廣和應(yīng)用。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，美國高通公司宣布 將 IS95B 標(biāo)準(zhǔn)用于 CDMA 基礎(chǔ)平臺(tái)上。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。 我國提出的 TDSCDMA 建議標(biāo)準(zhǔn)與歐洲、日本提出的 WCDMA 和美國提出的CDMA2021 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。無線電信號(hào)可以表達(dá)為時(shí)西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 間、頻率和碼型的函數(shù)，即可寫作 ( , , ) ( ) ( , )s c f t c t s f t? (11) 其中， 是碼型函數(shù)， 為時(shí)間和頻率的函數(shù)。 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)所帶來的。 理論上 CDMA 移動(dòng)網(wǎng)比模擬網(wǎng)大 20 倍。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。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)。 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)健康沒有不良影響。 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 萬億種可能的排列，要想破解密碼或竊聽簡直不可想象。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，擴(kuò)展簡單。 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)，沒有信息的傳遞和交流，人們就無法適應(yīng)現(xiàn)代化的快節(jié)奏的生 活和工作。 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)過程，并對(duì)部分計(jì)算模型進(jìn)行仿真。 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。 通信系統(tǒng)原理 CDMA 系統(tǒng)原理框圖如圖 ： 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 CDMA系統(tǒng)原理框圖 擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 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。 若 1R T F T? ? ? ? 時(shí)，即當(dāng) RF? ，或者 2FR? 時(shí)，稱為一般窄帶通信系統(tǒng)，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)。 (2)擴(kuò)頻增益 在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，經(jīng)過對(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 (Gp )。解擴(kuò)后的信號(hào)經(jīng)過一個(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。 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。 (1)主要優(yōu)點(diǎn) 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)。且對(duì)其他通信系統(tǒng)及人體的干擾與影響也小。 (2)主要缺點(diǎn) ，擴(kuò)頻后的碼序列 (chip)帶寬遠(yuǎn)大于擴(kuò)頻前的信息序列帶寬。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 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。 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。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。 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（ GoldLike） 序列、RS 序列、 DBCH 序列等等。信息數(shù)據(jù)序列劃分成許多長度為 k 的小塊，每段小塊被編碼長度為 n 的碼字符號(hào)。 卷積碼 (n， k， m)指定的碼率為： R=k/n,編碼器級(jí)數(shù)為 m=K— 1，其中 K 是碼的約束長度。 每個(gè)生成序列直接由從編碼器級(jí)到各自模 2 加法器的連接序列確定， 1 表示連接， 0 表示斷開。 該卷積碼的生成序列為： 由于碼率為 1/2,所以每次編碼器輸入一位數(shù)據(jù) ,編碼器輸出就產(chǎn)生兩位編碼符號(hào)。如果信息序列表示成 d=(1010100100000101)，相應(yīng)的多項(xiàng)式為 。 直接擴(kuò)頻 CDMA 支持同時(shí)在數(shù)量很大的用戶群體而不只是單個(gè)用戶之間的數(shù)字通信服務(wù)。這種為獲得時(shí)間分集的重排過程稱為交織，可以以兩種方法考慮：塊交織和卷積交織。如果交織器設(shè)計(jì)良好，那么錯(cuò)誤將會(huì)隨機(jī)地分布，用編碼技術(shù)極容易糾正。塊 交織很容易實(shí)現(xiàn)，而卷積交織有很好的性能。重要的參數(shù)之一是最小間隔 S，指突發(fā)連續(xù)錯(cuò)誤分布的最小距離。一般來說，這種延時(shí)也出現(xiàn)在解交織時(shí)。所以性能通?？捎米钚￠g隔與延時(shí)的比 S/D 以及最小間隔和存儲(chǔ)容量的比 S/M 來描述。連續(xù)的數(shù)據(jù)處理要求有兩個(gè)矩陣：一個(gè)用于數(shù)據(jù)寫入，另一個(gè)用于數(shù)據(jù)的讀出 /解交織過程也要求有兩個(gè)矩陣，用于反轉(zhuǎn)交織過程。 情況下，最大的最小間隔由上面所說的讀出方法 得到。除非仔細(xì)觀察考慮讀出的方法，否則一般最小間隔都是減少的。 CDMA 系統(tǒng)的物理層技術(shù) CDMA2021 物理層 CDMA2021 的物理層處于其體系結(jié)構(gòu)的底層，用于完成高層信息與空中無線信號(hào)件的相互轉(zhuǎn)換，同時(shí)也是這種無線通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)。前向鏈路物理信道分為前向鏈路公用物理信道和前向鏈路專用物理信道兩大類。反向鏈路物理信道也分為反向鏈路西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 公共物理信道和反向鏈路專用物理信道兩大類。 ： (1)發(fā)射分級(jí)。前向鏈路采用了快速功率控制，在 CDMA2021 標(biāo)準(zhǔn)中詳細(xì)規(guī)定了快速功率控制的算法。為了保持調(diào)制信道的帶寬不變， Walsh 碼長度隨著信息速率的增大而減?。?Walsh 碼的階數(shù)隨信息速率增大而升高）。 (4)信道編碼。 CDMA2021 支持 5ms、 10ms、 20ms、 40ms 和 80ms 的幀。前向鏈路在擴(kuò)頻前采用 QPSK 調(diào)制，每兩個(gè)信息比特映射為一個(gè) QPSK 符號(hào)。 ： (1)反向相干解調(diào)。反向鏈路采用三種不同的功控方式：開環(huán)、閉環(huán)和外環(huán)。 (4)可變幀長。 (6)混合移向鍵控（ HPSK）。無線幀是物理信道的基本單元，對(duì)應(yīng) 38400chip，包括 15 個(gè)等長的時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙對(duì)應(yīng)2560chip。上行鏈路專用物理信道分為專用物理數(shù)據(jù)信道和專用物理控制信道。 傳輸信道是物理層提供給上層的服務(wù)接入點(diǎn)，上層如果需要物理層提供的服務(wù)，就只能通過傳輸信道來接入，同樣，上層生成的數(shù)據(jù)也由映射到不同物理信道的傳輸信道在空中傳送。前向擾碼可選用長擾碼或短 擾碼，其中長擾碼周期 2251；反向擾碼周期為 2181。 ，還利用了用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腡urbo 編碼技術(shù)。邏輯信道是 MAC 子層向上層（ RLC 子層）提供的服務(wù)，它描述的是承載什么類型的信息；傳輸信道作為物理層向高層提供的服務(wù)，它描述的是所承載信息的傳送方式。時(shí)隙用于在時(shí)域上區(qū)分不同用戶信號(hào)，具有 TDMA的特性。 調(diào)制的種類很多，分類方法也 不一致。調(diào)制的載波分別是脈沖，正弦波和光波等。此外還有復(fù)合調(diào)制和多重調(diào)制等。接收端必須恢復(fù)所傳送的消息才能加以利用，這就是解調(diào)。正弦波解調(diào)還可再分為幅度解調(diào)、頻率解調(diào)和相位解調(diào)。 CDMA通信系統(tǒng)中常 采用的調(diào)制方式有以下幾種 : 最小頻移鍵控（ MSK） ； 高斯濾波最小頻移鍵控（ GMSK） ； 四相相移鍵控（ QPSK） ； 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 偏移四相相移鍵控（ OQPSK） ； 四相相對(duì)相移鍵控（ DQPSK） ； π/4正交相移鍵控（ π/4－ DQPSK） ； 正交幅度調(diào)制 (QAM)； 正交頻分復(fù)用 (OFDM)； 擴(kuò)頻調(diào)制 ； 所謂“最小”是指這種調(diào)制方式能以最小的調(diào)制指數(shù) ()獲得正交信號(hào)； 所謂“快速”是指在給定同樣的頻帶內(nèi)， MSK 能比 2PSK 的數(shù)據(jù)傳輸速率更高，且在帶外的頻譜分量要比 2PSK 衰減的快。 對(duì) QPSK 做正交調(diào)制時(shí)，將正交分量 Q(t)的基帶信號(hào)相對(duì)于同向分量 I(t)的基帶信號(hào)延遲半個(gè)碼元間隔（ TS/2 一個(gè)比特間隔）。 π/4 QPSK 信號(hào)在 QPSK 和 OQPSK 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，與 QPSK 和 OQPSK相比，它有以下優(yōu)點(diǎn)： 在四進(jìn)制碼元轉(zhuǎn)換時(shí) 刻，當(dāng)前碼元的相位相對(duì)于前一碼元的相位改變 177。而且相鄰碼元間至少有 π/4的相位變化，西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 從而使接收機(jī)容易 進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)和同步。而且，通過研究還發(fā)現(xiàn)，在存在多徑和衰落時(shí) , π/4 QPSK 的性能優(yōu)于 OQPSK. 正交振幅調(diào)制 (QAM)是一種幅度和相位聯(lián)合鍵控 (APK)的調(diào)制方式。直到 20 世紀(jì) 80 年代，人們提出了采用離散傅里葉變換來實(shí)現(xiàn)多個(gè)載波的調(diào)制，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得 OFDM 技術(shù)更趨于實(shí)用化。 擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)必須滿足兩條準(zhǔn)則： (1)傳輸帶寬遠(yuǎn)大于被傳送的原始信號(hào)的帶寬或速率； (2)傳輸帶寬主要由擴(kuò)頻函數(shù)決定，此擴(kuò)頻函數(shù)常用的是偽隨機(jī)編碼信號(hào)，而被傳送的原始信號(hào)本身不再是確定傳輸帶寬的決定因素。 跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng) 跳頻是指在無線電設(shè)備工作過程中，載波頻率不斷自動(dòng)跳變，用簡略的術(shù)語表達(dá)就是“多頻、選碼、頻移鍵控。