【正文】 件的非線性及碼元跟蹤誤差導(dǎo)致信噪比損失，所以擴頻接收機實際上容許輸入的干擾與信號功率比，較干擾容限還要低。香農(nóng)(shannon)定理指出 :在高斯白噪聲干擾條件下，通信系統(tǒng)的極限傳輸速率 (或稱信道容量 )為： 2 (1 )( / )SC B lo g b sN?? （ ） 式中， B 為信道帶寬； S 為信號平均功率； N 為噪聲功率。 由 shannon 公式可以看出： ⑴ 要增加系統(tǒng)的信息傳輸速率，則要求增加信道容量。也可以通過增加信號功率，降低信號的帶寬，這就為那些要求小的信號帶寬的系統(tǒng)或?qū)π盘柟β室髧栏竦南到y(tǒng)找到了一個減小帶寬或降低功率的有效途徑?？紤]極限情況，這里令 B?? ,來看 C 的極限，對式（ ）兩邊取極限，有： 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 2 0lim lim (1 )BB SC B lo g nB? ? ? ??? （ ） 考慮到極限： 221l im (1 ) 1 .4 4x lo g x lo g ex?? ? ? ? （ ） 令 x=S/n0B，對式（ ）有： 0 220 0 0l im l im [ ( 1 ) ] ( )BBn B S S SC lo g lo g eS n B n n? ? ? ?? ? ? ? （ ） 故有： 0lim SC n?? ? （ ） 由此可見，在信號功率 S 和噪聲功率譜密度 n0一定時，信號容量 C 是有限的。信息數(shù)據(jù) D 也可先經(jīng)偽隨機碼擴 頻，然后再經(jīng)載波調(diào)制。這樣就實現(xiàn)了信息數(shù)據(jù)的保密通信。在解擴處理中，用原來的擴頻碼序列與接收到的數(shù)據(jù)流進行模 2 加運算，從而恢復(fù)出原信息碼序列。 這里有兩個條件：一是 R0? C，二是編碼字足夠長。擴頻碼也稱為偽隨機碼或 PN 碼，它是一串高碼率的窄脈沖隨機序列。故它是周期性的有規(guī)律的，既容易產(chǎn)生，又可以加工和復(fù)制。即 /2/201( ) l im ( ) ( ) 0Ta TT f t f t d tT?? ? ? ??????? ? ? ? ???， 當 0常 數(shù) ， 當 （ ） 其中 ()a??的大小可 用來表征 f(t)與自身延遲后的 ()ft?? 的相關(guān)性，故稱為自相關(guān)函數(shù)。在數(shù)字載波通信中，被調(diào)制的 載波一般都是正弦波，其參數(shù)即幅度、頻率和相位 3 個，因此數(shù)字載波通信系統(tǒng)的調(diào)制方式有幅移鍵控（ Amplitude Shift Keying,ASK）、頻移鍵控（ Frequency Shift Keying,FSK）、相移鍵控（ Phase Shift Keying,PSK） .在三種調(diào)制方式中 ,PSK 的誤碼率最低 [3]，抗干擾能力最強，故一般情況下，擴頻系統(tǒng)均采用 PSK 調(diào)制。若規(guī)定二 進制序列中取“ 0”碼時， ( , ) 0 0C u t??? ? ?；取“ 1”碼時， ( , ) 1C u t? ? ?? ? ?，則有： 00c o s , ( , ) 0( ) = c o s , ( , ) 1A w t C u tft A w t C u t?? ??當 取 “ ” 時當 取 “ ” 時 （ ） 顯然，這樣一個調(diào)制信號可等效為一個只取士 1 的二值波形對載波進行的抑載波雙邊振幅調(diào)制信號，也就是平衡調(diào)制信號 ( ) , ) c osf t C u t w t? 0=( （ ） 其中： 1 , 1( , ) 11C u t ??? ??????當 二 進 制 序 列 取 “ ” 時， 當 二 進 制 序 列 取 “ ” 時 （ ） 實際上直接序列擴頻調(diào)制產(chǎn)生的 2PSK 信號就是式（ ）的模式。1998 年相應(yīng)的 IS95B 標準完成。將 MS 到 BS 方向的鏈路稱作上行鏈路（ Up Link） ,也稱為反向鏈路（ Reverse Link）。 IS95 CDMA下行鏈路正交擴頻的過程如圖 所示。邏輯信道是 CDMA 系統(tǒng)按傳送信息功能的不同而分類的信道。這些信道都被分配唯一的沃爾什碼， IS95 CDMA 系統(tǒng)的下行鏈路信道分配如圖 所示 。 ④業(yè)務(wù)信道：供傳送用戶信息之用。直序擴頻的原理框圖如圖 所示 。其中， 0 為數(shù)據(jù)信號源，一個速率為10bps 的隨機序列。 6， 7 模擬 信道加入噪聲。 11（采樣器）， 12（緩沖器）用于采樣輸出。直序擴頻系統(tǒng)仿真電路圖圖標參數(shù)設(shè)置如表 所示。 2， 10 算子庫，模 2 加法器 Threshold=,True=1,False=0 4 鍵控開關(guān) Gate(Switch)Delay=0s,Threshold= 5 反相器 無 7 信號源庫，高斯噪聲 Std Dev=,Mean=0V 9 信號源庫，正弦信號源 Amp=1 V,Freq=2kHz,Phase=90176。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 設(shè)計中應(yīng)注意以下問題： ⑴由于 System View 系統(tǒng)是一個離散時間系統(tǒng)。因為當系統(tǒng)頻率設(shè)為 1500HZ時，不是擴頻序列的整數(shù)倍，此時系統(tǒng)運行時無法正確采樣擴頻序列，從而導(dǎo)致解擴失敗。 System View 帶有 CDMA 庫，利用它可以很方便地完成對基于 IS95 標準下的各種通信系統(tǒng)的仿真。此外System View 的通信庫提供一系列單個圖標，這些單個圖標可以代表一個完整信道模型以進行完整的 CDMA 系統(tǒng)仿真。圖標 86 為信道模擬器，用來對真實的移動通信環(huán)境進行仿真 ，它是符合 IS95 標準的 IS97A 下的一種多徑信道。 圖 CDMA 下行鏈路基帶系統(tǒng)仿真電路圖 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 基站發(fā)送部分的仿真 本設(shè)計是驗證性設(shè)計，目的在于說明單個用 戶數(shù)據(jù)信息通過 CDMA 系統(tǒng)能夠被成功的還原出來（擴頻解擴功能），故在發(fā)射部分 沒 有對原始信息（信源）的一系列編碼、擴頻等處理過程進行仿真，而是用邏輯信道的單個圖標直接仿真。圖標 3 為業(yè)務(wù)信道，在本設(shè)計中選擇 55 號信道（即W55），數(shù)據(jù)速率設(shè)為 。導(dǎo)頻信道輸出的 I 路基帶信號是經(jīng)過 Walsh 擴頻以及 I 信道 PN 序列擴頻后的信號， Q 路基帶信號是經(jīng)過 Walsh 擴頻以及 Q 信道 PN 序列擴頻后的信號。 在仿真電路圖 中可以看到， 4 種功能信道最終輸出的 I 路（ 0 輸出端）和Q 路基帶信號（ 1 輸出端 ）分別連至兩個加法器，即合并后進入移動通信環(huán)境，完成基站發(fā)送部分的仿真。 本部分仿真的關(guān)鍵在于 RAKE 接收子系統(tǒng)的仿真。由于前面的移動通信環(huán)境選定為 2 路的多徑環(huán)境，故本部分仿真只需 2 個相關(guān)器即可。在 System View 中，可以通過速率為 的 I 路擴頻碼發(fā)生器和 Q 路擴頻碼發(fā)生器這兩種圖標來實現(xiàn)。 RAEK 接收機子系統(tǒng)的仿真電路如圖 所示。圖標 83 為 Q 路擴 頻碼發(fā)生器，與圖標 77， 55， 67 組成的延遲采樣器共同完成 Q 路通道本地 PN 序列擴頻功能。說明此系統(tǒng)能 夠完成 RAKE 接收機子系統(tǒng)的作用，體現(xiàn)了 CDMA 系統(tǒng)抗多徑干擾的能力 。圖 中的系統(tǒng)解調(diào)輸出波形是由合并后的波形（如圖 ）經(jīng)過限幅器進行波形整 形，并進多項式運算（ y=+）得來的。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 第五章 結(jié)論 這次畢業(yè)設(shè)計對我來說是一項非常艱巨的任務(wù)，經(jīng)過指導(dǎo)老師的指導(dǎo)和自身的努力，我的畢業(yè)設(shè)計終于完成。這對我以后的學(xué)習(xí)和科研都將是一筆寶貴的財富。 第二個系統(tǒng)仿真設(shè)計是 DSCDMA 下行鏈路基帶系統(tǒng)仿真。比如實際工程中的碼同步問題是一個非常復(fù)雜的問題，在本直序擴頻系統(tǒng)仿真中，在接收端，是通過本地載波解調(diào)后的復(fù)合信號直接與原擴頻PN 碼直接相與后解擴，中間省略了有關(guān)本地 PN 發(fā)生器和相關(guān)的碼同步電路。在今后的學(xué)習(xí)中，我會繼續(xù)努力，不斷的完善自己，提高自己的理論水平和實踐能力。 首先，要感謝我的指導(dǎo)老師 王志強老師，是他在一開始就幫助我定下了明確的設(shè)計思路；在整個設(shè)計過程中我遇到許多問題，也是他不斷的給予我鼓勵和悉心教導(dǎo)。 最后要感謝我的母校四年來對我的栽 培和教育。 然后，要感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我們打下通信工程方面的專業(yè)基礎(chǔ)。這次畢業(yè)設(shè)計對我的壓力比較大，但總的來說是成功的。將系統(tǒng)的輸入信號業(yè)務(wù)信道的信號（經(jīng)碼元交織，掩碼和功率控制處理但未被 Walsh 函數(shù)擴頻的信號與系統(tǒng)解調(diào)輸出的信號）進行了對比。 兩個系統(tǒng)仿真設(shè) 計都基本上完成了原設(shè)想中應(yīng)達到的效果。第一個系統(tǒng)設(shè)計仿真是直序擴頻系統(tǒng)的設(shè)計仿真，實現(xiàn)了系統(tǒng)擴頻和解擴的功能，得出了與理論相符的仿真結(jié)果。在理論方面，我進一步了解了直序擴頻的基本原理以及 CDMA 的有關(guān)知識，通過查閱資料，我了解了一些基于混沌擴頻通信的基本知識。由于系統(tǒng)運行時間較長，波形較密。合并后的輸出信號如圖 ， 所示，與兩路 RAKE 接收和解擴的輸出的波形相同。 RAKE接收機原理框圖中的搜索器是由圖標 56(調(diào)頻器 )， 57(復(fù)數(shù)乘法器 )， 58（四相反正切函數(shù)）， 59（平均器）組成的 PLL 回路來仿真的。圖標 50， 60 為方波序列發(fā)生器，分別為本地擴頻碼產(chǎn)生器和 Walsh 碼產(chǎn)生器的激勵源，其頻率均設(shè)為 ，與發(fā)送端的擴頻碼片速率一致。與前面基站發(fā)送用戶信號的業(yè)務(wù)信道數(shù)相對應(yīng)，此處的本地 Walsh 函數(shù)也應(yīng)為 55 號，即 W(64,55)。由于受限于仿真環(huán)境，并不需要將信號恢復(fù)到信號源格式，只需恢復(fù)到經(jīng)一系列信號處理但并為被 Walsh 函數(shù)擴頻的 相 關(guān) 器相 關(guān) 器相 關(guān) 器搜 索 器合 并器一 路 輸 出多 徑 信 號 圖 RAKE 接收機原理框圖 匹 配濾 波 器低 通濾 波 器判 決電 路 圖 相關(guān)器原理框圖 信號格式便可，則在仿真中，對于每一個相關(guān)器，可用一個 48 抽頭的低通濾波器來模擬圖 中的匹配濾波器和低通濾波器。其中 3 個相關(guān)器可分離 3 路多 徑信號，在按相干最大合并后完成 3 路信號的分集接收。） 移動臺接收部分的仿真 如圖 中的移動臺接收部分， I、 Q 兩路信號在通過了移動通信環(huán)境后，被送入移動臺的接收端，進行解調(diào)：信號經(jīng)過由兩個子系統(tǒng)圖標 49 和 98 仿真的 2頭 RAKE 接收機后解調(diào)解擴輸出的兩路信號由圖標 8 85 和圖標 4 48 分別進行延遲采樣處理 ，采樣器 8 48 的采樣頻率均設(shè)為 ，與業(yè)務(wù)信道輸出的調(diào)制碼元速率相一致，兩路 RAKE 接收信號分別送觀察窗口 92 和 93 進行觀察。而尋呼信道和業(yè)務(wù)信道在此基礎(chǔ)上還加了擾碼過程，擾碼是為了擾亂數(shù)據(jù)，具有保密的功能。 4 種功能信道圖標均有多個輸出端口，只要進行正確的參數(shù)設(shè)置，便可以得到經(jīng)過各項處理后的信號。圖標 8 為同步信道，其數(shù)據(jù)固定為 ，信道號固定為 32（即 W32）。這些假設(shè)可以通過將圖標 86 的參數(shù)設(shè)置為 1 號信道模式等來實現(xiàn)。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 全 1 序 列尋 呼 信 道同 步 信 道導(dǎo) 頻 信 道業(yè) 務(wù) 信 道移 動通 信環(huán) 境移 動 臺IQ速 率 為 1 . 2 k b i t / s的 數(shù) 據(jù) 信 息速 率 為 9 . 6 k b i t / s的 數(shù) 據(jù) 信 息速 率 為 8 . 6 k b i t / s 、0 . 8 k b i t / s 的 數(shù) 據(jù) 信 息解 調(diào) 輸 出 圖 下行鏈路系統(tǒng) 模型 由圖可以看到，基站分別發(fā)送 4 種信道的信息，合并為 I、 Q 兩路信號后，進入移動通信環(huán)境到達移動臺的接收端，在移動臺里完成信息的解調(diào)。 CDMA 庫是 System View 的擴展庫，要使用它必須先將該庫的動態(tài)鏈接庫文件 添加進系統(tǒng)。 DSCDMA下 直接序列碼分多址 的仿真設(shè)計 美 國 Qualm 公司的 QCDMA 數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)是目前已推向市場的第一個實用的 CDMA商用數(shù)字移動通信系統(tǒng)。各種系統(tǒng)在仿真時，首先對各信號以系統(tǒng)頻率進行采樣；然后按照系統(tǒng)對信號的處理計算各個采樣點的值；最后輸出時，在 觀察窗內(nèi)，按要求畫出各個點的位置或擬合曲線。運行系統(tǒng)仿真電路后，在分析窗口中對系統(tǒng)仿真結(jié)果數(shù)據(jù)進行各種處理和分析后在分析窗口觀察到下列波形。 1 信號源庫，偽隨機 PN 序列發(fā)生器 Amp=1V,Offset=0V,Rate=100Hz,Levels=2, Phase=0176。因為直接使用原 PN 碼，所以理論上可認為收發(fā)兩端是完全同步的。通過 8 乘法器與輸入信號相乘進行解調(diào)。本設(shè)計中擴頻調(diào)制使用的是通常的模 2 加運算，在載波調(diào)制部分用的是BPSK 調(diào)制方式，其中 3（正弦信號發(fā)生器）、 4（鍵控）、和 5（反相 器） 用來模擬一個 BPSK 調(diào)制器， B