【正文】 GPP（ 第三代伙伴項(xiàng)目 ） 體系的融合、新技術(shù)特性的引入等一系列的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作，從而使 TDSCDMA 標(biāo)準(zhǔn)成為第一個(gè)由中國(guó)提出的，以我國(guó) 知識(shí)產(chǎn)權(quán) 為主的、被國(guó)際上廣泛接受和認(rèn)可的無(wú)線通信國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。同年，歐洲第二大電信運(yùn)營(yíng)商法國(guó)電信建成了TDSCDMA 試驗(yàn)網(wǎng)。截至 2021 年年末，在中國(guó)使用 TDSCDMA 網(wǎng)絡(luò)的 3G 手機(jī)用戶已達(dá)到 萬(wàn)人 [6]。 本論文研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu)安排 TDSCDMA 通信系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)部分大致分為信息調(diào)制與解調(diào)、擴(kuò)頻調(diào)制與解調(diào)和數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào)三大部分 [9]， 本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)部分是TDSCDMA 系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào)。 第 4 章 本章 是建立在前兩章的理論基礎(chǔ)上進(jìn)行的 TDSCDMA 通信系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)模型仿真， 分為三個(gè)部分， 第一部分是建立 TDSCDMA 系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)調(diào)制與解調(diào)的仿真模型即 QPSK 系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)的仿真 ， 第二部分是建立 TDSCDMA 系統(tǒng)針對(duì)于 2Mbit/s 業(yè)務(wù)的 數(shù)據(jù)調(diào)制與解調(diào)的仿真模型即 8PSK 系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)的仿真，第三部分是建立 TDSCDMA 系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)和擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)合為一體的仿真模型，最后對(duì)其仿真結(jié)果進(jìn)行分析， 得出相關(guān)結(jié)論 。 擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 擴(kuò)頻通信基本概念 擴(kuò)頻通信，即擴(kuò)展頻譜通信技術(shù) (Spread Spectrum Communication Technoligy)， 它的基本特點(diǎn)是采用大大寬于信息帶寬的頻帶進(jìn)行信息的傳輸 。所以， 擴(kuò)頻碼脈沖序列 相對(duì)于信息碼元寬度很窄， 相應(yīng) 地，擴(kuò)頻信號(hào)的頻帶寬度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 信息碼元 帶寬。除此之外，擴(kuò)頻系統(tǒng)的其他一些性能也大都與 ??p有關(guān)。 擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾容限定義如下： M = ??p ?,??sys + (S/N)OUT (22) 式中， ??sys為系統(tǒng)的損耗， (S/N)OUT為輸出端要求的信噪比。 碼分多址基本原理 在多用戶情況下，每個(gè)用戶都分配一個(gè)唯一的地址碼，為了區(qū)分用戶，這些地址碼必須是正交的 [8]。 擴(kuò)頻碼是很窄的脈沖序列，即比特速率較高。注意，如果采用的是二進(jìn)制符號(hào) 0和 1來(lái)表示消息代碼和擴(kuò)頻碼，擴(kuò)頻過(guò)程就是將信息符號(hào)與擴(kuò)頻碼逐碼片進(jìn)行邏輯異或。尖銳的自相關(guān)性使得相關(guān)解調(diào)器可以很容 易捕捉到碼字的存在。實(shí)際的碼不可能既有良好的正交性，又有尖銳的自相關(guān)性。 CDMA 系統(tǒng)常用的碼主要包括 m 序列、Gold 碼、 Walsh 碼。本節(jié)將重點(diǎn)闡述 OVSF 碼。 OVSF 碼的特色就是在相同或不同長(zhǎng)度的碼字之間相互正交。 實(shí)際上，當(dāng)位于不同階的碼字之間存在直通路徑時(shí)，碼字之間可能具有相關(guān)性；當(dāng)位于不同階的碼字間不存在直通路徑時(shí)，碼字之間仍是正交關(guān)系。 所以， OVSF 碼的使用有一個(gè)要求，就是當(dāng)一個(gè)碼已經(jīng)在一個(gè)時(shí)隙中采用時(shí)，則其上級(jí)碼樹(shù)直至樹(shù)根上的碼和下級(jí)碼樹(shù)所有的碼不能在同一時(shí)隙中使用，因?yàn)檫@些碼不一定是正交的。 TDSCDMA 擴(kuò)頻后的碼片為 ，擴(kuò)頻因子的范圍為 1~16，調(diào)制符號(hào)的速率為 千符號(hào) /秒 ~ 兆符號(hào) /秒。然后是加擾碼，即將擾碼加到擴(kuò)頻后的信號(hào)中。表 21 給出了每一個(gè)信道化碼對(duì)應(yīng)的相位系數(shù)值 [7]。 擴(kuò)頻后進(jìn)行脈沖成形。第 3章 數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào) 13 第 3 章 數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào) 調(diào)制的目的是把要傳輸?shù)哪M信號(hào)或數(shù)字信號(hào)變換成適合信道傳輸?shù)母哳l信號(hào) ， 該信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)。數(shù)字調(diào)制指利用數(shù)字信號(hào)來(lái)控制載波的振幅、頻率或相位 ， 常用的數(shù)字調(diào)制有：移頻鍵控（ FSK）和移相鍵控（ PSK）等。對(duì)于數(shù)字調(diào)制而言，頻譜利用率常用單位頻帶 (1Hz)內(nèi)能傳輸?shù)谋忍芈?(b/s)來(lái)表征。如采用非恒定包絡(luò)調(diào)制，則需要采用成本相對(duì)較高的線性功率放大器件。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 四相相移鍵控信號(hào)簡(jiǎn)稱 QPSK。 在數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式中 QPSK 四相移鍵控是目前最常用的一種衛(wèi)星數(shù)字信號(hào)調(diào)制方式 ,它 具有較高的頻譜利用率、較強(qiáng)的抗干擾性、在電路上實(shí)現(xiàn)也較為簡(jiǎn)單。所以它可以寫(xiě)為 k? = π2 (k ? 1) k = 1,2,3,4 (32) 在后面分析中，不失一般性，我們可以令式 (31)中的 A=1，然后將 QPSK信號(hào)碼元表示式展開(kāi)寫(xiě)成 ????(t) = cos. kt ?? ?0 / = ????cos t0? ?????sin t0? (33) 式中： ???? = cos k? ,???? = ??????k? 式 (33)表明， QPSK 信號(hào)碼元 ????(t)看作是由正弦和余弦兩個(gè)正交分量合成的信號(hào)，它們的振幅分別是 ????和 ????，并且 ????2 + ????2 = 1。它的每個(gè)碼元含有 2b的信息，現(xiàn)用 ab 表這兩個(gè)比特。 各種排列的相位之間的關(guān)系 通常都按格雷 (Gray)碼安排，如表 31 所列，其矢量圖畫(huà)在圖 31 中。 1 0 180176。例如，可 圖 31 QPSK 信號(hào)的矢量圖 以規(guī)定圖 31 中的參考相位代表格雷碼 00，并將其他雙比特組的相位依次順時(shí)針?lè)较蛞?90176。由此表可見(jiàn)，在 2 位格雷碼的基礎(chǔ)上，若要產(chǎn)生 3 位格雷碼只需將序列為 0~3 的 2 位格雷碼（表中黑體字）按相反的次序（即成鏡像）排列寫(xiě)出序號(hào)為 4~7 的碼組，并在序列號(hào)為 0~3 的格雷碼組前加一個(gè)“ 0”，在序號(hào)為 4~7 的碼組前加一個(gè)“ 1”，得出 3 位的格雷碼。由于格雷碼的這種產(chǎn)生規(guī)律，格雷碼又稱反射碼。在碼元的表示式 (31)中，T T T T 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 k? 稱為初始相位，常簡(jiǎn)稱為相位，而把 ( kt ?? ?0 )稱為信號(hào)的瞬時(shí)相位。 QPSK 調(diào)制 QPSK 信號(hào)的產(chǎn)生方法有兩種方法 [10]。 第 3章 數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào) 19 圖 34 碼元串 /并變換 這兩路并行碼元序列分別用以和兩路正交載波相乘。應(yīng)當(dāng)注意的是，上述二進(jìn)制信號(hào)碼元“ 0”和“ 1”在相乘電路中與不歸零雙極性矩形脈沖振幅的關(guān)系如下： 二進(jìn)制碼元“ 1” 雙極性脈沖“ +1”； 二進(jìn)制碼元“ 0” 雙極性脈沖“ 1”。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 35 QPSK 矢量的產(chǎn)生 圖 36 選擇法產(chǎn)生 QPSK 信號(hào) QPSK 解調(diào) QPSK 信號(hào)的解調(diào)原理方框圖示于圖 37 中。相位調(diào)制是頻率調(diào)制的一種演變，載波的相位被調(diào)整用于把數(shù)字信息的比特編碼到每一詞相位改變 [11]。 8PSK 抗鏈路惡化的能力（抗噪能力）不如 QPSK，但提供了更高的數(shù)據(jù)吞吐容量。所以，一個(gè) QPSK 信號(hào)碼元可以表示為 ????(t) = Acos. kt ?? ?0 / k = 1,2,…,16 (38) 式中： A 為常數(shù)； k? 為一組間隔均勻的受調(diào)制相位，其值決定于基帶碼元的取值。 8PSK移相調(diào)制利用載波的 8種不同相位來(lái)表征數(shù)字信息 [12]。整個(gè) 8PSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的基帶仿真框圖，如圖 39所示。 第 4章 TDSCDMA系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)仿真 25 第 4 章 TDSCDMA 系統(tǒng)的 調(diào)制 與 解調(diào)仿真 本次 TDSCDMA 系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)仿真設(shè)計(jì)大致分為 三 個(gè)步驟， 第一步是建立 TDSCDMA 系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào)的仿真模型即 QPSK 系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)的仿真，第二步是建立 TDSCDMA 系統(tǒng)針對(duì)于 2Mbit/s 業(yè)務(wù)的 數(shù)據(jù)調(diào)制與解調(diào)的仿真模型即 8PSK 系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)的仿真，第三步是建立 TDSCDMA 系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)和擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)合為一體的仿真模型 ，下面 逐一進(jìn)行 說(shuō)明。 針對(duì)仿真程序流程圖各個(gè)步驟如下： (1)隨機(jī)產(chǎn)生的用戶數(shù)據(jù)是使用高隨機(jī)序列產(chǎn)生的，在編寫(xiě)時(shí)使用的是正態(tài)分布隨機(jī)數(shù)矩陣，數(shù)據(jù)量設(shè)定為 5000 個(gè)數(shù)據(jù) ； (2)用 if 語(yǔ)句將產(chǎn)生的隨即序列轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)，即大于 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 1，小于 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 0； (3)串 /并轉(zhuǎn)換，將單路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成雙路數(shù)據(jù)，且每個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)延一倍并轉(zhuǎn)換為雙極性不歸零數(shù)據(jù)，即利用 if 語(yǔ)句和 rem 函數(shù)（除后取余函數(shù)）將非 2的倍數(shù)（奇數(shù)）的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 I 路信號(hào)，將 2 的倍數(shù)（偶數(shù)）的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Q 路信號(hào)，且等于 1 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 1，等于 0 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 1； (4)利用 25MHz的采樣頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣 ,之前設(shè)定的數(shù)據(jù)速率是 5MHz，將 5000 個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成 25000 個(gè)數(shù)據(jù)，即完成了零插入，每個(gè)源數(shù)據(jù)后面均插入四個(gè)零，將一位變成五位，以便在傳輸過(guò)程中減少碼間串?dāng)_進(jìn)而減少誤碼率 ； 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 41 QPSK 調(diào)制解調(diào)仿真原理圖 第 4章 TDSCDMA系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)仿真 27 圖 42 QPSK 調(diào)制解調(diào)仿真程序流程圖 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 (5)過(guò)低通整形濾波器，在此采用的是平方根升余弦濾波器，使得傳輸 數(shù)據(jù) 可以滿足 奈奎斯特 第一準(zhǔn)則，其中滾降系數(shù)是 ，帶寬是 25MHz； (6)畫(huà)出調(diào)制前的信號(hào)時(shí)域圖和頻域圖； (7)調(diào)制發(fā)射，首先兩路信號(hào)分別與兩正交載波信號(hào)相乘，其中同相支路信號(hào) I 路與 cosωt相乘，正交支路信號(hào) Q 路與 sinωt相乘， ω = 2πfc，fc = 5MHz為載波頻率，然后將兩路信號(hào)相加發(fā)射 ； (8)畫(huà)出調(diào)制后的信號(hào)時(shí)域圖和頻域圖 ； (9)在信號(hào)傳輸?shù)男诺乐屑尤朐肼曅盘?hào)，使用的是高斯白噪聲，在編寫(xiě)時(shí)采用的是 正態(tài)分布函數(shù)，高斯白噪聲屬于高斯分布即正態(tài)分布 ； (10)將接收到的信號(hào)分為兩路信號(hào)，兩路信號(hào)分別與兩正交載波信號(hào)相乘，其中同相支路信號(hào) I 路與 cosωt相乘，正交支路信號(hào) Q 路與 sinωt相乘 ； (11)過(guò)低通整形濾波器，采用的是與調(diào)制部分相同的平方根升余弦濾波器，各系數(shù)與之前相同 ； (12)采樣恢復(fù)，即將五位變?yōu)橐晃?，將源?shù)據(jù)的后四個(gè)零取出，得出各路源數(shù)據(jù) ； (13)信號(hào)的判決， 大于 0 的數(shù)據(jù)為 1，小于 0 的數(shù)據(jù)為 1； (14） 并 /串變換， I 路信號(hào)變?yōu)槠鏀?shù)信號(hào)， Q 路信號(hào)變?yōu)榕紨?shù)信號(hào)，且二位變一位，時(shí)延縮小一倍 ； (15） 用 symerr 函數(shù)計(jì)算出最后得到二進(jìn)制數(shù)據(jù)流和最初產(chǎn)生的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流誤碼數(shù)得出實(shí)際誤碼率， 畫(huà)出 根據(jù)信噪比變化的實(shí)際誤碼率變化 曲線圖； 經(jīng)過(guò)以上步驟 在 MATLAB 仿真環(huán)境中建立的 TDSCDMA 系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)仿真程序即 QPSK 調(diào)制解調(diào)仿真程序的仿真結(jié)果如下三圖所示。圖 47 給出了在 MATLAB 環(huán)境中 TDSCDMA 系統(tǒng)針對(duì)于 2Mbit/s 業(yè)務(wù) 數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)仿真程序流程圖即第 4章 TDSCDMA系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)仿真 31 8PSK 調(diào)制解調(diào)仿真程序流程圖。 表 41 8PSK 調(diào)制映射表 圖 八進(jìn)制碼 3 比特 ??1??2??3 ???? ???? 0 000 1 001 2 011 3 010 4 110 5 111 6 101 7 100 圖 48 8PSK 調(diào)制方式仿真結(jié)果圖 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 圖 49 實(shí)際誤碼率與。其中圖 47 包含了三幅圖，最上面的一幅是未經(jīng)調(diào)制的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的時(shí)域圖，第二幅圖是經(jīng)過(guò) 8PSK 調(diào)制 方式調(diào)制后的信號(hào)時(shí)域圖，最下面的是最終經(jīng)過(guò)解調(diào)后的二進(jìn)制信號(hào)時(shí)域圖， 為了便于觀察 ， 這三幅圖均 截取其中部分信號(hào)數(shù)據(jù)表示于圖中，其中可以看出 有兩個(gè)數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的 ，也就是傳輸出現(xiàn)了誤碼 ， 圖 49 是 根據(jù)信噪比變化的 實(shí)際誤碼率 與理第 4章 TDSCDMA系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)仿真 33 論誤碼率對(duì)比 曲線圖 ，可以從圖中看出隨著信噪比的增大，誤碼率也在不斷降低 ，而 實(shí)際誤碼率與理論誤碼率之間還存在的一定差距。 第 4章 TDSCDMA系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)仿真 29 圖 43 發(fā)射部分調(diào)制 前 信號(hào)時(shí)域圖 和頻域圖 圖 44 發(fā)射部分調(diào)制后信號(hào)時(shí)域圖和頻域圖 燕山大學(xué)本科