【正文】 GPP（ 第三代伙伴項目 ） 體系的融合、新技術特性的引入等一系列的國際標準化工作，從而使 TDSCDMA 標準成為第一個由中國提出的，以我國 知識產(chǎn)權 為主的、被國際上廣泛接受和認可的無線通信國際標準。同年，歐洲第二大電信運營商法國電信建成了TDSCDMA 試驗網(wǎng)。截至 2021 年年末，在中國使用 TDSCDMA 網(wǎng)絡的 3G 手機用戶已達到 萬人 [6]。 本論文研究內(nèi)容與結構安排 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]， 本設計的重點部分是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上進行的 TDSCDMA 通信系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)模型仿真， 分為三個部分， 第一部分是建立 TDSCDMA 系統(tǒng)的標準數(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)針對于 2Mbit/s 業(yè)務的 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)的標準數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)和擴頻調(diào)制解調(diào)合為一體的仿真模型，最后對其仿真結果進行分析， 得出相關結論 。 擴頻通信系統(tǒng) 擴頻通信基本概念 擴頻通信，即擴展頻譜通信技術 (Spread Spectrum Communication Technoligy)， 它的基本特點是采用大大寬于信息帶寬的頻帶進行信息的傳輸 。所以， 擴頻碼脈沖序列 相對于信息碼元寬度很窄， 相應 地，擴頻信號的頻帶寬度將遠遠大于 信息碼元 帶寬。除此之外，擴頻系統(tǒng)的其他一些性能也大都與 ??p有關。 擴頻系統(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，每個用戶都分配一個唯一的地址碼，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，如果采用的是二進制符號 0和 1來表示消息代碼和擴頻碼，擴頻過程就是將信息符號與擴頻碼逐碼片進行邏輯異或。尖銳的自相關性使得相關解調(diào)器可以很容 易捕捉到碼字的存在。實際的碼不可能既有良好的正交性，又有尖銳的自相關性。 CDMA 系統(tǒng)常用的碼主要包括 m 序列、Gold 碼、 Walsh 碼。本節(jié)將重點闡述 OVSF 碼。 OVSF 碼的特色就是在相同或不同長度的碼字之間相互正交。 實際上，當位于不同階的碼字之間存在直通路徑時，碼字之間可能具有相關性；當位于不同階的碼字間不存在直通路徑時，碼字之間仍是正交關系。 所以， OVSF 碼的使用有一個要求，就是當一個碼已經(jīng)在一個時隙中采用時，則其上級碼樹直至樹根上的碼和下級碼樹所有的碼不能在同一時隙中使用，因為這些碼不一定是正交的。 TDSCDMA 擴頻后的碼片為 ，擴頻因子的范圍為 1~16，調(diào)制符號的速率為 千符號 /秒 ~ 兆符號 /秒。然后是加擾碼，即將擾碼加到擴頻后的信號中。表 21 給出了每一個信道化碼對應的相位系數(shù)值 [7]。 擴頻后進行脈沖成形。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信號或數(shù)字信號變換成適合信道傳輸?shù)母哳l信號 ， 該信號稱為已調(diào)信號。數(shù)字調(diào)制指利用數(shù)字信號來控制載波的振幅、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)來表征。如采用非恒定包絡調(diào)制，則需要采用成本相對較高的線性功率放大器件。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 14 四相相移鍵控信號簡稱 QPSK。 在數(shù)字信號的調(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)字信號調(diào)制方式 ,它 具有較高的頻譜利用率、較強的抗干擾性、在電路上實現(xiàn)也較為簡單。所以它可以寫為 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信號碼元表示式展開寫成 ????(t) = cos. kt ?? ?0 / = ????cos t0? ?????sin t0? (33) 式中： ???? = cos k? ,???? = ??????k? 式 (33)表明， QPSK 信號碼元 ????(t)看作是由正弦和余弦兩個正交分量合成的信號，它們的振幅分別是 ????和 ????，并且 ????2 + ????2 = 1。它的每個碼元含有 2b的信息，現(xiàn)用 ab 表這兩個比特。 各種排列的相位之間的關系 通常都按格雷 (Gray)碼安排，如表 31 所列，其矢量圖畫在圖 31 中。 1 0 180176。例如，可 圖 31 QPSK 信號的矢量圖 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針方向移 90176。由此表可見，在 2 位格雷碼的基礎上，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）排列寫出序號為 4~7 的碼組，并在序列號為 0~3 的格雷碼組前加一個“ 0”，在序號為 4~7 的碼組前加一個“ 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 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 18 k? 稱為初始相位，常簡稱為相位，而把 ( kt ?? ?0 )稱為信號的瞬時相位。 QPSK 調(diào)制 QPSK 信號的產(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。應當注意的是，上述二進制信號碼元“ 0”和“ 1”在相乘電路中與不歸零雙極性矩形脈沖振幅的關系如下： 二進制碼元“ 1” 雙極性脈沖“ +1”； 二進制碼元“ 0” 雙極性脈沖“ 1”。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 20 圖 35 QPSK 矢量的產(chǎn)生 圖 36 選擇法產(chǎn)生 QPSK 信號 QPSK 解調(diào) QPSK 信號的解調(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 QPSK 信號碼元可以表示為 ????(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種不同相位來表征數(shù)字信息 [12]。整個 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)仿真設計大致分為 三 個步驟， 第一步是建立 TDSCDMA 系統(tǒng)的標準數(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)針對于 2Mbit/s 業(yè)務的 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)的標準數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)和擴頻調(diào)制解調(diào)合為一體的仿真模型 ，下面 逐一進行 說明。 針對仿真程序流程圖各個步驟如下： (1)隨機產(chǎn)生的用戶數(shù)據(jù)是使用高隨機序列產(chǎn)生的，在編寫時使用的是正態(tài)分布隨機數(shù)矩陣，數(shù)據(jù)量設定為 5000 個數(shù)據(jù) ； (2)用 if 語句將產(chǎn)生的隨即序列轉換成二進制數(shù)據(jù)，即大于 的數(shù)據(jù)轉換成 1，小于 的數(shù)據(jù)轉換成 0； (3)串 /并轉換，將單路數(shù)據(jù)轉換成雙路數(shù)據(jù)，且每個數(shù)據(jù)時延一倍并轉換為雙極性不歸零數(shù)據(jù)，即利用 if 語句和 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)轉換成 I 路信號，將 2 的倍數(shù)（偶數(shù)）的數(shù)據(jù)轉換成Q 路信號，且等于 1 的數(shù)據(jù)轉換為 1，等于 0 的數(shù)據(jù)轉換成 1； (4)利用 25MHz的采樣頻率進行數(shù)據(jù)采樣 ,之前設定的數(shù)據(jù)速率是 5MHz，將 5000 個數(shù)據(jù)轉變成 25000 個數(shù)據(jù)，即完成了零插入，每個源數(shù)據(jù)后面均插入四個零，將一位變成五位，以便在傳輸過程中減少碼間串擾進而減少誤碼率 ； 燕山大學本科生畢業(yè)設計（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 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 28 (5)過低通整形濾波器，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 第一準則，其中滾降系數(shù)是 ，帶寬是 25MHz； (6)畫出調(diào)制前的信號時域圖和頻域圖； (7)調(diào)制發(fā)射，首先兩路信號分別與兩正交載波信號相乘，其中同相支路信號 I 路與 cosωt相乘，正交支路信號 Q 路與 sinωt相乘， ω = 2πfc，fc = 5MHz為載波頻率，然后將兩路信號相加發(fā)射 ； (8)畫出調(diào)制后的信號時域圖和頻域圖 ； (9)在信號傳輸?shù)男诺乐屑尤朐肼曅盘?，使用的是高斯白噪聲，在編寫時采用的是 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)將接收到的信號分為兩路信號，兩路信號分別與兩正交載波信號相乘，其中同相支路信號 I 路與 cosωt相乘，正交支路信號 Q 路與 sinωt相乘 ； (11)過低通整形濾波器，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，即將五位變?yōu)橐晃?，將源?shù)據(jù)的后四個零取出，得出各路源數(shù)據(jù) ； (13)信號的判決， 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 路信號變?yōu)槠鏀?shù)信號， Q 路信號變?yōu)榕紨?shù)信號，且二位變一位，時延縮小一倍 ； (15） 用 symerr 函數(shù)計算出最后得到二進制數(shù)據(jù)流和最初產(chǎn)生的二進制數(shù)據(jù)流誤碼數(shù)得出實際誤碼率， 畫出 根據(jù)信噪比變化的實際誤碼率變化 曲線圖； 經(jīng)過以上步驟 在 MATLAB 仿真環(huán)境中建立的 TDSCDMA 系統(tǒng)的標準數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)仿真程序即 QPSK 調(diào)制解調(diào)仿真程序的仿真結果如下三圖所示。圖 47 給出了在 MATLAB 環(huán)境中 TDSCDMA 系統(tǒng)針對于 2Mbit/s 業(yè)務 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)制方式仿真結果圖 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 34 圖 49 實際誤碼率與。其中圖 47 包含了三幅圖，最上面的一幅是未經(jīng)調(diào)制的二進制數(shù)據(jù)的時域圖，第二幅圖是經(jīng)過 8PSK 調(diào)制 方式調(diào)制后的信號時域圖，最下面的是最終經(jīng)過解調(diào)后的二進制信號時域圖， 為了便于觀察 ， 這三幅圖均 截取其中部分信號數(shù)據(jù)表示于圖中，其中可以看出 有兩個數(shù)據(jù)是錯誤的 ，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 信號時域圖 和頻域圖 圖 44 發(fā)射部分調(diào)制后信號時域圖和頻域圖 燕山大學本科