【正文】 數(shù)據(jù)調(diào)制與解調(diào)的仿真采用的是八進(jìn)制相移鍵控 8PSK，對(duì)于 TDSCDMA 通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào)來(lái)說(shuō) 8PSK 調(diào)制解調(diào)方案同樣是十分重要的，所以接下來(lái)將對(duì) 8PSK 調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。 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。 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。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。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。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]。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”。 QPSK 調(diào)制 QPSK 信號(hào)的產(chǎn)生方法有兩種方法 [10]。由于格雷碼的這種產(chǎn)生規(guī)律，格雷碼又稱反射碼。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。 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，其矢量圖畫在圖 31 中。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(hào)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(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。 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。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。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)。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]。 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。 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。本節(jié)將重點(diǎn)闡述 OVSF 碼。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。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。 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]。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 。 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)。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)。 CWTS（ 中國(guó)無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)研究組 ） 作為代表中國(guó)的區(qū)域性標(biāo)準(zhǔn)化組織，從 1999 年 5 月加入 3GPP 以后，經(jīng)過(guò) 4 個(gè)月的充分準(zhǔn)備，并與 3GPPPCG（ 項(xiàng)目協(xié)調(diào)組 ） 、 TSG（ 技術(shù)規(guī)范組 ） 進(jìn)行了大量協(xié)調(diào)工作后，在同年 9 月向燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 3GPP 建議將 TDSCDMA 納入 3GPP 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的工作內(nèi)容。 TDSCDMA技術(shù)優(yōu)勢(shì)在行業(yè)內(nèi)得到普遍認(rèn)同。頻率利用率比較高，可以節(jié)省大量的頻率使用費(fèi)用。 (3)頻率優(yōu)勢(shì)： TDSCDMA 采用 TDD（ 時(shí)分雙工 ） 模式，所以頻譜利用率比較高。是我國(guó)電信史上重要的里程碑 [1]。 最后通過(guò)仿真結(jié)果得出了在相同信噪比 情況下， QPSK 調(diào)制方式比8PSK 調(diào)制方式抗噪聲性能強(qiáng)，具有 擴(kuò)頻調(diào)制的系統(tǒng)比沒(méi)有擴(kuò)頻調(diào)制的系統(tǒng)抗噪能力 要強(qiáng)，在相同速率下， 8PSK 調(diào) 制方式相對(duì) QPSK 調(diào)制方式具有 更高的數(shù)據(jù)吞吐容量 。接著根據(jù) QPSK 調(diào)制方式和 OVSF 擴(kuò)頻碼對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單的 TDSCDMA 系統(tǒng)建立了仿真模型， 同樣對(duì)其工作原理、構(gòu)建方法和誤碼性能進(jìn)行了分析。 第 1章 緒論 1 第 1 章 緒論 課題背景 TDSCDMA 是英文 Time DivisionSynchronous Code Division Multiple Access（時(shí)分同步碼分多址）的簡(jiǎn)稱， 是 中國(guó)提出的第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn) （ 簡(jiǎn)稱 3G)， 也是 ITU 批準(zhǔn)的三個(gè) 3G 標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)，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)。而對(duì)于TDSCDMA，由于上下行的分配是通過(guò)時(shí)隙調(diào)度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以可以根據(jù)業(yè)務(wù)的具體情況，動(dòng)態(tài)地分配資源，獲得較高的頻譜利用率。此外， TDSCDMA 在其他方面也具有成本優(yōu)勢(shì)。 正是由于 TDSCDMA具有技術(shù)、頻率、組網(wǎng)、業(yè)務(wù)、成本、質(zhì)量和市場(chǎng)等方面突出的優(yōu)勢(shì)，因此，中國(guó) 3G標(biāo)準(zhǔn) TDSCDMA表現(xiàn)出誘人的市場(chǎng)前景。在 1999 年 11 月 赫爾辛基 ITURTG8/1 第 18 次會(huì)議上和 2021 年 5 月 伊斯坦布爾 的 ITUR 全會(huì)上， TDSCDMA 被正式接納為CDMATDD 制式的方案之一 [5]。 2021 年，韓國(guó)最大的移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商 SK 電訊在韓國(guó)首都首爾建成了TDSCDMA 試驗(yàn)網(wǎng)。該公司計(jì)劃到 2021 年， TDSCDMA 網(wǎng)絡(luò)能夠覆蓋中國(guó)大陸 100%的地市 [6]。 TDSCDMA 通信系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)部分大致可以分為 數(shù)據(jù) 調(diào)制與解調(diào)、擴(kuò)頻調(diào)制與解調(diào)和射頻調(diào)制與解調(diào) [8]，其中 數(shù)據(jù) 調(diào)制與解調(diào)為本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)部分，而 TDSCDMA 通信系統(tǒng)的 數(shù)據(jù) 調(diào)制與解調(diào)又分為 QPSK 和 8PSK兩種，分別針對(duì)不同的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。一般把擴(kuò)頻信號(hào)帶寬 W 與信息帶寬 B 之比稱為處理增益 ??p，即： ??p = ??/?? (21) 它表明了擴(kuò)頻系統(tǒng)信噪比改善的程度。 擴(kuò)頻通信通過(guò)擴(kuò)展帶寬 對(duì)干擾 進(jìn)行抑制，并帶來(lái)一系列的優(yōu)點(diǎn)： (1)抗干擾能力強(qiáng)； (2)保密性好； (3)抗多徑干擾； (4)可實(shí)現(xiàn)碼分多址； (5)能精確地定時(shí)和測(cè)距。在接收端，接收機(jī)從噪聲中濾出信號(hào)，把信號(hào)還原到原來(lái)很窄的帶寬上。所以良好的自相關(guān)性和較低的互相關(guān)性，是對(duì)碼字的基本要求。復(fù)擾碼是由一個(gè)長(zhǎng)度為 16 的二進(jìn)制實(shí)數(shù)擾碼序列產(chǎn)生的， TDSCDMA 系統(tǒng)共定義了 128 個(gè)這樣的實(shí)數(shù)序列 [7]。 再對(duì) ?? ??，有： (??,??)= 1 ?1 +(?1)?(?1)+1 ?1 +(?1)?(?1)= 4 可見， ?? ??。數(shù)據(jù)調(diào)制后的復(fù)數(shù)符號(hào)再進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制。為了降低多碼傳輸 時(shí)的峰均值比，對(duì)于每一個(gè)信道化碼，都有一個(gè)相關(guān)的相位系數(shù) ??????(??),即信道化特征乘法算子，也叫加權(quán)因子。 首先介紹的是 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，主要包括擴(kuò)頻調(diào)制與解調(diào)的基本概念和擴(kuò)頻調(diào)制與解調(diào)的存在意義， 然后介紹了碼分多址的基本原理和常使用的編碼方式， 接著 介紹了 TDSCDMA 系統(tǒng) 中擴(kuò)頻調(diào)制與解調(diào)使用的可變擴(kuò)頻比正交碼即 OVSF 碼，大致 說(shuō)明 了 OVSF 碼的基本概念和使用方法，最后從整體上介紹了 TDSCDMA 系統(tǒng)中調(diào)制與解調(diào)，其中 數(shù)據(jù) 調(diào)制與解調(diào)在第 三章有詳細(xì)介紹 。它 意味著 已調(diào)信號(hào)頻譜的主瓣要窄，同時(shí)副瓣的幅度要低（即輻射到相鄰頻道的功率要?。? 四進(jìn)制相移鍵控 QPSK QPSK 是英文 Quadrature Phase Shift Keying 的縮略語(yǔ)簡(jiǎn)稱，意為正交相移鍵控，是一種數(shù)字調(diào)制方式 [9]。所以，一個(gè) QPSK 信號(hào)碼元可以表示為 ????(t) = Acos. kt ?? ?0 / k = 1,2,3,4 (31) 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。 然后用 4 種相位之一去表示每種排列 。表 31 和圖 31 中 QPSK 信號(hào)和格雷碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系不是唯一的，圖中的參考相位的位置也不是必須在橫軸位置上。依燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 此類推可以產(chǎn)生更多位的格雷