【正文】 接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的原理 ...........................................................14 直接序列擴(kuò)頻的主要技術(shù)優(yōu)點(diǎn) ...........................................................16第 4 章 基于 MATLAB 的 WCDMA 系統(tǒng)的擴(kuò)頻方案 ...............................................17 SIMULINK 簡(jiǎn)介 ...................................................................................................17 SIMULINK 的功能 ...............................................................................................17 直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)模型 ..................................................................18 解擴(kuò)與檢波 ......................................................................................................22第 5 章 仿真參數(shù)設(shè)置以及結(jié)果分析............................................................................23 擴(kuò)頻系統(tǒng)中主要通信工具箱簡(jiǎn)介 ...................................................................23 參數(shù)設(shè)置 ...........................................................................................................25 仿真結(jié)果分析 ...................................................................................................29 理想狀態(tài)下的仿真結(jié)果分析 ................................................................29 在強(qiáng)干擾條件下的仿真結(jié)果分析 .......................................................34 在強(qiáng)干擾條件下擴(kuò)頻系統(tǒng)的改進(jìn) .......................................................38結(jié)束語(yǔ)..............................................................................................................................40致 謝................................................................................................................................41參考文獻(xiàn)..........................................................................................................................42附 錄：WCDMA 系統(tǒng)擴(kuò)頻系統(tǒng)仿真模型總框圖 .......................................................43第 1 章 緒 論 移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程和 3G 的現(xiàn)狀 從移動(dòng)通信的誕生到今天，移動(dòng)通信已經(jīng)有 100 多年的歷史了。論文首先介紹移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程和 3G 現(xiàn)狀、分析 WCDMA 的系統(tǒng)，然后對(duì) WCDMA 系統(tǒng)中的擴(kuò)頻技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)論述，最后對(duì) WCDMA 中的擴(kuò)頻通信基于 Simulink 的仿真，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的產(chǎn)生、擴(kuò)頻、解擴(kuò)、加擾、解擾、調(diào)制、解調(diào)等部分。同時(shí)，程控交換技術(shù)也推動(dòng)了移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展。移動(dòng)通信的發(fā)展過(guò)程及趨勢(shì)可以從不同的方面來(lái)描述：（1）工作頻段由短波、超短波、微波到毫米波、紅外和超長(zhǎng)波；（2）頻道間隔由 100kHz、50kHz 、25kHz 到 和寬帶擴(kuò)頻信道；（3）調(diào)制方式由振幅壓擴(kuò)單邊帶、模擬調(diào)制到數(shù)字調(diào)制；（4）多址方式由頻分多址（FDMA） 、時(shí)分多址（TDMA） 、碼分多址（CDMA）到混合多址，以及固定多址和隨機(jī)多址的結(jié)合；（5）網(wǎng)絡(luò)覆蓋由蜂窩到微蜂窩、微微蜂窩和混合蜂窩；（6）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)范圍由局部地區(qū)、大中城市到全國(guó)、全世界，并由陸地、水上、空中發(fā)展到海陸空一體化；（7）業(yè)務(wù)類(lèi)型由通話為主，到傳送數(shù)據(jù)、傳真、靜止圖象，到傳送綜合業(yè)務(wù)。至此，新一代移動(dòng)通信的出現(xiàn)順應(yīng)了潮流的發(fā)展。日本建立了 JDC 系統(tǒng)，等等） ，全球統(tǒng)一和全球漫游無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此也無(wú)法降低系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本。演進(jìn)主要表現(xiàn)在空中接口技術(shù)的演進(jìn)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的演進(jìn)，以及固定網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的融合等方面。歐洲于 1988 年開(kāi)展 RACEI 程序，并一直延續(xù)到 1992 年 6 月，它代表了第三代無(wú)線研究活動(dòng)的開(kāi)始。目前看來(lái)，將要采用的第三代標(biāo)準(zhǔn)中選取 WCDMAFDD 模式的國(guó)家是最多的，比如歐洲、日本、韓國(guó)都決定 WCDMAFDD 模式為自己的主流制式。是因?yàn)樵诩夹g(shù)上CDMA2022 和 WCDMA 是 FDD 的標(biāo)準(zhǔn)，TD—SCDMA 則是一個(gè) TDD 標(biāo)準(zhǔn) [5]。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商可以依據(jù)其運(yùn)營(yíng)牌照，以等級(jí)式的小區(qū)分層的形式，使用多個(gè)這樣的 5MHz 載頻來(lái)增加容量。上行鏈路是移動(dòng)臺(tái)到基站的連接，下行鏈路是基站到移動(dòng)臺(tái)之間的連接。 AMR 編碼器是一種單個(gè)集成的語(yǔ)音編碼器，它有 8 種固定的信源速率模式，從 到。 AMR 解碼器AMR 解碼器的處理和一般的解碼器相同。使用編碼后增加了無(wú)效負(fù)荷和傳輸時(shí)間，適合糾正非連續(xù)的少量錯(cuò)誤。減少連“0”碼或連“1”碼以保證定時(shí)恢復(fù)質(zhì)量是數(shù)字基帶傳輸中的一個(gè)重要問(wèn)題，但傳送碼流經(jīng)編碼處理后，可能在其中出現(xiàn)連續(xù)的“0”或連“1” 。未經(jīng)調(diào)制的電脈沖信號(hào)所占據(jù)的頻帶寬度通常從直流和低頻開(kāi)始，因而稱為數(shù)字基帶信號(hào)（調(diào)制信號(hào)） ；調(diào)制的目的是把要傳輸?shù)男盘?hào)（模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)）變換成適合信道傳輸?shù)男盘?hào)，這就意味著把基帶信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)相對(duì)基帶頻率而言頻率非常高的帶通信號(hào)，該信號(hào)成為已調(diào)信號(hào)。在接受端則用同樣的碼進(jìn)行相關(guān)同步接受、解擴(kuò)及回復(fù)所傳信息的數(shù)據(jù)。對(duì)于高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，一般會(huì)要求誤碼率（BER）為 106，對(duì)應(yīng) Eb/No 工作點(diǎn)約為 6dB。即便是探測(cè)到信號(hào)，如果沒(méi)有正確地編碼，也不能將噪聲信號(hào)重新匯編成原始的信號(hào)。然后，將這“相關(guān)”的信號(hào)過(guò)濾、解調(diào)，就可以恢復(fù)初始數(shù)據(jù)。如 34 所示，一般的無(wú)線擴(kuò)頻通信系統(tǒng)都要進(jìn)行三次調(diào)制。 直擴(kuò)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的保密性能。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書(shū)寫(xiě)程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。 Simulink 的功能Simulink 是 MATLAB 中的一種可視化仿真工具，是一種基于 MATLAB 的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。 在 接 收 端 接 收 到 寬 帶 射 頻 信 號(hào) ， 變 頻 為 中 頻 ， 然 后 由 本地 產(chǎn) 生 的 與 發(fā) 送 端 相 同 的 擴(kuò) 頻 碼 序 列 去 解 擴(kuò) 。 在 擴(kuò) 展 頻 譜 通 信 中 需 要 用 到 的 高 碼 率 的 窄 帶 脈 沖 序 列 ， 目 前 最 普 遍 使用 的 是 偽 隨 機(jī) 碼 （ 或 稱 偽 噪 聲 碼 PN） ， 這 種 碼 序 列 重 要 的 特 性 就 是 具 有 近 似于 隨 機(jī) 信 號(hào) 的 性 能 。待傳信息的頻譜擴(kuò)展了以后，能量被均勻地分布在較寬的頻帶上，功率頻譜密度下降；擴(kuò)頻信號(hào)解擴(kuò)以后，寬帶信號(hào)恢復(fù)成窄帶信息，功率頻譜密度上升；相對(duì)于信息信號(hào)，脈沖干擾只經(jīng)過(guò)了一次被模二相加的調(diào)制過(guò)程，頻譜被擴(kuò)展，功率頻譜密度下降，從而使有用信息在噪聲干擾中被提取出來(lái) [11]。 Sample time：抽樣時(shí)間，表示輸出序列中每個(gè)二進(jìn)制符號(hào)的持續(xù)時(shí)間。 Output mask source：選擇模塊中的輸出屏蔽信息的給定方式。如果輸入不為 0，PN 序列產(chǎn)生器會(huì)將各個(gè)寄存器恢復(fù)到初始狀態(tài)。其作用局勢(shì)在輸入信號(hào)中加入高斯白噪聲。本項(xiàng)只有“Mode”項(xiàng)選定為 Signal to noise ration(SNR)時(shí)有效。它的作用是提升數(shù)據(jù)流的傳輸速率，將其“out put sample time”設(shè)置成與碼片速率相同。PN Sequence Generator 中的參數(shù)設(shè)置如表 52 所示：表 52 PN Sequence Generator 模塊參數(shù)設(shè)置PN Sequence GeneratorGenerator polynomial [1 0 0 0 1 1 1 0 1]Initial states [0 0 0 0 0 0 0 1]Output mask vector(or scalar shift value)0Sample time 1/10000Convert 轉(zhuǎn)換器：在設(shè)計(jì)中 Convert 的作用是將{0,1}序列轉(zhuǎn)換成｛1，+1｝序列，這樣才可以通過(guò)乘法器直接與信源相乘，進(jìn)然后入到下一個(gè)模塊 BPSK 調(diào)制。 再次設(shè)計(jì)中采用的信噪比、參數(shù) Initial seed 等設(shè)置如圖 52 截圖所示。對(duì)于啟動(dòng)本設(shè)計(jì)模型的仿真，其理想狀態(tài)下的仿真結(jié)果如下：在仿真過(guò)程中，出現(xiàn)了五個(gè)頻譜示波器的變化圖，分別如圖 55558 、59 所示：圖 55 信源輸入頻譜圖圖 56 擴(kuò)頻頻譜圖圖 57 調(diào)制頻譜圖圖 58 解擴(kuò)頻譜圖圖 59 解調(diào)頻譜圖如圖 510 所示分別為擴(kuò)頻前和通過(guò)擴(kuò)頻解擴(kuò)后輸出的波形。誤碼率=傳輸中的誤碼個(gè)數(shù)/所傳輸?shù)目偞a數(shù) *100%。圖 519 輸入、輸出波形對(duì)比圖在看 Display 反映出來(lái)的。給定的信道容量可以用不同的帶寬和信噪比來(lái)組合傳輸；給定信噪比，只要增加用于傳輸信息的帶寬，理論上就可以增加在信道中無(wú)誤差地傳輸?shù)男畔⒙?；在同樣的信道容量下，增大傳輸帶寬可由較小的信號(hào)傳輸功率傳送，這表明帶寬系統(tǒng)具有較好的抗干擾性。從仿真原理圖上可以看到，在進(jìn)行解擴(kuò)前，不僅向信道添加了信道高斯白噪聲，而且還加入了一個(gè)頻率為 200HZ 的單頻正弦干擾。在分析了擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)分別在上行鏈路、下行鏈路的應(yīng)用，以WCDMA 為例，論述了直接序列擴(kuò)頻通信的原理及其在 WCDMA 系統(tǒng)方案中的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明，最后運(yùn)用 Matlab 中的 Simulink 模塊進(jìn)行了 WCDMA 直擴(kuò)系統(tǒng)的仿真，包括理想情況下和強(qiáng)干擾的實(shí)際情況下的仿真，最后對(duì)強(qiáng)干擾條件下的仿真結(jié)果進(jìn)行了分析并提出了一種最簡(jiǎn)單的改進(jìn)方法。周老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、寬廣淵博的專業(yè)知識(shí)以及待人寬厚、親切的為人風(fēng)格讓我非常敬佩。限于水平，文章有很多不足的地方，懇請(qǐng)考試批評(píng)指正。單頻干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)接收機(jī)相關(guān)處理，輸出功率隨著擴(kuò)頻碼元寬度的減小而減小?；氐奖驹O(shè)計(jì)當(dāng)中，在強(qiáng)干擾條件下，我們將 AWGN 的信噪比 SNR 的值由初始值 1 開(kāi)始增加，在增加的過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn) Display 的誤碼率值在逐漸減小，示波器的擴(kuò)頻前后的波形圖也在不斷的接近。加性高斯白噪聲 AWGN（Additive White Gaussian Noise）是最常見(jiàn)的一種噪聲，它存在各種傳輸媒質(zhì)中，包括有線傳輸信道和無(wú)線傳輸信道。啟動(dòng)仿真按鈕，在仿真過(guò)程中，出現(xiàn)的六個(gè)個(gè)頻譜示波器的變化圖，分別如圖 5151515151519 所示。如圖 512 所示，在 Display 前端接入了一個(gè) Error Rate Calculation 模塊，則此圖顯示了系統(tǒng)的誤碼率情況。所以我們?nèi)サ暨@兩個(gè)個(gè)模