【文章內(nèi)容簡介】 據(jù)不同的訓(xùn)練系列和干擾，研究它的調(diào)制解調(diào)過程，并對部分計(jì)算模型進(jìn)行仿真。本文的 內(nèi)容安排如下： 第一章主要現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展概況， CDMA 技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r以及 CDMA 通信系統(tǒng)的特點(diǎn)與優(yōu)勢。 第二章介紹 CDMA 基本理論以及 CDMA 的物理層基本原理知識(shí)。 第三章介紹 CDMA 信道以及調(diào)制解調(diào)的基本知識(shí)，在不同的訓(xùn)練系列和干擾，研究 CDMA 調(diào)制解調(diào)原理。 第四章對 CDMA 通信系統(tǒng)中基于訓(xùn)練序列的 QPSK 調(diào)制仿真，并得出相關(guān)的仿真結(jié)果。 第五章是對本論文的總結(jié) 。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 第二章 基本理論分析 CDMA 技術(shù)基礎(chǔ) CDMA 技術(shù)基本原理 所謂 CDMA，即在發(fā)送端使用各不相同的、相互（準(zhǔn)）正交的偽隨機(jī)地址碼調(diào)制其所發(fā)送的信號；在接收端則采用同樣的偽隨機(jī)地址碼從混合信號中解調(diào)檢測出相應(yīng)的信號。 在碼分多址通信系統(tǒng)中，利用自相關(guān)性強(qiáng)而互相關(guān)為 0或很小周期碼序列為地址碼，與用戶信息數(shù)據(jù)相乘（或模 2 加），經(jīng)過相應(yīng)的信道傳輸后，在接收端以本地產(chǎn)生的已知地址碼為參考，根據(jù)相關(guān)性的差異，對收到的所有信號進(jìn)行鑒別（相關(guān)檢測），從中將地址碼與 本地地址碼一致的信號選出，把不一致的信號除掉。 通信系統(tǒng)原理 CDMA 系統(tǒng)原理框圖如圖 ： 信 源 數(shù) 據(jù) 調(diào) 制 擴(kuò) 頻 調(diào) 制 信 道 擴(kuò) 頻 解 碼 數(shù) 據(jù) 調(diào) 制 接 受擴(kuò) 頻 碼 發(fā)生擴(kuò) 頻 編 碼發(fā) 生同 步 電 路圖 CDMA系統(tǒng)原理框圖 擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 擴(kuò)頻碼分多址是數(shù)字移動(dòng)通信中的一種多址接入方式，特別是在第三代移動(dòng)通信中，它已成為最主要的多址接入方式。 擴(kuò)頻通信確切地說稱為擴(kuò)譜通信更為恰當(dāng)，因?yàn)楸粩U(kuò)展的是信號頻譜帶寬，不過習(xí)慣上均稱為擴(kuò)頻，它是一類寬帶通信系統(tǒng)。它的主要特征是：擴(kuò)頻前的信息 碼元帶寬遠(yuǎn)小于擴(kuò)頻后的擴(kuò)頻碼序列（ chip）的帶寬。 (1)窄帶和寬帶通信系統(tǒng) 定義：設(shè) R 為待傳送信息碼元速率， T 為信息碼元的接續(xù)時(shí)間， F 為傳送信號擴(kuò)頻碼序列 (chip)所占用的帶寬。 若 1R T F T? ? ? ? 時(shí)，即當(dāng) RF? ，或者 2FR? 時(shí)，稱為一般窄帶通信系統(tǒng)，在通常數(shù)字通信系統(tǒng)中，移頻、移相均屬于窄帶通信系統(tǒng)。 若 FR，即 ( / ) 10 ~ 60 )F R dB? ，則稱該系統(tǒng)為寬帶通信系統(tǒng)。 寬帶通信系統(tǒng)是窄帶系統(tǒng)通過擴(kuò)頻方式來實(shí)現(xiàn)的。碼分多址 CDMA 就是一類典型的擴(kuò)頻寬帶通信系統(tǒng)。 (2)擴(kuò)頻增益 在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，經(jīng)過對信息信號帶寬的擴(kuò)展和解擴(kuò)處理，獲得了擴(kuò)頻增益 (Gp )。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的擴(kuò)頻部分是一個(gè)帶寬比信息帶寬得多的偽隨機(jī)碼（ PN碼）對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，解擴(kuò)則是將接收到的擴(kuò)展頻譜信號與一個(gè)和發(fā)端偽隨機(jī)碼完全的本地碼相關(guān)來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)收到的信號與本地碼相匹配時(shí)，所要的信 號就會(huì)恢復(fù)到其擴(kuò)展之前的原始帶寬。而任何不匹配的輸入信號則被本地碼擴(kuò)展至本地碼的帶寬或更寬的頻帶上。解擴(kuò)后的信號經(jīng)過一個(gè)窄帶濾波器后，有用的信號被保留，干擾信號被抑制，從而改善了信噪比，提高了抗干擾能力。而擴(kuò)頻增益 是擴(kuò)頻信號帶寬 B 與信息帶寬 之比，即 /Gp W B? （ 21） 它表示了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)信噪比改善的程 度，是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)一個(gè)重要指標(biāo)。例如：20W MHz? ， 10B KHz? ，則 / 2021( 33 )G p W B dB?? ，說明這個(gè)系統(tǒng)在接收機(jī)的射頻輸入端和基帶濾波器輸出端之間有 的信噪比增益改善。 (3)干擾容限 (Mj ) 干擾容限是在保證系統(tǒng)正常工作的條件下 (保證輸出端一定的信噪比 )，接收西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 機(jī)輸入端能承受的干擾信號比有用信號高出的分貝（ dB ）數(shù)。 干擾容限直接反映了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)接收機(jī)允許的極限干擾強(qiáng)度，它往往能比擴(kuò)頻增益更確切地表征系統(tǒng)的抗干擾能力。 在移動(dòng)通信中，信噪比 /SN是最主要的矛盾，為了提高信噪比，可以不惜一切手段。其中 Shannon（香農(nóng)）公式指出：可以采用頻帶 F 來換取信噪比，即當(dāng) C 不變時(shí)，增加頻帶 可以降低接收機(jī)接收 的信噪門限值 。這就是擴(kuò)頻通信的基本原理，即用頻帶換取信噪比。 (1)主要優(yōu)點(diǎn) 越大，抗干擾能力越強(qiáng)，抗白噪聲、抗單頻窄帶干擾、抗人為干擾、抗跟蹤干擾、抗寬帶的等效白噪聲的多址與多徑干擾能力都很強(qiáng)。 ：在允許的一定誤碼率的條件下，可以實(shí)現(xiàn)很低的 值下進(jìn)行通信，即允許很強(qiáng)的干擾。 ，無論是直擴(kuò)還是跳頻，擴(kuò)頻后其頻譜均為近似白噪聲，因此具有良好的保密性能。 ，由于擴(kuò)頻屬于 寬帶系統(tǒng) ,頻帶越寬，功率譜密度就越低，因此它具有良好的隱蔽性能。且對其他通信系統(tǒng)及人體的干擾與影響也小。 ，時(shí)頻二維地址劃分使?jié)撛诘刂窋?shù)量增大?？垢蓴_能力強(qiáng)與低功率密度對于干擾受限系統(tǒng)，將允許接納更多的用戶數(shù)。 ，擴(kuò)頻系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)多種形式分集接收并提高抗干擾性。 (2)主要缺點(diǎn) ，擴(kuò)頻后的碼序列 (chip)帶寬遠(yuǎn)大于擴(kuò)頻前的信息序列帶寬。 。 。 ，實(shí)現(xiàn)大容量通信仍存在一定困難。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 CDMA 碼序列 地址碼和擴(kuò)頻碼的設(shè)計(jì)是碼分多址體制的關(guān)鍵技術(shù)之一。具有良好的相關(guān)特性和隨機(jī)性的地址碼和擴(kuò)頻碼對碼分多址通信是非常重要的，對系統(tǒng)的性能具有決定的作用。它直接關(guān)系到系統(tǒng)的多址能力，關(guān)系到抗干擾、抗噪聲、抗截獲的能力及多徑保護(hù)和抗衰落的能力，關(guān)系到信息數(shù)據(jù)的隱蔽和保密，關(guān)系到捕獲與同步系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。理想的地址碼和擴(kuò)頻碼主要應(yīng)具有如下特點(diǎn)： 1. 有足夠多的地址碼； ； 的互相關(guān)特性； ； 。 然而，要同時(shí)滿足這些特性目前任何一種編碼體制都達(dá)不到。就地址碼而言，目前采用的是沃爾什碼。該碼是正交碼，具有良好的自相關(guān)特性和處處為零的互相關(guān)特性。但是，該碼組內(nèi)的各碼由于所占頻譜帶寬不同等原因，不能用作擴(kuò)頻碼。作為擴(kuò)頻碼的偽隨機(jī)碼（或同時(shí)用作地址碼）具有類似的白噪聲的特征。因?yàn)檎嬲碾S機(jī)信號和噪聲是不能重復(fù)再現(xiàn)和產(chǎn)生的，我們只能產(chǎn)生一種周期性的脈沖信號來近似隨機(jī)噪聲的性能，故稱之為偽隨機(jī)碼或 PN 碼。此類碼具有良好的相 關(guān)特性，即自相關(guān)值與互相關(guān)值比較有較大的隔離度；并且同一碼組內(nèi)的各碼占據(jù)的頻帶可以做到很寬并且相等。但是 PN 碼由于其互相關(guān)值不是處處為零，用作擴(kuò)頻碼且同時(shí)作為地址碼時(shí)，系統(tǒng)的性能將受到一定的影響。 PN 序列有一個(gè)很大的家族，包含很多碼組，例如 m序列、 Gold 序列、 GL（ GoldLike） 序列、RS 序列、 DBCH 序列等等。 卷積編碼、塊交織 現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)常常設(shè)計(jì)成以非常高的速率傳輸。卷積碼已應(yīng)用于很多個(gè)同系統(tǒng)，例如，不僅在 CDMA 移動(dòng)通信系統(tǒng)種應(yīng)用卷積編碼／譯碼，而 且在空間和衛(wèi)星也應(yīng)用。為了防止系統(tǒng)出錯(cuò) ,經(jīng)常會(huì)使用卷積碼。信息數(shù)據(jù)序列劃分成許多長度為 k 的小塊，每段小塊被編碼長度為 n 的碼字符號。卷積碼 (n,k,m)由 k西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 條輸入、具有 m階存儲(chǔ)的 n 條輸出線性時(shí)序電路實(shí)現(xiàn)。通常， n 和 k 是較小的整數(shù)，且 kn，但 m 相當(dāng)大。特別地，當(dāng) k=1 時(shí)，信息序列不再分成小塊，以便可以連續(xù)處理，因此，卷積碼的發(fā)展產(chǎn)生了很多有線和無線通信信道數(shù)字傳輸?shù)膶?shí)際應(yīng)用。 卷積碼 (n， k， m)指定的碼率為： R=k/n,編碼器級數(shù)為 m=K— 1，其中 K 是碼的約束長度。編碼器存儲(chǔ)階數(shù)等于數(shù)據(jù)序列時(shí)延。 m級 n 維生成序列集通?？梢园慈缦路绞矫枋觯? ( ) ( ) ( ) ( ), 0 ,1 ,( , , .. ., )j j j ji i i i ng g g g? (22) 其中 j＝ 1， 2， … ， k 表示輸入端數(shù) 目 ,i＝ 1， 2， … ， n 表示模 2 加法器數(shù) (輸出端 )。方程 ()也可以以多項(xiàng)式形式表達(dá)為： ( ) ( ),0()mjjiig D g D ????? ? (23) 其中 D 是時(shí)延操作符，每一 項(xiàng) D 的指數(shù)對應(yīng)于該項(xiàng)的單位時(shí)延數(shù)。 每個(gè)生成序列直接由從編碼器級到各自模 2 加法器的連接序列確定， 1 表示連接， 0 表示斷開。每個(gè)生成序列包含 m+1 位二進(jìn)制數(shù)。如果每次信息序列輸入 編碼器 1 比特，那么編碼器輸出序列 可以通過合并 離散卷積得到，即： ( ) ( ) ( )1 * , 1 , 2 , ...,kj i jic d g j n???? (24) 其中 ( ) ( ) ( )1,11 , 0 , 1 , ...,mkj i jijlic d g l?? ???????? (25) 基站對前向 CDMA 信道如同步、尋呼和業(yè)務(wù)信道上發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行卷積編碼。前向 CDMA 信道使用碼率 、約束長度為 9 的 (2,1,8)卷積碼。 該卷積碼的生成序列為： 由于碼率為 1/2,所以每次編碼器輸入一位數(shù)據(jù) ,編碼器輸出就產(chǎn)生兩位編碼符號。 初始化后第一個(gè)輸出符號 是由生成序列 編碼的符號，第二個(gè)輸出符號 是( 1 )1( 2 )17 3 5 ( )5 6 1 ( )gg ??八 進(jìn) 制 （ 111101011 ） （ 二 進(jìn) 制 ）八 進(jìn) 制 （ 101110001 ） （ 二 進(jìn) 制 ）西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 由生成序列 編碼的符號。 例如 ,以 (20ms)。這24 比持由 16 位信息比特和 8 位編碼器尾比特組成，最后 8 位編碼尾比特全部設(shè)成 0。如果信息序列表示成 d=(1010100100000101)，相應(yīng)的多項(xiàng)式為 。由于 16位 信 息 比 特 后 面 有 8 位 編 碼 器 比 特 ， 則 前 向 業(yè) 務(wù) 信 道 幀 表 示 為M=(101010010000010100000000)， 由于 m＝ 8， n＝ 2，因此該編碼器包含一個(gè)具有 2 個(gè)模 2 加法器的 8 級移位寄存器和用于編碼器連續(xù)輸出的轉(zhuǎn)向器。對于卷積編碼器，兩個(gè)生成序列分別為： ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 )1 1 , 0 1 , 1 1 , 2 1 , 3 1 , 4 1 , 5 1 , 6 1 , 7 1 ,8( , , , , , , , , ) ( 11 11 01 01 1 )g g g g g g g g g g?? (26) 和 ( 2 ) ( 2 ) ( 2 ) ( 2 ) ( 2 ) ( 2 ) ( 2 ) ( 2 ) ( 2 ) ( 2 )1 1 , 0 1 , 1 1 , 2 1 , 3 1 , 4 1 , 5 1 , 6 1 , 7 1 ,8( , , , , , , , , ) ( 1 0 1 1 1 0 0 0 1 )g g g g g g g g g g (27) 利用方程 ()，對于 i=1 和 j=1， 2，有 : (1) (1) (1)1,0gilic d g?????? (28) (2) (1) (2)1,0gilic d g?????? (29) 利用生成序列 (1 ) ( 2 ) (1 )1 1 1 , ,0tg g g (2)1,t和 的 和 g8l??編碼器每個(gè)模 2加法器的輸出分別為： ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 )1 2 3 5 7 8c d d d d d d d? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? (210) ( 2 ) ( 2 ) ( 2 ) ( 2 ) ( 2 ) ( 2 )1 2 4 8c d d d d d? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ?