【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 DSCDMA 技術(shù)遵循 ITU規(guī)定的 IMT2020 規(guī)格，并以 WCDMA 方式為基礎(chǔ)的一種通信技術(shù)。該技術(shù)能夠利用 5MHz 的信道提供高達(dá) 2Mbps 的數(shù)據(jù)速度，同時(shí)能夠擴(kuò)大系統(tǒng)容量，提高通話時(shí)的語音質(zhì)量，降低通話的掉線率，支持 IP 數(shù)據(jù)服務(wù)。 DSCDMA 技術(shù)除了能提供窄帶業(yè)務(wù) (如話音業(yè)務(wù) )之外，還能提供多種用戶速率通信、 VOD 帶寬的能力，以及根據(jù)不同業(yè)務(wù)提供不同服務(wù)等級(jí)的能力。 在 CDMA 標(biāo)準(zhǔn)中， DSCDMA技術(shù)是其中的重要部分，是實(shí)現(xiàn)無線多媒體通信的關(guān)鍵。 DSCDMA 技術(shù)最早起源于歐洲和日本的第三代無線研究活動(dòng)， GSM 的巨大成功對(duì)第 三代系統(tǒng)在歐洲的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)生重大影響。在 1996 年，日本推出了一套 DSCDMA 的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方案，并得到了當(dāng)時(shí)世界上主要的移動(dòng)設(shè)備制造商的支持。 1998 年 12 月成立的3GPP（第三代伙伴項(xiàng)目）極大地推動(dòng)了 DSCDMA技術(shù)的發(fā)展，加快了 DSCDMA的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，并最終使 DSCDMA 技術(shù)成為 ITU 批準(zhǔn)的國際通信標(biāo)準(zhǔn)。 DSCDMA 基于 ANSI41 核心網(wǎng)，它使用新的頻帶，采用 FDD 工作方式，碼片速率為 。 DSCDMA 有更大的覆蓋范圍，采用自適應(yīng)天線及多用戶檢測(cè)等新技術(shù)，并可支持頻率間切換。由 DSCDMA 技術(shù)組成的通信系統(tǒng)通常包括無線基地局裝置、無線網(wǎng)絡(luò)控制裝置、多媒體信號(hào)處理裝置。 DSCDMA 系統(tǒng)的湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 空中連接采用 5MHz、 10MHz 或 20MHz 的無線信道 。 DSCDMA 系統(tǒng)的抗干擾性 ， 現(xiàn)代電子技術(shù)的高速發(fā)展，空間電磁環(huán)境日益復(fù)雜，頻道相對(duì)擁擠，在軍事通信中，更加面臨著各種人為干擾。為了增強(qiáng)通信系統(tǒng)的可靠性，增加信道容量，人們采用碼分多址技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)展頻譜通信。與常規(guī)通信相比， DSCDMA 系統(tǒng)具有高處理增益，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，處理增益 GP 可表示為： P 越大則系統(tǒng)抗干擾能力越強(qiáng)。在工程應(yīng)用 中， GP 不可能無限增大，又因?yàn)槠骷姆蔷€性及碼元跟蹤誤差導(dǎo)致信噪比損失，所以擴(kuò)頻接收機(jī)實(shí)際上容許輸入的干擾與信號(hào)功率比，較干擾容限還要低。并且 DSCDMA 系統(tǒng)本身存在多址干擾，因此，必須采取一些抑制干擾的措施以增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第三章 直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)與 CDMA 模板 直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)模塊 擴(kuò)頻技術(shù)的理論基礎(chǔ) 擴(kuò)頻是要把待發(fā)送的信號(hào)擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶上，然后再發(fā)送出去，系統(tǒng)的射頻帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了信號(hào)的速率，一般情況下為信號(hào)速率的 100 多倍。擴(kuò)頻通信之所以用成百倍的帶寬來傳輸信號(hào)，完全 是基于著名的香農(nóng)定理。香農(nóng)(shannon)定理指出 :在高斯白噪聲干擾條件下，通信系統(tǒng)的極限傳輸速率 (或稱信道容量 )為： 2 (1 )( / )SC B lo g b sN?? （ ） 式中， B 為信道帶寬； S 為信號(hào)平均功率； N 為噪聲功率。 若白噪聲的功率譜密度為 no，聲功率 N=noB，則信道容量 C 可表示為 2 0(1 ) /SC Blo g b snB?? （ ） 由 式 ()可以看出， B、 no、 S 確定后，信道容量 C 就確認(rèn)了。 由 shannon第二定理知，若信源的信息速率 R 小于或等于信道容量 C，通過編碼，信源的信息能以任意小的差錯(cuò)概率通過信道傳輸。為使信 源 產(chǎn)生的信息以盡可能高的信息速率通過信道，提高信道容量是人們所期望的。 由 shannon 公式可以看出： ⑴ 要增加系統(tǒng)的信息傳輸速率，則要求增加信道容量。增加信道容量的方法可以通過增加傳輸信號(hào)帶寬 B，或增加信噪比 S/N 來實(shí)現(xiàn)。由式（ ）可知， B與 C 成正比，而 C 與 S/N 呈對(duì)數(shù)關(guān)系，因此，增加 B 比增加 S/N 更有效。 ⑵ 信道容量 C 為常數(shù)時(shí)，帶寬 B 與信噪比 S/N 可以互換，即可以通過增加帶 寬 B 來降低系統(tǒng)的信噪比 S/N 的要求 。也可以通過增加信號(hào)功率，降低信號(hào)的帶寬，這就為那些要求小的信號(hào)帶寬的系統(tǒng)或?qū)π盘?hào)功率要求嚴(yán)格的系統(tǒng)找到了一個(gè)減小帶寬或降低功率的有效途徑。 ⑶ 當(dāng) B 增加到一定程度后，信道容量 C 不可能無限地增加。由式（ ）可知，信道容量 C 與信號(hào)帶寬成正比，增加 B，勢(shì)必會(huì)增加 C，但當(dāng) B 增加到一定 程度后， C 增加緩慢。由式（ ）知，隨著 B 的增加，由于噪聲功率 N=n0B，因而 N 也要增加，從而信噪比 S/N 要下降，影響到 C 的增加?？紤]極限情況，這里令 B?? ,來看 C 的極限，對(duì)式（ ）兩邊取極限，有： 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 2 0lim lim (1 )BB SC B lo g nB? ? ? ??? （ ） 考慮到極限： 221l im (1 ) 1 .4 4x lo g x lo g ex?? ? ? ? （ ） 令 x=S/n0B，對(duì)式（ ）有： 0 220 0 0l im l im [ ( 1 ) ] ( )BBn B S S SC lo g lo g eS n B n n? ? ? ?? ? ? ? （ ） 故有： 0lim SC n?? ? （ ） 由此可見，在信號(hào)功率 S 和噪聲功率譜密度 n0一定時(shí)，信號(hào)容量 C 是有限的。 由上面的結(jié)論，可以推導(dǎo)出信息速率 R 達(dá)到極限信息速率，即 R=Rmax=C，且?guī)?B?? 時(shí)，信道要求的最小信噪比 Eb/n0 的值。 Eb 為碼元能量， S=EbRmax=C，由式（ ）知： m a x 0lim 1 .4 4B SCR n?? ?? （ ） 可得： 0 0 m ax 4bESn n R?? （ ） 由此可得信道要求的最小信噪比為： m i n0 1( ) 0 .6 9 4 1 .61 .4 4bE dBn ? ? ? ? ? （ ） 擴(kuò)頻通信的基本原理 擴(kuò)頻通信是一種二次調(diào)制技術(shù) [1]，其基本原理如圖 所示。信息數(shù)據(jù) D 先通過常規(guī)的載波調(diào)制變成帶寬為 B1 的信號(hào)，然后用擴(kuò)頻序列發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī) (Pseudo Noise， PN 碼 )序列作擴(kuò)頻調(diào)制，形成帶寬為 B2(B2B1)功率譜密度極低的擴(kuò)頻信號(hào)后再發(fā)射。信息數(shù)據(jù) D 也可先經(jīng)偽隨機(jī)碼擴(kuò) 頻，然后再經(jīng)載波調(diào)制。眾多的通信用戶使用各自不同的偽隨機(jī)碼，可以載同一頻帶內(nèi)同時(shí)傳輸。在接收端，須用與發(fā)送端相同的偽隨機(jī)碼作擴(kuò)頻解調(diào)處理，把寬帶信號(hào)恢復(fù)成窄帶信號(hào)（解擴(kuò)），并用常規(guī)的信號(hào)處理方法解調(diào)出信息數(shù)據(jù) D。顯然，當(dāng)接收端不湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 知道發(fā)送端使用的偽隨機(jī)碼時(shí)，要進(jìn)行解擴(kuò)是非常難甚至是不可能的。這樣就實(shí)現(xiàn)了信息數(shù)據(jù)的保密通信。當(dāng)接收端采用對(duì)應(yīng)的偽隨機(jī)碼接收某一擴(kuò)頻信號(hào)時(shí)，通信信道中其它的擴(kuò)頻信號(hào)在接收端的解擴(kuò)相關(guān)處理器中無信號(hào)輸出，不會(huì)對(duì)該擴(kuò)頻信號(hào)的解擴(kuò)解調(diào)產(chǎn)生干擾。這樣，不同用戶的接收端使用不同的偽隨機(jī)碼作解擴(kuò) 處理，就可得到相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多用戶（或多址）通信。 信 息 調(diào) 制 擴(kuò) 頻擴(kuò) 頻 序 列 發(fā) 生 器解 擴(kuò) 解 調(diào) 信 息 接 收擴(kuò) 頻 序 列 發(fā) 生 器同 步 電 路D 1B 2B 2B 1B D 圖 擴(kuò)頻通信的基本原理 圖 中，擴(kuò)頻處理通常采用模 2 加的方法，即將信息碼序列與擴(kuò)頻碼序列作模 2 加運(yùn)算得到頻譜被擴(kuò)展的信號(hào)，它與擴(kuò)頻碼序列一樣是速度比信息碼序列高得多的高速率比特流，擴(kuò)頻的過程如圖 所示。在解擴(kuò)處理中，用原來的擴(kuò)頻碼序列與接收到的數(shù)據(jù)流進(jìn)行模 2 加運(yùn)算，從而恢復(fù)出原信息碼序列。解擴(kuò)的過程如圖 所示。擴(kuò)頻和解擴(kuò)的過程類似于擾碼，關(guān)鍵是擴(kuò)頻與解擴(kuò)使用的是同樣 的擴(kuò)頻碼序列，解擴(kuò)所需的擴(kuò)頻碼序列由碼元同步電路產(chǎn)生。 +信 息 碼 序 列擴(kuò) 頻 碼 序 列擴(kuò) 頻 結(jié) 果 圖 擴(kuò)頻處理示意圖 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 解 擴(kuò) 結(jié) 果擴(kuò) 頻 碼 序 列接 收 信 號(hào)+ 圖 解擴(kuò)處理示意圖 擴(kuò)頻碼序列與擴(kuò)頻 Shannon 編碼定理指出：只要信息速率 Ra 小于信道容量 C，則總可以找到某種編碼方法，使在碼字相當(dāng)長的條件下，能夠幾乎無差錯(cuò)地從遭受到高斯白噪聲干擾的信號(hào)中復(fù)制出原發(fā)送信息。 這里有兩個(gè)條件：一是 R0? C，二是編碼字足夠長。 Shannon 在證明編碼定理的時(shí)候，提出了用具有白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的信號(hào)來編碼。白噪聲是一種隨機(jī)過程，它的瞬時(shí)值服從正態(tài)分布，功率譜在很寬的頻帶內(nèi)都是均勻的，它有極其優(yōu)良的相關(guān)特性。由于都無法實(shí)現(xiàn)對(duì)白噪聲的放大、調(diào)制、檢測(cè)、同步及控制，而只能用具有類似于帶限白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的偽隨機(jī)碼來近似它，并作為擴(kuò)頻系統(tǒng)的擴(kuò)頻碼 [2]。擴(kuò)頻碼也稱為偽隨機(jī)碼或 PN 碼，它是一串高碼率的窄脈沖隨機(jī)序列。從理論上說，用純隨機(jī)序列去擴(kuò)展信號(hào)頻譜是最理想的。但在接收機(jī)中為了解擴(kuò)應(yīng)當(dāng)有一個(gè)同發(fā)送端擴(kuò)頻碼同步的副本。工程上常用二元 {0， 1}序列來產(chǎn)生偽噪 聲碼，偽隨機(jī)序列具有貌似高斯噪聲的性質(zhì)，并且接近高斯隨機(jī)變量 [1]。故它是周期性的有規(guī)律的，既容易產(chǎn)生，又可以加工和復(fù)制。它具有如下特點(diǎn) : ⑴每一周期內(nèi)“ 0”和“ 1”出現(xiàn)的次數(shù)近似相等。 ⑵每一周期內(nèi)，長度為 n 比特的游程出現(xiàn)的次數(shù)比長度為 n+1 比特的游程出現(xiàn)的次數(shù)多一倍。 (游程是指相同碼元的碼元串 ) ⑶序列應(yīng)具有良好的自相關(guān)性。即 /2/201( ) l im ( ) ( ) 0Ta TT f t f t d tT?? ? ? ??????? ? ? ? ???， 當(dāng) 0常 數(shù) ， 當(dāng) （ ） 其中 ()a??的大小可 用來表征 f(t)與自身延遲后的 ()ft?? 的相關(guān)性，故稱為自相關(guān)函數(shù)。式中 f(t) 為信號(hào)的 ()a??時(shí)間函數(shù)， 為時(shí)間延遲。需要說明的是，由自相關(guān)函數(shù)也可以看出擴(kuò)頻碼序列的互相關(guān)性很弱，這也就是其它擴(kuò)頻碼無法解湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 擴(kuò)出信號(hào)的原因。 直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的調(diào)制 直接序列擴(kuò)頻調(diào)制就是用高速率的偽噪聲碼序列 (擴(kuò)頻碼序列 )與信息碼序列模二加 (波形相乘 )的復(fù)合偽碼序列去控制載波的相位 (PSK)而獲得直接序列擴(kuò)頻信號(hào)。在數(shù)字載波通信中，被調(diào)制的 載波一般都是正弦波，其參數(shù)即幅度、頻率和相位 3 個(gè)，因此數(shù)字載波通信系統(tǒng)的調(diào)制方式有幅移鍵控（ Amplitude Shift Keying,ASK）、頻移鍵控（ Frequency Shift Keying,FSK）、相移鍵控（ Phase Shift Keying,PSK） .在三種調(diào)制方式中 ,PSK 的誤碼率最低 [3]，抗干擾能力最強(qiáng)，故一般情況下，擴(kuò)頻系統(tǒng)均采用 PSK 調(diào)制。 設(shè)載波為，偽碼信號(hào)為 C（ u， t），則調(diào)制 Acosw0t 波為 : 0( ) ( , )f t AC u t cos w t? （ ） 其中， A為載波幅度， w0為載波的角頻率。 如果作二進(jìn)制相移鍵控（ 2PSK）調(diào)制時(shí)，則調(diào)相波可表示為： 0( ) [ ( , ) ]f t Ac os w t C u t??? （ ） 式中 ( , )Cut? 是已調(diào)相波相位的變化， ? 是調(diào)制系數(shù) (即對(duì)應(yīng)載波的最大相移 )。在本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所涉及到的二相調(diào)制中， ??? ， C（ u， t）是二進(jìn)制偽碼序列。若規(guī)定二 進(jìn)制序列中取“ 0”碼時(shí)， ( , ) 0 0C u t??? ? ?；取“ 1”碼時(shí)， ( , ) 1C u t? ? ?? ? ?，則有： 00c o s , ( , ) 0( ) = c o s , ( , ) 1A w t C u tft A w t C u t?? ??當(dāng) 取 “ ” 時(shí)當(dāng) 取 “ ” 時(shí) （ ） 顯然，這樣一個(gè)調(diào)制信號(hào)可等效為一個(gè)只取士 1 的二值波形對(duì)載波進(jìn)行的抑載波雙邊振幅調(diào)制信號(hào)，也就是平衡調(diào)制信號(hào) ( ) , ) c osf t C u t w t? 0=( （ ） 其中： 1 , 1( , ) 11C u t ??? ??????當(dāng) 二 進(jìn) 制 序 列 取 “ ” 時(shí)， 當(dāng) 二 進(jìn) 制 序 列 取 “ ” 時(shí) （ ） 實(shí)際上直接序列擴(kuò)頻調(diào)制產(chǎn)生的 2PSK 信號(hào)就是式（ ）的模式。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 DSCDMA 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) CDMA 系 統(tǒng) 與 目 前 廣 為 使 用 的