【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 B 產(chǎn)品族可以用來(lái)進(jìn)行： (1)數(shù)值分析 (2)數(shù)值和符號(hào)計(jì)算 (3)工程與科學(xué)繪圖 (4)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 (5)數(shù)字圖像處理 (6)數(shù)字信號(hào)處理 (7)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 (8)財(cái)務(wù)與金融工程 MATLAB 是 MATLAB 產(chǎn)品家族的基礎(chǔ)，它提供了基本的數(shù)學(xué)算法，如矩陣運(yùn)算、數(shù)值分析算法： MATLAB 集成了 2D和 3D 圖形功能，以完成相應(yīng)數(shù)值可視化的工作，并且提供了一種交互式的高級(jí)編程語(yǔ)言 —— M 語(yǔ)言，利用 M 語(yǔ)言，通過編寫腳本或者函 數(shù)文件實(shí)現(xiàn)用戶自己的算法。 Simulink 是基于 MATLAB 的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，可以用來(lái)對(duì)各種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、分析和仿真，它的建模范圍廣泛，可以針對(duì)任何能夠用數(shù)學(xué)來(lái)描述的系統(tǒng)進(jìn)行建模，如航空航天動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)、衛(wèi)星控制制導(dǎo)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等，其中包括連續(xù)、離散、條件執(zhí)行、事件驅(qū)動(dòng)單速率、多速率和混雜系統(tǒng)等。Simulink 提供了利用鼠標(biāo)拖放的方法建立系統(tǒng)框圖模型的圖形界面，而且Simulink 還提供了豐富的功能塊，以及不同的專業(yè)模塊集合，利用 Simulink幾乎可以做到不書寫一行代碼就可以完成整個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模工 作。 在 MATLAB 產(chǎn)品族中，自動(dòng)化的代碼生成工具主要有 RealTime Workshop 6 (RTW)和 Stateflow Coder，這兩種代碼生成工具可以直接將 Simulink 的模型框圖和 Stateflow 的狀態(tài)圖轉(zhuǎn)換成高效優(yōu)化的程序代碼。利用 RTW 生成的代碼簡(jiǎn)潔、可靠、易讀。目前， RTW 支持生成標(biāo)準(zhǔn)的 C 語(yǔ)言代碼，并且具備了生成其他語(yǔ)言代碼的能力。整個(gè)代碼的生成、編譯及相應(yīng)的目標(biāo)下載過程都是自動(dòng)完成的，用戶需要做的僅僅是使用鼠標(biāo)單擊幾個(gè)按鈕即可。 MATLAB 開放的產(chǎn)品體系使 MATLAB 稱為了諸多領(lǐng)域 的開發(fā)首選軟件，并且， MATLAB 還具有 300 余家第三方合作伙伴，分布在科學(xué)計(jì)算、機(jī)械動(dòng)力、化工、計(jì)算機(jī)通信、汽車、金融等領(lǐng)域。目前， MATLAB 版本已發(fā)展到 （ 2020 年 3 月 5 日發(fā)布）。 7 第 2章 TDSCDMA 簡(jiǎn)介 167。 TDSCDMA 概述 167。 簡(jiǎn)介 TDSCDMA 是英文 Time DivisionSynchronous Code Division Multiple Access（時(shí)分同步碼分多址） 的簡(jiǎn)稱，是一種第三代無(wú)線通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也是 ITU 批準(zhǔn)的 三個(gè) 3G標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)，相對(duì)于另兩個(gè)主要 3G標(biāo)準(zhǔn)（ CDMA2020）或（ WCDMA）它的起步較晚。 TDSCDMA 作為中國(guó)提出的第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn) (簡(jiǎn)稱 3G)，自 1998年正式向 ITU(國(guó)際電聯(lián) )提交以來(lái)，已經(jīng)歷十多年的時(shí)間，完成了標(biāo)準(zhǔn)的專家組評(píng)估、 ITU 認(rèn)可并發(fā)布、與 3GPP(第三代伙伴項(xiàng)目 )體系的融合、新技術(shù)特性的引入等一系列的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作，從而使 TD－ SCDMA 標(biāo)準(zhǔn)成為第一個(gè)由中國(guó)提出的，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)。這是我國(guó) 電信 史上重要的里程碑。 (注 :3G共有 4 個(gè) 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ,另外 3 個(gè)是 美國(guó) 主導(dǎo)的 CDMA20 WiMASX 和 歐洲 主導(dǎo)的 WCDMA.) 167。 關(guān)鍵技術(shù) TDSCDMA 具有上下行鏈路可以不對(duì)稱、頻譜利用率高、發(fā)射功率低等優(yōu)點(diǎn)，非常適合第三代移動(dòng)通信將大量應(yīng)用的非對(duì)稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并可以提供較高的系統(tǒng)容量。本文基于 TDSCDMA 的主要技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)其幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)做一下介紹。 TDSCDMA 為 TDD 模式，在應(yīng)用范圍內(nèi)有其自身的特點(diǎn)：一是終端的移動(dòng)速度受現(xiàn)有 DSP 運(yùn)算速度的限制只能做到 240km/h；二是基站覆蓋半徑在 15km 以內(nèi)時(shí)頻譜利用率和系統(tǒng)容量 可達(dá)最佳，在用戶容量不是很大的區(qū)域，基站最大覆蓋可達(dá) 30－ 4km。所以， TDSCDMA 適合在城市和城郊使用，在城市和城郊這兩個(gè)不足均不影響實(shí)際使用。因在城市和城郊，車速一般都小于 200km/h，城市和城郊人口密度高，因容量的原因，8 小區(qū)半徑一般都在 15km 以內(nèi)。而在農(nóng)村及大區(qū)全覆蓋時(shí)，用 WCDMA FDD方式也是合適的，因此 TDD 和 FDD 模式是互為補(bǔ)充的。 TDD 模式是基于在無(wú)線信道時(shí)域里的周期地重復(fù) TDMA 幀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)幀結(jié)構(gòu)被再分為幾個(gè)時(shí)隙。在 TDD 模式下，可以方便地實(shí)現(xiàn)上 /下行鏈路間地靈活切換。這一 模式的突出的優(yōu)勢(shì)是，在上 /下行鏈路間的時(shí)隙分配可以被一個(gè)靈活的轉(zhuǎn)換點(diǎn)改變，以滿足不同的業(yè)務(wù)要求。這樣，運(yùn)用 TDSCDMA 這一技術(shù)，通過靈活地改變上 /下行鏈路的轉(zhuǎn)換點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)所有 3G 對(duì)稱和非對(duì)稱業(yè)務(wù)。合適的 TDSCDMA 時(shí)域操作模式可自行解決所有對(duì)稱和非對(duì)稱業(yè)務(wù)以及任何混合業(yè)務(wù)的上 /下行鏈路資源分配的問題。 TDSCDMA 的無(wú)線傳輸方案綜合了 FDMA， TDMA 和 CDMA 等基本傳輸方法。通過與聯(lián)合檢測(cè)相結(jié)合，它在傳輸容量方面表現(xiàn)非凡。通過引進(jìn)智能天線，容量還可以進(jìn)一步提高。智能天線憑借其定向性降低 了小區(qū)間頻率復(fù)用所產(chǎn)生的干擾，并通過更高的頻率復(fù)用率來(lái)提供更高的話務(wù)量?；诟叨鹊臉I(yè)務(wù)靈活性， TDSCDMA 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器（ RNC）連接到交換網(wǎng)絡(luò)，如同三代移動(dòng)通信中對(duì)電路和包交換業(yè)務(wù)所定義的那樣。在最終的版本里，計(jì)劃讓 TDSCDMA 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與 INTERNET 直接相連。 TDSCDMA 所呈現(xiàn)的先進(jìn)的移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)是針對(duì)所有無(wú)線環(huán)境下對(duì)稱和非對(duì)稱的 3G 業(yè)務(wù)所設(shè)計(jì)的，它運(yùn)行在不成對(duì)的射頻頻譜上 。TDSCDMA 傳輸方向的時(shí)域自適應(yīng)資源分配可取得獨(dú)立于對(duì)稱業(yè)務(wù)負(fù)載關(guān)系的頻譜分配的最佳利用率。 因此， TDSCDMA 通過最佳自適應(yīng)資源的分配和最佳頻譜效率，可支持速率從 8kbps 到 2Mbps 的語(yǔ)音、互聯(lián)網(wǎng)等所有的 3G 業(yè)務(wù)。 167。 TDSCDMA 的 現(xiàn)狀及后續(xù)發(fā)展 167。 TDSCDMA 的現(xiàn)狀 自 2020 年 3 月 3GPPR4 發(fā)布后， TDSCDMA 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的實(shí)質(zhì)性工作主要在 3GPP 體系下完成。在 R4 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之后的兩年多時(shí)間里，大唐與其他眾多的業(yè)界運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備制造商一起，又經(jīng)過無(wú)數(shù)次會(huì)議討論、郵件9 組討論，通過提交的大量文稿，對(duì) TDSCDMA 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的物理層處理、高層協(xié)議棧消息、網(wǎng) 絡(luò)和接口信令消息、射頻指標(biāo)和參數(shù)、一致性測(cè)試等部分的內(nèi)容進(jìn)行了一次次的修訂和完善，使得到目前為止的 TDSCDMAR4規(guī)范達(dá)到了相當(dāng)穩(wěn)定和成熟的程度。 在 3GPP 的體系框架下，經(jīng)過融合完善后，由于雙工方式的差別，TDSCDMA 的所有技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)得以在空中接口的物理層體現(xiàn)。物理層技術(shù)的差別是 TDSCDMA 與 WCDMA 最主要的差別所在。在 核心網(wǎng) 方面，TDSCDMA 與 WCDMA 采用完全相同的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，包括核心網(wǎng)與無(wú)線接入網(wǎng)之間采用相同的 Iu 接口 ；在空中接口高層協(xié)議棧上， TDSCDMA 與 WCDMA二者也完全相同。這些共同之處保證了兩個(gè)系統(tǒng)之間的無(wú)縫漫游、切換、業(yè)務(wù)支持的一致性、 QoS 的保證等，也保證了 TDSCDMA 和 WCDMA 在標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的后續(xù)發(fā)展上保持相當(dāng)?shù)囊恢滦浴? 2020 年 1 月 20 日已經(jīng)被宣布為 中國(guó)的國(guó)家通信標(biāo)準(zhǔn) 。 (注：說法不確切。 1 月 20 日國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)部規(guī)定為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而非國(guó)家的通信標(biāo)準(zhǔn) ) 167。 TDSCDMA 的后續(xù)發(fā)展 在 3G 技術(shù) 和系統(tǒng)蓬勃發(fā)展之際，不論是各個(gè)設(shè)備制造商、運(yùn)營(yíng)商，還是各個(gè)研究機(jī)構(gòu)、政府、 ITU，都已經(jīng)開始對(duì) 3G 以后的技術(shù)發(fā)展方向展開研究 。在 ITU 認(rèn)定的幾個(gè)技術(shù)發(fā)展方向中，包含了 智能天線技術(shù) 和TDD 時(shí)分雙工技術(shù)，認(rèn)為這兩種技術(shù)都是以后技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，而智能天線和 TDD 時(shí)分雙工這兩項(xiàng)技術(shù)，在目前的 TDSCDMA 標(biāo)準(zhǔn)體系中已經(jīng)得到了很好的體現(xiàn)和應(yīng)用，從這一點(diǎn)中，也能夠看到 TDSCDMA 標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展前途。 另外，在 R4 之后的 3GPP 版本發(fā)布中， TDSCDMA 標(biāo)準(zhǔn)也不同程度地引入了新的技術(shù)特性， 用以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的性能，其中主要包括：通過空中接口實(shí)現(xiàn) 基站 之間的同步，作為基站同步的另一個(gè)備用方案，尤其適用于緊急情況下對(duì)于通信網(wǎng)可靠性的保證；終端定位功能，可以通過智能天線，利用信號(hào)到達(dá)角對(duì)終端用戶位置定位，以便更好地提供基于位置的服務(wù)；高速下行分組接入，采用混合自動(dòng)重傳、自適應(yīng)調(diào)制編10 碼，實(shí)現(xiàn)高速率下行分組業(yè)務(wù)支持；多天線輸入輸出技術(shù) (MIMO)，采用基站和終端多天線技術(shù)和 信號(hào)處理，提高無(wú)線系統(tǒng)性能；上行增強(qiáng)技術(shù)，采用自適應(yīng)調(diào)制和編碼、混合 ARQ 技術(shù)、對(duì)專用 /共享資源的快速分配以及相應(yīng)的物理層和高層信令支持的機(jī)制，增強(qiáng)上行信道和業(yè)務(wù)能力。 在政府和運(yùn)營(yíng)商的全力支持下， TDSCDMA 產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟 和 產(chǎn)業(yè)鏈 已基本建立 起來(lái)，產(chǎn)品的開發(fā)也得到進(jìn)一步的推動(dòng)，越來(lái)越多的設(shè)備制造商紛紛投入到 TDSCDMA 產(chǎn)品的開發(fā)陣營(yíng)中來(lái)。隨著設(shè)備開發(fā)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的大規(guī)模開展， TDSCDMA 標(biāo)準(zhǔn)也必將得到進(jìn)一步的驗(yàn)證和加強(qiáng)。 11 第 3 章 QPSK 調(diào)制解調(diào) 167。 引言 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)。調(diào)制過程用于通信系統(tǒng)的發(fā)端。在接受端需將已調(diào)信號(hào)還原成要傳輸?shù)脑夹盘?hào)，該過程稱為解調(diào)。 按照解調(diào)器輸入信號(hào)（該信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)）的形式，調(diào)制可分為模擬調(diào)制 (或連 續(xù)信號(hào) )和數(shù)字調(diào)制。模擬調(diào)制指利用輸入的模擬信號(hào)直接調(diào)制（或改變）載波（正弦波）的振幅。頻率或相位，從而得到調(diào)幅（ AM）、調(diào)頻（ FM）或調(diào)相（ PM）信號(hào)。數(shù)字調(diào)制指利用數(shù)字信號(hào)來(lái)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。 移動(dòng)通信信道的基本特征是：第一，帶寬有限，它取決于使用的頻率資源和信道的傳播特性 。第二，干擾和噪聲影響大，這主要是移動(dòng)通信工作的電磁環(huán)境所決定的；第三，存在著多徑衰弱。針對(duì)移動(dòng)通信信道的特點(diǎn)，已調(diào)信號(hào)應(yīng)具有高的頻譜利用率和較強(qiáng)的抗干擾、 抗衰弱的能力。 高的頻譜利用率要求已調(diào)信號(hào)所占的帶寬窄。它意外著已調(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?。?。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)谋忍芈剩?b/s）來(lái)表征。 高的抗干擾和抗多徑性能要求在惡劣的信道環(huán)境下，經(jīng)過調(diào)制解調(diào)后的輸出信噪比（ S/N）較大或誤碼率較低。 對(duì)于調(diào)制解調(diào)研究，需要關(guān)心的另一個(gè)問題就是可實(shí)現(xiàn)性。如采用恒定包絡(luò)調(diào)制，則可采用限頻器、低成本的非線性高效功率放大器件。如采用非恒定包絡(luò)調(diào)制，則需要采用成本相對(duì)較高的線性功率放大器件。此 外，還必須考慮調(diào)制器和解調(diào)器本身的復(fù)雜性。 TDSCDMA 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)采用 QPSK，所以本章將著重介紹 QPSK 的相關(guān)知識(shí)。 167。 四進(jìn)制相移鍵控 QPSK 12 167。 QPSK 簡(jiǎn)介 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。 四相相移鍵控信號(hào)簡(jiǎn)稱 “QPSK” 。它分為絕對(duì)相移和相對(duì)相移兩種。由于絕對(duì)相移方式存在相位模糊問題，所以在實(shí)際中主要采用相對(duì)移相方式 QDPSK。它具有一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于 無(wú)線 通信中，成為現(xiàn)代通信中一種十分重要的調(diào)制解調(diào)方式。 在數(shù)字信號(hào)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(hào)調(diào)制方式 ,它具有較高的頻譜利用率、較強(qiáng)的抗干擾性、在電路上實(shí)現(xiàn)也較為簡(jiǎn)單。 167。 基本原理 在 2PSK 信號(hào)的表示式中一個(gè)碼元的載波初始相位 ? 可以等于 0 或π。將其推廣到四進(jìn)制時(shí)， ? 可以取多個(gè)可能值。所以，一個(gè) QPSK 信號(hào)碼元可以表示為 )c o s ()( 0 kk tAts ?? ?? 4,3,2,1? （ ） 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。所以它可以寫為 2/1k ）π （?k? k = 4,3,2,1 （ ） 在后面分析中，不失一般性，我們可以令式（ ）中的 A =1，然后將 QPSK信號(hào)碼元表示式展開寫成 tbtatts kkk 000k s i nc o s)c o s ()( ???? ???? () 式中： a k ? ?cos k,b k ?sin? k. 式（ ）表明， QPSK 信號(hào)碼元 s k )(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 a k 和 b k，并且 a 2k+b 2k=1。這就是說， QPSK 信號(hào)碼元可以看作是兩個(gè)特定的 MASK 信號(hào)碼元之和。因此，其帶寬和 MASK信號(hào)的帶寬相同。 13 下面對(duì)