【文章內(nèi)容簡介】 B 產(chǎn)品族可以用來進行： (1)數(shù)值分析 (2)數(shù)值和符號計算 (3)工程與科學繪圖 (4)控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 (5)數(shù)字圖像處理 (6)數(shù)字信號處理 (7)通信系統(tǒng)設(shè)計與仿真 (8)財務與金融工程 MATLAB 是 MATLAB 產(chǎn)品家族的基礎(chǔ)，它提供了基本的數(shù)學算法，如矩陣運算、數(shù)值分析算法： MATLAB 集成了 2D和 3D 圖形功能，以完成相應數(shù)值可視化的工作，并且提供了一種交互式的高級編程語言 —— M 語言，利用 M 語言，通過編寫腳本或者函 數(shù)文件實現(xiàn)用戶自己的算法。 Simulink 是基于 MATLAB 的框圖設(shè)計環(huán)境，可以用來對各種動態(tài)系統(tǒng)進行建模、分析和仿真，它的建模范圍廣泛，可以針對任何能夠用數(shù)學來描述的系統(tǒng)進行建模，如航空航天動力學系統(tǒng)、衛(wèi)星控制制導系統(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)動單速率、多速率和混雜系統(tǒng)等。Simulink 提供了利用鼠標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動態(tài)系統(tǒng)的建模工 作。 在 MATLAB 產(chǎn)品族中，自動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 生成的代碼簡潔、可靠、易讀。目前， RTW 支持生成標準的 C 語言代碼，并且具備了生成其他語言代碼的能力。整個代碼的生成、編譯及相應的目標下載過程都是自動完成的，用戶需要做的僅僅是使用鼠標單擊幾個按鈕即可。 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，分布在科學計算、機械動力、化工、計算機通信、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 簡介 167。 TDSCDMA 概述 167。 簡介 TDSCDMA 是英文 Time DivisionSynchronous Code Division Multiple Access（時分同步碼分多址） 的簡稱，是一種第三代無線通信的技術(shù)標準，也是 ITU 批準的 三個 3G標準中的一個，相對于另兩個主要 3G標準（ CDMA2020）或（ WCDMA）它的起步較晚。 TDSCDMA 作為中國提出的第三代移動通信標準 (簡稱 3G)，自 1998年正式向 ITU(國際電聯(lián) )提交以來，已經(jīng)歷十多年的時間，完成了標準的專家組評估、 ITU 認可并發(fā)布、與 3GPP(第三代伙伴項目 )體系的融合、新技術(shù)特性的引入等一系列的國際標準化工作，從而使 TD－ SCDMA 標準成為第一個由中國提出的，以我國 知識產(chǎn)權(quán) 為主的、被國際上廣泛接受和認可的無線通信國際標準。這是我國 電信 史上重要的里程碑。 (注 :3G共有 4 個 國際標準 ,另外 3 個是 美國 主導的 CDMA20 WiMASX 和 歐洲 主導的 WCDMA.) 167。 關(guān)鍵技術(shù) TDSCDMA 具有上下行鏈路可以不對稱、頻譜利用率高、發(fā)射功率低等優(yōu)點，非常適合第三代移動通信將大量應用的非對稱數(shù)據(jù)業(yè)務，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，對其幾個關(guān)鍵技術(shù)做一下介紹。 TDSCDMA 為 TDD 模式，在應用范圍內(nèi)有其自身的特點：一是終端的移動速度受現(xiàn)有 DSP 運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)時頻譜利用率和系統(tǒng)容量 可達最佳，在用戶容量不是很大的區(qū)域，基站最大覆蓋可達 30－ 4km。所以， TDSCDMA 適合在城市和城郊使用，在城市和城郊這兩個不足均不影響實際使用。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，用 WCDMA FDD方式也是合適的，因此 TDD 和 FDD 模式是互為補充的。 TDD 模式是基于在無線信道時域里的周期地重復 TDMA 幀結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的。這個幀結(jié)構(gòu)被再分為幾個時隙。在 TDD 模式下，可以方便地實現(xiàn)上 /下行鏈路間地靈活切換。這一 模式的突出的優(yōu)勢是，在上 /下行鏈路間的時隙分配可以被一個靈活的轉(zhuǎn)換點改變，以滿足不同的業(yè)務要求。這樣，運用 TDSCDMA 這一技術(shù)，通過靈活地改變上 /下行鏈路的轉(zhuǎn)換點就可以實現(xiàn)所有 3G 對稱和非對稱業(yè)務。合適的 TDSCDMA 時域操作模式可自行解決所有對稱和非對稱業(yè)務以及任何混合業(yè)務的上 /下行鏈路資源分配的問題。 TDSCDMA 的無線傳輸方案綜合了 FDMA， TDMA 和 CDMA 等基本傳輸方法。通過與聯(lián)合檢測相結(jié)合，它在傳輸容量方面表現(xiàn)非凡。通過引進智能天線，容量還可以進一步提高。智能天線憑借其定向性降低 了小區(qū)間頻率復用所產(chǎn)生的干擾，并通過更高的頻率復用率來提供更高的話務量?；诟叨鹊臉I(yè)務靈活性， TDSCDMA 無線網(wǎng)絡可以通過無線網(wǎng)絡控制器（ RNC）連接到交換網(wǎng)絡，如同三代移動通信中對電路和包交換業(yè)務所定義的那樣。在最終的版本里，計劃讓 TDSCDMA 無線網(wǎng)絡與 INTERNET 直接相連。 TDSCDMA 所呈現(xiàn)的先進的移動無線系統(tǒng)是針對所有無線環(huán)境下對稱和非對稱的 3G 業(yè)務所設(shè)計的，它運行在不成對的射頻頻譜上 。TDSCDMA 傳輸方向的時域自適應資源分配可取得獨立于對稱業(yè)務負載關(guān)系的頻譜分配的最佳利用率。 因此， TDSCDMA 通過最佳自適應資源的分配和最佳頻譜效率，可支持速率從 8kbps 到 2Mbps 的語音、互聯(lián)網(wǎng)等所有的 3G 業(yè)務。 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 標準規(guī)范的實質(zhì)性工作主要在 3GPP 體系下完成。在 R4 標準發(fā)布之后的兩年多時間里，大唐與其他眾多的業(yè)界運營商、設(shè)備制造商一起，又經(jīng)過無數(shù)次會議討論、郵件9 組討論，通過提交的大量文稿，對 TDSCDMA 標準規(guī)范的物理層處理、高層協(xié)議棧消息、網(wǎng) 絡和接口信令消息、射頻指標和參數(shù)、一致性測試等部分的內(nèi)容進行了一次次的修訂和完善，使得到目前為止的 TDSCDMAR4規(guī)范達到了相當穩(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)特點和優(yōu)勢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 采用完全相同的標準規(guī)范，包括核心網(wǎng)與無線接入網(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系統(tǒng)之間的無縫漫游、切換、業(yè)務支持的一致性、 QoS 的保證等，也保證了 TDSCDMA 和 WCDMA 在標準技術(shù)的后續(xù)發(fā)展上保持相當?shù)囊恢滦浴? 2020 年 1 月 20 日已經(jīng)被宣布為 中國的國家通信標準 。 (注：說法不確切。 1 月 20 日國家信息產(chǎn)業(yè)部規(guī)定為行業(yè)標準，而非國家的通信標準 ) 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，不論是各個設(shè)備制造商、運營商，還是各個研究機構(gòu)、政府、 ITU，都已經(jīng)開始對 3G 以后的技術(shù)發(fā)展方向展開研究 。在 ITU 認定的幾個技術(shù)發(fā)展方向中，包含了 智能天線技術(shù) 和TDD 時分雙工技術(shù)，認為這兩種技術(shù)都是以后技術(shù)發(fā)展的趨勢，而智能天線和 TDD 時分雙工這兩項技術(shù)，在目前的 TDSCDMA 標準體系中已經(jīng)得到了很好的體現(xiàn)和應用，從這一點中，也能夠看到 TDSCDMA 標準的技術(shù)有相當?shù)陌l(fā)展前途。 另外，在 R4 之后的 3GPP 版本發(fā)布中， TDSCDMA 標準也不同程度地引入了新的技術(shù)特性， 用以進一步提高系統(tǒng)的性能，其中主要包括：通過空中接口實現(xiàn) 基站 之間的同步，作為基站同步的另一個備用方案，尤其適用于緊急情況下對于通信網(wǎng)可靠性的保證；終端定位功能，可以通過智能天線，利用信號到達角對終端用戶位置定位，以便更好地提供基于位置的服務；高速下行分組接入，采用混合自動重傳、自適應調(diào)制編10 碼，實現(xiàn)高速率下行分組業(yè)務支持；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 信號處理，提高無線系統(tǒng)性能；上行增強技術(shù)，采用自適應調(diào)制和編碼、混合 ARQ 技術(shù)、對專用 /共享資源的快速分配以及相應的物理層和高層信令支持的機制，增強上行信道和業(yè)務能力。 在政府和運營商的全力支持下， TDSCDMA 產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟 和 產(chǎn)業(yè)鏈 已基本建立 起來，產(chǎn)品的開發(fā)也得到進一步的推動，越來越多的設(shè)備制造商紛紛投入到 TDSCDMA 產(chǎn)品的開發(fā)陣營中來。隨著設(shè)備開發(fā)、現(xiàn)場試驗的大規(guī)模開展， TDSCDMA 標準也必將得到進一步的驗證和加強。 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信號或數(shù)字信號變換成適合信道傳輸?shù)母哳l信號。該信號稱為已調(diào)信號。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)信號還原成要傳輸?shù)脑夹盘?，該過程稱為解調(diào)。 按照解調(diào)器輸入信號（該信號稱為調(diào)制信號）的形式，調(diào)制可分為模擬調(diào)制 (或連 續(xù)信號 )和數(shù)字調(diào)制。模擬調(diào)制指利用輸入的模擬信號直接調(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。數(shù)字調(diào)制指利用數(shù)字信號來控制載波的振幅、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。針對移動通信信道的特點，已調(diào)信號應具有高的頻譜利用率和較強的抗干擾、 抗衰弱的能力。 高的頻譜利用率要求已調(diào)信號所占的帶寬窄。它意外著已調(diào)信號頻譜的主瓣要窄，同時副瓣的幅度要低（即輻射到相鄰頻道的功率要?。τ跀?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。 對于調(diào)制解調(diào)研究，需要關(guān)心的另一個問題就是可實現(xiàn)性。如采用恒定包絡調(diào)制，則可采用限頻器、低成本的非線性高效功率放大器件。如采用非恒定包絡調(diào)制，則需要采用成本相對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)器本身的復雜性。 TDSCDMA 標準數(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。 167。 四進制相移鍵控 QPSK 12 167。 QPSK 簡介 QPSK 是英文 Quadrature Phase Shift Keying 的縮略語簡稱，意為正交相移鍵控，是一種數(shù)字調(diào)制方式。 四相相移鍵控信號簡稱 “QPSK” 。它分為絕對相移和相對相移兩種。由于絕對相移方式存在相位模糊問題，所以在實際中主要采用相對移相方式 QDPSK。它具有一系列獨特的優(yōu)點，目前已經(jīng)廣泛應用于 無線 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)字信號調(diào)制方式 ,它具有較高的頻譜利用率、較強的抗干擾性、在電路上實現(xiàn)也較為簡單。 167。 基本原理 在 2PSK 信號的表示式中一個碼元的載波初始相位 ? 可以等于 0 或π。將其推廣到四進制時， ? 可以取多個可能值。所以，一個 QPSK 信號碼元可以表示為 )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 信號碼元 s k )(t 看作是由正弦和余弦兩個正交分量合成的信號，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 信號碼元可以看作是兩個特定的 MASK 信號碼元之和。因此，其帶寬和 MASK信號的帶寬相同。 13 下面對