【文章內(nèi)容簡介】 要經(jīng)過后處理和信號放大。解碼器具有獨特的重構(gòu)隨機激勵矢量的相位彌散處理。 信道編碼交織與去交織信道解碼信道編碼的目的在于在原數(shù)據(jù)流中加入冗余信息，使接收機能夠檢測和糾正由于傳輸媒介帶來的信號誤差，同時提高數(shù)據(jù)傳輸速率。這樣來增加符號間的相關(guān)性的，以便在收到干擾的情況下恢復(fù)信號的作用。信道編碼主要包括兩種類型：卷積碼（1/1/3）和 Turbo 碼（1/3） 。卷積碼主要用在語音業(yè)務(wù)，約束長度為9，加 8 個尾比特；Turbo 碼主要用在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，兩個 8 狀態(tài)的并行級聯(lián)碼（PCCC）構(gòu)成，加 6 個尾比特。使用編碼后增加了無效負(fù)荷和傳輸時間，適合糾正非連續(xù)的少量錯誤。 在 WCDMA 系統(tǒng)中提到的交織技術(shù)，它通常跟信道編碼結(jié)合使用。有點是改變數(shù)據(jù)流的傳輸順序，打亂符號間的相關(guān)性，將突發(fā)的錯誤隨機化，從而提高糾錯碼的有效性。如圖 22 所示為碼序列的相關(guān)性。當(dāng)然這樣也存在一些缺點。由于改變了數(shù)據(jù)流的傳輸順序，必須要等整個數(shù)據(jù)塊接收后才能糾錯，加大了處理延時，因此交織深度應(yīng)根據(jù)不同的業(yè)務(wù)要求選擇；在特殊情況下，若干個隨機獨立差錯有可能交織為突發(fā)差錯。+11+11+11+1+11相關(guān)（相關(guān)性100%）（a）+1相關(guān)（0 相關(guān)）（b）圖 22 碼序列的相關(guān)性 擴(kuò)頻與解擴(kuò)表 21 擴(kuò)頻原理用戶 1 UE1 +1 1用戶 2 UE2 1 +1C1: +1 1 +1 1 +1 1 +1 1C2 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1UE1*C1: +1 1 +1 1 1 +1 1 +1UE2*C2: 1 1 1 1 +1 +1 +1 +1UE1*C1+UE2*C2: 0 2 0 2 0 +2 0 +2表 22 解擴(kuò)原理UE1*C1+UE2*C2: 0 2 0 2 0 +2 0 +2UE1 使用 C1 解擴(kuò)：C1 +1 1 +1 1 +1 1 +1 1解擴(kuò)結(jié)果： 0 +2 0 +2 0 2 0 2積分判決： +4（表示 +1） 4（表示 1）UE2 使用 C2 解擴(kuò)：C2 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1解擴(kuò)結(jié)果： 0 2 0 2 0 +2 0 +2積分判決： 4（表示 1） +4（表示 +1）擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)為 Shannon 定理： (21)2log(1)CWSN??關(guān)于 WCDMA 系統(tǒng)的擴(kuò)頻/解擴(kuò)原理的時域、頻域分析將在后面的章節(jié)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。 加擾與解擾數(shù)字通信理論在設(shè)計通信系統(tǒng)時都是假設(shè)所傳輸?shù)谋忍亓髦小?” 、 “1”出現(xiàn)的概率是相等的，實際應(yīng)用中的通信系統(tǒng)以及其中的數(shù)字通信技術(shù)的設(shè)計性能指標(biāo)首先也是這一假設(shè)為前提的。減少連“0”碼或連“1”碼以保證定時恢復(fù)質(zhì)量是數(shù)字基帶傳輸中的一個重要問題，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” 。這樣破壞了系統(tǒng)設(shè)計的前提，破壞了傳輸信道的碼平衡，使得系統(tǒng)有可能回不到設(shè)計的性能指標(biāo)。所以，為了保證在任何情況下進(jìn)入傳輸信道的數(shù)據(jù)碼流中“0”與“1”的概率能基本相等，傳輸系統(tǒng)會用一個偽隨機序列對輸入的傳送碼流進(jìn)行擾亂處理，將二進(jìn)制數(shù)字信息做“隨機化”處理，變?yōu)閭坞S機序列，這種“隨機化”處理通常稱為“擾碼” 。從更廣泛的意義上來說，擾碼能使數(shù)字傳輸系統(tǒng)對各種數(shù)字信息具有透明性，這不但因為擾碼能改善未定時回復(fù)的質(zhì)量，還因為擾碼能夠使信號頻譜彌散而保持穩(wěn)恒，相當(dāng)于數(shù)字信號的功率拓展，使其分散開了，因此擾亂過程又稱為“能量分散”過程。完成擾碼和解擾的電路相應(yīng)稱為擾碼器和解擾器。M 序列是最常用的一種偽隨機序列，它是最長線性反饋移位寄存器序列的簡稱，WCDMA 使用的擾碼是由 m 序列的不同相位異或而成。Gold 碼不需要 GPS 同步，系統(tǒng)靈活性、安全性高，但是碼間的干擾比比 m 序列大。 調(diào)制與解調(diào)在通信系統(tǒng)中，信號的調(diào)制與解調(diào)只是一個頻譜搬移的過程。未經(jīng)調(diào)制的電脈沖信號所占據(jù)的頻帶寬度通常從直流和低頻開始，因而稱為數(shù)字基帶信號（調(diào)制信號） ；調(diào)制的目的是把要傳輸?shù)男盘枺M信號或數(shù)字信號）變換成適合信道傳輸?shù)男盘?，這就意味著把基帶信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€相對基帶頻率而言頻率非常高的帶通信號，該信號成為已調(diào)信號。調(diào)制可以通過是高頻載波隨信號幅度的變化而改變載波的幅度、相位、或者頻率來實現(xiàn)。調(diào)制過程用于通信系統(tǒng)的發(fā)端。在接收端需將以調(diào)信號還原成要傳輸?shù)脑夹盘?，也就是基帶信號從載波中提取出來以便接收者（信宿）處理和理解過程。該過程稱為解調(diào)。第 3 章 WCDMA 系統(tǒng)中的擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)擴(kuò)展頻譜（SS：Spread Spectrum）通信簡稱擴(kuò)頻通信。擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方式，其信號所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所言傳必須的最小帶寬。頻帶的擴(kuò)展是通過一個獨立的碼序列來完成的，用編碼及調(diào)制的方法來實現(xiàn)，與傳的信息數(shù)據(jù)無關(guān)。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)。在 WCDMA 系統(tǒng)中,調(diào)制可分為數(shù)據(jù)調(diào)制和擴(kuò)頻調(diào)制。數(shù)據(jù)調(diào)制是指數(shù)據(jù)以某種方式映射到 I 和 Q 之路。擴(kuò)頻調(diào)制是指 I 和 Q 支路信道碼和擾碼擴(kuò)頻，經(jīng)濾波和載波調(diào)制后輸出。分析 WCDMA 的擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，我們可以分為上行鏈路和下行鏈路來進(jìn)行分析介紹。 上行鏈路的擴(kuò)頻/ 調(diào)制WCDMA 的上行鏈路擴(kuò)頻/調(diào)制原理如圖 31 所示：圖 31 WCDMA 上行鏈路 DPDCH/DPCCH 擴(kuò)頻/ 調(diào)制從圖中可以看出在 5MHZ 帶寬內(nèi)，多路專用物理數(shù)據(jù)信道（ DPDCH）的總數(shù)據(jù)速率小于等于 1024kb/s 時上行 DPDCH 的復(fù)用原理。在 5MHZ 帶寬內(nèi)，傳輸多路 DPDCH 的總數(shù)據(jù)速率等于 2048kb/s 時的原理圖同樣可以用圖 31 表示。區(qū)別僅在于：數(shù)據(jù)速率小于 1024kb/s 時，每條 DPDCHi 被不同的信道碼Cch，di(di=1，2，…)擴(kuò)頻；數(shù)據(jù)速率等于 2048kb/s 時，每對 DPDCH2di1 和DPDCH2di 被一個相同的 Cch，di 擴(kuò)頻。對于高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，一般會要求誤碼率（BER）為 106，對應(yīng) Eb/No 工作點約為 6dB。對于一條數(shù)據(jù)速率為 1024kb/s 碼道，擴(kuò)頻增益為 4，約 6dB，增益余量為，這意味著在 5MHz 帶寬內(nèi)，若要求 BER 為 106，共可傳輸一條速率為1024kb/s 的碼道。若要在單個 5MHz 帶寬內(nèi)傳輸 2048kb/s 的數(shù)據(jù)，則該項業(yè)務(wù)的BER 只能達(dá)到 103。 下行鏈路的擴(kuò)頻/ 調(diào)制下 行 鏈 路 DPCH 的 擴(kuò) 頻 /調(diào) 制 原 理 如 圖 32 所 示 。 數(shù) 據(jù) 調(diào) 制 采 用 QPSK，每 2bit 作 串 /并 轉(zhuǎn) 換 ， 映 射 到 I、 Q 之 路 ， 被 相 同 的 信 道 碼 Cch 擴(kuò) 頻 到 碼 片 速率 ， 在 用 小 區(qū) 內(nèi) 相 同 的 復(fù) 擾 碼 Cscramb 加 擾 。 不 同 的 物 理 信 道 用 不 同 的 信 道碼 Cch， 在 一 個 小 區(qū) 內(nèi) 擾 碼 Cscramb 是 相 同 的 。圖 32 WCDMA 下行鏈路 DPDCH/DPCCH 擴(kuò)頻/ 調(diào)制 直接序列擴(kuò)頻通信 直接序列擴(kuò)頻技術(shù)概述直接序列擴(kuò)頻（DSSS）技術(shù)是當(dāng)今人們所熟知的擴(kuò)頻技術(shù)之一，它與光纖通信和衛(wèi)星通行一起被譽為信息時代三大高新技術(shù)通信傳輸方式。它最初的用途是為軍事通信提供安全保障，由于直接序列擴(kuò)頻技術(shù)是將窄帶信息信號擴(kuò)展成帶寬噪聲信號，所以敵人很難探測到信號。即便是探測到信號，如果沒有正確地編碼，也不能將噪聲信號重新匯編成原始的信號。由于他的抗噪聲性，直接序列擴(kuò)頻技術(shù)也非常適合商業(yè)運用。在容許無線設(shè)備公開使用的電磁環(huán)境里，它對其他傳統(tǒng)微波設(shè)備造成最小的干擾，同時對附近其他設(shè)備有更高的抗擾性。直接序列擴(kuò)頻技術(shù)通過將射頻載波和偽噪聲（PN）數(shù)字信號有效地相乘來執(zhí)行數(shù)據(jù)處理。首先，直擴(kuò)技術(shù)通過相應(yīng)的調(diào)制手段（BPSK 、QPSK 、QAM 等）將 PN 碼調(diào)制到信息信號上。然后用一個雙重平衡混頻器將射頻載波和經(jīng) PN 碼調(diào)制的載波相乘來進(jìn)行解調(diào)。解調(diào)后輸出一個接收端的射頻信號。這解調(diào)的射頻信號和噪聲信號的功率最接近時它的功率最高，并且和信道的噪聲最“相關(guān)” 。然后，將這“相關(guān)”的信號過濾、解調(diào)，就可以恢復(fù)初始數(shù)據(jù)。由于 PN 碼的帶寬很寬，所以可以在不丟失信息的情況下，將信號能量降低到噪聲限度以下，通常將輸出功率頻譜主瓣的零值到零值的帶寬（2 ）認(rèn)定為cR直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的帶寬。 在本實驗中采用直接序列擴(kuò)頻的方式來展寬信號頻譜。 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的原理直接序列擴(kuò)頻就是用比信息速率高很多倍的偽隨機噪聲碼相乘來達(dá)到擴(kuò)展信號的帶寬，擴(kuò)頻通信是一種信息傳輸方式，其信號所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必須的最小帶寬。圖 33 擴(kuò)頻原理框圖如圖 33 所示，直接序列擴(kuò)頻是直接利用具有高碼率的擴(kuò)頻系列采用各種調(diào)制方式在發(fā)送端，將要發(fā)送的信息用偽隨機（PN）序列擴(kuò)展到一個很寬的頻帶上去，在接收端，用于發(fā)送端擴(kuò)展用的相同的偽隨機序列對接收到的擴(kuò)頻信號進(jìn)行相關(guān)處理，恢復(fù)出原來的信息。它是一種數(shù)字調(diào)制方法，具體說，就是將信源與一定的 PN 碼（偽噪聲碼）進(jìn)行模二加。例如在發(fā)射端將“1”用 11000100110，而將“0”用 00110010110 去代替，這個過程就實現(xiàn)了擴(kuò)頻，而在接收端只要把收到的序列如果是 11000100110 就恢復(fù)成“1” ，是 00110010110 就恢復(fù)成“0” ，就實現(xiàn)了解擴(kuò)。這樣下來，信源速率就被提高了 11 倍，同時也使處理增益達(dá)到10dB 以上，從而有效地提高了整機的信噪比。如 34 所示，一般的無線擴(kuò)頻通信系統(tǒng)都要進(jìn)行三次調(diào)制。一次調(diào)制為信息調(diào)制，二次調(diào)制為擴(kuò)頻調(diào)制，三次調(diào)制為射頻調(diào)制。接收端有相應(yīng)的射頻解調(diào)，擴(kuò)頻解調(diào)和信息解調(diào)。信源 擴(kuò)頻 調(diào)制PN 碼 振蕩器高放 混頻 解擴(kuò)本振 PN 碼解調(diào)同步圖 34 直接序列擴(kuò)頻通信原理 直接序列擴(kuò)頻的主要技術(shù)優(yōu)點直擴(kuò)系統(tǒng)射頻帶寬很寬，小部分頻譜衰落不會使信號頻譜嚴(yán)重的畸變。直擴(kuò)系統(tǒng)能夠利用多徑干擾（由于電磁波傳播過程中遇到各種反射體引起，是接受端接收信號產(chǎn)生失真，導(dǎo)致碼間串?dāng)_，引起噪音增加）的能量提高系統(tǒng)的性能?？垢蓴_性強：抗干擾是擴(kuò)頻通信主要特性之一，比如信號擴(kuò)頻寬度為100倍，窄帶干擾基本上不起作用，而寬帶干擾的強度降低了100倍，如要保持原干擾強度，則需加大100倍總功率，這實質(zhì)上是難以實現(xiàn)的。因信號接收需要擴(kuò)頻編碼進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)處理才能得到，所以即使以同類型信號進(jìn)行干擾，在不知道信號的擴(kuò)頻碼的情況下，由于不同擴(kuò)頻編碼之間的不同的相關(guān)性，干擾也不起作用。正因為擴(kuò)頻技術(shù)抗干擾性強，美國軍方在海灣戰(zhàn)爭等處廣泛采用擴(kuò)頻技術(shù)的無線網(wǎng)橋來連接分布在不同區(qū)域的計算機網(wǎng)絡(luò)。 直擴(kuò)系統(tǒng)具有很強的保密性能。在直擴(kuò)系統(tǒng)中，射頻帶寬很寬，頻譜度很低，甚至淹沒在噪音中，就很難檢查到信號的存在。由于直擴(kuò)信號的頻譜密度很低，直擴(kuò)系統(tǒng)對其它系統(tǒng)的影響就很小。 易于實現(xiàn)碼分多址：直擴(kuò)通信占用帶寬頻譜資源通信，改善了抗干擾能力是否浪費了頻段？其實不然，擴(kuò)頻通信提高了頻帶的利用率。正是由于擴(kuò)頻通信要用擴(kuò)頻碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制發(fā)送，而信號就收需要用相同的擴(kuò)頻編碼作相關(guān)解擴(kuò)才能得到，這就給頻率復(fù)用和多址通信提供了基礎(chǔ)。充分利用不同碼型的擴(kuò)頻編碼之間的相關(guān)性，分配給不同用戶不同的擴(kuò)頻編碼，就可以區(qū)別不同的用戶的信號，眾多用戶，只要配對使用自己的擴(kuò)頻編碼，就可以互不干擾地同時使用同一頻率通信，從而實現(xiàn)了頻率復(fù)用，使擁擠的頻譜得到充分利用。發(fā)送者可用不同的擴(kuò)頻編碼，分別向不同的接收者發(fā)送數(shù)據(jù)；同樣，接收者用不同的擴(kuò)頻編碼，就可以收到不同的發(fā)送者送來的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了多址通信。第 4 章 基于 MATLAB 的 WCDMA 系統(tǒng)的擴(kuò)頻方案 Simulink 簡介Simulink 是 MATLAB 最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink 具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點 Simulink 已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理