【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 功率一般能控制在 600 毫瓦以下 ,而 CDMA 手機(jī)的問世給人們帶來了 綠色 手機(jī)的曙光 。 因?yàn)榕c GSM 手機(jī)相比 ， CDMA 手機(jī)的發(fā)射功率尚不足其一小零頭。 CDMA 系統(tǒng)發(fā)射功率最高只有 200 毫瓦 ， 普通通話功率可控制在零點(diǎn)幾毫瓦 ， 其輻射作用可以忽略不計(jì) ， 對(duì)健康沒有不良影響?；竞褪謾C(jī)發(fā)射功率的降低將大大延長(zhǎng)手機(jī)的通話時(shí)間 ， 意味著電池、話機(jī)的壽命長(zhǎng)了，對(duì)環(huán)境起到了保護(hù)作用，故稱之為 綠色手機(jī) 。 。 客戶在使用移動(dòng)電話時(shí)往往擔(dān)心自己的移動(dòng)電話被別人監(jiān)聽或盜打 ， 但是要竊聽通話必須要找到碼址。 CDMA 手機(jī) 的用戶每次通話時(shí)系統(tǒng)都將在 2 的 42 次方個(gè)碼中隨機(jī)分配任意一個(gè)碼給該手機(jī)用戶共有 萬億種可能的排列 ， 要想破解密碼或竊聽簡(jiǎn)直不可想象。而且 CDMA 采用的擴(kuò)頻通信技術(shù)使通信具有天然的保密性 ， 其消息在空中信道上被截獲的概率幾乎為零 。另外 CDMA 系統(tǒng)的鑒權(quán)、數(shù)字格式、擴(kuò)頻處理等通話保護(hù)措施 ， 可提供最佳的保密特性防止通信過程中的盜聽和手機(jī)密碼的盜用。 。用戶按不同的序列碼區(qū)分，所以不相同的 CDMA 載波可在相鄰的小區(qū)內(nèi)使用，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃靈活，擴(kuò)展簡(jiǎn)單。 。采用功率控制和可變速率聲 碼器，手機(jī)電池使用壽命延長(zhǎng)。 。 本文的主要內(nèi)容安排 CDMA移動(dòng)通信 系統(tǒng)是一 個(gè)有較長(zhǎng)一段研究歷史的 課題， 21世紀(jì)我們已經(jīng)進(jìn)入到一個(gè)信息化的社會(huì)，沒有信息的傳遞和交流，人們就無法適應(yīng)現(xiàn)代化的快節(jié)奏的生活和工作。人們期望隨時(shí)隨地、及時(shí)可靠、不受時(shí)空限制地進(jìn)行信息交流，提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。 雖然 CDMA通信已經(jīng)走進(jìn)千家萬戶，但是當(dāng)?shù)谌苿?dòng)通信系統(tǒng)蓬勃發(fā)展之時(shí)，對(duì)于第四代（ 4G）或者超三代（ Beyond 3G）移動(dòng)通信技術(shù)的討論已如火如荼地展開。而這些新型通信技術(shù)就須要更高的技術(shù)要求 ，其中包括：更高的通信速率，更寬的網(wǎng)絡(luò)頻譜，靈活性較強(qiáng)，業(yè)務(wù)的多樣性，高度自組織、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)等。 本文以 CDMA 移動(dòng)通信 系統(tǒng)為研究對(duì)象，根據(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(duì)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(guó)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(shì) 。 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(duì) 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(duì)本 論文 的總結(jié) 。 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(hào)；在接收端則采用同樣的偽隨機(jī)地址碼從混合信號(hào)中解調(diào)檢測(cè)出相應(yīng)的信號(hào)。 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(duì)收到的所有信號(hào)進(jìn)行鑒別（相關(guān)檢測(cè)），從中將地址碼與本地地址碼一致的信號(hào)選出，把不一致的信號(hào)除掉 [4]。 CDMA通信系統(tǒng)原理圖如下圖 圖 CDMA通信原理圖 CDMA munication schematic CDMA系統(tǒng)原理框圖如圖 ： 圖 CDMA系統(tǒng)原理框圖 CDMA System Block Diagram 擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 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(hào)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 [2]。 (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(hào)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 Gp 在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，經(jīng)過對(duì)信息信號(hào)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(duì)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(hào)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(hào)與本地碼相匹配時(shí)，所要的信號(hào)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(hào)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(hào)經(jīng)過一個(gè)窄帶濾波器后，有用的信號(hào)被保留，干擾信號(hào)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 Gp 是擴(kuò)頻信號(hào)帶寬 W 與信息帶寬 B 之比，即 /Gp W B? （ ） 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 / 2020( 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 33dB 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 )，接收機(jī)輸入端能承受的干擾信號(hào)比 有用信號(hào)高出的分貝（ dB ）數(shù)。其數(shù)學(xué)表達(dá)方式為 0( ( / ) )M j Gp L s S N dB? ? ? （ ） 式中 Mj 為干擾容限， Gp 為擴(kuò)頻增益， Ls 為系統(tǒng)損耗 ， 0( / )SN 為接收機(jī)輸出信噪比。 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。 例如，某擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的擴(kuò)頻增益 33Gp dB? ，系統(tǒng)損耗 3Ls dB? ， 接收機(jī)的輸出信噪比 0( / ) 10SN? ， 則該系統(tǒng)的干擾容限 20Mj dB? 。這表明該系統(tǒng)最大能承受 20dB (100倍 )的干擾，即當(dāng)干擾信號(hào)功率超過有用信號(hào)功率 20dB 時(shí)，該系統(tǒng)不能正常工作，而二者之差不大于 20dB 時(shí) ,系統(tǒng)仍能正常工作。 由通信原理與信息論中的著名 香 農(nóng)公式 : lg( 1 / )C F T S N? ? ? （ ） 公式中 F為限頻帶寬， T 為限時(shí)時(shí)隙且取 1T? ， /SN為功率信噪比， C 為信道容量。 這一公式指出一個(gè)限時(shí)（ T ）、限頻（ F ）、限功率（ S ）的連續(xù)白色高斯信道，其信道容量可以形象的用三個(gè)主要信號(hào)參量所決定的體積來表示。 三個(gè)參量 F ， T 與 lg(1 / )SN? 所構(gòu)成的體積，當(dāng)容積 C 不變時(shí) ,具有“可塑性”。即三個(gè)參量之間可以互換。 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?yè)Q取信噪比，即當(dāng) C 不變時(shí)，增加頻帶 F 可以降低接收機(jī)接收的信噪門限值 lg(1 / )SN? 。這就是擴(kuò)頻通信的基本原理，即用頻帶換取信噪比。 信道容量為 2log (1 / )C B S N?? （ ） 公式中 B 為 信道帶， /SN為 信噪比， C 信道容量。 圖 信道容量 C的直觀圖示 The channel capacity C of the visual icon (1)主要優(yōu)點(diǎn) B 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 /SN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(duì)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(duì)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。 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(duì)碼分多址通信是非常重要的，對(duì)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)： ； ； ； ； 。 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(hào)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(hào)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(zhǎng)度為 k 的小塊，每段小塊被編碼長(zhǎng)度為 n 的碼字符號(hào)。卷積碼 (n,k,m)由 k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(jí)數(shù)為 m=K— 1，其中 K 是碼的約 束長(zhǎng)度。編碼器存儲(chǔ)階數(shù)等于數(shù)據(jù)序列時(shí)延。 m 級(jí) 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? () 其中 j＝ 1， 2，?， k 表示輸入端數(shù) ,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 ????? ? () 其中 D 是時(shí)延操作符，每一項(xiàng) D 的 指數(shù) 對(duì)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(jí)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 ( ) ( ) ( ) ( )0 1 2( , , , .. .)i i i id d d d? 編碼器 1 比特，那么編碼器輸出序列( ) ( ) ( ) ( )0 1 2( , , , ...)j j j jc c c c? 可以通過合并 ()id (j)和 g 離散卷積得到，即： ( ) ( ) ( )1 * , 1 , 2 , ...,kj i jic d g j n???? () 其中 ( ) ( ) ( )1,11 , 0 , 1 , ...,mkj i jijlic d g l?? ???????? () 基站對(duì)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 1/2R? 、約束長(zhǎng)度為 9 的 (2,1,8)卷積碼。 該卷積碼的生成序列為：