【文章內(nèi)容簡介】 QPSK 調(diào)制的輸出如式（ 211） ： )()2s i n ()()()2c o s ()()( 21 txfttqtxfttits ?? ?? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (211) 式中 x1(t)和 x2(t)分別為同相支路和正交支路的擴(kuò)頻碼，兩擴(kuò)頻碼的碼速率相同但碼結(jié)構(gòu)不同，取值為177。 1。在設(shè)計(jì)時(shí)我們?nèi)?x1(t)和 x2(t)的碼速率是同步的并且相干， x1(t)和 x2(t)彼此獨(dú)立。 信號(hào)解調(diào) QPSK 信號(hào)是由兩個(gè)相互正交的信號(hào)合成的。其原理框圖如圖 27所示： 在同相路和正交路兩路分別設(shè)置一個(gè)相關(guān)器，即用兩個(gè)相互正交的同頻載波信號(hào)分別圖 27 QPSK 解調(diào)原理圖 90176。相移 Sqpsk 匹配濾波 抽樣判決 串 /并轉(zhuǎn)換 載波恢復(fù)換 抽樣判決 匹配濾波 定時(shí)恢復(fù) QPSK信號(hào) DemQpluse DemIpluse DemIqpsk DemQqpsk Sqpsk 還原的二進(jìn)制信息 圖 26 QPSK 信號(hào)產(chǎn)生原理框圖 串 /并轉(zhuǎn)換 脈沖成型 脈沖成型 載波發(fā)生 90 176。相移 二進(jìn)制信息 X 已調(diào)信號(hào) Sqpsk I Q Ipluse Qpluse Iqpsk Qqpsk 12 對(duì)兩個(gè)相干信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。然后信號(hào)經(jīng)過濾波器，即可恢復(fù)出原始相互正交的基帶信號(hào)，最后再經(jīng)過電平判決和串并轉(zhuǎn)換即可還原出原來的信號(hào)。 維特比譯碼 譯碼器的功能就是要根據(jù)某種法則以盡可能低的錯(cuò)誤概率對(duì)編碼輸入信息做出估計(jì)。卷積碼譯碼通常按照最大似然法則譯碼，采用逐步比較的方法來逼近發(fā)送序列的路徑。 所謂逐步比較就是把接收序列的第 j 個(gè)分支碼字和網(wǎng)格圖上相應(yīng)的兩個(gè)時(shí)刻 j 和 j+1時(shí)刻之間的各支路作比較，即和編碼器在此期間可能 輸出的分支碼字作比較，計(jì)算和記錄它們之間的漢明距離，同時(shí)把他們分別累加到 j 時(shí)刻之前的各支路累加到漢明距離之上。比較累加結(jié)果并進(jìn)行選擇，保留漢明距離最小的一條路徑，稱其為幸存路徑，其余的路徑均被刪除。所以 j+1 時(shí)刻進(jìn)入每個(gè)節(jié)點(diǎn)的路徑只有一條，且均為幸存路徑。這一過程直到接收序列的分支碼字全部處理完畢，具有最小漢明距離的路徑即為發(fā)送序列。 CDMA 的技術(shù)特點(diǎn) CDMA 系統(tǒng)是 基于 擴(kuò)頻技術(shù) 的 自干擾 通信 系統(tǒng) 。 系統(tǒng)為 不同的 用戶分配 不同 地址碼 ，且只接收 與發(fā)送 地址碼 相同 的部分，其他部分變成噪音 不接收 。 CDMA 系 統(tǒng)具有 以下特點(diǎn)： （ 1）抗干擾能力強(qiáng) CDMA 擴(kuò)頻技術(shù)的理論基礎(chǔ)建立在香農(nóng)公式之上，香農(nóng)公式表明，系統(tǒng)中信噪比下降時(shí)，信號(hào)差錯(cuò)率會(huì)隨之下降 0。系統(tǒng)的帶寬是非常大的，是其他系統(tǒng)的上百倍。所以在相同的信噪比條件下， CDMA 系統(tǒng)的抗干擾能力 是 比其他系統(tǒng)都好。 （ 2）兼容性好 可以實(shí)現(xiàn) 多個(gè)用戶同時(shí) 發(fā)送，同時(shí)接接收。 CDMA 系統(tǒng)有很大的帶寬，很寬的頻譜，其信號(hào)功率分布在寬頻譜上，有用的信號(hào)功率遠(yuǎn)小于干擾信號(hào)功率，利于信號(hào)隱藏 在噪聲中不被檢測(cè)到。 （ 3） 軟切換 技術(shù) 軟切換即“先通后斷”。簡單的說就是在到達(dá)兩個(gè)基站覆蓋網(wǎng)絡(luò)范圍的臨界點(diǎn)時(shí)，手機(jī)會(huì)先跟新的基站建立起聯(lián)系，確認(rèn)聯(lián)通之后，再斷開與原來基站的聯(lián)系。 通過 這樣的方式 可 不會(huì)因?yàn)榛镜淖兓斐赏ㄔ捴袛?、掉線等現(xiàn)象，保證了通話質(zhì)量。 13 CDMA 的主要應(yīng)用優(yōu)勢(shì) CDMA 技術(shù)現(xiàn)主要應(yīng)用在手機(jī)市場中，其主要優(yōu)勢(shì)有這幾點(diǎn)： (1)較好的聲音質(zhì)量，論文前 部分簡單說明系統(tǒng)抗噪聲干擾能力好，通話噪聲小，語音質(zhì)量接近固定電話。即使在背景噪音較大時(shí)，也可以得到很好的通話質(zhì)量。 (2)輻射小， CDMA 手機(jī)又稱“綠色手機(jī)”，它的最大發(fā)射功率不超過 200mW，在通話過程中 CDMA 系統(tǒng)的發(fā)射功率甚至更小，其輻射作用小到可以忽略不計(jì)。 (3)不易掉線， CDMA 手機(jī)不會(huì)出現(xiàn)信號(hào)變?nèi)鹾腿菀椎艟€的問題， CDMA 信號(hào)發(fā)射方式與GSM 不同，使用的是“先通后斷”的軟切換技術(shù)，保證信號(hào)質(zhì)量。 (4)良好保密性，通話過程中， CDMA 系統(tǒng)有好幾萬億種編碼可能。因此，信息傳輸過程安全。 (5)網(wǎng)速快，這也是其用戶量大的一個(gè)主要原因。 (6)用戶容納量更大。 14 第三章 CDMA 系統(tǒng)仿真分析 MATLAB 的簡介 MATLAB 軟件可視化仿真的功能，結(jié)合了矩陣的計(jì)算、數(shù)據(jù)的分析、圖形圖像的處理以及系統(tǒng)仿真等多種強(qiáng)大的模塊，主要應(yīng)用于研究分析和工程設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。 MATLAB 軟件環(huán)境中包含許多集成軟件包，這些軟件包是用來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)建模仿真的 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。 MATLAB 包含多個(gè)模型庫，這些模型庫能提供的不同功能模塊模型，在 調(diào)試過程中只要改變模塊的對(duì)應(yīng)參數(shù)就能實(shí)現(xiàn)模型的動(dòng)態(tài)仿真功能。通過 MATLAB 軟件的仿真結(jié)果，系統(tǒng)用戶可以實(shí)時(shí)的觀察系統(tǒng)的變化，并根據(jù)觀察的結(jié)果設(shè)計(jì)或改進(jìn)系統(tǒng)的功能。 由于 MATLAB 軟件的使用方法簡單，進(jìn)行仿真就可以很直觀的看到結(jié)果，工作效率很高，因此大受許多領(lǐng)域的青睞 ,是教育、科研、工程以及相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算的學(xué)科中的常用軟件平臺(tái)。以下我們簡單舉一個(gè) MATLAB 在教育學(xué)科《通信原理》中的應(yīng)用，關(guān)于 QPSK 調(diào)制仿真的例子。 我們知道，課本中的公式和框圖對(duì)于我們?cè)诳焖倮斫?QPSK 調(diào)制解調(diào)的的原理上的效果并不顯著，反 而顯得枯燥和難懂。使用 MATLAN 仿真軟件 ,將抽象的原理具體化，有助于學(xué)生直觀的理解原理，能在很大程度上解決問題。如下，表 31 反應(yīng)了 QPSK 編碼與載波相位的關(guān)系： 在 MATLAB 軟件平臺(tái)中新建一個(gè) M file，把實(shí)現(xiàn)調(diào)制的代碼敲進(jìn)去，保存之后點(diǎn)擊運(yùn)行，運(yùn)行的結(jié)果就會(huì)如下圖 31 所示 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ： 表 31 QPSK 編碼與載波相位的關(guān)系 0 a b 0 90 0 0 1 1 0 270 1 1 180 15 從 QPSK 的調(diào)制圖中，我 們就能夠非常直觀的看到并理解 QPSK 調(diào)制的原理，直觀的理解 QPSK 相位和載波相位之間的關(guān)系。 所以以上這個(gè) QPSK 調(diào)制的例子表明， MATLAB 軟件可以作為《通信原理》、《數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)》等課程的基本教學(xué)和實(shí)驗(yàn)仿真工具，通過仿真功能可以解決在教學(xué)過程中遇到的一些問題，有助于同學(xué)們更好的理解課程的原理，提高學(xué)生自主分析問題的能力。 利用 MATLAB 仿真技術(shù)進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn) ,能夠不受許多客觀條件上的限制，有效地彌補(bǔ)某些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不便和不足。有一些在設(shè)備上要求較高，不易操作或不能操作的實(shí)驗(yàn)都可以利用 MATLAB 軟件，通過 仿真得到理論上的結(jié)果 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。因此， MATLAB 總體來說是一款功能齊全，實(shí)用性強(qiáng)的應(yīng)用軟件。 調(diào)試結(jié)果 CDMA 系統(tǒng)的仿真模型如文中第二章提到的圖 21所示。 首先我們?cè)?MATLAB 軟件平臺(tái)中打開源程序代碼 main file，在主程序中設(shè)定一個(gè)斷點(diǎn)，然后點(diǎn)擊 run 標(biāo)志，在工具欄上點(diǎn)擊 step 標(biāo)志，一步一步運(yùn)行調(diào)試程序，觀察通信系統(tǒng)過程中各個(gè)步驟的運(yùn)行情況。再根據(jù)調(diào)試的結(jié)果圖對(duì)整體通信系統(tǒng)進(jìn)行必要的補(bǔ)充和修改，使系統(tǒng)更完 整。以下是程序在升余弦濾波器（ MFType=1）條件下，運(yùn)行過程中調(diào)試出來的各步驟的仿真圖。 圖 31 QPSK 調(diào)制圖 1 0 2 3 4 5 6 1 t/ms 載波信號(hào) 數(shù)據(jù)基帶信號(hào) 1 0 2 3 4 5 6 1 1 t/ms QPSK 鍵控信號(hào) 1 0 2 3 4 5 6 1 1 t/ms 16 系統(tǒng)的主要仿真參數(shù)設(shè)置如下： 控制程序運(yùn)行中的顯示： show = 0； 選擇軟 /硬判決接收： SD = 0； 比特率： BitRate = 9600； 碼片速率： ChipRate = 1228800； 源數(shù)據(jù)數(shù)： N = 184； 匹配濾波器類型 升余弦： MFType = 1； R = 5； Viterbi 生成多項(xiàng)式矩陣： G_Vit = [1 1 1 1 0 1 0 1 1； 1 0 1 1 1 0 0 0 1]； 列數(shù)： K = size(G_Vit, 2)； 行數(shù)： L = size(G_Vit, 1)； walsh 碼的長度： WLen = 64； 仿真信噪比范圍 (dB)： EbNo = [2 : : ]； 原始序列 代碼中 畫原始序列時(shí)域圖的指令： figure。 plot(abs(chips))。 title(39。Chips_Viterbi39。)。 畫出原始序列，原始序列產(chǎn)度 N 為 184，故橫坐標(biāo) 0 到 200，表示取到第 200 個(gè)離散的時(shí)間點(diǎn)。 得到以 下圖 31的 結(jié)果： 17 圖 31 原 始序列 以上為原始序列，序列長度 184。 維特比編碼序列 代碼中畫出維特比編碼后的序列圖的指令： chips = VitEnc(G, [DataBits。 zeros(K1,1)])。 figure。 plot(abs(chips))。 title(39。Chips_Viterbi39。)。 運(yùn)行可以得到以下圖 32的結(jié)果： 18 圖 32 維特比編碼序列 維特比編碼屬于糾錯(cuò)編碼，在原始序列中加入冗余，在接收信噪比惡化的時(shí)候，用于糾錯(cuò)，編碼后碼率變高，帶寬變大。從仿真圖對(duì)比可以看出，編碼之后冗余度增加 ，碼序列變長。原始序列經(jīng)過維特比編碼之后碼速率變大， 信息傳輸速率加快了，相應(yīng)的所需要的傳輸帶寬也就增加了 。 交織編碼序列 代碼中 畫交織編碼序列圖的指令： INTERL = reshape(chips, 24, 16)。 chips = reshape(INTERL39。, length(chips), 1)。 figure。 plot(abs(chips))。 title(39。Chips_Reshape39。)。 運(yùn)行以上指令可以得到以下圖 33的結(jié)果： 19 圖 33 交織編碼得到的序列 交織編碼將序列的 順序打亂，這樣的好處是，在信道受到突發(fā)干擾的時(shí)候，可以將誤碼分散。也就是誤碼不會(huì)集中在一小段時(shí)間，這樣有利于糾錯(cuò)。 加擾碼序列 代碼中 畫加擾碼后得到的序列圖的 指令： [LongSeq Zs] = PNGen(Gs, Zs, N)。 Scrambler = LongSeq(1:64:end)。 ChipsOut = xor(chips, Scrambler)。 figure。 plot(abs(ChipsOut))。 title(39。ChipsOut39。)。 運(yùn)行可以得到以下圖 34的結(jié)果： 20 圖 34 加擾碼得到的序列 在原始序列中，可能會(huì)存在連續(xù)的連 0 或者連 1，這時(shí)，信號(hào)的直流會(huì)變得很大，不利于信號(hào)的傳輸。這時(shí)需要攪擾，在連續(xù) 0 或者連續(xù) 1 的序列中加入破壞脈沖，加擾后碼率不變。擾碼使信號(hào)受到隨機(jī)化處理，變偽隨機(jī)序列。解擾的過程就是加擾的逆過程。 擴(kuò)頻調(diào)制序列 代碼中 畫擴(kuò)頻調(diào)制得到的序列圖的 指令： [x PN MF] = Modulator(TxChips, MFType, Walsh)。 figure。 plot(abs(x))。 title(39。Modulatorn Data39。)。 figure。 pwelch(2*x1)。 運(yùn)行便會(huì)得到如下擴(kuò)頻序列的時(shí)域和頻譜圖 35和 36，擴(kuò)頻序列頻譜是 關(guān)于 π 對(duì)稱 ，而且是周期的 。頻譜的 單位和采樣頻率和帶入 FFT 的點(diǎn)數(shù)有關(guān)系，一般情況下最后會(huì)把它歸一化到 π到π。 21 圖 36中橫坐標(biāo)為 0到 2π。指令中“ 1”是為了去除直流分量，所有的單極性碼（碼元只有 0和 +1），都要做去直流處理。 圖 35 擴(kuò)頻序列時(shí)域圖 圖 36 擴(kuò)頻序列頻譜圖 擴(kuò)頻是用一個(gè)帶寬很大的高速偽隨機(jī)碼序列，將帶寬遠(yuǎn)小于偽隨機(jī)碼序列的傳送信息 22 的帶寬進(jìn)行擴(kuò)展。從上圖可以看出擴(kuò)頻仿 真的結(jié)果與圖 24 擴(kuò)頻信號(hào)傳輸和 25擴(kuò)頻信號(hào)頻譜圖的理論結(jié)果基本相符。調(diào)制之后的碼序列長度由原來的幾百變成了幾萬，帶寬擴(kuò)大。 其中，調(diào)制過程中所選擇的匹配濾波器如圖 37： 圖 37 匹配濾波器 加噪信號(hào) 代碼中 畫加噪信號(hào)圖的指令： noise = 1/sqrt(2)*sqrt(R/2)*( randn(size(x)) + j*randn(size(x)))*10^((EbNo(i) EbEc)/20)。 r = x+noise。 figure。 plot(abs(r))。 title(39。Receive Data39。)。 figure。 pwelch(r)。 運(yùn)行便會(huì)得到如下加噪時(shí)域和頻譜圖 38和 39： 23 圖 38 加噪信號(hào)序列 圖 39 加噪信號(hào)頻譜 24 從圖中