【導讀】題目CDMA通信原理及系統(tǒng)仿真_. 專業(yè)名稱通信工程。畢業(yè)時間2021年7月。西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文

　　

【正文】 調(diào)制；用數(shù)據(jù)或數(shù)字信號調(diào)制稱為數(shù)字調(diào)制。按被調(diào)信號的種類可分為脈沖調(diào)制、正弦波調(diào)制和強度調(diào)制 (如對非相干光調(diào)制 )等。調(diào)制的載波分別是脈沖，正弦波和光波等。正弦波調(diào)制有幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制三種基本方式，后兩者合稱為角度調(diào)制。此外還有一些變異的調(diào)制，如單邊帶調(diào)幅、殘留邊帶調(diào)幅等。脈沖調(diào)制也可以按類似的方法分類。此外還有復合調(diào)制和多重調(diào)制等。不同的調(diào)制方式有不同的特點和性能。 解調(diào)是從攜帶消息的已調(diào)信號中恢復消息的過程。在各種信息傳 輸或處理系統(tǒng)中，發(fā)送端用所欲傳送的消息對載波進行調(diào)制，產(chǎn)生攜帶這一消息的信號。接收端必須恢復所傳送的消息才能加以利用，這就是解調(diào)。 解調(diào)是調(diào)制的逆過程。調(diào)制方式不同，解調(diào)方法也不一樣。與調(diào)制的分類相對應，解調(diào)可分為正弦波解調(diào)（有時也稱為連續(xù)波解調(diào)）和脈沖波解調(diào)。正弦波解調(diào)還可再分為幅度解調(diào)、頻率解調(diào)和相位解調(diào)。同樣，脈沖波解調(diào)也可分為脈沖幅度解調(diào)、脈沖相位解調(diào)、脈沖寬度解調(diào)和脈沖編碼解調(diào)等。對于多重調(diào)制需要配以多重解調(diào)。 解調(diào)的方式有正弦波幅度解調(diào)、正弦波角度解調(diào)和共振解調(diào)技術(shù)。 CDMA通信系統(tǒng)中常 采用的調(diào)制方式有以下幾種 : 最小頻移鍵控（ MSK） ； 高斯濾波最小頻移鍵控（ GMSK） ； 四相相移鍵控（ QPSK） ； 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 20 偏移四相相移鍵控（ OQPSK） ； 四相相對相移鍵控（ DQPSK） ； π/4正交相移鍵控（ π/4－ DQPSK） ； 正交幅度調(diào)制 (QAM)； 正交頻分復用 (OFDM)； 擴頻調(diào)制 ； 所謂“最小”是指這種調(diào)制方式能以最小的調(diào)制指數(shù) ()獲得正交信號； 所謂“快速”是指在給定同樣的頻帶內(nèi)， MSK 能比 2PSK 的數(shù)據(jù)傳輸速率更高，且在帶外的頻譜分量要比 2PSK 衰減的快。 調(diào)制前先利用高斯濾波器將基帶信號成形為高斯型脈沖，再進行 MSK調(diào)制，這樣的調(diào)制方式稱為高斯最小頻移鍵控 (GMSK)。 QPSK 信號是利用正交調(diào)制方法產(chǎn)生的，其原理：先對輸入數(shù)據(jù)作串 /并變換，即將二進制數(shù)據(jù)每兩比特分成一組，得到四種組合： （ 1， 1）、（ 1， 1）、（ 1，1）和 （ 1， 1），每組的前一比特為同相分量，后一比特為正交分量。然后利用同相分量和正交分量分別對兩個正交的載波進行 2PSK 調(diào)制，最后將調(diào)制結(jié)果疊加，得到 QPSK 信號。 對 QPSK 做正交調(diào)制時，將正交分量 Q(t)的基帶信號相對于同向分量 I(t)的基帶信號延遲半個碼元間隔（ TS/2 一個比特間隔）。這種方法稱為偏移四相相移鍵控。 如果采用相干解調(diào)方式，理論上 OQPSK 信號的誤碼性能與相干解調(diào)的QPSK 相同。但是，頻帶受限的 OQPSK 信號包絡起伏比頻帶受限的 QPSK 信號小，經(jīng)限幅放大后頻譜展寬的少，所以 OQPSK 的性能優(yōu)于 QPSK。 π/4 QPSK 信號在 QPSK 和 OQPSK 基礎上發(fā)展起來的，與 QPSK 和 OQPSK相比，它有以下優(yōu)點： 在四進制碼元轉(zhuǎn)換時 刻，當前碼元的相位相對于前一碼元的相位改變 177。450或 177。1350； （ 2)可以使用非相干解調(diào)，避免 QPSK 信號相干解調(diào)中的“倒 π現(xiàn)象”。 如果能夠使已調(diào)信號的相位在兩組之間交替跳變，則相位跳變值就只能有 π/4，從而避免了 QPSK信號相位突變的現(xiàn)象。而且相鄰碼元間至少有 π/4的相位變化，西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 21 從而使接收機容易 進行時鐘恢復和同步。 由于最大相移比 QPSK 最大相移小，所以稱為移位 QPSK，簡稱為 π/4 QPSK。 需要指出的是， π/4 QPSK 的優(yōu)勢還在于它可以采用差分檢測，這是 因為 π/4 QPSK 信號內(nèi)的信息完全包含在載波的兩個相鄰碼元之間的相位差中。差分檢測是一種非相干解調(diào)，這大大簡化了接收機的設計。而且，通過研究還發(fā)現(xiàn)，在存在多徑和衰落時 , π/4 QPSK 的性能優(yōu)于 OQPSK. 正交振幅調(diào)制 (QAM)是一種幅度和相位聯(lián)合鍵控 (APK)的調(diào)制方式。它可以提高系統(tǒng)可靠性，且能獲得較高的信息頻帶利用率，是目前應用較為廣泛的一種數(shù)字調(diào)制方式。 正交振幅調(diào)制是用兩路獨立的基帶數(shù)字信號對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波的雙邊帶調(diào)制，利用已調(diào)信號在同一帶寬內(nèi)頻譜正交 的性質(zhì)來實現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息傳輸。 正交頻分復用 （ OFDM） 是一種多載波傳輸技術(shù)，它不是如今才發(fā)展起來的新技術(shù)，早期主要用于軍用的無線高頻通信系統(tǒng)，由于其實現(xiàn)的復雜限制了它的進一步應用。直到 20 世紀 80 年代，人們提出了采用離散傅里葉變換來實現(xiàn)多個載波的調(diào)制，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得 OFDM 技術(shù)更趨于實用化。 擴頻調(diào)制，它的載波采用寬帶的偽噪聲 (PN)序列，它是用擴頻頻譜的方法來換取信噪比的系統(tǒng)。 擴展頻譜技術(shù)的理論基礎是：香農(nóng)建立的關于通信系統(tǒng)效能的理論；即增加頻帶可以降低接收的信噪比 門限值，這就是擴頻通信的基本，即用頻帶來換取信噪比。 把用擴展頻譜的方法換取信噪比的系統(tǒng)稱為擴頻 (SS)通信系統(tǒng)。 擴展頻譜系統(tǒng)必須滿足兩條準則： (1)傳輸帶寬遠大于被傳送的原始信號的帶寬或速率； (2)傳輸帶寬主要由擴頻函數(shù)決定，此擴頻函數(shù)常用的是偽隨機編碼信號，而被傳送的原始信號本身不再是確定傳輸帶寬的決定因素。 擴展頻譜通信的實質(zhì)：在發(fā)送端用一個偽隨機編碼信號（擴頻函數(shù)）將發(fā)送信號的帶寬擴展，然后再送入信道傳輸，在接收端對收到的擴頻信號進行相關處西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 22 理以便將它恢復成窄帶信 號，再從中解調(diào)出所需信息。 四種擴頻調(diào)制方式 直接序列擴頻系統(tǒng) 又稱偽噪聲調(diào)制系統(tǒng)，簡稱 (DS)系統(tǒng)或 (PN)系統(tǒng)。它是用一個速率很高的數(shù)字編碼序列去直接調(diào)制射頻載波，從而使射頻帶寬較原始信號帶寬大得多的一種擴頻通信方式。 跳頻擴頻系統(tǒng) 跳頻是指在無線電設備工作過程中，載波頻率不斷自動跳變，用簡略的術(shù)語表達就是“多頻、選碼、頻移鍵控。 線性調(diào)頻系統(tǒng) 又稱鳥聲 (Chirp)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的載波頻率在一個給定的脈沖時間間隔內(nèi)線性地掃過 — 個很寬的頻段。線性調(diào)頻多 用于雷達系統(tǒng)中。 時間跳變系統(tǒng) 簡稱跳時 (TH)系統(tǒng)。它是用偽碼序列啟閉信號的發(fā)射時刻和時間。發(fā)射信號的“有”、“無”同偽碼序列一樣是偽隨機的，跳時一般和跳頻結(jié)合起來使用，兩者一起構(gòu)成“時頻跳變”系統(tǒng)。 CDMA 信道調(diào)制 反向信道調(diào)制 反向 CDMA 信道由接人信道和反向業(yè)務信道組成。反向信道上發(fā)送的所有數(shù)據(jù)都經(jīng)過卷積編碼、塊交織、 64 階正交調(diào)制和長碼直接序列擴展再發(fā)送。 反向 CDMA 信道被移動臺用來和基站通信，同時在發(fā)送之前通過直接序列擴頻共享相同的 CDMA 頻率分配。反向 CDMA 信道是從移動臺到基站的反向鏈路。在反向 CDMA 信道發(fā)送的數(shù)據(jù)被封裝成 20ms 幀。反向 CDMA 信道包括接人信道和反向業(yè)務信道。接人信道用于短信令消息交換，提供呼叫發(fā)起、尋呼響應、指令和注冊。反向業(yè)務信道用于從單個移動臺向單個或多個基站傳輸用戶數(shù)據(jù)和信令業(yè)務。 （ 1）反向接入信道的調(diào)制原理框圖如圖 ： 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 23 反 向 接 入信 道 的 信息 比 特增 加 8個 尾比 特卷 積編 碼符 號重 復塊 交織6 4 階正 交調(diào) 制長 碼擴 譜O Q P SK 調(diào) 制基 帶濾 波射 頻調(diào) 制 圖 反向接入信道的調(diào)制原理框圖 （ 2）反向業(yè)務信道的調(diào)制原理框圖如圖 ： 反 向 業(yè) 務信 道 的 信息 比 特增 加 幀 質(zhì) 量 指 示 比特 （ 9 6 0 0 b i t / s 或4 8 0 0 b i t / s ）增 加 8 個尾 比 特卷 積 編 碼 r = 1 / 3 , k = 9符 號 重 復塊 交 織6 4 階 正 交調(diào) 制數(shù) 據(jù) 突 發(fā)隨 機 化長 碼 擴 譜O Q P S K 調(diào)制基 帶 濾 波射 頻 調(diào) 制 圖 反向業(yè)務信道的調(diào)制原理框圖 前向信道的調(diào)制 前向 CDMA 信道包含導信 信 道、同步信道、尋呼信道和前向業(yè)務信道。這些信道每路都經(jīng)過適當?shù)?Wash 函數(shù)正文擴展，然后以 交相位導頻 PN 序列擴展 。 (1) 前向?qū)ьl信道的調(diào)制原理框圖如圖 : 導 頻 信 息 比特 （ 全 0 ）W a l s h函 數(shù) 正交 擴 譜Q P S K 調(diào)制基 帶 濾波射 頻 調(diào)制 圖 前向?qū)ьl信道的調(diào)制原理框圖 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 24 (2)前向同步信道的調(diào)制原理框圖如圖 : 同 步 信道 比 特卷 積 編碼碼 符 號重 復塊 交 織W a l s h函 數(shù) 正交 擴 譜Q P S K 調(diào)制基 帶 濾波射 頻 調(diào)制 圖 前向同步信道的調(diào)制原理框圖 (3) 前向?qū)ず粜诺赖恼{(diào)制原理框圖如圖 尋 呼 信道 比 特卷 積 編碼 r = 189。 , k = 9碼 符 號重 復塊 交 織數(shù) 據(jù) 擾碼W a l s h 函 數(shù) 正交 擴 譜Q P S K 調(diào)制基 帶 濾波射 頻 調(diào)制 圖 前向?qū)ず粜诺赖恼{(diào)制原理框圖 (4) 前向業(yè)務信道調(diào)制的原理框圖如圖 : 前 向 業(yè) 務信 道 的 信息 比 特增 加 幀 的 質(zhì) 量 指示 比 特（ 9 6 0 0 b i t / s 或4 8 0 0 b i t / s 時 ）增 加 8 個尾 比 特卷 積 編 碼 r = 189。 , k = 9碼 符 號 重復塊 交 織數(shù) 據(jù) 擾 碼插 入 功 率控 制 比 特W a l s h 函數(shù) 擴 譜O Q P S K 調(diào)制基 帶 濾 波射 頻 調(diào) 制 圖 前向業(yè)務信道調(diào)制的原理框圖 CDMA 系統(tǒng)干擾分析 ：上行干擾與下行干擾。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 25 ：同頻干擾和非同頻干擾。 源分： (1)強信號干擾：這種干擾是指合法的信號占用合法的頻率，由于功率過強，造成臨近頻段接收設備阻塞。最常見的為 CDMA 下行對 GSM 上行、固定頻率直放站等的干擾。 (2)固定頻率的干擾：具有固定頻率的干擾源工作于移動通信頻段。這種干擾的頻率幾乎不變，或在小范圍內(nèi)抖動，上下行都可能存在。上述的強信號干擾，實際上也是固定頻率的干擾之一，只不過強信號工作在合法的頻率上。 (3)寬頻直放站干擾：這種干擾信號頻率不變，此起彼伏，一般為 EMI 問題或有意干擾。 (4)互調(diào)干擾：互調(diào)干擾是由于外部一個或多個無線信號源由饋 纜進入接收裝置的非線性放大器產(chǎn)生的。 CDMA 系統(tǒng)，干擾可分類為系統(tǒng)內(nèi)部干擾和系統(tǒng)外部干擾。 (1)內(nèi)部干擾： CDMA 信號共享相同的載波，相互之間會產(chǎn)生干擾，包括本小區(qū)和相鄰小區(qū)的干擾，干擾強弱取決于本小區(qū)和相鄰小區(qū)的業(yè)務情況，這種干擾稱為自干擾、同信道干擾、共信道干擾。 (2)外部干擾：外部干擾源（非 CDMA）對 CDMA 信號同樣會產(chǎn)生干擾影響。 CDMA 系統(tǒng)，外部干擾可以歸納為以下幾類： (1)強 信號干擾：干擾信號雖然不占有移動通信系統(tǒng)的頻率，但由于功率過高 ,造成相鄰頻段的移動通信系統(tǒng)阻塞 。微波、電視發(fā)射臺、無線尋呼等放大功率設備可能引起這種干擾。 (2)固定頻率的干擾：這種干擾多見于舊有的專用無線電系統(tǒng)占用移動資源，由于干擾源是專用通信系統(tǒng)，干擾信號比較穩(wěn)定。 (3)寬頻直放站干擾：主要存在于上行頻段，這種干擾的特點是頻帶寬，幾乎占據(jù)整個上行頻段。 (4)雜亂信號干擾：這種干擾信號頻率不定，變化很大。 對于外部干擾，需要根據(jù)具體情況進行處理，比如同頻的其他系統(tǒng)的干擾，需要將其中的一個系統(tǒng)調(diào)整為其他的頻點。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 26 本章小結(jié) 本章首先介紹了調(diào)制的一些基本知識 ,調(diào)制在通信系統(tǒng)中是必不可少的部分 ，而在無線通信系統(tǒng)中信道是比較復雜的。在無線通信中，發(fā)射信號在傳播過程中往往受到環(huán)境中的各種物體所引起的遮擋、吸收、反射、折射和衍射的影響，形成多條路徑信號分量具有不同的傳播時延、相位和振幅，并附有信道噪聲，它們的疊加會使復合信號相互抵消或增強，導致嚴重的衰落，這就需要對系統(tǒng)中的信號及信道進行適當?shù)恼{(diào)制。所以后面緊接著介紹了幾種實用的信道調(diào)制，最后研究了 CDMA 信道在不同序列和干擾下的函數(shù)參數(shù)，以及在不同效應和干擾下造成的影響。