【正文】 ( , , ) ( ) ( , )s c f t c t s f t? () 其中， 是碼型函數(shù)， 為時間和頻率的函數(shù)。 CDMA 多址技術(shù)的優(yōu)點 CDMA 多址技術(shù)的原理是基于擴頻技術(shù)，即將需要傳送的具有一定帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個帶寬遠大于信息帶寬的高速偽隨 機碼進行調(diào)制，再經(jīng)載波調(diào)制發(fā)送出去。 與 FDMA 和 TDMA 相比， CDMA 具有許多獨特的優(yōu)點，其中一部分是擴頻通信系統(tǒng)所固有，另一部分則是由軟切換和功率控制等技術(shù)所帶來的。 這些屬性使 CDMA 比其他系統(tǒng)具有以下幾點非常重要的優(yōu)勢。 理論上 CDMA 移動網(wǎng)比模擬網(wǎng)大 20 倍。 在 CDMA 系統(tǒng)中，用戶數(shù)的增加相當(dāng)于背景噪聲的增加，造成話音質(zhì)量的下降。另外，多小區(qū)之間可根據(jù)話務(wù)量和干擾情況自動均衡。 這里指的是 CDMA 系統(tǒng)具有較高的話音質(zhì)量，聲碼器可以動態(tài)地調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率，并可根據(jù)適當(dāng)?shù)拈T限值選擇不同的電平級發(fā)射。另外， CDMA 系統(tǒng)“掉話”的現(xiàn)象明顯減少， CDMA 系統(tǒng)采用軟切換技術(shù)，即“先連接再斷開”，這樣完全克服了硬切換容易掉話的缺點。 普通的手機 GSM 和模擬手機功率一般能控制在 600 毫瓦以下 ,而 CDMA 手機的問世給人們帶來了 綠色 手機的曙光。 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幾毫瓦，其輻射作用可以忽略不計，對健 康沒有不良影響。 。 CDMA 手機的用戶每次通話時系統(tǒng)都將在 2 的 42 次方個碼中隨機分配任意一個碼給該手機用戶共有 萬億種可能的排列，要想破解密碼或竊聽簡直不可想象。另外 CDMA 系統(tǒng)的鑒權(quán)、數(shù)字格式、擴頻處理等通話保護措施，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，擴展簡單。采用功率控制和可變速率聲碼器，手機電池使用壽命延長。 本文的主要內(nèi)容安排 CDMA 移動通信系統(tǒng)是一個有較長一段研究歷史的課題， 21 世紀(jì)我們已經(jīng)進入到一個信息化的社會，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。雖然 CDMA 通信已經(jīng)走進千家萬戶，但是當(dāng)?shù)谌苿油ㄐ畔到y(tǒng)蓬勃發(fā)展之時，對于第四代（ 4G）或者超三代（ Beyond 3G）移動通信技術(shù)的討論已如火如荼地展開。 本文以 CDMA 移動通信系統(tǒng)為研究對象，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，并對部分計算模型進行仿真。 第二章介紹 CDMA 基本理論以及 CDMA 的物理層基本原理知識。 第四章對 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。 在碼分多址通信系統(tǒng)中，利用自相關(guān)性強而互相關(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 ，對收到的所有信號進行鑒別（相關(guān)檢測），從中將地址碼與本地地址碼一致的信號選出，把不一致的信號除掉。 擴頻通信確切地說稱為擴譜通信更為恰當(dāng)，因為被擴展的是信號頻譜帶寬，不過習(xí)慣上均稱為擴頻，它是 一類寬帶通信系統(tǒng)。 (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)時間， F 為傳送信號擴頻碼序列 (chip)所占用的帶寬。 若 FR，即 ( / ) 10 ~ 60 )F R dB? ，則稱該系統(tǒng)為寬帶通信系統(tǒng)。碼分多址 CDMA 就是一類典型的擴頻寬帶通信系統(tǒng)。擴頻通信系統(tǒng)的擴頻部分是一個帶寬比信息帶寬得多的偽隨機碼（ PN碼）對信息數(shù)據(jù)進行調(diào)制，解擴則是將接收到的擴展頻譜信號與一個和發(fā)端偽隨機碼完全的本地碼相關(guān)來 實現(xiàn)的。而任何不匹配的輸入信號則被本地碼擴展至本地碼的帶寬或更寬的頻帶上。而擴頻增益 是擴頻信號帶寬 B 與信息帶寬 之比，即 /Gp W B? （ ） 它表示了擴頻通信系統(tǒng)信噪比改善的程度，是擴頻通信系統(tǒng)一個重要指標(biāo)。 (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 )，接收機輸入端能承受的干擾信號比有用 信號高出的分貝（ dB ）數(shù)。 干擾容限直接反映了擴頻通信系統(tǒng)接收機允許的極限干擾強度，它往往能比擴頻增益更確切地表征系統(tǒng)的抗干擾能力。這表明該系統(tǒng)最大能承受 (100 倍 )的干擾，即當(dāng)干擾信號功率超過有用信號功率 時，該系統(tǒng)不能正常工作，而二者之差不大于 時 ,系統(tǒng)仍能正常工作。 這一公式指出一個限時（ 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主要信號參量所決定的體積來表示。即三個參量之間可以互換。其中 Shannon（香農(nóng)）公式指出：可以采用頻帶 F 來換取信噪比，即當(dāng) C 不變時，增加頻帶 可以降低接收機接收的信噪門限值 。 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。 ：在允許的一定誤碼率的條件下，可以實現(xiàn)很低的 值下進行通信，即允許很強的干擾 。 ，由于擴頻屬于寬帶系統(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。 ，時頻二維地址劃分使?jié)撛诘刂窋?shù)量增大。 ，擴頻系統(tǒng)易于實現(xiàn)多種形式分集接收并提高抗干擾性。 。 ，實現(xiàn)大容量通信仍存在一定困難。具有良好的相關(guān)特性和隨機性的地址碼和擴頻碼對碼分多址通信是非常重要的，對系統(tǒng)的性能具有決定的作用。理想的地址碼和擴頻碼主要應(yīng)具有如下特點： ； ； ； ； 。就地址碼而言，目前采用的是沃爾什碼。但是，該碼組內(nèi)的各碼由于所占頻譜帶寬不同等原因，不能用作擴頻碼。因為真正的隨機信號和噪聲是不能重復(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來近似隨機噪聲的性能，故稱之為偽隨機碼或 PN 碼。但是 PN 碼由于其互相關(guān)值不是處處為零，用作擴頻碼且同時作為地址碼時，系統(tǒng)的性能將受到一定的影響。 卷積編碼、塊 交織 現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)常常設(shè)計成以非常高的速率傳輸。為了防止系統(tǒng)出錯 ,經(jīng)常會使用卷積碼。卷積碼 (n,k,m)由 k條輸入、具有 m階存儲的 n 條輸出線性時序電路實現(xiàn)。特別地，當(dāng) k=1 時，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)膶嶋H應(yīng)用。編碼器存儲階數(shù)等于數(shù)據(jù)序列時延。方程 ()也可以以多項式形式表達為： ( ) ( ),0()mjjiig D g D ????? ? () 其中 D 是時延操作符，每一項 D 的指數(shù)對應(yīng)于該項的單位時延數(shù)。每個生成序列包含 m+1 位二進制數(shù)。前向 CDMA 信道使用碼率 、約束長度為 9 的 (2,1,8)卷積碼。 初始化后第一個輸出符號 是由生成序 列 編碼的符號，第二個輸出符號 是由生成序列 編碼的符號。這24 比持由 16 位信息比特和 8 位編碼器尾比特組成，最后 8 位編碼尾比特全部設(shè)成 0。由于 16位 信 息 比 特 后 面 有 8 位 編 碼 器 比 特 ， 則 前 向 業(yè) 務(wù) 信 道 幀 表 示 為M=(101010010000010100000000)或者寫成多項式形式 : 152 4 7 1 3( ) 1M x x x x x x? ? ? ? ? ? () 由于 m＝ 8， n＝ 2，因此該編碼器包含一個具有 2 個模 2 加法器的 8 級移位寄存器和用于編碼器連續(xù)輸出的轉(zhuǎn)向器。 k的大小隨著信息速率的不同而不同。這將反映在如何利用額外的維數(shù)和冗余來提高性能。 交織是排列符號序列的過程。 交織常重復(fù)或編碼相結(jié)合，是一種防止突發(fā)錯誤的時間分集形式。如果傳送時發(fā)生突法錯誤，恢復(fù)原來順序就可以在時間上分散錯誤。 最常見的交織技術(shù)的兩種中，最常見的類型是塊交織。另一方面，卷積交織對連續(xù)少數(shù)據(jù)流來說是比較實用的類型。連續(xù)操作使得卷積交織的初始開銷變得不重要。 有幾個描敘交織器性能的參數(shù)。一般來說這個參數(shù)依賴于突發(fā)長度，突發(fā)長度增加則 S變小。交織時，讀取一部分符號同時需要存儲另一些符號，因此就帶來了延時。延時 D 表示交織和解交織時帶來的額外讀 /寫操作量。為了達到較好的交織器性能，最小間隔越大越好，延時和存儲容量越小越好。 一個 (I,J)的塊交織器 可以看成是一個 J 行 I 列的存儲矩陣。符號從矩陣的左上角開始寫入，從右下角開始讀出。 塊交織器特性很容易通過觀察矩陣得到。兩個錯誤之間的最小間隔可以由下式給出 : () 交織延時在發(fā)端是 IJ,在接收端是 IJ，因此總延時是 2D I J?? () 為了連續(xù)的操作 ,需要兩個矩陣 ,存儲的要求就是 2M I J?? () 交織器的最小間隔可以通過改變讀出的行順序來改變 ,延時和存儲要求在這個操作中不變。然而，這種方法使得 時 。IS95 就用了這樣的技術(shù)。 IS95 系統(tǒng)交織一幀之內(nèi)的數(shù)據(jù)，除了同步信道之外，其他信道都是 20 毫秒，同步信 道的一幀周期上 毫秒。例如，反向鏈路通過矩陣之中以非傳統(tǒng)的方法讀出各行數(shù)據(jù)以改變最小間隔特性。為了滿足 3G 業(yè)務(wù)的需求， CDMA2021 提出了更多種類的物理信道，其中有一部分是為了保持 后相兼容，也有一部分是為了支持其要求的數(shù)據(jù)傳輸以及信令需求。其可分為前向鏈路物理信道和反向鏈路物理信道。前向鏈路公共物理信道包括：導(dǎo)頻信道、同步信道、尋呼信道、廣播控制信道、快速尋呼信道、公共功率控制信道、公共支配信道和公共控制信道。 CDMA2021 支持與 IS95 兼容的 前向公共信道的目的是為了支持系統(tǒng)的平滑演進。反向鏈路公共物理信道包括：反向接入信道、反向公共控制信道和反向增強接入信道，這些信道是多個移動臺共享的。在公共信道中， RACH 屬于 CDMA2021 中的后向兼容信道，與 IS95 兼容。前向鏈路采用的發(fā)射分集為多載波發(fā)射分集、正交發(fā)射分集和空時擴展分集三種。 (2)快速功率控制。功率控制信道與反向?qū)ьl信道時分復(fù)用，功控速率為 900Hz。與 IS95 標(biāo)準(zhǔn)不同， CDMA2021 系統(tǒng)采用了可變長度的 Walsh 碼，不同的前向信道之間是正交的。不同長度 Walsh 碼之間的正交性需要研究。當(dāng) Walsh 碼數(shù)量受限時，可以乘以相應(yīng)的掩碼生成準(zhǔn)正交函數(shù)來補充。信道編碼采用卷積編碼和 Turbo 碼，卷積編碼適合低速數(shù)據(jù)的傳輸，約束長度為 9，編碼速率根據(jù)信道配置的不同而不同。 (5)可變幀長。交織器的時間跨度是權(quán)衡時延、交織器內(nèi)存的要求和 Eb/No 要求而得。 (6)QPSK 調(diào)制。與 BPSK 相比，可用的 Walsh 碼數(shù)量增加一倍。前向鏈路中，用戶的數(shù)據(jù)首先經(jīng)過長 PN 碼加擾，然后經(jīng)過I 路和 Q 路映射、信道增益、功控比特?fù)舸┖?Walsh 碼擴頻，最后進行復(fù)擴頻。與 IS95 系統(tǒng)不同， CDMA2021 系統(tǒng)的反向鏈路為每個業(yè)務(wù)信道都配備了一個導(dǎo)頻信道，所以反向鏈路也 可進行相干解調(diào)，這是CDMA2021 系統(tǒng)的一大特點。 (2)反向功率控制。反向快速功率控制的速率可達 800Hz。反向鏈路也才用了可變長度的 Walsh 碼序列，以適應(yīng)不同速率的信道。與前向鏈路類似，反向鏈路也采用了可變的幀長，幀長為 5ms、10ms 或 20ms。反向信道采用卷積碼或 Turbo 碼進行編碼， Turbo 碼主要用于反向補充信 道傳輸高速數(shù)據(jù)。反向鏈路采用了混合移向鍵控的調(diào)制方式，降低了峰均值和過零率。一個超幀的時長為 720ms，分為 72 個無線幀，每個無線幀的時長為 10ms。 WCDMA 分為上行鏈路物理信道和下行鏈路物理信道。上行鏈路公共物理信道分為隨機接入物理信道和公共分組物理信道。下行鏈路物理信道分為下行公共物理信道和下行專用物理信道兩大類。下行鏈路專用物理信道分為專用物理數(shù) 據(jù)信道和專用物理控制信道。傳輸信道分為公共傳輸信