1、更多资料 www.sf- 盛方 第 1 页 共 45 页 摘 要 CDMA 技术是当前无线电通信，尤其是移动通信的主要技术，不论是在中国已经建立的 IS-95 规范的中国联通 CDMA 网、各大移动通信运营商正准备实验及建立第三代（ 3G）系统还是大设备研发商已经在开发的三代以后（也称为 4G）更宽带宽的移动通信系统，CDMA 都是主要的选择。 CDMA 概念可以简单地解释为基于扩频通信的调制和多址接入方案。其反向链路有接入信道和反向业务信道组成。接入信道用于短信令消息交换、能提供呼叫来源、寻呼响应、指令和注册。 本设计选取 CDMA 通信系统中的接入信道部分进行仿真与分析。首先，通 过学习
2、相应的理论知识，熟悉接入信道实现的过程，对每一步的原理有了较深的理解，同时，也对 MATALB 软件进行熟悉和了解，对 MATLAB 软件中的 SIMULINK 部分及其内部的 CDMA 模块用法和参数设置进行熟悉，然后运用 MATLAB 软件对接入信道部分进行设计，并逐步地对各个模块进行分析、仿真与验证。目的是通过毕业设计工作熟悉现代无线通信系统的基本构成与基本工作原理，重点掌握卷积编码、块交织和码扩展等相关编码技术，并能将这些技术应用实际系统设计，提高自己对 CDMA 通信系统知识的认识。 关键字 ： CRC;卷积编码 ;块 重复 ;交织 ;长码 ;沃尔什 ;PN 序列 更多资料 www
3、.sf- 盛方 第 2 页 共 45 页 Abstract CDMA is the major technology used in the wireless communication , especially in the mobile communication. Following the IS-95 standard set up in China ,CDMA is the mostly choice whether in China Uninet net ,in the third system (3G) that all kinds of mobile businessmen a
4、re to build or in the wider system than the third one(named 4G)that the large equipments researching businessmen have been researching.The concept of CDMA may be interpreted as the simulation that base on frequency spreading and the multiply address access project.Its reverse channel is composed of
5、access channel and traffic channel.The access channel is used for brief information exchanging 、 providing the source about the calling、 the call responding 、 the instruction and the enrollment. This design choose the part of connect channel to simulate and analyse. First,we can familiar with the pr
6、ocess of connect channel ,understand the principleof every step of the procedure about thre channel,after studying the relating knowledge .At the same time ,we an also have some acquaintance with the software about MATLAB and the part of SIMULINK and how to set the parameter of every klock in the so
7、ft.Then we can use the MATLAB software to design the part of the connect channel, to analyse , to simulate and to validate the design of every block gradually. This purpose is to be familiar with the basic structure and basic principle of the morden wireless communication system, to mastery the tech
8、nology about the Convolutional Encoder,Interleaver ,Coder spread and so forth, then use those technology to design system in practice,so that to improve our knowledge about the CDMA communication system. Key words:CRC;Convolutional Enconder;Block Repeat;Interleaver;Long code;Walsh; PN sequence 更多资料
9、 www.sf- 盛方 第 3 页 共 45 页 目 录 中文摘要 关键字 . 1 英文摘要 关键字 . 2 目 录 . .3 前 言 . .4 1 设计总体框架 . 5 2 设计各个部分原理知识介绍 . 6 2.1 卷积编码 . . .7 2.2 交织技术介绍 . . 9 2.3 沃尔什函数说明 . . 11 2.3.1 沃尔什函数特性说明 . 11 2.3.2 沃尔什函数的产生方法介绍 .13 2.4 长码的实现 .15 2.6 PSK 和 OQPSK 调制 18 2.7 短码的实现 . .20 3 MTALAB 软件中的 SIMULINK 的简介 . 20 4 设计仿真、分析与验证 .
10、. .22 4.1 设计总体模块构造 . . .22 4.2 对各个模块进行分析与验证 . 23 4.2.1 源中部分（ subsystem1）设置、说明与分析 .24 4.2.2 对卷积编码器和重复模块的设置、说明与分析 27 4.2.3 对子系统 Subsystem2（块交织器） 模块的设置、说明与分析 30 4.2.4 沃尔什调制器输出与长码输出及其异或验证 . . 40 4.2.5 I 路和 Q 路的输出验证与分析 46 5.经验总结 .49 谢 辞 .50 参考文献 .51 更多资料 www.sf- 盛方 第 4 页 共 45 页 引言 众所周知，自从 20 世纪 70 年代出现蜂
11、窝网通信以来，世界各地移动通信行业得到了迅猛的发展，而蜂窝网的技术本身也得到了长足的进步。就多址接入方式而言， 20世纪 80 年代出现了时分多址 (TDMA)数字蜂窝网，以 GSM 为代表的数字蜂窝移动通信系统在国内外已获得了广泛应用。 20 世纪 90 年代又出现了码分多址 (CDMA)蜂窝网移动通信系统。由于它通信容量大、质量好，因此立即引起了人们广泛的关注，其优势已被人们所共认，其发展前景十分良好。不少专家预言， 21 世纪将是 CDMA 通信广泛应用的时代。 CDMA 蜂窝网移动通信 是在频分多址 (FDMA)模拟蜂窝网和时分多址 (TDMA)数字蜂窝网基础上发展起来的，既有共同点，
12、也有很多独特的地方：从技术角度来看 CDMA 蜂窝网技术是最先进的，同时又是最复杂的。可以说，在一定范围内，它反映了现代通信的技术水平。 本次课题选择的是反向链路的接入信道部分进行软件的仿真，所运用的软件是MATLAB。运用 MATALAB 软件中的模块进行接入信道的构建，并对信道的原理进行分析和验证。本论文是按照从理论到仿真分析与验证的步骤顺序来的，最后进行全面的总结。 更多资料 www.sf- 盛方 第 5 页 共 45 页 1 对毕 业设计总体实现框架进行初要说明 图 1.1 设计总体框图 接入信道数据以每 20 毫秒 88 比特的速率产生，因为 卷积编码器在每帧后复位，所以每帧的数据
13、都加上 8 比特的尾。故数据进入编码器的速率是（ 88+8） /0.02=4800bit/s,如图所示。这些数据进行码率 1/3，约束长度为 9 的卷积编码。编码器中出来的数据率是 3 4.8=14.4ksps。 为了使接入信道和反向业务信道有相同的块交织方案，接入信道的符号进行了重复， 使进入交织器的为 2 14.4=3 9.6=28.8ksps，和反向业务信道达最高数据率9600bit/s 的数据进入交织器时的速率一样。交织方案是读入一帧的数据（ 28.8 20=576符号），按列写入 18 列 32 行的矩阵，然后以某种顺序按行读出，以使数据符号在时间上分开。 交织后的符号送到一个（ 6
14、4， 6）的沃尔什编码器。沃尔什编码是用每组 6 个编码符号（ c0、 c5）来选择 26=64 阶沃尔什序列 Hi 中的一个。选择时要按下列准则来计算序号 i： 0 1 2 3 4 52 4 8 1 6 3 2i c c c c c c 这里的 i是 64 64 哈达码矩阵的行号 ,而 cj是经过编码的二进制 (0,1)符号 .因此符号速率的增长比率为 64/6,从 28800sps 增加到 307200cps,单位是 ” 沃尔什编码 ” 每秒 .这个步骤可以看作是一个 (n=64,k=6)的纠错编码 .它也可以解释为一种用二进制信道符号进行 64 进制正交调制的形式 . 接入信道符号进一步
15、用一个特定的相位偏置是靠移位积存器的输出与一个随用户不同而不同的 42 比特模板序列进行内积来产生的 .对于接入信道 ,模板是用伪随机产生的接入信道和相应的寻呼信道编号以及基 站辩识参数构成的 . 在脉冲成型与发送之前 ,长 PN 码扩谱后的基带数据流分别与 I 路 Q 路正交短 PN 码相乘 ,Q 路相乘后延时了半个码片，形成 OQPSK 调制和正交分集。注意 :这个操作中 ,符号没有被扩谱 ,因为短 PN 码的速率也是 102288Mcps.还要注意到 ,图 4021 表明所有小区中的所有移动台都采用零偏置的短 PN 码，不同用户的信号只用它们唯一的长 PN 码相位加以区别 .下表总结了接
16、入信道的调制参数。 接入信道调制参数 参数 数值 单位 数据速率 4800 bit/s PN 码片速率 1.2288 Mcps 代码速率 1/3 Bit/码符号 码符号重复 2 符号 /码符号 更多资料 www.sf- 盛方 第 6 页 共 45 页 发端占空比 100 % 码符号速率 28800 sps 调制 6 码符号 /模符号 调制速率 4800 sps 沃尔什码片速率 307.2 kcps 模符号间隔 208.33 s PN 码片 /码符号 42.67 PN 码片 /模符号 256 PN 码片 /沃尔什码片 4 特定移动台的接入信道传送只能在指定的接入信道时隙中进行 ,接入信道时隙事
17、实20 毫秒帧长的睁倍数 .接入信道时隙的每一次传送开始都有一随机短延时 ,以分散不同的移动台的起始传送时间 ,这些移动台可能在同一时隙内在不同的信道中传送 .接入信道有 96个数据零作报头 ,以帮助基站捕获信号 .移动台第一次使用接入信道时 ,只能发送按某种程序形成的试探 ” 消息 ” ,直到决定了该移动台的适当功率水平为止 . 2 对各个模块所对应的原理进行详细的说明 CDMA(码分多址 )是一种利用惟一 码序列进行扩频多址接人数字通信的技术。 CDMA信道包括基站和移动台之间的前向 CDMA 信道和反向 CDMA 信道。前者是从基站到移动台的信道，后者是从移动台到基站的信道。 反向 CD
18、MA 信道被移动台用来和基站通信，同时在发送之前通过直接序列扩频共享相同的 CDMA 频率分配。反向 CDMA 信道是从移动台到基站的反向链路。在反向 CDMA 信道发送的数据被封装成 20ms 帧。反向 CDMA 信道包括接人信道和反向业务信道。接人信道用于短信令消息交换，提供呼叫发起、寻呼响应、指令和注册。反向业 务信道用于从单个移动台向单个或多个基站传输 用户数据和信令业务 。 前向 CDMA 信道包含导信倍道、同步信道、寻呼信道和前向业务信道。这些信道每路都经过适当的 Wash 函数正文扩展，然后以 1.2288Mc/s 固定速率由正交相位导频 PN序列扩展。 反向 CDMA 信道由接
19、人信道和反向业务信道组成。反向信道上发送的所有数据都经过卷积编码、块交织、 64 阶正交调制和长码直接序列扩展再发送。 下文介绍 CDMA 信道操作的几个最基本的组成部分。 2.1 卷积编码 现代数字通信系统常常设计成以非常高的速率传输。卷积码已应用于很多个同系更多资料 www.sf- 盛方 第 7 页 共 45 页 统，例如，不仅在 CDMA 移动通信系统种应 用卷积编码译码，而且在空间和卫星也应用。为了防止系统出错 ,经常会使用卷积码。信息数据序列划分成许多长度为 k 的小块，每段小块被编码长度为 n 的码字符号。卷积码 (n,k,m)由 k 个输入、具有 m 阶存储的 n个输出线性时序
20、电路实现。通常， n和 k是较小的整数，且 kI 时 S=1.其他的方法可以减小 B I 时的最小间 隔而增加 BI 时的最小间隔 .IS-95 就用了这样的技术 .除非仔细观察考虑读出的方法 ,否则一般最小间隔 都是减少的 . IS-95 系统交织一帧之内的数据 ,除了同步信道之外 ,其他信道都是 20毫秒 ,同步信道的一帧周期上 26.66毫秒 .因此 ,所有的 IS-95的交织器在块数据上操作 .严格地说 ,并没有用块交织 ,但是交织的类型设计要依赖于信道和原始数据率 .例如 ,反向链路通过矩阵之中以非传统的方法读出各行数据以改变最小间隔特性 . 2.3 沃尔什函数说明 沃尔什函数是正交
21、的、归一化的和完备的。“正交”是指两个不同的函数相乘 ，并在给定区间上积分，其结果为 0。“归一化”的意思是如果两个函数相同，那么它们乘积的积分为 1。最后，“完备”大致可理解为：在给定的区间内，可使用这个正交函数集中函数的线性组合来逼近任意给定的函数，在正交函数的个数趋于无限的条件下，均方误差在“均值意义上”趋近于 0。 2.3.1 沃尔什函数特性说明 我们将 N 阶 的 沃尔 豕 函数 定 义为 N 段 函数 的 集合 ， 记为 Wj(t);t (0,T),j=0,1, ,N-1,定义如下： 1. 除了在一些跳变点上取值 0外， Wj(t)仅在集合 +1， -1中取值。 2. 对于所有的 j，有 Wj（ 0） =1. 3. 在区间（ 0， T）内， Wj(t)精确地有 j 次符号变化（穿越零点）。 4. 5.关于区域的中点，每一个函数 Wj(t)不是奇函数就是偶函数。 一个沃尔什函数集由 N 个函数构成，并按照穿越零点（符号改变）的次数来定义它们的阶数。用函数集表示如下： 10 1( ) , ( ) , . . . , ( ) , . . . , ( )NjW t W t W t W t ,jkT j k 0 ( ) ( )T Wj t Wk t dt
