通信工程畢業(yè)設計（論文）-CDMA通信原理及系統(tǒng)仿真

本科畢業(yè)設計論文題目CDMA通信原理及系統(tǒng)仿真_專業(yè)名稱通信工程學生姓名指導教師畢業(yè)時間2012年6月摘要CDMA技術的原理是基于擴頻技術，即將需要傳送的具有一定帶寬的信息數據，用一個帶寬遠大于信息帶寬的高速偽隨機碼進行調制，再經載波調制發(fā)送出去。接受端使用完全相同的偽隨機碼與接受的帶寬信號作相關處理，即解擴，以實現(xiàn)信息通信。利用Simulink仿真軟件對CDMA通信系統(tǒng)進行仿真，得到基帶信號源與通過CDMA通信系統(tǒng)的接收信號的時間波形圖。仿真結果表明，在噪聲的背景下，在接收端能夠完整地恢復出個路信號，從而實現(xiàn)CDMA通信系統(tǒng)的多路復用。證明了CDMA通信系統(tǒng)仿真模型的正確性。本文對CDMA系統(tǒng)原理部分進行研究，主要包括系統(tǒng)理論模型，對部分計算模型進行仿真，具體工作內容如下：第一、分析CDMA系統(tǒng)物理層過程和訓練系列的組成；第二、對部分計算模型進行仿真，給出實驗結果。關鍵詞:CDMA,通信原理,系統(tǒng)仿真,matlabABSTRACTCDMAtechnologyisbasedontheprincipleofspreadspectrumtechnology,willneedtotransferinformationanddatawithacertainbandwidth,thebandwidthismuchlargerthantheinformationwithahigh-speedbandwidth,modulatedpseudo-randomcode,andthensentbythecarriermodulation.SimulinksimulationsoftwarefortheuseofCDMAcommunicationsystemsimulation,thebase-bandsignalsourcesandtheadoptionofCDMAcommunicationsystemtoreceivethetimesignalwaveformdiagram.Simulationresultsshowthatintheabsenceofbackgroundnoise,atthereceivingendbeabletorestoretheintegrityofthevarioussignal,inordertoachievemultiplexingCDMAcommunicationsystem.CDMAcommunicationsystemprovesthecorrectnessofsimulationmodel.Inthispaper,CDMAcommunicationsystemsprinciplepartoftheresearch,includingsystemstheorymodel,itisestimatedpartofmathematicmodelsimulation,specificworkasfollows:First,theanalysisofCDMAphysicallayerprocessandthecompositionofthetrainingseries;Second,onthepartofthesimulationmodel,experimentalresultsaregiveKEYWORDS:CDMA,conmmunicationprinciple,systemsimulation,matlab第一章 緒論1.1移動通信系統(tǒng)的發(fā)展概況隨著信息的高速發(fā)展，人類社會進入了一個前所未有的信息量急劇增長的信息時代。計算機、互聯(lián)網、各種通信技術迅速興起，給人類的物質和精神生活帶來了翻天覆地的變化。與之對應，人們對通信業(yè)務有了更高層次和更高質量的要求，這對通信業(yè)務的容量產生了巨大的沖擊，同時對通信網傳遞信息的能力提出了更高的要求。移動通信出現(xiàn)于20世紀初，但真正發(fā)展卻開始于20世紀40年代中期。從那時起，移動通信的發(fā)展大體可分為三代，即模擬移動通信系統(tǒng)、數字移動通信系統(tǒng)和現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)。移動通信技術以其巨大的寬帶潛力和無與倫比的傳輸性能在通信領域，在長距離大容量通信中占據著不可替代的位置。更大系統(tǒng)容量、更好的通信質量，而且要能在全球范圍內更好地實現(xiàn)無縫漫游及為用戶提供包括語音、數據及多媒體等在內的多種業(yè)務技術仍然是移動通信技術發(fā)展的主要方向。1.1.1模擬移動通信系統(tǒng)（1G）從1946年美國使用150MHz單工無線電話開始到20世紀90年代初，主要發(fā)展了第一代移動通信系統(tǒng)。這種移動通信系統(tǒng)發(fā)送的信號都是模擬的，所以被稱為模擬移動通信系統(tǒng)。由于大規(guī)模集成電路及微處理器的大量應用，模擬移動通信系統(tǒng)呈現(xiàn)出應用范圍形式豐富的多樣化局面。以AMPS和TACS為代表的移動通信系統(tǒng)是模擬移動通信系統(tǒng)。模擬移動通信系統(tǒng)雖然獲得了很大成功，但也暴露出很多不足，如系統(tǒng)容量不能滿足日益增長的用戶需求、頻譜利用率低、業(yè)務種類受限制、安全保密性能差及設備價格高等，解決這些問題的根本辦法是采用新一代數字蜂窩移動通信系統(tǒng)。1.1.2數字移動通信系統(tǒng)（2G）早在20世紀70年代末，一些發(fā)達國家就已開始研制數字移動通信系統(tǒng)。從20世紀80年代中期開始，數字移動通信得到了發(fā)展和應用。數字移動通信系統(tǒng)由于采用了多種數字技術，使得系統(tǒng)具有頻譜利用率高、系統(tǒng)容量大、可提供多種形式的服務、與ISDN兼容性強等優(yōu)點。數字移動通信系統(tǒng)由于采用了多種數字技術，使得這種系統(tǒng)具有頻譜利用率高、系統(tǒng)容量大、可提供多種形式的服務、與ISDN兼容性強等優(yōu)點。由于數字移動通信系統(tǒng)具有容量大、保密性強、移動臺體積小、能提供國際漫游等特點，世界各國都給予了足夠的重視和資金投入。1.1.3現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)（3G）3G系統(tǒng)與2G系統(tǒng)有根本的不同，3G系統(tǒng)采用CDMA技術和分組交換技術，而2G系統(tǒng)通常采用的是TDMA技術和電路交換技術。與前兩代系統(tǒng)相比，3G系統(tǒng)的主要特征是可提供豐富多彩的移動多媒體業(yè)務，其設計目標是提供比第二代系統(tǒng)更大的系統(tǒng)容量、更好的通信質量，而且要能在全球范圍內更好地實現(xiàn)無縫漫游及為用戶提供包括語音、數據及多媒體等在內的多種業(yè)務。目前，國際電聯(lián)接受的3G無線接口標準主要有以下三種：WCDMA、CDMA2000與TD-SCDMA。CDMA是Code-DivisionMultipleAccess（碼分多址）的縮寫，是第三代移動通信系統(tǒng)的技術基礎。CDMA系統(tǒng)以其頻率規(guī)劃簡單、系統(tǒng)容量大、頻率復用系數高、抗多徑能力強、通信質量好、軟容量、軟切換等特點顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?.2CDMA技術國內外發(fā)展狀況CDMA技術的出現(xiàn)源自于人類對更高質量無線通信的需求。第二次世界大戰(zhàn)期間因戰(zhàn)爭的需要而研究開發(fā)出CDMA技術，其思想初衷是防止敵方對己方通訊的干擾，在戰(zhàn)爭期間廣泛應用于軍事抗干擾通信，后來由美國高通公司更新成為商用蜂窩電信技術。1995年，第一個CDMA商用系統(tǒng)（被稱為IS-95）運行之后，CDMA技術理論上的諸多優(yōu)勢在實踐中得到了檢驗，從而在北美、南美和亞洲等地得到了迅速推廣和應用。CDMA技術的標準化經歷了幾個階段。IS-95是CDMAONE系列標準中最先發(fā)布的標準，真正在全球得到廣泛應用的第一個CDMA標準是IS-95A，這一標準支持8K編碼話音服務。其后又分別出版了13K話音編碼器的TSB74標準，支持1.9GHz的CDMAPCS系統(tǒng)的STD-008標準，其中13K編碼話音服務質量已非常接近有線電話的話音質量。隨著移動通信對數據業(yè)務需求的增加，1998年2月，美國高通公司宣布將IS-95B標準用于CDMA基礎平臺上。IS-95B可提供CDMA系統(tǒng)性能，并增加用戶移動通信設備的數據流量，提供對64Kb/s數據業(yè)務的支持。CDMA是移動通信技術的發(fā)展方向。在2G階段，CDMA增強型IS-95A與GSM在技術體制上屬于同一時代產品，提供大致相同的業(yè)務。但CDMA技術有其獨到之處，在通話質量好、掉話少、低輻射、健康環(huán)保等方面具有顯著特色。在2.5G階段，CDMA20001XRTT與GPRS在技術上已有明顯不同，在傳輸速率上CDMA20001XRTT高于GPRS，在新業(yè)務承載上CDMA20001XRTT比GPRS成熟，可提供更多的中高速率的新業(yè)務。為了能夠在未來的全球化標準的競賽中處于領先位置，各個國家、地區(qū)、標準化組織及公司紛紛提出了自己的技術標準。在所有提案中以歐洲的W-CDMA技術和美國的CDMA2000技術最為看好，同時，中國的TD-SCDMA技術由于其本身的技術先進性得到了中國政府、運營商和產業(yè)界的支持，也很受矚目。我國提出的TD-SCDMA建議標準與歐洲、日本提出的W-CDMA和美國提出的CDMA2000標準一起被列入該建議，成為世界三大主流標準之一。1.3CDMA系統(tǒng)的特點與優(yōu)勢1.3.1移動通信系統(tǒng)的多址方式在無線通信環(huán)境的電波覆蓋區(qū)內，如何建立用戶之間的無線信道的連接，是多址接入方式的問題。因為無線通信具有大面積無線電波覆蓋和廣播信道的特點，網內一個用戶發(fā)射的信號其他用戶均可接受，所以網內用戶如何能從播發(fā)的信號中識別出發(fā)送給本用戶地址的信號就成為建立連接的首要問題。多址接入方式的數學基礎是信號的正交分割原理。無線電信號可以表達為時間、頻率和碼型的函數，即可寫作(1.1)其中，是碼型函數，為時間和頻率的函數。以傳輸信號的載波頻率的不同劃分來建立的多址接入方式，被稱為頻分多址方式（FDMA）；以傳輸信號存在的時間不同劃分來建立的多址接入方式，被稱為時分多址方式（TDMA）；以傳輸信號碼型的不同劃分來建立的多址接入方式，被稱為碼分多址方式（CDMA）。1.3.2CDMA多址技術的優(yōu)點CDMA多址技術的原理是基于擴頻技術，即將需要傳送的具有一定帶寬的信息數據，用一個帶寬遠大于信息帶寬的高速偽隨機碼進行調制，再經載波調制發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機碼與接收的帶寬信號作相關處理，即解擴，以實現(xiàn)信息通信。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所帶來的。CDMA移動通信網是由擴頻、多址接入、蜂窩組網和頻率再用等幾種技術結合而成，含有頻域、時域和碼域三維信號處理的一種協(xié)作，因此它具有抗干擾性好，抗多徑衰落，保密安全性高，同頻率可在多個小區(qū)內重復使用，所要求的載干比（c/i）較小，容量和質量之間可作權衡取舍等屬性。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。1.系統(tǒng)容量大。理論上CDMA移動網比模擬網大20倍。2.系統(tǒng)容量的靈活配置。在CDMA系統(tǒng)中，用戶數的增加相當于背景噪聲的增加，造成話音質量的下降。但對用戶數并無限制，操作者可在容量和話音質量之間折中考慮。另外，多小區(qū)之間可根據話務量和干擾情況自動均衡。3.系統(tǒng)性能質量更佳。這里指的是CDMA系統(tǒng)具有較高的話音質量，聲碼器可以動態(tài)地調整數據傳輸速率，并可根據適當的門限值選擇不同的電平級發(fā)射。同時，門限值根據背景噪聲的改變而改變，這樣即使在背景噪聲較大的情況下，也可以得到較好的通話質量。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，即“先連接再斷開”，這樣完全克服了硬切換容易掉話的缺點。4.輻射小。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。因為與GSM手機相比，CDMA手機的發(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幾毫瓦，其輻射作用可以忽略不計，對健康沒有不良影響?；竞褪謾C發(fā)射功率的降低將大大延長手機的通話時間，意味著電池、話機的壽命長了，對環(huán)境起到了保護作用，故稱之為"綠色手機"。5.保密性好。客戶在使用移動電話時往往擔心自己的移動電話被別人監(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4.4萬億種可能的排列，要想破解密碼或竊聽簡直不可想象。而且CDMA采用的擴頻通信技術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、數字格式、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。6.頻率規(guī)劃簡單。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)內使用，網絡規(guī)劃靈活，擴展簡單。7.延長手機電池壽命。采用功率控制和可變速率聲碼器，手機電池使用壽命延長。8.建網成本下降。1.4本文的主要內容安排CDMA移動通信系統(tǒng)是一個有較長一段研究歷史的課題，21世紀我們已經進入到一個信息化的社會，沒有信息的傳遞和交流，人們就無法適應現(xiàn)代化的快節(jié)奏的生活和工作。人們期望隨時隨地、及時可靠、不受時空限制地進行信息交流，提高工作效率和經濟效益。雖然CDMA通信已經走進千家萬戶，但是當第三代移動通信系統(tǒng)蓬勃發(fā)展之時，對于第四代（4G）或者超三代（Beyond3G）移動通信技術的討論已如火如荼地展開。而這些新型通信技術就須要更高的技術要求，其中包括：更高的通信速率，更寬的網絡頻譜，靈活性較強，業(yè)務的多樣性，高度自組織、自適應的網絡等。本文以CDMA移動通信系統(tǒng)為研究對象，根據不同的訓練系列和干擾，研究它的調制解調過程，并對部分計算模型進行仿真。本文的內容安排如下：第一章主要現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)的發(fā)展概況，CDMA技術的國內外發(fā)展狀況以及CDMA通信系統(tǒng)的特點與優(yōu)勢。第二章介紹CDMA基本理論以及CDMA的物理層基本原理知識。第三章介紹CDMA信道以及調制解調的基本知識，在不同的訓練系列和干擾，研究CDMA調制解調原理。第四章對CDMA通信系統(tǒng)中基于訓練序列的QPSK調制仿真，并得出相關的仿真結果。第五章是對本論文的總結第二章基本理論分析2.1CDMA技術基礎2.1.1CDMA技術基本原理1.基本原理所謂CDMA，即在發(fā)送端使用各不相同的、相互（準）正交的偽隨機地址碼調制其所發(fā)送的信號；在接收端則采用同樣的偽隨機地址碼從混合信號中解調檢測出相應的信號。在碼分多址通信系統(tǒng)中，利用自相關性強而互相關為0或很小周期碼序列為地址碼，與用戶信息數據相乘（或模2加），經過相應的信道傳輸后，在接收端以本地產生的已知地址碼為參考，根據相關性的差異，對收到的所有信號進行鑒別（相關檢測），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。2.CDMA通信系統(tǒng)原理CDMA系統(tǒng)原理框圖如圖2.1：圖2.1CDMA系統(tǒng)原理框圖2.1.2擴頻通信系統(tǒng)1.擴頻通信的基本概念擴頻碼分多址是數字移動通信中的一種多址接入方式，特別是在第三代移動通信中，它已成為最主要的多址接入方式。擴頻通信確切地說稱為擴譜通信更為恰當，因為被擴展的是信號頻譜帶寬，不過習慣上均稱為擴頻，它是一類寬帶通信系統(tǒng)。它的主要特征是：擴頻前的信息碼元帶寬遠小于擴頻后的擴頻碼序列（chip）的帶寬。(1)窄帶和寬帶通信系統(tǒng)定義：設R為待傳送信息碼元速率，T為信息碼元的接續(xù)時間，F(xiàn)為傳送信號擴頻碼序列(chip)所占用的帶寬。若時，即當，或者時，稱為一般窄帶通信系統(tǒng)，在通常數字通信系統(tǒng)中，移頻、移相均屬于窄帶通信系統(tǒng)。若F>>R，即，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)通過擴頻方式來實現(xiàn)的。碼分多址CDMA就是一類典型的擴頻寬帶通信系統(tǒng)。(2)擴頻增益在擴頻通信系統(tǒng)中，經過對信息信號帶寬的擴展和解擴處理，獲得了擴頻增益()。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）對信息數據進行調制，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來實現(xiàn)的。當收到的信號與本地碼相匹配時，所要的信號就會恢復到其擴展之前的原始帶寬。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。解擴后的信號經過一個窄帶濾波器后，有用的信號被保留，干擾信號被抑制，從而改善了信噪比，提高了抗干擾能力。而擴頻增益是擴頻信號帶寬與信息帶寬之比，即（2.1）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。例如：，，則，說明這個系統(tǒng)在接收機的射頻輸入端和基帶濾波器輸出端之間有的信噪比增益改善。(3)干擾容限()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（）數。其數學表達方式為（2.2）式中為干擾容限，為擴頻增益，為系統(tǒng)損耗，為接收機輸出信噪比。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。例如，某擴頻通信系統(tǒng)的擴頻增益，系統(tǒng)損耗，接收機的輸出信噪比，則該系統(tǒng)的干擾容限。這表明該系統(tǒng)最大能承受(100倍)的干擾，即當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。2.擴頻通信的基本原理由通信原理與信息論中的著名香農公式:（2.3）公式中F為限頻帶寬，為限時時隙且取，為功率信噪比，為信道容量。這一公式指出一個限時（）、限頻（）、限功率（）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。三個參量，與所構成的體積，當容積不變時,具有“可塑性”。即三個參量之間可以互換。在移動通信中，信噪比是最主要的矛盾，為了提高信噪比，可以不惜一切手段。其中Shannon（香農）公式指出：可以采用頻帶來換取信噪比，即當不變時，增加頻帶可以降低接收機接收的信噪門限值。這就是擴頻通信的基本原理，即用頻帶換取信噪比。信道容量為（2.4）公式中為信道帶，為信噪比，信道容量。3.擴頻通信的主要優(yōu)缺點(1)主要優(yōu)點A.抗干擾能力強且越大，抗干擾能力越強，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。B.擴頻系統(tǒng)抗干擾性強的物理解釋是：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。C.保密性能強，無論是直擴還是跳頻，擴頻后其頻譜均為近似白噪聲，因此具有良好的保密性能。D.低功率譜密度，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。且對其他通信系統(tǒng)及人體的干擾與影響也小。E.易于實現(xiàn)大容量多址通信，時頻二維地址劃分使?jié)撛诘刂窋盗吭龃??？垢蓴_能力強與低功率密度對于干擾受限系統(tǒng)，將允許接納更多的用戶數。F.適合于變參信道的無線通信，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。(2)主要缺點A.占用信號頻帶寬，擴頻后的碼序列(chip)帶寬遠大于擴頻前的信息序列帶寬。B.系統(tǒng)實現(xiàn)復雜。C.在時變信道中實現(xiàn)同步較為困難。D.目前受尋找地址碼數量上的限制，實現(xiàn)大容量通信仍存在一定困難。2.1.3CDMA碼序列地址碼和擴頻碼的設計是碼分多址體制的關鍵技術之一。具有良好的相關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。它直接關系到系統(tǒng)的多址能力，關系到抗干擾、抗噪聲、抗截獲的能力及多徑保護和抗衰落的能力，關系到信息數據的隱蔽和保密，關系到捕獲與同步系統(tǒng)的實現(xiàn)。理想的地址碼和擴頻碼主要應具有如下特點：1.有足夠多的地址碼；2.有尖銳的自相關特性；3.有處處為零的互相關特性；4.不同碼元數平衡相等；5.盡可能大的復雜度。然而，要同時滿足這些特性目前任何一種編碼體制都達不到。就地址碼而言，目前采用的是沃爾什碼。該碼是正交碼，具有良好的自相關特性和處處為零的互相關特性。但是，該碼組內的各碼由于所占頻譜帶寬不同等原因，不能用作擴頻碼。作為擴頻碼的偽隨機碼（或同時用作地址碼）具有類似的白噪聲的特征。因為真正的隨機信號和噪聲是不能重復再現(xiàn)和產生的，我們只能產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。此類碼具有良好的相關特性，即自相關值與互相關值比較有較大的隔離度；并且同一碼組內的各碼占據的頻帶可以做到很寬并且相等。但是PN碼由于其互相關值不是處處為零，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。PN序列有一個很大的家族，包含很多碼組，例如m序列、Gold序列、GL（Gold-Like）序列、R-S序列、DBCH序列等等。2.1.4卷積編碼、塊交織1.卷積編碼現(xiàn)代數字通信系統(tǒng)常常設計成以非常高的速率傳輸。卷積碼已應用于很多個同系統(tǒng)，例如，不僅在CDMA移動通信系統(tǒng)種應用卷積編碼／譯碼，而且在空間和衛(wèi)星也應用。為了防止系統(tǒng)出錯,經常會使用卷積碼。信息數據序列劃分成許多長度為k的小塊，每段小塊被編碼長度為n的碼字符號。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)。通常，n和k是較小的整數，且k<n，但m相當大。特別地，當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)展產生了很多有線和無線通信信道數字傳輸的實際應用。卷積碼(n，k，m)指定的碼率為：R=k/n,編碼器級數為m=K—1，其中K是碼的約束長度。編碼器存儲階數等于數據序列時延。m級n維生成序列集通?？梢园慈缦路绞矫枋觯?2.5)其中j＝1，2，…，k表示輸入端數目,i＝1，2，…，n表示模2加法器數(輸出端)。方程(2.1)也可以以多項式形式表達為：(2.6)其中D是時延操作符，每一項D的指數對應于該項的單位時延數。每個生成序列直接由從編碼器級到各自模2加法器的連接序列確定，1表示連接，0表示斷開。每個生成序列包含m+1位二進制數。如果每次信息序列輸入編碼器1比特，那么編碼器輸出序列可以通過合并離散卷積得到，即：(2.7)其中(2.8)基站對前向CDMA信道如同步、尋呼和業(yè)務信道上發(fā)送的數據進行卷積編碼。前向CDMA信道使用碼率、約束長度為9的(2,1,8)卷積碼。該卷積碼的生成序列為：由于碼率為1/2,所以每次編碼器輸入一位數據,編碼器輸出就產生兩位編碼符號。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。例如,以1.2kb/s速率傳輸的前向業(yè)務信道的幀結構包含24比特(20ms)。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成0。如果信息序列表示成d=(1010100100000101)，相應的多項式為。由于16位信息比特后面有8位編碼器比特，則前向業(yè)務信道幀表示為M=(101010010000010100000000)或者寫成多項式形式:(2.9)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)輸出的轉向器。對于卷積編碼器，兩個生成序列分別為：(2.10)和(2.11)利用方程(2.4)，對于i=1和j=1，2，有:(2.12)(2.13)利用生成序列編碼器每個模2加法器的輸出分別為：(2.14)(2.15)輸出符號()連接成單個序列，即發(fā)送到塊交織器的編碼符號序列:=(2.16)對于前向和反向的CDMA信道，每當信息速率小于9600b/s時，每個卷積編碼的符號重復k次后再發(fā)送到塊交織器。k的大小隨著信息速率的不同而不同。2.交織技術介紹直接擴頻CDMA支持同時在數量很大的用戶群體而不只是單個用戶之間的數字通信服務。這將反映在如何利用額外的維數和冗余來提高性能。使用了兩種處理技術：用于提高額外冗余的交織技術和用于前向糾錯的編碼技術。交織是排列符號序列的過程。這種為獲得時間分集的重排過程稱為交織，可以以兩種方法考慮：塊交織和卷積交織。交織常重復或編碼相結合，是一種防止突發(fā)錯誤的時間分集形式。符號在進入突發(fā)信道傳送之前被改變順序或進行交織。如果傳送時發(fā)生突法錯誤，恢復原來順序就可以在時間上分散錯誤。如果交織器設計良好，那么錯誤將會隨機地分布，用編碼技術極容易糾正。最常見的交織技術的兩種中，最常見的類型是塊交織。這種方式常在數據分塊分幀的情況下使用，入IS-95系統(tǒng)。另一方面，卷積交織對連續(xù)少數據流來說是比較實用的類型。塊交織很容易實現(xiàn)，而卷積交織有很好的性能。連續(xù)操作使得卷積交織的初始開銷變得不重要。IS-95用了以類似塊交織技術為基礎的交織形式，將在下面進一步討論。有幾個描敘交織器性能的參數。重要的參數之一是最小間隔S，指突發(fā)連續(xù)錯誤分布的最小距離。一般來說這個參數依賴于突發(fā)長度，突發(fā)長度增加則S變小。不論如何排列，錯誤之間總是相互挨著的。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。一般來說，這種延時也出現(xiàn)在解交織時。延時D表示交織和解交織時帶來的額外讀/寫操作量。而剛提到，處理過程需要一些存儲單元，用M來表示。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。所以性能通?？捎米钚￠g隔與延時的比S/D以及最小間隔和存儲容量的比S/M來描述。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。數據按列寫入，按行讀出。符號從矩陣的左上角開始寫入，從右下角開始讀出。連續(xù)的數據處理要求有兩個矩陣：一個用于數據寫入，另一個用于數據的讀出/解交織過程也要求有兩個矩陣，用于反轉交織過程。塊交織器特性很容易通過觀察矩陣得到。假使突發(fā)錯誤的長度為B。兩個錯誤之間的最小間隔可以由下式給出:(2.17)交織延時在發(fā)端是IJ,在接收端是IJ，因此總延時是(2.18)為了連續(xù)的操作,需要兩個矩陣,存儲的要求就是(2.19)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。情況下，最大的最小間隔由上面所說的讀出方法得到。然而，這種方法使得時。其他的方法可以減小時的最小間隔而增加時的最小間隔。IS-95就用了這樣的技術。除非仔細觀察考慮讀出的方法，否則一般最小間隔都是減少的。IS-95系統(tǒng)交織一幀之內的數據，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26.66毫秒。因此，所有的IS-95的交織器在塊數據上操作嚴格地說，并沒有用塊交織，但是交織的類型設計要依賴于信道和原始數據率。例如，反向鏈路通過矩陣之中以非傳統(tǒng)的方法讀出各行數據以改變最小間隔特性。2.2CDMA系統(tǒng)的物理層技術2.2.1CDMA2000物理層CDMA2000的物理層處于其體系結構的底層，用于完成高層信息與空中無線信號件的相互轉換，同時也是這種無線通信系統(tǒng)的基礎。為了滿足3G業(yè)務的需求，CDMA2000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據傳輸以及信令需求。與IS-95系統(tǒng)相比，CDMA2000系統(tǒng)提出了更多種類的物理信道。其可分為前向鏈路物理信道和反向鏈路物理信道。前向鏈路物理信道分為前向鏈路公用物理信道和前向鏈路專用物理信道兩大類。前向鏈路公共物理信道包括：導頻信道、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。其中前三種是和IS-95系統(tǒng)兼容的前向鏈路信道，后面的信道則是CDMA2000新添加的類型。CDMA2000支持與IS-95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。反向鏈路物理信道也分為反向鏈路公共物理信道和反向鏈路專用物理信道兩大類。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。為了實現(xiàn)沖突控制，CDMA2000采用了相應的隨機接入機制。在公共信道中，R-ACH屬于CDMA2000中的后向兼容信道，與IS-95兼容。1.前向鏈路的主要特性概括如下：(1)發(fā)射分級。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。發(fā)射分集可以減少所需的Eb/No，增加系統(tǒng)容量。(2)快速功率控制。前向鏈路采用了快速功率控制，在CDMA2000標準中詳細規(guī)定了快速功率控制的算法。功率控制信道與反向導頻信道時分復用，功控速率為900Hz。(3)可變Walsh碼區(qū)分前向信道。與IS-95標準不同，CDMA2000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。為了保持調制信道的帶寬不變，Walsh碼長度隨著信息速率的增大而減小（即Walsh碼的階數隨信息速率增大而升高）。不同長度Walsh碼之間的正交性需要研究。同時，不同的Walsh碼分配算法對系統(tǒng)容量也有影響。當Walsh碼數量受限時，可以乘以相應的掩碼生成準正交函數來補充。(4)信道編碼。信道編碼采用卷積編碼和Turbo碼，卷積編碼適合低速數據的傳輸，約束長度為9，編碼速率根據信道配置的不同而不同。Turbo編碼主要用于高速數據的傳輸。(5)可變幀長。CDMA2000支持5ms、10ms、20ms、40ms和80ms的幀。交織器的時間跨度是權衡時延、交織器內存的要求和Eb/No要求而得。較短的幀長可以減少端到端的時延，而對較長的幀而言，幀頭占的比重小，因而要求的Eb/No也小。(6)QPSK調制。前向鏈路在擴頻前采用QPSK調制，每兩個信息比特映射為一個QPSK符號。與BPSK相比，可用的Walsh碼數量增加一倍。(7)調制和擴頻。前向鏈路中，用戶的數據首先經過長PN碼加擾，然后經過I路和Q路映射、信道增益、功控比特擊穿和Walsh碼擴頻，最后進行復擴頻。2.反向鏈路的主要特性概括如下：(1)反向相干解調。與IS-95系統(tǒng)不同，CDMA2000系統(tǒng)的反向鏈路為每個業(yè)務信道都配備了一個導頻信道，所以反向鏈路也可進行相干解調，這是CDMA2000系統(tǒng)的一大特點。通過相干解調，反向鏈路的性能得到了改善。(2)反向功率控制。反向鏈路采用三種不同的功控方式：開環(huán)、閉環(huán)和外環(huán)。反向快速功率控制的速率可達800Hz。(3)可變Walsh碼。反向鏈路也才用了可變長度的Walsh碼序列，以適應不同速率的信道。(4)可變幀長。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。(5)信道編碼。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據。(6)混合移向鍵控（HPSK）。反向鏈路采用了混合移向鍵控的調制方式，降低了峰均值和過零率。2.2.2WCDMA物理層WCDMA系統(tǒng)的物理信道按時間分為三層結構：超幀、無線幀和時隙。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。無線幀是物理信道的基本單元，對應38400chip，包括15個等長的時隙，每個時隙對應2560chip。WCDMA分為上行鏈路物理信道和下行鏈路物理信道。上行鏈路物理信道分為上行公共物理信道和上行專用物理信道兩大類。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。上行鏈路專用物理信道分為專用物理數據信道和專用物理控制信道。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。下行鏈路公共物理信道分為公共導頻信道、主公共控制物理信道、輔公共控制物理信道、同步信道、下行共享信道、捕獲指示信道、接入前導請求指示信道、沖突檢測/信道分配指示信道、尋呼指示信道和狀態(tài)指示信道。下行鏈路專用物理信道分為專用物理數據信道和專用物理控制信道。傳輸信道是物理層提供給上層的服務接入點，上層如果需要物理層提供的服務，就只能通過傳輸信道來接入，同樣，上層生成的數據也由映射到不同物理信道的傳輸信道在空中傳送。傳輸信道分為公共傳輸信道和專用傳輸信道。其中，公共傳輸信道分為廣播信道、前向接入信道、隨機接入信道、尋呼信道、公共分組信道和下行共享信道；專用傳輸信道包括上行專用信道和下行專用信道。WCDMA系統(tǒng)物理層的特點如下：1.采用復擾碼來區(qū)分基站和用戶，復擾碼由GODL序列生成。前向擾碼可選用長擾碼或短擾碼，其中長擾碼周期225-1；反向擾碼周期為218-1。2.為了滿足不同業(yè)務的需求和多速率傳輸，采用正交可變擴頻因子作為信道碼，擴頻因子為4~512。3.前向鏈路采用QPSK調制，反向鏈路采用HPSK調制，上下行鏈路均采用相干解調技術。4.允許一個用戶同時發(fā)送多種業(yè)務，同時，為了充分利用資源，采用包括速率匹配在內的信道復用技術。5.信道編碼除了采用傳統(tǒng)的卷積編碼技術外，還利用了用于高速數據傳輸的Turbo編碼技術。6.沒有采用GPS系統(tǒng)，所以是一個準同步的系統(tǒng)，具有獨特的小區(qū)搜索過程。7.可以應用多種提高系統(tǒng)性能的新技術，如：智能天線、多用戶檢測等。2.2.3TD-SCDMA系統(tǒng)的物理層TD-SCDMA系統(tǒng)存在三種信道模式：邏輯信道、傳輸信道和物理信道。邏輯信道是MAC子層向上層（RLC子層）提供的服務，它描述的是承載什么類型的信息；傳輸信道作為物理層向高層提供的服務，它描述的是所承載信息的傳送方式。TD-SCDMA通過物理信道模式直接把需要傳輸的信息發(fā)送出去，即在空中傳輸物理信道承載的信息。傳輸信道作為物理層提供給高層的服務，通常被分為公共傳輸信道和專用傳輸信道。TD-SCDMA的物理信道由四層結構組成，即系統(tǒng)幀、無線幀、子幀和時隙。時隙用于在時域上區(qū)分不同用戶信號，具有TDMA的特性。2.3本章小結本章主要介紹了關于CDMA的一些基本概念及其基本原理，所謂CDMA，即在發(fā)送端使用各不相同的、相互（準）正交的偽隨機地址碼調制其所發(fā)送的信號；在接收端則采用同樣的偽隨機地址碼從混合信號中解調檢測出相應的信號。還介紹了CDMA通信系統(tǒng)的基本組成以及工作流程等，同時還闡述了CDMA通信系統(tǒng)中的一些物理層技術基本理論，這些都將為下面的信道調制和仿真提供理論基礎。第三章CDMA在不同訓練序列下的調制解調過程3.1調制解調的概念調制就是用基帶信號去控制載波信號的某個或幾個參量的變化，將信息荷載在其上形成已調信號傳輸，而解調是調制的反過程，通過具體的方法從已調信號的參量變化中將恢復原始的基帶信號。調制的種類很多，分類方法也不一致。按載波的形式可分為模擬調制和數字調制。用模擬信號調制稱為模擬調制；用數據或數字信號調制稱為數字調制。按被調信號的種類可分為脈沖調制、正弦波調制和強度調制(如對非相干光調制)等。調制的載波分別是脈沖，正弦波和光波等。正弦波調制有幅度調制、頻率調制和相位調制三種基本方式，后兩者合稱為角度調制。此外還有一些變異的調制，如單邊帶調幅、殘留邊帶調幅等。脈沖調制也可以按類似的方法分類。此外還有復合調制和多重調制等。不同的調制方式有不同的特點和性能。解調是從攜帶消息的已調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制，產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。解調是調制的逆過程。調制方式不同，解調方法也不一樣。與調制的分類相對應，解調可分為正弦波解調（有時也稱為連續(xù)波解調）和脈沖波解調。正弦波解調還可再分為幅度解調、頻率解調和相位解調。同樣，脈沖波解調也可分為脈沖幅度解調、脈沖相位解調、脈沖寬度解調和脈沖編碼解調等。對于多重調制需要配以多重解調。解調的方式有正弦波幅度解調、正弦波角度解調和共振解調技術。CDMA通信系統(tǒng)中常采用的調制方式有以下幾種: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）;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）正交幅度調制(QAM)正交頻分復用(OFDM)擴頻調制所謂“最小”是指這種調制方式能以最小的調制指數(0.5)獲得正交信號；所謂“快速”是指在給定同樣的頻帶內，MSK能比2PSK的數據傳輸速率更高，且在帶外的頻譜分量要比2PSK衰減的快。調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調制，這樣的調制方式稱為高斯最小頻移鍵控(GMSK)。QPSK信號是利用正交調制方法產生的，其原理：先對輸入數據作串/并變換，即將二進制數據每兩比特分成一組，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調制，最后將調制結果疊加，得到QPSK信號。對QPSK做正交調制時，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。如果采用相干解調方式，理論上OQPSK信號的誤碼性能與相干解調的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：在四進制碼元轉換時刻，當前碼元的相位相對于前一碼元的相位改變±450或±1350；（2)可以使用非相干解調，避免QPSK信號相干解調中的“倒π現(xiàn)象”。如果能夠使已調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，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，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.正交振幅調制(QAM)是一種幅度和相位聯(lián)合鍵控(APK)的調制方式。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字調制方式。正交振幅調制是用兩路獨立的基帶數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制，利用已調信號在同一帶寬內頻譜正交的性質來實現(xiàn)兩路并行的數字信息傳輸。正交頻分復用（OFDM）是一種多載波傳輸技術，它不是如今才發(fā)展起來的新技術，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)多個載波的調制，簡化了系統(tǒng)結構，使得OFDM技術更趨于實用化。擴頻調制，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)。擴展頻譜技術的理論基礎是：香農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決定，此擴頻函數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：在發(fā)送端用一個偽隨機編碼信號（擴頻函數）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理以便將它恢復成窄帶信號，再從中解調出所需信息。四種擴頻調制方式直接序列擴頻系統(tǒng)又稱偽噪聲調制系統(tǒng)，簡稱(DS)系統(tǒng)或(PN)系統(tǒng)。它是用一個速率很高的數字編碼序列去直接調制射頻載波，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，用簡略的術語表達就是“多頻、選碼、頻移鍵控。線性調頻系統(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線性地掃過—個很寬的頻段。線性調頻多用于雷達系統(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，跳時一般和跳頻結合起來使用，兩者一起構成“時頻跳變”系統(tǒng)。3.2CDMA信道調制3.2.1反向信道調制反向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)送的所有數據都經過卷積編碼、塊交織、64階正交調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)送的數據被封裝成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據和信令業(yè)務。（1）反向接入信道的調制原理框圖如圖3.1：圖3.1（2）反向業(yè)務信道的調制原理框圖如圖3.2：圖3.23.2.2前向信道的調制前向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。這些信道每路都經過適當的Wash函數正文擴展，然后以1.2288Mc/s固定速率由正交相位導頻PN序列擴展。(1)前向導頻信道的調制原理框圖如圖3.3:圖3.3(2)前向同步信道的調制原理框圖如圖3.4:圖3.4(3)前向尋呼信道的調制原理框圖如圖3.5圖3.5(4)前向業(yè)務信道調制的原理框圖如圖3.6:圖3.63.2.3CDMA系統(tǒng)干擾分析1.從頻段上分：上行干擾與下行干擾。2.從頻點上分：同頻干擾和非同頻干擾。3.從干擾源分：(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)互調干擾：互調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生的。4.對于CDMA系統(tǒng)，干擾可分類為系統(tǒng)內部干擾和系統(tǒng)外部干擾。(1)內部干擾：CDMA信號共享相同的載波，相互之間會產生干擾，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信號同樣會產生干擾影響。5.對于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)調整為其他的頻點。3.3本章小結本章首先介紹了調制的一些基本知識,調制在通信系統(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的調制。所以后面緊接著介紹了幾種實用的信道調制，最后研究了CDMA信道在不同序列和干擾下的函數參數，以及在不同效應和干擾下造成的影響。第四章CDMA通信系統(tǒng)中基于simulink的系統(tǒng)仿真4.1simulink簡介近幾年，在學術界和工業(yè)領域，Simulink已成為在動態(tài)系統(tǒng)領域建模和仿真方面分，Simulink具有相對獨立的功能和使用方法。確切的說，它是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、應用最廣泛的軟件包之一。它的魅力在于強大的功能和簡便的操作。作為MATLAB的重要組成部仿真和分析的軟件包。它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，也支持具有多種采樣頻率的系統(tǒng)，而且系統(tǒng)可以是多進程的。在Simulink環(huán)境中，利用鼠標就可以在模型窗口中直觀地"畫"出系統(tǒng)模型，然后直接進行仿真。它為用戶提供了方框圖進行建模的圖形接口，采用這種結構畫模型就像你用手和紙來畫一樣容易。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點。Simulink包含有SINKS（輸出方式）、SOURCE（輸入源）、LINEAR（線性環(huán)節(jié)）、NONLINEAR（非線性環(huán)節(jié)）、CONNECTIONS（連接與接口）和EXTRA（其他環(huán)節(jié)）子模型庫，而且每個子模型庫中包含有相應的功能模，用戶也可以定制和創(chuàng)建用戶自己的模塊。用Simulink創(chuàng)建的模型可以具有遞階結構，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結構創(chuàng)建模型。用戶可以從最高級開始觀看模型，然后用鼠標雙擊其中的子系統(tǒng)模塊，來查看其下一級的內容，以此類推，從而可以看到整個模型的細節(jié)，幫助用戶理解模型的結構和各模塊之間的相互關系。在定義完一個模型后，用戶可以通過Simulink的菜單或MATLAB的命令窗口鍵入命令來對它進行仿真。菜單方式對于交互工作非常方便，而命令行方式對于運行一大類仿真非常有用。采用SCOPE模塊和其他的畫圖模塊，在仿真進行的同時，就可觀看到仿真結果。除此之外，用戶還可以在改變參數后來迅速觀看系統(tǒng)中發(fā)生的變化情況。仿真的結果還可以存放到MATLAB的工作空間里做事后處理。模型分析工具包括線性化和平衡點分析工具、MATLAB的許多工具及MATLAB的應用工具箱。由于MATLAB和SIMULINK的集成在一起的，因此用戶可以在這兩種環(huán)境下對自己的模型進行仿真、分析和修改。Simulink通過利用模塊組合的方法可以方便用戶快速、準確地創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)的計算機模型。它可以用來模擬線性與非線性系統(tǒng)，連續(xù)與非連續(xù)系統(tǒng)，或者這些混合的系統(tǒng)，是強大的系統(tǒng)仿真工具。4.1.1 典型的模型結構Simulink的每一個模塊實際上都是一個系統(tǒng)、一個典型的Simulink模塊包括輸入、狀態(tài)和輸出三個部分：（1） 輸入模塊：即信號源模塊，包括常數信號源、函數信號發(fā)生器和用戶自定義信號；（2） 狀態(tài)模塊：即被模擬的系統(tǒng)模塊，它是Simulink的中心模塊，是系統(tǒng)建模的核心和主要部分；輸出模塊：即信號顯示模塊，它能夠以圖形方式、文件格式進行顯示，也可以在MATLAB的工作空間顯示，輸出模塊主要集中在Sinks庫。在Simulink中，模塊都是用矢量來表示這三個部分的，如圖4.1所示圖4.14.1.2 Simulink仿真過程Simulink仿真分為兩個階段：初始化和模型執(zhí)行。（1） 初始化階段初始化階段需要完成的主要工作及其步驟如下：對模型的參數進行估計，得到它們實際計算的值。展開模型的各個層次。按照更新的次序對模塊進行排序。確定那些非顯示化的信號屬性，并檢查每個模塊是否能夠接受連接到它們輸入端的信號。確定所有非顯示化的信號采樣時間模塊的采樣時間。分配和初始化存儲空間，以便存儲每個模塊的狀態(tài)和當前值的輸出。（2） 模型執(zhí)行階段對于一般的仿真模型是通過采用數值積分來來進行仿真的，計算數積分可以采用以下兩步來進行： 按照秩序計算每個模塊的積分。根據當前輸入和狀態(tài)來決定狀態(tài)的微分，得到微分矢量，然后把它返回給解法器，以計算下一個采樣點的狀態(tài)矢量。4.2QPSK調制解調系統(tǒng)仿真QPSK調制解調源代碼及仿真圖如下：%MATLABscriptforSystemSimulationHomework#2clear;clc;bdcloseall;Enc='windows-1252';set_param(0,'CharacterEncoding',Enc);%Carrierfrequencyformodulationand%demodulationFc=5e6;%%QPSKtransmitter%data_len=5000;%Inputbinarydataof5MHzinput=randint(1,data_len);%SeriestoParallelfori=1:data_lenifrem(i,2)==1%theremainderofi/2ifinput(i)==1I(i)=1;I(i+1)=1;elseI(i)=-1;I(i+1)=-1;endelseifinput(i)==1Q(i-1)=1;Q(i)=1;elseQ(i-1)=-1;Q(i)=-1;endendend%Zeroinsertionzero=5;%Samplingrateis25MHzfori=1:zero*data_lenifrem(i,zero)==1Izero(i)=I(fix((i-1)/zero)+1);Qzero(i)=Q(fix((i-1)/zero)+1);elseIzero(i)=0;Qzero(i)=0;endend%PulseshapingfilterNT=50;N=2*zero*NT;Fs=25e6;rf=0.1;psf=rcosfir(rf,NT,zero,Fs,'sqrt');Ipulse=conv(Izero,psf);Qpulse=conv(Qzero,psf);%Modulationfori=1:zero*data_len+Nt(i)=(i-1)/(Fc*zero);Imod(i)=Ipulse(i).*sqrt(2)*cos(2*pi*Fc*t(i));Qmod(i)=Qpulse(i).*(-sqrt(2)*sin(2*pi*Fc*t(i)));endsum=Imod+Qmod;%%QPSKReceiver%%Demodulationfori=1:zero*data_len+NIdem(i)=sum(i).*sqrt(2)*cos(2*pi*Fc*t(i));Qdem(i)=sum(i).*(-sqrt(2)*sin(2*pi*Fc*t(i)));end%Matchedfiltermtf=rcosfir(rf,NT,zero,Fs,'sqrt');Imat=conv(Idem,mtf);Qmat=conv(Qdem,mtf);%Dataselectionfori=1:zero*data_lenIsel(i)=Imat(i+N);Qsel(i)=Qmat(i+N);end%Samplerfori=1:data_lenIsam(i)=Isel((i-1)*zero+1);Qsam(i)=Qsel((i-1)*zero+1);end%Decisionthresholdthreshold=0.5;%howtodeterminefori=1:data_lenifIsam(i)>=thresholdIfinal(i)=1;elseIfinal(i)=-1;endifQsam(i)>=thresholdQfinal(i)=1;elseQfinal(i)=-1;endend%ParalleltoSeriesfori=1:data_lenifrem(i,2)==1ifIfinal(i)==1final(i)=1;elsefinal(i)=0;endelseifQfinal(i)==1final(i)=1;elsefinal(i)=0;endendendfigure(1)plot(20*log(abs(fft(input))))axis([0data_len-40100])gridtitle('SpectrumofInputbinarydata')figure(2)subplot(221)plot(20*log(abs(fft(I))))axis([0data_len-40140])gridtitle('SpectrumofI-channeldata')subplot(222)plot(20*log(abs(fft(Q))))axis([0data_len-40140])gridtitle('SpectrumofQ-channeldata')subplot(223)plot(20*log(abs(fft(Izero))))axis([0zero*data_len-20140])gridtitle('SpectrumofI-channeldataafterzeroinsertion')subplot(224)plot(20*log(abs(fft(Qzero))))axis([0zero*data_len-20140])gridtitle('SpectrumofQ-channeldataafterzeroinsertion')figure(3)subplot(221)plot(psf)axis([200400-0.20.6])gridtitle('Timedomainresponseofpulseshapingfilter')subplot(222)plot(20*log(abs(fft(psf))))axis([0N-35050])gridtitle('Transferfunctionofpulseshapingfilter')subplot(223)plot(20*log(abs(fft(Ipulse))))axis([0zero*data_len+N-250150])gridtitle('SpectrumofI-channelafterpulseshapingfilter')subplot(224)plot(20*log(abs(fft(Qpulse))))axis([0zero*data_len+N-250150])gridtitle('SpectrumofQ-channelafterpulseshapingfil