課程設(shè)計(jì)（論文）PSK直序擴(kuò)頻信號(hào)數(shù)字相關(guān)解調(diào)方案在SystemView上的仿真

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1、目 錄一、設(shè)計(jì)目的4二、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求.4三、開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介4四、設(shè)計(jì)原理54.1 CDMA通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介.54.1.1 CDMA通信系統(tǒng)概述.54.1.2 CDMA通信系統(tǒng)特點(diǎn).64.1.3 CDMA通信系統(tǒng)優(yōu)勢(shì).74.2 CDMA技術(shù)基礎(chǔ).84.2.1 擴(kuò)頻通信簡(jiǎn)介84.2.2 擴(kuò)頻通信分類94.2.3 直接序列擴(kuò)頻.94.2.4 Walsh碼序列104.2.5 卷積碼.114.2.6 交織技術(shù).124.2.7 IS-95技術(shù)基礎(chǔ).13五、設(shè)計(jì)整體思路17六、詳細(xì)設(shè)計(jì)186.1 設(shè)計(jì)仿真中用到的符號(hào)及其功能說(shuō)明.1862 前向?qū)ьl信道.206.2.1 理論基礎(chǔ).206.2.2 設(shè)計(jì)仿真.216

2、.3 前向同步信道.246.3.1 理論基礎(chǔ)246.3.2 設(shè)計(jì)仿真256.4 前向?qū)ず粜诺?276.4.1 理論基礎(chǔ).276.4.2 設(shè)計(jì)仿真296.5 前向業(yè)務(wù)信道.316.5.1 理論基礎(chǔ)316.5.2 設(shè)計(jì)仿真34七、設(shè)計(jì)仿真總框圖及參數(shù)設(shè)置.367.1 仿真中遇到的符號(hào)及其功能說(shuō)明.367.2 CDMA前向鏈路基帶系統(tǒng)仿真367.2.1 理論基礎(chǔ).367.2.2 設(shè)計(jì)仿真.377.2.3 RAKE接收機(jī)子電路圖.40八、實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題及解決方案438.1 關(guān)于繪制電路圖過(guò)程中的錯(cuò)誤問(wèn)題.438.2 關(guān)于采樣器的采樣模式問(wèn)題.458.3 關(guān)于調(diào)制問(wèn)題458.4 關(guān)于設(shè)計(jì)電路圖和資料中

3、的原理框圖不一致的問(wèn)題458.5 關(guān)于仿真總電路圖的碼元反向問(wèn)題46九、課程設(shè)計(jì)總結(jié)及心得.499.1 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .499.2 課程設(shè)計(jì)心得體會(huì) .50十、參考文獻(xiàn) .51一、設(shè)計(jì)目的用Systemview通信系統(tǒng)訪真軟件作為設(shè)計(jì)工具，完成通信系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與仿真，該設(shè)計(jì)將使學(xué)生在綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、解決本專業(yè)方向的實(shí)際問(wèn)題方面得到系統(tǒng)性的訓(xùn)練。1. 了解SystemView的運(yùn)行環(huán)境及應(yīng)用領(lǐng)域；2. 逐步熟悉各種通信系統(tǒng)的仿真，由簡(jiǎn)到難；3. 運(yùn)用所學(xué)對(duì)幾個(gè)實(shí)際系統(tǒng)的仿真進(jìn)行分析和比較。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)內(nèi)容：PSK直序擴(kuò)頻信號(hào)數(shù)字相關(guān)解調(diào)方案在SystemView上的仿真。設(shè)計(jì)要求：

4、1. 理解并掌握PSK直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的基本原理及特點(diǎn)；2. 完成PSK直序擴(kuò)頻信號(hào)數(shù)字相關(guān)解調(diào)方案在System View上的仿真。三、開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介1. 硬件環(huán)境：PC機(jī)；軟件環(huán)境：System View 5.0。2. 軟件介紹：（1） SystemView是一個(gè)信號(hào)級(jí)的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路和通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真，是一個(gè)強(qiáng)有力的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析工具，能滿足從數(shù)字信號(hào)處理、濾波器設(shè)計(jì)到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等不同層的設(shè)計(jì)、仿真要求。（2） SystemView借助大家熟悉的Windows窗口環(huán)境，以模塊化合交互式的界面，為用戶提供了一個(gè)嵌入式的分析引擎。（3） 使用SystemView時(shí)，用戶只關(guān)心項(xiàng)目

5、的設(shè)計(jì)思想和過(guò)程，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖標(biāo)即可完成復(fù)雜通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真、測(cè)試，而不用花費(fèi)太多的精力去通過(guò)編程來(lái)建立通信仿真模型。3. System View 的特點(diǎn)：（1） 能仿真大量的應(yīng)用系統(tǒng)（2） 快速方便的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真（3） 在報(bào)告中快速方便的加入SystemView的結(jié)論（4） 提供基于組織圖結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)（5） 多速率系統(tǒng)和并行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、（6） 完備的濾波器和線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)（7） 先進(jìn)的信號(hào)分析和數(shù)據(jù)塊處理（8） 可擴(kuò)展性（9） 完善的自我診斷能力四、設(shè)計(jì)原理4.1 PSK直序擴(kuò)頻信號(hào)數(shù)字相關(guān)解調(diào)方案通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介4.1.1 CDMA通信系統(tǒng)概述：CDMA通信系統(tǒng)采用先進(jìn)的擴(kuò)頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了

6、碼分多址的應(yīng)用系統(tǒng)。當(dāng)前商用CDMA系統(tǒng)空中接口標(biāo)準(zhǔn)為IS-95，提供1.23MHz的無(wú)線載頻間隔；為防止干擾，不同的用戶分配不同的無(wú)線信道（頻率）或同一信道內(nèi)的不同碼；相同的無(wú)線信道能在相鄰小區(qū)或扇面使用；每扇面的話務(wù)容量為軟容量，不受頻率或收發(fā)信機(jī)數(shù)量的嚴(yán)格限制。CDMA系統(tǒng)中通過(guò)在給定時(shí)間內(nèi)傳送不同的碼來(lái)區(qū)分不同的基站，即基站傳送不同時(shí)間偏移的同一偽隨機(jī)碼。為了確保時(shí)間偏移的正確性，CDMA基站必須對(duì)公共時(shí)間參考點(diǎn)保持同步。CDMA系統(tǒng)借助全球定位系統(tǒng)（GPS）提供精確同步，在當(dāng)前的技術(shù)手段下，GPS是保證其達(dá)到預(yù)期頻譜效率的最后的同步手段。 CDMA是一種擴(kuò)頻技術(shù)，它將包含有用信息的信

7、號(hào)擴(kuò)展成較大的寬帶，通過(guò)接收端的解調(diào)壓縮來(lái)獲取極大的信號(hào)增益和較高的信噪比。 CDMA系統(tǒng)能夠使移動(dòng)臺(tái)同時(shí)與兩個(gè)或多個(gè)基站通信以實(shí)現(xiàn)小區(qū)間無(wú)縫切換，話音信道為先接后斷，大大減少了掉話率。只有Lucent真正做到交換機(jī)之間，交換機(jī)之內(nèi)所有基站實(shí)現(xiàn)全程軟切換。 CDMA保持設(shè)定的話音質(zhì)量，誤幀率，同時(shí)獲得最大頻譜效率手段。設(shè)定和控制反向Eb/No以控制誤幀數(shù)量；盡量減低手機(jī)發(fā)射功率（反向）；盡量減低基站發(fā)射功率（前向）；提供方法使運(yùn)營(yíng)者可以平衡系統(tǒng)容量與話音質(zhì)量的需要。 CDMA追求更高的頻譜效率和更好的通信質(zhì)量，是推動(dòng)一切無(wú)線蜂窩技術(shù)前進(jìn)的根本之內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力，從FDMA到TDMA，再到CDMA，直

8、至要實(shí)現(xiàn)的第三代系統(tǒng)寬帶CDMA。4.1.2 CDMA通信系統(tǒng)特點(diǎn)：（1）采用了多種分集方式。除了傳統(tǒng)的空間分集外。由于是寬帶傳輸起到了頻率分集的作用，同時(shí)在基站和移動(dòng)臺(tái)采用了RAKE接收機(jī)技術(shù)，相當(dāng)于時(shí)間分集的作用。 （2）采用了話音激活技術(shù)和扇區(qū)化技術(shù)。因?yàn)镃DMA系統(tǒng)的容量直接與所受的干擾有關(guān)，采用話音激活和扇區(qū)化技術(shù)可以減少干擾，可以使整個(gè)系統(tǒng)的容量增大。 （3）采用了移動(dòng)臺(tái)輔助的軟切換。通過(guò)它可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換，保證了通話的連續(xù)性，減少了掉話的可能性。處于切換區(qū)域的移動(dòng)臺(tái)通過(guò)分集接收多個(gè)基站的信號(hào)，可以減低自身的發(fā)射功率，從而減少了對(duì)周圍基站的干擾，這樣有利于提高反向聯(lián)路的容量和覆蓋范

9、圍。 （4）采用了功率控制技術(shù)，這樣降低了平準(zhǔn)發(fā)射功率。 （5）具有軟容量特性?？梢栽谠拕?wù)量高峰期通過(guò)提高誤幀率來(lái)增加可以用的信道數(shù)。當(dāng)相鄰小區(qū)的負(fù)荷一輕一重時(shí)，負(fù)荷重的小區(qū)可以通過(guò)減少導(dǎo)頻的發(fā)射功率，使本小區(qū)的邊緣用戶由于導(dǎo)頻強(qiáng)度的不足而切換到相臨小區(qū)，分擔(dān)了話務(wù)量負(fù)擔(dān)。（6）兼容性好。由于CDMA的帶寬很大，功率分布在廣闊的頻譜上，功率話密度低，對(duì)窄帶模擬系統(tǒng)的干擾小，因此兩者可以共存。即兼容性好。 （7）CDMA的頻率利用率高，不需頻率規(guī)劃。 （8）CDMA高效率的OCELP話音編碼。話音編碼技術(shù)是數(shù)字通信中的一個(gè)重要課題。OCELP是利用碼表矢量量化差值的信號(hào)，并根據(jù)語(yǔ)音激活的程度產(chǎn)生

10、一個(gè)輸出速率可變的信號(hào)。這種編碼方式被認(rèn)為是目前效率最高的編碼技術(shù)，在保證有較好話音質(zhì)量的前提下，大大提高了系統(tǒng)的容量。這種聲碼器具有8kbits和13kbits兩種速率的序列。8kbits序列從1.2kbits到9.6kbits可變，13kbits序列則從1.8kbts到14.4kbts可變。最近，又有一種8kbits EVRC型編碼器問(wèn)世，也具有8kbits聲碼器容量大的特點(diǎn)，話音質(zhì)量也有了明顯的提高。4.1.3 CDMA通信系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)：系統(tǒng)容量大理論上，在使用相同頻率資源的情況下，CDMA移動(dòng)網(wǎng)比模擬網(wǎng)容量大20倍，實(shí)際使用中比模擬網(wǎng)大10倍，比GSM要大4-5倍。 系統(tǒng)容量的配置靈活在C

11、DMA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。但對(duì)用戶數(shù)并無(wú)限制，操作者可在容量和話音質(zhì)量之間折衷考慮。另外，多小區(qū)之間可根據(jù)話務(wù)量和干擾情況自動(dòng)均衡。 這一特點(diǎn)與CDMA的機(jī)理有關(guān)。CDMA是一個(gè)自擾系統(tǒng)，所有移動(dòng)用戶都占用相同帶寬和頻率，打個(gè)比方，將帶寬想像成一個(gè)大房子，所有的人將進(jìn)入惟一的大房子。如果他們使用完全不同的語(yǔ)言，他們就可以清楚地聽(tīng)到同伴的聲音而只受到一些來(lái)自別人談話的干擾。在這里，屋里的空氣可以被想像成寬帶的載波，而不同的語(yǔ)言即被當(dāng)作編碼，我們可以不斷地增加用戶直到整個(gè)背景噪音限制住了我們。如果能控制住用戶的信號(hào)強(qiáng)度，在保持高質(zhì)量通話的同時(shí)，我們就可以容

12、納更多的用戶。 通話質(zhì)量更佳TDMA的信道結(jié)構(gòu)最多只能支持4Kb的語(yǔ)音編碼器，它不能支持8Kb以上的語(yǔ)音編碼器。而CDMA的結(jié)構(gòu)可以支持13kb的語(yǔ)音編碼器。因此可以提供更好的通話質(zhì)量。CDMA系統(tǒng)的聲碼器可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率，并根據(jù)適當(dāng)?shù)拈T限值選擇不同的電平級(jí)發(fā)射。同時(shí)門限值根據(jù)背景噪聲的改變而變，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(zhì)量。另外，TDMA采用一種硬移交的方式，用戶可以明顯地感覺(jué)到通話的間斷，在用戶密集、基站密集的城市中，這種間斷就尤為明顯，因?yàn)樵谶@樣的地區(qū)每分鐘會(huì)發(fā)生2至4次移交的情形。而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)，“

13、先連接再斷開(kāi)”，這樣完全克服了硬切換容易掉話的缺點(diǎn)。 頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單用戶按不同的序列碼區(qū)分，所以，相同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(kuò)展簡(jiǎn)單。 雖然CDMA系統(tǒng)頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單，但CDMA系統(tǒng)存在著PN短碼的規(guī)劃，并且PN短碼的規(guī)劃相較頻率規(guī)劃并不一定更簡(jiǎn)單。 總體來(lái)說(shuō)CDMA的規(guī)劃并不簡(jiǎn)單。相反，較之GSM系統(tǒng)要更為復(fù)雜。 建網(wǎng)成本低CDMA系統(tǒng)有著容量大、工作頻點(diǎn)較GSM低，因此，在CDMA規(guī)劃中，CDMA的站間距一般較GSM稀疏。因此可以更好的節(jié)約建網(wǎng)成本。 網(wǎng)絡(luò)綠色環(huán)保技術(shù)體制 平均發(fā)射功率 最大發(fā)射功率 GSM 125毫瓦 2瓦 CDMA 2毫瓦 200毫瓦 從以上數(shù)據(jù)可

14、以看到CDMA手機(jī)是GSM手機(jī)平均發(fā)射功率的2/125，所以CDMA手機(jī)更加綠色環(huán)保。 低功率譜密度由于CDMA的關(guān)鍵技術(shù)為擴(kuò)頻技術(shù)，所以它的功率譜被擴(kuò)展的很寬，從而功率很低，好處有二： （1）防止其它信道的干擾； （2）防止干擾其它信道。4.2 CDMA技術(shù)基礎(chǔ)4.2.1擴(kuò)頻通信簡(jiǎn)介：擴(kuò)頻通信，即擴(kuò)展頻譜通信(Spread Spectrum Communication)。它是指用來(lái)傳輸信息的射頻帶寬遠(yuǎn)大于信息本身帶寬的一種通信方式，它與光纖通信、衛(wèi)星通信，一同被譽(yù)為進(jìn)入信息時(shí)代的三大高技術(shù)通信傳輸方式。擴(kuò)頻通信是將待傳送的信息數(shù)據(jù)被偽隨機(jī)編碼(擴(kuò)頻序列：Spread Sequence)調(diào)制，

15、實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展后再傳輸；接收端則采用相同的編碼進(jìn)行解調(diào)及相關(guān)處理，恢復(fù)原始信息數(shù)據(jù)。擴(kuò)頻通信方式與常規(guī)的窄道通信方式是有區(qū)別的： （1）信息的頻譜擴(kuò)展后形成寬帶傳輸； （2）相關(guān)處理后恢復(fù)成窄帶信息數(shù)據(jù)。正是由于這兩大特點(diǎn)，使擴(kuò)頻通信有如下的優(yōu)點(diǎn)： （1）抗干擾； （2）抗噪音；（3）抗多徑衰落； （4）具有保密性； （5）功率譜密度低，具有隱蔽性和低的截獲概率；（6）可多址復(fù)用和任意選址；（7）高精度測(cè)量等；由于擴(kuò)頻通信技術(shù)具有上述優(yōu)點(diǎn)，自50年代中期美國(guó)軍方便開(kāi)始研究，一直為軍事通信所獨(dú)占，廣泛應(yīng)用于軍事通信、電子對(duì)抗以及導(dǎo)航、測(cè)量等各個(gè)領(lǐng)域。直到80年代初才被應(yīng)用于民用通信領(lǐng)域。為了滿足日

16、益增長(zhǎng)的民用通信容量的需求和有效地利用頻譜資源，各國(guó)都紛紛提出在數(shù)字峰窩移動(dòng)通信、衛(wèi)星移動(dòng)通信和未來(lái)的個(gè)人通信中采用擴(kuò)頻技術(shù)，擴(kuò)頻技術(shù)已廣泛應(yīng)用于蜂窩電話、無(wú)繩電話、微波通信、無(wú)線數(shù)據(jù)通信、遙測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警等系統(tǒng)中。4.2.2擴(kuò)頻通信分類：直接序列擴(kuò)頻簡(jiǎn)稱直擴(kuò)（DS）。所傳送的信息符號(hào)經(jīng)偽隨機(jī)序列（或稱偽噪聲碼）編碼后對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制。偽隨機(jī)序列的速率遠(yuǎn)大于要傳送信息的速率，因而調(diào)制后的信號(hào)頻譜寬度將遠(yuǎn)大于所傳送信息的頻譜寬度。 跳頻擴(kuò)頻簡(jiǎn)稱跳頻（FH）。載荷信息的載波信號(hào)頻率受偽隨機(jī)序列的控制，快速地在給定的頻段中跳變，此跳變的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳送信息的頻譜寬度。 跳時(shí)擴(kuò)頻簡(jiǎn)稱跳時(shí)（TH）。將

17、時(shí)間軸分成周期性的時(shí)幀，每幀內(nèi)分成許多時(shí)片。在一幀內(nèi)哪個(gè)時(shí)片發(fā)送信號(hào)由偽碼控制，由于時(shí)片寬度遠(yuǎn)小于信號(hào)持續(xù)時(shí)間從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻譜的擴(kuò)展。 混合擴(kuò)頻幾種不同的擴(kuò)頻方式混合應(yīng)用，例如：直擴(kuò)和跳頻的結(jié)合（DS/FH），跳頻和跳時(shí)的結(jié)合（FH/TH），以及直擴(kuò)、跳頻與跳時(shí)的結(jié)合（DS/FH/TH）等。4.2.3 直接序列擴(kuò)頻：直接序列擴(kuò)頻（DSSS），（Direct seqcuence spread spectrdm）將要發(fā)送的信息用偽隨機(jī)碼（PN碼）擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶上去，在接收端，用與發(fā)端擴(kuò)展用的相同的偽隨機(jī)碼對(duì)接收到的擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，恢復(fù)出發(fā)送的信息。它是一種數(shù)字調(diào)制方法，具體說(shuō)，就是將信

18、源與一定的PN碼（偽噪聲碼）進(jìn)行摸二加。例如說(shuō)在發(fā)射端將1用11000100110，而將0用00110010110去代替，這個(gè)過(guò)程就實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)頻，而在接收機(jī)處只要把收到的序列是11000100110就恢復(fù)成1是00110010110就恢復(fù)成0，這就是解擴(kuò)。這樣信源速率就被提高了11倍，同時(shí)也使處理增益達(dá)到10dB以上，從而有效地提高了整機(jī)倍噪比。直接序列擴(kuò)頻的優(yōu)點(diǎn)：直擴(kuò)系統(tǒng)射頻帶寬很寬。小部分頻譜衰落不會(huì)使信號(hào)頻譜嚴(yán)重衰落。 多徑干擾是由于電波傳播過(guò)程中遇到各種反射體（高山，建筑物）引起，使接受端接受信號(hào)產(chǎn)生失真，導(dǎo)致碼間串?dāng)_，引起噪音增加。而直擴(kuò)系統(tǒng)可以利用這些干擾能量提高系統(tǒng)的性能。 直擴(kuò)系

19、統(tǒng)除了一般通信系統(tǒng)所要求的同步以外，還必須完成偽隨機(jī)碼的同步，以便接受機(jī)用此同步后的偽隨機(jī)碼去對(duì)接受信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)。直擴(kuò)系統(tǒng)隨著偽隨機(jī)碼字的加長(zhǎng)，要求的同步精度也就高，因而同步時(shí)間就長(zhǎng)。 直擴(kuò)和跳頻系統(tǒng)都有很強(qiáng)的保密性能。對(duì)于直擴(kuò)系統(tǒng)而言，射頻帶寬很寬，譜密度很低，甚至淹沒(méi)在噪音中，就很難檢查到信號(hào)的存在。由于直擴(kuò)信號(hào)的頻譜密度很低，直擴(kuò)系統(tǒng)對(duì)其它系統(tǒng)的影響就很小。 直擴(kuò)系統(tǒng)一般采用相干解調(diào)解擴(kuò)，其調(diào)制方式多采用BPSK、DPSK、QPSK、MPSK等調(diào)制方式。而跳頻方式由于頻率不斷變化、頻率的駐留時(shí)間內(nèi)都要完成一次載波同步，隨著跳頻頻率的增加，要求的同步時(shí)間就越短。因此跳頻多采用非相干解調(diào)

20、，采用的解調(diào)方式多為FSK或ASK，從性能上看，直擴(kuò)系統(tǒng)利用了頻率和相位的信息，性能優(yōu)于跳頻。4.2.4 Walsh碼序列：在碼分多址系統(tǒng)中，每個(gè)小區(qū)的所有信道共用同一頻帶，為了消除多址干擾，應(yīng)該采取一定的措施使得在各個(gè)信道中傳輸?shù)男盘?hào)時(shí)相互正交的。Walsh碼是一種同步正交碼, 即在同步傳輸情況下, 利用Walsh碼作為地址碼具有良好的自相關(guān)特性和處處為零的互相關(guān)特性。此外, Walsh碼生成容易, 應(yīng)用方便。 但是, Walsh碼的各碼組由于所占頻譜帶寬不同等原因, 因而不能作為擴(kuò)頻碼。在CDMA系統(tǒng)中，Walsh碼是64位正交碼用來(lái)區(qū)分下行用戶（前向用戶）Walsh碼來(lái)源于H矩陣，根據(jù)H

21、矩陣中“1”和“1”的交變次數(shù)重新排列就可以得到Walsh矩陣，該矩陣中各行列之間是相互正交(Mutual Orthogonal)的，可以保證使用它擴(kuò)頻的信道也是互相正交的。對(duì)于CDMA前向鏈路，采用64階Walsh序列擴(kuò)頻, 每個(gè)W序列用于一種前向物理信道(標(biāo)準(zhǔn)），實(shí)現(xiàn)碼分多址功能。信道數(shù)記為W0-W63，碼片速率：1.2288Mc/s。沃爾什序列可以消除或抑制多址干擾(MAI)。理論上，如果在多址信道中信號(hào)是相互正交的，那么多址干擾可以減少至零。然而實(shí)際上由于多徑信號(hào)和來(lái)自其他小區(qū)的信號(hào)與所需信號(hào)是不同步的，共信道干擾不會(huì)為零。異步到達(dá)的延遲和衰減的多徑信號(hào)與同步到達(dá)的原始信號(hào)不是完全正交

22、的，這些信號(hào)就帶來(lái)干擾。來(lái)自其他小區(qū)的信號(hào)也不是同步或正交的，這也會(huì)導(dǎo)致干擾發(fā)生,在反向鏈路中，沃爾什碼序列僅用作擴(kuò)頻。IS-95A定義的CDMA系統(tǒng)采用64階Walsh函數(shù)，它們?cè)谇?、反向鏈路中的作用是不同的?對(duì)于前向鏈路：依據(jù)兩兩正交的Walsh序列，將前向信道劃分為64個(gè)碼分信道，碼分信道與Walsh序列一一對(duì)應(yīng)。Walsh序列碼速率與PN碼速率相同，均為1.2288 Mc/s。前向多址接入方案由采用正交Walsh序列實(shí)現(xiàn)；一個(gè)編碼比特周期對(duì)應(yīng)一個(gè)Walsh序列（64chip）。 對(duì)于反向鏈路：Walsh序列作為調(diào)制碼使用，即64階正交調(diào)制。6個(gè)編碼比特對(duì)應(yīng)一個(gè)64位的Walsh序列（

23、64階Walsh編碼后的數(shù)據(jù)速率為307.2kcps，經(jīng)用戶PN長(zhǎng)碼加擾/擴(kuò)頻，生成1.2288 Mc/s碼流；該碼流經(jīng)PNI、PNQ短碼覆蓋、濾波等處理后交由RFS發(fā)射）。4.2.5 卷積碼：卷積碼是一種糾錯(cuò)編碼，它將輸入的k個(gè)信息比特編成n個(gè)比特輸出，特別適合以串行形式進(jìn)行傳輸，時(shí)延小。在一個(gè)二進(jìn)制分組碼（n,k）當(dāng)中，包含k個(gè)信息位，碼組長(zhǎng)度為n，每個(gè)碼組的（n-k）個(gè)校驗(yàn)位僅與本碼組的k個(gè)信息位有關(guān)，而與其它碼組無(wú)關(guān)。為了達(dá)到一定的糾錯(cuò)能力和編碼效率（k/n），分組碼的碼組長(zhǎng)度n通常都比較大。編譯碼時(shí)必須把整個(gè)信息碼組存儲(chǔ)起來(lái)，由此產(chǎn)生的延時(shí)隨著n的增加而線性增加。為了減少這個(gè)延遲，人

24、們提出了各種解決方案，其中卷積碼就是一種較好的信道編碼方式。這種編碼方式同樣是把k個(gè)信息比特編成n個(gè)比特，但k和n通常很小，特別適宜于以串行形式傳輸信息，減小了編碼延時(shí)。與分組碼不同，卷積碼中編碼后的n個(gè)碼元不僅與當(dāng)前段的k個(gè)信息有關(guān)，而且也與前面（N-1）段的信息有關(guān)，編碼過(guò)程中相互關(guān)聯(lián)的碼元為nN個(gè)。因此，這N時(shí)間內(nèi)的碼元數(shù)目nN通常被稱為這種碼的約束長(zhǎng)度。卷積碼的糾錯(cuò)能力隨著N的增加而增大，在編碼器復(fù)雜程度相同的情況下，卷段積碼的性能優(yōu)于分組碼。另一點(diǎn)不同的是：分組碼有嚴(yán)格的代數(shù)結(jié)構(gòu)，但卷積碼至今尚未找到如此嚴(yán)密的數(shù)學(xué)手段，把糾錯(cuò)性能與碼的結(jié)構(gòu)十分有規(guī)律地聯(lián)系起來(lái)，目前大都采用計(jì)算機(jī)來(lái)搜

25、索好碼。下面通過(guò)一個(gè)例子來(lái)簡(jiǎn)要說(shuō)明卷積碼的編碼工作原理。正如前面已經(jīng)指出的那樣，卷積碼編碼器在一段時(shí)間內(nèi)輸出的n位碼，不僅與本段時(shí)間內(nèi)的k位信息位有關(guān)，而且還與前面m段規(guī)定時(shí)間內(nèi)的信息位有關(guān)，這里的mN-1通常用（n，k，m）表示卷積碼（注意：有些文獻(xiàn)中也用（n，k，N）來(lái)表示卷積碼）。 圖8-8就是一個(gè)卷積碼的編碼器，該卷積碼的n = 2，k = 1，m = 2，因此，它的約束長(zhǎng)度nN = n(m+1) = 23 = 6。圖8-8（2，1，2）卷集碼編碼器在圖8-8中，與為移位寄存器，它們的起始狀態(tài)均為零。、與、之間的關(guān)系如下：（8-41）假如輸入的信息為D = 11010，為了使信息D全部

26、通過(guò)移位寄存器，還必須在信息位后面加3個(gè)零。表8-9列出了對(duì)信息D進(jìn)行卷積編碼時(shí)的狀態(tài)。表8-9 信息D進(jìn)行卷積編碼時(shí)的狀態(tài)輸入信息D11010000b3b20001111001100000輸出C1C21101010010110000描述卷積碼的方法有兩類，也就是圖解表示和解析表示。解析表示較為抽象難懂，而用圖解表示法來(lái)描述卷積碼簡(jiǎn)單明了。常用的圖解描述法包括樹(shù)狀圖、網(wǎng)格圖和狀態(tài)圖等。卷積碼的譯碼方法可分為代數(shù)譯碼和概率譯碼兩大類。代數(shù)譯碼方法完全基于它的代數(shù)結(jié)構(gòu)，也就是利用生成矩陣和監(jiān)督矩陣來(lái)譯碼，在代數(shù)譯碼中最主要的方法就是大數(shù)邏輯譯碼。概率譯碼比較常用的有兩種，一種叫序列譯碼，另一種叫維

27、特比譯碼法。雖然代數(shù)譯碼所要求的設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)算量小，但其譯碼性能（誤碼）要比概率譯碼方法差許多。因此，目前在數(shù)字通信的前向糾錯(cuò)中廣泛使用的是概率譯碼方法。 在IS-95系統(tǒng)中，前向和反向鏈路的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)幀送給卷積編碼器。前向和反向鏈路的卷積編碼器都使用約束長(zhǎng)度為9的移位寄存器。前向編碼的速率是1/2，在速率低于9.6kbps時(shí)，輸出比特經(jīng)過(guò)重復(fù)，把一個(gè)20ms分組中的比特?cái)?shù)擴(kuò)展到576，總速率達(dá)到28.8kbps。反向的編碼速率是1/3，在速率低于9.6kbps時(shí)，輸出比特經(jīng)過(guò)重復(fù)，把一個(gè)20ms分組中的比特?cái)?shù)擴(kuò)展到384，總速率達(dá)到19.2kbps。IS-95系統(tǒng)的前向鏈路中，除導(dǎo)頻信道外的所

28、有信道均使用（2,1,9）卷積編碼；反向鏈路中使用（3,1,9）卷積編碼。4.2.6 交織技術(shù)：交織（interleaving）一種差錯(cuò)控制技術(shù)。它的目的是使誤碼離散化，將突發(fā)差錯(cuò)信道變?yōu)殡x散差錯(cuò)信道，再通過(guò)糾正隨機(jī)差錯(cuò)來(lái)改善數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。交織原理：把信息碼（源比特）流在時(shí)間順序上按一定規(guī)則打亂，即相互穿插交織后再發(fā)送到信道中去。若交織后的碼流出現(xiàn)突發(fā)差錯(cuò)，再經(jīng)過(guò)解交織還原成原來(lái)的碼流順序后，則將突發(fā)連片差錯(cuò)分散成隨機(jī)差錯(cuò)。因此，接收端的解交織是發(fā)端交織的逆過(guò)程。交織分類：交織器有2 種結(jié)構(gòu)類型：分組結(jié)構(gòu)和卷積結(jié)構(gòu)。分組結(jié)構(gòu)是把待編碼的mn個(gè)數(shù)據(jù)位放入一個(gè)m行n列的矩陣中，即每次是對(duì)mn個(gè)數(shù)據(jù)

29、位進(jìn)行交織。通常，每行由n個(gè)數(shù)據(jù)位組成一個(gè)字，而交織器的深度，即為行數(shù)m。數(shù)據(jù)位被按列填入，而在發(fā)送時(shí)卻是按行讀出的，這樣就產(chǎn)生了對(duì)原始數(shù)據(jù)位以m個(gè)比特為周期進(jìn)行穿插的效果。在接收機(jī)一端的解交織操作則是與此相反進(jìn)行的。采用卷積結(jié)構(gòu)的交織器，在多數(shù)情況下可以代替分組結(jié)構(gòu)的交織器。IS-95系統(tǒng)的交織器都是在塊數(shù)據(jù)上進(jìn)行操作，但嚴(yán)格來(lái)說(shuō)它們并不屬于塊交織，各交織器從交織矩陣中以非傳統(tǒng)的方法（沒(méi)有按照從左上角按列寫入，從右下角按行讀出的順序）讀出數(shù)據(jù)，這樣的目的是為了改變最小間隔特性。在IS-95前向鏈路同步信道中，交織器讀出數(shù)據(jù)時(shí)并沒(méi)有按照從右下角按行讀出的原則，而是采用“比特反轉(zhuǎn)”的技術(shù)讀出。所

30、謂比特反轉(zhuǎn)，是指將符號(hào)的位置變換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)，然后反轉(zhuǎn)比特的順序，再變回十進(jìn)制。需要注意的是位置從0開(kāi)始編號(hào)，而不是從1開(kāi)始編號(hào)。4.2.7 IS-95技術(shù)基礎(chǔ)：IS-95是由高通公司發(fā)起的第一個(gè)基于CDMA數(shù)字蜂窩標(biāo)準(zhǔn)。基于IS-95的第一個(gè)品牌是CDMAOne。IS-95也叫TIA-EIA-95。它是一個(gè)使用CDMA的2G移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)數(shù)據(jù)無(wú)線電多接入方案，其用來(lái)發(fā)送聲音，數(shù)據(jù)和在無(wú)線電話和蜂窩站點(diǎn)間發(fā)信號(hào)數(shù)據(jù)（如被撥電話號(hào)碼）。IS-95是TIA為最主要基于CDMA技術(shù)2G移動(dòng)通信的空中接口標(biāo)準(zhǔn)分配的編號(hào)，IS全稱為Interim Standard，即暫時(shí)標(biāo)準(zhǔn)。它也常作為整系列名稱使

31、用。CDG為該技術(shù)申請(qǐng)了CDMAOne的商標(biāo)。IS-95及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是最早商用的基于CDMA技術(shù)的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，它或者它的后繼CDMA2000也經(jīng)常被簡(jiǎn)稱為CDMA。 典型的IS-95系統(tǒng)參考模型如下圖所示：方框內(nèi)表示的是系統(tǒng)功能實(shí)體，兩實(shí)體連線中央標(biāo)注的是接口信令協(xié)議的類型。各個(gè)功能實(shí)體的定義如下：MS：移動(dòng)臺(tái) BS：基站 MSC：移動(dòng)交換中心 HLR：歸屬位置寄存器VLR：訪問(wèn)位置寄存器 AC：鑒權(quán)中心 MC：消息中心 SME：短消息實(shí)體SCP：業(yè)務(wù)控制點(diǎn) SSP：業(yè)務(wù)交換點(diǎn) IWF：互操作功能。標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介：頻段安排沿用模擬AMPS系統(tǒng)的頻譜分配方案，AMPS系統(tǒng)的信道帶寬為30KHz，每個(gè)

32、CDMA信道使用42個(gè)AMPS信道，系統(tǒng)帶寬為1.25MHz，使用的PN碼速率為1.2288Mcps。每個(gè)CDMA信道兩側(cè)各有8個(gè)AMPS信道作為保護(hù)頻帶。反向：824-849MHz前向：869-894MHz頻帶間隔：45MHz反向：1850-1919MHz前向：1930-1990MHz信道數(shù)每系統(tǒng)帶寬共有64個(gè)碼分信道調(diào)制方式和擴(kuò)頻方式前向采用QPSK,反向采用OQPSK。前向和方向均采用直接序列擴(kuò)頻。信道編碼信道編碼采用卷積編碼和維特比譯碼，前向鏈路卷積碼的編碼效率是1/2，反向?yàn)?/3，約束長(zhǎng)度為9.交織編碼前向?qū)ьl信道不需要經(jīng)過(guò)交織。前向鏈路同步信道采用26.66ms交織編碼長(zhǎng)度外，其

33、他信道的交織編碼長(zhǎng)度均為20ms。在進(jìn)入交織器之前，各信道符號(hào)速率需要經(jīng)過(guò)編碼，重復(fù)等操作達(dá)到19.2kbps。擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻碼的速率為1.2288Mcps，即碼片的碼元寬度為0.8138us。基站識(shí)別碼采用周期為的m序列(短碼)，用戶識(shí)別碼采用周期為的m序列(長(zhǎng)碼)。前向鏈路采用64個(gè)正交的Walsh碼(碼片速率為1.2288Mcps)作為64個(gè)信道的地址碼，反向鏈路利用Walsh碼進(jìn)行64進(jìn)制正交調(diào)制。前向鏈路中，起擴(kuò)頻作用的是Walsh序列，此外，Walsh序列還用來(lái)區(qū)分前向鏈路的不同信道。不同的端PN碼偏置可用來(lái)區(qū)分不同的基站，在同基站的各前向信道的QPSK調(diào)制結(jié)構(gòu)中，I路和Q路的PN碼偏

34、置相同，但特征多項(xiàng)式不同。長(zhǎng)PN碼在前向業(yè)務(wù)信道和尋呼信道中用于數(shù)據(jù)加擾，沒(méi)有起擴(kuò)頻作用；前向?qū)ьl信道和尋呼信道沒(méi)有用到長(zhǎng)PN碼。前向鏈路擴(kuò)頻碼是Walsh碼，反向鏈路的擴(kuò)頻碼是長(zhǎng)碼。采用功率控制和軟切換功率控制的目的是為了克服遠(yuǎn)近效應(yīng)的影響。軟切換:當(dāng)移動(dòng)臺(tái)需要跟一個(gè)新的基站進(jìn)行通信時(shí)，先不急于中斷和原來(lái)基站的通信，而是在與新基站取得聯(lián)系后才與原來(lái)基站斷開(kāi)。軟切換就是先接后斷。它只能在相同頻率的CDMA信道間才能進(jìn)行。不同頻率的CDMA信道只能進(jìn)行傳統(tǒng)的硬切換。RAKE接收機(jī)運(yùn)用背景：RAKE接收技術(shù)是第三代CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要技術(shù)。在CDMA移 動(dòng)通信系統(tǒng)中，由于信號(hào)帶寬較寬，

35、存在著復(fù)雜的多徑無(wú)線電信號(hào)，通信受到多徑衰落的影響。RAKE接收技術(shù)實(shí)際上是一種多徑分集接收技術(shù)，可以在時(shí)間上分辨出細(xì)微的多徑信號(hào)，對(duì)這些分辨出來(lái)的多徑信號(hào)分別進(jìn)行加權(quán)調(diào)整、使之復(fù)合成加強(qiáng)的信號(hào)。這種作用有點(diǎn)像把一堆零亂的草用“耙子”把它們集攏到一起那樣，英文“RAKE”是“耙子”的意思，因此被稱為RAKE技術(shù)?；驹?在CDMA擴(kuò)頻系統(tǒng)中，信道帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道的平坦衰落帶寬。不同于傳統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)需要用均衡算法來(lái)消除相鄰符號(hào)間的碼間干擾，CDMA擴(kuò)頻碼在選擇時(shí)就要求它有很好的自相關(guān)特性。這樣，在無(wú)線信道中出現(xiàn)的時(shí)延擴(kuò)展，就可以被看作只是被傳信號(hào)的再次傳送。如果這些多徑信號(hào)相互間的延時(shí)超過(guò)了一

36、個(gè)碼片的長(zhǎng)度，那么它們將被CDMA接收機(jī)看作是非相關(guān)的噪聲，而不再需要均衡了由于在多徑信號(hào)中含有可以利用的信息，所以CDMA接收機(jī)可以通過(guò)合并多徑信號(hào)來(lái)改善接收信號(hào)的信噪比。其實(shí)RAKE接收機(jī)所作的就是：通過(guò)多個(gè)相關(guān)檢測(cè)器接收多徑信號(hào)中的各路信號(hào)，并把它們合并在一起。當(dāng)傳播時(shí)延超過(guò)一個(gè)碼片周期時(shí)，多徑信號(hào)實(shí)際上可被看作是互不相關(guān)的。帶DLL的相關(guān)器是一個(gè)具有遲早門鎖相環(huán)的解調(diào)相關(guān)器。遲早門和解調(diào)相關(guān)器分別相差1/2（或1/4）個(gè)碼片。遲早門的相關(guān)結(jié)果相減可以用于調(diào)整碼相位。延遲環(huán)路的性能取決于環(huán)路帶寬。 由于信道中快速衰落和噪聲的影響，實(shí)際接收的各徑的相位與原來(lái)發(fā)射信號(hào)的相位有很大的變化，因此

37、在合并以前要按照信道估計(jì)的結(jié)果進(jìn)行相位的旋轉(zhuǎn)，實(shí)際的CDMA系統(tǒng)中的信道估計(jì)是根據(jù)發(fā)射信號(hào)中攜帶的導(dǎo)頻符號(hào)完成的。根據(jù)發(fā)射信號(hào)中是否攜帶有連續(xù)導(dǎo)頻，可以分別采用基于連續(xù)導(dǎo)頻的相位預(yù)測(cè)和基于判決反饋技術(shù)的相位預(yù)測(cè)方法。利用基站和移動(dòng)臺(tái)的RAKE接收機(jī)來(lái)分離多徑，可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的時(shí)間分集?；径俗疃嗫梢苑蛛x4徑的信號(hào)，移動(dòng)臺(tái)端可以分離3徑的信號(hào)。Note:上行鏈路又稱反向鏈路，MS到BS的無(wú)線鏈路下行鏈路又稱前向鏈路，BS到MS的無(wú)線鏈路鏈路信道Note：一幀為20ms ?IS-95的話音編碼：采用碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)CELP，最大速率為8kbps，最大數(shù)據(jù)速率為9.6kbps，每幀時(shí)間為20ms。(之后

38、經(jīng)過(guò)編碼，幀長(zhǎng)不變只是bps提高)前向信道按Walsh碼序列分為64個(gè)，1(W0)個(gè)導(dǎo)頻信道，1(W32)個(gè)同步信道，1-7(W1-W7)個(gè)尋呼信道，55個(gè)前向業(yè)務(wù)信道。前向?qū)ьl信道為所用的移動(dòng)臺(tái)提供相位基準(zhǔn)，提取相干載波進(jìn)行信號(hào)的解調(diào)。全0序列用W0擴(kuò)頻，調(diào)制同步信道傳輸同步信息，利用該信號(hào)得到起始時(shí)間同步(碼片對(duì)齊)。1.2kbps經(jīng)過(guò)卷積編碼，符號(hào)重復(fù)，交織，Walsh碼擴(kuò)頻，調(diào)制前向?qū)ず粜诺?.6kbps或4.8kbps經(jīng)過(guò)卷積編碼，符號(hào)重復(fù)，交織，數(shù)據(jù)掩碼(數(shù)據(jù)加擾，保證信息安全，采用長(zhǎng)PN碼)，Walsh碼擴(kuò)頻，調(diào)制。前向業(yè)務(wù)信道速率集RS1:9.6,4.8,2.4,1.2kbps

39、速率集RS2:14.4,7.2,3.6,1.8kbps信息比特經(jīng)過(guò)卷積編碼，符號(hào)重復(fù)，交織，長(zhǎng)碼加擾，Walsh擴(kuò)頻，調(diào)制。反向鏈路利用長(zhǎng)碼的不同相位來(lái)區(qū)分不同的用戶，接入信道n=32,方向業(yè)務(wù)信道m(xù)=64,而n+m=64.反向接入信道4.8kbps 經(jīng)過(guò)卷積編碼，符號(hào)重復(fù)，交織，使用Walsh碼進(jìn)行64階正交調(diào)制，長(zhǎng)碼擴(kuò)頻和加擾，OQPSK調(diào)制反向業(yè)務(wù)信道信息比特經(jīng)過(guò)卷積編碼，符號(hào)重復(fù)，交織，使用Walsh碼進(jìn)行64階正交調(diào)制，長(zhǎng)碼擴(kuò)頻和加擾，OQPSK調(diào)制IS-95的同步與定時(shí)每個(gè)基站的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基與CDMA系統(tǒng)的時(shí)鐘對(duì)準(zhǔn)，它驅(qū)動(dòng)導(dǎo)頻信道的m序列，幀以及Walsh碼的定時(shí)。CDMA系統(tǒng)的公共時(shí)

40、鐘基準(zhǔn)是CDMA系統(tǒng)時(shí)間，它是采用GPS(全球定位系統(tǒng))時(shí)間標(biāo)尺，GPS時(shí)間標(biāo)尺跟蹤并同步于UTC(世界協(xié)調(diào)時(shí)間)。CDMA系統(tǒng)時(shí)間是以幀為單位的。若系統(tǒng)時(shí)間為s(秒為單位)，則以幀為單位的CDMA系統(tǒng)時(shí)間t應(yīng)是幀長(zhǎng)20ms的整數(shù)，即t=s/0.02.IS-95系統(tǒng)的功控目的一是克服反向鏈路的遠(yuǎn)近效應(yīng)；二是在保證接收機(jī)的解調(diào)性能情況下，盡量降低發(fā)射功率，減少對(duì)其他用戶的干擾，增加系統(tǒng)容量。分類前向功控：一個(gè)慢速的基于移動(dòng)臺(tái)接收的誤幀率消息，對(duì)基站的某一信道的發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)整。最小的調(diào)整間隔是一幀的時(shí)間，是20ms。.反向功控：開(kāi)環(huán)，閉環(huán)，和外環(huán)功控。開(kāi)環(huán)移動(dòng)臺(tái)的開(kāi)環(huán)功控是指移動(dòng)臺(tái)根據(jù)接收的基站

41、信號(hào)強(qiáng)度來(lái)調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率的過(guò)程。其目的是使所用的移動(dòng)臺(tái)到達(dá)基站的信號(hào)功率相等，以免因遠(yuǎn)近效應(yīng)影響擴(kuò)頻CDMA系統(tǒng)對(duì)碼分信號(hào)的接收。閉環(huán)移動(dòng)臺(tái)根據(jù)基站發(fā)送的功控指令(功控比特?cái)y帶的信息)來(lái)調(diào)整移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率的過(guò)程。1)分為內(nèi)環(huán)和外環(huán)(內(nèi)環(huán)的目的是保持MS盡可能的接近它的Eb/N0目標(biāo)值，外環(huán)的目的是為一個(gè)給定的MS調(diào)整基站的Eb/N0目標(biāo)值)2)內(nèi)環(huán)：基站測(cè)量接收到的信號(hào)C/I,將該值與設(shè)置點(diǎn)相比較，通過(guò)發(fā)送功率控制命令來(lái)增大或減少功率，以使接收到的信號(hào)C/I接近于設(shè)置點(diǎn)。3)外環(huán)：基站通過(guò)測(cè)量誤幀率，并定時(shí)地根據(jù)目標(biāo)誤幀率來(lái)調(diào)節(jié)設(shè)置點(diǎn)C/I，來(lái)維持恒定的目標(biāo)誤幀率。外環(huán)是為了適應(yīng)無(wú)線信道

42、的衰耗變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整方向閉環(huán)功控中的信噪比門限。IS-95的功率控制前向：速度慢，每秒1或2次的功控動(dòng)作。反向：開(kāi)環(huán)，閉環(huán)，外環(huán)，速度達(dá)到每秒800次。五、設(shè)計(jì)整體思路在本次設(shè)計(jì)中，只需要仿真CDMA IS-95前向鏈路（又稱下行鏈路或正向鏈路）系統(tǒng)。在IS-95系統(tǒng)的前向鏈路中，不同的信道通過(guò)專用的正交Walsh序列來(lái)區(qū)別，由于Walsh序列的正交性，不同信道的信號(hào)是正交的，因此區(qū)分了不同的移動(dòng)臺(tái)用戶。相鄰的基站可以使用相同的Walsh序列，雖然信號(hào)之間可能不滿足正交性，但是來(lái)自不同基站的信號(hào)可以用不同的PN短碼偏置來(lái)區(qū)分，前向鏈路的信道結(jié)構(gòu)如下圖所示：由圖中我們可以看出，前向物理信道按Wa

43、lsh碼序列可提供64個(gè)信道。根據(jù)物理信道所傳送的信息功能不同，可將物理信道劃分為幾種邏輯信道：導(dǎo)頻信道、同步信道、尋呼信道、業(yè)務(wù)信道。前向鏈路的邏輯信道包括:1個(gè)導(dǎo)頻信道、1個(gè)同步信道、17個(gè)尋呼信道、55個(gè)前向業(yè)務(wù)信道，共計(jì)64個(gè)。邏輯信道與碼分物理信道的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：導(dǎo)頻信道（），同步信道（），尋呼信道（）和前向業(yè)務(wù)信道（及）。業(yè)務(wù)信道含有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和功率控制子信道，前者傳送用戶信息和信令信息，后者傳送功率控制信息。所以，本次設(shè)計(jì)首先需要設(shè)計(jì)并仿真前向?qū)ьl信道、前向同步信道、前向?qū)ず粜诺?、前向業(yè)務(wù)信道，然后再將這四個(gè)子信道連接成前向鏈路系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的發(fā)送和接收。六、詳細(xì)設(shè)計(jì)6.

44、1 設(shè)計(jì)仿真中用到的符號(hào)及其功能說(shuō)明Walsh編碼器 WalEnc功能: 基于Walsh函數(shù)的正交糾錯(cuò)編碼器。Walsh函數(shù)發(fā)生器 WalGen功能: 通用的WN,K Walsh函數(shù)發(fā)生器，在IS95中規(guī)定W64,0用于前向引導(dǎo)信道，W64,32用于同步信道。Walsh譯碼器 WalDec功能: 用于Walsh函數(shù)的快速譯碼。輸入信號(hào)為N比特?cái)?shù)據(jù)塊加噪聲或干擾，按2的K次冪取樣數(shù)據(jù)。長(zhǎng)碼長(zhǎng)PN碼 LongPn功能: 42個(gè)抽頭的PN長(zhǎng)碼發(fā)生器。PN碼Q通道PN擴(kuò)展 PnSprdQ功能: 完成Q通道的擴(kuò)頻。I通道PN擴(kuò)展 PnSprdI功能: 完成I通道的擴(kuò)頻。交織交織 IntLvr功能: 根據(jù)

45、選定的IS95信道類型進(jìn)行交織編碼，IS95中使用24行16列個(gè)單元以19.2Kbps共20ms為前向信道和Page信道的交織長(zhǎng)度。前向同步則采用16行8列共26.6666ms。反交織 DeIntr功能: 對(duì)交織編碼反交織。信道同步信道 SyncChan功能: 輸出基帶同步信道的數(shù)據(jù)到脈沖整型濾波器。數(shù)據(jù)率為1200bps。Page信道 PageChan功能: 輸出基帶Page信道的數(shù)據(jù)到脈沖整型濾波器。數(shù)據(jù)率為4800bps或9600bps。下行信道 TRFCCh功能: 一個(gè)完整的前向信道，從基站到移動(dòng)端。接入信道 AccessCh功能: 上行接入信道。輸入數(shù)據(jù)流4.4Kbps上行信道 Rv

46、TrfcCh功能: 上行接入信道。輸入數(shù)據(jù)流直接輸入，使用內(nèi)部取樣器。無(wú)須在輸入信號(hào)與本圖符之間加入數(shù)據(jù)取樣器。引導(dǎo)信道 PILOT功能: 輸出引導(dǎo)信道的數(shù)據(jù)到脈沖整型濾波器。濾波器基帶多相低通濾波器 LPF功能: 對(duì)要傳輸?shù)幕鶐盘?hào)進(jìn)行脈沖波形整型以減少實(shí)際發(fā)射占用的帶寬，濾波器默認(rèn)的系數(shù)為IS95規(guī)定的48抽頭系數(shù)，其它文件由格式文本文件指定，并且只能使用4.9152MHz的采樣率。幀品質(zhì)檢測(cè)編譯碼幀品質(zhì)檢測(cè)編碼器 FrameQ功能: 在20ms的數(shù)據(jù)幀尾部加入帶有CRC校驗(yàn)功能的編碼，以監(jiān)測(cè)信道的質(zhì)量。幀品質(zhì)檢測(cè)譯碼器 FQTYDEC功能: 對(duì)數(shù)據(jù)幀包含的幀品質(zhì)檢測(cè)編碼進(jìn)行譯碼。功率控制

47、功率控制位 POWRCTRL功能: 在前向信道中加入功率控制位，功率控制位為800bps的數(shù)據(jù)流。62 前向?qū)ьl信道6.2.1 理論基礎(chǔ)：基站通過(guò)使用導(dǎo)頻信道為所有的移動(dòng)臺(tái)提供相位基準(zhǔn)，前向?qū)ьl信道為移動(dòng)臺(tái)接收機(jī)的相干解調(diào)提供相位基準(zhǔn)以保證相干檢測(cè)。前向?qū)ьl信道結(jié)構(gòu)如下圖所示：導(dǎo)頻信道輸入為全0，沒(méi)有經(jīng)過(guò)編碼、交織，用沃爾什函數(shù)0進(jìn)行擴(kuò)頻，導(dǎo)頻信號(hào)時(shí)連續(xù)發(fā)送的，導(dǎo)頻信道的發(fā)射功率占基站總功率的20左右。由于PN碼序列的周期為碼片，所以一個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)的PN序列周期內(nèi)可容納512個(gè)碼長(zhǎng)為64的Walsh函數(shù)序列。所有基站的導(dǎo)頻信號(hào)PN碼序列初始相位（狀態(tài)）的偏置數(shù)目等于512,即每偏移64chips

48、為一個(gè)碼分導(dǎo)頻信道。初始相位可用偏置指數(shù)表示，從0到511，共有512個(gè)，相位偏置指數(shù)64=引導(dǎo)PN序列偏移的碼片數(shù)。例如，給定的偏置指數(shù)為15時(shí)，相對(duì)基準(zhǔn)時(shí)間偏移的碼片數(shù)為1564=960chips。又因?yàn)榇a片速率為1.2288Mcps，已知每一碼片寬為0.8138，所以偏置指數(shù)為15（對(duì)應(yīng)960chips的碼片偏移），相當(dāng)于時(shí)間偏移為781.25。由于把毎偶數(shù)秒得開(kāi)始作為PN序列的零偏置定時(shí)，即導(dǎo)頻信道的時(shí)間周期為2s，又由于短PN碼的周期為25.667ms，所以2秒可發(fā)送引導(dǎo)信號(hào)75次（7526.66ms=2s）。I路地短PN碼和Q路地短PN碼都是由15階線性移位寄存器產(chǎn)生的m序列，并且

49、m序列的周期均為。I路和Q路的PN序列的特征多項(xiàng)式分別如下：短PN碼的周期之所以為，是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)時(shí)對(duì)PN碼進(jìn)行了修正。當(dāng)生成的m序列中出現(xiàn)14個(gè)連“0”時(shí)，從中再插入一個(gè)“0”，使得序列的長(zhǎng)度變?yōu)?。由于每個(gè)偏置是64碼片的整數(shù)倍，所以共有32768/64=512個(gè)不同偏置。移動(dòng)臺(tái)利用導(dǎo)頻信道來(lái)確定最強(qiáng)的信號(hào)部分，提供精確的時(shí)間延遲、相位和多徑成分幅度的估算。移動(dòng)臺(tái)還通過(guò)比較不同基站發(fā)送的導(dǎo)頻信號(hào)的強(qiáng)度來(lái)確定何時(shí)進(jìn)行切換。6.2.2 設(shè)計(jì)仿真：（1） 仿真電路圖入下：（2）電路圖及模塊說(shuō)明：0/18.階躍函數(shù)信號(hào)源,信號(hào)幅值為0，幅度偏置為0，以0s為起始時(shí)刻，最大碼元速率5Mcps。說(shuō)明：由于

50、基站使用導(dǎo)頻信道為所有的移動(dòng)臺(tái)提供基準(zhǔn)，所以在導(dǎo)頻信道中基站不間斷地發(fā)送非調(diào)制擴(kuò)頻信號(hào)，導(dǎo)頻信道不傳送任何數(shù)據(jù)信息，輸入全為0。所以此處作為激勵(lì)源的階躍信號(hào)的幅值為0。值得一提的是，在理論基礎(chǔ)中的框圖中，我們可以看到，激勵(lì)源的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣之后要與Walsh函數(shù)相乘，但是在設(shè)計(jì)中并未體現(xiàn)這一點(diǎn)。其實(shí)，這是因?yàn)樵谇跋驅(qū)ьl信道中，用于相乘的Walsh函數(shù)為0號(hào)，通過(guò)查詢資料，我發(fā)現(xiàn)0號(hào)Walsh函數(shù)碼元數(shù)據(jù)為全0，所以和階躍信號(hào)輸出的全0序列相乘仍為0，所以在仿真中，加不加Walsh函數(shù)其實(shí)都一樣，故此處省略。2/7/8.采樣器，采樣頻率為1.2288Mcps，最大碼元速率為1.2288Mcps

51、，采樣時(shí)間寬度為0，采樣時(shí)間偏差為0。9.方波脈沖序列發(fā)生（脈沖串）器，幅度為1V，頻率為1.2288Mcps，最大碼元速率為5Mcps。說(shuō)明：在此處，方波脈沖序列發(fā)生器用于擴(kuò)頻模塊的激勵(lì)源。5/6.對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行異或運(yùn)算，閾值為0.5V，幅值為正負(fù)1，雙極性碼元，最大碼元速率為1.2288Mcps。說(shuō)明：通過(guò)異或運(yùn)算，完成對(duì)原始序列的擴(kuò)頻。10.I通道PN擴(kuò)展，完成I通道擴(kuò)頻，單極性碼元，PN偏置為1，最大碼元速率為5Mcps。11.Q通道PN擴(kuò)展，完成Q通道擴(kuò)頻，單極性碼元，PN偏置為1，最大碼元速率為5Mcps。說(shuō)明：此處通過(guò)這兩個(gè)模塊輸出的高速偽隨機(jī)碼，來(lái)對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻。12/13

52、.數(shù)據(jù)重復(fù)器，對(duì)數(shù)據(jù)符號(hào)流進(jìn)行重發(fā)，以保證數(shù)據(jù)速率。符號(hào)中繼器，由輸入符號(hào)產(chǎn)生新的符號(hào)。最大碼元速率為4.9152Mcps，重復(fù)指數(shù)為4。14/15.低通濾波器，48抽頭系數(shù)，只能使用7/8.增益模塊，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大，增益為-3dB，最大碼元速率為4.9152Mcps。19.采樣器，采樣頻率為4.9152Mcps，最大碼元速率為4.9152Mcps，采樣時(shí)間寬度為0，采樣時(shí)間偏差為0。20.復(fù)數(shù)旋轉(zhuǎn)模塊，參數(shù)有相位增益，相位偏置30deg，最大碼元速率為4.9152Mcps。說(shuō)明：由復(fù)數(shù)旋轉(zhuǎn)模塊的公式我們可以知道，此處是為擴(kuò)頻后的信息序列加上相位偏置，使得此基站導(dǎo)頻信號(hào)唯一。 21.延遲，

53、延遲時(shí)間為1微秒，最大碼元速率為4.9152Mcps。24.導(dǎo)頻信道，完整的下行鏈路導(dǎo)頻信道模型，輸出引導(dǎo)的數(shù)據(jù)到脈沖整形濾波器。其中導(dǎo)頻PN偏置為1，信道延遲1微秒，閾值0.5V，信道增益-3dB，信道相位30deg，最大碼元速率4.9152Mcps。說(shuō)明：此處用完整的導(dǎo)頻信道模型是為了和另一個(gè)輸出的波形進(jìn)行比較，判斷電路仿真結(jié)果的正確性。3/4.保持器，輸出碼元速率和最大碼元速率均為5Mbps。（3）仿真結(jié)果：電路仿真運(yùn)行結(jié)果如下,從上圖我們可以看出，除延遲以外，兩個(gè)電路圖的輸出波形幾乎一樣，符合實(shí)驗(yàn)要求。將兩個(gè)輸出波形相減可得：我們可以看到誤差非常的小，幾近為0。6.3 前向同步信道6.

54、3.1 理論基礎(chǔ)：前向同步信道是經(jīng)過(guò)編碼、交織和調(diào)制的信號(hào)，主要傳輸同步信息，導(dǎo)頻信道可以利用該信號(hào)得到起始時(shí)間同步，所以移動(dòng)臺(tái)要解調(diào)這個(gè)信道。移動(dòng)臺(tái)一旦同步完成，它通常不再接受同步信號(hào)，但當(dāng)設(shè)備關(guān)機(jī)后重新開(kāi)機(jī)時(shí)，還需要重新進(jìn)行同步。此外同步信道還傳送前向?qū)ず粜诺赖男畔⑺俾省Ｇ跋蛲叫诺赖男诺澜Y(jié)構(gòu)如下圖所示：同步信道的傳輸比特率是1.2kbps，經(jīng)過(guò)卷積編碼后的符號(hào)速率為2.4kbps，經(jīng)過(guò)符號(hào)重復(fù)后符號(hào)速率為4.8kbps，交織的時(shí)延為26.66ms，經(jīng)過(guò)交織的符號(hào)速率為4.9kbps，它與1.2288Mcps的Walsh碼模二加進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，可知，每個(gè)調(diào)制符號(hào)包含的碼片數(shù)為：1228.8/

55、4.8=256。同步信道的幀長(zhǎng)為26.66ms，超幀長(zhǎng)80ms（含96個(gè)同步信道數(shù)據(jù)比特），每個(gè)超幀含3個(gè)同步信道幀。同步信道的信息包括基站的系統(tǒng)ID、導(dǎo)頻短PN碼的便宜指數(shù)（以64碼片為單位）、詳細(xì)的時(shí)序信息和尋呼信道數(shù)據(jù)速率。同步信道的調(diào)制參數(shù)如下表所示：參數(shù)數(shù)值輸入信息速率/kbps1.2卷積碼參數(shù)符號(hào)重復(fù)次數(shù)2調(diào)制符號(hào)速率/kbps4.8PN碼片/調(diào)制符號(hào)1228.8/4.8=256PN碼片/bit1228.8/1.2=1024交織器168=128，26.67ms時(shí)延6.3.2 設(shè)計(jì)仿真：（1） 仿真電路圖如下：（2） 電路圖及模塊說(shuō)明：1.偽隨機(jī)序列發(fā)生器，幅值為1V，碼元速率1.2

56、kbps，最大碼元速率5Mcps,偏置為0。2.采樣器，采樣頻率為1.2kbps，最大碼元速率為1.2kbps，采樣時(shí)間寬度為0，采樣時(shí)間偏差為0。3.卷積碼編碼器，輸出比特?cái)?shù)n=2，信息位k=1，約束長(zhǎng)度l=9，最大碼元速率2.4kbps。說(shuō)明：卷積編碼屬于信道編碼，主要用來(lái)糾正碼元的隨機(jī)差錯(cuò)，它是以犧牲效率來(lái)?yè)Q取可靠性的，利用增加監(jiān)督為進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。CDMA系統(tǒng)中除導(dǎo)頻信道外，其他各種信道都使用卷積編碼。4.數(shù)據(jù)重復(fù)器，重讀指數(shù)為2，最大碼元速率為4.8kbps。5.交織，前向同步信道采用16行8列共26.6666ms，數(shù)據(jù)速率為1.2kbps，最大碼元速率為4.8kbps。說(shuō)明：在擴(kuò)頻

57、前，調(diào)制碼元還需要進(jìn)行分組交織，交織是為了克服突發(fā)性差錯(cuò)，它可將突發(fā)性差錯(cuò)分散化。同步信道使用時(shí)間跨距為26.66ms的分組交織，這一跨距與4800bit/s字符速率的128個(gè)調(diào)制字符相對(duì)應(yīng)。6.數(shù)據(jù)重復(fù)器，重復(fù)指數(shù)為256，最大傳輸速率為1.2288Mcps。10/11.方波脈沖序列發(fā)生（脈沖串）器，幅度為1V，頻率為1.2288Mcps，最大碼元速率為5Mcps，閾值為-0.5V。9.Walsh函數(shù)發(fā)生器，規(guī)定W64，32用于同步信道，最大碼元速率為5Mcps。說(shuō)明：信息序列與Walsh序列進(jìn)行模二加，以此來(lái)區(qū)分信道，實(shí)現(xiàn)碼分多址。8/14/15.采樣器，采樣頻率為1.2288Mcps，最

58、大碼元速率為1.2288Mcps，采樣時(shí)間寬度為0，采樣時(shí)間偏差為0。9/10.對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行異或運(yùn)算，閾值為0.5V，幅值為正負(fù)1，雙極性碼元，最大碼元速率為1.2288Mcps。16.I通道PN擴(kuò)展，完成I通道擴(kuò)頻，單極性碼元，PN偏置為1，最大碼元速率為5Mcps。17.Q通道PN擴(kuò)展，完成Q通道擴(kuò)頻，單極性碼元，PN偏置為1，最大碼元速率為5Mcps。18/19.數(shù)據(jù)重復(fù)器，對(duì)數(shù)據(jù)符號(hào)流進(jìn)行重發(fā)，以保證數(shù)據(jù)速率。符號(hào)中繼器，由輸入符號(hào)產(chǎn)生新的符號(hào)。最大碼元速率為4.9152Mcps，重復(fù)指數(shù)為4。20/21.低通濾波器，48抽頭系數(shù)，只能使用7/8.增益模塊，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大，增益為-3dB，最大碼元速率為4.9152Mcps。24.階躍函數(shù)信號(hào)源,信號(hào)幅值為0，幅度偏置為0，以0s為起始時(shí)刻，最大碼元速率5Mcps。25.采樣器，采樣頻率為4.9152Mcps，最大碼元速率為4.9152Mcps，采樣時(shí)間寬度為0，采樣時(shí)間偏差為0。26.復(fù)數(shù)旋轉(zhuǎn)模塊，參數(shù)有相位增益，相位偏置30deg，