碼分多址系統(tǒng)的仿真

The CDMA （Code Division Multiple Access）technology, is multi-sites connection technology based on the wide frequency communications. The CDMA multi-sites technology completely adaptes to the high request of modern mobile communications, such as large capacity, high grade, the comprehensive service, the soft cut etc，and it will be the most important develop direction.
This article carries on a description of the CDMA communications system essential elements, pivotal technology and the characteristic, mainly introduces the address choice, the wide frequency system characteristic, the power controlling, the RAKE receiving, the CDMA diversity receiving, the soft cut and so on, it especially disscusses the channel structure and parameter of the Q-CDMA digital cellular mobile communications system wireless channel.Then it carries on a introduction to the simulation tool -SystemView . On this foundation,it has simulated the baseband system of CDMA downlink,the uplink Access Channel and the downlink Traffic Channel,making use of Systemview.It has designed the concrete communications system model.In the model design process, it has given a specific explanation and analysis to the goal of model designning, the concrete structure composition, the simulation flow as well as the simulation results.

KEY WORDS: CDMA，SystemView Simulation，uplink，downlink

目 錄

摘 要 II
ABSTRACT III
第一章 緒論 1
1.1通信系統(tǒng)仿真的背景和意義 1
1.2 CDMA通信系統(tǒng)的發(fā)展概況 1
1.3 課題要求與本文的主要工作安排 4
第二章　CDMA基本理論和開發(fā)工具的選擇 5
2.1 CDMA通信系統(tǒng)介紹 5
2.1.1 CDMA通信基本原理 5
2.1.2 CDMA的技術(shù)特點 6
2.1.3 地址碼的選擇 7
2.2 CDMA通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 8
2.3 IS-95 CDMA系統(tǒng)無線鏈路的理論基礎(chǔ) 11
2.3.1 下行鏈路 11
2.3.2 上行鏈路 13
2.4 開發(fā)工具的選擇 14
2.5 Systemview的簡單介紹 15
第三章 CDMA（IS-95）下行鏈路業(yè)務(wù)信道的仿真研究 17
3.1 下行鏈路業(yè)務(wù)信道結(jié)構(gòu) 17
3.2 下行鏈路業(yè)務(wù)信道仿真方案設(shè)計及模塊參數(shù)設(shè)置 18
3.3 系統(tǒng)的調(diào)試及仿真結(jié)果分析 20
第四章 CDMA(IS-95)上行鏈路接入信道的仿真研究 23
4.1 上行鏈路接入信道介紹 23
4.2 上行鏈路接入信道仿真方案設(shè)計及模塊參數(shù)設(shè)置 24
4.3 系統(tǒng)的調(diào)試及仿真結(jié)果分析 27
第五章 IS-95 CDMA下行鏈路基帶系統(tǒng)的仿真研究 30
5.1 下行鏈路基帶系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 30
5.2 下行鏈路基帶系統(tǒng)仿真方案設(shè)計及模塊參數(shù)設(shè)置 31
5.2.1 發(fā)送部分 31
5.2.2 接收部分 32
5.3系統(tǒng)的調(diào)試及仿真結(jié)果分析 34
第六章 結(jié)論 37
6.1課題工作總結(jié) 37
6.2設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題及解決方法 38
致 謝 39
參考文獻(xiàn) 40

摘 要

CDMA (Code Division Multiple Access，碼分多址) 技術(shù),是以擴(kuò)頻通信為基礎(chǔ)的多址連接技術(shù)。CDMA多址技術(shù)完全適合現(xiàn)代移動通信網(wǎng)大容量、高質(zhì)量、綜合業(yè)務(wù)、軟切換等高性能要求，是現(xiàn)代通信技術(shù)的重要發(fā)展方向。
本文對CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的基本原理，特點和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)描述，主要介紹了地址碼選擇，擴(kuò)頻系統(tǒng)特征，功率控制，RAKE 接收，CDMA的分集接收、軟切換等，特別對Q-CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的無線信道的結(jié)構(gòu)，參數(shù)，信號的設(shè)計等進(jìn)行詳細(xì)的討論，并對仿真工具SystemView進(jìn)行了介紹。在此基礎(chǔ)上利用SystemView強(qiáng)大的仿真功能分別對CDMA下行鏈路基帶系統(tǒng)、上行鏈路接入信道及下行鏈路業(yè)務(wù)信道建立模塊進(jìn)行模擬仿真，設(shè)計了具體的通信系統(tǒng)模型。在模型的設(shè)計過程中，對模型設(shè)計的目的，具體的結(jié)構(gòu)組成，仿真流程以及仿真結(jié)果都給出了具體詳實的說明和分析。

關(guān)鍵詞：CDMA，SystemView仿真，上行鏈路，下行鏈路

ABSTRACT

第一章 緒論

1.1通信系統(tǒng)仿真的背景和意義
近幾十年來，通信系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜度以前所未有的速度增長，使得對通信系統(tǒng)的分析、設(shè)計要耗費更多的時間、人力和物力?，F(xiàn)有的通信系統(tǒng)是十分復(fù)雜的，主要體現(xiàn)在系統(tǒng)的構(gòu)成復(fù)雜、系統(tǒng)內(nèi)各模塊之間的聯(lián)系復(fù)雜、以及外部環(huán)境對系統(tǒng)的影響難于把握。這使得系統(tǒng)分析、設(shè)計人員在對系統(tǒng)進(jìn)行研究時，如果僅靠數(shù)學(xué)分析的方法，得出的結(jié)論往往和實際相差較遠(yuǎn)有時還受限于現(xiàn)代數(shù)學(xué)發(fā)展水平，甚至無法進(jìn)行數(shù)學(xué)分析。
在這種情況下可以有兩種選擇，一種是做出實際的系統(tǒng)，另一種采用計算機(jī)仿真的方法來模擬這個系統(tǒng)。顯然，前者是高風(fēng)險、高代價、周期長。相比之下，計算機(jī)仿真所特有的低風(fēng)險、低代價、高速度的優(yōu)點必將受到人們的重視。
通信系統(tǒng)的計算機(jī)仿真是指系統(tǒng)分析、設(shè)計人員根據(jù)通信系統(tǒng)組成模塊的物理含義，建立數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)這些模型來編制仿真程序，利用計算機(jī)再現(xiàn)系統(tǒng)的運行狀態(tài)，以此來研究和分析系統(tǒng)特性。通信系統(tǒng)的仿真程序主要任務(wù)是處理傳遞于系統(tǒng)內(nèi)各模塊之間的”波形”和分析仿真所得的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)分析人員需要對組成通信系統(tǒng)的各模塊(比如:調(diào)制器、解調(diào)器)以及模塊之間的關(guān)系有較深入的認(rèn)識。但是采用計算機(jī)仿真有一個主要的不足，即它的計算量會相當(dāng)大。有時即使利用當(dāng)今運行速度最快的計算機(jī)來執(zhí)行仿真程序，其程序運行時間也會是一個天文數(shù)字。計算量的多少和系統(tǒng)的復(fù)雜度、仿真模型的選取以及仿真方法有關(guān)。顯然，仿真模型越精細(xì)、潛在的計算量就越大【１】。
通過計算機(jī)仿真能更深入地了解CDMA系統(tǒng)的性能，為最終用硬件實現(xiàn)性能更為優(yōu)越的CDMA系統(tǒng)提供可行的方案?，F(xiàn)今通信系統(tǒng)仿真工具種類繁多，比較普遍應(yīng)用的有MATLAB,SystemView,Simulink等，SystemView是一種比較適合物理模型和數(shù)學(xué)模型的建模方法的現(xiàn)代通信系統(tǒng)設(shè)計、分析和仿真試驗工具，在CDMA系統(tǒng)仿真中經(jīng)常被使用【２】。
1.2 CDMA通信系統(tǒng)的發(fā)展概況
自從 2 0 世紀(jì)70年代末出現(xiàn)蜂窩通信以來，世界各地的移動通信業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，蜂窩通信的技術(shù)本身也有了長足的進(jìn)步，移動通信網(wǎng)絡(luò)己經(jīng)從模擬蜂窩網(wǎng)發(fā)展到數(shù)字蜂窩網(wǎng)。在多址接入技術(shù)方面，第一代模擬蜂窩網(wǎng)采用頻分多址(FDMA)方式，在20世紀(jì)80年代初使用;80年代后期開發(fā)了時分多址(TDMA)體制;進(jìn)入90年代以后，以GSM為代表的TDMA數(shù)字蜂窩網(wǎng)在國內(nèi)外獲得了廣泛應(yīng)用。90年代后半期，在頻分多址(FDMA)和時分多址(TDMA)數(shù)字蜂窩網(wǎng)的基礎(chǔ)上，碼分多址(CDMA)蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)，包括窄帶和寬帶兩類系統(tǒng)，漸露頭角【３】。
以美國 Qualcomm(高通)公司為首的倡導(dǎo)者提出了在蜂窩移動通信系統(tǒng)中采用CDMA技術(shù)的系統(tǒng)實現(xiàn)方案。他們通過理論分析和不斷的現(xiàn)場實驗，證明這種蜂窩系統(tǒng)能全面滿足CTIA(美國蜂窩通信工業(yè)協(xié)會)提出的標(biāo)準(zhǔn)。該系統(tǒng)不僅容量大，而且具有軟容量、軟切換等突出的優(yōu)點，被認(rèn)為是移動通信環(huán)境下獲得大容量和高質(zhì)量的一種靈活有利的技術(shù)。1998年以后，以IS-95為標(biāo)準(zhǔn)的CDMA商用系統(tǒng)已分別在中國香港、韓國等地區(qū)和國家使用，用戶反映良好。1999年11月5日在芬蘭赫爾辛基召開的工TU TG8/1第18次會議上，最終確定了3類(TDMA,CDMA-FDD(頻分復(fù)用),CDMA-TDD(時分復(fù)用)) 共5種技術(shù)作為第三代移動通信的基礎(chǔ)，其中歐洲的WCDMA(寬帶碼分多址)、美國的CDMA 2000和中國的TD-SCDMA(時分-同步碼分多址)是3G的3個主流標(biāo)準(zhǔn)【４】。
1995年，第一個CDMA商用系統(tǒng)運行之后，CDMA技術(shù)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(yīng)用。全球許多國家和地區(qū)，包括中國香港、韓國、日本、美國都已建有CDMA商用網(wǎng)絡(luò)。在美國和日本，CDMA成為國內(nèi)的主要移動通信技術(shù)。在美國，10個移動通信運營公司中有7家選用CDMA。到今年4月，韓國有60%的人口成為CDMA用戶。為了適應(yīng)我國移動通信市場的迅猛發(fā)展，1999年4月，國務(wù)院批準(zhǔn)中國聯(lián)通統(tǒng)一負(fù)責(zé)中國CDMA網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、經(jīng)營和管理。2000年9月，國家發(fā)展計劃委員會、信息產(chǎn)業(yè)部下發(fā)了《關(guān)于啟動CDMA移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)有關(guān)事項的通知》，中國聯(lián)通CDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)計劃正式啟動，由此拉開了CDMA 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的序幕。
1995 年下半年,原郵電部與部隊方面決定采用800MHz頻率,選定北京、上海、西安、廣州四個城市,建立基于IS-95的CDMA 實驗網(wǎng)。
1995 年底,全球第一個基于IS-95 標(biāo)準(zhǔn)的CDMA 系統(tǒng)在香港投入商用。1997 年底,由電信長城公司負(fù)責(zé)經(jīng)營的北京、上海、西安、廣州四個133CDMA 商用實驗網(wǎng)先后宣布開通,并實現(xiàn)了網(wǎng)間漫游。
2000 年2月11日,中興通訊自主開發(fā)的CDMA 移動交換系統(tǒng)與愛立信CDMA 基站系統(tǒng)成功對接,基本完成了有效性測試;2000 年下半年向市場推出了CDMA BSS產(chǎn)品。2001 年1 月,中國聯(lián)通代表國家與美國高通公司簽署CDMA 知識產(chǎn)權(quán)框架協(xié)議。
2001 年3 月,中興通訊利用其自主研發(fā)的CDMA2000 -1X移動通信系統(tǒng)成功演示了話音、數(shù)據(jù)與圖像業(yè)務(wù)的綜合傳送,這是我國第一套實現(xiàn)數(shù)據(jù)與圖像業(yè)務(wù)的CDMA 移動通信系統(tǒng),傳輸速率達(dá)144K,標(biāo)志著國產(chǎn)CDMA 移動通信系統(tǒng)的寬帶化獲得成功。
2001 年8 月29 日上午,信息產(chǎn)業(yè)部召開專門會議,公布了國家計委的決定,19 家國內(nèi)企業(yè)被批準(zhǔn)有資格生產(chǎn)CDMA終端產(chǎn)品。海信集團(tuán)在當(dāng)天下午,舉行新聞發(fā)布會,推出中國第一款CDMA 彩屏手機(jī)。該款手機(jī)除具有輻射低、話質(zhì)高、通話耗電小等綠色功能外,還具有256 色彩色液晶顯示,獨特的16 和音功能。
2001 年11 月,由華為承建的福建聯(lián)通CDMA 智能網(wǎng)工程開通,并且打通了聯(lián)通CDMA 全網(wǎng)上第一個預(yù)付費業(yè)務(wù)電話,隨后又同時開通了遼寧、黑龍江兩省的CDMA 智能網(wǎng)。中國電信在CDMA2000 領(lǐng)域已取得一定成就,深圳分公司于2002 年開通2G窄帶的CDMA ,所用系統(tǒng)和終端與聯(lián)通還沒有放號的CDMA 網(wǎng)絡(luò)完全一樣聯(lián)通將在2003 年左右開始對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行平滑的過渡,升級到CDMA2000 1x 網(wǎng)絡(luò),這就使得已經(jīng)在韓國和日本等國家成熟的類似3G初級的新穎業(yè)務(wù)(如:視頻業(yè)務(wù)、VOD點播等) 將在不久以后出臺。
到目前為止，部分城市己建立了cdma2000 1X網(wǎng)絡(luò)，或正在由IS-95向cdma2000 1X過渡。全國CDMA用戶總數(shù)到2002年底己經(jīng)超過700萬，到2004年5月，己超過2000萬戶。
繼2006年1月20日第三代移動通信（3G）中國標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA成為我國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)后，2007年5月初，信息產(chǎn)業(yè)部又將歐洲提出的WCDMA和美國提出的CDMA2000頒布為我國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這意味著，我國3G市場化進(jìn)程又有了實質(zhì)性突破。TD-SCDMA一直以來被稱為3G的”中國標(biāo)準(zhǔn)”，WCDMA、CDMA2000則分別由歐洲和美國提出。我國將WCDMA、CDMA2000列為通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，意味著我國政府正在履行”技術(shù)中立”的承諾，給各種通信技術(shù)以更加開放和充分競爭的市場。相信在我國未來的移動通信市場中，CDMA將扮演著越來越重要的角色。
在亞太和北美地區(qū),CDMA 技術(shù)商用化趨勢體現(xiàn)得最明顯。1995年之后,韓國、日本、新加坡、澳大利亞、泰國、印度、新西蘭等許多國家和地區(qū)紛紛建立了CDMA 網(wǎng)。截止1999 年12 月底,亞太地區(qū)CDMA 總用戶已達(dá)到了2800 萬,北美達(dá)到了1650 萬。在美國,十大蜂窩移動公司中有七家選用IS - 95 CDMA蜂窩網(wǎng),占使用總?cè)丝诘?0 %。在GSM占統(tǒng)治地位的歐洲,CDMA 也受到運營商的普遍關(guān)注。到2001 年4 月底,CDMA 網(wǎng)絡(luò)已在全球35 個國家和地區(qū)投入運營,用戶總數(shù)達(dá)到9000 萬戶。韓國從1994 年開始著手CDMA 技術(shù)開發(fā),1996 年1 月在世界上率先開始CDMA 移動電話商用服務(wù);1997 年開始開發(fā)IMT- 2000 試驗系統(tǒng),到2000年8月CDMA 移動電話用戶突破1500 萬,市場占有率為58 %;2000 年9 月成功開發(fā)CDMA2000 1X 試驗系統(tǒng); 2000 年10 月在世界率先開始CDMA2000 1X商用服務(wù)。目前,韓國在CDMA 的運營上取得了成功,國內(nèi)企業(yè)自行開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備,從而帶動了民族產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,在世界CDMA 的舞臺上占有一席之地。
1.3 課題要求與本文的主要工作安排
本設(shè)計要求對碼分多址系統(tǒng)即CDMA通信系統(tǒng)的原理、特點和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，討論CDMA通信系統(tǒng)的參數(shù)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和信號設(shè)計，重點掌握信道編碼方法、地址碼選擇、擴(kuò)頻碼特征和功率控制等。運用SystemView 軟件包仿真CDMA系統(tǒng)的無線接口，主要通過對CDMA下行鏈路基帶系統(tǒng)、上行鏈路接入信道及下行鏈路業(yè)務(wù)信道建立模塊進(jìn)行模擬仿真。進(jìn)行仿真參數(shù)的設(shè)置及仿真結(jié)果分析。
SystemView是一個完整的動態(tài)系統(tǒng)設(shè)計、分析和仿真的可視化開發(fā)環(huán)境【５】。本設(shè)計方案采用SystemView軟件利用軟件自帶的CDMA擴(kuò)展庫分別進(jìn)行各個信道的仿真，通過構(gòu)建通信系統(tǒng)構(gòu)成框圖，簡要介紹仿真流程，然后進(jìn)行模塊的設(shè)計和參數(shù)的配置，最后進(jìn)行調(diào)試與結(jié)果分析。
論文共分六章，第一章介紹了CDMA通信系統(tǒng)仿真背景、要求和意義，CDMA技術(shù)的產(chǎn)生，并提出了本論文的主要研究內(nèi)容和方案介紹。
第二章首先介紹了CDMA通信系統(tǒng)的基本原理及主要特點，接下來對CDMA通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和鏈路組成進(jìn)行了詳細(xì)的描述，最后討論了開發(fā)工具的選擇以及SystemView的介紹。
第三、四、五章分別對各個信道進(jìn)行了仿真，通過仿真方案的設(shè)計，參數(shù)的配置，并進(jìn)行調(diào)試運行，對仿真運行結(jié)果進(jìn)行分析。
第六章作為結(jié)論對本文所做的工作進(jìn)行了總結(jié)，并討論了設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題及解決方法和這次設(shè)計的收獲。

第二章　CDMA基本理論和開發(fā)工具的選擇
2.1 CDMA通信系統(tǒng)介紹
2.1.1　CDMA通信基本原理
CDMA(碼分多址　Code Division Multiple Ac2cess) 技術(shù),是以擴(kuò)頻通信為基礎(chǔ)的多址連接技術(shù)。CDMA 多址技術(shù)完全適合現(xiàn)代移動通信網(wǎng)大容量、高質(zhì)量、綜合業(yè)務(wù)、軟切換、國際漫游等高性能要求。隨著CDMA 技術(shù)的不斷完善和某些關(guān)鍵技術(shù)的解決,以CDMA 多址技術(shù)為基礎(chǔ)的第三代移動通信系統(tǒng)( IMT - 2000) 成為現(xiàn)代通信技術(shù)的重要發(fā)展方向【６】。
CDMA 技術(shù)以不同的正交碼序列區(qū)分不同的用戶,所以稱為”碼分多址”技術(shù)。它是以擴(kuò)頻通信為基礎(chǔ)的多址連接技術(shù),即用一個帶寬遠(yuǎn)大于數(shù)據(jù)信號帶寬的高速偽隨機(jī)序列( PN 碼) 。調(diào)制需傳送的數(shù)據(jù)信號(擴(kuò)頻) ,使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴(kuò)展,再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。由接收機(jī)使用完全相同的偽隨機(jī)PN 碼,對接收的寬帶信號作相關(guān)處理,把寬帶信號轉(zhuǎn)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(解擴(kuò)) ,實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息通信。接收機(jī)產(chǎn)生的相同的偽隨機(jī)PN 碼必須與接受信號中包含的偽隨機(jī)PN 碼完全同步。因此在發(fā)射信息信號前,要先產(chǎn)生一個專門的PN 碼序列(該序列在受到干擾時,接收機(jī)仍有較高的識別率) ,用于同步,同步建立后開始通信。在移動通信系統(tǒng)中,許多移動站點要同時通過某一基站與其他移動站點進(jìn)行通信,而基站則要通過多址技術(shù)區(qū)分不同的移動站點。
移動通信中的CDMA 技術(shù)特征是:通信網(wǎng)內(nèi)各站點所發(fā)射的信號都占用相同的帶寬,發(fā)射時間任意,各信號依靠結(jié)構(gòu)上的(準(zhǔn)) 正交性(碼型) 來區(qū)分?；菊{(diào)制方法是頻譜展寬調(diào)制,發(fā)射的調(diào)制信號頻譜比信息頻譜大得多。它的抗干擾能力強(qiáng)。首先,非擴(kuò)頻干擾信號進(jìn)入接受機(jī),與本站的擴(kuò)頻碼相乘,干擾功率便被分散在展寬的頻譜上,其落在有效帶寬上的干擾功率大大減小。其次,其他的非本站點的擴(kuò)頻碼(即使是同一系列的擴(kuò)頻碼) 干擾進(jìn)入接收機(jī),經(jīng)過相關(guān)接受,輸出極小或沒有輸出,只有完全同步于PN 序列的本地擴(kuò)頻碼解擴(kuò)后才有輸出。第三,擴(kuò)頻調(diào)制使信號帶寬遠(yuǎn)大于相關(guān)帶寬時,由多徑產(chǎn)生的選擇性衰落的影響大大減弱。
2.1.2 CDMA的技術(shù)特點
在移動通信系統(tǒng)中，目前多址方式的基本類型主要有FDMA(頻分多址)、TDMA(時分多址)和CDMA(碼分多址)。
FDMA 是把有限頻率的帶域細(xì)分為多個載波。例如,把890MHz～915MHz 的帶寬按每25kHz 的載頻間隔來劃分，這樣我們可以得出890.0125MHz、890.0375MHz 、890.0605MHz……1000 個載波。在FDMA 中，在同一時間一個載波只能供1個用戶使用。目前FDMA 主要應(yīng)用于模擬通信系統(tǒng)中。
TDMA也是對系統(tǒng)的帶寬加以細(xì)分，同時又對每一個載波按時隙劃分，多個用戶共同使用。例如GSM(全球移動通信系統(tǒng))以200KHz 的頻率間隔劃分載波，每一載波劃分為8 個時隙，供8 個用戶使用?，F(xiàn)在我國主要采用TDMA的GSM 系統(tǒng)。
CDMA系統(tǒng)中，不同用戶傳輸信息所用的信號不是靠頻率不同或時隙不同來區(qū)分的，而是用各不相同的相互無關(guān)的正交碼來區(qū)分的。從頻域或時域的角度來看，多個CDMA 信號是互相重疊的。接收機(jī)用相關(guān)器可以從多個CDMA信號中，選出其中使用預(yù)定碼型的信號，而使用其他碼型的信號不能被解調(diào)。
與FDMA(頻分多址) 和TDMA(時分多址) 相比,CDMA 具有以下一些獨特的優(yōu)點。
(1)系統(tǒng)容量大,接通率高。理論上CDMA 移動網(wǎng)的系統(tǒng)容量比模擬網(wǎng)大20 倍,比GSM大5倍以上。已開通的CDMA 系統(tǒng)運行證明,其頻譜利用率為模擬系統(tǒng)的10 倍左右,為GSM 系統(tǒng)的3倍左右。CDMA系統(tǒng)中”處理增益”參數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他系統(tǒng)，再加上CDMA信號占用整個頻段，幾乎是普通窄帶調(diào)制效率的7倍，因此綜合來看，對于相同的帶寬，CDMA系統(tǒng)是GSM 系統(tǒng)容量的4-5倍，網(wǎng)絡(luò)阻塞大大下降，接通率自然就高了。
(2)系統(tǒng)容量的配置靈活。FDMA(頻分多址) 和TDMA(時分多址) 都存在固定信道分配而使系統(tǒng)容量受限,而CDMA(碼分多址) 為寬帶傳輸,可有效地避免帶寬限制。雖然,用戶數(shù)的增加相當(dāng)于背景噪聲的增加,會造成話音質(zhì)量的下降,但對用戶數(shù)量并無限制,操作者可在容量和話音質(zhì)量之間折衷考慮。同頻率可在多個小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用。當(dāng)同時通信站點減少時,通信質(zhì)量會自動提高,多小區(qū)之間可根據(jù)話務(wù)量和干擾情況自動均衡。
(3)語音質(zhì)量高,系統(tǒng)性能質(zhì)量更佳。聲碼器可以動態(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發(fā)射。同時,門限值可根據(jù)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(zhì)量。
(4)不易掉話。基站是手機(jī)通話的保障，當(dāng)用戶移動到基站覆蓋范圍的邊緣時，基站就應(yīng)該自動”切換”，從而讓通話繼續(xù)進(jìn)行，否則就會掉話。CDMA 系統(tǒng)切換時的基站覆蓋是”單獨覆蓋一雙覆蓋一單獨覆蓋”，而且是自動切換到相鄰的較為空閑的基站上，也就是說，在確認(rèn)手機(jī)己移動到另一基站單獨覆蓋地區(qū)時，才與原先的基站斷開，這樣就保證了手機(jī)不會掉話。CDMA 系統(tǒng)采用軟切換技術(shù),”先連接再斷開”,這樣完全克服了硬切換容易掉話的缺點,在切換過程中保證了通話質(zhì)量的穩(wěn)定。
(5)頻率規(guī)劃簡單。在CDMA 系統(tǒng)中,用戶按不同的、惟一的、特定的偽隨機(jī)序列碼區(qū)分,所以不相同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)展簡單。
(6)無線發(fā)射功率小。由于CDMA 系統(tǒng)采用非常精確的功率控制技術(shù)和可變速率聲碼器,因此,基站設(shè)備和手機(jī)以及將來的便攜式的個人通信器只需很小的發(fā)射功率就可以進(jìn)行正常的通信。通常CDMA手機(jī)發(fā)射功率僅為0.6mW,和其他制式的手機(jī)的發(fā)射功率相差近百倍。這意味著手機(jī)電池使用壽命延長,可以使用更小的電池,而且,也大大減少手機(jī)無線電波對人體的危害。
(7)CDMA移動通信網(wǎng)是由擴(kuò)頻、多址接入、蜂窩組網(wǎng)和頻率復(fù)用等幾種技術(shù)結(jié)合而成,是含有頻域、時域和碼域三維信號處理的一種協(xié)作技術(shù)。因此它抗干擾性強(qiáng),可以克服因多徑傳播造成的選擇性衰變,改善了傳輸性能,保密性亦好;其克服同頻干擾的能力也強(qiáng),使扇區(qū)內(nèi)、扇區(qū)間和小區(qū)間都可以同頻復(fù)用,提高頻譜效率。
(8)建網(wǎng)成本下降。由于CDMA 系統(tǒng)的容量大,頻率利用率高,因而一定的頻帶內(nèi),能容納更多的用戶。又由于CDMA 技術(shù)的特點,在覆蓋面積相同的條件下,CDMA 系統(tǒng)要比GSM 系統(tǒng)少建80 %以上的基站,從而使建網(wǎng)成本大幅度下降【７】。
2.1.3 地址碼的選擇
在CDMA蜂窩系統(tǒng)中，在地址碼的選擇上，綜合采用了3種碼【８】。
一種是長度為 215的PN碼，它通過在長度為215-1的m序列14個連”0″輸出后在加入一個”0″來獲得。它用于區(qū)分不同的基站信號，不與基站保持同步，但不同基站使用的PN碼序列的相位偏移不同。規(guī)定每個基站PN碼的相位偏移只能是64的整數(shù)倍，因而有512個值可被不同基站使用。使用相同序列不同相位作為地址碼，便于搜索、同步。
另一種是長度為242-1的偽隨機(jī)PN序列。在下行鏈路它用于信號的保密，在上行鏈路它用于區(qū)分不同的一移動臺。這樣長的碼有利于信號的保密，同時基站知道特定移動臺的長碼及其相位，因而不需要對它進(jìn)行搜索、捕獲。上行鏈路的信道由周期為242-1的長PN碼來區(qū)分，使用與移動臺有關(guān)的公用掩碼產(chǎn)生不同用戶的接入信道長碼。長碼PNA和長碼分別為接入邏輯信道和上行鏈路業(yè)務(wù)邏輯信道提供碼分物理信道。最多可設(shè)置的接入信道數(shù)n=32，對應(yīng)物理信道為PNAn（n=1，2，…，32）。最多可設(shè)置的上行鏈路業(yè)務(wù)信道ｍ＝64，對應(yīng)的物理信道為PNTm（m=1，2，…，64）。PNAn和PNTm是由42位掩碼確定的。上行鏈路僅包括兩種邏輯信道，即接入信道和業(yè)務(wù)信道。它們的總信道數(shù)（n+m）等于64。
此外，CDMA蜂窩系統(tǒng)將下行鏈路的物理信道劃分為64個邏輯信道，即一個導(dǎo)頻信道、一個同步信道（必要時可改為業(yè)務(wù)信道，因為移動臺在獲得同步后不需再監(jiān)聽同步信道）、1-7個尋呼信道（必要時可改為業(yè)務(wù)信道）和55個下行鏈路業(yè)務(wù)信道（最多63個）。劃分的方法是在PN序列上再采用Walsh序列對信號進(jìn)行調(diào)制。Walsh函數(shù)所生成的Walsh序列長為64chips。正交信號共有64個Walsh序列碼型，記為W0、W1、W2、… W63，可提供64個碼分信道。邏輯信道和碼分物理信道的對應(yīng)關(guān)系為：導(dǎo)頻信道W0,同步信道W32，尋呼信道W1-W7和下行鏈路業(yè)務(wù)信W8-W31,W33-W63.在業(yè)務(wù)信道中，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伴隨的信令信息。由于Walsh序列的正交性，不同信道的信號是正交的，同時區(qū)分了不同移動臺用戶。相鄰基站可以使用相同的Walsh序列，這雖然可能不滿足正交性，但可以由PN短碼來區(qū)分。由于512個64chips長的Walsh序列恰好等于PN序列的長度，所以在上行鏈路中，Walsh序列用于對信號進(jìn)行正交碼多進(jìn)制調(diào)制，以提高通信鏈路的質(zhì)量。
2.2 CDMA通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
1.功率控制技術(shù)
CDMA在同一時間內(nèi)使用同一頻率，僅以不同碼字區(qū)分信道。移動無線電環(huán)境中存在陰影、多徑衰落和距離損耗影響，蜂窩式移動臺在小區(qū)內(nèi)的位置是隨機(jī)的，且經(jīng)常變動，所以路徑損耗變化很大，特別是在多區(qū)蜂窩DS/CDMA系統(tǒng)中，所有小區(qū)均采用相同頻率，盡管在理論上，不同用戶分配的地址碼是正交的，但實際上很難得到保證，由此造成各信道相互干擾，從而不可避免會引起嚴(yán)重的多址干擾、遠(yuǎn)近效應(yīng)和拐角效應(yīng)。
CDMA系統(tǒng)是要在保證質(zhì)量的前提下，降低發(fā)射功率，減少干擾，增加容量。它是一種自干擾限制系統(tǒng)，不需要發(fā)射功率裕量。功率控制是CDMA中的關(guān)鍵技術(shù)，沒有良好的功率控制，系統(tǒng)就不能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，不能形成合格產(chǎn)品。CDMA系統(tǒng)的功率控制分下行功率控制（即控制基站發(fā)射功率）和反向功率控制（即控制移動臺發(fā)射功率），其中反向功率控制尤為重要。這是因為反向鏈路的信道狀況相對惡劣，要確保系統(tǒng)容量和通信質(zhì)量，克服衰落和解決遠(yuǎn)近效應(yīng)等問題，很大程度上都依賴反向功率控制。反向功率控制包括反向功率控制分開環(huán)功率控制、閉環(huán)功率控制和外環(huán)功率控制三種【９】。
2.擴(kuò)頻編碼技術(shù)
CDMA給每一用戶分配一個唯一的碼序列（擴(kuò)頻碼），并用它對承載信息的信號進(jìn)行編碼。知道該碼序列用戶的接收機(jī)對收到的信號進(jìn)行解碼，并恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)，這是因為該用戶碼序列與其它用戶碼序列的互相關(guān)是很小的。由于碼序列的帶寬遠(yuǎn)大于所承載信息的信號的帶寬，編碼過程擴(kuò)展了信號的頻譜，所以也稱為擴(kuò)頻調(diào)制，其所產(chǎn)生的信號也稱為擴(kuò)頻信號。CDMA通常也用擴(kuò)頻多址（SSMA）來表征。對所傳信號頻譜的擴(kuò)展給予CDMA以多址能力。因此，對擴(kuò)頻信號的產(chǎn)生及其性能的了解就十分重要。擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)必須滿足兩條基本要求：
（1）所傳信號的帶寬必須遠(yuǎn)大于信息的帶寬。
（2）所產(chǎn)生的射頻信號的帶寬與所傳信息無關(guān)。
接收機(jī)采用相同的擴(kuò)頻碼與收到的信號進(jìn)行相關(guān)運算恢復(fù)出所攜帶的原始信息。由于擴(kuò)頻信號擴(kuò)展了信號的頻譜，所以它具有一系列不同于窄帶信號的性能：
● 多址能力
● 抗多徑干擾的能力
● 具有隱私性能
● 抗人為干擾的能力
● 具有低載獲概率的性能
● 具有抗窄帶干擾的能力
CDMA按照其采用的擴(kuò)頻調(diào)制方式的不同，可以分為直接序列擴(kuò)頻（DS）＼跳頻擴(kuò)頻（FH）跳時擴(kuò)頻（TH）和復(fù)合式擴(kuò)頻，如圖2.1所示。

圖2.1 CDMA擴(kuò)頻調(diào)制方式示意圖
直接序列擴(kuò)頻（DS-SS）發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的構(gòu)成如圖2.2所示。

圖2.2 直接序列擴(kuò)頻（DS-SS）發(fā)射機(jī)和接收機(jī)結(jié)構(gòu)圖

3.軟切換
CDMA系統(tǒng)由于其本身特有的技術(shù)特點和采用RAKE接收機(jī)技術(shù)，允許移動臺同時與兩個或多個小區(qū)基站保持通信，極大地改善了切換的性能，唯一實現(xiàn)了軟切換和更軟切換，具有鮮明的特點和技術(shù)先進(jìn)性。
在IS-95CDMA系統(tǒng)中，每個移動臺有一個具有三個finger的RAKE接收機(jī)，它可同時與兩個或更多個小區(qū)基站同時通信。移動臺在與基站A 通信的同時，連續(xù)監(jiān)測相鄰小區(qū)（如基站B和C）的導(dǎo)頻信號強(qiáng)度，任何時候其中一個導(dǎo)頻的強(qiáng)度超過一預(yù)定門限Tadd 時（如基站B），立即通知系統(tǒng)命令基站B 建立與移動臺的通信。這時，在下行鏈路上存在來自兩個基站的信號。在反向鏈路上，移動交換中心（或基站）根據(jù)哪個基站的接收信號較強(qiáng)便選用它，釋放弱信號的時間取決于Tdrop 的Ttdrop 等參數(shù)。CDMA 系統(tǒng)中的移動臺在業(yè)務(wù)信道上進(jìn)行通信的過程中，會發(fā)生四種切換：軟切換，更軟切，換硬切換，CDMA 到模擬的切換。
軟切換所帶來的性能改善是以增加系統(tǒng)復(fù)雜度為代價的，主要表現(xiàn)在：移動臺必須接收來自不同基站的信號，這需要復(fù)雜的RAKE 接收機(jī)；基站必須為每一個與它保持通信的移動臺提供信道，既包括即將切換出該小區(qū)的移動臺，也包括正在切換進(jìn)該小區(qū)的移動臺；基站必須為每一個與它保持通信并處于小區(qū)間切換狀態(tài)的移動臺提供通往MSC 的鏈路，以進(jìn)行反向鏈路的分集合并，實現(xiàn)無縫切換，而這些移動臺并不一定都處于該基站的功率控制之下，即并不一定都屬于該基站。因此，通過切換可以實現(xiàn)系統(tǒng)的無縫覆蓋，提供高質(zhì)量的服務(wù)。實際中，應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的具體要求，綜合考慮系統(tǒng)負(fù)擔(dān)、空間業(yè)務(wù)分布及無線傳播環(huán)境等各種因素，設(shè)計合理而有效的切換方案【１０】。
4.分集接收
分集接收技術(shù)就是采用兩種或兩種以上的不同的方法接收同一信號,以減少衰減帶來的影響,是一種有效的抗衰落的措施。其基本思想是將接收到的信號分成多路的獨立不相關(guān)信號,然后將這些不同能量的信號按不同的規(guī)則合并起來。分集接收技術(shù)按目的可分為宏觀分集(macroscop ic) 和微觀(micro scopic) 分集。按信號的傳輸方式可以分為顯分集和隱分集。顯分集指的是構(gòu)成明顯分集信號的傳輸方式,多指利用多副天線接收信號的分集。隱分集是指分集作用含在傳輸信號中的傳輸方式,在接受端,利用信號處理技術(shù)實現(xiàn)分集,它包括交織編碼技術(shù)、跳頻技術(shù)等。分集接收方法主要有空間分集、頻率分集、極化分集和角度分集。
空間分集:接收端兩個接收天線之間保持足夠間距,就可減少兩個接收信號間的相關(guān)性,空間分集利用這一原理,架設(shè)兩副彼此保持一定距離的天線,并接上各自的接收機(jī),再將各接收機(jī)的信號合成起來?？臻g分集接收可以提高接收信號,可有效地改善快衰落和平滑信道衰落現(xiàn)象,從而大大降低了數(shù)字信號的誤碼率。
頻率分集:在發(fā)信端,利用不處于同一相關(guān)帶寬內(nèi)的兩個載頻頻率,發(fā)信機(jī)同時發(fā)射同一信息;在接收端,利用兩個對應(yīng)不同頻率接收機(jī)接收這兩個載有同一信息的信號,解調(diào)后合成。因為采用了兩個載頻,所以降低了頻譜利用率。
極化分集:基站分設(shè)兩個不同極化天線同時發(fā)射同一信息,由移動臺對應(yīng)的兩個不同極化天線同時接收包含同一信息的兩種極化分量Ex 和Ey ,利用Ex 和Ey 之間的互不相關(guān)性,將其合成起來。由于發(fā)信機(jī)功率分給了兩個天線,因而這種方法使發(fā)信功率被減半。
角度分集:在接收端采用兩個定向天線以指向不同方位,使其在不同角度接收彼此獨立但包含同一信息的信號,將接收信號合成。這種方法用于移動臺比用于基站臺更加有效,但這種方法只適用于10GHz 或更高頻率上。
2.3 IS-95 CDMA系統(tǒng)無線鏈路的理論基礎(chǔ)
2.3.1 下行鏈路
下行鏈路采用頻分、擴(kuò)頻碼分、正交信號多址技術(shù)。
頻分區(qū)域：可間隔1.25MHZ多載波工作，將不同頻率的載波指配給不同區(qū)域。
碼分區(qū)域：用一種PN碼，依PN碼的相位（偏移）不同區(qū)分不同的基站站址。
碼分信道：用正交信號區(qū)分信道。
用戶識別：以用戶掩碼和長PN碼對用戶話音信號幀的數(shù)據(jù)加擾。
下行鏈路的64個信道是由正交的Walsh函數(shù)來實現(xiàn)碼分的。而每個基站的下行鏈路信號由短碼PN（215）來識別的。短碼PN序列規(guī)定有64個偏移，每一個偏移為512chips。
下行鏈路的信道結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)頻信道、同步信道、尋呼信道和下行鏈路業(yè)務(wù)信道。這64個下行鏈路信道的源信息分別被各信道對應(yīng)的碼片速率為1.2288Mc/s的64元Walsh函數(shù)擴(kuò)展后，經(jīng)I/Q支路分別被碼片速率為1.2288Mc/s的短碼PN序列（215）進(jìn)行四相擴(kuò)頻，然后進(jìn)行QPSK調(diào)制。
在下行信道中，基站臺要在導(dǎo)頻信道不斷地發(fā)送導(dǎo)頻信號。它是未經(jīng)調(diào)制不包含信息的擴(kuò)頻信號，主要用于基站覆蓋區(qū)內(nèi)移動臺的同步捕獲。同步信道的信息用于移動臺建立系統(tǒng)的同步，其信息速率為1.2kb/s。尋呼信道以固定的尋呼速率9.6 kb/s或4.8 kb/s傳送信息。在下行業(yè)務(wù)信道中，基站臺是以變速率傳送信息的，信息速率可以是9.6 kb/s、4.8 kb/s、2.4kb/s、1.2 kb/s，每幀數(shù)據(jù)的傳送率可以不同。盡管是變信息速率傳送，但由于碼元重復(fù)，使用重復(fù)后的傳輸速率保持恒定，為19.2 kb/s。
下行鏈路業(yè)務(wù)信道的信源分別為172/80/40/16b/幀（每幀20ms）。根據(jù)用戶講話激活程度的不同選取不同的速率。當(dāng)用戶不講話時，速率最低，移動臺的發(fā)射功率也最小。速率調(diào)整的目的是減少相互干擾，增大系統(tǒng)容量。由于是多種傳輸速率的信源，當(dāng)不同數(shù)據(jù)速率時利用重傳次數(shù)的不同來保證較之前的編碼比特率為19.2kb/s。
同時，尋呼信道和下行業(yè)務(wù)信道的數(shù)據(jù)擾碼，長碼掩蓋生成碼片速率為1.2288 Mc/s的序列，沒64chips對應(yīng)1個符號，則有碼速率為1.2288/64=19.2ks/s的擾碼。尋呼信道的擾碼由尋呼長碼掩蓋生成，而下行業(yè)務(wù)信道的擾碼有用戶長碼掩蓋生成。
下行鏈路信道參數(shù)：
下行鏈路信道除引導(dǎo)信道不傳輸數(shù)據(jù)外，其余信道的參數(shù)分別如下表2.1-2.3所列，在下行鏈路中，基站臺要在導(dǎo)頻信道不斷的發(fā)送導(dǎo)頻信號，它是未經(jīng)調(diào)制、不包含信息的擴(kuò)頻信號，主要用于基站覆蓋去內(nèi)移動臺的同步捕獲。同步信道的信息用于移動臺建立系統(tǒng)的同步，其信息速率為1.2kb/s。尋呼信道以固定的信息速率9600b/s或4800b/s傳送信息。在下行業(yè)務(wù)信道，基站臺是以變信息速率傳送信息的，盡管是變速率傳送，但由于碼符號的重復(fù)，使得傳送的調(diào)制符號速率保持恒定，為19.2kb/s【１１】。
表2.1 同步信道參數(shù)
數(shù)據(jù)速率（b/s） 1200
PN子碼速率（Mc/s） 1.2288
卷積碼編碼率 1/2
碼元重復(fù)后出現(xiàn)次數(shù) 2
調(diào)制碼元速率（b/s） 4800
每調(diào)制碼元的子碼數(shù) 256
每比特的子碼數(shù) 1024
表2.2 尋呼信道參數(shù)
數(shù)據(jù)速率（b/s） 9600 4800
PN子碼速率（Mc/s） 1.2288 1.2288
卷積碼編碼率 1/2 1/2
碼元重復(fù)后出現(xiàn)次數(shù) 1 2
調(diào)制碼元速率（b/s） 19200 19200
每調(diào)制碼元的子碼數(shù) 64 64
每比特的子碼數(shù) 256 256

表2.3 下行鏈路業(yè)務(wù)信道參數(shù)
數(shù)據(jù)速率（b/s） 9600 4800 2400 1200
PN子碼速率（Mc/s） 1.2288 1.2288 1.2288 1.2288
卷積碼編碼率 1/2 1/2 1/2 1/2
碼元重復(fù)后出現(xiàn)次數(shù) 1 2 4 8
調(diào)制碼元速率（b/s） 19200 19200 19200 19200
每調(diào)制碼元的子碼數(shù) 64 64 64 64
每比特的子碼數(shù) 128 256 512 1024

2.3.2 上行鏈路
上行鏈路采用與下行鏈路相同的頻分、擴(kuò)頻碼分多址技術(shù)。
頻分區(qū)域：采用與下行鏈路相對應(yīng)的頻率
碼分區(qū)域：采用與下行鏈路同相位的PN碼
碼分信道：用不同的長PN碼進(jìn)行碼分信道，以識別接入信道和業(yè)務(wù)信道
用戶識別：以用戶掩碼和長PN碼對用戶話音信號幀的數(shù)據(jù)加擾，以識別用戶
上行鏈路CDMA信道有上行接入信道和上行業(yè)務(wù)信道組成，其中上行鏈路接入信道的數(shù)據(jù)傳輸速率固定為4.8kb/s，由長碼序列來識別不同的接入信道，上行鏈路業(yè)務(wù)信道的數(shù)據(jù)傳輸速率9.6/4.8/2.4/1.2kb/s可變，由用戶長碼來識別不同的業(yè)務(wù)信道，上行鏈路的數(shù)據(jù)傳輸幀長為20ms。
上行鏈路接入信道的信源幀結(jié)構(gòu)88b/幀，即數(shù)據(jù)速率為88/20=4.4kb/s。每幀附加供譯碼用的8位尾比特，則傳輸速率變成96/20=4.8kb/s。經(jīng)過編碼率為Ｒ＝１/3的FEC編碼后，傳輸速率為4.8kb/s×3=14.4kS/s.經(jīng)過二重傳后傳輸速率為28.8kS/s.經(jīng)分組交織處理后的傳輸速率不變。交織后的比特流每6位符號為一組，在正交調(diào)制器被64元Walsh函數(shù)調(diào)制，即每6位換成1位持續(xù)時間的Walsh函數(shù)序列，則其輸出信號的Walsh函數(shù)符號的傳輸速率為28.8/6=4.8kS/s。正交調(diào)制器輸出的Walsh函數(shù)符號速率為4.8kS/s，而Walsh序列的碼片速率為4.8*64=307.2kc/s。調(diào)制器輸出的序列被長碼PN序列所掩蓋，該PN序列碼片速率為1.2288Mc/s。然后I/Q支路分別被碼片速率為1.2288Mc/s的短碼PN擴(kuò)展即QPSK調(diào)制。
上行鏈路信道參數(shù)：
表2.4 信道參數(shù)
數(shù)據(jù)速率（b/s） 9600 4800 2400 1200
PN子碼速率（Mc/s） 1.2288 1.2288 1.2288 1.2288
卷積碼編碼率 1/3 1/3 1/3 1/3
傳輸占空比 100 50 25 12.5
碼元速率（S/s） 28800 28800 28800 28800
Walsh調(diào)制的碼元數(shù) 6 6 6 6
Walsh函數(shù)符號速率（S/s） 4800 4800 4800 4800
Walsh子碼速率（kc/s） 307.2 307.2 307.2 307.2
調(diào)制碼元寬度 208.33 208.33 208.33 208.33
每碼元的PN子碼數(shù) 42.67 42.67 42.67 42.67
每調(diào)制碼元的PN字碼數(shù) 256 256 256 256
每Walsh子碼的PN字碼數(shù) 4 4 4 4

表2.5 接入信道參數(shù)
數(shù)據(jù)速率（b/s） 4800
PN子碼速率（Mc/s） 1.2288
卷積碼編碼率 1/3
碼元重復(fù)后出現(xiàn)次數(shù) 2
傳輸占空比 100
碼元速率（S/s） 28800
Walsh調(diào)制的碼元數(shù) 6
Walsh函數(shù)符號速率（S/s） 4800
Walsh子碼速率（kc/s） 307.2
調(diào)制碼元寬度 208.33
每碼元的PN子碼數(shù) 42.67
每調(diào)制碼元的PN字碼數(shù) 256
每Walsh子碼的PN字碼數(shù) 4
2.4 開發(fā)工具的選擇
仿真是指通過建立系統(tǒng)的模型來部分或全部地仿真實際的系統(tǒng)，并且對系統(tǒng)模型進(jìn)行實驗研究，以替代實際系統(tǒng)的研究。國外不少公司推出了許多優(yōu)秀的仿真軟件，其中比較著名的有:HugesAircraft Company開發(fā)的SSITD軟件(System Simulation in TimeDomain) ,Cadence公司的SPW仿真軟件包(Signal Process Worksystem),Synopsys公司的COSSAP仿真軟件包和美國Elanix公司推出的基于PC機(jī)Windows平臺的SystemView動態(tài)系統(tǒng)仿真軟件。其中.SystemView動態(tài)系統(tǒng)仿真軟件以其方便、直觀、形象的過程構(gòu)建系統(tǒng)，提供豐富的部件資源，強(qiáng)大的分析功能和可視化開放的體系結(jié)構(gòu)，已逐漸被電子工程師、系統(tǒng)開發(fā)/設(shè)計人員所認(rèn)可，并作為各種通信、控制及其它系統(tǒng)的分析、設(shè)計和仿真平臺以及通信系統(tǒng)綜合實驗平臺。
SystemView是一個完整的動態(tài)系統(tǒng)設(shè)計、分析和仿真的可視化開發(fā)環(huán)境。它可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌霞岸嗨俾氏到y(tǒng)，可用于各種線性、非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計和仿真。
其專業(yè)庫中的IS-95 庫、3G 庫、Tu rboCode Library 庫等更充分顯示了SystemV iew 用于第三代移動通信系統(tǒng)設(shè)計仿真的強(qiáng)大和優(yōu)越?；赟ystemView，的上述優(yōu)點，我們把SystemView動態(tài)仿真軟件作為碼分多址系統(tǒng)仿真的首選仿真軟件。利用IS-95 (CDMA /PCS) 庫和其他專業(yè)庫的功能模塊, 對CDMA ( IS-95A )通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真, 從而充分展示利用SystemView設(shè)計的優(yōu)越性, 并為以后進(jìn)一步研究CDMA 提供良好的仿真平臺。
2.5 Systemview的簡單介紹
美國Ellanix公司系統(tǒng)仿真軟件SystemView是一個完整的動態(tài)系統(tǒng)設(shè)計、仿真和分析的綜合性可視化軟件。是一個很好的信號及系統(tǒng)分析、設(shè)計、研究平臺。它運行于Windows操作系統(tǒng) 有非常友好的界面，用戶只需用鼠標(biāo)就能完成各種復(fù)雜的應(yīng)用處理，用戶還可以通過界面和對話窗口對功能模塊參數(shù)進(jìn)行定義。如定義仿真的起始時間和結(jié)束時問，以及系統(tǒng)的抽樣頻率等。使用 SystemView能迅速建立和修改系統(tǒng)。對系統(tǒng)進(jìn)行仿真、分析和處理，并能利用系統(tǒng)提供的開發(fā)工具迅速地建立動態(tài)系統(tǒng)的精確模型【１２】。
SystemView包含基本庫和通信、DSP、邏輯、射頻／模擬、用戶代碼等專業(yè)庫。
基本庫是SyMemView仿真的基本構(gòu)造模型?；編熘邪ǎ盒盘栐?、子系統(tǒng) 加法器、子系統(tǒng)輸入輸出端口、算子、函數(shù)、乘法器及觀察窗等共8組基本器件。
通信庫：包括了在設(shè)計和仿真現(xiàn)代通信系統(tǒng)中可能用到的各種模塊。它使在一臺PC上仿真一個完整的通信系統(tǒng)成為可能。該庫中包括各種糾錯碼編碼／解碼器、基帶信號脈沖成型器、調(diào)制器／解調(diào)器、各種信道模型以及數(shù)據(jù)恢復(fù)等模塊。
DSP庫：包含大量的DSP芯片的算法模式仿真和DSP函數(shù)，主要有加法器、乘法器、除法器、反向器、先進(jìn)先出緩沖器、離散的Hadamard變換、混合的Radix FFT變換、FIR和IIR濾波器等
邏輯庫：包括了在設(shè)計和仿真數(shù)字電路系統(tǒng)中可能用到的各種模塊。主要有與、或、非門、緩沖器，觸發(fā)器、寄存器、計數(shù)器、多路調(diào)制的多路輸出選擇器、多諧振蕩器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器等。
射頻／模擬庫：包括了在設(shè)計和仿真高頻或模擬電路系統(tǒng)中可能用到的各種模塊，主要有運算放大器、雙平衡混頻器、整流電路、限幅器、高低通濾波器 鎖相環(huán)、PID調(diào)節(jié)器等。
用戶代碼庫：可以讓設(shè)計者建立自己習(xí)慣的SystemView圖標(biāo)庫，這些圖標(biāo)庫可以使用c語言編寫并且插入提供的模板，并自動地集成到SystemView中，象內(nèi)庫一樣使用。
另外。SystemView還提供了與Matlab的接口，能很方便地實現(xiàn)與Matlab的交互式數(shù)據(jù)傳送與仿真。總之。System View提供了先進(jìn)快速的設(shè)計，仿真環(huán)境。不僅能設(shè)計開發(fā)創(chuàng)建子系統(tǒng)，而且能方便地建立大的復(fù)雜系統(tǒng)。

第三章 CDMA（IS-95）下行鏈路業(yè)務(wù)信道的仿真研究
3.1 下行鏈路業(yè)務(wù)信道結(jié)構(gòu)
下行鏈路業(yè)務(wù)信道結(jié)構(gòu)如圖3.1所示,下行鏈路業(yè)務(wù)信道工作在9600/4800/2400/1200b/s的數(shù)據(jù)速率下，根據(jù)用戶講話速度的不同選取不同的數(shù)據(jù)速率。業(yè)務(wù)信道的數(shù)據(jù)在每幀末尾含有編碼器尾比特，另外在9.6kb/s 和4.8kb/s的數(shù)據(jù)中都含有幀質(zhì)量指示比特，以幫助接收端判定數(shù)據(jù)速率和誤幀率。因此，實際上下行鏈路業(yè)務(wù)信道的信息比特率是8.6/4.0/2.0/0.8kb/s 【１３】。
在下行業(yè)務(wù)信道結(jié)構(gòu)中主要包含了幀質(zhì)量標(biāo)記、編碼器尾碼、卷積編碼器、符號重復(fù)、塊交織器以及抽樣器等。在下行鏈路業(yè)務(wù)信道中，數(shù)據(jù)在傳輸之前贊經(jīng)過編碼率為 1 / 2 ，約束長度為9的卷積編碼。編碼后，如果數(shù)據(jù)速率低于 9 600 b/s，在分組交織以前都要重復(fù)，使各種信息速率均變成相同的調(diào)制碼元速率，即19200個調(diào)制碼元每秒。重復(fù)之后要進(jìn)行分組交織 。 下行鏈路業(yè)務(wù)信道所用的交織跨度等于 20ms ，相當(dāng)于碼元速率為 19200 S / s時的 384 個調(diào)制碼元寬度。交織器組成的陣列是 24 行×l6 列（即 384 個碼元）。交織后的教據(jù)要進(jìn)行數(shù)據(jù)擾亂。擾碼器把交織器和按用戶編址的偽隨機(jī)序列 PN 長碼進(jìn)行模 2 相加。這種時鐘為 l . 2288MHz，長碼經(jīng)分頻后，碼元速率變?yōu)?9200S/ s ，因而送入模 2 加法器進(jìn)行數(shù)據(jù)擾亂的是每個子碼中的第一個子碼在起作用。下行鏈路業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù)掩碼使用長碼的公開掩碼與上行業(yè)務(wù)信道相同。在下行鏈路業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)擾碼以后，功率控制比特插入到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流中。
為了使下行鏈路傳輸?shù)母餍诺乐g具有正交性，在下行CDMA 信道中傳輸?shù)乃行盘柖家?64 元的 Walsh 函數(shù)進(jìn)行直序擴(kuò)頻正交調(diào)制。這是采用 BPSK 調(diào)制的擴(kuò)頻。 64個函數(shù)標(biāo)志64個碼分信道，使下行鏈路中的碼分信道相互正交?；ゲ淮?dāng)_。在 QPSK 調(diào)制前，還須使用I和Q 正交序列對數(shù)據(jù)流作四相擴(kuò)頻調(diào)制。然后，經(jīng)過基帶濾波，并按照 QPSK 方式進(jìn)行發(fā)送載波調(diào)制。
圖3.1 CDMA 下行鏈路業(yè)務(wù)信道結(jié)構(gòu)圖
3.2 下行鏈路業(yè)務(wù)信道仿真方案設(shè)計及模塊參數(shù)設(shè)置
根據(jù)IS-95 下行業(yè)務(wù)信道原理及其結(jié)構(gòu), 用SystemView 中的模塊進(jìn)行架構(gòu), 系統(tǒng)仿真組成如圖3.2所示。系統(tǒng)采用了CDMA /PCS 庫中的TRFCCH 信道模塊, 即下行業(yè)務(wù)信道, 并與通過用其他庫中的模塊構(gòu)成的下行業(yè)務(wù)信道進(jìn)行信號輸出比較, 以此進(jìn)行IS-95下行業(yè)務(wù)信道的仿真。在仿真開始之前,系統(tǒng)的抽樣頻率設(shè)為5MHz。主要組成模塊的設(shè)置說明如下：
(1) 信號源(t4, 此標(biāo)號為仿真圖上對應(yīng)模塊上的數(shù)字標(biāo)號)
這部分采用了偽隨機(jī)序列PN Seq 模塊, 把信號幅度設(shè)為1, 電平數(shù)設(shè)為2, 頻率設(shè)為8.6kHz, 作為下行業(yè)務(wù)信道信息。
(2) 幀質(zhì)量標(biāo)記(t18)
采用幀質(zhì)量檢測編碼器FrameQ 模塊, 作用是在20ms的數(shù)據(jù)幀后面加入CRC 校驗功能的編碼,這里把數(shù)據(jù)速率設(shè)為8.6kb/s, 為的是在加入12比特/20m s 校驗比特和8比特/20ms的編碼器尾比特后, 數(shù)據(jù)速率變?yōu)?.6kb/s。
(3) 卷積編碼器(t0)
采用卷積編碼器Cnv Coder 模塊, 對輸入的碼元卷積編碼, 把輸入比特數(shù)n, 信號位k , 約束長度l分別設(shè)為2, 1, 9, 從而使卷積碼的碼率為1/ 2。
(4) 碼元重復(fù)(t23)
采用符號中繼器SYMRPT 模塊, 作用是對經(jīng)過卷積編碼后, 在分組交織以前的各碼元進(jìn)行重復(fù)。因為在下行業(yè)務(wù)信道中, 只要速率低于9.6kb/s , 在分組交織前碼元都要重復(fù), 從而使各種信息速率變成相同的調(diào)制碼元速率, 即19.2kb /s。這里在卷積編碼后是19.2kb/s, 因此把重復(fù)因子設(shè)為1。
(5) 塊交織器(t1)
采用交織器Intlvr 模塊, 把數(shù)據(jù)速率設(shè)為19.2kb /s, 因為是下行業(yè)務(wù)信道, 所以使用24 行3 16列單元作為交織長度。
(6) 長碼擾碼生成(t15+ t16+ t17)
采用脈沖串PlusTrain 模塊、長PN 碼LongPn模塊和采樣器Sample 模塊構(gòu)成數(shù)據(jù)擾碼, 作用是把交織器輸出碼元和用戶的長碼進(jìn)行模2加。脈沖串的頻率設(shè)為1. 2288MHz, 幅度設(shè)為1, 根據(jù)正向業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù)掩碼所使用長碼的公開掩碼中M 41 到M 32 要置成” 1100011000″ [1] , 所以長碼PN 碼中的MaskM 32 to M 39 設(shè)為十進(jìn)制的24,MaskM 40toM 41 設(shè)為十進(jìn)制的3, 同時采樣器(t17) 的采樣頻率設(shè)為19.2kHz。
圖3.2 下行鏈路業(yè)務(wù)信道仿真組成
(7) 復(fù)用(t27+ t29)
采用一個功率控制位PWR , 功率控制位為800b/s 的數(shù)據(jù)流, 這里由一個偽隨機(jī)序列PN Seq(t28) 產(chǎn)生800b /s 的數(shù)據(jù)流。同時采用一個符號中繼模塊SYMRPT (t27) , 把重復(fù)因子設(shè)為64, 負(fù)責(zé)碼元重復(fù), 使碼元速率達(dá)到1.2288M b/s。
(8) Walsh 函數(shù)生成(t1+ t3+ t12)
采用一個脈沖串PlusTrain 模塊、Walsh 函數(shù)發(fā)生器模塊和采樣器Sample 模塊構(gòu)成Walsh 函數(shù)生成器。脈沖串的幅度設(shè)為1, 頻率設(shè)為1.2288MHz,Walsh 函數(shù)發(fā)生器中Order N 設(shè)為64,Row K 設(shè)為55, 為了使正向傳輸?shù)母餍诺乐g具有正交性, 下行業(yè)務(wù)信道中的所有信號都要用64 陣列的Walsh 碼進(jìn)行正交調(diào)制[1]。采樣器的采樣頻率設(shè)為1.2288MHz。
(9) I、Q 信道引導(dǎo)PN 序列(t11+ t5+ t21)
采樣脈沖串Plu s Train 模塊和采樣器Sample模塊以及I 通道PN 擴(kuò)展模塊、Q 通道PN 擴(kuò)展模塊分別構(gòu)成I 信道引導(dǎo)PN 序列和Q 信道引導(dǎo)PN 序列。采樣脈沖的幅度設(shè)為1, 頻率設(shè)為1.2288MHz,采樣器采樣頻率設(shè)為1.2288MHz。I、Q 通道PN 擴(kuò)展模塊保持原定設(shè)置不變。
(10) 調(diào)制(t33+ t34+ t19)
利用階躍函數(shù)Step Fct 模塊、采樣模塊以及復(fù)數(shù)旋轉(zhuǎn)模塊CxRotate 對經(jīng)過基帶濾波器的I、Q 信號進(jìn)行調(diào)制。把階躍函數(shù)的幅度設(shè)成0, 采樣頻率設(shè)為4.9152e+ 6Hz, 復(fù)數(shù)旋轉(zhuǎn)中的相位增益設(shè)成0, 相位偏移設(shè)為30。
(11) 輸出顯示(t30+ t31+ t38+ t42)
利用分析Analysis 模塊, 查看I、Q 信號輸出, 并進(jìn)行對比, 在CustmSin Name 中輸入I_ data 和Q_ data, 這樣在觀察輸出信號時, 在對應(yīng)的波形圖上方看見對應(yīng)的信號標(biāo)記。
(12) 下行業(yè)務(wù)信道
利用SystemView 自帶的下行業(yè)務(wù)信道模塊,即TRFCCH 信道模塊, 利用這個模塊和組建的下行業(yè)務(wù)信道進(jìn)行信號輸出對比。
3.3 系統(tǒng)的調(diào)試及仿真結(jié)果分析
運行該系統(tǒng)，將信號經(jīng)過單個圖標(biāo)13和組建的前向業(yè)務(wù)信道輸出的結(jié)果比較，可以看出兩個信號輸出基本完全吻合，如圖3.3和3.4。

圖3.3 信號經(jīng)各圖標(biāo)組建的信道輸出波形
圖3.4 信號經(jīng)單個圖標(biāo)13的輸出波形

為了更好看出兩個前向業(yè)務(wù)信道的仿真誤差, 把對應(yīng)的信號輸出進(jìn)行波形覆蓋，在同一坐標(biāo)系中疊加, 如圖3.5所示。從信號疊加輸出圖中, 可以發(fā)現(xiàn)在對應(yīng)的時間上, 信號幅度差值很小, 基本上可以忽略不計。
圖3.5 兩個信道輸出信號疊加輸出

因此，由圖標(biāo)18到圖標(biāo)22組成的下行業(yè)務(wù)信道與單個圖標(biāo)13的功能相同，符合IS-95CDMA標(biāo)準(zhǔn)的下行鏈路業(yè)務(wù)信道模型。

第四章 CDMA(IS-95)上行鏈路接入信道的仿真研究
4.1 上行鏈路接入信道介紹
上行鏈路接入信道是一個隨機(jī)接入信道，供網(wǎng)內(nèi)移動臺隨機(jī)占用。移動臺在此信道發(fā)起呼叫及傳送應(yīng)答信。 每個接入信道對應(yīng)下行鏈路中的一個尋呼信道，但每個尋呼信道可對應(yīng)多個接入信道。移動臺通過接入信道向基站登記，發(fā)起呼叫，響應(yīng)基站發(fā)來的呼叫等。當(dāng)呼叫時，在移動臺沒有轉(zhuǎn)入業(yè)務(wù)信道以前，移動臺通過接入信道向基站傳送控制信息（信令）。當(dāng)需要時，接入信道可以變成業(yè)務(wù)信道。用于傳輸用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)過與用戶號碼所對應(yīng)的長偽隨機(jī)碼的變換序列調(diào)制后再傳輸，以使通信保密。
在一個 CDMA信道中，最多可有 32 個接入信道，最少可能是0個。每個接入信道用不同的接入信道長偽隨機(jī)碼序列加以識別。上行鏈路接入信道的結(jié)構(gòu)圖如圖3.6所示,上行鏈路接入信道以固定的 4.8 kb/s 速率傳輸。在其傳輸過程中沒有隨機(jī)化選通門的參與，因而兩個重復(fù)的碼符號均被發(fā)送。接入信道的信息幀首先在每幀末尾加入8位，稱為編碼器尾比特。用于把卷積編碼器復(fù)位到規(guī)定的狀態(tài)，卷積編碼編碼率為 1／3 ，約束長度為9。卷積編譯碼的初始狀態(tài)應(yīng)為全0 。以后每輸入 1 個數(shù)據(jù)符號則產(chǎn)生３個編碼符號。在每個20ms幀結(jié)束時，由編碼器尾比特將其初始化為全０狀態(tài)。接入信道的數(shù)據(jù)速率為 4800b/s，因此，在分組交織前碼元重復(fù)1次，兩個重復(fù)的碼元都要發(fā)送。碼元重復(fù)后要進(jìn)行分組交織。分組交織的跨度為20ms。交織器組成的陣列是32行x18列（即 576 個單元）。輸入碼元（包括重復(fù)單元）按順序逐列從左到右寫入交織器，輸出碼元則按行從上到下從交織器讀出。交織后進(jìn)行64進(jìn)制Walsh函數(shù)正交調(diào)制。之后，用長碼進(jìn)行直接序列擴(kuò)頻調(diào)制。長碼的各個PN子碼是用一個42位的掩碼和序列產(chǎn)生器的 42 位狀態(tài)矢量進(jìn)行模2加產(chǎn)生的，只要改變掩碼，產(chǎn)生的PN子碼的相位則隨之改變，產(chǎn)生每個用戶特定的掩碼，并對應(yīng)一個特定的 PN 碼相位。在進(jìn)行直接序列擴(kuò)頻以后，使用 I 和Q正交序列作四相擴(kuò)頻調(diào)制，加入基站特征，使用戶信號的相位充分地隨機(jī)化。這一對 I 和Q正交序列稱為引導(dǎo)PN 序列，即正交 PN序列對。上行鏈路信道四相擴(kuò)頻使用的都是固定零偏置的PN 序列對。經(jīng)PN 序列對擴(kuò)頻生成的正交信道序列最后進(jìn)行 OQPSK 調(diào)制。 Q支路的序列經(jīng)延遲106.901ns后，I路和Q路序列送到基帶濾波器限帶并濾波。最后按QPSK 的方式進(jìn)行發(fā)送載波調(diào)制。
圖3.6 上行鏈路接入信道結(jié)構(gòu)

4.2 上行鏈路接入信道仿真方案設(shè)計及模塊參數(shù)設(shè)置
根據(jù)IS-95 上行鏈路接入信道原理及其結(jié)構(gòu), 用SystemView 中的模塊進(jìn)行仿真, 系統(tǒng)仿真組成如圖3.7所示。系統(tǒng)采用了CDMA /PCS 庫中的AccessCH信道模塊, 即上行鏈路接入信道, 并與通過用其他庫中的模塊構(gòu)成的上行鏈路接入信道進(jìn)行信號輸出比較, 以此進(jìn)行IS-95上行鏈路接入信道的仿真。在仿真開始之前,系統(tǒng)的抽樣頻率設(shè)為5MHz，采樣點數(shù)為5000個。
圖中圖標(biāo) l 是AccessCH信道模塊其功能也可由CDMA庫、通信庫以及一些相關(guān)圖標(biāo)組成的系統(tǒng)來完成。圖中以偽隨機(jī)序列發(fā)生器圖標(biāo)0作為系統(tǒng)的信息源。它產(chǎn)生的序列分為兩路，分別經(jīng)過由圖標(biāo) 3、4 到圖標(biāo) 33 等組成的信號通路和圖標(biāo)1。為了降低系統(tǒng)的最高信號頻率以提高仿真效率，兩路信道均未進(jìn)行載波調(diào)制，而主要針對前面所述各基帶信號處理步驟進(jìn)行仿真。
圖標(biāo)0產(chǎn)生的系統(tǒng)輸入信源的幀結(jié)構(gòu)為88b／幀,即數(shù)據(jù)速率為 88/20＝4.4kb/s。經(jīng)幀質(zhì)量校驗器圖標(biāo)3加入編碼器尾比特后，每幀附加供譯碼用的 8 位尾比特。再經(jīng)過編碼率 R=l/3 的卷積編碼器圖標(biāo) 4 和碼元重復(fù)器圖標(biāo) 23 使之加倍，碼速率為28.8kb/s。經(jīng)交織器圖標(biāo)22進(jìn)行分組交織處理后碼速率不變。交織后的符號流每 6位符號一組，在正交調(diào)制器圖標(biāo)2被64碼元Walsh函數(shù)調(diào)制，其輸出符號速率為4.8Ks/s。調(diào)制器輸出的序列被由方波脈沖發(fā)生器圖標(biāo) 18 激勵的圖標(biāo) 6 所產(chǎn)生且碼速率為1.2288Mb /s的長碼 PN 序列所掩蓋。然后經(jīng)I、Q 支路（圖標(biāo) 9 / 10）分別被碼速率為 1.228 8 Mb/s的短碼 PN 序列擴(kuò)展． I、Q 支路的信號分別經(jīng)過圖標(biāo) 25、26 進(jìn)行碼元重復(fù)后，由基帶濾波器圖標(biāo) 12 、13 完成基帶濾波。在仿真中，省略了 QPSK 調(diào)制部分。
I、Q兩路信號分別經(jīng)圖標(biāo) 27、28 增益控制后，由圖標(biāo)14合成發(fā)送信號，分別經(jīng)圖標(biāo) 33和36適當(dāng)?shù)难舆t，并經(jīng)恢復(fù)數(shù)據(jù)速率后，由觀察窗圖標(biāo)29 和38分別觀察I、Q兩路信號，并與圖標(biāo)1產(chǎn)生的I、Q兩路信號進(jìn)行比對。
主要組成模塊的設(shè)置說明如下：
(1)信號源t0
這部分采用偽隨機(jī)序列發(fā)生器PN Seq模塊, 把信號幅度設(shè)為1, 電平數(shù)設(shè)為2, 頻率設(shè)為4.4kHz, 作為上行鏈路接入信道輸入信息。
(2)幀質(zhì)量標(biāo)記t3
采用幀質(zhì)量檢測編碼器FrameQ 模塊, 作用是在20m s的數(shù)據(jù)幀后面加入CRC 校驗功能的編碼,這里把數(shù)據(jù)速率設(shè)為4.4kb/s, 為的是在加入12比特/20ms 校驗比特和8比特/20ms的編碼器尾比特后, 數(shù)據(jù)速率變?yōu)?.8kb/s。

圖3.7 上行鏈路接入信道仿真圖
(3)卷積編碼器t4
采用卷積編碼器Cnv Coder 模塊, 對輸入的碼元卷積編碼, 把輸入比特數(shù)n, 信號位k , 約束長度l分別設(shè)為3, 1, 9, 從而使卷積碼的編碼率為1/3。這樣，卷積器輸出速率為14.4kS/s。
(4)碼元重復(fù)t23
采用符號中繼器SYMRPT 模塊, 作用是對經(jīng)過卷積編碼后, 在分組交織以前的各碼元進(jìn)行重復(fù)。因為在上行鏈路接入信道中, 把卷積器輸出的碼速率加倍，使其變成28.8ks/s。這里在卷積編碼后是14.4ks /s, 因此把重復(fù)因子設(shè)為2。
(5) 塊交織器t1
采用交織器Intlvr 模塊, 把數(shù)據(jù)速率設(shè)為4.8kb /s。交織后碼速率不變
(6) Walsh函數(shù)調(diào)制器t2 ，這里Walsh 函數(shù)發(fā)生器中Order N 設(shè)為64，每6位符號為一組,初始值為0.5v
(7)碼元重復(fù)t24.25.26 這里重復(fù)因子設(shè)為4
(8)異或運算器t5 這里閥值為0.5，是為1，非為0
(9)方波脈沖發(fā)生器t7.t18 ，是用來產(chǎn)生所需方波，振幅為1v，頻率為1.2288Mhz，PulshW=406.901ns，初始值為0.5v
(10)長碼發(fā)生器t6 Mask M0 to M7=1, Mask M8to M15=0, Mask M16 to M23=0, Mask M24to M31=0, Mask M32to M39=30, Mask M40 to M41=3, Threshold=0
(11) 采樣器t8.20.21 ，用算子庫里的采樣器進(jìn)行采樣，采樣頻率為1.2288MHZ
(12)I路擴(kuò)頻碼發(fā)生器 t9 ，正確輸出表示為1，錯誤輸出表示為0，時鐘閥值為0v，pliot PN offset=1
(13) Q路擴(kuò)頻碼發(fā)生器 t10 ，正確輸出表示為1，錯誤輸出表示為0，時鐘閥值為0v，pliot PN offset=1
(14) 異或運算器t17.t11 ，閥值為0.5v，是為1，非為-1
(15) 基帶濾波器t12.t13 ，采用CDMA庫中的基帶濾波模塊，采用默認(rèn)設(shè)置
(16) 增益放大器t27.t28，其中，增益單位以db計，增益大小設(shè)為-3db
(17) 階躍信號發(fā)生器t15，振幅設(shè)為0，初始為0，偏移為0
(18) 采樣器t30，采樣頻率設(shè)為4.9125MHZ
(19) 復(fù)數(shù)旋轉(zhuǎn)運算器t14，相位增益為12PI/V,相位偏移為30度
(20) 采樣點延遲器t16，延遲為2個采樣點
(21) 時間延遲器t33.t36，延遲為1微秒
(22) 保持器t31.t32.t34.t37，lastvalue，增益為1

4.3 系統(tǒng)的調(diào)試及仿真結(jié)果分析
運行該系統(tǒng)，觀察經(jīng)自帶上行鏈路接入信道模塊輸出的I、Q 信號( t19, t35) 和組建的上行鏈路接入信道輸出的I、Q 信號(t29, t38) , 如圖3.8, 3.9 所示。

圖3.8 系統(tǒng)自帶接入信道I路和Q路輸出

圖3.9 組建的接入信道I路和Q路輸出

從圖中可以看出兩個I信號輸出和兩個Q 信號輸出基本完全吻合, 為了更好看出兩個前向業(yè)務(wù)信道的仿真誤差, 把對應(yīng)的信號輸出進(jìn)行波形在同一坐標(biāo)系中覆蓋疊加, 分別如圖3.10, 3.11 所示。
圖3.10 兩信道I路輸出信號覆蓋疊加輸出

圖3.11 兩信道Q路輸出信號覆蓋疊加輸出

從信號覆蓋疊加輸出圖中, 可以發(fā)現(xiàn)在對應(yīng)的時間上, 信號幅度差值很小, 基本上可以忽略不計。因此，由圖標(biāo)3到圖標(biāo)33組成的上行鏈路接入信道與單個圖標(biāo)1的功能相同，符合IS-95CDMA標(biāo)準(zhǔn)的上行鏈路接入信道模型。

第五章 IS-95 CDMA下行鏈路基帶系統(tǒng)的仿真研究
5.1 下行鏈路基帶系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
CDMA系統(tǒng)從基站到移動臺的下行鏈路系統(tǒng)由基站發(fā)送和終動臺接收兩部分構(gòu)成，如圖3.12所示。在一個 CDMA 頻道中，基站發(fā)送的信號經(jīng)編碼率為 1 / 2 的卷積編碼、碼元重復(fù)、交織和擾碼以后，用指定的 Walsh 函數(shù)序列進(jìn)行 BPSK 調(diào)制，以建立正交 CDMA 信道。導(dǎo)頻、同步、尋呼和業(yè)務(wù)信道合并以后，用具有給定相位（時間）偏移量的一對正交 PN 碼進(jìn)行 QPSK 調(diào)制。經(jīng)過移動通信環(huán)境后，在接收端，導(dǎo)頻信號被接收后獲得最近基站的 PN 碼時間偏移量和相干載波相位．PN 碼解擴(kuò)可以去除其它 CDMA 領(lǐng)道的干擾。這依賴于 PN 碼優(yōu)良的自相關(guān)特性，當(dāng)時間偏移量大于碼片寬度Tc（約1 ）時，自相關(guān)函數(shù)值近乎為零。QPSK 相干解調(diào)后輸出所需 CDMA 頻道中全部邏輯信道的數(shù)據(jù)．Walsh 函數(shù)碼解擴(kuò)，利用其理想的同步正交性能，得到所需用戶的信號，再經(jīng)解擾碼、去交織和維特比譯碼，將接收信號送至話音譯碼器．待傳送的信息信號經(jīng)過圖中各項處理后，由業(yè)務(wù)信道發(fā)送?；痉謩e發(fā)送 4種信道的信息，合并為I、Q兩路信號后，進(jìn)入移動通信信道到達(dá)移動臺的接收端，在移動臺里完成信息解調(diào)【１４】。

圖3.12 下行鏈路系統(tǒng)流程

5.2 下行鏈路基帶系統(tǒng)仿真方案設(shè)計及模塊參數(shù)設(shè)置
根據(jù)上述對下行鏈路基帶系統(tǒng)的分析，我們把該系統(tǒng)的模擬分成信號發(fā)送和信號接收兩部分進(jìn)行，如圖3.13所示。在發(fā)送部分由于在system view中，包含了代表下行鏈路和上行鏈路的各種邏輯信道的單個圖標(biāo)，為了不重復(fù)前兩章的工作，直接從CDMA庫中調(diào)用即可。在接收部分中，主要對RAKE接收機(jī)進(jìn)行模擬仿真，因為信道部分的多徑傳播路徑數(shù)為2，所以用一個2頭RAKE接受機(jī)接收。然后經(jīng)過進(jìn)一步處理，最后在分析窗中與信源波形做比較分析。
5.2.1 發(fā)送部分
在圖3.13中，圖標(biāo)86左側(cè)部分為發(fā)送部分。最左側(cè)圖標(biāo)從上往下依次為尋呼信道，同步信道，導(dǎo)頻信道，業(yè)務(wù)信道。
尋呼信道選用7號信道w7，數(shù)據(jù)速率為9600b/s, 初始相位為300，Pilot PN Offset設(shè)為1。尋呼信道的信源是偽隨機(jī)PN序列發(fā)生器（圖標(biāo)11）產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列，振幅為1v，，速率為9.6 kb/s，電平數(shù)為2。

圖3.13 下行鏈路基帶仿真系統(tǒng)構(gòu)成圖

同步信道為33號信道w32，初始相位為300，Pilot PN Offset設(shè)為1，數(shù)據(jù)速率固定為1200b/s,其信源同尋呼信道的相同（圖標(biāo)9），不過速率設(shè)為1.2 kb/s。
導(dǎo)頻信道為0號信道w0，初始相位為300，Pilot PN Offset設(shè)為1，其信源為階躍信號發(fā)生器（圖標(biāo)1）產(chǎn)生的階躍信號，振幅為1v。
業(yè)務(wù)信道選用55號信道w55，數(shù)據(jù)速率設(shè)為9600 b/s，初始相位為300，Pilot PN Offset設(shè)為1。業(yè)務(wù)信道的信源為偽隨機(jī)PN序列（圖標(biāo)2），其振幅為1v，頻率為8.6khz，電平數(shù)設(shè)為2。此外業(yè)務(wù)信道附加有功率控制信道，所以該信道還有一個信源圖標(biāo)91，也是偽隨機(jī)PN序列，其振幅為1v，頻率為800hz，電平數(shù)設(shè)為2。
基站發(fā)出的各種控制和業(yè)務(wù)信號，通過四種信道后，先合并成I、Q兩路正相相交的信號，再進(jìn)入到移動通信環(huán)境中。為了簡化系統(tǒng)，提高仿真效率，在仿真中，省略了對信號進(jìn)行QPSK發(fā)送載波調(diào)制的工程，即將I、Q兩路基帶正交信號直接送入傳輸環(huán)節(jié)中。
我們用系統(tǒng)提供的信道模擬器圖標(biāo)86對真實的移動環(huán)境進(jìn)行仿真，它是符合IS-95標(biāo)準(zhǔn)的IS-97A下的一種多徑信道。其傳輸頻率為800mhz，terms in model設(shè)為10，model number1，2，3設(shè)為1。在該信道模擬器中，假設(shè)多徑傳播路徑數(shù)為2，第一條路徑時間延遲為0 ，第二條路徑時間延遲為2 ，各路徑幅度衰減均為0db，并假設(shè)移動臺的運動速度為8km/h。
此外業(yè)務(wù)信道圖標(biāo)3有7個輸出端，分別輸出信號在業(yè)務(wù)信道經(jīng)過各項處理后的信號，例如指定數(shù)據(jù)速率的原始數(shù)據(jù)幀、卷積編碼輸出、交織輸出、數(shù)據(jù)擾亂輸出和功率控制的輸出及 Walsh 編碼后的輸出等．同時，該圖標(biāo)也輸出業(yè)務(wù)信道最終輸出的I路和 Q路信號。這里我們把經(jīng)過 幀質(zhì)量效驗、碼元交織、碼元重復(fù)，且已經(jīng)完成了掩碼和功率控制，但并未被Walsh函數(shù)擴(kuò)頻的信號直接連到延遲器圖標(biāo) 6 以在觀察窗圖標(biāo)7中觀察，作為接下來系統(tǒng)輸出的對比輸入。圖標(biāo)6延遲為2個取樣點。
5.2.2 接收部分
在圖3.13中，圖標(biāo)86右側(cè)部分為接受部分信號。在通過了符合IS-95標(biāo)準(zhǔn)的移動通信環(huán)境以后，送入移動臺的接收端，進(jìn)行解調(diào)，信號首先經(jīng)過有兩個子系統(tǒng)圖標(biāo)12和圖標(biāo)49仿真的2頭RAKE接收機(jī)。信號分離并分別進(jìn)行解調(diào)后，兩路解調(diào)輸出信號分別由采樣點延遲器圖標(biāo)47（延遲為52個采樣點）、84 （延遲為48個采樣點）和采樣器48、85（采樣頻率為19.2kHz）進(jìn)行延遲、采樣處理，并由加法器圖標(biāo)87合并為一路輸出，經(jīng)限幅器圖標(biāo)88（最大輸入為0，最大輸出為1）進(jìn)行限幅，然后由觀察窗89進(jìn)行觀察。
為了驗證系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的正確性，將系統(tǒng)的輸入信號業(yè)務(wù)信道的信號與系統(tǒng)解調(diào)輸出的信號進(jìn)行對比．為了避免前兩章仿真的重復(fù)工作，提高效率，同時限于計算機(jī)資源的限制并未將解調(diào)輸出信號恢復(fù)到信號源格式。因此，直接將在圖標(biāo)89中觀察到的圖像與圖標(biāo)7中觀察到的圖像比較，驗證系統(tǒng)正確性，下面我們重點設(shè)計RAKE接收機(jī)。
根據(jù)IS-95標(biāo)準(zhǔn)，CDMA移動臺的接收機(jī)為3頭RAKE接收機(jī)，它可以分離3路多徑信號，RAKE接收機(jī)的原理框圖如圖3.15所示。由于前面的移動通信環(huán)境選定為一個 2路的多徑環(huán)境。故此處的接收機(jī)只需 2 頭 RAKE 接收機(jī)即可．即只需要兩個相關(guān)器，最后信號直接相加就可以了。在仿真系統(tǒng)中，將 2 頭 RAKE接收機(jī)分別仿真為兩個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)由一個相關(guān)器和一個搜索器組成，并包括后面的解擴(kuò)電路．仿真電路圖如圖3.14所示【１１】．
圖3.14 RAKE接收機(jī)和解擴(kuò)子系統(tǒng)仿真電路

圖 3.15 RAKE接收機(jī)原理圖

經(jīng)過多徑傳輸后的I路和Q路信號分別由子系統(tǒng)輸入端口80和81進(jìn)入RAKE接收機(jī)子系統(tǒng)，對I路和Q路信號分別處理。相關(guān)器由RAKE 接收機(jī)子系統(tǒng)，對 I路和 Q路信號分別處理。相關(guān)器由匹配濾波器、低通濾波器和判決電路組成。在 SystemView 仿真中，分別用一個48抽頭的低通濾波器圖標(biāo)52、53（Num Coefs=48）來仿真相關(guān)器中的I路和 Q路匹配濾波器和低通濾波器。I 、Q 路的判決電路分別由采樣點延遲器圖標(biāo) 62、63(延遲3個采樣點)和采樣器圖標(biāo)64、65(采樣頻率為1.2288Mhz)組成。圖 3.15 中的搜索器在圖 3.14電路中是由調(diào)頻器圖標(biāo)56（振幅為1v，mod gain=100hz/v），復(fù)數(shù)乘法器57（增益為1）、四相反正切函數(shù)58（增益為1）、平均器59（時間窗口為52.0833 ）組成的PLL回路來仿真的。為了進(jìn)行 PN 解擴(kuò)，由I路擴(kuò)頻碼發(fā)生器圖標(biāo)51（正確輸出為1，錯誤輸出為-1，時鐘閥值為0v，pilot PN offset=1） 和 Q路擴(kuò)頻碼發(fā)生器圖標(biāo) 83（正確輸出為1，錯誤輸出為-1，時鐘閥值為0v，pilot PN offset=1） 產(chǎn)生解調(diào)端本地擴(kuò)頻碼序列。方波序列發(fā)生器圖標(biāo) 50 （振幅為1v，頻率為1.2288MHZ，脈沖寬度為406.901ns，偏移為-0.5v）是本地擴(kuò)頻碼產(chǎn)生器的激勵源，與接收到的信號在復(fù)數(shù)乘法器圖標(biāo) 68 （增益為1）中相乘以完成 PN 解擴(kuò)。為了進(jìn)行 Walsh 函數(shù)解擴(kuò)，必須用同相的本地 Walsh函數(shù)碼進(jìn)行相干解調(diào)。與前面基站發(fā)射時使用的業(yè)務(wù)信道號相對應(yīng)，由方波序列發(fā)生器圖標(biāo) 60 （振幅為1v，頻率為1.2288MHZ，脈沖寬度為406.901ns，偏移為－0.5v）激勵的 Walsh碼發(fā)生器產(chǎn)生第 55號Walsh 函數(shù)，即 W ( 64 , 55 ）。本地 Walsh 碼與完成了 RAKE 接收和PN解擴(kuò)的信號相乘，完成 Walsh 解擴(kuò)，由輸出端口圖標(biāo) 82 從本子系統(tǒng)輸出。
5.3系統(tǒng)的調(diào)試及仿真結(jié)果分析
運行該系統(tǒng)，可以分別觀察兩路RAKE接收機(jī)的解調(diào)輸出。業(yè)務(wù)信道的信源波形和系統(tǒng)解調(diào)的輸出波形，分別如圖3.16和圖3.17 ，圖3.18所示。
圖3.16 兩路RAKE接收解擴(kuò)輸出對比
圖3.17 業(yè)務(wù)信道信源波形
圖3.18 系統(tǒng)解調(diào)輸出波形

從圖3.16中的運行結(jié)果波形可以看出，兩路 RAKE 接收和解擴(kuò)的輸出相同，圖中的系統(tǒng)運行結(jié)果波形可以直接相加以完成兩路信號的合并。從圖3.17和圖3.18中的波形可以看出，系統(tǒng)的信源波形和解調(diào)輸出波形完全相同，證明該系統(tǒng)可以按照IS-95標(biāo)準(zhǔn)的 CDMA 系統(tǒng)進(jìn)行正確的信息解調(diào)，驗證了系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的正確性。

第六章 結(jié)論
6.1課題工作總結(jié)
CDMA是移動通信領(lǐng)域中發(fā)展最快的數(shù)字無線通信技術(shù)之一，經(jīng)過幾年的發(fā)展，CDMA技術(shù)已趨于成熟，近10年來在全球?qū)⒔?0個國家中得到迅速的推廣應(yīng)用并成功實現(xiàn)商用化。
本文通過對CDMA通信系統(tǒng)發(fā)展概況進(jìn)行調(diào)研，主要對CDMA通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和信道構(gòu)成進(jìn)行研究，并對仿真工具進(jìn)行了介紹，在此基礎(chǔ)上利用SystemView強(qiáng)大的仿真功能分別對CDMA下行鏈路基帶系統(tǒng)、上行鏈路接入信道及下行鏈路業(yè)務(wù)信道建立模塊進(jìn)行模擬仿真，設(shè)計了具體的通信系統(tǒng)模型。在模型的設(shè)計過程中，對模型設(shè)計的目的、具體的結(jié)構(gòu)組成、仿真流程以及仿真結(jié)果都給出了具體詳實的說明和分析，并取得了令人滿意的結(jié)果。
本文所展開的工作以及收獲主要有以下幾方面:
1. 全面收集、閱讀和分析各種與CDMA有關(guān)的文獻(xiàn)資料，對國內(nèi)外CDMA技術(shù)的研究現(xiàn)狀有了較全面的了解和認(rèn)識，通過以CDMA技術(shù)為核心的第三代移動通信系統(tǒng)與前兩代移動通信系統(tǒng)的比較，詳細(xì)了解了移動通信的發(fā)展歷程，對本文的研究背景和意義有了深入的理解。
2. 掌握了CDMA通信系統(tǒng)的基本原理，以及其主要的技術(shù)特點，通過對比詳細(xì)了解了CDMA系統(tǒng)的優(yōu)點，對CDMA的關(guān)鍵技術(shù)有了進(jìn)一步的認(rèn)識。另外，分別對CDMA上行信道和下行信道結(jié)構(gòu)的研究，對CDMA系統(tǒng)的工作流程和各鏈路工作原理有了深入的理解。
3. 通過對各通信系統(tǒng)仿真軟件的調(diào)研，了解了仿真技術(shù)的發(fā)展歷程，最終選擇了Systemview動態(tài)仿真軟件，對其各個功能有了初步的掌握，并能對其中的CDMA擴(kuò)展庫，基本庫，DSP庫和通信庫進(jìn)行熟練的操作。
4. 對CDMA系統(tǒng)的三個信道進(jìn)行仿真，并對仿真結(jié)果進(jìn)行分析，根據(jù)本仿真軟件得出的仿真結(jié)果，說明本文仿真建模和仿真模塊設(shè)計的正確性。
6.2設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題及解決方法
由于在理論方面，之前沒有對CDMA技術(shù)有過深入的學(xué)習(xí)和了解，對其信道結(jié)構(gòu)的認(rèn)識也不多；仿真工具之前也沒有接觸過，對一些操作不了解。導(dǎo)致本次設(shè)計過程中，出現(xiàn)了一些問題，但在老師和同學(xué)的幫助下都一一被克服了。主要的問題有以下幾個方面：
1.在做下行鏈路基帶系統(tǒng)的仿真時，起初在發(fā)送端進(jìn)行了QPSK載波調(diào)制，同時在接收端也加入了解調(diào)模塊，但由于超出了該系統(tǒng)移動通信環(huán)境傳輸帶寬的設(shè)計范圍，導(dǎo)致輸出端嚴(yán)重失真。這樣在考慮到提高仿真效率，簡化系統(tǒng)的同時，沒有進(jìn)行DPSK的載波調(diào)制，通過這項措施的改進(jìn)，問題得以解決。
2.在初次設(shè)計上行鏈路接入信道時，由于想對單個圖標(biāo)信道的I路，Q路和組建信道的I路，Q路進(jìn)行分別比對，于是分別連了保持器和觀察窗進(jìn)行分析比對，但發(fā)現(xiàn)Q路信號波形相差太大，始終找不到原因。最終，經(jīng)過一個個模塊的檢查，發(fā)現(xiàn)組建信道最后進(jìn)行合并后，再分出的Q路信道連接出現(xiàn)錯誤，問題解決。
3.在設(shè)計下行鏈路業(yè)務(wù)信道時，出現(xiàn)了組建信道的輸出與系統(tǒng)自帶信道輸出不一致的問題，仔細(xì)分析每個模塊的參數(shù)設(shè)置，還是沒有發(fā)現(xiàn)問題，最后經(jīng)過老師指點，發(fā)現(xiàn)圖標(biāo)11的碼速率設(shè)置不對，在錯誤的速率激勵下擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生了長碼PN序列，而要求的是短碼PN序列。通過改正，問題得以解決。