CDMA通信系統(tǒng)中的接入信道部分進(jìn)行MATALAB仿真與分析

1、摘 要cdma技術(shù)是當(dāng)前無線電通信，尤其是移動(dòng)通信的主要技術(shù)，不論是在中國已經(jīng)建立的is-95規(guī)范的中國聯(lián)通cdma網(wǎng)、各大移動(dòng)通信運(yùn)營商正準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)及建立第三代（3g）系統(tǒng)還是大設(shè)備研發(fā)商已經(jīng)在開發(fā)的三代以后（也稱為4g）更寬帶寬的移動(dòng)通信系統(tǒng)，cdma都是主要的選擇。cdma概念可以簡單地解釋為基于擴(kuò)頻通信的調(diào)制和多址接入方案。其反向鏈路有接入信道和反向業(yè)務(wù)信道組成。接入信道用于短信令消息交換、能提供呼叫來源、尋呼響應(yīng)、指令和注冊。本設(shè)計(jì)選取cdma通信系統(tǒng)中的接入信道部分進(jìn)行仿真與分析。首先，通過學(xué)習(xí)相應(yīng)的理論知識(shí)，熟悉接入信道實(shí)現(xiàn)的過程，對每一步的原理有了較深的理解，同時(shí)，也對matal

2、b軟件進(jìn)行熟悉和了解，對matlab軟件中的simulink部分及其內(nèi)部的cdma模塊用法和參數(shù)設(shè)置進(jìn)行熟悉，然后運(yùn)用matlab軟件對接入信道部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，并逐步地對各個(gè)模塊進(jìn)行分析、仿真與驗(yàn)證。目的是通過畢業(yè)設(shè)計(jì)工作熟悉現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成與基本工作原理，重點(diǎn)掌握卷積編碼、塊交織和碼擴(kuò)展等相關(guān)編碼技術(shù)，并能將這些技術(shù)應(yīng)用實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高自己對cdma通信系統(tǒng)知識(shí)的認(rèn)識(shí)。關(guān)鍵字：crc;卷積編碼;塊重復(fù);交織;長碼;沃爾什;pn序列abstractcdma is the major technology used in the wireless communication , esp

3、ecially in the mobile communication. following the is-95 standard set up in china ,cdma is the mostly choice whether in china uninet net ,in the third system (3g) that all kinds of mobile businessmen are to build or in the wider system than the third one(named 4g)that the large equipments researchin

4、g businessmen have been researching.the concept of cdma may be interpreted as the simulation that base on frequency spreading and the multiply address access project.its reverse channel is composed of access channel and traffic channel.the access channel is used for brief information exchanging 、pro

5、viding the source about the calling、the call responding 、the instruction and the enrollment.this design choose the part of connect channel to simulate and analyse. first,we can familiar with the process of connect channel ,understand the principleof every step of the procedure about thre channel,aft

6、er studying the relating knowledge .at the same time ,we an also have some acquaintance with the software about matlab and the part of simulink and how to set the parameter of every klock in the soft.then we can use the matlab software to design the part of the connect channel, to analyse , to simul

7、ate and to validate the design of every block gradually. this purpose is to be familiar with the basic structure and basic principle of the morden wireless communication system, to mastery the technology about the convolutional encoder,interleaver ,coder spread and so forth, then use those technolog

8、y to design system in practice,so that to improve our knowledge about the cdma communication system. key words:crc;convolutional enconder;block repeat;interleaver;long code;walsh;pn sequence目 錄中文摘要 關(guān)鍵字 .1英文摘要 關(guān)鍵字 .2目 錄 .3前 言 .41 設(shè)計(jì)總體框架 .52 設(shè)計(jì)各個(gè)部分原理知識(shí)介紹 .6 2.1 卷積編碼.72.2 交織技術(shù)介紹.92.3 沃爾什函數(shù)說明.112.3.1 沃爾

9、什函數(shù)特性說明.112.3.2 沃爾什函數(shù)的產(chǎn)生方法介紹.132.4 長碼的實(shí)現(xiàn).152.6 psk和oqpsk調(diào)制182.7 短碼的實(shí)現(xiàn).203 mtalab軟件中的simulink的簡介.204 設(shè)計(jì)仿真、分析與驗(yàn)證.224.1 設(shè)計(jì)總體模塊構(gòu)造.224.2 對各個(gè)模塊進(jìn)行分析與驗(yàn)證 .234.2.1 源中部分（subsystem1）設(shè)置、說明與分析.244.2.2 對卷積編碼器和重復(fù)模塊的設(shè)置、說明與分析 274.2.3 對子系統(tǒng)subsystem2（塊交織器）模塊的設(shè)置、說明與分析 304.2.4 沃爾什調(diào)制器輸出與長碼輸出及其異或驗(yàn)證.404.2.5 i路和q路的輸出驗(yàn)證與分析465

10、.經(jīng)驗(yàn)總結(jié).49謝 辭.50參考文獻(xiàn).51引言 眾所周知，自從20世紀(jì)70年代出現(xiàn)蜂窩網(wǎng)通信以來，世界各地移動(dòng)通信行業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，而蜂窩網(wǎng)的技術(shù)本身也得到了長足的進(jìn)步。就多址接入方式而言，20世紀(jì)80年代出現(xiàn)了時(shí)分多址(tdma)數(shù)字蜂窩網(wǎng)，以gsm為代表的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)在國內(nèi)外已獲得了廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)90年代又出現(xiàn)了碼分多址(cdma)蜂窩網(wǎng)移動(dòng)通信系統(tǒng)。由于它通信容量大、質(zhì)量好，因此立即引起了人們廣泛的關(guān)注，其優(yōu)勢已被人們所共認(rèn)，其發(fā)展前景十分良好。不少專家預(yù)言，21世紀(jì)將是cdma通信廣泛應(yīng)用的時(shí)代。cdma蜂窩網(wǎng)移動(dòng)通信是在頻分多址(fdma)模擬蜂窩網(wǎng)和時(shí)分多址(tdm

11、a)數(shù)字蜂窩網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，既有共同點(diǎn)，也有很多獨(dú)特的地方：從技術(shù)角度來看cdma蜂窩網(wǎng)技術(shù)是最先進(jìn)的，同時(shí)又是最復(fù)雜的?？梢哉f，在一定范圍內(nèi)，它反映了現(xiàn)代通信的技術(shù)水平。本次課題選擇的是反向鏈路的接入信道部分進(jìn)行軟件的仿真，所運(yùn)用的軟件是matlab。運(yùn)用matalab軟件中的模塊進(jìn)行接入信道的構(gòu)建，并對信道的原理進(jìn)行分析和驗(yàn)證。本論文是按照從理論到仿真分析與驗(yàn)證的步驟順序來的，最后進(jìn)行全面的總結(jié)。1 對畢業(yè)設(shè)計(jì)總體實(shí)現(xiàn)框架進(jìn)行初要說明 圖1.1設(shè)計(jì)總體框圖接入信道數(shù)據(jù)以每20毫秒88比特的速率產(chǎn)生，因?yàn)?卷積編碼器在每幀后復(fù)位，所以每幀的數(shù)據(jù)都加上8比特的尾。故數(shù)據(jù)進(jìn)入編碼器的速率是（

12、88+8）/0.02=4800bit/s,如圖所示。這些數(shù)據(jù)進(jìn)行碼率1/3，約束長度為9的卷積編碼。編碼器中出來的數(shù)據(jù)率是34.8=14.4ksps。為了使接入信道和反向業(yè)務(wù)信道有相同的塊交織方案，接入信道的符號進(jìn)行了重復(fù)，使進(jìn)入交織器的為214.4=39.6=28.8ksps，和反向業(yè)務(wù)信道達(dá)最高數(shù)據(jù)率9600bit/s的數(shù)據(jù)進(jìn)入交織器時(shí)的速率一樣。交織方案是讀入一幀的數(shù)據(jù)（28.820=576符號），按列寫入18列32行的矩陣，然后以某種順序按行讀出，以使數(shù)據(jù)符號在時(shí)間上分開。 交織后的符號送到一個(gè)（64，6）的沃爾什編碼器。沃爾什編碼是用每組6個(gè)編碼符號（c0、c5）來選擇26=64階沃

13、爾什序列hi中的一個(gè)。選擇時(shí)要按下列準(zhǔn)則來計(jì)算序號i： 這里的i是6464哈達(dá)碼矩陣的行號,而cj是經(jīng)過編碼的二進(jìn)制(0,1)符號.因此符號速率的增長比率為64/6,從28800sps增加到307200cps,單位是”沃爾什編碼”每秒.這個(gè)步驟可以看作是一個(gè)(n=64,k=6)的糾錯(cuò)編碼.它也可以解釋為一種用二進(jìn)制信道符號進(jìn)行64進(jìn)制正交調(diào)制的形式. 接入信道符號進(jìn)一步用一個(gè)特定的相位偏置是靠移位積存器的輸出與一個(gè)隨用戶不同而不同的42比特模板序列進(jìn)行內(nèi)積來產(chǎn)生的.對于接入信道,模板是用偽隨機(jī)產(chǎn)生的接入信道和相應(yīng)的尋呼信道編號以及基站辯識(shí)參數(shù)構(gòu)成的.在脈沖成型與發(fā)送之前,長pn碼擴(kuò)譜后的基帶數(shù)

14、據(jù)流分別與i路q路正交短pn碼相乘,q路相乘后延時(shí)了半個(gè)碼片，形成oqpsk調(diào)制和正交分集。注意:這個(gè)操作中,符號沒有被擴(kuò)譜,因?yàn)槎蘰n碼的速率也是102288mcps.還要注意到,圖4021表明所有小區(qū)中的所有移動(dòng)臺(tái)都采用零偏置的短pn碼，不同用戶的信號只用它們唯一的長pn碼相位加以區(qū)別.下表總結(jié)了接入信道的調(diào)制參數(shù)。 接入信道調(diào)制參數(shù) 參數(shù) 數(shù)值 單位 數(shù)據(jù)速率 4800 bit/s pn碼片速率 1.2288 mcps 代碼速率 1/3 bit/碼符號 碼符號重復(fù) 2 符號/碼符號 發(fā)端占空比 100 %碼符號速率 28800 sps調(diào)制 6 碼符號/模符號調(diào)制速率 4800 sps沃爾

15、什碼片速率 307.2 kcps 模符號間隔 208.33 s pn碼片/碼符號 42.67 pn碼片/模符號 256pn碼片/沃爾什碼片 4 特定移動(dòng)臺(tái)的接入信道傳送只能在指定的接入信道時(shí)隙中進(jìn)行,接入信道時(shí)隙事實(shí)20毫秒幀長的睜倍數(shù).接入信道時(shí)隙的每一次傳送開始都有一隨機(jī)短延時(shí),以分散不同的移動(dòng)臺(tái)的起始傳送時(shí)間,這些移動(dòng)臺(tái)可能在同一時(shí)隙內(nèi)在不同的信道中傳送.接入信道有96個(gè)數(shù)據(jù)零作報(bào)頭,以幫助基站捕獲信號.移動(dòng)臺(tái)第一次使用接入信道時(shí),只能發(fā)送按某種程序形成的試探”消息”,直到?jīng)Q定了該移動(dòng)臺(tái)的適當(dāng)功率水平為止. 2 對各個(gè)模塊所對應(yīng)的原理進(jìn)行詳細(xì)的說明 cdma(碼分多址)是一種利用惟一碼序

16、列進(jìn)行擴(kuò)頻多址接人數(shù)字通信的技術(shù)。cdma信道包括基站和移動(dòng)臺(tái)之間的前向cdma信道和反向cdma信道。前者是從基站到移動(dòng)臺(tái)的信道，后者是從移動(dòng)臺(tái)到基站的信道。反向cdma信道被移動(dòng)臺(tái)用來和基站通信，同時(shí)在發(fā)送之前通過直接序列擴(kuò)頻共享相同的cdma頻率分配。反向cdma信道是從移動(dòng)臺(tái)到基站的反向鏈路。在反向cdma信道發(fā)送的數(shù)據(jù)被封裝成20ms幀。反向cdma信道包括接人信道和反向業(yè)務(wù)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(yīng)、指令和注冊。反向業(yè)務(wù)信道用于從單個(gè)移動(dòng)臺(tái)向單個(gè)或多個(gè)基站傳輸用戶數(shù)據(jù)和信令業(yè)務(wù)。前向cdma信道包含導(dǎo)信倍道、同步信道、尋呼信道和前向業(yè)務(wù)信道。這些信道每

17、路都經(jīng)過適當(dāng)?shù)膚ash函數(shù)正文擴(kuò)展，然后以1.2288mc/s固定速率由正交相位導(dǎo)頻pn序列擴(kuò)展。反向cdma信道由接人信道和反向業(yè)務(wù)信道組成。反向信道上發(fā)送的所有數(shù)據(jù)都經(jīng)過卷積編碼、塊交織、64階正交調(diào)制和長碼直接序列擴(kuò)展再發(fā)送。下文介紹cdma信道操作的幾個(gè)最基本的組成部分。2.1 卷積編碼現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)常常設(shè)計(jì)成以非常高的速率傳輸。卷積碼已應(yīng)用于很多個(gè)同系統(tǒng)，例如，不僅在cdma移動(dòng)通信系統(tǒng)種應(yīng)用卷積編碼譯碼，而且在空間和衛(wèi)星也應(yīng)用。為了防止系統(tǒng)出錯(cuò),經(jīng)常會(huì)使用卷積碼。信息數(shù)據(jù)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個(gè)輸入、具有m階存儲(chǔ)的

18、n個(gè)輸出線性時(shí)序電路實(shí)現(xiàn)。通常，n和k是較小的整數(shù)，且ki時(shí)s=1.其他的方法可以減小bi時(shí)的最小間隔而增加bi時(shí)的最小間隔.is-95就用了這樣的技術(shù).除非仔細(xì)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(nèi)的數(shù)據(jù),除了同步信道之外,其他信道都是20毫秒,同步信道的一幀周期上26.66毫秒.因此,所有的is-95的交織器在塊數(shù)據(jù)上操作.嚴(yán)格地說,并沒有用塊交織,但是交織的類型設(shè)計(jì)要依賴于信道和原始數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)以改變最小間隔特性.2.3 沃爾什函數(shù)說明沃爾什函數(shù)是正交的、歸一化的和完備的。“正交”是指兩個(gè)不同的函數(shù)相乘

19、，并在給定區(qū)間上積分，其結(jié)果為0。“歸一化”的意思是如果兩個(gè)函數(shù)相同，那么它們乘積的積分為1。最后，“完備”大致可理解為：在給定的區(qū)間內(nèi)，可使用這個(gè)正交函數(shù)集中函數(shù)的線性組合來逼近任意給定的函數(shù)，在正交函數(shù)的個(gè)數(shù)趨于無限的條件下，均方誤差在“均值意義上”趨近于0。2.3.1 沃爾什函數(shù)特性說明我們將n階的沃爾豕函數(shù)定義為n段函數(shù)的集合，記為wj(t);t(0,t),j=0,1,n-1,定義如下：1. 除了在一些跳變點(diǎn)上取值0外，wj(t)僅在集合+1，-1中取值。2. 對于所有的j，有wj（0）=1.3. 在區(qū)間（0，t）內(nèi)，wj(t)精確地有j次符號變化（穿越零點(diǎn)）。4.5.關(guān)于區(qū)域的中點(diǎn)，

20、每一個(gè)函數(shù)wj(t)不是奇函數(shù)就是偶函數(shù)。一個(gè)沃爾什函數(shù)集由n個(gè)函數(shù)構(gòu)成，并按照穿越零點(diǎn)（符號改變）的次數(shù)來定義它們的階數(shù)。用函數(shù)集表示如下： 第一個(gè)函數(shù)w0（t）在整個(gè)（0，1）區(qū)間上沒有過零點(diǎn)，而w1（t）在整個(gè)定義區(qū)域上有一個(gè)過零點(diǎn)。考慮圖3.1所示的定義在（0，t），將沃爾什函數(shù)的幅值圖2.3.1轉(zhuǎn)化為二值邏輯0，1表示，即+l “0”，-1 “1”， 并將圖5.1中的所有8階沃爾什函數(shù)的整個(gè)下標(biāo)集j0，1，7用二進(jìn)制表示出來，于是我們可以寫出8個(gè)沃爾什序列，如圖3.2所示。 當(dāng)考慮一個(gè) 階的沃爾什函數(shù)集(序列)時(shí)，可以注意到序列關(guān)于k軸上的點(diǎn)kt/2，具有對稱性，其中t是沃爾什函數(shù)的

21、周期。沃爾什函數(shù)關(guān)于這些點(diǎn)要么奇對稱，要么偶對稱。這些點(diǎn)位jk，k1，1，亦即。考慮任意一個(gè)n16階的沃爾什函數(shù)，如：w13o 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 o 0 1 0 1 圖 2.3.2 序列關(guān)于處奇對稱： 關(guān)于t/8處奇對稱： 關(guān)于t/4處偶對稱： 關(guān)于t/2處奇對稱： 將沃爾什函數(shù)的下標(biāo)j用k位二進(jìn)制數(shù)表示出來，即j(j1,j2,.jk)。如果jk=0，則函數(shù)關(guān)于軸處偶對稱，k=1,2，k;如果jkl，那么函數(shù)關(guān)于這個(gè)軸處奇對稱。在沃爾什序列中，與沃爾什函數(shù)中的定義相同，第一個(gè)值總是0，即研wj(0)1，而wj00。對沃爾什序列w13,可以分析如下：在w13中，(j1,j2

22、,j3,j4)=(1，l，0，1)，因此可以判斷：j1/21，表示序列關(guān)于t/16處奇對稱j21，表示序列關(guān)于t/8處奇對稱j3o，表示序列關(guān)于t/4處偶對稱j4=1，表示序列關(guān)于t/2處奇對稱于是，以0打頭按照對稱的要求，可以寫出如下序列： w130 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 o 1 0 1這個(gè)序列與前面一開始給出的一樣。 同樣，根據(jù)觀察，可以得出沃爾什函數(shù)關(guān)于對稱軸(中點(diǎn))的位置的特性如下： 沃爾什函數(shù)關(guān)于(0，t)的中點(diǎn)，也即在t/2處的對稱軸ax上奇對稱或偶對稱。 沃爾什函數(shù)關(guān)于子區(qū)間(o,t/2)和(t/2，t)的中點(diǎn)t4，3t/4處具有同樣的對稱性將這些中點(diǎn)對稱軸

23、定義為ak-1。同樣的處理過程重復(fù)k次，直到子區(qū)間的中點(diǎn)為t/n，3t/n,，(n1)/n，這里。這些中點(diǎn)對稱軸稱為a1,這些軸具有同樣的對稱性。2.3.2 沃爾什函數(shù)的產(chǎn)生方法介紹沃爾什函數(shù)的產(chǎn)生方法有多種，可以使用萊德馬契函數(shù),也可以使用哈達(dá)瑪短陣，還可以利用沃爾什函數(shù)自身的對稱特性。下面僅以用哈達(dá)瑪矩陣產(chǎn)生方式來介紹。哈達(dá)碼矩陣是一個(gè)方陣，方陣的每一個(gè)元素為+1或-1，列與列之間是正交的。如果一個(gè)矩陣的第列的元素都是1，那么我們說這個(gè)矩陣是規(guī)范?？梢允褂?代替+1，而使用1代替-1，即使用邏輯值0，1來表示哈達(dá)碼矩陣，那么22的2階哈達(dá)碼矩陣可以表示為： 如果hn是一個(gè)nn的哈達(dá)碼矩陣，

24、于是有： 這里in 是一個(gè)nn的單位。如果規(guī)定n1為哈達(dá)碼矩陣的階數(shù),那么n可取值為1,2,或4t(t為整數(shù)).設(shè)和分別為 a階和b階的哈達(dá)碼矩陣,那么=的階數(shù)為ab,運(yùn)算規(guī)則如下:如果矩陣中一個(gè)元素為+1(或邏輯值0),那么用來代入,如果該元素為-1（或?yàn)檫壿嬛?），則用-hb（或hb的補(bǔ)）代入。如果n為2的冪，并規(guī)定h1=+1=0，于是可以由下式求得： 這里規(guī)定為取負(fù)（為其補(bǔ)值）。的哈達(dá)碼矩陣可以由n=2階的哈達(dá)碼矩陣的規(guī)范形式連乘得到。如果，則所有的哈達(dá)瑪矩陣的行序列和列序列都是沃爾什序列。然而，用沃爾什函數(shù)表示和哈達(dá)瑪函數(shù)表示之間存在一些差別，即哈達(dá)瑪函數(shù)的行序號和列序號都與符號改變(

25、過零點(diǎn))的次數(shù)沒有關(guān)系，而沃爾什函數(shù)卻具有這種關(guān)系。顯然，由哈達(dá)瑪函數(shù)生成的沃爾什函數(shù)不是按照符號改變的次數(shù)排序的，因而需要一種方法對這兩種排序進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。2.4 直接序列擴(kuò)展反向cdma信道中，反向業(yè)務(wù)信道相接人信道將由長碼直接序列擴(kuò)展，以提供有限的保密性。對反向業(yè)務(wù)信道，直接序列(ds)擴(kuò)展操作包含對數(shù)據(jù)脈沖隨機(jī)發(fā)生器輸出數(shù)據(jù)和長碼模2加。數(shù)據(jù)脈沖隨機(jī)發(fā)生器產(chǎn)生掩碼符號0和1，隨機(jī)地掩蔽由于碼重復(fù)產(chǎn)生的冗余數(shù)據(jù)。掩碼符號由幀數(shù)據(jù)率和長碼的最后14比特位確定。對于接人信道，ds擴(kuò)展操作包含64階正交調(diào)制器輸出和長碼的模2加。設(shè)d(t)為walsh碼片調(diào)制的數(shù)據(jù)序列，tb為數(shù)據(jù)比特時(shí)間間隔。

26、walsh調(diào)制的數(shù)據(jù)序列被長碼c(t)的擴(kuò)展則碼片模2加。每個(gè)c(t)脈沖稱為碼片，tc表示碼片時(shí)間間隔，tb=4tc。擴(kuò)展pn碼片序列速率固定在1.2288mc/s。由于6個(gè)編碼符號由64個(gè)時(shí)間正交walsh函數(shù)之一調(diào)制，調(diào)制符號發(fā)送速率固定在28.8/64.8ks/s。因此，每個(gè)walsh碼片由4個(gè)pn碼片擴(kuò)展，即。由1.2288mc/s長碼pn碼片相乘的直接序列d(t)如圖4.1所示。 圖 2.4.1 2.5 qpsk和oqpsk調(diào)制 為了使頻帶效率最大，高頻譜效率的cdma信道調(diào)制技術(shù)要求在相位正交的兩個(gè)載波同時(shí)發(fā)送。正交調(diào)制在擴(kuò)頻中極為重要，它對某些類型的干擾不敏感。令為原始數(shù)據(jù)流，

27、為雙極性脈沖，-1代表二進(jìn)制l，+l代表二進(jìn)制0如圖2.5.1所示。該脈沖數(shù)據(jù)流分成同相流(偶數(shù)比特)和正交相位流(奇數(shù)比特),如圖2.5.2和圖2.5.3所示。注意，和分別具有d(t)的一半速率。 2.5.1原始數(shù)據(jù)d(t) 2.5.2同相流di(t) 2.5.3正交流的dq(t) 將每個(gè)和幅度調(diào)制到載波的余弦和正弦函數(shù)上，可以得到qpsk波形，如圖2.5.4所示。圖2.5.4 qpsk擴(kuò)頻調(diào)制器 其中， 同相流以+1(二進(jìn)制0)或-l(二進(jìn)制1)對余弦函數(shù)進(jìn)行幅度調(diào)制，產(chǎn)生一個(gè)bpsk波形。同樣地，正交相位流對余弦函數(shù)進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生另個(gè)與前面余弦函數(shù)產(chǎn)生波形正交的bpsk波形。這樣，載波的

28、這兩個(gè)正交分量就產(chǎn)生qrk波形。 圖 2.5.5 qpsk的信號空間 持續(xù)時(shí)間為ts的原始數(shù)據(jù)流可以通過串/并轉(zhuǎn)換器將持續(xù)時(shí)間2tb劃分為同相流和正交相位流(參見圖2.5.4)。qp5k調(diào)制時(shí)，同相和正交相位數(shù)據(jù)流都以1/2tb/s速率發(fā)送并同步對齊，以便發(fā)送時(shí)間一致.非偏移qrk調(diào)制時(shí)。兩種脈沖流和發(fā)送時(shí)間一致，如圖2.5.6所示。由于和一致對齊，所以載波相位每2tb秒變化一次相位，導(dǎo)致了圖2.7所示的四種相位之。 圖2.5.6 和一致對齊的qpsk波形s(t) s(t)的方程也用于偏移qpsk(oqpsk)信令。oqr5k和標(biāo)準(zhǔn)的非偏移qpsk在兩個(gè)基帶波形對齊方面不同。兩種脈沖流和相互交

29、錯(cuò)，因此個(gè)是同時(shí)地改變狀態(tài)。這兩種調(diào)制方案的不同在于脈沖流和定時(shí)移位了，以至于兩種數(shù)據(jù)流差tb對齊，如圖2.5.7和2.5.8所示。載波相位每tb秒可能的變化限制在 和 。然而在作偏移qpsk下，兩種脈沖流和時(shí)間一致，載波相位每2tb秒變化一次，如圖2.5.7和2.5.8所示。對應(yīng)于qpsk數(shù)據(jù)流的典型opsk波形如圖所示。 2.5.7 分開的數(shù)據(jù)流 2.5.8 偏移的qpsk波形2.6 長碼的產(chǎn)生長碼提供了限的保密性。長碼是的pn序列，用于前向cdma信道的擾碼和反向cdma信道的擴(kuò)領(lǐng)。長碼在前向業(yè)務(wù)信道和反問業(yè)務(wù)俏道惟一標(biāo)識(shí)移動(dòng)臺(tái)。長碼的特點(diǎn)是使用長碼掩碼來形成公用長碼或私有長碼。長碼還用

30、在相同cdma信道上區(qū)分多重接人信道。當(dāng)在當(dāng)在接入信道上傳輸時(shí)，先進(jìn)行長碼直接序列擴(kuò)展，然后發(fā)送。擴(kuò)展操作包括64階正交調(diào)制器輸出序列和長碼的模2加，如圖2.6.1所示。can:接入信道編號 pcn:尋呼信道編號base-id:基站標(biāo)識(shí)pllot-pn:前向cdma信道pn偏移1100011:長碼掩碼頭 圖 2.6.1長碼周期為個(gè)碼片，由碼發(fā)生器的lfsr抽頭多項(xiàng)式p（x）指定： 對所有42位掩碼和lfsr42級輸出的“與”結(jié)果進(jìn)行“異或”操作可以得到長碼的每個(gè)pn碼片，如圖6.2所示。 圖2.6.2 長碼發(fā)生器長碼掩碼包括42位二進(jìn)制序列，它是長碼的惟一標(biāo)識(shí)。長碼掩碼根據(jù)移動(dòng)臺(tái)傳輸?shù)男诺李愋?/p>

31、而不問。圖2.6.2顯示了長碼發(fā)生器產(chǎn)生的pn碼片(1.2288kc/s)，它由長碼掩碼激活。2.7 短碼的產(chǎn)生 直接序列擴(kuò)展之后，反向業(yè)務(wù)伯道和接人信道進(jìn)行正交相位擴(kuò)展。 另外，前向cdma信道正交擴(kuò)展之后，每個(gè)碼道(導(dǎo)頻、同步、尋呼或前向業(yè)務(wù)信道)進(jìn)行正交相位擴(kuò)展。 擴(kuò)展序列是長度為 或32768個(gè)pn碼片的正交相位序列。該正交相位序列稱為導(dǎo)頻pn序列分別基于下列抽頭多項(xiàng)式；對于相同i序列： 對于正交相位q序列：3 mtalab軟件中的simulink的簡介matlab通信工具箱（communication toolbox）中提供了許多matlab函數(shù)和simulink仿真模塊，可以用來對

32、通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析。這些函數(shù)和模塊涉及通信系統(tǒng)的各個(gè)部分，用戶可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行選擇，從而構(gòu)筑自己的通信系統(tǒng)模型。simulink仿真工具包是matlab的工具包之一，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建摸、仿真和分析的一個(gè)集成環(huán)境。它可以仿真線形或非線形系統(tǒng)、連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)、離散時(shí)間系統(tǒng)或兩者混合系統(tǒng)，也可以仿真多速率系統(tǒng)。simulink提供了一個(gè)用于建摸的圖形用戶界面，主要實(shí)用于構(gòu)造比較復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型。它的主要特點(diǎn)在于使用戶可以通過簡單的鼠標(biāo)操作和拷貝等命令建立起直觀的系統(tǒng)框圖模型，并進(jìn)行交互性的動(dòng)態(tài)仿真。所謂交互性，指的是用戶可以在仿真的同時(shí)修改系統(tǒng)參數(shù)，仿真輸出結(jié)果隨著參數(shù)的改變而改變。sim

33、ulink的特性使它同以往的仿真工具有了較大的改進(jìn)，用戶可以脫離復(fù)雜的基于微分方程的計(jì)算方法，轉(zhuǎn)而使用簡單直觀的框圖式構(gòu)造方法。simulink有一個(gè)重要特征，它是構(gòu)造于matlab的之上的。因此simulink用戶可以直接使用基于matlab的工具對模型進(jìn)行構(gòu)造、優(yōu)化和仿真。這里所說的基于matlab的工具，指的是matlab應(yīng)用于工具箱和專門用于某些領(lǐng)域的特定m文件的集合。通信工具箱就是matlab應(yīng)用工具箱的一種。由于應(yīng)用工具箱均由matlab的原代碼編寫而成，用戶可以在simulink的工作平臺(tái)上方便地調(diào)用工具箱中的各種工具，從而實(shí)現(xiàn)了各類工具箱之間的無縫連接。simulink的應(yīng)用包

34、括建摸和仿真兩部分。所謂建摸，指的是從simulink的七個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊子庫或matlab其他工具包模塊庫中選擇所需的模塊，并拷貝到用戶的模型窗口中，經(jīng)過連線和設(shè)置模塊參數(shù)等構(gòu)筑起用戶自己的仿真模型的過程。simulink完全采用“抓取”來構(gòu)造動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)的創(chuàng)建過程就是繪制框圖的過程。而通信模塊的創(chuàng)建和仿真，一般是在simulink工作窗口內(nèi)利用commlib庫中通信模塊構(gòu)筑用戶設(shè)計(jì)的通信模型，然后再利用simulink工作窗口中特有的菜單選項(xiàng)進(jìn)行仿真。在打開simulink之前，首先要運(yùn)行matlab。打開simulink主工作界面的方式有兩種：（1） 在matlab的工作窗口中鍵入“simu

35、link”指令。（2） 在matlab窗口的狀態(tài)欄中點(diǎn)擊simulink圖標(biāo)。需要注意的是，simulink對模塊或模型文件的操作一般都有兩種方式：（1） 菜單操作方式在被操作模型的simulink窗口下進(jìn)行。（2） 命令操作方式在mtalab的工作窗口中通過一些固定調(diào)用格式的指令對模塊或模型文件進(jìn)行調(diào)用、仿真等操作。按照上述的方式打開的simulink工作窗口就是simulink的標(biāo)準(zhǔn)模塊庫的窗口，同時(shí)被打開的還有一個(gè)新的模型文件窗口（標(biāo)記為untitled）.simulink窗口見下：simulink模型具有層級結(jié)構(gòu)，非常有利于建造和管理一個(gè)大型系統(tǒng)。為便于實(shí)現(xiàn)分層設(shè)計(jì)，在simulink

36、模塊庫的費(fèi)線形子庫（nonlinear）中含有一種專用模塊子系統(tǒng)（subsystem）模塊，同時(shí)，simulink還為子系統(tǒng)提供了封裝（mask）功能。1. 子系統(tǒng)模塊（subsystem block）當(dāng)一個(gè)動(dòng)態(tài)模型包含許多環(huán)節(jié)時(shí)，往往把系統(tǒng)功能分塊，每一塊建立一個(gè)子系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)中使用子系統(tǒng)，可以降低模型的復(fù)雜度，減少窗口的數(shù)目，并易于對模型進(jìn)行擴(kuò)充和修改。設(shè)計(jì)一個(gè)simulink框圖，可以采用“自頂向下”的設(shè)計(jì)方式，下構(gòu)造處總體模型，再分別建立各個(gè)子系統(tǒng)；也可以采用“自頂向下”的設(shè)計(jì)方式，先完成每個(gè)部分底層設(shè)計(jì)，封裝為子系統(tǒng)后，再用其搭建一個(gè)總體框圖。下面簡要給出采用“自頂向下”模式設(shè)計(jì)子系

37、統(tǒng)的主要步驟：（1）在matlab工作窗口中鍵入sinmulink指令，打開simulink標(biāo)準(zhǔn)模塊庫。從它的file菜單中選取new命令，創(chuàng)建新的方框圖窗口。（2）用鼠標(biāo)雙擊simulink模塊庫中connections圖表，打開下一級子模塊庫，將其中的子系統(tǒng)模塊（subsystem）用鼠標(biāo)拖至用戶新建的文件窗口中。（3）雙擊子系統(tǒng)模塊，打開一個(gè)空白的子系統(tǒng)窗口，按照功能要求添加模塊，并用輸入端口代表送入子系統(tǒng)的信號，輸出端口代表輸出信號。2. 封裝功能具有封裝功能是simulink模塊一個(gè)非常有用的特點(diǎn)。通過封裝可以為子系統(tǒng)建立用戶自定義的對話筐和圖標(biāo)；可以在當(dāng)前圖形窗口中隱藏子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

38、內(nèi)容，用簡單的圖標(biāo)來代替子系統(tǒng)。另一方面，由于子系統(tǒng)中每個(gè)模塊都有一個(gè)對話筐，進(jìn)行仿真的時(shí)候，必須打開每個(gè)對話筐分別定義參數(shù)值，應(yīng)用起來比較麻煩。而封裝功能可以將子系統(tǒng)中的多個(gè)對話筐合并為一個(gè)單獨(dú)的對話筐封裝對話筐，封裝對話筐中的參數(shù)在仿真時(shí)被直接送入子系統(tǒng)的各個(gè)模塊中，從而簡化了用戶定義仿真參數(shù)過程。同時(shí)，通過在封裝對話筐中自定義的模塊參數(shù)域、模塊描述信息和模塊幫助信息等，可以使仿真模型有一個(gè)更友好的用戶界面。4 設(shè)計(jì)仿真、分析與驗(yàn)證根據(jù)前面所述的原理與總體框圖，在此，我們對接入信道進(jìn)行完全的仿真、分析與驗(yàn)證如下： 4.1 設(shè)計(jì)總體模塊構(gòu)造 圖 4.1.1仿真總體構(gòu)圖4.1.2subsyst

39、em1內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖4.1.3subsystem2內(nèi)部結(jié)構(gòu)4.2 對各個(gè)模塊進(jìn)行分析與驗(yàn)證 4.2.1源中部分（subsystem1）設(shè)置、說明與分析：在源這部分里面，我們用貝努力二進(jìn)制產(chǎn)生器產(chǎn)生所需的二進(jìn)制代碼，所產(chǎn)生的碼序列是服從貝努力概率分布的。為了滿足設(shè)計(jì)的需要，我們同時(shí)將貝努力產(chǎn)生器的輸出值設(shè)為801且基于幀格式的輸出方式，也即：基于幀格式輸出的80行和1列的矩陣。再利用crc產(chǎn)生8位循環(huán)冗余檢驗(yàn)（crc）碼，在數(shù)據(jù)尾部加入crc碼的作用有兩點(diǎn)：第一，可以在接收時(shí)確定幀（包）是否發(fā)生了錯(cuò)誤，第二，可以輔助確定接收的幀的數(shù)據(jù)速率，最終對數(shù)據(jù)速率的確定則是卷積譯碼器。另外，利用 zero

40、pad(零填充模塊)模塊，在數(shù)據(jù)幀末端加入8個(gè)比特的0，其作用在于，在每幀卷積編碼結(jié)束后，對卷積編碼其中的移位積存器復(fù)位。由于matlab中的卷積編碼器具有自動(dòng)復(fù)位功能，因此這個(gè)零填充模塊并不是必須的。但在此，我們?nèi)匀粚⒋四K設(shè)置為插入8個(gè)尾比特零，可以使數(shù)據(jù)的速率達(dá)到我們最終的要求。模塊的參數(shù)設(shè)置見下面的各圖形。模塊設(shè)置如下： 4.2.1.1 bernoulli模塊設(shè)置bernoulli模塊參數(shù)設(shè)置說明：（1）probability of a zero :0.5表示的是以概率0.5取值為1，以0.5的概率取值為-1；（2）sample time:20/1000表示的是20毫秒，設(shè)置為20ms

41、的原因在于，4800bit/s的速率的幀長為20ms ;80是指每幀中含有80個(gè)比特?cái)?shù)據(jù)，對于4800bit/s的速率而言，應(yīng)該每幀的比特?cái)?shù)為96個(gè)，之所以在這里設(shè)置為80，是因?yàn)樵诤竺娴腸rc產(chǎn)生器和zero pad分別產(chǎn)生了8個(gè)冗余循環(huán)碼和8個(gè)尾比特0碼。因此，在這里每個(gè)比特的抽樣時(shí)間為20/1000/80s.（3）將輸出數(shù)據(jù)設(shè)置為基于幀結(jié)構(gòu)的方式，也即：選擇frame-based outputs的選項(xiàng)，原因在于，crc碼產(chǎn)生模塊的輸入必須基于幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的。（4）每幀的數(shù)據(jù)為80比特，所以，將每幀的抽樣次數(shù)設(shè)置為80，也即：samples per frame設(shè)置為80。 4.2.1.2 c

42、rc模塊設(shè)置crc模塊參數(shù)設(shè)置說明：對于反向信道的half rate（半速率，也即為4800bit/s）而言，generatal crc generator的生成多項(xiàng)式為： 所以對應(yīng)的generator polynomial的設(shè)置就應(yīng)為：1 1 0 1 1 0 0 1 1 圖4.2.1.3 zero pad模塊的的設(shè)置zero pad模塊參數(shù)設(shè)置說明：（1） 在這里將pad signal at設(shè)置為end是因?yàn)椋覀兤谕跀?shù)據(jù)末尾插入8個(gè)0尾比特。（2） 由于我們在crc的輸出為881的比特?cái)?shù)據(jù)，也即一列的數(shù)據(jù)，所以，為了在同一的數(shù)據(jù)后面添加8個(gè)0數(shù)據(jù)，我們在這里就將pad along設(shè)置為：

43、columns.（3） 在該模塊的輸出端，我們要求幀數(shù)據(jù)的比特?cái)?shù)為96，也即為了在幀數(shù)據(jù)后面加入8個(gè)0，因而將specified number of output rows設(shè)置為96。 綜合上面所述，我們將上三個(gè)模塊構(gòu)建為一個(gè)“源（source）”子系統(tǒng)，簡單的封裝后的圖形為： 圖4.2.1.4源子系統(tǒng)模塊對該源內(nèi)各個(gè)模塊間的數(shù)據(jù)變化情況驗(yàn)證如下圖中的波形所示： 4.2.1.5 源內(nèi)部各模塊的輸出波形其中，依上至下的波形分別是bernoulli模塊、crc模塊、zero pad模塊的輸出波形。從圖中，我們可以清晰的看見，第二各波形相對于第一個(gè)波形而言，增加的比特?cái)?shù)分別為：0 0 0 1 1 0