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(cè)。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(duì)每一步的原理有了較深的理解，同時(shí)，也對(duì)matal

2、b軟件進(jìn)行熟悉和了解，對(duì)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(duì)接入信道部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，并逐步地對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)卷積編碼器和重復(fù)模塊的設(shè)置、說明與分析 274.2.3 對(duì)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(shì)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(duì)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(duì)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3×4.8=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(hào)進(jìn)行了重復(fù)，使進(jìn)入交織器的為2×14.4=3×9.6=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)（28.8×20=576符號(hào)），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(hào)在時(shí)間上分開。 交織后的符號(hào)送到一個(gè)（64，6）的沃爾什編碼器。沃爾

13、什編碼是用每組6個(gè)編碼符號(hào)（c0、c5）來選擇26=64階沃爾什序列hi中的一個(gè)。選擇時(shí)要按下列準(zhǔn)則來計(jì)算序號(hào)i： 這里的i是64×64哈達(dá)碼矩陣的行號(hào),而cj是經(jīng)過編碼的二進(jìn)制(0,1)符號(hào).因此符號(hào)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(hào)進(jìn)行64進(jìn)制正交調(diào)制的形式. 接入信道符號(hào)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(duì)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

14、編號(hào)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)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(hào)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(hào)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(hào) 碼符號(hào)重復(fù) 2 符號(hào)/碼符號(hào) 發(fā)端占空比 100 %碼符號(hào)速率

15、28800 sps調(diào)制 6 碼符號(hào)/模符號(hào)調(diào)制速率 4800 sps沃爾什碼片速率 307.2 kcps 模符號(hào)間隔 208.33 µs pn碼片/碼符號(hào) 42.67 pn碼片/模符號(hào) 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(hào).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

16、. 2 對(duì)各個(gè)模塊所對(duì)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(cè)。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

17、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

18、塊，每段小塊被編碼長度為n的碼字符號(hào)。卷積碼(n,k,m)由k個(gè)輸入、具有m階存儲(chǔ)的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k<n，但m相當(dāng)大。特別地，當(dāng)k=1時(shí)，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(chǎn)生了很多有線和無線通信信道數(shù)字傳輸?shù)膶?shí)際應(yīng)用。卷積碼(n，k,m)指定的碼率為：r=k/n,編碼器級(jí)數(shù)為m=k1，其中k是碼的約束長度。編碼器存儲(chǔ)階數(shù)等于數(shù)據(jù)序列時(shí)延。m級(jí)n維生成序列集通?？梢园慈缦路绞矫枋觯?其中j1，2，k表示輸入端數(shù),j1，2，n表示模2加法器數(shù)(輸出端)。方程(2.1)也可以以多項(xiàng)式形式表達(dá)為： 其中d是時(shí)延操作符，每一項(xiàng)d的冪

19、對(duì)應(yīng)于該項(xiàng)的單位時(shí)延數(shù)。每個(gè)生成序列直接由從編碼器級(jí)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(gè)生成序列包含m+1位二進(jìn)制數(shù)。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： 其中基站對(duì)前向cdma信道如同步、尋呼和業(yè)務(wù)信道上發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行卷積編碼。前向cdma信道使用碼率r=1/2、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(shù)據(jù),編碼器輸出就產(chǎn)生兩位編碼符號(hào)。初始化后第一個(gè)輸出符號(hào)是由生成序列編碼的符號(hào)，第二個(gè)輸出符號(hào)是由生成序列編碼的符號(hào)，如圖2.1所示，卷積編碼包含連續(xù)時(shí)延數(shù)據(jù)序列

20、選定抽頭的模2加。 圖2.1.1 24位輸入的（2，1，8）卷積編碼器例如,以1.2kb/s速率傳輸?shù)那跋驑I(yè)務(wù)信道幀結(jié)構(gòu)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，如圖2.2所示。最后8位編碼尾比特全部設(shè)成0。如果信息序列表示成d=(1010100100000101)，相應(yīng)的多項(xiàng)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(wù)信道幀表示為m=(101010010000010100000000)或者寫成多項(xiàng)式形式: 圖2.1.2 發(fā)送速率為1200b/s的前向業(yè)務(wù)信道幀圖2.1顯示了用于該信道的(2，1，8)卷積碼。由于m8，n2，因此該編碼器包含一個(gè)具

21、有2個(gè)模2加法器的8級(jí)移位寄存器和用于編碼器連續(xù)輸出的轉(zhuǎn)向器。對(duì)圖2.1的卷積編碼器，兩個(gè)生成序列分別為： 和利用方程(2.4)，對(duì)于i=1和j=1，2，有: 利用生成序列編碼器每個(gè)模2加法器的輸出分別為： 輸出符號(hào)()連接成單個(gè)序列，即發(fā)送到塊交織器的編碼符號(hào)序列: =對(duì)于前向和反向的cdma信道，每當(dāng)信息速率小于9600b/s時(shí)，每個(gè)卷積編碼的符號(hào)重復(fù)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。2.2 交織技術(shù)介紹直接擴(kuò)頻cdma支持同時(shí)在數(shù)量很大的用戶群體而不光是單個(gè)用戶之間的數(shù)字通信服務(wù)。這將反映在如何利用額外的維數(shù)和冗余來提高性能。使用了兩種處理技術(shù)：用于提高額外冗余的

22、交織技術(shù)和用于前向糾錯(cuò)的編碼技術(shù)。交織是排列符號(hào)序列的過程。這種為獲得時(shí)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(fù)或編碼相結(jié)合,是一種防止突發(fā)錯(cuò)誤的時(shí)間分集形式.符號(hào)在進(jìn)入突發(fā)信道傳送之前被改變順序或進(jìn)行交織.如果傳送時(shí)發(fā)生突法錯(cuò)誤,恢復(fù)原來順序就可以在時(shí)間上分散錯(cuò)誤.如果交織器設(shè)計(jì)良好,那么錯(cuò)誤將會(huì)隨機(jī)地分布,用編碼技術(shù)幾容易糾正. 最常見的交織技術(shù)的兩種中，最常見的類型是塊交織.這種方式常在數(shù)據(jù)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(duì)連續(xù)少數(shù)據(jù)流來說是比較實(shí)用的類型.塊交織很容易實(shí)現(xiàn),爾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

23、銷變得不重要.is-95用了以類似塊交織技術(shù)為基礎(chǔ)的交織形式,將在下面進(jìn)一步討論. 有幾個(gè)描敘交織器性能的參數(shù).重要的參數(shù)之一是最小間隔s,指突發(fā)連續(xù)錯(cuò)誤分布的最小距離.一般來說這個(gè)參數(shù)依賴于突發(fā)長度,突發(fā)長度增加則s變小.極端情況下,突變長度與序列長度一樣,則最小間隔是,因?yàn)椴徽撊绾闻帕?錯(cuò)誤之間總是相互挨著的.交織時(shí),讀取一部分符號(hào)同時(shí)需要存儲(chǔ)另一些符號(hào),因此就帶來了延時(shí).一般來說,這種延時(shí)也出現(xiàn)在解交織時(shí).延時(shí)d表示交織和解交織時(shí)帶來的額外讀/寫操作量.而剛提到,處理過程需要一些存儲(chǔ)單元,用m來表示.為了達(dá)到較好的交織器性能,最小間隔越大越好,延時(shí)和存儲(chǔ)容量越小越好.所以性能通?？捎米钚?/p>

24、間隔與延時(shí)的比s/d以及最小間隔和存儲(chǔ)容量的比s/m來描述.一個(gè)(i,j)的塊交織器可以看成是一個(gè)j行i列的存儲(chǔ)矩陣.數(shù)據(jù)按列寫入,按行讀出.如圖（2.1）所示。符號(hào)從矩陣的左上角開始寫入,從右下角開始讀出.連續(xù)的數(shù)據(jù)處理要求有兩個(gè)矩陣;一個(gè)用于數(shù)據(jù)寫入,另一個(gè)用于數(shù)據(jù)的讀出/解交織過程也要求有兩個(gè)矩陣,用于反轉(zhuǎn)交織過程. 圖 2.2.1塊交織器特性很容易通過觀察矩陣得到.假使突發(fā)錯(cuò)誤的長度為b.兩個(gè)錯(cuò)誤之間的最小間隔可以由下式給出: 交織延時(shí)在發(fā)端是ij,在接收端是ij，因此總延時(shí)是 d=2ij 為了連續(xù)的操作,需要兩個(gè)矩陣,存儲(chǔ)的要求就是 m=2ij 交織器的最小間隔可以通過改變讀出的行順

25、序來改變,延時(shí)和存儲(chǔ)要求在這個(gè)操作種不變.bi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b>i時(shí)s=1.其他的方法可以減小bi時(shí)的最小間隔而增加b>i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

26、數(shù)說明沃爾什函數(shù)是正交的、歸一化的和完備的?！罢弧笔侵竷蓚€(gè)不同的函數(shù)相乘，并在給定區(qū)間上積分，其結(jié)果為0?！皻w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(duì)于所有的j，有wj（0）=1.3. 在區(qū)間（0，t

27、）內(nèi)，wj(t)精確地有j次符號(hào)變化（穿越零點(diǎn)）。4.5.關(guān)于區(qū)域的中點(diǎn)，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(hào)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)

28、時(shí)，可以注意到序列關(guān)于k軸上的點(diǎn)kt/2，具有對(duì)稱性，其中t是沃爾什函數(shù)的周期。沃爾什函數(shù)關(guān)于這些點(diǎn)要么奇對(duì)稱，要么偶對(duì)稱。這些點(diǎn)位jk，k1，1，亦即?？紤]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(duì)稱： 關(guān)于t/8處奇對(duì)稱： 關(guān)于t/4處偶對(duì)稱： 關(guān)于t/2處奇對(duì)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(duì)稱，k=1,2，k;如果jkl，那么函數(shù)關(guān)于這個(gè)軸處奇對(duì)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)

29、1，而wj00。對(duì)沃爾什序列w13,可以分析如下：在w13中，(j1,j2,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(duì)稱j21，表示序列關(guān)于t/8處奇對(duì)稱j3o，表示序列關(guān)于t/4處偶對(duì)稱j4=1，表示序列關(guān)于t/2處奇對(duì)稱于是，以0打頭按照對(duì)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(duì)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(duì)稱軸ax上奇對(duì)稱或偶對(duì)稱。 ·沃爾什

30、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(duì)稱性將這些中點(diǎn)對(duì)稱軸定義為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(duì)稱軸稱為a1,這些軸具有同樣的對(duì)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(duì)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-

31、1，即使用邏輯值0，1來表示哈達(dá)碼矩陣，那么2×2的2階哈達(dá)碼矩陣可以表示為： 如果hn是一個(gè)n×n的哈達(dá)碼矩陣，于是有： 這里in 是一個(gè)n×n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

32、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(hào)和列序號(hào)都與符號(hào)改變(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(hào)改變的次數(shù)排序的，因而需要一種方法對(duì)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(duì)反向業(yè)務(wù)信道，直接序列(ds)擴(kuò)展操作包含對(duì)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(hào)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(hào)由幀數(shù)據(jù)率和

33、長碼的最后14比特位確定。對(duì)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。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(hào)由64個(gè)時(shí)間正交walsh函數(shù)之一調(diào)制，調(diào)制符號(hào)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)

34、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(duì)某些類型的干擾不敏感。令為原始數(shù)據(jù)流，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

35、(二進(jìn)制1)對(duì)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(duì)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，載波的這兩個(gè)正交分量就產(chǎn)生qrk波形。 圖 2.5.5 qpsk的信號(hào)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(duì)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(duì)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

36、對(duì)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(duì)齊方面不同。兩種脈沖流和相互交錯(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(duì)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(duì)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，

37、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(hào) pcn:尋呼信道編號(hào)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(duì)所有42位掩碼和lfsr42級(jí)輸出的“與”結(jié)果進(jìn)行“異或

38、”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)男诺李愋投粏枴D2.6.2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(duì)于相同i序列： 對(duì)于正交相位q序列：3 mtalab軟件中

39、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(duì)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)

40、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。simulink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(duì)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

41、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

42、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“simulink”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(duì)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(duì)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（

43、標(biāo)記為untitled）.simulink窗口見下：simulink模型具有層級(jí)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(duì)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

44、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(jí)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(hào)，輸出端口代表輸出信

45、號(hào)。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(duì)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)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(duì)話筐，進(jìn)行仿真的時(shí)候，必須打開每個(gè)對(duì)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(duì)話筐合并為一個(gè)單獨(dú)的對(duì)話筐封裝對(duì)話筐，封裝對(duì)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(duì)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

46、據(jù)前面所述的原理與總體框圖，在此，我們對(duì)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4.1.2subsystem1內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖4.1.3subsystem2內(nèi)部結(jié)構(gòu)4.2 對(duì)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80×1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

47、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(duì)數(shù)據(jù)速率的確定則是卷積譯碼器。另外，利用 zero 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(duì)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）probabi

48、lity 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(duì)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

49、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 crc模塊設(shè)置crc模塊參數(shù)設(shè)置說明：對(duì)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(duì)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?cè)赾rc的輸出為88×1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?cè)谶@里就將pad along設(shè)置為：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