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1、CDMA通信原理及系统仿真本科毕业设计任务书一、毕业设计内容及要求1、该设计项目的主要功能CDMA技术是当前无线电通信，尤其是移动通信的主要技术,CDMA概念可以简单地解释为基于扩频通信的调制和多址接入方案,编码调制与解调在通信系统中有重要的作用,其中地址码的选择直接影响到CDMA系统的容量，抗干扰能力，接入和切换等性能。CDMA系统中有两个序列的PN码：长码：242-1（r=42）；短码：215-1（r=15）。在前向信道中PN码标识基站，长码扰码，短码正交调制；在反向信道中PN码标识用户，长码扩频，短码正交调制。在CDMA通信系统中可以用64阶Walsh函数进行前向扩频以区分前向码分信道，
2、还可以用64阶Walsh函数进行前反向正交调制。CDMA系统的反向信道调制采用的是正交非相干解调；CDMA系统的前向信道调制采用的是正交相干解调。通过毕业设计工作对MATALB软件进行熟悉和了解，对MATLAB软件中的SIMULINK部分及其内部的CDMA模块用法和参数设置进行熟悉，熟悉现代无线通信系统的基本构成与基本工作原理，重点掌握卷积编码、块交织和码扩展等相关编码技术，并能将这些技术应用实际系统设计，提高自己对CDMA通信系统知识的认识。具体包括：（1）了解CDMA 系统物理层过程； （2）了解训练系列的组成；（3）了解CDMA系统中常用码序列；（4）掌握CDMA系统各种调制解调的基本原
3、理（5）掌握mltlab的基本操作（6）对以上部分模型进行仿真，给出仿真结果；（7）以正确的格式撰写开题报告和毕业设计说明书；2、设计环境（场地及硬件条件）要求计算机 3、参考资料及软件要求 参考文献： 1大话TD-SCDMA左飞 人民邮电出版社 2TD-SCDMA无线网络规划设计与优化(第3版) 罗建迪 汪丁鼎 肖清华 朱 东照人民邮电出版社 3TD-SCDMA移动通信技术原理与应用原理/设备/仿真实践中兴通讯NC 教育管理中心 人民出版社 4移动通信原理与技术王华奎 李艳萍 张立毅 王鸿斌 李鸿燕 清华大学出版社 53G技术与基站工程杜庆波 罗文茂 人民邮电出版社软件要求MATLAB的编程
4、和仿真环境4、课题的其他要求 （1）了解课题的相关知识。（2）调研，比较国内外相关方面的课题。（3）设计方案要进行技术分析，以选择较为合理的方案。（4）提出设计方案的改进措施。（5）完成相关实验的测量，并完成数据分析。（6）设计说明书应包括与有关的叙述说明和计算，内容完整、计算正确。（7）书写工整。计算公式和引用数据要正确，并说明其来源。（8）设计说明书图纸应能较好地表达意图，图面布局合理，符合国家制图标准和有关规范。5、提交材料要求 （1）写开题报告。（2）设计说明书包括题目、目录、摘要、前言、正文、结论、致谢、参考文献、毕业设计小结、附录。其中正文应包括理论分析、课题研究的方法和手段、结果
5、与讨论。 （3）答辩时要准备内容如下：一、关于毕业设计的说明报告。二、准备回答答辩委员会教师提问的材料：关于本课题的已有研究成果、观点、方案，本人的研究成果、观点、方案；设计方案或论文的主要依据；重要的引文、文献、技术方案；对本课题研究的进一步思考与展望，本次研究尚存在的问题，预计如何研究。三，答辩的辅佐用品准备，如毕业设计或毕业论文的底稿及其说明的纲要，答辩问题纲要及主要参考资料，多媒体演示文稿，必要的挂图等。答辩时间和内容要求：学生向答辩小组报告自己毕业设计的简要情况，时间约20分钟，学生回答教师提问约10分钟。报告内容如下：一、课题任务、目的与意义；二、所采用的原始质料或指导文献等；三、
6、设计、论文的基本内容及主要方法；四、成果、结论和第自己完成任务的评价。 二、毕业设计进度计划及检查情况记录表序号起止日期计划完成内容实际完成内容检查日期检查人签名112周学习相关基础知识并查阅相关资料检查日期：年 月 日签字：236周确定毕设具体的内容，并学习相关的理论知识检查日期：年 月 日签字：3710周完成所有相关仿真检查日期：年 月 日签字：41112周撰写论文检查日期：年 月 日签字：51314周修改论文检查日期：年 月 日签字：61516周课题总结，确定最终的毕业设计论文检查日期：年 月 日签字： 目录第一章绪论11.1 移动通信系统的发展概况11.2 CDMA技术国内外发展状况2
7、1.3 CDMA系统的特点与优势21.3.1 移动通信系统的多址方式21.3.2 CDMA多址技术的优点31.4 本文的主要内容安排4第二章基本理论分析52.1 CDMA技术基础52.1.1 CDMA技术基本原理52.1.2 扩频通信系统62.1.3 CDMA码序列82.1.4 卷积编码、块交织92.2 CDMA系统的物理层技术112.2.1CDMA2000物理层112.2.2 WCDMA物理层132.2.3 TD-SCDMA系统的物理层142.3本章小结14 第三章CDMA在不同训练序列下的调制解调过程153.1调制解调的概念153.2 CDMA信道调制153.2.1 反向信道的调制163.
8、2.2 前向信道的调制163.2.3 CDMA系统干扰分析173.3本章小结14第四章CDMA通信系统中基于SIMLINK的系统仿真264.1 SIMLINK简介264.2 QPSK调制解调系统仿真284.3 本章小结30第五章 总结31参考文献32致 谢33CDMA通信原理及系统仿真摘要CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需要传送的具有一定带宽的信息数据，用一个带宽远大于信息带宽的高速伪随机码进行调制，再经载波调制发送出去。接受端使用完全相同的伪随机码与接受的带宽信号作相关处理，即解扩，以实现信息通信。 利用Simulink仿真软件对CDMA通信系统进行仿真，得到基带信号源与通过CDMA通
9、信系统的接收信号的时间波形图。仿真结果表明，在噪声的背景下，在接收端能够完整地恢复出个路信号，从而实现CDMA通信系统的多路复用。证明了CDMA通信系统仿真模型的正确性。 本文对CDMA系统原理部分进行研究，主要包括系统理论模型，对部分计算模型进行仿真，具体工作内容如下：第一、分析CDMA 系统物理层过程和训练系列的组成；第二、对部分计算模型进行仿真，给出实验结果。关键词:CDMA; 通信原理; 系统仿真; matlab CDMA Communication Principle and System SimulationAbstractCDMA technology is based on t
10、he principle of spread spectrum technology, will need to transfer information and data with a certain bandwidth, the bandwidth is much larger than the information with a high-speed bandwidth, modulated pseudo-random code, and then sent by the carrier modulation.Simulink simulation software for the u
11、se of CDMA communication system simulation, the base-band signal sources and the adoptionof CDMA communication system to receive the time signal waveform diagram. Simulation results show that in the absence of background noise, at thereceiving end be able to restore the integrity of the various sign
12、al, in order to achieve multiplexing CDMA communication system. CDMA communication system proves the correctness of simulation model.In this paper, CDMA communication systems principle part of the research, including systems theory model, it is estimated part of mathematic model simulation, specific
13、 work as follows: First, the analysis of CDMA physical layer process and the composition of the training series; Second , on the part of the simulation model, experimental results are giveKey words: CDMA ; conmmunication principle ; system simulation ; matlab 第一章 绪论1.1 移动通信系统的发展概况随着信息的高速发展，人类社会进入了一个
14、前所未有的信息量急剧增长的信息时代。计算机、互联网、各种通信技术迅速兴起，给人类的物质和精神生活带来了翻天覆地的变化。与之对应，人们对通信业务有了更高层次和更高质量的要求，这对通信业务的容量产生了巨大的冲击，同时对通信网传递信息的能力提出了更高的要求。移动通信出现于20世纪初，但真正发展却开始于20世纪40年代中期。从那时起，移动通信的发展大体可分为三代，即模拟移动通信系统、数字移动通信系统和现代移动通信系统。移动通信技术以其巨大的宽带潜力和无与伦比的传输性能在通信领域，在长距离大容量通信中占据着不可替代的位置。更大系统容量、更好的通信质量，而且要能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包
15、括语音、数据及多媒体等在内的多种业务技术仍然是移动通信技术发展的主要方向1。1.模拟移动通信系统（1G）从1946年美国使用150MHz单工无线电话开始到20世纪90年代初，主要发展了第一代移动通信系统。这种移动通信系统发送的信号都是模拟的，所以被称为模拟移动通信系统。由于大规模集成电路及微处理器的大量应用，模拟移动通信系统呈现出应用范围形式丰富的多样化局面。以AMPS和TACS为代表的移动通信系统是模拟移动通信系统。模拟移动通信系统虽然获得了很大成功，但也暴露出很多不足，如系统容量不能满足日益增长的用户需求、频谱利用率低、业务种类受限制、安全保密性能差及设备价格高等，解决这些问题的根本办法是
16、采用新一代数字蜂窝移动通信系统。2.数字移动通信系统（2G）早在20世纪70年代末，一些发达国家就已开始研制数字移动通信系统。从20世纪80年代中期开始，数字移动通信得到了发展和应用。数字移动通信系统由于采用了多种数字技术，使得系统具有频谱利用率高、系统容量大、可提供多种形式的服务、与ISDN兼容性强等优点。数字移动通信系统由于采用了多种数字技术，使得这种系统具有频谱利用率高、系统容量大、可提供多种形式的服务、与ISDN兼容性强等优点。由于数字移动通信系统具有容量大、保密性强、移动台体积小、能提供国际漫游等特点，世界各国都给予了足够的重视和资金投入。3.现代移动通信系统（3G）3G系统与2G系
17、统有根本的不同，3G系统采用CDMA技术和分组交换技术，而2G系统通常采用的是TDMA技术和电路交换技术。与前两代系统相比，3G系统的主要特征是可提供丰富多彩的移动多媒体业务，其设计目标是提供比第二代系统更大的系统容量、更好的通信质量，而且要能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括语音、数据及多媒体等在内的多种业务。目前，国际电联接受的3G无线接口标准主要有以下三种：WCDMA、CDMA2000与TD-SCDMA。CDMA是Code-Division Multiple Access（码分多址）的缩写，是第三代移动通信系统的技术基础。CDMA系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数
18、高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。1.2 CDMA技术国内外发展状况 CDMA技术的出现源自于人类对更高质量无线通信的需求。第二次世界大战期间因战争的需要而研究开发出CDMA技术，其思想初衷是防止敌方对己方通讯的干扰，在战争期间广泛应用于军事抗干扰通信，后来由美国高通公司更新成为商用蜂窝电信技术。1995年，第一个CDMA商用系统（被称为IS-95）运行之后，CDMA技术理论上的诸多优势在实践中得到了检验，从而在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。 CDMA技术的标准化经历了几个阶段。IS-95是CDMA ONE系列标准中最先发布的标准，真正在全球得
19、到广泛应用的第一个CDMA标准是IS-95A，这一标准支持8K编码话音服务。其后又分别出版了13K话音编码器的TSB74标准，支持1.9GHz的CDMA PCS系统的STD-008标准，其中13K编码话音服务质量已非常接近有线电话的话音质量。随着移动通信对数据业务需求的增加，1998年2月，美国高通公司宣布将IS-95B标准用于CDMA基础平台上。IS-95B可提供CDMA系统性能，并增加用户移动通信设备的数据流量，提供对64Kb/s数据业务的支持。CDMA是移动通信技术的发展方向。在2G阶段，CDMA增强型IS-95A与GSM在技术体制上属于同一时代产品，提供大致相同的业务。但CDMA技术有
20、其独到之处，在通话质量好、掉话少、低辐射、健康环保等方面具有显著特色。在2.5G阶段，CDMA2000 1X RTT与GPRS在技术上已有明显不同，在传输速率上CDMA2000 1X RTT高于GPRS，在新业务承载上CDMA2000 1X RTT比GPRS成熟，可提供更多的中高速率的新业务。为了能够在未来的全球化标准的竞赛中处于领先位置，各个国家、地区、标准化组织及公司纷纷提出了自己的技术标准。在所有提案中以欧洲的W-CDMA技术和美国的CDMA2000技术最为看好，同时，中国的TD-SCDMA技术由于其本身的技术先进性得到了中国政府、运营商和产业界的支持，也很受瞩目。我国提出的TD-SCD
21、MA建议标准与欧洲、日本提出的W-CDMA和美国提出的CDMA2000标准一起被列入该建议，成为世界三大主流标准之一。1.3 CDMA系统的特点与优势1.3.1 移动通信系统的多址方式在无线通信环境的电波覆盖区内，如何建立用户之间的无线信道的连接，是多址接入方式的问题。因为无线通信具有大面积无线电波覆盖和广播信道的特点，网内一个用户发射的信号其他用户均可接受，所以网内用户如何能从播发的信号中识别出发送给本用户地址的信号就成为建立连接的首要问题。多址接入方式的数学基础是信号的正交分割原理。无线电信号可以表达为时间、频率和码型的函数，即可写作 (1.1)其中，是码型函数，为时间和频率的函数。以传输
22、信号的载波频率的不同划分来建立的多址接入方式，被称为频分多址方式（FDMA）；以传输信号存在的时间不同划分来建立的多址接入方式，被称为时分多址方式（TDMA）；以传输信号码型的不同划分来建立的多址接入方式，被称为码分多址方式（CDMA）。图1.1分别给出了FDMA,TDMA和CDMA的示意图。图1.1 频域、时域和码分多址Fig.1.1 FDMA，TDMA and CDMA1.3.2 CDMA多址技术的优点CDMA多址技术的原理是基于扩频技术，即将需要传送的具有一定带宽的信息数据，用一个带宽远大于信息带宽的高速伪随机码进行调制，再经载波调制发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码与接收的带宽信号
23、作相关处理，即解扩，以实现信息通信。与FDMA和TDMA相比，CDMA具有许多独特的优点，其中一部分是扩频通信系统所固有，另一部分则是由软切换和功率控制等技术所带来的。CDMA移动通信网是由扩频、多址接入、蜂窝组网和频率再用等几种技术结合而成，含有频域、时域和码域三维信号处理的一种协作，因此它具有抗干扰性好，抗多径衰落，保密安全性高，同频率可在多个小区内重复使用，所要求的载干比（）较小，容量和质量之间可作权衡取舍等属性。这些属性使CDMA比其他系统具有以下几点非常重要的优势。1.系统容量大。 理论上CDMA移动网比模拟网大20倍。2.系统容量的灵活配置。 在CDMA系统中，用户数的增加相当于背
24、景噪声的增加，造成话音质量的下降。但对用户数并无限制，操作者可在容量和话音质量之间折中考虑。另外，多小区之间可根据话务量和干扰情况自动均衡。3.系统性能质量更佳。 这里指的是CDMA系统具有较高的话音质量，声码器可以动态地调整数据传输速率，并可根据适当的门限值选择不同的电平级发射。同时，门限值根据背景噪声的改变而改变，这样即使在背景噪声较大的情况下，也可以得到较好的通话质量。另外，CDMA系统“掉话”的现象明显减少，CDMA系统采用软切换技术，即“先连接再断开”，这样完全克服了硬切换容易掉话的缺点。 4.辐射小。 普通的手机GSM 和模拟手机功率一般能控制在 600 毫瓦以下,而 CDMA 手
25、机的问世给人们带来了绿色手机的曙光。因为与 GSM 手机相比，CDMA 手机的发射功率尚不足其一小零头。CDMA系统发射功率最高只有200毫瓦，普通通话功率可控制在零点几毫瓦，其辐射作用可以忽略不计，对健康没有不良影响。基站和手机发射功率的降低将大大延长手机的通话时间，意味着电池、话机的寿命长了，对环境起到了保护作用，故称之为绿色手机。 5.保密性好。 客户在使用移动电话时往往担心自己的移动电话被别人监听或盗打，但是要窃听通话必须要找到码址。CDMA手机的用户每次通话时系统都将在2的42次方个码中随机分配任意一个码给该手机用户共有4.4万亿种可能的排列，要想破解密码或窃听简直不可想象。而且CD
26、MA采用的扩频通信技术使通信具有天然的保密性，其消息在空中信道上被截获的概率几乎为零 。另外CDMA 系统的鉴权、数字格式、扩频处理等通话保护措施，可提供最佳的保密特性防止通信过程中的盗听和手机密码的盗用。6.频率规划简单。用户按不同的序列码区分，所以不相同的CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。7.延长手机电池寿命。采用功率控制和可变速率声码器，手机电池使用寿命延长。8.建网成本下降。1.4 本文的主要内容安排CDMA移动通信系统是一个有较长一段研究历史的课题，21世纪我们已经进入到一个信息化的社会，没有信息的传递和交流，人们就无法适应现代化的快节奏的生活和工作。人们期望
27、随时随地、及时可靠、不受时空限制地进行信息交流，提高工作效率和经济效益。虽然CDMA通信已经走进千家万户，但是当第三代移动通信系统蓬勃发展之时，对于第四代（4G）或者超三代（Beyond 3G）移动通信技术的讨论已如火如荼地展开。而这些新型通信技术就须要更高的技术要求，其中包括：更高的通信速率，更宽的网络频谱，灵活性较强，业务的多样性，高度自组织、自适应的网络等。本文以CDMA移动通信系统为研究对象，根据不同的训练系列和干扰，研究它的调制解调过程，并对部分计算模型进行仿真。本文的内容安排如下：第一章主要现代移动通信系统的发展概况，CDMA技术的国内外发展状况以及CDMA通信系统的特点与优势。第
28、二章介绍CDMA基本理论以及CDMA的物理层基本原理知识。第三章介绍CDMA信道以及调制解调的基本知识，在不同的训练系列和干扰，研究CDMA调制解调原理。第四章对CDMA通信系统中基于训练序列的QPSK调制仿真，并得出相关的仿真结果。第五章是对本论文的总结。 第二章 基本理论分析2.1 CDMA技术基础2.1.1 CDMA技术基本原理1.基本原理所谓CDMA，即在发送端使用各不相同的、相互（准）正交的伪随机地址码调制其所发送的信号；在接收端则采用同样的伪随机地址码从混合信号中解调检测出相应的信号。在码分多址通信系统中，利用自相关性强而互相关为0或很小周期码序列为地址码，与用户信息数据相乘（或模
29、2加），经过相应的信道传输后，在接收端以本地产生的已知地址码为参考，根据相关性的差异，对收到的所有信号进行鉴别（相关检测），从中将地址码与本地地址码一致的信号选出，把不一致的信号除掉4。2.CDMA通信系统原理CDMA通信系统原理图如下图2.1 图2.1 CDMA通信原理图Fig2.1 CDMA communication schematicCDMA系统原理框图如图2.2：图2.2 CDMA系统原理框图Fig.2.2 CDMA System Block Diagram2.1.2 扩频通信系统1.扩频通信的基本概念扩频码分多址是数字移动通信中的一种多址接入方式，特别是在第三代移动通信中，它已成为
30、最主要的多址接入方式。扩频通信确切地说称为扩谱通信更为恰当，因为被扩展的是信号频谱带宽，不过习惯上均称为扩频，它是一类宽带通信系统。它的主要特征是：扩频前的信息码元带宽远小于扩频后的扩频码序列（chip）的带宽2。(1)窄带和宽带通信系统定义：设为待传送信息码元速率，为信息码元的接续时间，为传送信号扩频码序列(chip)所占用的带宽。若时，即当，或者时，称为一般窄带通信系统，在通常数字通信系统中，移频、移相均属于窄带通信系统。若FR，即，则称该系统为宽带通信系统。宽带通信系统是窄带系统通过扩频方式来实现的。码分多址CDMA就是一类典型的扩频宽带通信系统。(2)扩频增益在扩频通信系统中，经过对信
31、息信号带宽的扩展和解扩处理，获得了扩频增益()。扩频通信系统的扩频部分是一个带宽比信息带宽得多的伪随机码（PN码）对信息数据进行调制，解扩则是将接收到的扩展频谱信号与一个和发端伪随机码完全的本地码相关来实现的。当收到的信号与本地码相匹配时，所要的信号就会恢复到其扩展之前的原始带宽。而任何不匹配的输入信号则被本地码扩展至本地码的带宽或更宽的频带上。解扩后的信号经过一个窄带滤波器后，有用的信号被保留，干扰信号被抑制，从而改善了信噪比，提高了抗干扰能力。而扩频增益是扩频信号带宽与信息带宽之比，即 （2.1）它表示了扩频通信系统信噪比改善的程度，是扩频通信系统一个重要指标。例如：，则，说明这个系统在接
32、收机的射频输入端和基带滤波器输出端之间有的信噪比增益改善。(3)干扰容限()干扰容限是在保证系统正常工作的条件下(保证输出端一定的信噪比)，接收机输入端能承受的干扰信号比有用信号高出的分贝（）数。其数学表达方式为 （2.2）式中为干扰容限，为扩频增益，为系统损耗，为接收机输出信噪比。干扰容限直接反映了扩频通信系统接收机允许的极限干扰强度，它往往能比扩频增益更确切地表征系统的抗干扰能力。例如，某扩频通信系统的扩频增益，系统损耗，接收机的输出信噪比，则该系统的干扰容限。这表明该系统最大能承受(100倍)的干扰，即当干扰信号功率超过有用信号功率时，该系统不能正常工作，而二者之差不大于时,系统仍能正常
33、工作。2.扩频通信的基本原理由通信原理与信息论中的著名香农公式: （2.3）公式中F为限频带宽，为限时时隙且取，为功率信噪比，为信道容量。这一公式指出一个限时（）、限频（）、限功率（）的连续白色高斯信道，其信道容量可以形象的用三个主要信号参量所决定的体积来表示。三个参量，与所构成的体积，当容积不变时,具有“可塑性”。即三个参量之间可以互换。在移动通信中，信噪比是最主要的矛盾，为了提高信噪比，可以不惜一切手段。其中Shannon（香农）公式指出：可以采用频带来换取信噪比，即当不变时，增加频带可以降低接收机接收的信噪门限值。这就是扩频通信的基本原理，即用频带换取信噪比。信道容量为 （2.4）公式中
34、为信道带，为信噪比，信道容量。图2.3 信道容量C的直观图示Fig.2.3 The channel capacity C of the visual icon3.扩频通信的主要优缺点(1)主要优点A.抗干扰能力强且越大，抗干扰能力越强，抗白噪声、抗单频窄带干扰、抗人为干扰、抗跟踪干扰、抗宽带的等效白噪声的多址与多径干扰能力都很强。B.扩频系统抗干扰性强的物理解释是：在允许的一定误码率的条件下，可以实现很低的值下进行通信，即允许很强的干扰。C.保密性能强，无论是直扩还是跳频，扩频后其频谱均为近似白噪声，因此具有良好的保密性能。D.低功率谱密度，由于扩频属于宽带系统,频带越宽，功率谱密度就越低，因
35、此它具有良好的隐蔽性能。且对其他通信系统及人体的干扰与影响也小。E.易于实现大容量多址通信，时频二维地址划分使潜在地址数量增大。抗干扰能力强与低功率密度对于干扰受限系统，将允许接纳更多的用户数。F.适合于变参信道的无线通信，扩频系统易于实现多种形式分集接收并提高抗干扰性。(2)主要缺点A.占用信号频带宽，扩频后的码序列(chip)带宽远大于扩频前的信息序列带宽。B.系统实现复杂。C.在时变信道中实现同步较为困难。D.目前受寻找地址码数量上的限制，实现大容量通信仍存在一定困难。2.1.3 CDMA码序列地址码和扩频码的设计是码分多址体制的关键技术之一。具有良好的相关特性和随机性的地址码和扩频码对
36、码分多址通信是非常重要的，对系统的性能具有决定的作用。它直接关系到系统的多址能力，关系到抗干扰、抗噪声、抗截获的能力及多径保护和抗衰落的能力，关系到信息数据的隐蔽和保密，关系到捕获与同步系统的实现。理想的地址码和扩频码主要应具有如下特点：1.有足够多的地址码；2.有尖锐的自相关特性；3.有处处为零的互相关特性；4.不同码元数平衡相等；5.尽可能大的复杂度。然而，要同时满足这些特性目前任何一种编码体制都达不到。就地址码而言，目前采用的是沃尔什码。该码是正交码，具有良好的自相关特性和处处为零的互相关特性。但是，该码组内的各码由于所占频谱带宽不同等原因，不能用作扩频码。作为扩频码的伪随机码（或同时用
37、作地址码）具有类似的白噪声的特征。因为真正的随机信号和噪声是不能重复再现和产生的，我们只能产生一种周期性的脉冲信号来近似随机噪声的性能，故称之为伪随机码或PN码。此类码具有良好的相关特性，即自相关值与互相关值比较有较大的隔离度；并且同一码组内的各码占据的频带可以做到很宽并且相等。但是PN码由于其互相关值不是处处为零，用作扩频码且同时作为地址码时，系统的性能将受到一定的影响。PN序列有一个很大的家族，包含很多码组，例如m序列、Gold序列、GL（Gold-Like）序列、R-S序列、DBCH序列等等。2.1.4 卷积编码、块交织1.卷积编码现代数字通信系统常常设计成以非常高的速率传输。卷积码已应
38、用于很多个同系统，例如，不仅在CDMA移动通信系统种应用卷积编码译码，而且在空间和卫星也应用。为了防止系统出错,经常会使用卷积码。信息数据序列划分成许多长度为k的小块，每段小块被编码长度为n的码字符号。卷积码(n,k,m)由k条输入、具有m阶存储的n条输出线性时序电路实现。通常，n和k是较小的整数，且kn，但m相当大。特别地，当k=1时，信息序列不再分成小块，以便可以连续处理，因此，卷积码的发展产生了很多有线和无线通信信道数字传输的实际应用。卷积码(n，k，m)指定的码率为：R=k/n,编码器级数为m=K1，其中K是码的约束长度。编码器存储阶数等于数据序列时延。m级n维生成序列集通常可以按如下
39、方式描述： (2.5)其中j1，2，k表示输入端数,i1，2，n表示模2加法器数(输出端)。方程(2.1)也可以以多项式形式表达为： (2.6)其中D是时延操作符，每一项D的指数对应于该项的单位时延数。 每个生成序列直接由从编码器级到各自模2加法器的连接序列确定，1表示连接，0表示断开。每个生成序列包含m+1位二进制数。如果每次信息序列输入编码器1比特，那么编码器输出序列可以通过合并离散卷积得到，即： (2.7)其中 (2.8)基站对前向CDMA信道如同步、寻呼和业务信道上发送的数据进行卷积编码。前向CDMA信道使用码率、约束长度为9的(2,1,8)卷积码。该卷积码的生成序列为：由于码率为1/
40、2,所以每次编码器输入一位数据,编码器输出就产生两位编码符号。初始化后第一个输出符号是由生成序列编码的符号，第二个输出符号是由生成序列编码的符号。例如,以1.2kb/s速率传输的前向业务信道的帧结构包含24比特(20ms)。这24比持由16位信息比特和8位编码器尾比特组成，最后8位编码尾比特全部设成0。如果信息序列表示成d=(1010100100000101)，相应的多项式为 。由于16位信息比特后面有8位编码器比特，则前向业务信道帧表示为M=(101010010000010100000000)或者写成多项式形式: (2.9)由于m8，n2，因此该编码器包含一个具有2个模2加法器的8级移位寄存
41、器和用于编码器连续输出的转向器。对于卷积编码器，两个生成序列分别为： (2.10)和 (2.11)利用方程(2.4)，对于i=1和j=1，2，有: (2.12) (2.13)利用生成序列编码器每个模2加法器的输出分别为： (2.14) (2.15)输出符号()连接成单个序列，即发送到块交织器的编码符号序列: = (2.16)对于前向和反向的CDMA信道，每当信息速率小于9600b/s时，每个卷积编码的符号重复k次后再发送到块交织器。k的大小随着信息速率的不同而不同。2.交织技术介绍直接扩频CDMA支持同时在数量很大的用户群体而不只是单个用户之间的数字通信服务。这将反映在如何利用额外的维数和冗余
42、来提高性能。使用了两种处理技术：用于提高额外冗余的交织技术和用于前向纠错的编码技术。交织是排列符号序列的过程。这种为获得时间分集的重排过程称为交织，可以以两种方法考虑：块交织和卷积交织。 交织常重复或编码相结合，是一种防止突发错误的时间分集形式。符号在进入突发信道传送之前被改变顺序或进行交织。如果传送时发生突法错误，恢复原来顺序就可以在时间上分散错误。如果交织器设计良好，那么错误将会随机地分布，用编码技术极容易纠正。 最常见的交织技术的两种中，最常见的类型是块交织。这种方式常在数据分块分帧的情况下使用，入IS-95系统。另一方面，卷积交织对连续少数据流来说是比较实用的类型。块交织很容易实现，而
43、卷积交织有很好的性能。连续操作使得卷积交织的初始开销变得不重要。IS-95用了以类似块交织技术为基础的交织形式，将在下面进一步讨论。 有几个描叙交织器性能的参数。重要的参数之一是最小间隔S，指突发连续错误分布的最小距离。一般来说这个参数依赖于突发长度，突发长度增加则S变小。不论如何排列，错误之间总是相互挨着的。交织时，读取一部分符号同时需要存储另一些符号，因此就带来了延时。一般来说，这种延时也出现在解交织时。延时D表示交织和解交织时带来的额外读/写操作量。而刚提到，处理过程需要一些存储单元，用M来表示。为了达到较好的交织器性能，最小间隔越大越好，延时和存储容量越小越好。所以性能通常可用最小间隔
44、与延时的比S/D以及最小间隔和存储容量的比S/M来描述。一个(I,J)的块交织器可以看成是一个J行I列的存储矩阵。数据按列写入，按行读出。符号从矩阵的左上角开始写入，从右下角开始读出。连续的数据处理要求有两个矩阵：一个用于数据写入，另一个用于数据的读出/解交织过程也要求有两个矩阵，用于反转交织过程。块交织器特性很容易通过观察矩阵得到。假使突发错误的长度为B。两个错误之间的最小间隔可以由下式给出: (2.17)交织延时在发端是IJ,在接收端是IJ，因此总延时是 (2.18) 为了连续的操作,需要两个矩阵,存储的要求就是 (2.19) 交织器的最小间隔可以通过改变读出的行顺序来改变,延时和存储要求
45、在这个操作中不变。情况下，最大的最小间隔由上面所说的读出方法得到。然而，这种方法使得时。其他的方法可以减小时的最小间隔而增加时的最小间隔。IS-95就用了这样的技术。除非仔细观察考虑读出的方法，否则一般最小间隔都是减少的。IS-95系统交织一帧之内的数据，除了同步信道之外，其他信道都是20毫秒，同步信道的一帧周期上26.66毫秒。因此，所有的IS-95的交织器在块数据上操作严格地说，并没有用块交织，但是交织的类型设计要依赖于信道和原始数据率。例如，反向链路通过矩阵之中以非传统的方法读出各行数据以改变最小间隔特性。2.2 CDMA系统的物理层技术2.2.1CDMA2000物理层CDMA2000的物理层处于其体系结构的底层，用于完成高层信息与空中无线信号
