CDMA通信系统中的接入信道部分进行仿真与分析毕业论文.doc
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1、 CDMA通信系统中的接入信道部分进行仿真与分析毕业论文目 录中文摘要 关键字 .1英文摘要 关键字 .2目 录.3前 言 .41 设计总体框架 .52 设计各个部分原理知识介绍 .6 2.1 卷积编码.72.2 交织技术介绍.92.3 沃尔什函数说明.112.3.1 沃尔什函数特性说明.112.3.2 沃尔什函数的产生方法介绍.132.4 长码的实现.152.6 PSK和OQPSK调制182.7 短码的实现.203 MTALAB软件中的SIMULINK的简介.204 设计仿真、分析与验证.224.1 设计总体模块构造.224.2 对各个模块进行分析与验证 .234.2.1 源中部分(subs
2、ystem1)设置、说明与分析.244.2.2对卷积编码器和重复模块的设置、说明与分析 274.2.3 对子系统Subsystem2(块交织器)模块的设置、说明与分析 304.2.4 沃尔什调制器输出与长码输出与其异或验证.404.2.5 I路和Q路的输出验证与分析465.经验总结.49谢 辞.50参考文献.51引言 众所周知,自从20世纪70年代出现蜂窝网通信以来,世界各地移动通信行业得到了迅猛的发展,而蜂窝网的技术本身也得到了长足的进步。就多址接入方式而言,20世纪80年代出现了时分多址(TDMA)数字蜂窝网,以GSM为代表的数字蜂窝移动通信系统在国外已获得了广泛应用。20世纪90年代又出
3、现了码分多址(CDMA)蜂窝网移动通信系统。由于它通信容量大、质量好,因此立即引起了人们广泛的关注,其优势已被人们所共认,其发展前景十分良好。不少专家预言,21世纪将是CDMA通信广泛应用的时代。CDMA蜂窝网移动通信是在频分多址(FDMA)模拟蜂窝网和时分多址(TDMA)数字蜂窝网基础上发展起来的,既有共同点,也有很多独特的地方:从技术角度来看CDMA蜂窝网技术是最先进的,同时又是最复杂的。可以说,在一定围,它反映了现代通信的技术水平。本次课题选择的是反向链路的接入信道部分进行软件的仿真,所运用的软件是MATLAB。运用MATALAB软件中的模块进行接入信道的构建,并对信道的原理进行分析和验
4、证。本论文是按照从理论到仿真分析与验证的步骤顺序来的,最后进行全面的总结。1 对毕业设计总体实现框架进行初要说明图1.1设计总体框图接入信道数据以每20毫秒88比特的速率产生,因为 卷积编码器在每帧后复位,所以每帧的数据都加上8比特的尾。故数据进入编码器的速率是(88+8)/0.02=4800bit/s,如下图。这些数据进行码率1/3,约束长度为9的卷积编码。编码器中出来的数据率是34.8=14.4ksps。为了使接入信道和反向业务信道有相同的块交织方案,接入信道的符号进行了重复,使进入交织器的为214.4=39.6=28.8ksps,和反向业务信道达最高数据率9600bit/s的数据进入交织
5、器时的速率一样。交织方案是读入一帧的数据(28.820=576符号),按列写入18列32行的矩阵,然后以某种顺序按行读出,以使数据符号在时间上分开。 交织后的符号送到一个(64,6)的沃尔什编码器。沃尔什编码是用每组6个编码符号(c0、c5)来选择26=64阶沃尔什序列Hi中的一个。选择时要按以下准则来计算序号i:这里的i是6464哈达码矩阵的行号,而cj是经过编码的二进制(0,1)符号.因此符号速率的增长比率为64/6,从28800sps增加到307200cps,单位是”沃尔什编码”每秒.这个步骤可以看作是一个(n=64,k=6)的纠错编码.它也可以解释为一种用二进制信道符号进行64进制正交
6、调制的形式. 接入信道符号进一步用一个特定的相位偏置是靠移位积存器的输出与一个随用户不同而不同的42比特模板序列进行积来产生的.对于接入信道,模板是用伪随机产生的接入信道和相应的寻呼信道编号以与基站辩识参数构成的.在脉冲成型与发送之前,长PN码扩谱后的基带数据流分别与I路Q路正交短PN码相乘,Q路相乘后延时了半个码片,形成OQPSK调制和正交分集。注意:这个操作中,符号没有被扩谱,因为短PN码的速率也是102288Mcps.还要注意到,图4021说明所有小区中的所有移动台都采用零偏置的短PN码,不同用户的信号只用它们唯一的长PN码相位加以区别.下表总结了接入信道的调制参数。 接入信道调制参数
7、参数 数值 单位 数据速率 4800 bit/s PN码片速率 1.2288 Mcps 代码速率 1/3 Bit/码符号 码符号重复 2 符号/码符号 发端占空比 100 %码符号速率 28800 sps调制 6 码符号/模符号调制速率 4800 sps沃尔什码片速率 307.2 kcps 模符号间隔 208.33 s PN码片/码符号 42.67 PN码片/模符号 256PN码片/沃尔什码片 4 特定移动台的接入信道传送只能在指定的接入信道时隙中进行,接入信道时隙事实20毫秒帧长的睁倍数.接入信道时隙的每一次传送开始都有一随机短延时,以分散不同的移动台的起始传送时间,这些移动台可能在同一时隙
8、在不同的信道中传送.接入信道有96个数据零作报头,以帮助基站捕获信号.移动台第一次使用接入信道时,只能发送按某种程序形成的试探”消息”,直到决定了该移动台的适当功率水平为止. 2 对各个模块所对应的原理进行详细的说明CDMA(码分多址)是一种利用惟一码序列进行扩频多址接人数字通信的技术。CDMA信道包括基站和移动台之间的前向CDMA信道和反向CDMA信道。前者是从基站到移动台的信道,后者是从移动台到基站的信道。反向CDMA信道被移动台用来和基站通信,同时在发送之前通过直接序列扩频共享相同的CDMA频率分配。反向CDMA信道是从移动台到基站的反向链路。在反向CDMA信道发送的数据被封装成20ms
9、帧。反向CDMA信道包括接人信道和反向业务信道。接人信道用于短信令消息交换,提供呼叫发起、寻呼响应、指令和注册。反向业务信道用于从单个移动台向单个或多个基站传输用户数据和信令业务。前向CDMA信道包含导信倍道、同步信道、寻呼信道和前向业务信道。这些信道每路都经过适当的Wash函数正文扩展,然后以1.2288Mc/s固定速率由正交相位导频PN序列扩展。反向CDMA信道由接人信道和反向业务信道组成。反向信道上发送的所有数据都经过卷积编码、块交织、64阶正交调制和长码直接序列扩展再发送。下文介绍CDMA信道操作的几个最基本的组成部分。2.1 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
10、码已应用于很多个同系统,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个输入、具有m阶存储的n个输出线性时序电路实现。通常,n和k是较小的整数,且kI时S=1.其他的方法可以减小BI时的最小间隔而增加BI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
11、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.2.3 沃尔什函数说明沃尔什函数是正交的、归一化的和完备的。“正交”是指两个不同的函数相乘,并在给定区间上积分,其结果为0。“归一化”的意思是如果两个函数相同,那么它们乘积的积分为1。最后,“完备”大致可理解为:在给定的区间,可使用这个正交函数集中函数的线性组合来逼近任意给定的函数,在正交函数的个数趋于无限的条件下,均方误差在“均值意义上”趋近于0。2.3.1 沃尔什函数特性说明我们将N阶的沃尔豕函数定义为N段函数的集合,记为Wj(t
12、);t(0,T),j=0,1,N-1,定义如下:1. 除了在一些跳变点上取值0外,Wj(t)仅在集合+1,-1中取值。2. 对于所有的j,有Wj(0)=1.3. 在区间(0,T),Wj(t)精确地有j次符号变化(穿越零点)。4.5.关于区域的中点,每一个函数Wj(t)不是奇函数就是偶函数。一个沃尔什函数集由N个函数构成,并按照穿越零点(符号改变)的次数来定义它们的阶数。用函数集表示如下: 第一个函数W0(t)在整个(0,1)区间上没有过零点,而W1(t)在整个定义区域上有一个过零点。考虑图3.1所示的定义在(0,T),将沃尔什函数的幅值图2.3.1转化为二值逻辑0,1表示,即+l “0”,-1
13、 “1”,并将图5.1中的所有8阶沃尔什函数的整个下标集j0,1,7用二进制表示出来,于是我们可以写出8个沃尔什序列,如图3.2所示。 当考虑一个 阶的沃尔什函数集(序列)时,可以注意到序列关于K轴上的点KT/2,具有对称性,其中T是沃尔什函数的周期。沃尔什函数关于这些点要么奇对称,要么偶对称。这些点位jK,K1,1,亦即。考虑任意一个N16阶的沃尔什函数,如:W13O 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 O 0 1 0 1 图 2.3.2序列关于处奇对称:关于T/8处奇对称:关于T/4处偶对称:关于T/2处奇对称:将沃尔什函数的下标j用k位二进制数表示出来,即j(j1,j2,.jk)。如
14、果jk=0,则函数关于轴处偶对称,k=1,2,k;如果jkl,那么函数关于这个轴处奇对称。在沃尔什序列中,与沃尔什函数中的定义相同,第一个值总是0,即研Wj(0)1,而Wj00。对沃尔什序列w13,可以分析如下:在W13中,(j1,j2,j3,j4)=(1,l,0,1),因此可以判断:j1/21,表示序列关于T/16处奇对称j21,表示序列关于T/8处奇对称j3O,表示序列关于T/4处偶对称j4=1,表示序列关于T/2处奇对称于是,以0打头按照对称的要求,可以写出如下序列: W130 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 O 1 0 1这个序列与前面一开始给出的一样。 同样,根据观察,可
15、以得出沃尔什函数关于对称轴(中点)的位置的特性如下:沃尔什函数关于(0,T)的中点,也即在T/2处的对称轴ax上奇对称或偶对称。沃尔什函数关于子区间(O,T/2)和(T/2,T)的中点T4,3T/4处具有同样的对称性将这些中点对称轴定义为ak-1。同样的处理过程重复k次,直到子区间的中点为T/N,3T/N,,(N1)/N,这里。这些中点对称轴称为a1,这些轴具有同样的对称性。2.3.2 沃尔什函数的产生方法介绍沃尔什函数的产生方法有多种,可以使用莱德马契函数,也可以使用哈达玛短阵,还可以利用沃尔什函数自身的对称特性。下面仅以用哈达玛矩阵产生方式来介绍。哈达码矩阵是一个方阵,方阵的每一个元素为+
16、1或-1,列与列之间是正交的。如果一个矩阵的第列的元素都是1,那么我们说这个矩阵是规。可以使用0代替+1,而使用1代替-1,即使用逻辑值0,1来表示哈达码矩阵,那么22的2阶哈达码矩阵可以表示为: 如果HN是一个NN的哈达码矩阵,于是有:这里IN 是一个NN的单位。如果规定N1为哈达码矩阵的阶数,那么N可取值为1,2,或4t(t为整数).设和分别为 a阶和b阶的哈达码矩阵,那么=的阶数为ab,运算规则如下:如果矩阵中一个元素为+1(或逻辑值0),那么用来代入,如果该元素为-1(或为逻辑值1),则用-Hb(或Hb的补)代入。如果N为2的幂,并规定H1=+1=0,于是可以由下式求得:这里规定为取负
17、(为其补值)。的哈达码矩阵可以由N=2阶的哈达码矩阵的规形式连乘得到。如果,则所有的哈达玛矩阵的行序列和列序列都是沃尔什序列。然而,用沃尔什函数表示和哈达玛函数表示之间存在一些差别,即哈达玛函数的行序号和列序号都与符号改变(过零点)的次数没有关系,而沃尔什函数却具有这种关系。显然,由哈达玛函数生成的沃尔什函数不是按照符号改变的次数排序的,因而需要一种方法对这两种排序进行相互转换。2.4 直接序列扩展反向CDMA信道中,反向业务信道相接人信道将由长码直接序列扩展,以提供有限的性。对反向业务信道,直接序列(DS)扩展操作包含对数据脉冲随机发生器输出数据和长码模2加。数据脉冲随机发生器产生掩码符号0
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