CDMA語(yǔ)音通話系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)(最終版)

1、1、仿真設(shè)計(jì)目的及開發(fā)環(huán)境1.1設(shè)計(jì)目的：理解CDMA蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的基本原理及特點(diǎn)，以的IS_95標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)別的認(rèn)知。掌握SystemView系統(tǒng)仿真軟件的使用方法，熟練掌握其庫(kù)資源的應(yīng)用，幫助自己提高對(duì)通信原理的認(rèn)知。在通信工程學(xué)院舉辦的第三屆程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用大賽（通信編程及仿真）取得好成績(jī)。1.2開發(fā)環(huán)境1.2.1軟件：SystemView 5.0（1） SystemView 是一個(gè)信號(hào)級(jí)的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路和通信系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)、仿真，是一個(gè)強(qiáng)有力的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析工具，能滿足從數(shù)字信號(hào)處理、濾波器設(shè)計(jì)到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等不同層的設(shè)計(jì)、仿真要求 。它基于Windows 環(huán)境下運(yùn)行的用

2、于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具，它使用功能模塊 (Token)去描述程序，無需與復(fù)雜的程序語(yǔ)言打交道，不用寫一句代碼即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，快速地建立和修改系統(tǒng)、訪問與調(diào)整參數(shù)，方便地加入注釋。 （2） SystemView 的庫(kù)資源十分豐富，包括含若干圖標(biāo)的基本庫(kù) （Main Library）及專業(yè)庫(kù) (Optional Library)，基本庫(kù)中包括多種信號(hào)源、接收器 、加法器 、乘法器 ，各種函數(shù)運(yùn)算器等 ；專業(yè)庫(kù)有通訊 （Communication）、邏輯 （Logic）、數(shù)字信號(hào)處理 （DSP）、射頻/模擬 （RF/Analog）等；它們特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真和方案

3、論證，尤其適合于無線電話、無繩電話、尋呼機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、 衛(wèi)星通訊等通信系統(tǒng)；并可進(jìn)行各種系統(tǒng)時(shí)域和頻域分析、譜分析，及對(duì)各種邏輯電路、射頻/模擬電路 （混合器、放大器、RLC 電路、運(yùn)放電路等 ）進(jìn)行理論分析和失真分析 。 （3） 使用 SystemView 時(shí)，用戶只關(guān)心項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思想和過程，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖標(biāo)即可完成復(fù)雜通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真、測(cè)試，而不用花費(fèi)太多的精力去通過編程來建立通信仿真模型。 （4） System View 能自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)連接檢查，給出連接錯(cuò)誤信息或尚懸空的待連接端信息，通知用戶連接出錯(cuò)并通過顯示指出出錯(cuò)的圖標(biāo)。這個(gè)特點(diǎn)對(duì)用戶系統(tǒng)的診斷是十分有效的。 （5） Syste

4、m View 的一重要特點(diǎn)是它可以從各種不同角度、以不同方式，按要求設(shè)計(jì)多種濾波器，并可自動(dòng)完成濾波器各指標(biāo)如幅頻特性（伯特圖 ）、傳遞函數(shù)、根軌跡圖等之間的轉(zhuǎn)換。 （6） 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真分析方面，System View 還提供了一個(gè)真實(shí)而靈活的窗口用以檢查、分析系統(tǒng)波形 。在窗口內(nèi)，可以通過鼠標(biāo)方便地控制內(nèi)部數(shù)據(jù)的圖形放大、縮小、滾動(dòng)等。另外，分析窗中還帶有一個(gè)功能強(qiáng)大的 “接收計(jì)算器”，可以完成對(duì)仿真運(yùn)行結(jié)果的各種運(yùn)算、譜分析、濾波 。 System View 還具有與外部文件的接口，可直接獲得并處理輸入/輸出數(shù)據(jù) 。提供了與編程語(yǔ)言 VC+或仿真工具M(jìn)atlab 的接口，可以很方便的調(diào)

5、用其函數(shù)。還具備與硬件設(shè)計(jì)的接口：與 Xilinx 公司的軟件 Core Generator 配套，可以將 System View 系統(tǒng)中的部分器件生成下載 FPGA 芯片所需的數(shù)據(jù)文件；另外，System View 還有與 DSP 芯片設(shè)計(jì)的接口，可以將其 DSP 庫(kù)中的部分器件生成 DSP 芯片編程的 C 語(yǔ)言源代碼。 1.2.1軟件：QuatusQuartus® II design 是最高級(jí)和復(fù)雜的，用于system-on-a-programmable-chip (SOPC)的設(shè)計(jì)環(huán)境。 QuartusII design 提供完善的 timing closure 和 Logic

6、Lock 基于塊的設(shè)計(jì)流程。QuartusII design是唯一一個(gè)包括以timing closure 和 基于塊的設(shè)計(jì)流為基本特征的programmable logic device (PLD)的軟件。 Quartus II 設(shè)計(jì)軟件改進(jìn)了性能、提升了功能性、解決了潛在的設(shè)計(jì)延遲等，在工業(yè)領(lǐng)域率先提供FPGA與mask-programmed devices開發(fā)的統(tǒng)一工作流程。目錄Altera Quartus II 作為一種可編程邏輯的設(shè)計(jì)環(huán)境, 由于其強(qiáng)大的設(shè)計(jì)能力和直觀易用的接口，越來越受到數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的歡迎。Altera Quartus II （3.0和更高版本）設(shè)計(jì)軟件是業(yè)界唯一提

7、供FPGA和固定功能HardCopy器件統(tǒng)一設(shè)計(jì)流程的設(shè)計(jì)工具。工程師使用同樣的低價(jià)位工具對(duì) Stratix FPGA進(jìn)行功能驗(yàn)證和原型設(shè)計(jì)，又可以設(shè)計(jì)HardCopy Stratix器件用于批量成品。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者現(xiàn)在能夠用Quartus II軟件評(píng)估HardCopy Stratix器件的性能和功耗，相應(yīng)地進(jìn)行最大吞吐量設(shè)計(jì)。Altera的Quartus II可編程邏輯軟件屬于第四代PLD開發(fā)平臺(tái)。該平臺(tái)支持一個(gè)工作組環(huán)境下的設(shè)計(jì)要求，其中包括支持基于Internet的協(xié)作設(shè)計(jì)。Quartus平臺(tái)與Cadence、ExemplarLogic、 MentorGraphics、Synopsys和Sy

8、nplicity等EDA供應(yīng)商的開發(fā)工具相兼容。改進(jìn)了軟件的LogicLock模塊設(shè)計(jì)功能，增添 了FastFit編譯選項(xiàng)，推進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)編輯性能，而且提升了調(diào)試能力。支持MAX7000/MAX3000等乘積項(xiàng)器件2.0版Quartus II設(shè)計(jì)軟件現(xiàn)在除了支持Altera的APEX 20KE，APEX 20KC， APEX II，ARM的Excalibur嵌入處理器方案，Mercury，F(xiàn)LEX10KE和ACEX1K之外，還支持MAX3000A，MAX7000系列乘積項(xiàng)器件。MAX3000A和MAX7000設(shè)計(jì)者現(xiàn)在可 以使用QuartusII設(shè)計(jì)軟件中才有的所有強(qiáng)大的功能。QuartusII2

9、.0 設(shè)計(jì)軟件通過增強(qiáng)層次LogicLock模塊級(jí)設(shè)計(jì)方式，將性能平均改善15%。 LogicLock設(shè)計(jì)流程把整個(gè)模塊的放置交由設(shè)計(jì)者控制，如果必要的話，可以采用輔助平面布置。LogicLock設(shè)計(jì)流程運(yùn)行設(shè)計(jì)者單獨(dú)地優(yōu)化和鎖定每個(gè)模塊的性能，在大型SOPC設(shè)計(jì)的構(gòu)建過程中也保持整個(gè)系統(tǒng)的性能。2.0版Quartus II設(shè)計(jì)軟件把新的LogicLock設(shè)計(jì)流程算法集成到未來的Altera器 件中，該算法充分利用了模塊級(jí)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。采用快速適配選項(xiàng)縮短編譯時(shí)間QuartusII2.0增加了一個(gè)新的快速適配編譯選項(xiàng)，選擇中這個(gè)選項(xiàng)，將會(huì)比缺省設(shè)置要縮短50%的編譯時(shí)間?？焖龠m配功能保留了 最佳

10、性能的設(shè)置，加快了編譯過程。這樣布局適配算法反復(fù)的次數(shù)更少，編譯速度更快，對(duì)設(shè)計(jì)性能的影響最小。新的功能減小了系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證2.0版Quartus II設(shè)計(jì)軟件引入了新的功能，加快驗(yàn)證過程，這通常是SOPC設(shè)計(jì)流程中最漫長(zhǎng)的階段。在最初的編譯時(shí)間中，新的 SignalProbe技術(shù)允許用 戶在保留設(shè)計(jì)最初布線，時(shí)限和設(shè)計(jì)文件的同時(shí)把內(nèi)部節(jié)點(diǎn)引到未用的管腳進(jìn)行分析。SignalProbe技術(shù)完成了現(xiàn)有SignalTap嵌入邏輯分析的功能。 而且，設(shè)計(jì)者能夠使用新版本中提供的HDL測(cè)試模板快速地開發(fā)HDL仿真矢量。2.0版 Quartus II設(shè)計(jì)軟件也可以自動(dòng)地從QuartusII仿真器波形文件中創(chuàng)

11、建完整的HDL測(cè)試平臺(tái)。2.0版Quartus II設(shè)計(jì)軟件也支持高速I/O設(shè)計(jì)，生成專用I/O緩沖信息規(guī)范（IBIS）模型導(dǎo)入到常用的EDA信號(hào)集成工具中。IBIS模型根據(jù)設(shè)計(jì)中每個(gè)管腳的I/O標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置來定制，簡(jiǎn)化第三方工具的分析。5.0版以上支持雙核CPU的嵌入。目前最高版本為12.0Altera 公司每出一個(gè)新版本都會(huì)縮短其編譯速度。因?yàn)樗木幾g速度實(shí)在是很慢。內(nèi)核,就是指軟核（可以由使用者根據(jù)自己的需要定制相應(yīng)的功能）可以用NIOS II實(shí)現(xiàn)。2、CDMA 系統(tǒng)基本原理及 IS-95 標(biāo)準(zhǔn) 2.1 CDMA 通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介 隨著移動(dòng)通信市場(chǎng)經(jīng)歷了第一代模擬技術(shù)的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)和第二代數(shù)字技

12、術(shù)的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng) （也稱 3G）也被引入日程中。在第三代移動(dòng)通信的主要技術(shù)體制中，WCDMA-FDD/TDD （現(xiàn)稱高碼片速率TDD）和 TD-SCDMA （融和后現(xiàn)稱低碼片速率 TDD）都是由 1998 年 12 月成立的 3GPP （第三代伙伴項(xiàng)目 ）進(jìn)行開發(fā)和維護(hù)的規(guī)范，這些技術(shù)都是以 CDMA 技術(shù)為核心的。CDMA 是碼分多址 （Code Division Multiple Access）的英文縮寫，它是在數(shù)字技術(shù)的分支-擴(kuò)頻通信技術(shù)上發(fā)展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術(shù) 。CDMA 技術(shù)的原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號(hào) 帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬

13、遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息 數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。CDMA 允許所有使用者同時(shí)使用全部頻帶 (1.2288Mhz)，由于其使用了擴(kuò)頻技術(shù)，可以將其他使用者發(fā)出訊號(hào)視為雜訊，完全不必考慮到訊號(hào)碰撞(collision) 問題。CDMA 中所提供語(yǔ)音編碼技術(shù)，通話品質(zhì)比目前 GSM 好， 且可把用戶對(duì)話時(shí)周圍環(huán)境噪音降低，使通話更清晰 。就安全性能而言，CDMA 不但有良好的認(rèn)證體制，更因其傳輸特性，用碼來區(qū)分用戶，防止被人盜聽的能力大大增強(qiáng)。

14、 Wideband CDMA(WCDMA)寬帶碼分多址傳輸技術(shù)，為IMT-2000 的重要基礎(chǔ)技術(shù)，將是第三代數(shù)字無線通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)之一 。 CDMA 通信系統(tǒng)采用先進(jìn)的擴(kuò)頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了碼分多址的應(yīng)用系統(tǒng)。當(dāng)前商用 CDMA 系統(tǒng)空中接口標(biāo)準(zhǔn)為 IS-95，提供 1.2288Mhz 的無線載頻間隔；為防止干擾，不同的用戶分配不同的無線信道 （頻率）或同一信道內(nèi)的不同碼；相同的無線信道能在相鄰小區(qū)或扇面使用；每扇面的話務(wù)容量為軟容量，不受頻率或收發(fā)信機(jī)數(shù)量的嚴(yán)格限制。CDMA 系統(tǒng)能夠使移動(dòng)臺(tái)同時(shí)與兩個(gè)或多個(gè)基站通信以實(shí)現(xiàn)小區(qū)間無縫切換，話音信道為先接后斷，大大減少了掉話率。只有 Lucent 真

15、正做到交換機(jī)之 間，交換機(jī)之內(nèi)所有基站實(shí)現(xiàn)全程軟切換。 CDMA 保持設(shè)定的話音質(zhì)量，誤幀率，同時(shí)獲得最大頻譜效率手段。設(shè)定和控制反向 Eb/No 以控制誤幀數(shù)量；盡量減低手機(jī)發(fā)射功率 （反向）；盡量減低基站發(fā)射功率 （前向）；提供方法使運(yùn)營(yíng)者可以平衡系統(tǒng)容量與話音質(zhì)量的需要。 CDMA 蜂窩通信所具有的優(yōu)勢(shì) 系統(tǒng)容量大 理論上，在使用相同頻率資源的情況下，CDMA 移動(dòng)網(wǎng)比模擬網(wǎng)容量大 20 倍，實(shí)際使用中比模擬網(wǎng)大 10倍，比GSM 要大 4-5 倍。 系統(tǒng)容量的配置靈活 在 CDMA 系統(tǒng)中，用戶數(shù)的增加相當(dāng)于背景噪聲的增加，造成話音質(zhì)量的下降。但對(duì)用戶數(shù)并無限制，操作者可在容量和話音質(zhì)

16、量之間折衷考慮。另外，多小區(qū)之間可根據(jù)話務(wù)量和干擾情況自動(dòng)均衡。 頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單 用戶按不同的序列碼區(qū)分，所以，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(jiǎn)單。 建網(wǎng)成本低 CDMA 系統(tǒng)有著容量大、工作頻點(diǎn)較 GSM 低，因此，在 CDMA 規(guī)劃中，CDMA 的站間距一般較GSM 稀疏。因此可以更好的節(jié)約建網(wǎng)成本。 網(wǎng)絡(luò)綠色環(huán)保 CDMA 手機(jī)是 GSM 手機(jī)平均發(fā)射功率的 2/125 ，CDMA 手機(jī)更加綠色環(huán)保。 低功率譜密度 由于CDMA 的關(guān)鍵技術(shù)為擴(kuò)頻技術(shù)，所以它的功率譜被擴(kuò)展的很寬，從而功率很低，好處有二：1 防止其它信道的干擾；2 防止干擾其它信道。 CDMA

17、通信系統(tǒng)擴(kuò)頻技術(shù)的特點(diǎn) 采用了多種分集方式 。除了傳統(tǒng)的空間分集外。由于是寬帶傳輸起到了頻率分集的作用，同時(shí)在基站和移動(dòng)臺(tái)采用了 RAKE 接收機(jī)技術(shù)，相當(dāng)于時(shí)間分集的作用。A. 采用了話音激活技術(shù)和扇區(qū)化技術(shù)。因?yàn)?CDMA 系統(tǒng)的容量直接與所受的干擾有關(guān)，采用話音激活和扇區(qū)化技術(shù)可以減少干擾，可以使整個(gè)系統(tǒng)的容量增大。采用了移動(dòng)臺(tái)輔助的軟切換 。B. 通過它可以實(shí)現(xiàn)無縫切換，保證了通話的連續(xù)性，減少了掉話的可能性。處于切換區(qū)域的移動(dòng)臺(tái)通過分集接收多個(gè)基站的信號(hào)，可以減低自身的發(fā)射功率，從而減少了對(duì)周圍基站的干擾，這樣有利于提高反向聯(lián)路的容量和覆蓋范圍。C. 采用了功率控制技術(shù)，這樣降低了平

18、準(zhǔn)發(fā)射功率。D. 具有軟容量特性?？梢栽谠拕?wù)量高峰期通過提高誤幀率來增加可以用的信道數(shù)。當(dāng)相鄰小區(qū)的負(fù)荷一輕一重時(shí)，負(fù)荷重的小區(qū)可以通過減少導(dǎo)頻的發(fā)射功率，使本小區(qū)的邊緣用戶由于導(dǎo)頻強(qiáng)度的不足而切換到相臨小區(qū)，使負(fù)擔(dān)分擔(dān) 。E. 兼容性好。由于 CDMA 的帶寬很大，功率分布在廣闊的頻譜上，功率 話密度低，對(duì)窄帶模擬系統(tǒng)的干擾小，因此兩者可以共存。即兼容性好。 F. CDMA 的頻率利用率高，不需頻率規(guī)劃，這也是 CDMA 的特點(diǎn)之一。G. CDMA 高效率的 OCELP 話音編碼。話音編碼技術(shù)是數(shù)字通信中的一個(gè)重要課 題 。OCELP 是利用碼表矢量量化差值的信號(hào)，并根據(jù)語(yǔ)音激活的程度產(chǎn)生一

19、個(gè)輸出速率可變的信號(hào) 。這種編五馬方式被認(rèn)為是目前效率最高的編碼技術(shù)，在保證有較好話音質(zhì)量的前提下，大大提高了系統(tǒng)的容量。這種聲碼器具有 8kbit S 和 13kbit S 兩種速率的序列。8kbit S 序列從 1.2kbit s 到 9.6kbit s 可變，13kbit S 序列則從 1.8kbt s 到 14.4kbt S 可變 。最近，又有一種 8kbit sEVRC 型編碼器問世，也具有 8kbit s 聲碼器容量大的特點(diǎn)，話音質(zhì)量也有了明顯的提高 。 2.2 CDMA 的關(guān)鍵技術(shù) CDMA 移動(dòng)通信網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)有以下幾個(gè)方面： （1）功率控制技術(shù)：它是 CDMA 系統(tǒng)的核心技術(shù)

20、。CDMA 系統(tǒng)是一個(gè)自擾系統(tǒng)，所有移動(dòng)用戶都占用相同帶寬和頻率，“遠(yuǎn)近效用”問題特別突出。CDMA 功率控制的目的就是克服 “遠(yuǎn)近效用”，使系統(tǒng)既能維護(hù)高質(zhì)量通信，又不對(duì)其他用戶產(chǎn)生干擾。功率控制分為前向功率控制和反向功率控制，反向功率控制又可分為僅由移動(dòng)臺(tái)參與的開環(huán)功率控制和移動(dòng)臺(tái)、基站同時(shí)參與的閉環(huán)功率控制。功率控制的目的是使每個(gè)用戶到達(dá)基站的功率相同。 功率控制的分類： A通信的正向、反向鏈路:反向功率控制和正向功率控制； B 實(shí)現(xiàn)功控的方式:集中式功率控制和分布式控制 C功率控制環(huán)路的類型:開環(huán)功控、閉環(huán)功控 （外環(huán)功控和內(nèi)環(huán)功控）。 功率控制不同方式實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)： A 反向功控-克服

21、 “遠(yuǎn)近效應(yīng)” B反向開環(huán)功率控制：（移動(dòng)臺(tái) 被）-抗慢衰落、不交換信息，速度快，節(jié)省開銷。 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行，不需要在移動(dòng)臺(tái)和基站之間交換信息，速度快，節(jié)省開銷。對(duì)慢衰落有效。缺點(diǎn)：但是對(duì)于信號(hào)因多徑效應(yīng)而引起的瑞利衰落，效果不佳。參數(shù)：根據(jù)不同小區(qū)規(guī)模和有效輻射功率進(jìn)行調(diào)整 C反向閉環(huán)功率控制 （基站 移動(dòng)臺(tái)）-抗多徑衰落 參數(shù)：功率控制步長(zhǎng)、動(dòng)態(tài)范圍。 D內(nèi)環(huán)功率控制、外環(huán)功率控制。內(nèi)環(huán)功率控制的目的是保持移動(dòng)臺(tái)盡可能地接近它的預(yù)定的信號(hào)強(qiáng)度或比信噪比的標(biāo)準(zhǔn)值；而外環(huán)功率控制為一給定的移動(dòng)臺(tái)調(diào)整基站預(yù)定信號(hào)強(qiáng)度或信噪比的標(biāo)準(zhǔn)值，簡(jiǎn)稱標(biāo)稱功率。 E正向功控 （基站）-抗干擾 調(diào)整基站向移動(dòng)臺(tái)

22、發(fā)射的功率，使任一移動(dòng)臺(tái)無論處于蜂窩小區(qū)中的任何位置上，收到基站發(fā)來的信號(hào)電平都恰好達(dá)到信干比所要求的門限值。 F集中式功率控制。 避免向距離近的移動(dòng)臺(tái)發(fā)射過大的信號(hào)功率，防止誤碼率增大或通信質(zhì)量下降的現(xiàn)象。 實(shí)際的時(shí)變多徑衰落中是必要的。作用遠(yuǎn)不如反向功控。 （2）PN 碼技術(shù)： PN 碼的選擇直接影響到 CDMA 系統(tǒng)的容量、抗干擾能力、接入和切換速度等性能。CDMA 信道的區(qū)分是靠 PN 碼來進(jìn)行的，因而要求PN 碼自相關(guān)性要好，互相關(guān)性要弱，實(shí)現(xiàn)和編碼方案簡(jiǎn)單等。目前的CDMA 系統(tǒng)就是采用一種基本的 PN 序列m 序列作為地址碼，利用它的不同相位來區(qū)分不同用戶。 （3）RAKE 接收

23、技術(shù)：移動(dòng)通信信道是一種多徑衰落信道，RAKE 接收技術(shù)就是分別接收每一路的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，然后疊加輸出達(dá)到增強(qiáng)接收效果的目的，這里多徑信號(hào)不僅不是一個(gè)不利因素，而且在 CDMA 系統(tǒng)變成一個(gè)可供利用的有利因素。 （4）軟切換技術(shù)：先連接，再斷開稱之為軟切換。CDMA 系統(tǒng)工作在相同的頻率和帶寬上，因而軟切換技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來比TDMA 系統(tǒng)要方便容易得多。 （5）CDMA 系統(tǒng)中的 PN 碼同步原理 發(fā)射機(jī)和接收機(jī)采用高精確度和高穩(wěn)定度的時(shí)鐘頻率源，以保證頻率和相位的穩(wěn)定性。但在實(shí)際應(yīng)用中，存在許多事先無法估計(jì)的不確定因素，如收發(fā)時(shí)鐘不穩(wěn)定、發(fā)射時(shí)刻不確定、信道傳輸時(shí)延及干擾等，尤其在移動(dòng)通信中，這

24、些不確定因素都有隨機(jī)性，不能預(yù)先補(bǔ)償，只能通過同步系統(tǒng)消除。因此，在 CDMA 擴(kuò)頻通信中，同步系統(tǒng)必不可少。 PN 碼序列同步是擴(kuò)頻系統(tǒng)特有的，也是擴(kuò)頻技術(shù)中的難點(diǎn)。CDMA 系統(tǒng)要求接收機(jī)的本地偽隨機(jī)碼與接收到的 PN 碼在結(jié)構(gòu)、頻率和相位上完全一致，否則就不能正常接收所發(fā)送的信息，接收到的只是一片噪聲。若實(shí)現(xiàn)了收發(fā)同步但不能保持同步，也無法準(zhǔn)確可靠地獲取所發(fā)送的信息數(shù)據(jù)。因此，PN 碼序列的同步是 CDMA 擴(kuò)頻通信的關(guān)鍵技術(shù)。 CDMA 系統(tǒng)中的 PN 碼同步過程分為 PN 碼捕獲 （精同步）和 PN 碼跟蹤 （細(xì)同步）兩部分。PN 碼捕獲是精調(diào)本地 PN 碼的頻率和相位，使本地產(chǎn)生的

25、 PN 碼與接收到的 PN 碼間定時(shí)誤差小于1個(gè)碼片間隔 Tc，可采用基于滑動(dòng)相關(guān)的串行捕獲方案或基于時(shí)延估計(jì)問題的并行捕獲方案。PN 碼跟蹤則自動(dòng)調(diào)整本地碼相位，進(jìn)一步縮小定時(shí)誤差，使之小于碼片間隔的幾分之一，達(dá)到本地碼與接收 PN 碼頻率和相位精確同步。典型的 PN 碼跟蹤環(huán)路分基于遲早門定時(shí)誤差檢測(cè)器的延遲鎖定環(huán)及 抖動(dòng)環(huán)兩種。 接收信號(hào)經(jīng)寬帶濾波器后，在乘地器中與本地 PN 碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。捕獲器件調(diào)整壓控時(shí)鐘源，用以調(diào)整 PN 碼發(fā)生器產(chǎn)生的本地 PN 碼序列的頻率和相位，捕獲有用信號(hào)。一旦捕獲到有用信號(hào)，啟動(dòng)跟蹤器件，用以調(diào)整壓控鐘源，使本地 PN 碼發(fā)生器與外來信號(hào)保持精確同步。

26、如果由于某種原因引起失步，則重新開始新一輪捕獲和跟蹤。 同步過程包含捕獲和跟蹤兩個(gè)階段閉環(huán)的自動(dòng)控制和調(diào)整。 A.PN 碼序列捕獲 PN 碼序列捕獲指接收機(jī)在開始接收擴(kuò)頻信號(hào)時(shí)，選擇和調(diào)整接收機(jī)的本地?cái)U(kuò)頻 PN 序列相位，使它與發(fā)送的擴(kuò)頻 PN 序列相位基本一致，即接收機(jī)捕捉發(fā)送的擴(kuò)頻PN 序列相位，也稱為擴(kuò)頻 PN 序列的初始同步。在 CDMA 系統(tǒng)接收端，一般解擴(kuò)過程都在載波同步前進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)捕獲大多采用非相干檢測(cè)。接收到擴(kuò)頻信號(hào)后，經(jīng)射頻寬帶濾波放大及載波解調(diào)后，分別送往2N 擴(kuò)頻 PN 序列相關(guān)處理解擴(kuò)器 （N 是擴(kuò)頻 PN 序列長(zhǎng)）。2N 個(gè)輸出中哪個(gè)輸出最大，該輸出對(duì)應(yīng)的相關(guān)處理解擴(kuò)

27、器所用的擴(kuò)頻 PN 序列相位狀態(tài)，就是發(fā)送的擴(kuò)頻信號(hào)的擴(kuò)頻 PN 序列相位，從而完成擴(kuò)頻 PN 序列捕獲。 捕獲的方法有多種，如滑動(dòng)相干法、序貫估值法及匹配濾波器法等，滑動(dòng)相關(guān)法是最常用的方法。 A.1滑動(dòng)相關(guān)法 接收系統(tǒng)在搜索同步時(shí)，它的碼序列發(fā)生器以與發(fā)射機(jī)碼序列發(fā)生器不同的速率工作，致使這兩個(gè)碼序列在相位上互相滑動(dòng)，只有在達(dá)到一致點(diǎn)時(shí)，才停下來，因此稱之為滑動(dòng)相關(guān)法。 接收信號(hào)與本地 PN 碼相乘后積分，求出它們的互相關(guān)值，然后與門限檢測(cè)器的某一門限值比較，判斷是否已捕獲到有用信號(hào)。它利用了 PN 碼序列的相關(guān)徨性，當(dāng)兩個(gè)相同的碼序列相位一致時(shí)，其相關(guān)值輸出最大。一旦確認(rèn)捕獲完成，捕獲指

28、示信號(hào)的同步脈沖控制搜索控制鐘，調(diào)整 PN 碼發(fā)生器產(chǎn)生的 PN 碼重復(fù)頻率和相位，使之與收到的信號(hào)保持同步。 由于滑動(dòng)相關(guān)器對(duì)兩個(gè)PN 碼序列按順序比較相關(guān)，所以該方法又稱順序搜索法?；瑒?dòng)相關(guān)器簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，缺點(diǎn)是當(dāng)兩個(gè) PN 碼的時(shí)間差或相位差過大時(shí)，相對(duì)滑動(dòng)速度簋慢，導(dǎo)致搜索時(shí)間過長(zhǎng)，特別是對(duì)長(zhǎng) PN 碼的捕獲時(shí)間過長(zhǎng)，必須采取措施限定捕獲范圍，加快捕獲時(shí)間，改善其性能。 使滑動(dòng)相關(guān)器實(shí)用的有效方法之一是采用特殊碼序列，特殊碼序列要足夠短，以便在合理時(shí)間內(nèi)對(duì)所有碼位進(jìn)行搜索。至于短到什么程度，由滿足相關(guān)性要求限定。這種加前置碼的方法稱同步引導(dǎo)法。引導(dǎo)碼同步要求低、簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，是適合各種

29、應(yīng)用的同步方法。 可捕碼由若干較短碼序列組合而成，其碼序列應(yīng)與各組成碼序列保持一定的相關(guān)關(guān)系。這類碼中最著名的是 JPL 碼。 A.2 序貫估值法 序貫估值法是另一種減少長(zhǎng)碼捕獲時(shí)間的快速捕獲方法，它把收到的 PN 碼序列直接輸入本地碼發(fā)生器的移位寄存器，強(qiáng)制改變各級(jí)寄存器的起始狀態(tài)，使其產(chǎn)生的 PN 碼與外來碼相位一致，系統(tǒng)即可立即進(jìn)行同步跟蹤狀態(tài)，縮短了本地 PN 碼與外來 PN 碼相位一致所需的時(shí)間。 該方法先檢測(cè)收到碼信號(hào)中的 PN 碼，通過開關(guān)，送入 n 級(jí) PN 碼發(fā)生器的移位寄存器。待整個(gè)碼序列全部進(jìn)入填滿后，在相關(guān)器中，將產(chǎn)生的 PN 碼與收到的碼信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，在比較器中將

30、所得結(jié)果與門限進(jìn)行比較。若未超過門限，則繼續(xù)上述過程。若超過門限，則停止搜索，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)。理想情況下，捕獲時(shí)間 Ts=nTc，（Tc 為 PN 碼片時(shí)間寬度）。該方法捕獲時(shí)間雖短，但存在一些問題，它先要對(duì)外來的 PN 碼進(jìn)行檢測(cè)，才能送入移位寄存器，要做到這一點(diǎn)有時(shí)很困難。另外，此法抗干擾能力很差，因?yàn)橹鹨粫r(shí)片進(jìn)行估值和判決，并未利用 PN 碼的抗干擾特性。但在無干擾條件下，它仍有良好的快速初始同步性能。 A.3 匹配濾波器法 用于 PN 同步捕獲的匹配濾波器一般采用延時(shí)線匹配濾波器，其目的是識(shí)別碼序列，它能在特殊結(jié)構(gòu)中識(shí)別特殊序列，而且只識(shí)別該序列。假設(shè)一個(gè)輸入信號(hào)是7bit 碼序列1

31、110010雙相調(diào)制的信號(hào)，每當(dāng)碼有1-0過渡時(shí)，反相信號(hào)進(jìn)入延時(shí)線，直到第1bit在 T7，第2bit 在 T6。當(dāng)全部時(shí)延元件都填滿，而且信號(hào)調(diào)制碼與濾波器時(shí)延元件相位一致時(shí)，T2的信號(hào)相位與 T5、T6、T7的相位相同，時(shí)延元件 T1、T3、T4也具有相同的信號(hào)相位。把 T2、T5、T6、T7與 T1、T3、T4兩組分別相加，把 T1、T3、T4 之和倒相輸出，再將這兩個(gè)結(jié)果相加，包含在全部7個(gè)元件中的信號(hào)能量同相相加，整個(gè)輸出是未處理的7倍。根據(jù)該能 量關(guān)系可以識(shí)別碼序列。 要增強(qiáng)產(chǎn)生的信號(hào)，可以靠附加更多的時(shí)延元件實(shí)現(xiàn)，在這種結(jié)構(gòu)中得到的處理增益為 Gp=10lgn （n 是參加求和

32、的時(shí)延元件數(shù)）。 在要求快速鎖定及使用長(zhǎng)碼的 CDMA 擴(kuò)頻通信中，宜采用 SAW-TDL-MF 作同步器。對(duì)于待定信號(hào)，匹配濾波器具有時(shí)間自動(dòng)能力，無需 PN 碼時(shí)鐘同步與 RF載波相位鎖定，既避免了數(shù)據(jù)信息比特以外的同步，又完成了擴(kuò)頻信號(hào)的相關(guān)處理。引導(dǎo)碼進(jìn)入程控編碼 SAW-TDL-MF 后，其輸出是噪聲基底上的底尖相關(guān)峰。在擴(kuò)頻通信中，噪聲功率控制接收機(jī)的 AGC，因而信號(hào)功率 （即相關(guān)峰值）在起伏的噪聲環(huán)境中變化很大。門限計(jì)算器的功能根據(jù)包絡(luò)檢測(cè)輸出，確定動(dòng)態(tài)門限電平，提供給同步檢測(cè)器，保證在低 SNR 時(shí)有可允許的同步誤差。動(dòng)態(tài)門限電平取在主峰高度與最大旁峰之間時(shí)，噪聲引起的底同步

33、誤差最小。當(dāng) SAW-TDL 檢波輸出包絡(luò)超過動(dòng)態(tài)門限時(shí)，同步檢測(cè)器為接收機(jī)寬帶頻率合成器提供一個(gè)邏輯電平同步信號(hào)。 B.PN 碼序列跟蹤 當(dāng)同步系統(tǒng)完成捕獲過程后，同步系統(tǒng)轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)。所謂跟蹤，是使本地碼的相位一直隨接收到的偽隨機(jī)碼相位改變，與接收到的偽隨機(jī)碼保持較精確的同步。跟蹤環(huán)路不斷校正本地序列的時(shí)鐘相位，使本地序列的相位變化與接收信號(hào)相位變化保持一致，實(shí)現(xiàn)對(duì)接收信號(hào)的相位鎖定，使同步誤差盡可能小，正常接收擴(kuò)頻信號(hào)。跟蹤是閉環(huán)運(yùn)行的，當(dāng)兩端相位出現(xiàn)差別后，環(huán)路能根據(jù)誤差大小自動(dòng)調(diào)整，減小誤差，因此同步系統(tǒng)多采用鎖相技術(shù)。 跟蹤環(huán)路可分為相干與非相干兩種。前者在確知發(fā)端信號(hào)載波頻率和相

34、位的情況下工作，后者在不確知的情況下工作。實(shí)際上大多數(shù)應(yīng)用屬于后者。常用的跟蹤環(huán)路有延遲鎖定環(huán)及 抖動(dòng)環(huán)兩種，延遲鎖定環(huán)采用兩個(gè)獨(dú)立的相關(guān)器， 抖動(dòng)環(huán)采用分時(shí)的單個(gè)相關(guān)器。 B.1 延遲鎖相環(huán) 當(dāng)本地PN 碼產(chǎn)生器第 （n2）和第 n 級(jí)移位寄存器輸出 PN 碼相位超前于接收到的偽隨機(jī)碼相位時(shí) （即兩碼的相對(duì)時(shí)差0<） B.2 抖動(dòng)跟蹤環(huán) 抖動(dòng)環(huán)是跟蹤環(huán)的另一種形式，與延時(shí)鎖定環(huán)相同，接收信號(hào)與本地產(chǎn)生PN 序列的超前滯后形式相關(guān)，誤差信號(hào)由單個(gè)相關(guān)器以交替的形式相關(guān)后得到。PN 碼序列產(chǎn)生器由一個(gè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)，時(shí)鐘信號(hào)的相位二元信號(hào)的變化來回 “擺動(dòng)”，去除了必須保證兩個(gè)通道傳遞函數(shù)相同的

35、要求，因此抖動(dòng)環(huán)路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。與延時(shí)鎖定環(huán)相比，信噪比性能惡化大約3dB。 延遲鎖定環(huán)及 抖動(dòng)環(huán)不僅能起跟蹤作用，如果采用滑動(dòng)相關(guān)概念，使本地 VCO 開始時(shí)就與接收信號(hào)有一定頻差，也能起到捕獲作用。此外，另加一相關(guān)器，還可以起到解碼作用。 上述兩種跟蹤環(huán)路的主要跟蹤對(duì)象是單徑信號(hào)，但在移動(dòng)信道中，由于受到多徑衰落及多普勒頻移等多種復(fù)雜因素影響，不能得到令人滿意的跟蹤性能，所以 CDMA 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)應(yīng)采用適合多徑衰落信道的跟蹤環(huán)?；谀芰看爸匦牡亩〞r(shí)跟蹤環(huán)就是其中之一。 CDMA 數(shù)字蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)采用擴(kuò)頻技術(shù)，其擴(kuò)頻帶寬使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的多徑分辨能力。接收機(jī)不斷搜索可分辨多徑信號(hào)分量，選出其中能

36、量最強(qiáng)的 J 個(gè)多徑分量作為能量窗，利用基于能量窗重心的定時(shí)跟蹤算法，觀察相鄰兩次工作窗內(nèi)多徑能量分布變化，計(jì)算跟蹤誤差函數(shù)，根據(jù)能量重心變化，調(diào)整本地 PN 碼時(shí)鐘，控制 PN 碼滑動(dòng)，達(dá)到跟蹤目的。采用該跟蹤環(huán)的目的是使用于 RAKE 接收的工作窗內(nèi)多徑能量之和最大，接收機(jī)性能更好。仿真結(jié)果表明，與 DLL 跟蹤單徑相比，采用基于能量窗重心的定時(shí)跟蹤法跟蹤有效多徑成分具有更好的性能。 2.3 CDMA通信系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)原理 CDMA 通信系統(tǒng)包括很多不同的信道部分，下圖為信道總的原理圖，下面將會(huì)介紹各個(gè)信道及模塊的原理 移動(dòng)臺(tái)BTS（基站收發(fā)）下行信道（前向信道）上行信道（反向信道）導(dǎo)頻信

37、道同步信道尋呼信道業(yè)務(wù)信道反向接入反向業(yè)務(wù) 信道總原理圖 2.3.1 CDMA 中使用到的碼序列 1、Walsh 碼 Walsh 碼來源于 H 矩陣，根據(jù) H 矩陣中 “1”和 “1”的交變次數(shù)重新排列就可以得到 Walsh 矩陣，該矩陣中各行列之間是相互正交 (Mutual Orthogonal)的，可以保證使用它擴(kuò)頻的信道也是互相正交的 。對(duì)于 CDMA 前向鏈路，采用 64 階 Walsh 序列擴(kuò)頻, 每個(gè) W 序列用于一種前向物理信道(標(biāo)準(zhǔn) ），實(shí)現(xiàn)碼分多址功能。信道數(shù)記為 W0-W63，碼片速率：1.2288Mc/S。 沃爾什序列可以消除或抑制多址干擾 (MAI)。理論上，如果在多址

38、信道中信號(hào)是相互正交的，那么多址干擾可以減少至零 。然而實(shí)際上由于多徑信號(hào)和來自其他小區(qū)的信號(hào)與所需信號(hào)是不同步的，共信道干擾不會(huì)為零 。異步到達(dá)的延遲和衰減的多徑信號(hào)與同步到達(dá)的原始信號(hào)不是完全正交的，這些信號(hào)就帶來干擾 。來自其他小區(qū)的信號(hào)也不是同步或正交的，這也會(huì)導(dǎo)致干擾發(fā)生,在反向鏈路中，沃爾什碼序列僅用作擴(kuò)頻。 IS-95a 定義的 cdma 系統(tǒng)采用 64 階 walsh 涵數(shù)，它們?cè)谇?、反向鏈路中的作用是不同的?對(duì)于前向鏈路：依據(jù)兩兩正交的 walsh 序列，將前向信道劃分為 64 個(gè)碼分信道，碼分信道與 walsh 序列一一對(duì)應(yīng)。walsh 序列碼速率與 pn 碼速率相同，均

39、為 1.2288mhz。前向多址接入方案由采用正交 walsh 序列實(shí)現(xiàn)；一個(gè)編碼比特周期對(duì)應(yīng)一個(gè) walsh 序列 （64chip）。 對(duì)于反向鏈路：walsh 序列作為調(diào)制碼使用，即 64 階正交調(diào)制。6 個(gè)編碼比特對(duì)應(yīng)一個(gè) 64 位的 walsh 序列 （64 階 walsh 編碼后的數(shù)據(jù)速率為307.2kcps，經(jīng)用戶 pn 長(zhǎng)碼加擾/擴(kuò)頻，生成 1.2288mcps 碼流；該碼流經(jīng)pni、pnq 短碼覆蓋、濾波等處理后交由 rfs 發(fā)射） 2、PN 碼 PN 碼分為長(zhǎng)碼和短碼： 短碼：短碼是長(zhǎng)度為215 -1=32767 的周期序列。 在 CDMA 系統(tǒng)的前向信道 （從基站指向手機(jī)方

40、向）中，短碼用于對(duì)前向信道進(jìn)行調(diào)制，使前向信道帶上本基站的標(biāo)記，不同的基站使用不同相位的短碼，從而互相區(qū)別開來。 在反向信道中 （從手機(jī)指向基站方向），短碼用于對(duì)反向業(yè)務(wù)信道進(jìn)行調(diào)制，作用與短碼在前向信道中相同。 長(zhǎng)碼：長(zhǎng)碼是長(zhǎng)度為242 -1 的周期序列。 速率為 1.2288Mcps。 在 CDMA 系列的前向信道 （從基站指向手機(jī)方向）中，長(zhǎng)碼用于對(duì)業(yè)務(wù)信道進(jìn)行擾碼 （作用類似于加密）。在反向信道中 （從手機(jī)指向基站方向）。長(zhǎng)碼用來直接進(jìn)行擴(kuò)頻，由于區(qū)分不同的接入手機(jī) （MS）。同一用戶在前向和反向使用同一長(zhǎng)碼偏置，也就是同一個(gè)長(zhǎng)碼掩碼。 2.3.2 IS_95 公共空中接口，簡(jiǎn)稱 QC

41、DMA 標(biāo)準(zhǔn)包括如下部分： 1、頻段 前向：869-894MHz 反向：824-849MHz 頻帶間隔：45MHz 2、信道數(shù) 64 （碼分信道）/每一載頻； 每一個(gè)小區(qū)可分為 3 個(gè)扇形區(qū)，可共用一個(gè)載頻； 每一網(wǎng)絡(luò)分為 9 個(gè)載頻，其中收發(fā)各占 12.5MHz，共 25MHz 帶寬 3、射頻帶寬 第一頻道 2*1.77MHz 其他頻道 2*1.23MHz 4、調(diào)制方式和擴(kuò)頻方式 基站采用 QPSK,移動(dòng)臺(tái)采用 OQPSK 擴(kuò)頻方式均為 （DS）直接序列擴(kuò)頻。 5、語(yǔ)音編碼 可變速率 CELP，最大速率為 8kb/s，最大數(shù)據(jù)速率為 9.6kb/s，每幀時(shí)間為 20ms 6、信道編碼 卷積編

42、碼：正向 碼率 R=1/2, 約束長(zhǎng)度 K=9； 反向 碼率 R=1/3, 約束長(zhǎng)度 K=9 譯碼采用維特比譯碼。 交織編碼：前向鏈路同步信道采用 26.66ms 交織編碼長(zhǎng)度外，其他信道的交織編碼長(zhǎng)度均為 20ms。 7、擴(kuò)頻碼 （PN 碼） 擴(kuò)頻碼碼片的速率為 1.2288Mcps。 基站識(shí)別碼為 m 序列，周期為215 -1 的 m 序列(短碼) ，用戶識(shí)別碼采用周期為 242 -1 的m 序列(長(zhǎng)碼) 。 前向鏈路采用 64 個(gè)正交的 walsh 碼(碼片速率為 1.2288Mcps)作為 64 個(gè)信道的地址碼，反向鏈路利用 walsh 碼進(jìn)行 64 進(jìn)制正交調(diào)制 。 前向鏈路擴(kuò)頻碼是

43、 walsh 碼，反向鏈路的擴(kuò)頻碼是長(zhǎng)碼。 8、導(dǎo)頻、同步信道 供移動(dòng)臺(tái)作載頻和時(shí)間同步 9、軟切換 軟切換:當(dāng)移動(dòng)臺(tái)需要跟一個(gè)新的基站進(jìn)行通信時(shí)，先不急于中斷和原來基站的通信，而是在與新基站取得聯(lián)系后才與原來基站斷開。 軟切換就是先接后斷。它只能在相同頻率的 CDMA 信道間才能進(jìn)行 。不同頻率的 CDMA 信道只能進(jìn)行傳統(tǒng)的硬切換。 10、RAKE 接收機(jī) 運(yùn)用背景：RAKE 接收技術(shù)是第三代 CDMA 移動(dòng)通信系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要技術(shù)。在 CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中，由于信號(hào)帶寬較寬，存在著復(fù)雜的多徑無線電信號(hào)，通信受到多徑衰落的影響。RAKE 接收技術(shù)實(shí)際上是一種多徑分集接收技術(shù)，可以在時(shí)間上

44、分辨出細(xì)微的多徑信號(hào)，對(duì)這些分辨出來的多徑信號(hào)分別進(jìn)行加權(quán)調(diào)整、使之復(fù)合成加強(qiáng)的信號(hào) 。這種作用有點(diǎn)像把一堆零亂的草用“耙子”把它們集攏到一起那樣，英文“RAKE”是“耙子”的意思，因此被稱為 RAKE 技術(shù)。 基本原理:在 CDMA 擴(kuò)頻系統(tǒng)中，信道帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道的平坦衰落帶寬。不同于傳統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)需要用均衡算法來消除相鄰符號(hào)間的碼間干擾，CDMA擴(kuò)頻碼在選擇時(shí)就要求它有很好的 自相關(guān)特性 。這樣，在無線信道中出現(xiàn)的時(shí)延擴(kuò)展，就可以被看作只是被傳信號(hào)的再次傳送 。如果這些多徑信號(hào)相互間的延時(shí)超過了一個(gè)碼片的長(zhǎng)度，那么它們將被 CDMA 接收機(jī)看作是非相關(guān)的噪聲，而不再需要均衡了由于在多徑信

45、號(hào)中含有可以利用的信息，所以 CDMA 接收機(jī)可以通過合并多徑信號(hào)來改善接收信號(hào)的信噪比。其實(shí) RAKE 接收機(jī)所作的就是：通過多個(gè)相關(guān)檢測(cè)器接收多徑信號(hào)中的各路信號(hào)，并把它們合并在一起。當(dāng)傳播時(shí)延超過一個(gè)碼片周期時(shí)，多徑信號(hào)實(shí)際上可被看作是互不相關(guān)的。帶DLL的相關(guān)器是一個(gè)具有遲早門鎖相環(huán)的解調(diào)相關(guān)器。遲早門和解調(diào)相關(guān)器分別相差±1/2（或 1/4）個(gè)碼片 。遲早門的相關(guān)結(jié)果相減可以用于調(diào)整碼相位。延遲環(huán)路的性能取決于環(huán)路帶寬。 由于信道中快速衰落和噪聲的影響，實(shí)際接收的各徑的相位與原來發(fā)射信號(hào)的相位有很大的變化，因此在合并以前要按照信道估計(jì)的結(jié)果進(jìn)行相位的旋轉(zhuǎn)，實(shí)際的 CDMA

46、系統(tǒng)中的信道估計(jì)是根據(jù)發(fā)射信號(hào)中攜帶的導(dǎo)頻符號(hào)完成的 。根據(jù)發(fā)射信號(hào)中是否攜帶有連續(xù)導(dǎo)頻 ，可以分別采用基于連續(xù)導(dǎo)頻的相位預(yù)測(cè)和基于判決反饋技術(shù)的相位預(yù)測(cè)方法 。 利用基站和移動(dòng)臺(tái)的 RAKE 接收機(jī)來分離多徑，可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的時(shí)間分集。基站端最多可以分離 4 徑的信號(hào)，移動(dòng)臺(tái)端可以分離 3 徑的信號(hào)。 從實(shí)現(xiàn)的角度而言，RAKE接收機(jī)的處理包括碼片級(jí)和符號(hào)級(jí)，碼片級(jí)的處理有相關(guān)器、本地碼產(chǎn)生器和匹配濾波器 。符號(hào)級(jí)的處理包括信道估計(jì)，相位旋轉(zhuǎn)和合并相加 。碼片級(jí)的處理一般用 ASIC 器件實(shí)現(xiàn)，而符號(hào)級(jí)的處理用 DSP 實(shí)現(xiàn)。移動(dòng)臺(tái)和基站間的 RAKE 接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法和功能盡管有所不同，但其

47、原理是完全一樣的 2.4 移動(dòng)通信信道對(duì)于移動(dòng)通信系統(tǒng)的無線信道環(huán)境而言，其信道環(huán)境比比固定無線信道環(huán)境要復(fù)雜。因而不能簡(jiǎn)單的用固定無線信道的電磁波傳播模式來分析，必須根據(jù)移動(dòng)信道的特點(diǎn)，按照不同的傳播環(huán)境和地理特征進(jìn)行分析和仿真。在蜂窩移動(dòng)通信環(huán)境中，同頻干擾是一個(gè)必須考慮的問題，當(dāng)發(fā)生衰落時(shí)，要接收的信號(hào)也許比小區(qū)基站的同頻干擾還要弱。接收機(jī)會(huì)鎖定在錯(cuò)誤的信號(hào)上。對(duì)數(shù)字信號(hào)來說，衰落將使比特誤碼率（BER）大大增加。移動(dòng)信道的衰落特性取決于無線點(diǎn)撥傳播環(huán)境。2.4.1 Jake移動(dòng)信道Jake移動(dòng)信道模型是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的單調(diào)衰落基帶等效模型，該模型假設(shè)從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)之間存在無數(shù)條傳播路徑，并

48、且這些放射到達(dá)移動(dòng)目標(biāo)接收機(jī)的路徑是均勻分布的。Jake移動(dòng)信道通常用于一些簡(jiǎn)單假設(shè)的移動(dòng)信道仿真。JK信道仿真圖：輸入信號(hào)經(jīng)過JK信道傳輸后由I、Q混頻器分為I和Q兩路信號(hào)仿真結(jié)果JK信道輸出信號(hào)的頻譜：?jiǎn)我徽也ń?jīng)過JK信道后成了一束頻譜信號(hào)2.4.2 窄帶干擾信道（NBI）無線信道中還有一類窄帶干擾信道。例如，存在鄰頻干擾的信道，被敵方實(shí)施人為干擾的信道。仿真結(jié)果：每個(gè)窄帶模型都使用5個(gè)干擾。除了以上信道外，還有多徑衰落信道（Rice衰落信道、Rummler衰落信道）Fade信道，在此不一一列舉。3.語(yǔ)音通話系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1語(yǔ)音信號(hào)的加載及男女變聲依靠高通、低通濾波器器濾出目標(biāo)頻段：仿真結(jié)

49、果：從上到下依次為【原始聲音、高音、低音】從左到右依次為【原始聲音、高音、低音】的頻譜。系統(tǒng)運(yùn)行后，可分別保存高頻和低音。在相應(yīng)的文件夾（CDMA/語(yǔ)音信號(hào)的加載及男女變聲）下即可以找到和試聽?？梢园l(fā)現(xiàn)，如果不添加增益，保存輸出的聲音信號(hào)和原始信號(hào)相比音量驟減。3.2語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化A. 增量調(diào)制增量調(diào)制簡(jiǎn)稱M或者增量脈沖調(diào)制方式。它是一種把上一采樣信號(hào)的樣值作為預(yù)測(cè)值的單純預(yù)測(cè)編碼方式。增量調(diào)制是預(yù)測(cè)編碼中最簡(jiǎn)單的一種。在比特率較低時(shí)增量調(diào)制的量化信噪比高于PCM；增量調(diào)制的抗誤碼好，可用比特率為10-2到10-3的信道，而PCM要求10-4到10-6;增量調(diào)制通常使用單純的比較器和積分器作

50、為編譯碼器（預(yù)測(cè)器），結(jié)構(gòu)比PCM簡(jiǎn)單。在M中量化過程存在斜率過載失真，主要是因?yàn)檩斎胄盘?hào)的斜率過大，調(diào)制器跟蹤不上而產(chǎn)生的。仿真結(jié)果：原始聲音和保存輸出的聲音WO2可以在相應(yīng)的文件夾下試聽。由于聲音信號(hào)比較復(fù)雜，不便于觀察，下面使用100200Hz的掃頻信號(hào)作為輸入，仿真時(shí)間為0.3秒，采樣頻率為100KHz?？捎^察到如下結(jié)果：以上仿真結(jié)果表明，可以用增量調(diào)制實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化。在下面仿真（直接序列擴(kuò)頻）中將使用本方法實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化。由于計(jì)算機(jī)條件的限制。將使用掃頻信號(hào)代替語(yǔ)音信號(hào)。B脈沖編碼調(diào)制（PCM）PCM即脈沖編碼調(diào)制，在通信系統(tǒng)中完成將語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化功能。PCM的實(shí)現(xiàn)主要包

51、括三個(gè)步驟完成：抽樣、量化、編碼。分別完成時(shí)間上離散、幅度上離散、及量化信號(hào)的二進(jìn)制表示。根據(jù)CCITT的建議，為改善小信號(hào)量化性能，采用壓擴(kuò)非均勻量化，有兩種建議方式，分別為A律和律方式，我國(guó)采用了A律方式，由于A律壓縮實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，常使用 13 折線法編碼,采用非均勻量化PCM編碼示意圖見下圖。PCM原理框圖下面將介紹PCM編碼中抽樣、量化及編碼的原理：(a) 抽樣所謂抽樣，就是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行周期性掃描，把時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間上離散的信號(hào)。該模擬信號(hào)經(jīng)過抽樣后還應(yīng)當(dāng)包含原信號(hào)中所有信息，也就是說能無失真的恢復(fù)原模擬信號(hào)。它的抽樣速率的下限是由抽樣定理確定的。(b) 量化從數(shù)學(xué)上來看，量化就

52、是把一個(gè)連續(xù)幅度值的無限數(shù)集合映射成一個(gè)離散幅度值的有限數(shù)集合。如圖2所示，量化器Q輸出L個(gè)量化值，k=1，2，3，L。常稱為重建電平或量化電平。當(dāng)量化器輸入信號(hào)幅度落在與之間時(shí)，量化器輸出電平為。這個(gè)量化過程可以表達(dá)為： 模擬入量化器量化值這里稱為分層電平或判決閾值。通常稱為量化間隔。圖2 模擬信號(hào)的量化模擬信號(hào)的量化分為均勻量化和非均勻量化。由于均勻量化存在的主要缺點(diǎn)是：無論抽樣值大小如何，量化噪聲的均方根值都固定不變。因此，當(dāng)信號(hào)較小時(shí)，則信號(hào)量化噪聲功率比也就很小，這樣，對(duì)于弱信號(hào)時(shí)的量化信噪比就難以達(dá)到給定的要求。通常，把滿足信噪比要求的輸入信號(hào)取值范圍定義為動(dòng)態(tài)范圍，可見，均勻量化

53、時(shí)的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍將受到較大的限制。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，實(shí)際中，往往采用非均勻量化。非均勻量化是根據(jù)信號(hào)的不同區(qū)間來確定量化間隔的。對(duì)于信號(hào)取值小的區(qū)間，其量化間隔也??；反之，量化間隔就大。它與均勻量化相比，有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。首先，當(dāng)輸入量化器的信號(hào)具有非均勻分布的概率密度（實(shí)際中常常是這樣）時(shí)，非均勻量化器的輸出端可以得到較高的平均信號(hào)量化噪聲功率比；其次，非均勻量化時(shí)，量化噪聲功率的均方根值基本上與信號(hào)抽樣值成比例。因此量化噪聲對(duì)大、小信號(hào)的影響大致相同，即改善了小信號(hào)時(shí)的量化信噪比。實(shí)際中，非均勻量化的實(shí)際方法通常是將抽樣值通過壓縮再進(jìn)行均勻量化。通常使用的壓縮器中，大多采用對(duì)數(shù)式壓縮。廣泛

54、采用的兩種對(duì)數(shù)壓縮律是壓縮律和A壓縮律。美國(guó)采用壓縮律，我國(guó)和歐洲各國(guó)均采用A壓縮律，因此，PCM編碼方式采用的也是A壓縮律。所謂A壓縮律也就是壓縮器具有如下特性的壓縮律：A律壓擴(kuò)特性是連續(xù)曲線，A值不同壓擴(kuò)特性亦不同，在電路上實(shí)現(xiàn)這樣的函數(shù)規(guī)律是相當(dāng)復(fù)雜的。實(shí)際中，往往都采用近似于A律函數(shù)規(guī)律的13折線（A=87.6）的壓擴(kuò)特性。這樣，它基本上保持了連續(xù)壓擴(kuò)特性曲線的優(yōu)點(diǎn)，又便于用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)中所用到的PCM編碼正是采用這種壓擴(kuò)特性來進(jìn)行編碼的。圖3示出了這種壓擴(kuò)特性。下表列出了13折線時(shí)的值與計(jì)算值的比較。表中第二行的值是根據(jù)時(shí)計(jì)算得到的，第三行的值是13折線分段時(shí)的值。可見，13

55、折線各段落的分界點(diǎn)與曲線十分逼近，同時(shí)按2的冪次分割有利于數(shù)字化。(c) 編碼所謂編碼就是把量化后的信號(hào)變換成代碼，其相反的過程稱為譯碼。當(dāng)然，這里的編碼和譯碼與差錯(cuò)控制編碼和譯碼是完全不同的，前者是屬于信源編碼的范疇。在現(xiàn)有的編碼方法中，若按編碼的速度來分，大致可分為兩大類：低速編碼和高速編碼。通信中一般都采用第二類。編碼器的種類大體上可以歸結(jié)為三類：逐次比較型、折疊級(jí)聯(lián)型、混合型。在逐次比較型編碼方式中，無論采用幾位碼，一般均按極性碼、段落碼、段內(nèi)碼的順序排列。下面結(jié)合13折線的量化來加以說明。在13折線法中，無論輸入信號(hào)是正是負(fù)，均按8段折線（8個(gè)段落）進(jìn)行編碼。若用8位折疊二進(jìn)制碼來表示輸入信號(hào)的抽樣量化值，其中用第一位表示量化值的極性，其余七位（第二位至第八位）則表示抽樣量化值的絕對(duì)大小。具體的做法是：用第二至第四位表示段落碼，它的8種可能狀態(tài)來分別代表8個(gè)段落的起點(diǎn)電平。其它四位表示段內(nèi)碼，它的16種可能狀態(tài)來分別代表每一段落的16個(gè)均勻劃分的量化級(jí)。這樣處理的結(jié)果，8個(gè)段落被劃分成27128個(gè)量化級(jí)。段落碼和8個(gè)段落之間的關(guān)系如表2所示；段內(nèi)碼與16個(gè)量化級(jí)之間的關(guān)系見上表。PCM編譯碼器的實(shí)現(xiàn)可以借鑒單片PCM編碼器集成芯片，如：TP3067A、CD22357等。單芯片工作時(shí)只需給出外圍的時(shí)序電路即可實(shí)現(xiàn)。PCM編碼器模塊（左半部分）由信號(hào)源、瞬時(shí)