通信系统中的接入信道部分进行仿真与分析

由天下分享时间：2025/1/3 6:53:56 加入收藏我要投稿点赞

通信系统中的接入信道部分进行仿真与分析

CDMA技术是当前无线电通信，尤其是移动通信的主要技术，不论是在中国已经建立的IS-95规范的中国联通CDMA网、各大移动通信运营商正准备实验及建立第三代（3G）系统还是大设备研发商已经在开发的三代以后（也称为4G）更宽带宽的移动通信系统，CDMA都是主要的选择。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。其反向链路有接入信道和反向业务信道组成。接入信道用于短信令消息交换、能提供呼叫来源、寻呼响应、指令和注册。

本设计选取CDMA通信系统中的接入信道部分进行仿真与分析。首先，通过学习相应的理论知识，熟悉接入信道实现的过程，对每一步的原理有了较深的理解，同时，也对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，然后运用MATLAB软件对接入信道部分进行设计，并逐步地对各个模块进行分析、仿真与验证。目的是通过毕业设计工作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。

前言 ………………………………………………………………..……..4 1 设计总体框架 ……………………………………………………..……5 2 设计各个部分原理知识介绍 ………………………………………..…6 2.1 卷积编码……………………..………………………………………..…..7 2.2 交织技术介绍………………………..………….…………………………9 2.3 沃尔什函数说明………………………………..….………………………11 2.3.1 沃尔什函数特性说明………………………….…………………...……11

2.3.2 沃尔什函数的产生方法介绍……………………………………………..13 2.4 长码的实现……………………………………………………………….15 2.6 PSK和OQPSK调制…………………………………………………………18 2.7 短码的实现……………………………………………………….……….20

3 MTALAB软件中的SIMULINK的简介…………………………….………20 4 设计仿真、分析与验证……………..………………………….……….22 4.1 设计总体模块构造…………………………..…………………….……….22 4.2 对各个模块进行分析与验证 ………………………………….……………23 4.2.1 源中部分（subsystem1）设置、说明与分析……………………………...24

4.2.2 对卷积编码器和重复模块的设置、说明与分析 …………………………27 4.2.3 对子系统Subsystem2（块交织器）模块的设置、说明与分析 ……………30 4.2.4 沃尔什调制器输出与长码输出及其异或验证…..………………….………40 4.2.5 I路和Q路的输出验证与分析……………………………………………46

5.经验总结…………………………………………………………………..49

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内外已获得了广泛应用。20世纪90年代又出现了码分多址(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，在一定范围内，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 总体实现框架说明

接入信道数据以每

毫秒

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,如图所示。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3×4.8=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2×14.4=3×9.6=28.8ksps，和反向业务信道达最高数据率9600bit/s的数据进入交织器时的速率一样。交织方案是读入一帧的数据（28.8×20=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2^6=64阶沃尔什序列Hi中的一个。选择时要按下列准则来计算序号i：

i?c0?2c1?4c2?8c3?16c4?32c5

这里的i是64×64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比特模板序列进行内积来产生的.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及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表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

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

比特的速率产生，因为

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 μs PN码片/码符号 42.67 PN码片/模符号 256

PN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内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k

卷积码(n，k,m)指定的码率为：R=k/n,编码器级数为m=K—1，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方式描述：

(j)(j)(j)(j)g?(g,g,...,gii,0i,1i,n)

其中j＝1，2，…，k表示输入端数,j＝1，2，…，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：

m(j)j)gi(D)??gi(,?D???0其中D是时延操作符，每一项D的幂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

(i)(i)(j)(j)d(i)?(d0,d1(i),d2,...)编码器1比特，那么编码器输出序列c(j)?(c0,c1(j),c2,...)可以

通过合并d(i)和g(j)离散卷积得到，即：