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基于Matlab的DSCDMA系统仿真与分析——.doc
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基于Matlab的DSCDMA系统仿真与分析——.doc
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目录
摘 要 ..............................................................................I
Abstract...........................................................................II
第一章 概述 ..........................................................................1
1.1 研究背景 .....................................................................1
1.2 研究现状 .....................................................................1
1.3 研究内容和目的 ...............................................................2
1.4 论文组织结构 .................................................................3
第二章 CDMA 技术 ......................................................................4
2.1 多址技术 .....................................................................4
2.2 CDMA 的基本概念 ..............................................................5
2.3 CDMA 的优点 ..................................................................5
2.4 CDMA 的关键技术 ..............................................................6
第三章 直接序列扩频通信技术 ..........................................................7
3.1 扩频技术 .....................................................................7
3.2 直接序列扩频的理论基础 .......................................................7
3.3 直接序列扩频通信系统 .........................................................8
3.4 直接序列扩频技术的优点 .......................................................9
第四章 DS-CDMA 系统 ..................................................................11
4.1 DS-CDMA 的系统模型.........................................................11
4.2 PN 码技术 ...................................................................11
4.2.1 m 序列 .................................................................13
4.2.2 Gold 序列 .............................................................13
4.2.3 Walsh 序列 ............................................................14
4.3 信道编码技术 ................................................................14
4.3.1 卷积码 .................................................................15
4.3.2 交织编码 ...............................................................17
4.4 信号调制解调技术 ............................................................17
4.4.1 QPSK 调制 ..............................................................17
4.4.2 QPSK 解调 ..............................................................18
4.5 PN 码的捕获与跟踪 ............................................................18
4.5.1 捕获 ...................................................................19
4.5.2 跟踪 ...................................................................20
4.6 抽样判决 ....................................................................20
第五章 DS-CDMA 系统仿真与实现 .......................................................21
5.1 软件仿真环境 ................................................................21
5.2 DS-CDMA 系统仿真模型 .......................................................21
5.3 仿真与分析 ..................................................................21
5.3.1 仿真结果 ...............................................................21
5.3.2 结果分析 ...............................................................24
第六章 总结与展望 ...................................................................26
致谢 ................................................................................27
参考文献 ............................................................................28
第二章 CDMA 技术
2.1 多址技术
在卫星通信和地面移动通信系统中,常常有很多用户需要同时通信,这其中也包含了用户间的
相互通信。为使用户能同时接入系统,如何用适当的方式合理的把系统的各种资源分配给每个用户
尤其重要。多址技术就是利用信号分割原理,用时间、频带、空间和码型等参数把时间、频率、空
间和码型资源分成若干个相互(准)正交的子空间,即信道。给通信的用户用适当的方式分配他们需要
的信道,如预分配、按需分配和自适应分配等。根据当时的技术水平,各种多址方式可以将特殊的、
有限的资源充分利用,达到减小相互干扰的效果以满足业务需求。
在移动通信系统中一般采用三种多址方式:频分多址、时分多址、码分多址。如图 2-1 所示。
图 2.1 三种多址方式
1.频分多址(FDMA):发端正交分割发送信号的频率参量,产生许多互不相叠的频带。收端通过
频率的正交性选择(滤波)选出混合信号中的相应信号。在 FDMA 系统中,分成的若干个信道都会
分别占用一个载频,但是由于频谱有限,为了增加信道数量,系统只能让频谱间隔变窄。每个信道
的载波只能支持连接单个电路,所以 FDMA 一般只能在窄带系统中实现。由于一路信号只能由一个
信道传送,信号速率远低于多径时延扩展所限定的速率,所以传输数字信号的码间干扰极小。同时
接收机和发送机的设备数量必须一致,还需要天线共用器,易产生信道间的互调干扰。在越区切换
时必须中断数据传输让频率切换到另一频率上去,这样容易时数据传送时的数据丢失。
2.时分多址(TDMA):发端正交分割发送信号的时间参量,产生许多互不重叠的时隙。收端通过
时间的正交性选择(选通门)选出混合信号中的相应信号。TDMA 系统需要较高的同步开销,语音
编码速率远小于突发传送速率,所以系统的正常工作必须用到同步技术。发射信号速率的加大会使
码间串扰加大,所以为补偿传输失真必须采用自适应均衡。TDMA 系统中的越区切换较 FDMA 相对
简单,它利用空闲时隙监测无信息传送的基站使之不中断传输就可以保证切换且传输数据也不易丢
失。
3.码分多址(CDMA):发端用相互(准)正交且不相同的地址码调制发送的信号。收端通过地址
码的(准)正交性识别(相关检测)混合信号中的相应信号。CDMA 技术较上两种多址技术有更多
的优势,下节会着重介绍 CDMA 技术。
在实际应用中,还存在着其他的多址技术,例如:空分多址(Space Division Multiple Access,SDMA)
和空分复用(Space Division Multiplexing,SDM),其中空分多址一般都与其他多址方式混合使用。
2.2 CDMA 的基本概念
码分多址技术的原理基于扩频通信技术,就是将需传输的具有某种信号带宽的信息数据,用一个带
宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制,使原数据信号的带宽被扩展,再经载波调制并发送出去
[6]
。接收端使用完全相同的伪随机码,与接收的带宽信号作相关处理,把宽带信号换成原信息数据的窄
带信号即解扩,以实现信息通信
[7]
。
CDMA 移动通信系统是以扩频调制技术和码分多址接入技术为基础的数字蜂窝移动通信系统。
它为每个用户分配各自特定的地址码,通过公共信道来传递信息。每个用户有自己的地址码,地址
码是几乎正交且互相独立、互相不影响的。虽然信息传输要考虑通信资源包括:频率、时间和空间
的因素,但 CDMA 技术可以让用户拥有不同的地址码,所以在这些方面通信是可以重叠的。又因其
互相关性很小,所以很容易被区分开来。码分多址技术包含两个技术:码分技术,其基础是扩频技
术;多址技术。在此基础上又吸收了其他一些关键技术,形成了现今 CDMA 通信系统的技术支撑。
2.3 CDMA 的优点
CDMA 通信系统相对于其它通信系统具有以下的突出优势:
1.通信容量大
从理论上分析,信道特性完全由信道容量决定,实际上理想情况很难达到,所以不同的信道使
用了不同的多址方式,从比较中发现 CDMA 系统容量要比其它的多址技术大。CDMA 是干扰限制
性系统,系统容量可以从任何干扰减少的条件下获得提高。这并不是因为 CDMA 技术本身的优异性,
而是在 CDMA 系统中可以采用很多新技术以提高系统容量,例如:纠错编码、功率控制、扇区划分、
高效频率复用、分集接收、变速率话音编码或话音激活等。
2.信号功率谱密度低
在 CDMA 系统中,功率谱密度大幅降低,这是因为信号在比自身频带宽度宽的多的频带范围上
扩展。基于这项技术特点,系统获得了很强的抗窄带干扰能力和更高的频谱资源利用率。
3.具有软容量
在一个时分多址或频分多址系统中,若此时全部时隙或频道被占满,系统中就不能再多容纳任
何一个新用户的加入,然而在 CDMA 系统中用户数量和系统容量之间存在“软”关系,即使用户数达
到饱和,系统依旧允许个别用户的加入,且这样不会对系统性能有太大的影响。这是因为 CDMA 系
统在指定的干扰电平下是一个干扰受限系统。每当达到业务高峰期,系统就允许误码率增加一个小
小的数值,从而增加了忙时可用信道数,虽然话音质量有略微下降但完全不会出现阻塞。在 CDMA
系统中,随着用户数的增多,背景噪声也会随之增多,这样就会使话音质量下降。多小区之间自动
均衡话务量和干扰,且能在保持高质量通话的同时又控制住用户的信号强度,以达到容纳更多的用
户的目的。
4.具有软切换特点
CDMA 系统中小区都是用相同的频率,它较于 FDMA 和 TDMA 系统的不同在于过区切换是在
中断前切换,而后两者是中断后切换。前者的优势在于切换过程中不会影响到用户的呼叫,极大地
降低了呼叫中断的可能。这种在通信系统中的切换过程比较平滑,所以称之为软切换。由于软切换
不改变频率而只改变扩频码,使得系统更容易控制和管理。
5.扩容方便
FDMA 系统在扩容时需要对频率进行配置,而 CDMA 各小区使用的是相同的频率,无需进行频
率配置。在扩容时,CDMA 系统不用改造现有的系统就可以适应新的频率安排,减少了系统扩容需
要进行的工作。
2.4 CDMA 的关键技术
1.功率控制技术
功率控制技术部是 CDMA 系统最核心的技术
[8]
。由于 CDMA 系统中用户都是用相同的频率和
带宽,因此“远近效应”也别明显。功率控制就是用来克服此效应,在不对用户产生干扰的条件下提
高系统的通信质量。实际的 CDMA 系统存在着系统自扰,这表示它不但受到周围基站的影响还受到
自身基站的干扰,功率控制技术能有效的解决以上问题。
2.Rake 接收技术
由发射机发出的信号在经过不同地形或障碍物后会发生不同程度的延迟,形成多径信号。在接
收端可以讲这些不同路径的信号区分开来,这些信号经过不同的延迟线合并对齐,就把本是干扰的
信号变成了有用信号。
3.软切换技术
移动台如果与两个基站同时连接时进行的切换称为软切换。在系统中软切换可以减少对于其它
小区的干扰,并通过宏分集还可以改善性能。
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oligaga
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