基于systemview的ds-cdma系统仿真

基于systemview的ds-cdma系统仿真内容摘要：

DSCDMA 技术遵循 ITU规定的 IMT2020 规格，并以 WCDMA 方式为基础的一种通信技术。 该技术能够利用 5MHz 的信道提供高达 2Mbps 的数据速度，同时能够扩大系统容量，提高通话时的语音质量，降低通话的掉线率，支持 IP 数据服务。 DSCDMA 技术除了能提供窄带业务 (如话音业务 )之外，还能提供多种用户速率通信、 VOD 带宽的能力，以及根据不同业务提供不同服务等级的能力。 在 CDMA 标准中， DSCDMA技术是其中的重要部分，是实现无线多媒体通信的关键。 DSCDMA 技术最早起源于欧洲和日本的第三代无线研究活动， GSM 的巨大成功对第 三代系统在欧洲的标准化产生重大影响。 在 1996 年，日本推出了一套 DSCDMA 的实验系统方案，并得到了当时世界上主要的移动设备制造商的支持。 1998 年 12 月成立的3GPP（第三代伙伴项目）极大地推动了 DSCDMA技术的发展，加快了 DSCDMA的标准化进程，并最终使 DSCDMA 技术成为 ITU 批准的国际通信标准。 DSCDMA 基于 ANSI41 核心网，它使用新的频带，采用 FDD 工作方式，码片速率为。 DSCDMA 有更大的覆盖范围，采用自适应天线及多用户检测等新技术，并可支持频率间切换。 由 DSCDMA 技术组成的通信系统通常包括无线基地局装置、无线网络控制装置、多媒体信号处理装置。 DSCDMA 系统的湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 9 空中连接采用 5MHz、 10MHz 或 20MHz 的无线信道。 DSCDMA 系统的抗干扰性 ， 现代电子技术的高速发展，空间电磁环境日益复杂，频道相对拥挤，在军事通信中，更加面临着各种人为干扰。 为了增强通信系统的可靠性，增加信道容量，人们采用码分多址技术进行扩展频谱通信。 与常规通信相比， DSCDMA 系统具有高处理增益，提高了系统的抗干扰能力，处理增益 GP 可表示为： P 越大则系统抗干扰能力越强。 在工程应用 中， GP 不可能无限增大，又因为器件的非线性及码元跟踪误差导致信噪比损失，所以扩频接收机实际上容许输入的干扰与信号功率比，较干扰容限还要低。 并且 DSCDMA 系统本身存在多址干扰，因此，必须采取一些抑制干扰的措施以增强系统的可靠性。 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 10 第三章 直接序列扩频系统与 CDMA 模板 直接序列扩频系统模块 扩频技术的理论基础 扩频是要把待发送的信号扩展到一个很宽的频带上，然后再发送出去，系统的射频带宽远远超过了信号的速率，一般情况下为信号速率的 100 多倍。 扩频通信之所以用成百倍的带宽来传输信号，完全 是基于著名的香农定理。 香农(shannon)定理指出 :在高斯白噪声干扰条件下，通信系统的极限传输速率 (或称信道容量 )为： 2 (1 )( / )SC B lo g b sN （ ） 式中， B 为信道带宽； S 为信号平均功率； N 为噪声功率。 若白噪声的功率谱密度为 no，声功率 N=noB，则信道容量 C 可表示为 2 0(1 ) /SC Blo g b snB （ ） 由 式 ()可以看出， B、 no、 S 确定后，信道容量 C 就确认了。 由 shannon第二定理知，若信源的信息速率 R 小于或等于信道容量 C，通过编码，信源的信息能以任意小的差错概率通过信道传输。 为使信 源 产生的信息以尽可能高的信息速率通过信道，提高信道容量是人们所期望的。 由 shannon 公式可以看出： ⑴ 要增加系统的信息传输速率，则要求增加信道容量。 增加信道容量的方法可以通过增加传输信号带宽 B，或增加信噪比 S/N 来实现。 由式（ ）可知， B与 C 成正比，而 C 与 S/N 呈对数关系，因此，增加 B 比增加 S/N 更有效。 ⑵ 信道容量 C 为常数时，带宽 B 与信噪比 S/N 可以互换，即可以通过增加带 宽 B 来降低系统的信噪比 S/N 的要求。 也可以通过增加信号功率，降低信号的带宽，这就为那些要求小的信号带宽的系统或对信号功率要求严格的系统找到了一个减小带宽或降低功率的有效途径。 ⑶ 当 B 增加到一定程度后，信道容量 C 不可能无限地增加。 由式（ ）可知，信道容量 C 与信号带宽成正比，增加 B，势必会增加 C，但当 B 增加到一定 程度后， C 增加缓慢。 由式（ ）知，随着 B 的增加，由于噪声功率 N=n0B，因而 N 也要增加，从而信噪比 S/N 要下降，影响到 C 的增加。 考虑极限情况，这里令 B ,来看 C 的极限，对式（ ）两边取极限，有： 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 11 2 0lim lim (1 )BB SC B lo g nB    （ ） 考虑到极限： 221l im (1 ) 1 .4 4x lo g x lo g ex    （ ） 令 x=S/n0B，对式（ ）有： 0 220 0 0l im l im [ ( 1 ) ] ( )BBn B S S SC lo g lo g eS n B n n       （ ） 故有： 0lim SC n  （ ） 由此可见，在信号功率 S 和噪声功率谱密度 n0一定时，信号容量 C 是有限的。 由上面的结论，可以推导出信息速率 R 达到极限信息速率，即 R=Rmax=C，且带宽 B 时，信道要求的最小信噪比 Eb/n0 的值。 Eb 为码元能量， S=EbRmax=C，由式（ ）知： m a x 0lim 1 .4 4B SCR n  （ ） 可得： 0 0 m ax 4bESn n R （ ） 由此可得信道要求的最小信噪比为： m i n0 1( ) 0 .6 9 4 1 .61 .4 4bE dBn      （ ） 扩频通信的基本原理 扩频通信是一种二次调制技术 [1]，其基本原理如图 所示。 信息数据 D 先通过常规的载波调制变成带宽为 B1 的信号，然后用扩频序列发生器产生的伪随机 (Pseudo Noise， PN 码 )序列作扩频调制，形成带宽为 B2(B2B1)功率谱密度极低的扩频信号后再发射。 信息数据 D 也可先经伪随机码扩 频，然后再经载波调制。 众多的通信用户使用各自不同的伪随机码，可以载同一频带内同时传输。 在接收端，须用与发送端相同的伪随机码作扩频解调处理，把宽带信号恢复成窄带信号（解扩），并用常规的信号处理方法解调出信息数据 D。 显然，当接收端不湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 12 知道发送端使用的伪随机码时，要进行解扩是非常难甚至是不可能的。 这样就实现了信息数据的保密通信。 当接收端采用对应的伪随机码接收某一扩频信号时，通信信道中其它的扩频信号在接收端的解扩相关处理器中无信号输出，不会对该扩频信号的解扩解调产生干扰。 这样，不同用户的接收端使用不同的伪随机码作解扩 处理，就可得到相应的信息数据，实现多用户（或多址）通信。 信 息 调 制 扩 频扩 频 序 列 发 生 器解 扩 解 调 信 息 接 收扩 频 序 列 发 生 器同 步 电 路D 1B 2B 2B 1B D 图 扩频通信的基本原理 图 中，扩频处理通常采用模 2 加的方法，即将信息码序列与扩频码序列作模 2 加运算得到频谱被扩展的信号，它与扩频码序列一样是速度比信息码序列高得多的高速率比特流，扩频的过程如图 所示。 在解扩处理中，用原来的扩频码序列与接收到的数据流进行模 2 加运算，从而恢复出原信息码序列。 解扩的过程如图 所示。 扩频和解扩的过程类似于扰码，关键是扩频与解扩使用的是同样 的扩频码序列，解扩所需的扩频码序列由码元同步电路产生。 +信 息 码 序 列扩 频 码 序 列扩 频 结 果 图 扩频处理示意图 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 13 解 扩 结 果扩 频 码 序 列接 收 信 号+ 图 解扩处理示意图 扩频码序列与扩频 Shannon 编码定理指出：只要信息速率 Ra 小于信道容量 C，则总可以找到某种编码方法，使在码字相当长的条件下，能够几乎无差错地从遭受到高斯白噪声干扰的信号中复制出原发送信息。 这里有两个条件：一是 R0 C，二是编码字足够长。 Shannon 在证明编码定理的时候，提出了用具有白噪声统计特性的信号来编码。 白噪声是一种随机过程，它的瞬时值服从正态分布，功率谱在很宽的频带内都是均匀的，它有极其优良的相关特性。 由于都无法实现对白噪声的放大、调制、检测、同步及控制，而只能用具有类似于带限白噪声统计特性的伪随机码来近似它，并作为扩频系统的扩频码 [2]。 扩频码也称为伪随机码或 PN 码，它是一串高码率的窄脉冲随机序列。 从理论上说，用纯随机序列去扩展信号频谱是最理想的。 但在接收机中为了解扩应当有一个同发送端扩频码同步的副本。 工程上常用二元 {0， 1}序列来产生伪噪 声码，伪随机序列具有貌似高斯噪声的性质，并且接近高斯随机变量 [1]。 故它是周期性的有规律的，既容易产生，又可以加工和复制。 它具有如下特点 : ⑴每一周期内“ 0”和“ 1”出现的次数近似相等。 ⑵每一周期内，长度为 n 比特的游程出现的次数比长度为 n+1 比特的游程出现的次数多一倍。 (游程是指相同码元的码元串 ) ⑶序列应具有良好的自相关性。 即 /2/201( ) l im ( ) ( ) 0Ta TT f t f t d tT       ， 当 0常 数 ， 当 （ ） 其中 ()a的大小可 用来表征 f(t)与自身延迟后的 ()ft 的相关性，故称为自相关函数。 式中 f(t) 为信号的 ()a时间函数， 为时间延迟。 需要说明的是，由自相关函数也可以看出扩频码序列的互相关性很弱，这也就是其它扩频码无法解湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 14 扩出信号的原因。 直序扩频系统的调制 直接序列扩频调制就是用高速率的伪噪声码序列 (扩频码序列 )与信息码序列模二加 (波形相乘 )的复合伪码序列去控制载波的相位 (PSK)而获得直接序列扩频信号。 在数字载波通信中，被调制的 载波一般都是正弦波，其参数即幅度、频率和相位 3 个，因此数字载波通信系统的调制方式有幅移键控（ Amplitude Shift Keying,ASK）、频移键控（ Frequency Shift Keying,FSK）、相移键控（ Phase Shift Keying,PSK） .在三种调制方式中 ,PSK 的误码率最低 [3]，抗干扰能力最强，故一般情况下，扩频系统均采用 PSK 调制。 设载波为，伪码信号为 C（ u， t），则调制 Acosw0t 波为 : 0( ) ( , )f t AC u t cos w t （ ） 其中， A为载波幅度， w0为载波的角频率。 如果作二进制相移键控（ 2PSK）调制时，则调相波可表示为： 0( ) [ ( , ) ]f t Ac os w t C u t （ ） 式中 ( , )Cut 是已调相波相位的变化，  是调制系数 (即对应载波的最大相移 )。 在本系统实现所涉及到的二相调制中，  ， C（ u， t）是二进制伪码序列。 若规定二 进制序列中取“ 0”码时， ( , ) 0 0C u t  ；取“ 1”码时， ( , ) 1C u t    ，则有： 00c o s , ( , ) 0( ) = c o s , ( , ) 1A w t C u tft A w t C u t 当 取 “ ” 时当 取 “ ” 时 （ ） 显然，这样一个调制信号可等效为一个只取士 1 的二值波形对载波进行的抑载波双边振幅调制信号，也就是平衡调制信号 ( ) , ) c osf t C u t w t 0=( （ ） 其中： 1 , 1( , ) 11C u t  当 二 进 制 序 列 取 “ ” 时， 当 二 进 制 序 列 取 “ ” 时 （ ） 实际上直接序列扩频调制产生的 2PSK 信号就是式（ ）的模式。 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 15 DSCDMA 系统模块设计 CDMA 系 统 与 目 前 广 为 使 用 的。