The CDMA （Code Division Multiple Access）technology, is multi-sites connection technology based on the wide frequency communications. The CDMA multi-sites technology completely adaptes to the high request of modern mobile communications, such as large capacity, high grade, the comprehensive service, the soft cut etc，and it will be the most important develop direction.
This article carries on a description of the CDMA communications system essential elements, pivotal technology and the characteristic, mainly introduces the address choice, the wide frequency system characteristic, the power controlling, the RAKE receiving, the CDMA diversity receiving, the soft cut and so on, it especially disscusses the channel structure and parameter of the Q-CDMA digital cellular mobile communications system wireless channel.Then it carries on a introduction to the simulation tool -SystemView . On this foundation,it has simulated the baseband system of CDMA downlink,the uplink Access Channel and the downlink Traffic Channel,making use of Systemview.It has designed the concrete communications system model.In the model design process, it has given a specific explanation and analysis to the goal of model designning, the concrete structure composition, the simulation flow as well as the simulation results.

KEY WORDS: CDMA，SystemView Simulation，uplink，downlink

目 錄

摘 要 II
ABSTRACT III
第一章 緒論 1
1.1通信系統仿真的背景和意義 1
1.2 CDMA通信系統的發展概況 1
1.3 課題要求與本文的主要工作安排 4
第二章　CDMA基本理論和開發工具的選擇 5
2.1 CDMA通信系統介紹 5
2.1.1 CDMA通信基本原理 5
2.1.2 CDMA的技術特點 6
2.1.3 地址碼的選擇 7
2.2 CDMA通信系統的關鍵技術 8
2.3 IS-95 CDMA系統無線鏈路的理論基礎 11
2.3.1 下行鏈路 11
2.3.2 上行鏈路 13
2.4 開發工具的選擇 14
2.5 Systemview的簡單介紹 15
第三章 CDMA（IS-95）下行鏈路業務信道的仿真研究 17
3.1 下行鏈路業務信道結構 17
3.2 下行鏈路業務信道仿真方案設計及模塊參數設置 18
3.3 系統的調試及仿真結果分析 20
第四章 CDMA(IS-95)上行鏈路接入信道的仿真研究 23
4.1 上行鏈路接入信道介紹 23
4.2 上行鏈路接入信道仿真方案設計及模塊參數設置 24
4.3 系統的調試及仿真結果分析 27
第五章 IS-95 CDMA下行鏈路基帶系統的仿真研究 30
5.1 下行鏈路基帶系統的結構 30
5.2 下行鏈路基帶系統仿真方案設計及模塊參數設置 31
5.2.1 發送部分 31
5.2.2 接收部分 32
5.3系統的調試及仿真結果分析 34
第六章 結論 37
6.1課題工作總結 37
6.2設計過程中出現的問題及解決方法 38
致 謝 39
參考文獻 40

摘 要

CDMA (Code Division Multiple Access，碼分多址) 技術,是以擴頻通信為基礎的多址連接技術。CDMA多址技術完全適合現代移動通信網大容量、高質量、綜合業務、軟切換等高性能要求，是現代通信技術的重要發展方向。
本文對CDMA蜂窩通信系統的基本原理，特點和關鍵技術進行詳細描述，主要介紹了地址碼選擇，擴頻系統特征，功率控制，RAKE 接收，CDMA的分集接收、軟切換等，特別對Q-CDMA數字蜂窩移動通信系統的無線信道的結構，參數，信號的設計等進行詳細的討論，并對仿真工具SystemView進行了介紹。在此基礎上利用SystemView強大的仿真功能分別對CDMA下行鏈路基帶系統、上行鏈路接入信道及下行鏈路業務信道建立模塊進行模擬仿真，設計了具體的通信系統模型。在模型的設計過程中，對模型設計的目的，具體的結構組成，仿真流程以及仿真結果都給出了具體詳實的說明和分析。

關鍵詞：CDMA，SystemView仿真，上行鏈路，下行鏈路

ABSTRACT

第一章 緒論

1.1通信系統仿真的背景和意義
近幾十年來，通信系統的規模和復雜度以前所未有的速度增長，使得對通信系統的分析、設計要耗費更多的時間、人力和物力。現有的通信系統是十分復雜的，主要體現在系統的構成復雜、系統內各模塊之間的聯系復雜、以及外部環境對系統的影響難于把握。這使得系統分析、設計人員在對系統進行研究時，如果僅靠數學分析的方法，得出的結論往往和實際相差較遠有時還受限于現代數學發展水平，甚至無法進行數學分析。
在這種情況下可以有兩種選擇，一種是做出實際的系統，另一種采用計算機仿真的方法來模擬這個系統。顯然，前者是高風險、高代價、周期長。相比之下，計算機仿真所特有的低風險、低代價、高速度的優點必將受到人們的重視。
通信系統的計算機仿真是指系統分析、設計人員根據通信系統組成模塊的物理含義，建立數學模型，然后根據這些模型來編制仿真程序，利用計算機再現系統的運行狀態，以此來研究和分析系統特性。通信系統的仿真程序主要任務是處理傳遞于系統內各模塊之間的”波形”和分析仿真所得的數據。系統分析人員需要對組成通信系統的各模塊(比如:調制器、解調器)以及模塊之間的關系有較深入的認識。但是采用計算機仿真有一個主要的不足，即它的計算量會相當大。有時即使利用當今運行速度最快的計算機來執行仿真程序，其程序運行時間也會是一個天文數字。計算量的多少和系統的復雜度、仿真模型的選取以及仿真方法有關。顯然，仿真模型越精細、潛在的計算量就越大【１】。
通過計算機仿真能更深入地了解CDMA系統的性能，為最終用硬件實現性能更為優越的CDMA系統提供可行的方案。現今通信系統仿真工具種類繁多，比較普遍應用的有MATLAB,SystemView,Simulink等，SystemView是一種比較適合物理模型和數學模型的建模方法的現代通信系統設計、分析和仿真試驗工具，在CDMA系統仿真中經常被使用【２】。
1.2 CDMA通信系統的發展概況
自從 2 0 世紀70年代末出現蜂窩通信以來，世界各地的移動通信業得到了迅猛的發展，蜂窩通信的技術本身也有了長足的進步，移動通信網絡己經從模擬蜂窩網發展到數字蜂窩網。在多址接入技術方面，第一代模擬蜂窩網采用頻分多址(FDMA)方式，在20世紀80年代初使用;80年代后期開發了時分多址(TDMA)體制;進入90年代以后，以GSM為代表的TDMA數字蜂窩網在國內外獲得了廣泛應用。90年代后半期，在頻分多址(FDMA)和時分多址(TDMA)數字蜂窩網的基礎上，碼分多址(CDMA)蜂窩網系統，包括窄帶和寬帶兩類系統，漸露頭角【３】。
以美國 Qualcomm(高通)公司為首的倡導者提出了在蜂窩移動通信系統中采用CDMA技術的系統實現方案。他們通過理論分析和不斷的現場實驗，證明這種蜂窩系統能全面滿足CTIA(美國蜂窩通信工業協會)提出的標準。該系統不僅容量大，而且具有軟容量、軟切換等突出的優點，被認為是移動通信環境下獲得大容量和高質量的一種靈活有利的技術。1998年以后，以IS-95為標準的CDMA商用系統已分別在中國香港、韓國等地區和國家使用，用戶反映良好。1999年11月5日在芬蘭赫爾辛基召開的工TU TG8/1第18次會議上，最終確定了3類(TDMA,CDMA-FDD(頻分復用),CDMA-TDD(時分復用)) 共5種技術作為第三代移動通信的基礎，其中歐洲的WCDMA(寬帶碼分多址)、美國的CDMA 2000和中國的TD-SCDMA(時分-同步碼分多址)是3G的3個主流標準【４】。
1995年，第一個CDMA商用系統運行之后，CDMA技術理論上的諸多優勢在實踐中得到了檢驗，從而在北美、南美和亞洲等地得到了迅速推廣和應用。全球許多國家和地區，包括中國香港、韓國、日本、美國都已建有CDMA商用網絡。在美國和日本，CDMA成為國內的主要移動通信技術。在美國，10個移動通信運營公司中有7家選用CDMA。到今年4月，韓國有60%的人口成為CDMA用戶。為了適應我國移動通信市場的迅猛發展，1999年4月，國務院批準中國聯通統一負責中國CDMA網絡的建設、經營和管理。2000年9月，國家發展計劃委員會、信息產業部下發了《關于啟動CDMA移動通信網絡建設有關事項的通知》，中國聯通CDMA網絡建設計劃正式啟動，由此拉開了CDMA 網絡建設的序幕。
1995 年下半年,原郵電部與部隊方面決定采用800MHz頻率,選定北京、上海、西安、廣州四個城市,建立基于IS-95的CDMA 實驗網。
1995 年底,全球第一個基于IS-95 標準的CDMA 系統在香港投入商用。1997 年底,由電信長城公司負責經營的北京、上海、西安、廣州四個133CDMA 商用實驗網先后宣布開通,并實現了網間漫游。
2000 年2月11日,中興通訊自主開發的CDMA 移動交換系統與愛立信CDMA 基站系統成功對接,基本完成了有效性測試;2000 年下半年向市場推出了CDMA BSS產品。2001 年1 月,中國聯通代表國家與美國高通公司簽署CDMA 知識產權框架協議。
2001 年3 月,中興通訊利用其自主研發的CDMA2000 -1X移動通信系統成功演示了話音、數據與圖像業務的綜合傳送,這是我國第一套實現數據與圖像業務的CDMA 移動通信系統,傳輸速率達144K,標志著國產CDMA 移動通信系統的寬帶化獲得成功。
2001 年8 月29 日上午,信息產業部召開專門會議,公布了國家計委的決定,19 家國內企業被批準有資格生產CDMA終端產品。海信集團在當天下午,舉行新聞發布會,推出中國第一款CDMA 彩屏手機。該款手機除具有輻射低、話質高、通話耗電小等綠色功能外,還具有256 色彩色液晶顯示,獨特的16 和音功能。
2001 年11 月,由華為承建的福建聯通CDMA 智能網工程開通,并且打通了聯通CDMA 全網上第一個預付費業務電話,隨后又同時開通了遼寧、黑龍江兩省的CDMA 智能網。中國電信在CDMA2000 領域已取得一定成就,深圳分公司于2002 年開通2G窄帶的CDMA ,所用系統和終端與聯通還沒有放號的CDMA 網絡完全一樣聯通將在2003 年左右開始對現有網絡進行平滑的過渡,升級到CDMA2000 1x 網絡,這就使得已經在韓國和日本等國家成熟的類似3G初級的新穎業務(如:視頻業務、VOD點播等) 將在不久以后出臺。
到目前為止，部分城市己建立了cdma2000 1X網絡，或正在由IS-95向cdma2000 1X過渡。全國CDMA用戶總數到2002年底己經超過700萬，到2004年5月，己超過2000萬戶。
繼2006年1月20日第三代移動通信（3G）中國標準TD-SCDMA成為我國通信行業標準后，2007年5月初，信息產業部又將歐洲提出的WCDMA和美國提出的CDMA2000頒布為我國通信行業標準。這意味著，我國3G市場化進程又有了實質性突破。TD-SCDMA一直以來被稱為3G的”中國標準”，WCDMA、CDMA2000則分別由歐洲和美國提出。我國將WCDMA、CDMA2000列為通信行業標準，意味著我國政府正在履行”技術中立”的承諾，給各種通信技術以更加開放和充分競爭的市場。相信在我國未來的移動通信市場中，CDMA將扮演著越來越重要的角色。
在亞太和北美地區,CDMA 技術商用化趨勢體現得最明顯。1995年之后,韓國、日本、新加坡、澳大利亞、泰國、印度、新西蘭等許多國家和地區紛紛建立了CDMA 網。截止1999 年12 月底,亞太地區CDMA 總用戶已達到了2800 萬,北美達到了1650 萬。在美國,十大蜂窩移動公司中有七家選用IS - 95 CDMA蜂窩網,占使用總人口的70 %。在GSM占統治地位的歐洲,CDMA 也受到運營商的普遍關注。到2001 年4 月底,CDMA 網絡已在全球35 個國家和地區投入運營,用戶總數達到9000 萬戶。韓國從1994 年開始著手CDMA 技術開發,1996 年1 月在世界上率先開始CDMA 移動電話商用服務;1997 年開始開發IMT- 2000 試驗系統,到2000年8月CDMA 移動電話用戶突破1500 萬,市場占有率為58 %;2000 年9 月成功開發CDMA2000 1X 試驗系統; 2000 年10 月在世界率先開始CDMA2000 1X商用服務。目前,韓國在CDMA 的運營上取得了成功,國內企業自行開發生產系統設備,從而帶動了民族產業的發展,在世界CDMA 的舞臺上占有一席之地。
1.3 課題要求與本文的主要工作安排
本設計要求對碼分多址系統即CDMA通信系統的原理、特點和關鍵技術進行分析，討論CDMA通信系統的參數、系統結構和信號設計，重點掌握信道編碼方法、地址碼選擇、擴頻碼特征和功率控制等。運用SystemView 軟件包仿真CDMA系統的無線接口，主要通過對CDMA下行鏈路基帶系統、上行鏈路接入信道及下行鏈路業務信道建立模塊進行模擬仿真。進行仿真參數的設置及仿真結果分析。
SystemView是一個完整的動態系統設計、分析和仿真的可視化開發環境【５】。本設計方案采用SystemView軟件利用軟件自帶的CDMA擴展庫分別進行各個信道的仿真，通過構建通信系統構成框圖，簡要介紹仿真流程，然后進行模塊的設計和參數的配置，最后進行調試與結果分析。
論文共分六章，第一章介紹了CDMA通信系統仿真背景、要求和意義，CDMA技術的產生，并提出了本論文的主要研究內容和方案介紹。
第二章首先介紹了CDMA通信系統的基本原理及主要特點，接下來對CDMA通信系統的關鍵技術和鏈路組成進行了詳細的描述，最后討論了開發工具的選擇以及SystemView的介紹。
第三、四、五章分別對各個信道進行了仿真，通過仿真方案的設計，參數的配置，并進行調試運行，對仿真運行結果進行分析。
第六章作為結論對本文所做的工作進行了總結，并討論了設計過程中出現的問題及解決方法和這次設計的收獲。

第二章　CDMA基本理論和開發工具的選擇
2.1 CDMA通信系統介紹
2.1.1　CDMA通信基本原理
CDMA(碼分多址　Code Division Multiple Ac2cess) 技術,是以擴頻通信為基礎的多址連接技術。CDMA 多址技術完全適合現代移動通信網大容量、高質量、綜合業務、軟切換、國際漫游等高性能要求。隨著CDMA 技術的不斷完善和某些關鍵技術的解決,以CDMA 多址技術為基礎的第三代移動通信系統( IMT - 2000) 成為現代通信技術的重要發展方向【６】。
CDMA 技術以不同的正交碼序列區分不同的用戶,所以稱為”碼分多址”技術。它是以擴頻通信為基礎的多址連接技術,即用一個帶寬遠大于數據信號帶寬的高速偽隨機序列( PN 碼) 。調制需傳送的數據信號(擴頻) ,使原數據信號的帶寬被擴展,再經載波調制并發送出去。由接收機使用完全相同的偽隨機PN 碼,對接收的寬帶信號作相關處理,把寬帶信號轉換成原信息數據的窄帶信號(解擴) ,實現數據信息通信。接收機產生的相同的偽隨機PN 碼必須與接受信號中包含的偽隨機PN 碼完全同步。因此在發射信息信號前,要先產生一個專門的PN 碼序列(該序列在受到干擾時,接收機仍有較高的識別率) ,用于同步,同步建立后開始通信。在移動通信系統中,許多移動站點要同時通過某一基站與其他移動站點進行通信,而基站則要通過多址技術區分不同的移動站點。
移動通信中的CDMA 技術特征是:通信網內各站點所發射的信號都占用相同的帶寬,發射時間任意,各信號依靠結構上的(準) 正交性(碼型) 來區分。基本調制方法是頻譜展寬調制,發射的調制信號頻譜比信息頻譜大得多。它的抗干擾能力強。首先,非擴頻干擾信號進入接受機,與本站的擴頻碼相乘,干擾功率便被分散在展寬的頻譜上,其落在有效帶寬上的干擾功率大大減小。其次,其他的非本站點的擴頻碼(即使是同一系列的擴頻碼) 干擾進入接收機,經過相關接受,輸出極小或沒有輸出,只有完全同步于PN 序列的本地擴頻碼解擴后才有輸出。第三,擴頻調制使信號帶寬遠大于相關帶寬時,由多徑產生的選擇性衰落的影響大大減弱。
2.1.2 CDMA的技術特點
在移動通信系統中，目前多址方式的基本類型主要有FDMA(頻分多址)、TDMA(時分多址)和CDMA(碼分多址)。
FDMA 是把有限頻率的帶域細分為多個載波。例如,把890MHz～915MHz 的帶寬按每25kHz 的載頻間隔來劃分，這樣我們可以得出890.0125MHz、890.0375MHz 、890.0605MHz……1000 個載波。在FDMA 中，在同一時間一個載波只能供1個用戶使用。目前FDMA 主要應用于模擬通信系統中。
TDMA也是對系統的帶寬加以細分，同時又對每一個載波按時隙劃分，多個用戶共同使用。例如GSM(全球移動通信系統)以200KHz 的頻率間隔劃分載波，每一載波劃分為8 個時隙，供8 個用戶使用。現在我國主要采用TDMA的GSM 系統。
CDMA系統中，不同用戶傳輸信息所用的信號不是靠頻率不同或時隙不同來區分的，而是用各不相同的相互無關的正交碼來區分的。從頻域或時域的角度來看，多個CDMA 信號是互相重疊的。接收機用相關器可以從多個CDMA信號中，選出其中使用預定碼型的信號，而使用其他碼型的信號不能被解調。
與FDMA(頻分多址) 和TDMA(時分多址) 相比,CDMA 具有以下一些獨特的優點。
(1)系統容量大,接通率高。理論上CDMA 移動網的系統容量比模擬網大20 倍,比GSM大5倍以上。已開通的CDMA 系統運行證明,其頻譜利用率為模擬系統的10 倍左右,為GSM 系統的3倍左右。CDMA系統中”處理增益”參數遠遠高于其他系統，再加上CDMA信號占用整個頻段，幾乎是普通窄帶調制效率的7倍，因此綜合來看，對于相同的帶寬，CDMA系統是GSM 系統容量的4-5倍，網絡阻塞大大下降，接通率自然就高了。
(2)系統容量的配置靈活。FDMA(頻分多址) 和TDMA(時分多址) 都存在固定信道分配而使系統容量受限,而CDMA(碼分多址) 為寬帶傳輸,可有效地避免帶寬限制。雖然,用戶數的增加相當于背景噪聲的增加,會造成話音質量的下降,但對用戶數量并無限制,操作者可在容量和話音質量之間折衷考慮。同頻率可在多個小區內重復使用。當同時通信站點減少時,通信質量會自動提高,多小區之間可根據話務量和干擾情況自動均衡。
(3)語音質量高,系統性能質量更佳。聲碼器可以動態地調整數據傳輸速率,并根據適當的門限值選擇不同的電平級發射。同時,門限值可根據背景噪聲的改變而改變。這樣即使在背景噪聲較大的情況下,也可以得到較好的通話質量。
(4)不易掉話。基站是手機通話的保障，當用戶移動到基站覆蓋范圍的邊緣時，基站就應該自動”切換”，從而讓通話繼續進行，否則就會掉話。CDMA 系統切換時的基站覆蓋是”單獨覆蓋一雙覆蓋一單獨覆蓋”，而且是自動切換到相鄰的較為空閑的基站上，也就是說，在確認手機己移動到另一基站單獨覆蓋地區時，才與原先的基站斷開，這樣就保證了手機不會掉話。CDMA 系統采用軟切換技術,”先連接再斷開”,這樣完全克服了硬切換容易掉話的缺點,在切換過程中保證了通話質量的穩定。
(5)頻率規劃簡單。在CDMA 系統中,用戶按不同的、惟一的、特定的偽隨機序列碼區分,所以不相同CDMA 載波可在相鄰的小區內使用。網絡規劃靈活,擴展簡單。
(6)無線發射功率小。由于CDMA 系統采用非常精確的功率控制技術和可變速率聲碼器,因此,基站設備和手機以及將來的便攜式的個人通信器只需很小的發射功率就可以進行正常的通信。通常CDMA手機發射功率僅為0.6mW,和其他制式的手機的發射功率相差近百倍。這意味著手機電池使用壽命延長,可以使用更小的電池,而且,也大大減少手機無線電波對人體的危害。
(7)CDMA移動通信網是由擴頻、多址接入、蜂窩組網和頻率復用等幾種技術結合而成,是含有頻域、時域和碼域三維信號處理的一種協作技術。因此它抗干擾性強,可以克服因多徑傳播造成的選擇性衰變,改善了傳輸性能,保密性亦好;其克服同頻干擾的能力也強,使扇區內、扇區間和小區間都可以同頻復用,提高頻譜效率。
(8)建網成本下降。由于CDMA 系統的容量大,頻率利用率高,因而一定的頻帶內,能容納更多的用戶。又由于CDMA 技術的特點,在覆蓋面積相同的條件下,CDMA 系統要比GSM 系統少建80 %以上的基站,從而使建網成本大幅度下降【７】。
2.1.3 地址碼的選擇
在CDMA蜂窩系統中，在地址碼的選擇上，綜合采用了3種碼【８】。
一種是長度為 215的PN碼，它通過在長度為215-1的m序列14個連”0″輸出后在加入一個”0″來獲得。它用于區分不同的基站信號，不與基站保持同步，但不同基站使用的PN碼序列的相位偏移不同。規定每個基站PN碼的相位偏移只能是64的整數倍，因而有512個值可被不同基站使用。使用相同序列不同相位作為地址碼，便于搜索、同步。
另一種是長度為242-1的偽隨機PN序列。在下行鏈路它用于信號的保密，在上行鏈路它用于區分不同的一移動臺。這樣長的碼有利于信號的保密，同時基站知道特定移動臺的長碼及其相位，因而不需要對它進行搜索、捕獲。上行鏈路的信道由周期為242-1的長PN碼來區分，使用與移動臺有關的公用掩碼產生不同用戶的接入信道長碼。長碼PNA和長碼分別為接入邏輯信道和上行鏈路業務邏輯信道提供碼分物理信道。最多可設置的接入信道數n=32，對應物理信道為PNAn（n=1，2，…，32）。最多可設置的上行鏈路業務信道ｍ＝64，對應的物理信道為PNTm（m=1，2，…，64）。PNAn和PNTm是由42位掩碼確定的。上行鏈路僅包括兩種邏輯信道，即接入信道和業務信道。它們的總信道數（n+m）等于64。
此外，CDMA蜂窩系統將下行鏈路的物理信道劃分為64個邏輯信道，即一個導頻信道、一個同步信道（必要時可改為業務信道，因為移動臺在獲得同步后不需再監聽同步信道）、1-7個尋呼信道（必要時可改為業務信道）和55個下行鏈路業務信道（最多63個）。劃分的方法是在PN序列上再采用Walsh序列對信號進行調制。Walsh函數所生成的Walsh序列長為64chips。正交信號共有64個Walsh序列碼型，記為W0、W1、W2、… W63，可提供64個碼分信道。邏輯信道和碼分物理信道的對應關系為：導頻信道W0,同步信道W32，尋呼信道W1-W7和下行鏈路業務信W8-W31,W33-W63.在業務信道中，含有業務數據和功率控制子信道。前者傳送用戶信息和伴隨的信令信息。由于Walsh序列的正交性，不同信道的信號是正交的，同時區分了不同移動臺用戶。相鄰基站可以使用相同的Walsh序列，這雖然可能不滿足正交性，但可以由PN短碼來區分。由于512個64chips長的Walsh序列恰好等于PN序列的長度，所以在上行鏈路中，Walsh序列用于對信號進行正交碼多進制調制，以提高通信鏈路的質量。
2.2 CDMA通信系統的關鍵技術
1.功率控制技術
CDMA在同一時間內使用同一頻率，僅以不同碼字區分信道。移動無線電環境中存在陰影、多徑衰落和距離損耗影響，蜂窩式移動臺在小區內的位置是隨機的，且經常變動，所以路徑損耗變化很大，特別是在多區蜂窩DS/CDMA系統中，所有小區均采用相同頻率，盡管在理論上，不同用戶分配的地址碼是正交的，但實際上很難得到保證，由此造成各信道相互干擾，從而不可避免會引起嚴重的多址干擾、遠近效應和拐角效應。
CDMA系統是要在保證質量的前提下，降低發射功率，減少干擾，增加容量。它是一種自干擾限制系統，不需要發射功率裕量。功率控制是CDMA中的關鍵技術，沒有良好的功率控制，系統就不能達到預期目標，不能形成合格產品。CDMA系統的功率控制分下行功率控制（即控制基站發射功率）和反向功率控制（即控制移動臺發射功率），其中反向功率控制尤為重要。這是因為反向鏈路的信道狀況相對惡劣，要確保系統容量和通信質量，克服衰落和解決遠近效應等問題，很大程度上都依賴反向功率控制。反向功率控制包括反向功率控制分開環功率控制、閉環功率控制和外環功率控制三種【９】。
2.擴頻編碼技術
CDMA給每一用戶分配一個唯一的碼序列（擴頻碼），并用它對承載信息的信號進行編碼。知道該碼序列用戶的接收機對收到的信號進行解碼，并恢復出原始數據，這是因為該用戶碼序列與其它用戶碼序列的互相關是很小的。由于碼序列的帶寬遠大于所承載信息的信號的帶寬，編碼過程擴展了信號的頻譜，所以也稱為擴頻調制，其所產生的信號也稱為擴頻信號。CDMA通常也用擴頻多址（SSMA）來表征。對所傳信號頻譜的擴展給予CDMA以多址能力。因此，對擴頻信號的產生及其性能的了解就十分重要。擴頻調制技術必須滿足兩條基本要求：
（1）所傳信號的帶寬必須遠大于信息的帶寬。
（2）所產生的射頻信號的帶寬與所傳信息無關。
接收機采用相同的擴頻碼與收到的信號進行相關運算恢復出所攜帶的原始信息。由于擴頻信號擴展了信號的頻譜，所以它具有一系列不同于窄帶信號的性能：
● 多址能力
● 抗多徑干擾的能力
● 具有隱私性能
● 抗人為干擾的能力
● 具有低載獲概率的性能
● 具有抗窄帶干擾的能力
CDMA按照其采用的擴頻調制方式的不同，可以分為直接序列擴頻（DS）＼跳頻擴頻（FH）跳時擴頻（TH）和復合式擴頻，如圖2.1所示。

圖2.1 CDMA擴頻調制方式示意圖
直接序列擴頻（DS-SS）發射機和接收機的構成如圖2.2所示。

圖2.2 直接序列擴頻（DS-SS）發射機和接收機結構圖

3.軟切換
CDMA系統由于其本身特有的技術特點和采用RAKE接收機技術，允許移動臺同時與兩個或多個小區基站保持通信，極大地改善了切換的性能，唯一實現了軟切換和更軟切換，具有鮮明的特點和技術先進性。
在IS-95CDMA系統中，每個移動臺有一個具有三個finger的RAKE接收機，它可同時與兩個或更多個小區基站同時通信。移動臺在與基站A 通信的同時，連續監測相鄰小區（如基站B和C）的導頻信號強度，任何時候其中一個導頻的強度超過一預定門限Tadd 時（如基站B），立即通知系統命令基站B 建立與移動臺的通信。這時，在下行鏈路上存在來自兩個基站的信號。在反向鏈路上，移動交換中心（或基站）根據哪個基站的接收信號較強便選用它，釋放弱信號的時間取決于Tdrop 的Ttdrop 等參數。CDMA 系統中的移動臺在業務信道上進行通信的過程中，會發生四種切換：軟切換，更軟切，換硬切換，CDMA 到模擬的切換。
軟切換所帶來的性能改善是以增加系統復雜度為代價的，主要表現在：移動臺必須接收來自不同基站的信號，這需要復雜的RAKE 接收機；基站必須為每一個與它保持通信的移動臺提供信道，既包括即將切換出該小區的移動臺，也包括正在切換進該小區的移動臺；基站必須為每一個與它保持通信并處于小區間切換狀態的移動臺提供通往MSC 的鏈路，以進行反向鏈路的分集合并，實現無縫切換，而這些移動臺并不一定都處于該基站的功率控制之下，即并不一定都屬于該基站。因此，通過切換可以實現系統的無縫覆蓋，提供高質量的服務。實際中，應該根據系統的具體要求，綜合考慮系統負擔、空間業務分布及無線傳播環境等各種因素，設計合理而有效的切換方案【１０】。
4.分集接收
分集接收技術就是采用兩種或兩種以上的不同的方法接收同一信號,以減少衰減帶來的影響,是一種有效的抗衰落的措施。其基本思想是將接收到的信號分成多路的獨立不相關信號,然后將這些不同能量的信號按不同的規則合并起來。分集接收技術按目的可分為宏觀分集(macroscop ic) 和微觀(micro scopic) 分集。按信號的傳輸方式可以分為顯分集和隱分集。顯分集指的是構成明顯分集信號的傳輸方式,多指利用多副天線接收信號的分集。隱分集是指分集作用含在傳輸信號中的傳輸方式,在接受端,利用信號處理技術實現分集,它包括交織編碼技術、跳頻技術等。分集接收方法主要有空間分集、頻率分集、極化分集和角度分集。
空間分集:接收端兩個接收天線之間保持足夠間距,就可減少兩個接收信號間的相關性,空間分集利用這一原理,架設兩副彼此保持一定距離的天線,并接上各自的接收機,再將各接收機的信號合成起來。空間分集接收可以提高接收信號,可有效地改善快衰落和平滑信道衰落現象,從而大大降低了數字信號的誤碼率。
頻率分集:在發信端,利用不處于同一相關帶寬內的兩個載頻頻率,發信機同時發射同一信息;在接收端,利用兩個對應不同頻率接收機接收這兩個載有同一信息的信號,解調后合成。因為采用了兩個載頻,所以降低了頻譜利用率。
極化分集:基站分設兩個不同極化天線同時發射同一信息,由移動臺對應的兩個不同極化天線同時接收包含同一信息的兩種極化分量Ex 和Ey ,利用Ex 和Ey 之間的互不相關性,將其合成起來。由于發信機功率分給了兩個天線,因而這種方法使發信功率被減半。
角度分集:在接收端采用兩個定向天線以指向不同方位,使其在不同角度接收彼此獨立但包含同一信息的信號,將接收信號合成。這種方法用于移動臺比用于基站臺更加有效,但這種方法只適用于10GHz 或更高頻率上。
2.3 IS-95 CDMA系統無線鏈路的理論基礎
2.3.1 下行鏈路
下行鏈路采用頻分、擴頻碼分、正交信號多址技術。
頻分區域：可間隔1.25MHZ多載波工作，將不同頻率的載波指配給不同區域。
碼分區域：用一種PN碼，依PN碼的相位（偏移）不同區分不同的基站站址。
碼分信道：用正交信號區分信道。
用戶識別：以用戶掩碼和長PN碼對用戶話音信號幀的數據加擾。
下行鏈路的64個信道是由正交的Walsh函數來實現碼分的。而每個基站的下行鏈路信號由短碼PN（215）來識別的。短碼PN序列規定有64個偏移，每一個偏移為512chips。
下行鏈路的信道結構包括導頻信道、同步信道、尋呼信道和下行鏈路業務信道。這64個下行鏈路信道的源信息分別被各信道對應的碼片速率為1.2288Mc/s的64元Walsh函數擴展后，經I/Q支路分別被碼片速率為1.2288Mc/s的短碼PN序列（215）進行四相擴頻，然后進行QPSK調制。
在下行信道中，基站臺要在導頻信道不斷地發送導頻信號。它是未經調制不包含信息的擴頻信號，主要用于基站覆蓋區內移動臺的同步捕獲。同步信道的信息用于移動臺建立系統的同步，其信息速率為1.2kb/s。尋呼信道以固定的尋呼速率9.6 kb/s或4.8 kb/s傳送信息。在下行業務信道中，基站臺是以變速率傳送信息的，信息速率可以是9.6 kb/s、4.8 kb/s、2.4kb/s、1.2 kb/s，每幀數據的傳送率可以不同。盡管是變信息速率傳送，但由于碼元重復，使用重復后的傳輸速率保持恒定，為19.2 kb/s。
下行鏈路業務信道的信源分別為172/80/40/16b/幀（每幀20ms）。根據用戶講話激活程度的不同選取不同的速率。當用戶不講話時，速率最低，移動臺的發射功率也最小。速率調整的目的是減少相互干擾，增大系統容量。由于是多種傳輸速率的信源，當不同數據速率時利用重傳次數的不同來保證較之前的編碼比特率為19.2kb/s。
同時，尋呼信道和下行業務信道的數據擾碼，長碼掩蓋生成碼片速率為1.2288 Mc/s的序列，沒64chips對應1個符號，則有碼速率為1.2288/64=19.2ks/s的擾碼。尋呼信道的擾碼由尋呼長碼掩蓋生成，而下行業務信道的擾碼有用戶長碼掩蓋生成。
下行鏈路信道參數：
下行鏈路信道除引導信道不傳輸數據外，其余信道的參數分別如下表2.1-2.3所列，在下行鏈路中，基站臺要在導頻信道不斷的發送導頻信號，它是未經調制、不包含信息的擴頻信號，主要用于基站覆蓋去內移動臺的同步捕獲。同步信道的信息用于移動臺建立系統的同步，其信息速率為1.2kb/s。尋呼信道以固定的信息速率9600b/s或4800b/s傳送信息。在下行業務信道，基站臺是以變信息速率傳送信息的，盡管是變速率傳送，但由于碼符號的重復，使得傳送的調制符號速率保持恒定，為19.2kb/s【１１】。
表2.1 同步信道參數
數據速率（b/s） 1200
PN子碼速率（Mc/s） 1.2288
卷積碼編碼率 1/2
碼元重復后出現次數 2
調制碼元速率（b/s） 4800
每調制碼元的子碼數 256
每比特的子碼數 1024
表2.2 尋呼信道參數
數據速率（b/s） 9600 4800
PN子碼速率（Mc/s） 1.2288 1.2288
卷積碼編碼率 1/2 1/2
碼元重復后出現次數 1 2
調制碼元速率（b/s） 19200 19200
每調制碼元的子碼數 64 64
每比特的子碼數 256 256

表2.3 下行鏈路業務信道參數
數據速率（b/s） 9600 4800 2400 1200
PN子碼速率（Mc/s） 1.2288 1.2288 1.2288 1.2288
卷積碼編碼率 1/2 1/2 1/2 1/2
碼元重復后出現次數 1 2 4 8
調制碼元速率（b/s） 19200 19200 19200 19200
每調制碼元的子碼數 64 64 64 64
每比特的子碼數 128 256 512 1024

2.3.2 上行鏈路
上行鏈路采用與下行鏈路相同的頻分、擴頻碼分多址技術。
頻分區域：采用與下行鏈路相對應的頻率
碼分區域：采用與下行鏈路同相位的PN碼
碼分信道：用不同的長PN碼進行碼分信道，以識別接入信道和業務信道
用戶識別：以用戶掩碼和長PN碼對用戶話音信號幀的數據加擾，以識別用戶
上行鏈路CDMA信道有上行接入信道和上行業務信道組成，其中上行鏈路接入信道的數據傳輸速率固定為4.8kb/s，由長碼序列來識別不同的接入信道，上行鏈路業務信道的數據傳輸速率9.6/4.8/2.4/1.2kb/s可變，由用戶長碼來識別不同的業務信道，上行鏈路的數據傳輸幀長為20ms。
上行鏈路接入信道的信源幀結構88b/幀，即數據速率為88/20=4.4kb/s。每幀附加供譯碼用的8位尾比特，則傳輸速率變成96/20=4.8kb/s。經過編碼率為Ｒ＝１/3的FEC編碼后，傳輸速率為4.8kb/s×3=14.4kS/s.經過二重傳后傳輸速率為28.8kS/s.經分組交織處理后的傳輸速率不變。交織后的比特流每6位符號為一組，在正交調制器被64元Walsh函數調制，即每6位換成1位持續時間的Walsh函數序列，則其輸出信號的Walsh函數符號的傳輸速率為28.8/6=4.8kS/s。正交調制器輸出的Walsh函數符號速率為4.8kS/s，而Walsh序列的碼片速率為4.8*64=307.2kc/s。調制器輸出的序列被長碼PN序列所掩蓋，該PN序列碼片速率為1.2288Mc/s。然后I/Q支路分別被碼片速率為1.2288Mc/s的短碼PN擴展即QPSK調制。
上行鏈路信道參數：
表2.4 信道參數
數據速率（b/s） 9600 4800 2400 1200
PN子碼速率（Mc/s） 1.2288 1.2288 1.2288 1.2288
卷積碼編碼率 1/3 1/3 1/3 1/3
傳輸占空比 100 50 25 12.5
碼元速率（S/s） 28800 28800 28800 28800
Walsh調制的碼元數 6 6 6 6
Walsh函數符號速率（S/s） 4800 4800 4800 4800
Walsh子碼速率（kc/s） 307.2 307.2 307.2 307.2
調制碼元寬度 208.33 208.33 208.33 208.33
每碼元的PN子碼數 42.67 42.67 42.67 42.67
每調制碼元的PN字碼數 256 256 256 256
每Walsh子碼的PN字碼數 4 4 4 4

表2.5 接入信道參數
數據速率（b/s） 4800
PN子碼速率（Mc/s） 1.2288
卷積碼編碼率 1/3
碼元重復后出現次數 2
傳輸占空比 100
碼元速率（S/s） 28800
Walsh調制的碼元數 6
Walsh函數符號速率（S/s） 4800
Walsh子碼速率（kc/s） 307.2
調制碼元寬度 208.33
每碼元的PN子碼數 42.67
每調制碼元的PN字碼數 256
每Walsh子碼的PN字碼數 4
2.4 開發工具的選擇
仿真是指通過建立系統的模型來部分或全部地仿真實際的系統，并且對系統模型進行實驗研究，以替代實際系統的研究。國外不少公司推出了許多優秀的仿真軟件，其中比較著名的有:HugesAircraft Company開發的SSITD軟件(System Simulation in TimeDomain) ,Cadence公司的SPW仿真軟件包(Signal Process Worksystem),Synopsys公司的COSSAP仿真軟件包和美國Elanix公司推出的基于PC機Windows平臺的SystemView動態系統仿真軟件。其中.SystemView動態系統仿真軟件以其方便、直觀、形象的過程構建系統，提供豐富的部件資源，強大的分析功能和可視化開放的體系結構，已逐漸被電子工程師、系統開發/設計人員所認可，并作為各種通信、控制及其它系統的分析、設計和仿真平臺以及通信系統綜合實驗平臺。
SystemView是一個完整的動態系統設計、分析和仿真的可視化開發環境。它可以構造各種復雜的模擬、數字、數模混合及多速率系統，可用于各種線性、非線性控制系統的設計和仿真。
其專業庫中的IS-95 庫、3G 庫、Tu rboCode Library 庫等更充分顯示了SystemV iew 用于第三代移動通信系統設計仿真的強大和優越。基于SystemView，的上述優點，我們把SystemView動態仿真軟件作為碼分多址系統仿真的首選仿真軟件。利用IS-95 (CDMA /PCS) 庫和其他專業庫的功能模塊, 對CDMA ( IS-95A )通信系統進行仿真, 從而充分展示利用SystemView設計的優越性, 并為以后進一步研究CDMA 提供良好的仿真平臺。
2.5 Systemview的簡單介紹
美國Ellanix公司系統仿真軟件SystemView是一個完整的動態系統設計、仿真和分析的綜合性可視化軟件。是一個很好的信號及系統分析、設計、研究平臺。它運行于Windows操作系統 有非常友好的界面，用戶只需用鼠標就能完成各種復雜的應用處理，用戶還可以通過界面和對話窗口對功能模塊參數進行定義。如定義仿真的起始時間和結束時問，以及系統的抽樣頻率等。使用 SystemView能迅速建立和修改系統。對系統進行仿真、分析和處理，并能利用系統提供的開發工具迅速地建立動態系統的精確模型【１２】。
SystemView包含基本庫和通信、DSP、邏輯、射頻／模擬、用戶代碼等專業庫。
基本庫是SyMemView仿真的基本構造模型。基本庫中包括：信號源、子系統 加法器、子系統輸入輸出端口、算子、函數、乘法器及觀察窗等共8組基本器件。
通信庫：包括了在設計和仿真現代通信系統中可能用到的各種模塊。它使在一臺PC上仿真一個完整的通信系統成為可能。該庫中包括各種糾錯碼編碼／解碼器、基帶信號脈沖成型器、調制器／解調器、各種信道模型以及數據恢復等模塊。
DSP庫：包含大量的DSP芯片的算法模式仿真和DSP函數，主要有加法器、乘法器、除法器、反向器、先進先出緩沖器、離散的Hadamard變換、混合的Radix FFT變換、FIR和IIR濾波器等
邏輯庫：包括了在設計和仿真數字電路系統中可能用到的各種模塊。主要有與、或、非門、緩沖器，觸發器、寄存器、計數器、多路調制的多路輸出選擇器、多諧振蕩器，數模轉換器等。
射頻／模擬庫：包括了在設計和仿真高頻或模擬電路系統中可能用到的各種模塊，主要有運算放大器、雙平衡混頻器、整流電路、限幅器、高低通濾波器 鎖相環、PID調節器等。
用戶代碼庫：可以讓設計者建立自己習慣的SystemView圖標庫，這些圖標庫可以使用c語言編寫并且插入提供的模板，并自動地集成到SystemView中，象內庫一樣使用。
另外。SystemView還提供了與Matlab的接口，能很方便地實現與Matlab的交互式數據傳送與仿真。總之。System View提供了先進快速的設計，仿真環境。不僅能設計開發創建子系統，而且能方便地建立大的復雜系統。

第三章 CDMA（IS-95）下行鏈路業務信道的仿真研究
3.1 下行鏈路業務信道結構
下行鏈路業務信道結構如圖3.1所示,下行鏈路業務信道工作在9600/4800/2400/1200b/s的數據速率下，根據用戶講話速度的不同選取不同的數據速率。業務信道的數據在每幀末尾含有編碼器尾比特，另外在9.6kb/s 和4.8kb/s的數據中都含有幀質量指示比特，以幫助接收端判定數據速率和誤幀率。因此，實際上下行鏈路業務信道的信息比特率是8.6/4.0/2.0/0.8kb/s 【１３】。
在下行業務信道結構中主要包含了幀質量標記、編碼器尾碼、卷積編碼器、符號重復、塊交織器以及抽樣器等。在下行鏈路業務信道中，數據在傳輸之前贊經過編碼率為 1 / 2 ，約束長度為9的卷積編碼。編碼后，如果數據速率低于 9 600 b/s，在分組交織以前都要重復，使各種信息速率均變成相同的調制碼元速率，即19200個調制碼元每秒。重復之后要進行分組交織 。 下行鏈路業務信道所用的交織跨度等于 20ms ，相當于碼元速率為 19200 S / s時的 384 個調制碼元寬度。交織器組成的陣列是 24 行×l6 列（即 384 個碼元）。交織后的教據要進行數據擾亂。擾碼器把交織器和按用戶編址的偽隨機序列 PN 長碼進行模 2 相加。這種時鐘為 l . 2288MHz，長碼經分頻后，碼元速率變為19200S/ s ，因而送入模 2 加法器進行數據擾亂的是每個子碼中的第一個子碼在起作用。下行鏈路業務信道數據掩碼使用長碼的公開掩碼與上行業務信道相同。在下行鏈路業務數據擾碼以后，功率控制比特插入到業務數據流中。
為了使下行鏈路傳輸的各信道之間具有正交性，在下行CDMA 信道中傳輸的所有信號都要用 64 元的 Walsh 函數進行直序擴頻正交調制。這是采用 BPSK 調制的擴頻。 64個函數標志64個碼分信道，使下行鏈路中的碼分信道相互正交。互不串擾。在 QPSK 調制前，還須使用I和Q 正交序列對數據流作四相擴頻調制。然后，經過基帶濾波，并按照 QPSK 方式進行發送載波調制。
圖3.1 CDMA 下行鏈路業務信道結構圖
3.2 下行鏈路業務信道仿真方案設計及模塊參數設置
根據IS-95 下行業務信道原理及其結構, 用SystemView 中的模塊進行架構, 系統仿真組成如圖3.2所示。系統采用了CDMA /PCS 庫中的TRFCCH 信道模塊, 即下行業務信道, 并與通過用其他庫中的模塊構成的下行業務信道進行信號輸出比較, 以此進行IS-95下行業務信道的仿真。在仿真開始之前,系統的抽樣頻率設為5MHz。主要組成模塊的設置說明如下：
(1) 信號源(t4, 此標號為仿真圖上對應模塊上的數字標號)
這部分采用了偽隨機序列PN Seq 模塊, 把信號幅度設為1, 電平數設為2, 頻率設為8.6kHz, 作為下行業務信道信息。
(2) 幀質量標記(t18)
采用幀質量檢測編碼器FrameQ 模塊, 作用是在20ms的數據幀后面加入CRC 校驗功能的編碼,這里把數據速率設為8.6kb/s, 為的是在加入12比特/20m s 校驗比特和8比特/20ms的編碼器尾比特后, 數據速率變為9.6kb/s。
(3) 卷積編碼器(t0)
采用卷積編碼器Cnv Coder 模塊, 對輸入的碼元卷積編碼, 把輸入比特數n, 信號位k , 約束長度l分別設為2, 1, 9, 從而使卷積碼的碼率為1/ 2。
(4) 碼元重復(t23)
采用符號中繼器SYMRPT 模塊, 作用是對經過卷積編碼后, 在分組交織以前的各碼元進行重復。因為在下行業務信道中, 只要速率低于9.6kb/s , 在分組交織前碼元都要重復, 從而使各種信息速率變成相同的調制碼元速率, 即19.2kb /s。這里在卷積編碼后是19.2kb/s, 因此把重復因子設為1。
(5) 塊交織器(t1)
采用交織器Intlvr 模塊, 把數據速率設為19.2kb /s, 因為是下行業務信道, 所以使用24 行3 16列單元作為交織長度。
(6) 長碼擾碼生成(t15+ t16+ t17)
采用脈沖串PlusTrain 模塊、長PN 碼LongPn模塊和采樣器Sample 模塊構成數據擾碼, 作用是把交織器輸出碼元和用戶的長碼進行模2加。脈沖串的頻率設為1. 2288MHz, 幅度設為1, 根據正向業務信道數據掩碼所使用長碼的公開掩碼中M 41 到M 32 要置成” 1100011000″ [1] , 所以長碼PN 碼中的MaskM 32 to M 39 設為十進制的24,MaskM 40toM 41 設為十進制的3, 同時采樣器(t17) 的采樣頻率設為19.2kHz。
圖3.2 下行鏈路業務信道仿真組成
(7) 復用(t27+ t29)
采用一個功率控制位PWR , 功率控制位為800b/s 的數據流, 這里由一個偽隨機序列PN Seq(t28) 產生800b /s 的數據流。同時采用一個符號中繼模塊SYMRPT (t27) , 把重復因子設為64, 負責碼元重復, 使碼元速率達到1.2288M b/s。
(8) Walsh 函數生成(t1+ t3+ t12)
采用一個脈沖串PlusTrain 模塊、Walsh 函數發生器模塊和采樣器Sample 模塊構成Walsh 函數生成器。脈沖串的幅度設為1, 頻率設為1.2288MHz,Walsh 函數發生器中Order N 設為64,Row K 設為55, 為了使正向傳輸的各信道之間具有正交性, 下行業務信道中的所有信號都要用64 陣列的Walsh 碼進行正交調制[1]。采樣器的采樣頻率設為1.2288MHz。
(9) I、Q 信道引導PN 序列(t11+ t5+ t21)
采樣脈沖串Plu s Train 模塊和采樣器Sample模塊以及I 通道PN 擴展模塊、Q 通道PN 擴展模塊分別構成I 信道引導PN 序列和Q 信道引導PN 序列。采樣脈沖的幅度設為1, 頻率設為1.2288MHz,采樣器采樣頻率設為1.2288MHz。I、Q 通道PN 擴展模塊保持原定設置不變。
(10) 調制(t33+ t34+ t19)
利用階躍函數Step Fct 模塊、采樣模塊以及復數旋轉模塊CxRotate 對經過基帶濾波器的I、Q 信號進行調制。把階躍函數的幅度設成0, 采樣頻率設為4.9152e+ 6Hz, 復數旋轉中的相位增益設成0, 相位偏移設為30。
(11) 輸出顯示(t30+ t31+ t38+ t42)
利用分析Analysis 模塊, 查看I、Q 信號輸出, 并進行對比, 在CustmSin Name 中輸入I_ data 和Q_ data, 這樣在觀察輸出信號時, 在對應的波形圖上方看見對應的信號標記。
(12) 下行業務信道
利用SystemView 自帶的下行業務信道模塊,即TRFCCH 信道模塊, 利用這個模塊和組建的下行業務信道進行信號輸出對比。
3.3 系統的調試及仿真結果分析
運行該系統，將信號經過單個圖標13和組建的前向業務信道輸出的結果比較，可以看出兩個信號輸出基本完全吻合，如圖3.3和3.4。

圖3.3 信號經各圖標組建的信道輸出波形
圖3.4 信號經單個圖標13的輸出波形

為了更好看出兩個前向業務信道的仿真誤差, 把對應的信號輸出進行波形覆蓋，在同一坐標系中疊加, 如圖3.5所示。從信號疊加輸出圖中, 可以發現在對應的時間上, 信號幅度差值很小, 基本上可以忽略不計。
圖3.5 兩個信道輸出信號疊加輸出

因此，由圖標18到圖標22組成的下行業務信道與單個圖標13的功能相同，符合IS-95CDMA標準的下行鏈路業務信道模型。

第四章 CDMA(IS-95)上行鏈路接入信道的仿真研究
4.1 上行鏈路接入信道介紹
上行鏈路接入信道是一個隨機接入信道，供網內移動臺隨機占用。移動臺在此信道發起呼叫及傳送應答信。 每個接入信道對應下行鏈路中的一個尋呼信道，但每個尋呼信道可對應多個接入信道。移動臺通過接入信道向基站登記，發起呼叫，響應基站發來的呼叫等。當呼叫時，在移動臺沒有轉入業務信道以前，移動臺通過接入信道向基站傳送控制信息（信令）。當需要時，接入信道可以變成業務信道。用于傳輸用戶業務數據。所傳輸的數據經過與用戶號碼所對應的長偽隨機碼的變換序列調制后再傳輸，以使通信保密。
在一個 CDMA信道中，最多可有 32 個接入信道，最少可能是0個。每個接入信道用不同的接入信道長偽隨機碼序列加以識別。上行鏈路接入信道的結構圖如圖3.6所示,上行鏈路接入信道以固定的 4.8 kb/s 速率傳輸。在其傳輸過程中沒有隨機化選通門的參與，因而兩個重復的碼符號均被發送。接入信道的信息幀首先在每幀末尾加入8位，稱為編碼器尾比特。用于把卷積編碼器復位到規定的狀態，卷積編碼編碼率為 1／3 ，約束長度為9。卷積編譯碼的初始狀態應為全0 。以后每輸入 1 個數據符號則產生３個編碼符號。在每個20ms幀結束時，由編碼器尾比特將其初始化為全０狀態。接入信道的數據速率為 4800b/s，因此，在分組交織前碼元重復1次，兩個重復的碼元都要發送。碼元重復后要進行分組交織。分組交織的跨度為20ms。交織器組成的陣列是32行x18列（即 576 個單元）。輸入碼元（包括重復單元）按順序逐列從左到右寫入交織器，輸出碼元則按行從上到下從交織器讀出。交織后進行64進制Walsh函數正交調制。之后，用長碼進行直接序列擴頻調制。長碼的各個PN子碼是用一個42位的掩碼和序列產生器的 42 位狀態矢量進行模2加產生的，只要改變掩碼，產生的PN子碼的相位則隨之改變，產生每個用戶特定的掩碼，并對應一個特定的 PN 碼相位。在進行直接序列擴頻以后，使用 I 和Q正交序列作四相擴頻調制，加入基站特征，使用戶信號的相位充分地隨機化。這一對 I 和Q正交序列稱為引導PN 序列，即正交 PN序列對。上行鏈路信道四相擴頻使用的都是固定零偏置的PN 序列對。經PN 序列對擴頻生成的正交信道序列最后進行 OQPSK 調制。 Q支路的序列經延遲106.901ns后，I路和Q路序列送到基帶濾波器限帶并濾波。最后按QPSK 的方式進行發送載波調制。
圖3.6 上行鏈路接入信道結構

4.2 上行鏈路接入信道仿真方案設計及模塊參數設置
根據IS-95 上行鏈路接入信道原理及其結構, 用SystemView 中的模塊進行仿真, 系統仿真組成如圖3.7所示。系統采用了CDMA /PCS 庫中的AccessCH信道模塊, 即上行鏈路接入信道, 并與通過用其他庫中的模塊構成的上行鏈路接入信道進行信號輸出比較, 以此進行IS-95上行鏈路接入信道的仿真。在仿真開始之前,系統的抽樣頻率設為5MHz，采樣點數為5000個。
圖中圖標 l 是AccessCH信道模塊其功能也可由CDMA庫、通信庫以及一些相關圖標組成的系統來完成。圖中以偽隨機序列發生器圖標0作為系統的信息源。它產生的序列分為兩路，分別經過由圖標 3、4 到圖標 33 等組成的信號通路和圖標1。為了降低系統的最高信號頻率以提高仿真效率，兩路信道均未進行載波調制，而主要針對前面所述各基帶信號處理步驟進行仿真。
圖標0產生的系統輸入信源的幀結構為88b／幀,即數據速率為 88/20＝4.4kb/s。經幀質量校驗器圖標3加入編碼器尾比特后，每幀附加供譯碼用的 8 位尾比特。再經過編碼率 R=l/3 的卷積編碼器圖標 4 和碼元重復器圖標 23 使之加倍，碼速率為28.8kb/s。經交織器圖標22進行分組交織處理后碼速率不變。交織后的符號流每 6位符號一組，在正交調制器圖標2被64碼元Walsh函數調制，其輸出符號速率為4.8Ks/s。調制器輸出的序列被由方波脈沖發生器圖標 18 激勵的圖標 6 所產生且碼速率為1.2288Mb /s的長碼 PN 序列所掩蓋。然后經I、Q 支路（圖標 9 / 10）分別被碼速率為 1.228 8 Mb/s的短碼 PN 序列擴展． I、Q 支路的信號分別經過圖標 25、26 進行碼元重復后，由基帶濾波器圖標 12 、13 完成基帶濾波。在仿真中，省略了 QPSK 調制部分。
I、Q兩路信號分別經圖標 27、28 增益控制后，由圖標14合成發送信號，分別經圖標 33和36適當的延遲，并經恢復數據速率后，由觀察窗圖標29 和38分別觀察I、Q兩路信號，并與圖標1產生的I、Q兩路信號進行比對。
主要組成模塊的設置說明如下：
(1)信號源t0
這部分采用偽隨機序列發生器PN Seq模塊, 把信號幅度設為1, 電平數設為2, 頻率設為4.4kHz, 作為上行鏈路接入信道輸入信息。
(2)幀質量標記t3
采用幀質量檢測編碼器FrameQ 模塊, 作用是在20m s的數據幀后面加入CRC 校驗功能的編碼,這里把數據速率設為4.4kb/s, 為的是在加入12比特/20ms 校驗比特和8比特/20ms的編碼器尾比特后, 數據速率變為4.8kb/s。

圖3.7 上行鏈路接入信道仿真圖
(3)卷積編碼器t4
采用卷積編碼器Cnv Coder 模塊, 對輸入的碼元卷積編碼, 把輸入比特數n, 信號位k , 約束長度l分別設為3, 1, 9, 從而使卷積碼的編碼率為1/3。這樣，卷積器輸出速率為14.4kS/s。
(4)碼元重復t23
采用符號中繼器SYMRPT 模塊, 作用是對經過卷積編碼后, 在分組交織以前的各碼元進行重復。因為在上行鏈路接入信道中, 把卷積器輸出的碼速率加倍，使其變成28.8ks/s。這里在卷積編碼后是14.4ks /s, 因此把重復因子設為2。
(5) 塊交織器t1
采用交織器Intlvr 模塊, 把數據速率設為4.8kb /s。交織后碼速率不變
(6) Walsh函數調制器t2 ，這里Walsh 函數發生器中Order N 設為64，每6位符號為一組,初始值為0.5v
(7)碼元重復t24.25.26 這里重復因子設為4
(8)異或運算器t5 這里閥值為0.5，是為1，非為0
(9)方波脈沖發生器t7.t18 ，是用來產生所需方波，振幅為1v，頻率為1.2288Mhz，PulshW=406.901ns，初始值為0.5v
(10)長碼發生器t6 Mask M0 to M7=1, Mask M8to M15=0, Mask M16 to M23=0, Mask M24to M31=0, Mask M32to M39=30, Mask M40 to M41=3, Threshold=0
(11) 采樣器t8.20.21 ，用算子庫里的采樣器進行采樣，采樣頻率為1.2288MHZ
(12)I路擴頻碼發生器 t9 ，正確輸出表示為1，錯誤輸出表示為0，時鐘閥值為0v，pliot PN offset=1
(13) Q路擴頻碼發生器 t10 ，正確輸出表示為1，錯誤輸出表示為0，時鐘閥值為0v，pliot PN offset=1
(14) 異或運算器t17.t11 ，閥值為0.5v，是為1，非為-1
(15) 基帶濾波器t12.t13 ，采用CDMA庫中的基帶濾波模塊，采用默認設置
(16) 增益放大器t27.t28，其中，增益單位以db計，增益大小設為-3db
(17) 階躍信號發生器t15，振幅設為0，初始為0，偏移為0
(18) 采樣器t30，采樣頻率設為4.9125MHZ
(19) 復數旋轉運算器t14，相位增益為12PI/V,相位偏移為30度
(20) 采樣點延遲器t16，延遲為2個采樣點
(21) 時間延遲器t33.t36，延遲為1微秒
(22) 保持器t31.t32.t34.t37，lastvalue，增益為1

4.3 系統的調試及仿真結果分析
運行該系統，觀察經自帶上行鏈路接入信道模塊輸出的I、Q 信號( t19, t35) 和組建的上行鏈路接入信道輸出的I、Q 信號(t29, t38) , 如圖3.8, 3.9 所示。

圖3.8 系統自帶接入信道I路和Q路輸出

圖3.9 組建的接入信道I路和Q路輸出

從圖中可以看出兩個I信號輸出和兩個Q 信號輸出基本完全吻合, 為了更好看出兩個前向業務信道的仿真誤差, 把對應的信號輸出進行波形在同一坐標系中覆蓋疊加, 分別如圖3.10, 3.11 所示。
圖3.10 兩信道I路輸出信號覆蓋疊加輸出

圖3.11 兩信道Q路輸出信號覆蓋疊加輸出

從信號覆蓋疊加輸出圖中, 可以發現在對應的時間上, 信號幅度差值很小, 基本上可以忽略不計。因此，由圖標3到圖標33組成的上行鏈路接入信道與單個圖標1的功能相同，符合IS-95CDMA標準的上行鏈路接入信道模型。

第五章 IS-95 CDMA下行鏈路基帶系統的仿真研究
5.1 下行鏈路基帶系統的結構
CDMA系統從基站到移動臺的下行鏈路系統由基站發送和終動臺接收兩部分構成，如圖3.12所示。在一個 CDMA 頻道中，基站發送的信號經編碼率為 1 / 2 的卷積編碼、碼元重復、交織和擾碼以后，用指定的 Walsh 函數序列進行 BPSK 調制，以建立正交 CDMA 信道。導頻、同步、尋呼和業務信道合并以后，用具有給定相位（時間）偏移量的一對正交 PN 碼進行 QPSK 調制。經過移動通信環境后，在接收端，導頻信號被接收后獲得最近基站的 PN 碼時間偏移量和相干載波相位．PN 碼解擴可以去除其它 CDMA 領道的干擾。這依賴于 PN 碼優良的自相關特性，當時間偏移量大于碼片寬度Tc（約1 ）時，自相關函數值近乎為零。QPSK 相干解調后輸出所需 CDMA 頻道中全部邏輯信道的數據．Walsh 函數碼解擴，利用其理想的同步正交性能，得到所需用戶的信號，再經解擾碼、去交織和維特比譯碼，將接收信號送至話音譯碼器．待傳送的信息信號經過圖中各項處理后，由業務信道發送。基站分別發送 4種信道的信息，合并為I、Q兩路信號后，進入移動通信信道到達移動臺的接收端，在移動臺里完成信息解調【１４】。

圖3.12 下行鏈路系統流程

5.2 下行鏈路基帶系統仿真方案設計及模塊參數設置
根據上述對下行鏈路基帶系統的分析，我們把該系統的模擬分成信號發送和信號接收兩部分進行，如圖3.13所示。在發送部分由于在system view中，包含了代表下行鏈路和上行鏈路的各種邏輯信道的單個圖標，為了不重復前兩章的工作，直接從CDMA庫中調用即可。在接收部分中，主要對RAKE接收機進行模擬仿真，因為信道部分的多徑傳播路徑數為2，所以用一個2頭RAKE接受機接收。然后經過進一步處理，最后在分析窗中與信源波形做比較分析。
5.2.1 發送部分
在圖3.13中，圖標86左側部分為發送部分。最左側圖標從上往下依次為尋呼信道，同步信道，導頻信道，業務信道。
尋呼信道選用7號信道w7，數據速率為9600b/s, 初始相位為300，Pilot PN Offset設為1。尋呼信道的信源是偽隨機PN序列發生器（圖標11）產生的偽隨機序列，振幅為1v，，速率為9.6 kb/s，電平數為2。

圖3.13 下行鏈路基帶仿真系統構成圖

同步信道為33號信道w32，初始相位為300，Pilot PN Offset設為1，數據速率固定為1200b/s,其信源同尋呼信道的相同（圖標9），不過速率設為1.2 kb/s。
導頻信道為0號信道w0，初始相位為300，Pilot PN Offset設為1，其信源為階躍信號發生器（圖標1）產生的階躍信號，振幅為1v。
業務信道選用55號信道w55，數據速率設為9600 b/s，初始相位為300，Pilot PN Offset設為1。業務信道的信源為偽隨機PN序列（圖標2），其振幅為1v，頻率為8.6khz，電平數設為2。此外業務信道附加有功率控制信道，所以該信道還有一個信源圖標91，也是偽隨機PN序列，其振幅為1v，頻率為800hz，電平數設為2。
基站發出的各種控制和業務信號，通過四種信道后，先合并成I、Q兩路正相相交的信號，再進入到移動通信環境中。為了簡化系統，提高仿真效率，在仿真中，省略了對信號進行QPSK發送載波調制的工程，即將I、Q兩路基帶正交信號直接送入傳輸環節中。
我們用系統提供的信道模擬器圖標86對真實的移動環境進行仿真，它是符合IS-95標準的IS-97A下的一種多徑信道。其傳輸頻率為800mhz，terms in model設為10，model number1，2，3設為1。在該信道模擬器中，假設多徑傳播路徑數為2，第一條路徑時間延遲為0 ，第二條路徑時間延遲為2 ，各路徑幅度衰減均為0db，并假設移動臺的運動速度為8km/h。
此外業務信道圖標3有7個輸出端，分別輸出信號在業務信道經過各項處理后的信號，例如指定數據速率的原始數據幀、卷積編碼輸出、交織輸出、數據擾亂輸出和功率控制的輸出及 Walsh 編碼后的輸出等．同時，該圖標也輸出業務信道最終輸出的I路和 Q路信號。這里我們把經過 幀質量效驗、碼元交織、碼元重復，且已經完成了掩碼和功率控制，但并未被Walsh函數擴頻的信號直接連到延遲器圖標 6 以在觀察窗圖標7中觀察，作為接下來系統輸出的對比輸入。圖標6延遲為2個取樣點。
5.2.2 接收部分
在圖3.13中，圖標86右側部分為接受部分信號。在通過了符合IS-95標準的移動通信環境以后，送入移動臺的接收端，進行解調，信號首先經過有兩個子系統圖標12和圖標49仿真的2頭RAKE接收機。信號分離并分別進行解調后，兩路解調輸出信號分別由采樣點延遲器圖標47（延遲為52個采樣點）、84 （延遲為48個采樣點）和采樣器48、85（采樣頻率為19.2kHz）進行延遲、采樣處理，并由加法器圖標87合并為一路輸出，經限幅器圖標88（最大輸入為0，最大輸出為1）進行限幅，然后由觀察窗89進行觀察。
為了驗證系統組成結構的正確性，將系統的輸入信號業務信道的信號與系統解調輸出的信號進行對比．為了避免前兩章仿真的重復工作，提高效率，同時限于計算機資源的限制并未將解調輸出信號恢復到信號源格式。因此，直接將在圖標89中觀察到的圖像與圖標7中觀察到的圖像比較，驗證系統正確性，下面我們重點設計RAKE接收機。
根據IS-95標準，CDMA移動臺的接收機為3頭RAKE接收機，它可以分離3路多徑信號，RAKE接收機的原理框圖如圖3.15所示。由于前面的移動通信環境選定為一個 2路的多徑環境。故此處的接收機只需 2 頭 RAKE 接收機即可．即只需要兩個相關器，最后信號直接相加就可以了。在仿真系統中，將 2 頭 RAKE接收機分別仿真為兩個子系統，每個子系統由一個相關器和一個搜索器組成，并包括后面的解擴電路．仿真電路圖如圖3.14所示【１１】．
圖3.14 RAKE接收機和解擴子系統仿真電路

圖 3.15 RAKE接收機原理圖

經過多徑傳輸后的I路和Q路信號分別由子系統輸入端口80和81進入RAKE接收機子系統，對I路和Q路信號分別處理。相關器由RAKE 接收機子系統，對 I路和 Q路信號分別處理。相關器由匹配濾波器、低通濾波器和判決電路組成。在 SystemView 仿真中，分別用一個48抽頭的低通濾波器圖標52、53（Num Coefs=48）來仿真相關器中的I路和 Q路匹配濾波器和低通濾波器。I 、Q 路的判決電路分別由采樣點延遲器圖標 62、63(延遲3個采樣點)和采樣器圖標64、65(采樣頻率為1.2288Mhz)組成。圖 3.15 中的搜索器在圖 3.14電路中是由調頻器圖標56（振幅為1v，mod gain=100hz/v），復數乘法器57（增益為1）、四相反正切函數58（增益為1）、平均器59（時間窗口為52.0833 ）組成的PLL回路來仿真的。為了進行 PN 解擴，由I路擴頻碼發生器圖標51（正確輸出為1，錯誤輸出為-1，時鐘閥值為0v，pilot PN offset=1） 和 Q路擴頻碼發生器圖標 83（正確輸出為1，錯誤輸出為-1，時鐘閥值為0v，pilot PN offset=1） 產生解調端本地擴頻碼序列。方波序列發生器圖標 50 （振幅為1v，頻率為1.2288MHZ，脈沖寬度為406.901ns，偏移為-0.5v）是本地擴頻碼產生器的激勵源，與接收到的信號在復數乘法器圖標 68 （增益為1）中相乘以完成 PN 解擴。為了進行 Walsh 函數解擴，必須用同相的本地 Walsh函數碼進行相干解調。與前面基站發射時使用的業務信道號相對應，由方波序列發生器圖標 60 （振幅為1v，頻率為1.2288MHZ，脈沖寬度為406.901ns，偏移為－0.5v）激勵的 Walsh碼發生器產生第 55號Walsh 函數，即 W ( 64 , 55 ）。本地 Walsh 碼與完成了 RAKE 接收和PN解擴的信號相乘，完成 Walsh 解擴，由輸出端口圖標 82 從本子系統輸出。
5.3系統的調試及仿真結果分析
運行該系統，可以分別觀察兩路RAKE接收機的解調輸出。業務信道的信源波形和系統解調的輸出波形，分別如圖3.16和圖3.17 ，圖3.18所示。
圖3.16 兩路RAKE接收解擴輸出對比
圖3.17 業務信道信源波形
圖3.18 系統解調輸出波形

從圖3.16中的運行結果波形可以看出，兩路 RAKE 接收和解擴的輸出相同，圖中的系統運行結果波形可以直接相加以完成兩路信號的合并。從圖3.17和圖3.18中的波形可以看出，系統的信源波形和解調輸出波形完全相同，證明該系統可以按照IS-95標準的 CDMA 系統進行正確的信息解調，驗證了系統組成結構的正確性。

第六章 結論
6.1課題工作總結
CDMA是移動通信領域中發展最快的數字無線通信技術之一，經過幾年的發展，CDMA技術已趨于成熟，近10年來在全球將近50個國家中得到迅速的推廣應用并成功實現商用化。
本文通過對CDMA通信系統發展概況進行調研，主要對CDMA通信系統的關鍵技術和信道構成進行研究，并對仿真工具進行了介紹，在此基礎上利用SystemView強大的仿真功能分別對CDMA下行鏈路基帶系統、上行鏈路接入信道及下行鏈路業務信道建立模塊進行模擬仿真，設計了具體的通信系統模型。在模型的設計過程中，對模型設計的目的、具體的結構組成、仿真流程以及仿真結果都給出了具體詳實的說明和分析，并取得了令人滿意的結果。
本文所展開的工作以及收獲主要有以下幾方面:
1. 全面收集、閱讀和分析各種與CDMA有關的文獻資料，對國內外CDMA技術的研究現狀有了較全面的了解和認識，通過以CDMA技術為核心的第三代移動通信系統與前兩代移動通信系統的比較，詳細了解了移動通信的發展歷程，對本文的研究背景和意義有了深入的理解。
2. 掌握了CDMA通信系統的基本原理，以及其主要的技術特點，通過對比詳細了解了CDMA系統的優點，對CDMA的關鍵技術有了進一步的認識。另外，分別對CDMA上行信道和下行信道結構的研究，對CDMA系統的工作流程和各鏈路工作原理有了深入的理解。
3. 通過對各通信系統仿真軟件的調研，了解了仿真技術的發展歷程，最終選擇了Systemview動態仿真軟件，對其各個功能有了初步的掌握，并能對其中的CDMA擴展庫，基本庫，DSP庫和通信庫進行熟練的操作。
4. 對CDMA系統的三個信道進行仿真，并對仿真結果進行分析，根據本仿真軟件得出的仿真結果，說明本文仿真建模和仿真模塊設計的正確性。
6.2設計過程中出現的問題及解決方法
由于在理論方面，之前沒有對CDMA技術有過深入的學習和了解，對其信道結構的認識也不多；仿真工具之前也沒有接觸過，對一些操作不了解。導致本次設計過程中，出現了一些問題，但在老師和同學的幫助下都一一被克服了。主要的問題有以下幾個方面：
1.在做下行鏈路基帶系統的仿真時，起初在發送端進行了QPSK載波調制，同時在接收端也加入了解調模塊，但由于超出了該系統移動通信環境傳輸帶寬的設計范圍，導致輸出端嚴重失真。這樣在考慮到提高仿真效率，簡化系統的同時，沒有進行DPSK的載波調制，通過這項措施的改進，問題得以解決。
2.在初次設計上行鏈路接入信道時，由于想對單個圖標信道的I路，Q路和組建信道的I路，Q路進行分別比對，于是分別連了保持器和觀察窗進行分析比對，但發現Q路信號波形相差太大，始終找不到原因。最終，經過一個個模塊的檢查，發現組建信道最后進行合并后，再分出的Q路信道連接出現錯誤，問題解決。
3.在設計下行鏈路業務信道時，出現了組建信道的輸出與系統自帶信道輸出不一致的問題，仔細分析每個模塊的參數設置，還是沒有發現問題，最后經過老師指點，發現圖標11的碼速率設置不對，在錯誤的速率激勵下擴頻碼發生器產生了長碼PN序列，而要求的是短碼PN序列。通過改正，問題得以解決。