扩频技术在WCDMA中的应用与仿真(共27页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上名 称：扩频技术在WCDMA中的应用与仿真 学 院 ： 研究生院 专 业 ： 通信与信息系统 年 级 ： 2010 学 号 ： 摘要随着通信技术的发展，人们不再满足于第一代和第二代移动通信系统所提供的业务和质量，而是希望任何人，在任何地方，任何时间，可以同任何人进行任何方式任何信息的通信。扩频技术是应运而生的第三代移动通信系统的关键技术之一，相对于第二代移动通信而言，第三代移动通信具有很好的频谱效率和更大系统容量等很多优点。本文以WCDMA为例对扩频通信技术在CDMA中的应用与作用进行了基本的介绍，WCDMA是3G的三大主流标准之一。本文首先对扩频通信技术发展及基本原

2、理进行了简单的介绍，然后对CDMA的基本原理、WCDMA的基本情况进行了简单论述。接下来，对扩频技术在WCDMA的上行链路的应用进行了详细讨论并进行了仿真。本仿真系统是利用MATLAB软件的SIMULINK工具实现的。系统包括了信号的产生、扩频、解扩、加扰、解扰、调制、解调等部分。并对结果进行了时域分析。在SIMULINK中，整个系统实现了模块化，一目了然，便于操作和修改。关键词： WCDMA技术 扩频 调制 加扰 仿真专心-专注-专业第一章 扩频技术的发展及基本原理1.1 扩频通信技术的产生扩频通信技术自50年代中期美国军方便开始研究，一直为军事通信所独占，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导

3、航、测量等各个领域。直到80年代初才被应用于民用通信领域。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术现已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。1.2 扩频技术的含义扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽。频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关。在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。这一定义包含了以下三个信息，即：1）信号的频谱被展宽了;2

4、）采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱;3）在接受端采用相关解调来解扩.13 扩频技术的理论基础根据香农在信息论研究中总结出的信道容量公式，即香农公式： C = WLog2(1+S/N)式中：C-信息的传输速率、 S-有用信号、功率 W-频带宽度、 N-噪声功率从香农公式可以看出，为了提高信息的传输速率C，可以通过加大带宽W或提高信噪比S/N来实现。即信号带宽W和信噪比S/N是可以互换的，增加信号带宽可以降低对信噪比的要求，当带宽增加到一定程度，允许信噪比进一步降低，有用信号功率接近噪声功率甚至淹没在噪声之下也是可能的。扩频通信就是用宽带传输技术来换取信噪比上的好处，这就是扩频通信的基本思想

5、和理论依据。 14 扩频通信系统的分类扩频通信系统按其工作方式主要分为直接序列扩频系统(DSSS)、跳频扩频系统(FHSS)、跳时扩频系统(THSS)、宽带线性扩频系统(Chirp-SS)、混合扩频系统(如FHDS，DSTH)等5种。其中，民用较多的是直接序列扩频系统和跳频扩频系统。下面对以上五种扩频技术加以简单介绍。1 ）直接序列扩频系统直接序列扩频是直接利用具有高码率的扩频码系列采用各种调制方式在发端与扩展信号的频谱，而在收端，用相同的扩频码序去进行解码，把扩展宽的扩频信号还原成原始的信息。它是一种数字调制方法，具体说，就是将信源与一定的PN码(伪噪声码) 进行模二加。例如在发射端将“1”

6、用，而将“0”用去代替，这个过程就实现了扩频，而在接收端只要把收到的序列是就恢复成“1”，是就恢复成“0”，就实现了解扩。这样信源速率就被提高了11倍，同时也使处理增益达到10dB以上，从而有效地提高了整机信噪比。2) 跳频扩频跳频扩频(FHSS)技术是通过伪随机码的调制，使载波工作的中心频率不断跳跃改变，而噪音和干扰信号的中心频率却不会改变。这样，只要收、发信机之间按照固定的数字算法产生相同的伪随机码，就可以达到同步，排除噪音和其他干扰信号。3) 跳时扩频(THSS)跳时是使发射信号在时间轴上跳变。首先把时间轴分成许多时片。在一帧内哪个时片发射信号由扩频码序列进行控制。即可以把跳时理解为：用

7、一定码序列进行选择的多时片的时移键控。由于采用了窄得很多的时片去发送信号，相对说来，信号的频谱也就展宽了。在发端，输入的数据先存储起来，由扩频码发生器的扩频码序列去控制通一断开关，经二相或四相调制后再经射频调制后发射。在收端，由射频接收机输出的中频信号经本地产生的与发端相同的扩频码序列控制通一断开关，再经二相或四相解调器，送到数据存储器和再定时后输出数据。只要收发两端在时间上严格同步进行，就能正确地恢复原始数据。4 )宽带线性调频扩频简称为切普扩频发射的射频脉冲信号在一个周期内，其载频的频率作线性变化。因为其频率在较宽的频带内变化，信号的带宽也被展宽了。由于这种线性调频信号占用的频带宽度远大于

8、信息带宽，所以也是一种扩频调制技术。它利用一系列短促的，可以同步的扫描频率chirps(线性调频波)作为载体，每个线性调频波一般持续lO0s，它代表了最基本的通信符号时间(UsT)。这些chirps覆盖了100kHz-400kHz的频带，并总是以200kHz400kHz的频率开始，继而以100kHz200kHz的频率结束。由于chirps信号的线性扫描带宽比信号带宽要大得多，其线性加速度是较高的，而等幅振荡波干扰(ContinuousWave Jamming)的频率加速度一般是稳定的，所以只要将滤波器设计成只能通过具有特定角加速度的信号，就可以将CW 干扰排除在外。另外，此种线性调频波波形还具

9、有很强的自相关特性，这种模糊逻辑的相关性决定了所有连接在网络上的设备，可以同时识别从网上任意设备发出的这种独特波形，并且不需要在发送和接收设备间进行同步。5）混合扩频系统在上述几种基本的扩频方式的基础上，可以组合起来，构成各种混合方式。例如DSFH、DSTH、DSFHTH等等。一般说来，采用混合方式在技术上要复杂一些，实现起来也要困难一些。但是，不同方式结合起来的优点是有时能得到只用其中一种方式得不到的特性。因此，对于需要同时解决诸如抗干扰、多址组网、定时定位、抗多径和远近问题时，就不得不同时采用多种扩频方式。15扩频通信系统的基本原理图1-1以直接序列扩频通信系统为例，对扩频通信系统的基本原

10、理进行简单介绍并给出了直接序列扩频通信系统的简化原理方框图。由信源产生的信息流通过编码器变换为二进制数字信号。二进制数字信号中所包含的两个符号的先验概率相同，均为，且两个符号相互独立，其波形图如图1-2(a)所示，二进制数字信号与一个高速率的二进制伪噪声码的波形（如图1-2(b)所示，伪噪声码作为系统的扩频码序列）相乘，得到如图1-2(c)所示的复合信号，这就扩展了传输信号的带宽。一般伪噪声码的速率是Mb/s的量级，有的甚至达到几百Mb/s。而待传输的信息流经编码器编码后的二进制数字信号的码速率较低，如数字话音信号一般为16 kb/s 32kb/s，这就扩展了传输信号的带宽。（a） 发射系统(

11、b) 接收系统频谱扩展后的复合信号对载波（为载波频率）进行调制（直接序列扩频一般采用PSK调制），然后通过发射机和天线送入信道中传输。发射机输出的扩频信号用表示，其示意图如图1-2(d)所示。扩频信号的带宽取决于伪噪声码的码速率。在PSK调制的情况下，射频信号的带宽等于伪噪声码速率的2倍，即，而几乎与数字信号的码速率无关。以上对待传输信号的处理过程就是对信号的频谱进行扩展的过程。经过上述过程的处理，达到了对扩展频谱的目的。在接收端用一个和发射端同步的参考伪噪声码所调制的本地参考振荡信号（为中频频率），与接收到的进行相关处理。相关处理是将两个信号相乘，然后求其数学期望（均值），或求两个信号瞬时值

12、相乘的积分。当两个信号完全相同时（或相关性很好），得到最大的相关峰值，经数据检测器恢复出发射端的信号。若信道中存在着干扰，这些干扰包括窄带干扰、人为瞄准式干扰、单频干扰、多径干扰和码分多址干扰等等，它们和有用信号同时进入接收机，如图1-3(a)所示。图1-3中，为伪噪声码速率，为载波频率，为中频频率。 (a) 接收机输入 (b) 混频器输出 (c) 中频滤波器输出 图1-3由于窄带噪声和多径干扰与本地参考扩频信号不相关，所以在进行相关处理时被削弱，实际上干扰信号和本地参考扩频信号相关处理后，其频带被扩展，也就是干扰信号的能量被扩展到整个传输频带之内，降低了干扰信号的电平(单位频率内的能量或功率

13、)，如图1-3(b)所示。由于有用信号和本地参考扩频信号有良好的相关性，在通过相关处理后被压缩到带宽为的频带内，因为相关器后的中频滤波器通频带很窄，通常为，所以中频滤波器只输出被基带信号调制的中频信号和落在滤波器通频带内的那部分干扰信号和噪声，而绝大部分的干扰信号和噪声的能量（功率）被中频滤波器滤除，这样就大大地改善了系统的输出信噪比，如图1-3(c)所示。关于这一特性，将在扩频通信系统的性能分析一章中作进一步分析。为了对扩频通信系统的这一特性有一初步了解，我们以解扩前后信号功率谱密度示意图来说明这一问题。假设有用信号的功率为，码分多址干扰信号的功率，多径干扰信号的功率，其他进入接收机的干扰和

14、噪声信号功率。再假设所有信号的功率谱是均匀分布在的带宽之内。解扩前的信号功率谱见图1-4中的(a)，图中各部分的面积均为。解扩后的信号功率谱见图1-4中的(b)，各部分的面积保持不变。通过相关解扩后，有用信号的频带被压缩在很窄的带宽内，能无失真的通过中频滤波器2Rc2RcBb(a)(b) 有用信号多址信号多径信号噪声有用信号多址信号多径信号噪声4Rcf0fIF 图1-4（滤波器的带宽为）。其他信号和本地参考扩频码无关，频带没有被压缩反而被展宽了，进入中频滤波器的能量很少，大部分能量落在中频滤波器的通频带之外，被中频滤波器滤除了。我们可以定性的看出，解扩前后的信噪比发生了显著的改变。14 扩频通

15、信的特点1) 抗干扰性强扩频通信系统扩展的频谱越宽，处理增益越高，抗干扰能力就越强。简单地说，如果信号频谱展宽lO倍，那么干扰方面需要在更宽的频带上去进行干扰，分散了干扰功率，从而在总功率变的条件下，其干扰强度只有原来的110。另外，由于接收端采用扩频码序列进行相关检测，空中即使有同类信号进行干扰，如果不能检测出有用信号的码序列，干扰也起不了太大作用，因此抗干扰性能强是扩频通信的最突出的优点。2 )信息保密性好由于扩频信号在很宽的频带上被扩展了，单位频带内的功率就很小，即信号的功率谱密度很低，所以应用扩码序列扩展频谱的直接序列扩频系统，可在信道噪声和热噪声的背景下，在很低的信号功率谱密度上进行

16、通信。信号被淹没在噪声里，很不容易被发现，想进一步检测出信号的参数就更加困难了。3 )易于实现码分多址由于扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，充分利用各种不同码型扩频序列之间优良的自相关特性和互相关特性，在接收端利用相关检测技术进行解扩，则在分配给不同用户不同码型的情况下，系统可以区分不同用户的信号，这样在同一频带上许多对用户可以同时通话而互不干扰。4 )抗多径干扰在无线电通信的各个频段，短波、超短波、微波和光波中存在大量的多径干扰。一般方法是采用分集接收技术，或设法把不同路径的不同延迟信号在接收端从时间上对齐相加，合并成较强的有用信号，这两种基本方法在扩频通信中都是很容易实现的。第二章 CD

17、MA与WCDMA基本原理CDMA是码分多址的英文缩写(Code Division Multiple Access)，它是在数字技术上的分支扩频通信技术上发展起来的一种新的无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，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。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，以实现数据传输。2.1 CDMA的概念CDMA提供了一种适应蜂窝应用的先进技术。这是一种使用代码,它能识别用户和基站的接入方法。与大多数现有系统不

18、同，CDMA是设计用于高干扰环境中。使用rake接收器技术，CDMA采用多径改善和多径衰落条件下的接收。为大量用户提供高质量的服务。 2.2 CDMA的特点CDMA既然是扩频通信的一种，那么他具也有扩频通信的以下特点： （1）抗干扰能力强。这是扩频通信的基本特点，是所有通信方式无法比拟的。 （2）宽带传输，抗衰落能力强。 （3）由于采用宽带传输，在信道中传输的有用信号的功率比干扰信号的功率低得多，因此信号好象隐蔽在噪声中；即功率话密度比较低，有利于信号隐蔽。 （4）利用扩频码的相关性来获取用户的信息，抗截获的能力强2.3 CDMA基本原理与关键技术CDMA(Code-Division Mult

19、iple Access)，即码分多址，是近年来在数字移动通信进程中出现的一种先进的无线扩频通信技术，不同用户传输信息所用的信号不是依据频率不同或时隙不同来区分，而是用各自不同的编码序列来区分。如果从频域或时域来观察，多个CDMA信号是互相重叠的，接收机用相关器可以在多个CDMA信号中检出其中使用预定码型的信号，其它使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。 CDMA的基本技术之一是扩频， 20世纪90年代第二代（2G）CDMA蜂窝移动通信系统问世，其较TDMA之优点已见端倪，在系统容量、通信质量和保密性方面均有优于TDMA之处，ITU推出的IMT-2000（3G）标准及之后

20、批准的几个3G标准均系采用CDMA多址方式。CDMA它是在数字技术的分支-扩频通信技术上发展起来的一种成熟的无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，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。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。 CDMA蜂窝网移动通信系统就是采用直扩方式获得扩频信号的。这种很窄的脉冲码序列（其码速率很高）称为扩频码序列。所采用的扩频码序列与所传的信息数据无关（它与一般的正弦载波信号类似），不影响信息

21、传输的透明性。扩频码序列仅仅起扩展信号频谱的作用。2.4 WCDMA简介WCDMA全名是Wideband CDMA，中文译名为“宽带分码多工存取”，采用直扩（MC）模式，载波带宽为5MHz，它可支持384Kbps到2Mbps不等的数据传输速率，在高速移动的状态，可提供384Kbps的传输速率，在低速或是室内环境下，则可提供高达2Mbps的传输速率。而GSM系统目前只能传送9.6Kbps，固定线路Modem也只是56Kbps的速率，由此可见WCDMA是无线的宽带通讯。而且它采用MC FDD双工模式，与GSM网络有良好的兼容性和互操作性。作为一项新技术，它在技术成熟性方面不及CDMA2000，但其

22、优势在于GSM的广泛采用能为其升级带来方便。另外，WCDMA还采用了自适应天线和微小区技术，大大地提高了系统的容量。 此外，在同一些传输通道中，它还可以提供电路交换和分组交换的服务，因此，消费者可以同时利用交换方式接听电话，然后以分包交换方式访问因特网，这样的技术可以提高移 动电话的使用效率，使得我们可以超过越在同一时间只能做语音或数据传输的服务的限制。 在费用方面，WCDMA因为是借助分包交换的技术，所以，网络使用的费用不是以接入的时间计算，而是以消费者的数据传输量来定。 WCDMA的发起者主要是欧洲和日本标准化组织和厂商，WCDMA继承了第二代移动通信体制GSM标准化程度高和开放性好的特点

23、，标准化进展顺利。WCDMA支持高速数据传输(慢速移动时384kbit/s，室内走动时2Mbit/s)，支持可变速传输。其主要特点如下：基站支持异步和同步的基站运行方式，组网方便、灵活；调制方式上行为BPSK，下行为QPSK；导频辅助的相干解调方式；适应多种速率的传输，同时对多速率、多媒体的业务可通过改变扩频比和多码并行传送的方式来实现；上、下行快速、高效的功率控制大大减少了系统的多址干扰，提高了系统容量，同时也降低了传输的功率；核心网络基于GSM/GPRS网络的演进，并保持与GSM/GPRS网络的兼容性；支持软切换和更软切换，切换方式包括三种，即扇区间软切换、小区间软切换和载频间硬切换等。

24、WCDMA是一种由3GPP具体制定的，基于GSM MAP核心网，UTRAN（UMTS陆地无线接入网）为无线接口的第三代移动通信系统。目前WCDMA有Release 99、Release 4、Release 5、Release 6等版本。 WCDMA在Release 5版本引入了下行链路增强技术，即HSDPA（High Speed Downlink Packet Access，高速下行分组接入）技术，在5MHz的带宽内可提供最高14.4Mbps的下行数据传输速率。在Release 6版本引入了上行链路增强技术，即HSUPA（High Speed Uplink Packet Access，高速上行

25、分组接入）技术，在5MHz的带宽内可提供最高约6Mbps的上行数据传输速率。目前国际上基于Release 99、Release 4、Release 5的WCDMA系统已先后进入商用。除了上述标准版本之外，3GPP从2004年即开始了LTE（Long Term Evolution，长期演进）的研究，基于OFDM、MIMO等技术，试图发展无线接入技术向“高数据速率、低延迟和优化分组数据应用”方向演进。目前在3GPP组织内正在进行LTE的标准化工作。GSM/WCDMA网络演进形态图第三章 扩频技术在WCDMA中的应用CDMA移动通信系统是在复杂的无线通信环境里进行的，建立无线信道模型，实现对无线信道

26、的仿真，是对WCDMA进行系统仿真的基础。整个WCDMA 系统由三部分组成,即CN(核心网) 、UTRAN(无线接入网) 和UE(用户装置) 。CN与UTRAN 的接口定义为Iu 接口,UTRAN 与UE 的接口定义为Uu 接口。Uu 接口分为3 个协议层:物理层、数据链路层和网络层。物理层是衡量不同体制的移动通信系统的主要方面之一。终端与基站间的单纯物理链路采用何种信号处理的结构,直接关系到整体的业务性能,并且对其他层的协议也有很大的影响。从手机和基站设备的基带处理能力而言,物理层关系到设备的复杂度。另外,第三代系统同样着眼于业务的宽带,所以物理层不仅围绕单一的业务,而且也考虑到将来引入的业

27、务所需的更多变化。物理层提供物理信道,并在此信道上传输原始比特,为MAC 层和更高层提供信息传输服务,包括物理信道的调制与扩频、信道的编译码、软切换的实施、频率和时间(chip ,bit ,slot ,frame) 的同步及闭环功率控制等。物理信道分为专用物理信道(DPCH) 和公共物理信道(CPCH) 。此设计中，物理层由信道编/解码、扩频解扩、加扰解扰、调制解调、加性高斯白噪声信道几部分组成，以下是对扩频加扰部分的简单介绍。3.1扩频与扰码在WCDMA系统中，WCD MA 的 扩频码称为信道化码，下行链路采用的信道化码与上行链路相同，称之为正交可变扩频因子(OSVF)码。WCDMA系统中，

28、发送端做的处理除了扩频之外还包括了扰码操作。扰码的目的是为了将不同的终端或基站区分开来，上行链路中，扰码区分用户，扩频码（也叫信道化码）区分同一个用户的不同信道（物理数据（DPDCH）和 控制信道（DPCCH）;下行链路中，扰码可以用来区分不同的小区，用扩频码区分同一小区中不同的用户。扰码是在扩频之后使用的，因此它不会改变信号的带宽，而只是将来自不同信源的信号区分开来，在WCDMA 中就是利用扩频码和扰码来减少多用户之间干扰，这样即使多个发射机使用相同的码字扩频也不会出现问题。扰码信道化码图3-1扩频与加扰过程上图为数据经过了扩频和扰码处理,其中第一步是信道化操作,通过与信道化码相乘将每一个数

29、据符号转换为若干码片,因此增加了信号带宽.而每一个数据符号转换的码片数称为扩频因子,扩频因子可以在4256之间取值.因为经过信道化码之后,已经达到了码片速率,所以不影响符号速率.以下将对信道化码和扰码做简单介绍：信道化码用于区分来自同一信源的传输,即一个扇区内的下行链路连接,以及来自于某一终端的所有上行链路专用物理信道.WCDMA的扩频码即信道化码是基于正交可变扩频因子技术(OVSF),使用OVSF技术可以改变扩频因子,并保证不同长度的不同扩频码之间的正交性.码字可以从下图示的码树中选取.如果连接中使用了可变扩频因子,可以根据最小扩频因子正确的利用码树来解扩,方法是在最小扩频因子码指示的码树分

30、支中选取信道化码.他为WCDMA 提供高度灵活的业务起了非常重要的作用。在WCDMA 系统,OVSF 码保证了不同物理信道之间的正交性。上行链路中信道化码的扩频因子变化范围为4256 。下行链路中,扩频因子的变化范围是4512 。由于基站比用户需要更多的信道,而OVSF 码数是有限的,因此WCDMA下行链路OVSF 码的分配策略极其关键,直接决定系统的容量。下图为产生正交可变扩频因子码OVSF的码树,OVSF 码树在同一层的各个码字之间相互正交。图3-2用于产生正交可变扩频因子码OVSF的码树在WCDMA中，需通过两步对信号进行扩频。首先，除了下行链路同步信道之外，用各自的信道码对所有的物理信

31、道进行扩频，使得接收端可以根据信号的扩频码来区分不同信道传输的信息，定义扩频因子为一个输入符号被扩展后的码片周期数。信道码相互正交，可以对每条物理信道采用变化的扩频因子，即我们上文提到的正交可变扩频因子（OVSF）。然后把这样扩频后的物理信道加起来，用特定的复数加扰，使得接收端能准确无误的识别出这些物理信道的信源，即我们所谓的扰码加扰过程。 WCDMA采用GOLD码作为扰码，GOLD码由2个特定的m序列相加而成，具有容易易产生，自相关特性好的优点。上行链路采用扰码来区分用户，下行链路则用来区分基站。扰码在信息传送之前进行，因此它不会改变信号的带宽，它只是使得来自不同信源的信号能被区分开。进行扰

32、码后，如果实际扩频中几个发射机用同样的码是没有关系的。传输中码片速率通过信道编码已达到，所以符号速率是不受扰码影响的。扰码器将输入序列映射到另一个不同的序列，在输入为周期性的情况下，通常使得输出的周期是输入周期的很多倍。扰码器用一组移位寄存器构成，对一定寄存器的输出进行模2加运算后，再反馈到寄存器组的输入端。扰码是通过PN码技术实现的，PN码可以由移位积存器构成，而移位积存器的反馈路径可以用一个多项式表示。用于WCDMA中的扰码有两种类型：长码和短码。长码的长度为38400个码片，即10毫秒，短码的长度只有256个码片。上行链路和下行链路的扰码类似都是复数的，用两个分量序列产生。4321001

33、234Gold序列图3-3 长度为31的扰码发生器 3.2 调制与解调调制与解调是通信系统中十分重要的一个环节，针对不同的信道环境选择不同的调制与解调方式可以有效的提高通信系统的频带利用率，改善接收信号的误码率。所谓调制，就是根据输入信号改变传输信号，使之能够在特定的频率范围内和特定条件的信道中传输的过程。解调是调制的逆过程，它是把某种特定形态的传输波形还原为发送站调制前的信号。在WCDMA下 行 链 路中，采用QPSK数据调制方式。两个连续符号组成的符号经过串并变换，映射到I和Q支路上。映射的结果是偶数号和奇数号的符号分别应设到I和Q支路上。I和Q支路由相同的实值信道化码C, (Channe

34、lization Code)扩频到码片速率，这里的信道化码即上文提到的OVSF码。信道化后将I和Q支路上是实值码片序列变换成复值码片序列。该序列由复值的扰码C, (Scrambling Code)进行加扰(复数相乘)，用来标定一个唯一的蜂窝(Cell)。下图显示了下行链路的扩频和调制过程，这个下行链路有一路DPDCH和一路DPCCH。若DPDCH多于一路，则多出的DPDCH分别用QPSK进行调制并采用不同的信道化码进行扩频。图3-4中采用QPSK数据调制方式，在下行链路中I和Q支路的数据率相同，然而在上行链路中，I和Q支路的数据率是不同的;在下行链路中扰码是用来标定蜂窝的，然而在上行链路中用来

35、标定移动用户。下行链路中数据在发送之前通过平方根升余弦滤波器进行脉冲成型，滤波器的滚降系数是0.22。串并转换jP(t)P(t)信道化码扰码Cos(wt)Sin(wt)图3-4下行链路的扩频与调制第四章 仿真环境MATLAB-SIMULINK简介仿真软件的简单介绍本课题采用Matlab/Simulink作为仿真软件，Simulink为一个可视化的仿真软件，它为用户提供了大量的数学运算，信号处理等模块，采用这些模块可以方便快捷的建模。而对于有些用现有模块不方便实现的算法，Simulink提供了S函数，用户可以按照一定的约定，用Matlab的M语言，或者是C语言对Simulink进行扩展编程，从而

36、编写特定的模块完成特定的功能。本课题依据3GPP制定的标准，采用Matlab/Simulink作为仿真工具，构建了仿真系统。 而仿真的步骤一般分为以下几步：1）提出仿真问题，明确仿真目的。2）根据仿真目的确定仿真结构，规定相应的仿真条件。3）模型设计。4）仿真模型建立。5）仿真。6）在调试的过程中对仿真的结果进行分析。SIMULINK采用的是模块化建模方式，让用户把精力从编程转向模型的构造。因此，Simulink一个很大的优点是为用户省去了许多重复的代码编写工作，用户不必一步步地从最底层开始编起。其中每个模块基本上都有自己的输入输出端口，实现一定的功能。SIMULINK中的仿真模型一般有多个仿

37、真模块连接而成。第五章 仿真WCDMA的仿真主要要经过正交扩频、加扰、调制后进入加噪信道、然后再经过解调、解扰、解扩几步。以下为对其扩频、加扰、调制部分进行的仿真。5.1 设计模型电路WCDMA在下行信道上，信息数据经过串/并转换，分成I/Q两个支路，这两个支路用相同的信道化码进行扩频，然后用相同小区特定扰码进行扰码处理，调制采用的是QPSK，调制的码片速率为3.84Mc/s脉冲形成滤波器采用RRC，滚降因子是0.22。信道化码扰码P(t)（T）P(t)Cos(wt)Sin(wt)s/p转换图5-1 WCDMA下行信道的扩频与调制图5-1是WCDMA的下行信道的扩频与调制，在WCDMA中，下行

38、链路的信道化码为OVSF（正交可变扩频因子码），这种码能保持采用不同速率和不同扩频因子的信道之间的正交性。扰码为GOLD序列，以区分小区。p(t)是脉冲成型滤波器。图5-2为QPSK的解调接收机框图，前面的带通滤波器用于除去带外噪声和相邻信道的干扰。滤波后的输出端分为两个部分，分别用同相和正交的载波进行解调。解调用的相干载波用载波恢复电路从接收信号中恢复。解调器的输出提供一个判决电路，产生同相和正交二进制流，经复用后再生出原始的二进制数据序列。BPF载波恢复电路符号时序恢复复用判决电路LPF判决电路LPF90图5-2 QPSK解调接收机框图本设计即根据上文中的两个电路原理进行。5.2建立模型信

39、道 编扩频调制加噪信道相干解调解扰解扩信道解码加扰误码率计算WCDMA下行链路仿真过程如上图示，用户的数据进入信道后先进行信道编码,然后经扩频和加扰后,再经过QPSK调制送入有高斯白噪声的信道传输。到达接收端的比特流是加入了人为强干扰和高斯白噪声的发送比特流。接收端对接收的比特流进行解调、滤波、去扰解扩和解码后得到各用户的数据。对各用户的数据与发送端对应的用户数据进行分析、比较,计算其误码率, 并以此为基础分析WCDMA 无线接口的抗干扰性能。 在发送端, WCDMA下行链路采用的编码方案是卷积编码，扩频加扰模块采用正交可变扩频因子码序列(OVSF)作为信道化扩频码序列进行扩频,将数据符号按位

40、转换为一组码片序列,扩展数据信息的带宽;对扩频后的信号用GOLD码再进行扰码操作。扩频加扰后将其送入调制模块，可用的调制方式为QPSK调制、16QAM调制。在这里我们用的是QPSK调制。5.3基于SIMULINK的模型实现在SIMULINK模块库中找到所需模块，按照设计与原理图连接，如图5-3所示： 图5-3 仿真电路图模型搭建完成以后，并不一定能够立刻进行仿真，其中需要对各个模块的参数进行适当的修改以满足仿真要求的同时，还要满足模块之间连接的要求，最终目的实现既满足理论知识，又可以实现仿真。5.4仿真、调试WCDMA的仿真主要要经过正交扩频、加扰、调制后进入加噪信道、然后再经过解调、解扰、解

41、扩几步。对其的调试过程经过了以下过程。1、 扩频 加扰 调制 图5-4 为数据源经过OVSF（正交可变扩频因子码）扩频，经GOLD序列加扰， 经正弦波调制的仿真图形。 图5-4 扩频加扰调制模块其中，数据源数据的采样时间取为0.0032S，扩频因子取32，则扩频码的采样时间为0.0001S。因为扰码是在扩频之后进行，所以扰码不改变信号的带宽，扰码的采样时间也为0.0001。在WCDMA的下行链路中，扰码用来区分不同的小区。WCDMA中对数据源进行扩频和加扰是用来减少多用户之间的干扰。图5-5是对数据源进行扩频、加扰、调制后示波器的示图。图5-5 扩频、加扰、调制波形如图5-5所示，第一行是数据

42、源示图，第二行是正交可变扩频因子码（OVSF），第三行是经OVSF扩频后的图形，第四行是扰码，第五行是加扰后的图形。从图中可以看出，数据源经扩频后，频率扩大了32倍，而经扰码处理后，频率没有发生变化。图5-6为经过了扩频加扰后的信号，再通过正弦波的调制前后的图形对比。如图所示，第一行是经过扰码处理后的波形，第二行是正弦调制载波，第三行是经调制后的输出波形。其中正弦波的采样时间设置为5e-7*1/6.28S，正弦的频率为6.28e5rad/s。图5-6 调制前后的波形比较从示波器的示图可以看出， QPSK调制即用正弦载波与加扰后的信号进行乘运算。2、 解调、解扰、解扩图5-7是电路中加入了解调模

43、块，在这里，解调是通过相干解调实现的，经解调后，需要一个低通滤波器滤除解调输出中的高频成分。在这里采用的是相干解调，采样时间与调制的采样时间相同，为5e-7*1/6.28S。 图5-7 加入了解调模块的仿真电路图5-8调制前解调后波形比较如图5-8所示，示波器第一行为解调后经过了低通滤波器的输出信号，第二行为解调后未经过低通滤波的信号波形，第三行为调制前的波形。从图中可以看出，解调后经过低通滤波的信号和调制前的波形基本相同。下面，我们将经过低通滤波的信号再通过解扰解扩处理。图5-9解调的基础上增加了解扰和解扩处理模块图5-9为在解调的基础上增加了解扰和解扩处理模块，模型中也增加了一些时延处理以

44、达到时间上的匹配。经过以上处理后的示波器示图图5-10，如电路所示，下图的示波器示图中，第一行为数据源波形，第二行为经过加扰前的波形，第三行是经过解扰后的波形，第四行是经过解扩后的形。图5-10 解扰解扩过程示波从图5-10的示波器示图比较可以看出，经过解扰解扩后的波形与扩频加扰前的波形是吻合的。即其误码率为0。下图的电路是在原有的仿真电路基础上加入了高斯噪声，高斯白噪声是最常见最简单的一种噪声，它存在于各种传输媒质中，表现为信号围绕平均值的一中随机波动过程，它的均值为0。高斯噪声加入信道后，对所传输的信号产生了很大的影响。经过解调、低通滤波后，高斯噪声对信号的影响明显减小，这可以由下面的示波

45、器示图看出。图5-11加入了高斯噪声后的仿真电路图5-12调制解调过程示波器示图如上面的仿真图图5-11中的示波器二的连接线所示，图5-12图示波器的第一行为调制前的信号波形，第二行为调制后的信号波形，第三行为加入高斯噪声后的号波形，第四行为经过相干解调后的信号波形，第五行为经过低通滤波器后的信号波形。从示波器的示图可以很明显的看到，信号经过了高斯加噪、相干解调、低通滤波后基本恢复到调制前的信号。图5-13信源与解扩后的输出图形比较如上仿真电路图图5-11中的示波器1的连接电路所示，图5-13所示示波器的第一行为信源波形，第二行为信道中加入了高斯噪声的解扩后的输出波形，第三行为经判决器后的输出

46、波形。结束语本文针对扩频技术在CDMA系统的中的应用进行简单论述及仿真。文中扩频通信基本原理及CDMA的基本原理进行了简单的介绍，也对移动通信的发展进行了简要说明。再分析了扩频通信技术与CDMA的关系，论述了码分多址移动通信技术的特征和优越性，阐明了扩频技术对其的影响。其后，以WCDMA为例，对扩频技术在CDMA中的应用进行了简要说明，最后进行了仿真和对仿真结果进行了时域分析。扩频通信技术是一个蓬勃发展和十分活跃的研究领域，具有广阔的应用前景和发展。限于水平，文章有很多不足的地方，恳请老师批评指正。参考文献1 刘乃安，孙献璞，曾兴雯.扩展频谱通信及其多址技术.西安:西安电子科技大学出版社.2004.2 曾一凡，李晖。扩频通信原理.北京: 机械工业出版社.2005.3 彭林, 朱凌霄. WCDMA无线通信技术及演化. 北京: 中国铁道出版社. 2004.4 王学龙. WCDMA移动通信技术. 北京: 清华大学出版社. 2004.5 张平, 王卫东, 陶小峰, 王莹. WCDMA移动通信系统(第2版). 北京:人民邮电出版社. 2004.