码分多址系统的仿真

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 录

摘 要 II
ABSTRACT III
第一章 绪论 1
1.1通信系统仿真的背景和意义 1
1.2 CDMA通信系统的发展概况 1
1.3 课题要求与本文的主要工作安排 4
第二章　CDMA基本理论和开发工具的选择 5
2.1 CDMA通信系统介绍 5
2.1.1 CDMA通信基本原理 5
2.1.2 CDMA的技术特点 6
2.1.3 地址码的选择 7
2.2 CDMA通信系统的关键技术 8
2.3 IS-95 CDMA系统无线链路的理论基础 11
2.3.1 下行链路 11
2.3.2 上行链路 13
2.4 开发工具的选择 14
2.5 Systemview的简单介绍 15
第三章 CDMA（IS-95）下行链路业务信道的仿真研究 17
3.1 下行链路业务信道结构 17
3.2 下行链路业务信道仿真方案设计及模块参数设置 18
3.3 系统的调试及仿真结果分析 20
第四章 CDMA(IS-95)上行链路接入信道的仿真研究 23
4.1 上行链路接入信道介绍 23
4.2 上行链路接入信道仿真方案设计及模块参数设置 24
4.3 系统的调试及仿真结果分析 27
第五章 IS-95 CDMA下行链路基带系统的仿真研究 30
5.1 下行链路基带系统的结构 30
5.2 下行链路基带系统仿真方案设计及模块参数设置 31
5.2.1 发送部分 31
5.2.2 接收部分 32
5.3系统的调试及仿真结果分析 34
第六章 结论 37
6.1课题工作总结 37
6.2设计过程中出现的问题及解决方法 38
致 谢 39
参考文献 40

摘 要

CDMA (Code Division Multiple Access，码分多址) 技术,是以扩频通信为基础的多址连接技术。CDMA多址技术完全适合现代移动通信网大容量、高质量、综合业务、软切换等高性能要求，是现代通信技术的重要发展方向。
本文对CDMA蜂窝通信系统的基本原理，特点和关键技术进行详细描述，主要介绍了地址码选择，扩频系统特征，功率控制，RAKE 接收，CDMA的分集接收、软切换等，特别对Q-CDMA数字蜂窝移动通信系统的无线信道的结构，参数，信号的设计等进行详细的讨论，并对仿真工具SystemView进行了介绍。在此基础上利用SystemView强大的仿真功能分别对CDMA下行链路基带系统、上行链路接入信道及下行链路业务信道建立模块进行模拟仿真，设计了具体的通信系统模型。在模型的设计过程中，对模型设计的目的，具体的结构组成，仿真流程以及仿真结果都给出了具体详实的说明和分析。

关键词：CDMA，SystemView仿真，上行链路，下行链路

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1通信系统仿真的背景和意义
近几十年来，通信系统的规模和复杂度以前所未有的速度增长，使得对通信系统的分析、设计要耗费更多的时间、人力和物力。现有的通信系统是十分复杂的，主要体现在系统的构成复杂、系统内各模块之间的联系复杂、以及外部环境对系统的影响难于把握。这使得系统分析、设计人员在对系统进行研究时，如果仅靠数学分析的方法，得出的结论往往和实际相差较远有时还受限于现代数学发展水平，甚至无法进行数学分析。
在这种情况下可以有两种选择，一种是做出实际的系统，另一种采用计算机仿真的方法来模拟这个系统。显然，前者是高风险、高代价、周期长。相比之下，计算机仿真所特有的低风险、低代价、高速度的优点必将受到人们的重视。
通信系统的计算机仿真是指系统分析、设计人员根据通信系统组成模块的物理含义，建立数学模型，然后根据这些模型来编制仿真程序，利用计算机再现系统的运行状态，以此来研究和分析系统特性。通信系统的仿真程序主要任务是处理传递于系统内各模块之间的”波形”和分析仿真所得的数据。系统分析人员需要对组成通信系统的各模块(比如:调制器、解调器)以及模块之间的关系有较深入的认识。但是采用计算机仿真有一个主要的不足，即它的计算量会相当大。有时即使利用当今运行速度最快的计算机来执行仿真程序，其程序运行时间也会是一个天文数字。计算量的多少和系统的复杂度、仿真模型的选取以及仿真方法有关。显然，仿真模型越精细、潜在的计算量就越大【１】。
通过计算机仿真能更深入地了解CDMA系统的性能，为最终用硬件实现性能更为优越的CDMA系统提供可行的方案。现今通信系统仿真工具种类繁多，比较普遍应用的有MATLAB,SystemView,Simulink等，SystemView是一种比较适合物理模型和数学模型的建模方法的现代通信系统设计、分析和仿真试验工具，在CDMA系统仿真中经常被使用【２】。
1.2 CDMA通信系统的发展概况
自从 2 0 世纪70年代末出现蜂窝通信以来，世界各地的移动通信业得到了迅猛的发展，蜂窝通信的技术本身也有了长足的进步，移动通信网络己经从模拟蜂窝网发展到数字蜂窝网。在多址接入技术方面，第一代模拟蜂窝网采用频分多址(FDMA)方式，在20世纪80年代初使用;80年代后期开发了时分多址(TDMA)体制;进入90年代以后，以GSM为代表的TDMA数字蜂窝网在国内外获得了广泛应用。90年代后半期，在频分多址(FDMA)和时分多址(TDMA)数字蜂窝网的基础上，码分多址(CDMA)蜂窝网系统，包括窄带和宽带两类系统，渐露头角【３】。
以美国 Qualcomm(高通)公司为首的倡导者提出了在蜂窝移动通信系统中采用CDMA技术的系统实现方案。他们通过理论分析和不断的现场实验，证明这种蜂窝系统能全面满足CTIA(美国蜂窝通信工业协会)提出的标准。该系统不仅容量大，而且具有软容量、软切换等突出的优点，被认为是移动通信环境下获得大容量和高质量的一种灵活有利的技术。1998年以后，以IS-95为标准的CDMA商用系统已分别在中国香港、韩国等地区和国家使用，用户反映良好。1999年11月5日在芬兰赫尔辛基召开的工TU TG8/1第18次会议上，最终确定了3类(TDMA,CDMA-FDD(频分复用),CDMA-TDD(时分复用)) 共5种技术作为第三代移动通信的基础，其中欧洲的WCDMA(宽带码分多址)、美国的CDMA 2000和中国的TD-SCDMA(时分-同步码分多址)是3G的3个主流标准【４】。
1995年，第一个CDMA商用系统运行之后，CDMA技术理论上的诸多优势在实践中得到了检验，从而在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。全球许多国家和地区，包括中国香港、韩国、日本、美国都已建有CDMA商用网络。在美国和日本，CDMA成为国内的主要移动通信技术。在美国，10个移动通信运营公司中有7家选用CDMA。到今年4月，韩国有60%的人口成为CDMA用户。为了适应我国移动通信市场的迅猛发展，1999年4月，国务院批准中国联通统一负责中国CDMA网络的建设、经营和管理。2000年9月，国家发展计划委员会、信息产业部下发了《关于启动CDMA移动通信网络建设有关事项的通知》，中国联通CDMA网络建设计划正式启动，由此拉开了CDMA 网络建设的序幕。
1995 年下半年,原邮电部与部队方面决定采用800MHz频率,选定北京、上海、西安、广州四个城市,建立基于IS-95的CDMA 实验网。
1995 年底,全球第一个基于IS-95 标准的CDMA 系统在香港投入商用。1997 年底,由电信长城公司负责经营的北京、上海、西安、广州四个133CDMA 商用实验网先后宣布开通,并实现了网间漫游。
2000 年2月11日,中兴通讯自主开发的CDMA 移动交换系统与爱立信CDMA 基站系统成功对接,基本完成了有效性测试;2000 年下半年向市场推出了CDMA BSS产品。2001 年1 月,中国联通代表国家与美国高通公司签署CDMA 知识产权框架协议。
2001 年3 月,中兴通讯利用其自主研发的CDMA2000 -1X移动通信系统成功演示了话音、数据与图像业务的综合传送,这是我国第一套实现数据与图像业务的CDMA 移动通信系统,传输速率达144K,标志着国产CDMA 移动通信系统的宽带化获得成功。
2001 年8 月29 日上午,信息产业部召开专门会议,公布了国家计委的决定,19 家国内企业被批准有资格生产CDMA终端产品。海信集团在当天下午,举行新闻发布会,推出中国第一款CDMA 彩屏手机。该款手机除具有辐射低、话质高、通话耗电小等绿色功能外,还具有256 色彩色液晶显示,独特的16 和音功能。
2001 年11 月,由华为承建的福建联通CDMA 智能网工程开通,并且打通了联通CDMA 全网上第一个预付费业务电话,随后又同时开通了辽宁、黑龙江两省的CDMA 智能网。中国电信在CDMA2000 领域已取得一定成就,深圳分公司于2002 年开通2G窄带的CDMA ,所用系统和终端与联通还没有放号的CDMA 网络完全一样联通将在2003 年左右开始对现有网络进行平滑的过渡,升级到CDMA2000 1x 网络,这就使得已经在韩国和日本等国家成熟的类似3G初级的新颖业务(如:视频业务、VOD点播等) 将在不久以后出台。
到目前为止，部分城市己建立了cdma2000 1X网络，或正在由IS-95向cdma2000 1X过渡。全国CDMA用户总数到2002年底己经超过700万，到2004年5月，己超过2000万户。
继2006年1月20日第三代移动通信（3G）中国标准TD-SCDMA成为我国通信行业标准后，2007年5月初，信息产业部又将欧洲提出的WCDMA和美国提出的CDMA2000颁布为我国通信行业标准。这意味着，我国3G市场化进程又有了实质性突破。TD-SCDMA一直以来被称为3G的”中国标准”，WCDMA、CDMA2000则分别由欧洲和美国提出。我国将WCDMA、CDMA2000列为通信行业标准，意味着我国政府正在履行”技术中立”的承诺，给各种通信技术以更加开放和充分竞争的市场。相信在我国未来的移动通信市场中，CDMA将扮演着越来越重要的角色。
在亚太和北美地区,CDMA 技术商用化趋势体现得最明显。1995年之后,韩国、日本、新加坡、澳大利亚、泰国、印度、新西兰等许多国家和地区纷纷建立了CDMA 网。截止1999 年12 月底,亚太地区CDMA 总用户已达到了2800 万,北美达到了1650 万。在美国,十大蜂窝移动公司中有七家选用IS - 95 CDMA蜂窝网,占使用总人口的70 %。在GSM占统治地位的欧洲,CDMA 也受到运营商的普遍关注。到2001 年4 月底,CDMA 网络已在全球35 个国家和地区投入运营,用户总数达到9000 万户。韩国从1994 年开始着手CDMA 技术开发,1996 年1 月在世界上率先开始CDMA 移动电话商用服务;1997 年开始开发IMT- 2000 试验系统,到2000年8月CDMA 移动电话用户突破1500 万,市场占有率为58 %;2000 年9 月成功开发CDMA2000 1X 试验系统; 2000 年10 月在世界率先开始CDMA2000 1X商用服务。目前,韩国在CDMA 的运营上取得了成功,国内企业自行开发生产系统设备,从而带动了民族产业的发展,在世界CDMA 的舞台上占有一席之地。
1.3 课题要求与本文的主要工作安排
本设计要求对码分多址系统即CDMA通信系统的原理、特点和关键技术进行分析，讨论CDMA通信系统的参数、系统结构和信号设计，重点掌握信道编码方法、地址码选择、扩频码特征和功率控制等。运用SystemView 软件包仿真CDMA系统的无线接口，主要通过对CDMA下行链路基带系统、上行链路接入信道及下行链路业务信道建立模块进行模拟仿真。进行仿真参数的设置及仿真结果分析。
SystemView是一个完整的动态系统设计、分析和仿真的可视化开发环境【５】。本设计方案采用SystemView软件利用软件自带的CDMA扩展库分别进行各个信道的仿真，通过构建通信系统构成框图，简要介绍仿真流程，然后进行模块的设计和参数的配置，最后进行调试与结果分析。
论文共分六章，第一章介绍了CDMA通信系统仿真背景、要求和意义，CDMA技术的产生，并提出了本论文的主要研究内容和方案介绍。
第二章首先介绍了CDMA通信系统的基本原理及主要特点，接下来对CDMA通信系统的关键技术和链路组成进行了详细的描述，最后讨论了开发工具的选择以及SystemView的介绍。
第三、四、五章分别对各个信道进行了仿真，通过仿真方案的设计，参数的配置，并进行调试运行，对仿真运行结果进行分析。
第六章作为结论对本文所做的工作进行了总结，并讨论了设计过程中出现的问题及解决方法和这次设计的收获。

第二章　CDMA基本理论和开发工具的选择
2.1 CDMA通信系统介绍
2.1.1　CDMA通信基本原理
CDMA(码分多址　Code Division Multiple Ac2cess) 技术,是以扩频通信为基础的多址连接技术。CDMA 多址技术完全适合现代移动通信网大容量、高质量、综合业务、软切换、国际漫游等高性能要求。随着CDMA 技术的不断完善和某些关键技术的解决,以CDMA 多址技术为基础的第三代移动通信系统( IMT - 2000) 成为现代通信技术的重要发展方向【６】。
CDMA 技术以不同的正交码序列区分不同的用户,所以称为”码分多址”技术。它是以扩频通信为基础的多址连接技术,即用一个带宽远大于数据信号带宽的高速伪随机序列( PN 码) 。调制需传送的数据信号(扩频) ,使原数据信号的带宽被扩展,再经载波调制并发送出去。由接收机使用完全相同的伪随机PN 码,对接收的宽带信号作相关处理,把宽带信号转换成原信息数据的窄带信号(解扩) ,实现数据信息通信。接收机产生的相同的伪随机PN 码必须与接受信号中包含的伪随机PN 码完全同步。因此在发射信息信号前,要先产生一个专门的PN 码序列(该序列在受到干扰时,接收机仍有较高的识别率) ,用于同步,同步建立后开始通信。在移动通信系统中,许多移动站点要同时通过某一基站与其他移动站点进行通信,而基站则要通过多址技术区分不同的移动站点。
移动通信中的CDMA 技术特征是:通信网内各站点所发射的信号都占用相同的带宽,发射时间任意,各信号依靠结构上的(准) 正交性(码型) 来区分。基本调制方法是频谱展宽调制,发射的调制信号频谱比信息频谱大得多。它的抗干扰能力强。首先,非扩频干扰信号进入接受机,与本站的扩频码相乘,干扰功率便被分散在展宽的频谱上,其落在有效带宽上的干扰功率大大减小。其次,其他的非本站点的扩频码(即使是同一系列的扩频码) 干扰进入接收机,经过相关接受,输出极小或没有输出,只有完全同步于PN 序列的本地扩频码解扩后才有输出。第三,扩频调制使信号带宽远大于相关带宽时,由多径产生的选择性衰落的影响大大减弱。
2.1.2 CDMA的技术特点
在移动通信系统中，目前多址方式的基本类型主要有FDMA(频分多址)、TDMA(时分多址)和CDMA(码分多址)。
FDMA 是把有限频率的带域细分为多个载波。例如,把890MHz～915MHz 的带宽按每25kHz 的载频间隔来划分，这样我们可以得出890.0125MHz、890.0375MHz 、890.0605MHz……1000 个载波。在FDMA 中，在同一时间一个载波只能供1个用户使用。目前FDMA 主要应用于模拟通信系统中。
TDMA也是对系统的带宽加以细分，同时又对每一个载波按时隙划分，多个用户共同使用。例如GSM(全球移动通信系统)以200KHz 的频率间隔划分载波，每一载波划分为8 个时隙，供8 个用户使用。现在我国主要采用TDMA的GSM 系统。
CDMA系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分的，而是用各不相同的相互无关的正交码来区分的。从频域或时域的角度来看，多个CDMA 信号是互相重叠的。接收机用相关器可以从多个CDMA信号中，选出其中使用预定码型的信号，而使用其他码型的信号不能被解调。
与FDMA(频分多址) 和TDMA(时分多址) 相比,CDMA 具有以下一些独特的优点。
(1)系统容量大,接通率高。理论上CDMA 移动网的系统容量比模拟网大20 倍,比GSM大5倍以上。已开通的CDMA 系统运行证明,其频谱利用率为模拟系统的10 倍左右,为GSM 系统的3倍左右。CDMA系统中”处理增益”参数远远高于其他系统，再加上CDMA信号占用整个频段，几乎是普通窄带调制效率的7倍，因此综合来看，对于相同的带宽，CDMA系统是GSM 系统容量的4-5倍，网络阻塞大大下降，接通率自然就高了。
(2)系统容量的配置灵活。FDMA(频分多址) 和TDMA(时分多址) 都存在固定信道分配而使系统容量受限,而CDMA(码分多址) 为宽带传输,可有效地避免带宽限制。虽然,用户数的增加相当于背景噪声的增加,会造成话音质量的下降,但对用户数量并无限制,操作者可在容量和话音质量之间折衷考虑。同频率可在多个小区内重复使用。当同时通信站点减少时,通信质量会自动提高,多小区之间可根据话务量和干扰情况自动均衡。
(3)语音质量高,系统性能质量更佳。声码器可以动态地调整数据传输速率,并根据适当的门限值选择不同的电平级发射。同时,门限值可根据背景噪声的改变而改变。这样即使在背景噪声较大的情况下,也可以得到较好的通话质量。
(4)不易掉话。基站是手机通话的保障，当用户移动到基站覆盖范围的边缘时，基站就应该自动”切换”，从而让通话继续进行，否则就会掉话。CDMA 系统切换时的基站覆盖是”单独覆盖一双覆盖一单独覆盖”，而且是自动切换到相邻的较为空闲的基站上，也就是说，在确认手机己移动到另一基站单独覆盖地区时，才与原先的基站断开，这样就保证了手机不会掉话。CDMA 系统采用软切换技术,”先连接再断开”,这样完全克服了硬切换容易掉话的缺点,在切换过程中保证了通话质量的稳定。
(5)频率规划简单。在CDMA 系统中,用户按不同的、惟一的、特定的伪随机序列码区分,所以不相同CDMA 载波可在相邻的小区内使用。网络规划灵活,扩展简单。
(6)无线发射功率小。由于CDMA 系统采用非常精确的功率控制技术和可变速率声码器,因此,基站设备和手机以及将来的便携式的个人通信器只需很小的发射功率就可以进行正常的通信。通常CDMA手机发射功率仅为0.6mW,和其他制式的手机的发射功率相差近百倍。这意味着手机电池使用寿命延长,可以使用更小的电池,而且,也大大减少手机无线电波对人体的危害。
(7)CDMA移动通信网是由扩频、多址接入、蜂窝组网和频率复用等几种技术结合而成,是含有频域、时域和码域三维信号处理的一种协作技术。因此它抗干扰性强,可以克服因多径传播造成的选择性衰变,改善了传输性能,保密性亦好;其克服同频干扰的能力也强,使扇区内、扇区间和小区间都可以同频复用,提高频谱效率。
(8)建网成本下降。由于CDMA 系统的容量大,频率利用率高,因而一定的频带内,能容纳更多的用户。又由于CDMA 技术的特点,在覆盖面积相同的条件下,CDMA 系统要比GSM 系统少建80 %以上的基站,从而使建网成本大幅度下降【７】。
2.1.3 地址码的选择
在CDMA蜂窝系统中，在地址码的选择上，综合采用了3种码【８】。
一种是长度为 215的PN码，它通过在长度为215-1的m序列14个连”0″输出后在加入一个”0″来获得。它用于区分不同的基站信号，不与基站保持同步，但不同基站使用的PN码序列的相位偏移不同。规定每个基站PN码的相位偏移只能是64的整数倍，因而有512个值可被不同基站使用。使用相同序列不同相位作为地址码，便于搜索、同步。
另一种是长度为242-1的伪随机PN序列。在下行链路它用于信号的保密，在上行链路它用于区分不同的一移动台。这样长的码有利于信号的保密，同时基站知道特定移动台的长码及其相位，因而不需要对它进行搜索、捕获。上行链路的信道由周期为242-1的长PN码来区分，使用与移动台有关的公用掩码产生不同用户的接入信道长码。长码PNA和长码分别为接入逻辑信道和上行链路业务逻辑信道提供码分物理信道。最多可设置的接入信道数n=32，对应物理信道为PNAn（n=1，2，…，32）。最多可设置的上行链路业务信道ｍ＝64，对应的物理信道为PNTm（m=1，2，…，64）。PNAn和PNTm是由42位掩码确定的。上行链路仅包括两种逻辑信道，即接入信道和业务信道。它们的总信道数（n+m）等于64。
此外，CDMA蜂窝系统将下行链路的物理信道划分为64个逻辑信道，即一个导频信道、一个同步信道（必要时可改为业务信道，因为移动台在获得同步后不需再监听同步信道）、1-7个寻呼信道（必要时可改为业务信道）和55个下行链路业务信道（最多63个）。划分的方法是在PN序列上再采用Walsh序列对信号进行调制。Walsh函数所生成的Walsh序列长为64chips。正交信号共有64个Walsh序列码型，记为W0、W1、W2、… W63，可提供64个码分信道。逻辑信道和码分物理信道的对应关系为：导频信道W0,同步信道W32，寻呼信道W1-W7和下行链路业务信W8-W31,W33-W63.在业务信道中，含有业务数据和功率控制子信道。前者传送用户信息和伴随的信令信息。由于Walsh序列的正交性，不同信道的信号是正交的，同时区分了不同移动台用户。相邻基站可以使用相同的Walsh序列，这虽然可能不满足正交性，但可以由PN短码来区分。由于512个64chips长的Walsh序列恰好等于PN序列的长度，所以在上行链路中，Walsh序列用于对信号进行正交码多进制调制，以提高通信链路的质量。
2.2 CDMA通信系统的关键技术
1.功率控制技术
CDMA在同一时间内使用同一频率，仅以不同码字区分信道。移动无线电环境中存在阴影、多径衰落和距离损耗影响，蜂窝式移动台在小区内的位置是随机的，且经常变动，所以路径损耗变化很大，特别是在多区蜂窝DS/CDMA系统中，所有小区均采用相同频率，尽管在理论上，不同用户分配的地址码是正交的，但实际上很难得到保证，由此造成各信道相互干扰，从而不可避免会引起严重的多址干扰、远近效应和拐角效应。
CDMA系统是要在保证质量的前提下，降低发射功率，减少干扰，增加容量。它是一种自干扰限制系统，不需要发射功率裕量。功率控制是CDMA中的关键技术，没有良好的功率控制，系统就不能达到预期目标，不能形成合格产品。CDMA系统的功率控制分下行功率控制（即控制基站发射功率）和反向功率控制（即控制移动台发射功率），其中反向功率控制尤为重要。这是因为反向链路的信道状况相对恶劣，要确保系统容量和通信质量，克服衰落和解决远近效应等问题，很大程度上都依赖反向功率控制。反向功率控制包括反向功率控制分开环功率控制、闭环功率控制和外环功率控制三种【９】。
2.扩频编码技术
CDMA给每一用户分配一个唯一的码序列（扩频码），并用它对承载信息的信号进行编码。知道该码序列用户的接收机对收到的信号进行解码，并恢复出原始数据，这是因为该用户码序列与其它用户码序列的互相关是很小的。由于码序列的带宽远大于所承载信息的信号的带宽，编码过程扩展了信号的频谱，所以也称为扩频调制，其所产生的信号也称为扩频信号。CDMA通常也用扩频多址（SSMA）来表征。对所传信号频谱的扩展给予CDMA以多址能力。因此，对扩频信号的产生及其性能的了解就十分重要。扩频调制技术必须满足两条基本要求：
（1）所传信号的带宽必须远大于信息的带宽。
（2）所产生的射频信号的带宽与所传信息无关。
接收机采用相同的扩频码与收到的信号进行相关运算恢复出所携带的原始信息。由于扩频信号扩展了信号的频谱，所以它具有一系列不同于窄带信号的性能：
● 多址能力
● 抗多径干扰的能力
● 具有隐私性能
● 抗人为干扰的能力
● 具有低载获概率的性能
● 具有抗窄带干扰的能力
CDMA按照其采用的扩频调制方式的不同，可以分为直接序列扩频（DS）＼跳频扩频（FH）跳时扩频（TH）和复合式扩频，如图2.1所示。

图2.1 CDMA扩频调制方式示意图
直接序列扩频（DS-SS）发射机和接收机的构成如图2.2所示。

图2.2 直接序列扩频（DS-SS）发射机和接收机结构图

3.软切换
CDMA系统由于其本身特有的技术特点和采用RAKE接收机技术，允许移动台同时与两个或多个小区基站保持通信，极大地改善了切换的性能，唯一实现了软切换和更软切换，具有鲜明的特点和技术先进性。
在IS-95CDMA系统中，每个移动台有一个具有三个finger的RAKE接收机，它可同时与两个或更多个小区基站同时通信。移动台在与基站A 通信的同时，连续监测相邻小区（如基站B和C）的导频信号强度，任何时候其中一个导频的强度超过一预定门限Tadd 时（如基站B），立即通知系统命令基站B 建立与移动台的通信。这时，在下行链路上存在来自两个基站的信号。在反向链路上，移动交换中心（或基站）根据哪个基站的接收信号较强便选用它，释放弱信号的时间取决于Tdrop 的Ttdrop 等参数。CDMA 系统中的移动台在业务信道上进行通信的过程中，会发生四种切换：软切换，更软切，换硬切换，CDMA 到模拟的切换。
软切换所带来的性能改善是以增加系统复杂度为代价的，主要表现在：移动台必须接收来自不同基站的信号，这需要复杂的RAKE 接收机；基站必须为每一个与它保持通信的移动台提供信道，既包括即将切换出该小区的移动台，也包括正在切换进该小区的移动台；基站必须为每一个与它保持通信并处于小区间切换状态的移动台提供通往MSC 的链路，以进行反向链路的分集合并，实现无缝切换，而这些移动台并不一定都处于该基站的功率控制之下，即并不一定都属于该基站。因此，通过切换可以实现系统的无缝覆盖，提供高质量的服务。实际中，应该根据系统的具体要求，综合考虑系统负担、空间业务分布及无线传播环境等各种因素，设计合理而有效的切换方案【１０】。
4.分集接收
分集接收技术就是采用两种或两种以上的不同的方法接收同一信号,以减少衰减带来的影响,是一种有效的抗衰落的措施。其基本思想是将接收到的信号分成多路的独立不相关信号,然后将这些不同能量的信号按不同的规则合并起来。分集接收技术按目的可分为宏观分集(macroscop ic) 和微观(micro scopic) 分集。按信号的传输方式可以分为显分集和隐分集。显分集指的是构成明显分集信号的传输方式,多指利用多副天线接收信号的分集。隐分集是指分集作用含在传输信号中的传输方式,在接受端,利用信号处理技术实现分集,它包括交织编码技术、跳频技术等。分集接收方法主要有空间分集、频率分集、极化分集和角度分集。
空间分集:接收端两个接收天线之间保持足够间距,就可减少两个接收信号间的相关性,空间分集利用这一原理,架设两副彼此保持一定距离的天线,并接上各自的接收机,再将各接收机的信号合成起来。空间分集接收可以提高接收信号,可有效地改善快衰落和平滑信道衰落现象,从而大大降低了数字信号的误码率。
频率分集:在发信端,利用不处于同一相关带宽内的两个载频频率,发信机同时发射同一信息;在接收端,利用两个对应不同频率接收机接收这两个载有同一信息的信号,解调后合成。因为采用了两个载频,所以降低了频谱利用率。
极化分集:基站分设两个不同极化天线同时发射同一信息,由移动台对应的两个不同极化天线同时接收包含同一信息的两种极化分量Ex 和Ey ,利用Ex 和Ey 之间的互不相关性,将其合成起来。由于发信机功率分给了两个天线,因而这种方法使发信功率被减半。
角度分集:在接收端采用两个定向天线以指向不同方位,使其在不同角度接收彼此独立但包含同一信息的信号,将接收信号合成。这种方法用于移动台比用于基站台更加有效,但这种方法只适用于10GHz 或更高频率上。
2.3 IS-95 CDMA系统无线链路的理论基础
2.3.1 下行链路
下行链路采用频分、扩频码分、正交信号多址技术。
频分区域：可间隔1.25MHZ多载波工作，将不同频率的载波指配给不同区域。
码分区域：用一种PN码，依PN码的相位（偏移）不同区分不同的基站站址。
码分信道：用正交信号区分信道。
用户识别：以用户掩码和长PN码对用户话音信号帧的数据加扰。
下行链路的64个信道是由正交的Walsh函数来实现码分的。而每个基站的下行链路信号由短码PN（215）来识别的。短码PN序列规定有64个偏移，每一个偏移为512chips。
下行链路的信道结构包括导频信道、同步信道、寻呼信道和下行链路业务信道。这64个下行链路信道的源信息分别被各信道对应的码片速率为1.2288Mc/s的64元Walsh函数扩展后，经I/Q支路分别被码片速率为1.2288Mc/s的短码PN序列（215）进行四相扩频，然后进行QPSK调制。
在下行信道中，基站台要在导频信道不断地发送导频信号。它是未经调制不包含信息的扩频信号，主要用于基站覆盖区内移动台的同步捕获。同步信道的信息用于移动台建立系统的同步，其信息速率为1.2kb/s。寻呼信道以固定的寻呼速率9.6 kb/s或4.8 kb/s传送信息。在下行业务信道中，基站台是以变速率传送信息的，信息速率可以是9.6 kb/s、4.8 kb/s、2.4kb/s、1.2 kb/s，每帧数据的传送率可以不同。尽管是变信息速率传送，但由于码元重复，使用重复后的传输速率保持恒定，为19.2 kb/s。
下行链路业务信道的信源分别为172/80/40/16b/帧（每帧20ms）。根据用户讲话激活程度的不同选取不同的速率。当用户不讲话时，速率最低，移动台的发射功率也最小。速率调整的目的是减少相互干扰，增大系统容量。由于是多种传输速率的信源，当不同数据速率时利用重传次数的不同来保证较之前的编码比特率为19.2kb/s。
同时，寻呼信道和下行业务信道的数据扰码，长码掩盖生成码片速率为1.2288 Mc/s的序列，没64chips对应1个符号，则有码速率为1.2288/64=19.2ks/s的扰码。寻呼信道的扰码由寻呼长码掩盖生成，而下行业务信道的扰码有用户长码掩盖生成。
下行链路信道参数：
下行链路信道除引导信道不传输数据外，其余信道的参数分别如下表2.1-2.3所列，在下行链路中，基站台要在导频信道不断的发送导频信号，它是未经调制、不包含信息的扩频信号，主要用于基站覆盖去内移动台的同步捕获。同步信道的信息用于移动台建立系统的同步，其信息速率为1.2kb/s。寻呼信道以固定的信息速率9600b/s或4800b/s传送信息。在下行业务信道，基站台是以变信息速率传送信息的，尽管是变速率传送，但由于码符号的重复，使得传送的调制符号速率保持恒定，为19.2kb/s【１１】。
表2.1 同步信道参数
数据速率（b/s） 1200
PN子码速率（Mc/s） 1.2288
卷积码编码率 1/2
码元重复后出现次数 2
调制码元速率（b/s） 4800
每调制码元的子码数 256
每比特的子码数 1024
表2.2 寻呼信道参数
数据速率（b/s） 9600 4800
PN子码速率（Mc/s） 1.2288 1.2288
卷积码编码率 1/2 1/2
码元重复后出现次数 1 2
调制码元速率（b/s） 19200 19200
每调制码元的子码数 64 64
每比特的子码数 256 256

表2.3 下行链路业务信道参数
数据速率（b/s） 9600 4800 2400 1200
PN子码速率（Mc/s） 1.2288 1.2288 1.2288 1.2288
卷积码编码率 1/2 1/2 1/2 1/2
码元重复后出现次数 1 2 4 8
调制码元速率（b/s） 19200 19200 19200 19200
每调制码元的子码数 64 64 64 64
每比特的子码数 128 256 512 1024

2.3.2 上行链路
上行链路采用与下行链路相同的频分、扩频码分多址技术。
频分区域：采用与下行链路相对应的频率
码分区域：采用与下行链路同相位的PN码
码分信道：用不同的长PN码进行码分信道，以识别接入信道和业务信道
用户识别：以用户掩码和长PN码对用户话音信号帧的数据加扰，以识别用户
上行链路CDMA信道有上行接入信道和上行业务信道组成，其中上行链路接入信道的数据传输速率固定为4.8kb/s，由长码序列来识别不同的接入信道，上行链路业务信道的数据传输速率9.6/4.8/2.4/1.2kb/s可变，由用户长码来识别不同的业务信道，上行链路的数据传输帧长为20ms。
上行链路接入信道的信源帧结构88b/帧，即数据速率为88/20=4.4kb/s。每帧附加供译码用的8位尾比特，则传输速率变成96/20=4.8kb/s。经过编码率为Ｒ＝１/3的FEC编码后，传输速率为4.8kb/s×3=14.4kS/s.经过二重传后传输速率为28.8kS/s.经分组交织处理后的传输速率不变。交织后的比特流每6位符号为一组，在正交调制器被64元Walsh函数调制，即每6位换成1位持续时间的Walsh函数序列，则其输出信号的Walsh函数符号的传输速率为28.8/6=4.8kS/s。正交调制器输出的Walsh函数符号速率为4.8kS/s，而Walsh序列的码片速率为4.8*64=307.2kc/s。调制器输出的序列被长码PN序列所掩盖，该PN序列码片速率为1.2288Mc/s。然后I/Q支路分别被码片速率为1.2288Mc/s的短码PN扩展即QPSK调制。
上行链路信道参数：
表2.4 信道参数
数据速率（b/s） 9600 4800 2400 1200
PN子码速率（Mc/s） 1.2288 1.2288 1.2288 1.2288
卷积码编码率 1/3 1/3 1/3 1/3
传输占空比 100 50 25 12.5
码元速率（S/s） 28800 28800 28800 28800
Walsh调制的码元数 6 6 6 6
Walsh函数符号速率（S/s） 4800 4800 4800 4800
Walsh子码速率（kc/s） 307.2 307.2 307.2 307.2
调制码元宽度 208.33 208.33 208.33 208.33
每码元的PN子码数 42.67 42.67 42.67 42.67
每调制码元的PN字码数 256 256 256 256
每Walsh子码的PN字码数 4 4 4 4

表2.5 接入信道参数
数据速率（b/s） 4800
PN子码速率（Mc/s） 1.2288
卷积码编码率 1/3
码元重复后出现次数 2
传输占空比 100
码元速率（S/s） 28800
Walsh调制的码元数 6
Walsh函数符号速率（S/s） 4800
Walsh子码速率（kc/s） 307.2
调制码元宽度 208.33
每码元的PN子码数 42.67
每调制码元的PN字码数 256
每Walsh子码的PN字码数 4
2.4 开发工具的选择
仿真是指通过建立系统的模型来部分或全部地仿真实际的系统，并且对系统模型进行实验研究，以替代实际系统的研究。国外不少公司推出了许多优秀的仿真软件，其中比较著名的有:HugesAircraft Company开发的SSITD软件(System Simulation in TimeDomain) ,Cadence公司的SPW仿真软件包(Signal Process Worksystem),Synopsys公司的COSSAP仿真软件包和美国Elanix公司推出的基于PC机Windows平台的SystemView动态系统仿真软件。其中.SystemView动态系统仿真软件以其方便、直观、形象的过程构建系统，提供丰富的部件资源，强大的分析功能和可视化开放的体系结构，已逐渐被电子工程师、系统开发/设计人员所认可，并作为各种通信、控制及其它系统的分析、设计和仿真平台以及通信系统综合实验平台。
SystemView是一个完整的动态系统设计、分析和仿真的可视化开发环境。它可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合及多速率系统，可用于各种线性、非线性控制系统的设计和仿真。
其专业库中的IS-95 库、3G 库、Tu rboCode Library 库等更充分显示了SystemV iew 用于第三代移动通信系统设计仿真的强大和优越。基于SystemView，的上述优点，我们把SystemView动态仿真软件作为码分多址系统仿真的首选仿真软件。利用IS-95 (CDMA /PCS) 库和其他专业库的功能模块, 对CDMA ( IS-95A )通信系统进行仿真, 从而充分展示利用SystemView设计的优越性, 并为以后进一步研究CDMA 提供良好的仿真平台。
2.5 Systemview的简单介绍
美国Ellanix公司系统仿真软件SystemView是一个完整的动态系统设计、仿真和分析的综合性可视化软件。是一个很好的信号及系统分析、设计、研究平台。它运行于Windows操作系统 有非常友好的界面，用户只需用鼠标就能完成各种复杂的应用处理，用户还可以通过界面和对话窗口对功能模块参数进行定义。如定义仿真的起始时间和结束时问，以及系统的抽样频率等。使用 SystemView能迅速建立和修改系统。对系统进行仿真、分析和处理，并能利用系统提供的开发工具迅速地建立动态系统的精确模型【１２】。
SystemView包含基本库和通信、DSP、逻辑、射频／模拟、用户代码等专业库。
基本库是SyMemView仿真的基本构造模型。基本库中包括：信号源、子系统 加法器、子系统输入输出端口、算子、函数、乘法器及观察窗等共8组基本器件。
通信库：包括了在设计和仿真现代通信系统中可能用到的各种模块。它使在一台PC上仿真一个完整的通信系统成为可能。该库中包括各种纠错码编码／解码器、基带信号脉冲成型器、调制器／解调器、各种信道模型以及数据恢复等模块。
DSP库：包含大量的DSP芯片的算法模式仿真和DSP函数，主要有加法器、乘法器、除法器、反向器、先进先出缓冲器、离散的Hadamard变换、混合的Radix FFT变换、FIR和IIR滤波器等
逻辑库：包括了在设计和仿真数字电路系统中可能用到的各种模块。主要有与、或、非门、缓冲器，触发器、寄存器、计数器、多路调制的多路输出选择器、多谐振荡器，数模转换器等。
射频／模拟库：包括了在设计和仿真高频或模拟电路系统中可能用到的各种模块，主要有运算放大器、双平衡混频器、整流电路、限幅器、高低通滤波器 锁相环、PID调节器等。
用户代码库：可以让设计者建立自己习惯的SystemView图标库，这些图标库可以使用c语言编写并且插入提供的模板，并自动地集成到SystemView中，象内库一样使用。
另外。SystemView还提供了与Matlab的接口，能很方便地实现与Matlab的交互式数据传送与仿真。总之。System View提供了先进快速的设计，仿真环境。不仅能设计开发创建子系统，而且能方便地建立大的复杂系统。

第三章 CDMA（IS-95）下行链路业务信道的仿真研究
3.1 下行链路业务信道结构
下行链路业务信道结构如图3.1所示,下行链路业务信道工作在9600/4800/2400/1200b/s的数据速率下，根据用户讲话速度的不同选取不同的数据速率。业务信道的数据在每帧末尾含有编码器尾比特，另外在9.6kb/s 和4.8kb/s的数据中都含有帧质量指示比特，以帮助接收端判定数据速率和误帧率。因此，实际上下行链路业务信道的信息比特率是8.6/4.0/2.0/0.8kb/s 【１３】。
在下行业务信道结构中主要包含了帧质量标记、编码器尾码、卷积编码器、符号重复、块交织器以及抽样器等。在下行链路业务信道中，数据在传输之前赞经过编码率为 1 / 2 ，约束长度为9的卷积编码。编码后，如果数据速率低于 9 600 b/s，在分组交织以前都要重复，使各种信息速率均变成相同的调制码元速率，即19200个调制码元每秒。重复之后要进行分组交织 。 下行链路业务信道所用的交织跨度等于 20ms ，相当于码元速率为 19200 S / s时的 384 个调制码元宽度。交织器组成的阵列是 24 行×l6 列（即 384 个码元）。交织后的教据要进行数据扰乱。扰码器把交织器和按用户编址的伪随机序列 PN 长码进行模 2 相加。这种时钟为 l . 2288MHz，长码经分频后，码元速率变为19200S/ s ，因而送入模 2 加法器进行数据扰乱的是每个子码中的第一个子码在起作用。下行链路业务信道数据掩码使用长码的公开掩码与上行业务信道相同。在下行链路业务数据扰码以后，功率控制比特插入到业务数据流中。
为了使下行链路传输的各信道之间具有正交性，在下行CDMA 信道中传输的所有信号都要用 64 元的 Walsh 函数进行直序扩频正交调制。这是采用 BPSK 调制的扩频。 64个函数标志64个码分信道，使下行链路中的码分信道相互正交。互不串扰。在 QPSK 调制前，还须使用I和Q 正交序列对数据流作四相扩频调制。然后，经过基带滤波，并按照 QPSK 方式进行发送载波调制。
图3.1 CDMA 下行链路业务信道结构图
3.2 下行链路业务信道仿真方案设计及模块参数设置
根据IS-95 下行业务信道原理及其结构, 用SystemView 中的模块进行架构, 系统仿真组成如图3.2所示。系统采用了CDMA /PCS 库中的TRFCCH 信道模块, 即下行业务信道, 并与通过用其他库中的模块构成的下行业务信道进行信号输出比较, 以此进行IS-95下行业务信道的仿真。在仿真开始之前,系统的抽样频率设为5MHz。主要组成模块的设置说明如下：
(1) 信号源(t4, 此标号为仿真图上对应模块上的数字标号)
这部分采用了伪随机序列PN Seq 模块, 把信号幅度设为1, 电平数设为2, 频率设为8.6kHz, 作为下行业务信道信息。
(2) 帧质量标记(t18)
采用帧质量检测编码器FrameQ 模块, 作用是在20ms的数据帧后面加入CRC 校验功能的编码,这里把数据速率设为8.6kb/s, 为的是在加入12比特/20m s 校验比特和8比特/20ms的编码器尾比特后, 数据速率变为9.6kb/s。
(3) 卷积编码器(t0)
采用卷积编码器Cnv Coder 模块, 对输入的码元卷积编码, 把输入比特数n, 信号位k , 约束长度l分别设为2, 1, 9, 从而使卷积码的码率为1/ 2。
(4) 码元重复(t23)
采用符号中继器SYMRPT 模块, 作用是对经过卷积编码后, 在分组交织以前的各码元进行重复。因为在下行业务信道中, 只要速率低于9.6kb/s , 在分组交织前码元都要重复, 从而使各种信息速率变成相同的调制码元速率, 即19.2kb /s。这里在卷积编码后是19.2kb/s, 因此把重复因子设为1。
(5) 块交织器(t1)
采用交织器Intlvr 模块, 把数据速率设为19.2kb /s, 因为是下行业务信道, 所以使用24 行3 16列单元作为交织长度。
(6) 长码扰码生成(t15+ t16+ t17)
采用脉冲串PlusTrain 模块、长PN 码LongPn模块和采样器Sample 模块构成数据扰码, 作用是把交织器输出码元和用户的长码进行模2加。脉冲串的频率设为1. 2288MHz, 幅度设为1, 根据正向业务信道数据掩码所使用长码的公开掩码中M 41 到M 32 要置成” 1100011000″ [1] , 所以长码PN 码中的MaskM 32 to M 39 设为十进制的24,MaskM 40toM 41 设为十进制的3, 同时采样器(t17) 的采样频率设为19.2kHz。
图3.2 下行链路业务信道仿真组成
(7) 复用(t27+ t29)
采用一个功率控制位PWR , 功率控制位为800b/s 的数据流, 这里由一个伪随机序列PN Seq(t28) 产生800b /s 的数据流。同时采用一个符号中继模块SYMRPT (t27) , 把重复因子设为64, 负责码元重复, 使码元速率达到1.2288M b/s。
(8) Walsh 函数生成(t1+ t3+ t12)
采用一个脉冲串PlusTrain 模块、Walsh 函数发生器模块和采样器Sample 模块构成Walsh 函数生成器。脉冲串的幅度设为1, 频率设为1.2288MHz,Walsh 函数发生器中Order N 设为64,Row K 设为55, 为了使正向传输的各信道之间具有正交性, 下行业务信道中的所有信号都要用64 阵列的Walsh 码进行正交调制[1]。采样器的采样频率设为1.2288MHz。
(9) I、Q 信道引导PN 序列(t11+ t5+ t21)
采样脉冲串Plu s Train 模块和采样器Sample模块以及I 通道PN 扩展模块、Q 通道PN 扩展模块分别构成I 信道引导PN 序列和Q 信道引导PN 序列。采样脉冲的幅度设为1, 频率设为1.2288MHz,采样器采样频率设为1.2288MHz。I、Q 通道PN 扩展模块保持原定设置不变。
(10) 调制(t33+ t34+ t19)
利用阶跃函数Step Fct 模块、采样模块以及复数旋转模块CxRotate 对经过基带滤波器的I、Q 信号进行调制。把阶跃函数的幅度设成0, 采样频率设为4.9152e+ 6Hz, 复数旋转中的相位增益设成0, 相位偏移设为30。
(11) 输出显示(t30+ t31+ t38+ t42)
利用分析Analysis 模块, 查看I、Q 信号输出, 并进行对比, 在CustmSin Name 中输入I_ data 和Q_ data, 这样在观察输出信号时, 在对应的波形图上方看见对应的信号标记。
(12) 下行业务信道
利用SystemView 自带的下行业务信道模块,即TRFCCH 信道模块, 利用这个模块和组建的下行业务信道进行信号输出对比。
3.3 系统的调试及仿真结果分析
运行该系统，将信号经过单个图标13和组建的前向业务信道输出的结果比较，可以看出两个信号输出基本完全吻合，如图3.3和3.4。

图3.3 信号经各图标组建的信道输出波形
图3.4 信号经单个图标13的输出波形

为了更好看出两个前向业务信道的仿真误差, 把对应的信号输出进行波形覆盖，在同一坐标系中叠加, 如图3.5所示。从信号叠加输出图中, 可以发现在对应的时间上, 信号幅度差值很小, 基本上可以忽略不计。
图3.5 两个信道输出信号叠加输出

因此，由图标18到图标22组成的下行业务信道与单个图标13的功能相同，符合IS-95CDMA标准的下行链路业务信道模型。

第四章 CDMA(IS-95)上行链路接入信道的仿真研究
4.1 上行链路接入信道介绍
上行链路接入信道是一个随机接入信道，供网内移动台随机占用。移动台在此信道发起呼叫及传送应答信。 每个接入信道对应下行链路中的一个寻呼信道，但每个寻呼信道可对应多个接入信道。移动台通过接入信道向基站登记，发起呼叫，响应基站发来的呼叫等。当呼叫时，在移动台没有转入业务信道以前，移动台通过接入信道向基站传送控制信息（信令）。当需要时，接入信道可以变成业务信道。用于传输用户业务数据。所传输的数据经过与用户号码所对应的长伪随机码的变换序列调制后再传输，以使通信保密。
在一个 CDMA信道中，最多可有 32 个接入信道，最少可能是0个。每个接入信道用不同的接入信道长伪随机码序列加以识别。上行链路接入信道的结构图如图3.6所示,上行链路接入信道以固定的 4.8 kb/s 速率传输。在其传输过程中没有随机化选通门的参与，因而两个重复的码符号均被发送。接入信道的信息帧首先在每帧末尾加入8位，称为编码器尾比特。用于把卷积编码器复位到规定的状态，卷积编码编码率为 1／3 ，约束长度为9。卷积编译码的初始状态应为全0 。以后每输入 1 个数据符号则产生３个编码符号。在每个20ms帧结束时，由编码器尾比特将其初始化为全０状态。接入信道的数据速率为 4800b/s，因此，在分组交织前码元重复1次，两个重复的码元都要发送。码元重复后要进行分组交织。分组交织的跨度为20ms。交织器组成的阵列是32行x18列（即 576 个单元）。输入码元（包括重复单元）按顺序逐列从左到右写入交织器，输出码元则按行从上到下从交织器读出。交织后进行64进制Walsh函数正交调制。之后，用长码进行直接序列扩频调制。长码的各个PN子码是用一个42位的掩码和序列产生器的 42 位状态矢量进行模2加产生的，只要改变掩码，产生的PN子码的相位则随之改变，产生每个用户特定的掩码，并对应一个特定的 PN 码相位。在进行直接序列扩频以后，使用 I 和Q正交序列作四相扩频调制，加入基站特征，使用户信号的相位充分地随机化。这一对 I 和Q正交序列称为引导PN 序列，即正交 PN序列对。上行链路信道四相扩频使用的都是固定零偏置的PN 序列对。经PN 序列对扩频生成的正交信道序列最后进行 OQPSK 调制。 Q支路的序列经延迟106.901ns后，I路和Q路序列送到基带滤波器限带并滤波。最后按QPSK 的方式进行发送载波调制。
图3.6 上行链路接入信道结构

4.2 上行链路接入信道仿真方案设计及模块参数设置
根据IS-95 上行链路接入信道原理及其结构, 用SystemView 中的模块进行仿真, 系统仿真组成如图3.7所示。系统采用了CDMA /PCS 库中的AccessCH信道模块, 即上行链路接入信道, 并与通过用其他库中的模块构成的上行链路接入信道进行信号输出比较, 以此进行IS-95上行链路接入信道的仿真。在仿真开始之前,系统的抽样频率设为5MHz，采样点数为5000个。
图中图标 l 是AccessCH信道模块其功能也可由CDMA库、通信库以及一些相关图标组成的系统来完成。图中以伪随机序列发生器图标0作为系统的信息源。它产生的序列分为两路，分别经过由图标 3、4 到图标 33 等组成的信号通路和图标1。为了降低系统的最高信号频率以提高仿真效率，两路信道均未进行载波调制，而主要针对前面所述各基带信号处理步骤进行仿真。
图标0产生的系统输入信源的帧结构为88b／帧,即数据速率为 88/20＝4.4kb/s。经帧质量校验器图标3加入编码器尾比特后，每帧附加供译码用的 8 位尾比特。再经过编码率 R=l/3 的卷积编码器图标 4 和码元重复器图标 23 使之加倍，码速率为28.8kb/s。经交织器图标22进行分组交织处理后码速率不变。交织后的符号流每 6位符号一组，在正交调制器图标2被64码元Walsh函数调制，其输出符号速率为4.8Ks/s。调制器输出的序列被由方波脉冲发生器图标 18 激励的图标 6 所产生且码速率为1.2288Mb /s的长码 PN 序列所掩盖。然后经I、Q 支路（图标 9 / 10）分别被码速率为 1.228 8 Mb/s的短码 PN 序列扩展． I、Q 支路的信号分别经过图标 25、26 进行码元重复后，由基带滤波器图标 12 、13 完成基带滤波。在仿真中，省略了 QPSK 调制部分。
I、Q两路信号分别经图标 27、28 增益控制后，由图标14合成发送信号，分别经图标 33和36适当的延迟，并经恢复数据速率后，由观察窗图标29 和38分别观察I、Q两路信号，并与图标1产生的I、Q两路信号进行比对。
主要组成模块的设置说明如下：
(1)信号源t0
这部分采用伪随机序列发生器PN Seq模块, 把信号幅度设为1, 电平数设为2, 频率设为4.4kHz, 作为上行链路接入信道输入信息。
(2)帧质量标记t3
采用帧质量检测编码器FrameQ 模块, 作用是在20m s的数据帧后面加入CRC 校验功能的编码,这里把数据速率设为4.4kb/s, 为的是在加入12比特/20ms 校验比特和8比特/20ms的编码器尾比特后, 数据速率变为4.8kb/s。

图3.7 上行链路接入信道仿真图
(3)卷积编码器t4
采用卷积编码器Cnv Coder 模块, 对输入的码元卷积编码, 把输入比特数n, 信号位k , 约束长度l分别设为3, 1, 9, 从而使卷积码的编码率为1/3。这样，卷积器输出速率为14.4kS/s。
(4)码元重复t23
采用符号中继器SYMRPT 模块, 作用是对经过卷积编码后, 在分组交织以前的各码元进行重复。因为在上行链路接入信道中, 把卷积器输出的码速率加倍，使其变成28.8ks/s。这里在卷积编码后是14.4ks /s, 因此把重复因子设为2。
(5) 块交织器t1
采用交织器Intlvr 模块, 把数据速率设为4.8kb /s。交织后码速率不变
(6) Walsh函数调制器t2 ，这里Walsh 函数发生器中Order N 设为64，每6位符号为一组,初始值为0.5v
(7)码元重复t24.25.26 这里重复因子设为4
(8)异或运算器t5 这里阀值为0.5，是为1，非为0
(9)方波脉冲发生器t7.t18 ，是用来产生所需方波，振幅为1v，频率为1.2288Mhz，PulshW=406.901ns，初始值为0.5v
(10)长码发生器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) 采样器t8.20.21 ，用算子库里的采样器进行采样，采样频率为1.2288MHZ
(12)I路扩频码发生器 t9 ，正确输出表示为1，错误输出表示为0，时钟阀值为0v，pliot PN offset=1
(13) Q路扩频码发生器 t10 ，正确输出表示为1，错误输出表示为0，时钟阀值为0v，pliot PN offset=1
(14) 异或运算器t17.t11 ，阀值为0.5v，是为1，非为-1
(15) 基带滤波器t12.t13 ，采用CDMA库中的基带滤波模块，采用默认设置
(16) 增益放大器t27.t28，其中，增益单位以db计，增益大小设为-3db
(17) 阶跃信号发生器t15，振幅设为0，初始为0，偏移为0
(18) 采样器t30，采样频率设为4.9125MHZ
(19) 复数旋转运算器t14，相位增益为12PI/V,相位偏移为30度
(20) 采样点延迟器t16，延迟为2个采样点
(21) 时间延迟器t33.t36，延迟为1微秒
(22) 保持器t31.t32.t34.t37，lastvalue，增益为1

4.3 系统的调试及仿真结果分析
运行该系统，观察经自带上行链路接入信道模块输出的I、Q 信号( t19, t35) 和组建的上行链路接入信道输出的I、Q 信号(t29, t38) , 如图3.8, 3.9 所示。

图3.8 系统自带接入信道I路和Q路输出

图3.9 组建的接入信道I路和Q路输出

从图中可以看出两个I信号输出和两个Q 信号输出基本完全吻合, 为了更好看出两个前向业务信道的仿真误差, 把对应的信号输出进行波形在同一坐标系中覆盖叠加, 分别如图3.10, 3.11 所示。
图3.10 两信道I路输出信号覆盖叠加输出

图3.11 两信道Q路输出信号覆盖叠加输出

从信号覆盖叠加输出图中, 可以发现在对应的时间上, 信号幅度差值很小, 基本上可以忽略不计。因此，由图标3到图标33组成的上行链路接入信道与单个图标1的功能相同，符合IS-95CDMA标准的上行链路接入信道模型。

第五章 IS-95 CDMA下行链路基带系统的仿真研究
5.1 下行链路基带系统的结构
CDMA系统从基站到移动台的下行链路系统由基站发送和终动台接收两部分构成，如图3.12所示。在一个 CDMA 频道中，基站发送的信号经编码率为 1 / 2 的卷积编码、码元重复、交织和扰码以后，用指定的 Walsh 函数序列进行 BPSK 调制，以建立正交 CDMA 信道。导频、同步、寻呼和业务信道合并以后，用具有给定相位（时间）偏移量的一对正交 PN 码进行 QPSK 调制。经过移动通信环境后，在接收端，导频信号被接收后获得最近基站的 PN 码时间偏移量和相干载波相位．PN 码解扩可以去除其它 CDMA 领道的干扰。这依赖于 PN 码优良的自相关特性，当时间偏移量大于码片宽度Tc（约1 ）时，自相关函数值近乎为零。QPSK 相干解调后输出所需 CDMA 频道中全部逻辑信道的数据．Walsh 函数码解扩，利用其理想的同步正交性能，得到所需用户的信号，再经解扰码、去交织和维特比译码，将接收信号送至话音译码器．待传送的信息信号经过图中各项处理后，由业务信道发送。基站分别发送 4种信道的信息，合并为I、Q两路信号后，进入移动通信信道到达移动台的接收端，在移动台里完成信息解调【１４】。

图3.12 下行链路系统流程

5.2 下行链路基带系统仿真方案设计及模块参数设置
根据上述对下行链路基带系统的分析，我们把该系统的模拟分成信号发送和信号接收两部分进行，如图3.13所示。在发送部分由于在system view中，包含了代表下行链路和上行链路的各种逻辑信道的单个图标，为了不重复前两章的工作，直接从CDMA库中调用即可。在接收部分中，主要对RAKE接收机进行模拟仿真，因为信道部分的多径传播路径数为2，所以用一个2头RAKE接受机接收。然后经过进一步处理，最后在分析窗中与信源波形做比较分析。
5.2.1 发送部分
在图3.13中，图标86左侧部分为发送部分。最左侧图标从上往下依次为寻呼信道，同步信道，导频信道，业务信道。
寻呼信道选用7号信道w7，数据速率为9600b/s, 初始相位为300，Pilot PN Offset设为1。寻呼信道的信源是伪随机PN序列发生器（图标11）产生的伪随机序列，振幅为1v，，速率为9.6 kb/s，电平数为2。

图3.13 下行链路基带仿真系统构成图

同步信道为33号信道w32，初始相位为300，Pilot PN Offset设为1，数据速率固定为1200b/s,其信源同寻呼信道的相同（图标9），不过速率设为1.2 kb/s。
导频信道为0号信道w0，初始相位为300，Pilot PN Offset设为1，其信源为阶跃信号发生器（图标1）产生的阶跃信号，振幅为1v。
业务信道选用55号信道w55，数据速率设为9600 b/s，初始相位为300，Pilot PN Offset设为1。业务信道的信源为伪随机PN序列（图标2），其振幅为1v，频率为8.6khz，电平数设为2。此外业务信道附加有功率控制信道，所以该信道还有一个信源图标91，也是伪随机PN序列，其振幅为1v，频率为800hz，电平数设为2。
基站发出的各种控制和业务信号，通过四种信道后，先合并成I、Q两路正相相交的信号，再进入到移动通信环境中。为了简化系统，提高仿真效率，在仿真中，省略了对信号进行QPSK发送载波调制的工程，即将I、Q两路基带正交信号直接送入传输环节中。
我们用系统提供的信道模拟器图标86对真实的移动环境进行仿真，它是符合IS-95标准的IS-97A下的一种多径信道。其传输频率为800mhz，terms in model设为10，model number1，2，3设为1。在该信道模拟器中，假设多径传播路径数为2，第一条路径时间延迟为0 ，第二条路径时间延迟为2 ，各路径幅度衰减均为0db，并假设移动台的运动速度为8km/h。
此外业务信道图标3有7个输出端，分别输出信号在业务信道经过各项处理后的信号，例如指定数据速率的原始数据帧、卷积编码输出、交织输出、数据扰乱输出和功率控制的输出及 Walsh 编码后的输出等．同时，该图标也输出业务信道最终输出的I路和 Q路信号。这里我们把经过 帧质量效验、码元交织、码元重复，且已经完成了掩码和功率控制，但并未被Walsh函数扩频的信号直接连到延迟器图标 6 以在观察窗图标7中观察，作为接下来系统输出的对比输入。图标6延迟为2个取样点。
5.2.2 接收部分
在图3.13中，图标86右侧部分为接受部分信号。在通过了符合IS-95标准的移动通信环境以后，送入移动台的接收端，进行解调，信号首先经过有两个子系统图标12和图标49仿真的2头RAKE接收机。信号分离并分别进行解调后，两路解调输出信号分别由采样点延迟器图标47（延迟为52个采样点）、84 （延迟为48个采样点）和采样器48、85（采样频率为19.2kHz）进行延迟、采样处理，并由加法器图标87合并为一路输出，经限幅器图标88（最大输入为0，最大输出为1）进行限幅，然后由观察窗89进行观察。
为了验证系统组成结构的正确性，将系统的输入信号业务信道的信号与系统解调输出的信号进行对比．为了避免前两章仿真的重复工作，提高效率，同时限于计算机资源的限制并未将解调输出信号恢复到信号源格式。因此，直接将在图标89中观察到的图像与图标7中观察到的图像比较，验证系统正确性，下面我们重点设计RAKE接收机。
根据IS-95标准，CDMA移动台的接收机为3头RAKE接收机，它可以分离3路多径信号，RAKE接收机的原理框图如图3.15所示。由于前面的移动通信环境选定为一个 2路的多径环境。故此处的接收机只需 2 头 RAKE 接收机即可．即只需要两个相关器，最后信号直接相加就可以了。在仿真系统中，将 2 头 RAKE接收机分别仿真为两个子系统，每个子系统由一个相关器和一个搜索器组成，并包括后面的解扩电路．仿真电路图如图3.14所示【１１】．
图3.14 RAKE接收机和解扩子系统仿真电路

图 3.15 RAKE接收机原理图

经过多径传输后的I路和Q路信号分别由子系统输入端口80和81进入RAKE接收机子系统，对I路和Q路信号分别处理。相关器由RAKE 接收机子系统，对 I路和 Q路信号分别处理。相关器由匹配滤波器、低通滤波器和判决电路组成。在 SystemView 仿真中，分别用一个48抽头的低通滤波器图标52、53（Num Coefs=48）来仿真相关器中的I路和 Q路匹配滤波器和低通滤波器。I 、Q 路的判决电路分别由采样点延迟器图标 62、63(延迟3个采样点)和采样器图标64、65(采样频率为1.2288Mhz)组成。图 3.15 中的搜索器在图 3.14电路中是由调频器图标56（振幅为1v，mod gain=100hz/v），复数乘法器57（增益为1）、四相反正切函数58（增益为1）、平均器59（时间窗口为52.0833 ）组成的PLL回路来仿真的。为了进行 PN 解扩，由I路扩频码发生器图标51（正确输出为1，错误输出为-1，时钟阀值为0v，pilot PN offset=1） 和 Q路扩频码发生器图标 83（正确输出为1，错误输出为-1，时钟阀值为0v，pilot PN offset=1） 产生解调端本地扩频码序列。方波序列发生器图标 50 （振幅为1v，频率为1.2288MHZ，脉冲宽度为406.901ns，偏移为-0.5v）是本地扩频码产生器的激励源，与接收到的信号在复数乘法器图标 68 （增益为1）中相乘以完成 PN 解扩。为了进行 Walsh 函数解扩，必须用同相的本地 Walsh函数码进行相干解调。与前面基站发射时使用的业务信道号相对应，由方波序列发生器图标 60 （振幅为1v，频率为1.2288MHZ，脉冲宽度为406.901ns，偏移为－0.5v）激励的 Walsh码发生器产生第 55号Walsh 函数，即 W ( 64 , 55 ）。本地 Walsh 码与完成了 RAKE 接收和PN解扩的信号相乘，完成 Walsh 解扩，由输出端口图标 82 从本子系统输出。
5.3系统的调试及仿真结果分析
运行该系统，可以分别观察两路RAKE接收机的解调输出。业务信道的信源波形和系统解调的输出波形，分别如图3.16和图3.17 ，图3.18所示。
图3.16 两路RAKE接收解扩输出对比
图3.17 业务信道信源波形
图3.18 系统解调输出波形

从图3.16中的运行结果波形可以看出，两路 RAKE 接收和解扩的输出相同，图中的系统运行结果波形可以直接相加以完成两路信号的合并。从图3.17和图3.18中的波形可以看出，系统的信源波形和解调输出波形完全相同，证明该系统可以按照IS-95标准的 CDMA 系统进行正确的信息解调，验证了系统组成结构的正确性。

第六章 结论
6.1课题工作总结
CDMA是移动通信领域中发展最快的数字无线通信技术之一，经过几年的发展，CDMA技术已趋于成熟，近10年来在全球将近50个国家中得到迅速的推广应用并成功实现商用化。
本文通过对CDMA通信系统发展概况进行调研，主要对CDMA通信系统的关键技术和信道构成进行研究，并对仿真工具进行了介绍，在此基础上利用SystemView强大的仿真功能分别对CDMA下行链路基带系统、上行链路接入信道及下行链路业务信道建立模块进行模拟仿真，设计了具体的通信系统模型。在模型的设计过程中，对模型设计的目的、具体的结构组成、仿真流程以及仿真结果都给出了具体详实的说明和分析，并取得了令人满意的结果。
本文所展开的工作以及收获主要有以下几方面:
1. 全面收集、阅读和分析各种与CDMA有关的文献资料，对国内外CDMA技术的研究现状有了较全面的了解和认识，通过以CDMA技术为核心的第三代移动通信系统与前两代移动通信系统的比较，详细了解了移动通信的发展历程，对本文的研究背景和意义有了深入的理解。
2. 掌握了CDMA通信系统的基本原理，以及其主要的技术特点，通过对比详细了解了CDMA系统的优点，对CDMA的关键技术有了进一步的认识。另外，分别对CDMA上行信道和下行信道结构的研究，对CDMA系统的工作流程和各链路工作原理有了深入的理解。
3. 通过对各通信系统仿真软件的调研，了解了仿真技术的发展历程，最终选择了Systemview动态仿真软件，对其各个功能有了初步的掌握，并能对其中的CDMA扩展库，基本库，DSP库和通信库进行熟练的操作。
4. 对CDMA系统的三个信道进行仿真，并对仿真结果进行分析，根据本仿真软件得出的仿真结果，说明本文仿真建模和仿真模块设计的正确性。
6.2设计过程中出现的问题及解决方法
由于在理论方面，之前没有对CDMA技术有过深入的学习和了解，对其信道结构的认识也不多；仿真工具之前也没有接触过，对一些操作不了解。导致本次设计过程中，出现了一些问题，但在老师和同学的帮助下都一一被克服了。主要的问题有以下几个方面：
1.在做下行链路基带系统的仿真时，起初在发送端进行了QPSK载波调制，同时在接收端也加入了解调模块，但由于超出了该系统移动通信环境传输带宽的设计范围，导致输出端严重失真。这样在考虑到提高仿真效率，简化系统的同时，没有进行DPSK的载波调制，通过这项措施的改进，问题得以解决。
2.在初次设计上行链路接入信道时，由于想对单个图标信道的I路，Q路和组建信道的I路，Q路进行分别比对，于是分别连了保持器和观察窗进行分析比对，但发现Q路信号波形相差太大，始终找不到原因。最终，经过一个个模块的检查，发现组建信道最后进行合并后，再分出的Q路信道连接出现错误，问题解决。
3.在设计下行链路业务信道时，出现了组建信道的输出与系统自带信道输出不一致的问题，仔细分析每个模块的参数设置，还是没有发现问题，最后经过老师指点，发现图标11的码速率设置不对，在错误的速率激励下扩频码发生器产生了长码PN序列，而要求的是短码PN序列。通过改正，问题得以解决。