CDMA通信系统中的接入信道部分进行仿真与分析

摘  要
CDMA技术是当前无线电通信，尤其是移动通信的主要技术，不论是在中国已经建立的IS-95规范的中国联通CDMA网、各大移动通信运营商正准备实验及建立第三代（3G）系统还是大设备研发商已经在开发的三代以后（也称为4G）更宽带宽的移动通信系统，CDMA都是主要的选择。CDMA概念可以简单地解释为基于扩频通信的调制和多址接入方案。其反向链路有接入信道和反向业务信道组成。接入信道用于短信令消息交换、能提供呼叫来源、寻呼响应、指令和注册。
　　本设计选取CDMA通信系统中的接入信道部分进行仿真与分析。首先，通过学习相应的理论知识，熟悉接入信道实现的过程，对每一步的原理有了较深的理解，同时，也对MATALB软件进行熟悉和了解，对MATLAB软件中的SIMULINK部分及其内部的CDMA模块用法和参数设置进行熟悉，然后运用MATLAB软件对接入信道部分进行设计，并逐步地对各个模块进行分析、仿真与验证。目的是通过毕业设计工作熟悉现代无线通信系统的基本构成与基本工作原理，重点掌握卷积编码、块交织和码扩展等相关编码技术，并能将这些技术应用实际系统设计，提高自己对CDMA通信系统知识的认识。

关键字：CRC;卷积编码;块重复;交织;长码;沃尔什;PN序列
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　Abstract
　　
　　CDMA is the major technology used in the wireless communication , especially in the mobile communication. Following the IS-95 standard set up in China ,CDMA is the mostly choice whether in China Uninet net ,in the third system (3G) that all kinds of mobile businessmen are to build or in the wider system than the third one(named 4G)that the large equipments researching businessmen have been researching.The concept of CDMA may be interpreted as the simulation that base on frequency spreading and the multiply address access project.Its reverse channel is composed of access channel and traffic channel.The access channel is used for brief information exchanging 、providing the source about the calling、the call responding 、the instruction and the enrollment.
　　This design choose the part of connect channel to simulate and analyse. First,we can familiar with the process of connect channel ,understand the principleof every step of the procedure about thre channel,after studying the relating knowledge .At the same time ,we an also have some acquaintance with the software about MATLAB and the part of SIMULINK and how to set the parameter of every klock in the soft.Then we can use the MATLAB software to design the part of the connect channel, to analyse , to simulate and to validate the design of every block gradually. This purpose is to be familiar with the basic structure and basic principle of the morden wireless communication system, to mastery the technology about the Convolutional Encoder,Interleaver ,Coder spread and so forth, then use those technology to design system in practice,so that to improve our knowledge about the CDMA communication system.
　　
Key words:CRC;Convolutional Enconder;Block Repeat;Interleaver;Long code;Walsh;
PN sequence

引言
    众所周知，自从20世纪70年代出现蜂窝网通信以来，世界各地移动通信行业得到了迅猛的发展，而蜂窝网的技术本身也得到了长足的进步。就多址接入方式而言，20世纪80年代出现了时分多址(TDMA)数字蜂窝网，以GSM为代表的数字蜂窝移动通信系统在国内外已获得了广泛应用。20世纪90年代又出现了码分多址(CDMA)蜂窝网移动通信系统。由于它通信容量大、质量好，因此立即引起了人们广泛的关注，其优势已被人们所共认，其发展前景十分良好。不少专家预言，21世纪将是CDMA通信广泛应用的时代。
　　CDMA蜂窝网移动通信是在频分多址(FDMA)模拟蜂窝网和时分多址(TDMA)数字蜂窝网基础上发展起来的，既有共同点，也有很多独特的地方：从技术角度来看．CDMA蜂窝网技术是最先进的，同时又是最复杂的。可以说，在一定范围内，它反映了现代通信的技术水平。
　　本次课题选择的是反向链路的接入信道部分进行软件的仿真，所运用的软件是MATLAB。运用MATALAB软件中的模块进行接入信道的构建，并对信道的原理进行分析和验证。本论文是按照从理论到仿真分析与验证的步骤顺序来的，最后进行全面的总结。
  
对各个模块所对应的原理进行详细的说明   

　　CDMA(码分多址)是一种利用惟一码序列进行扩频多址接人数字通信的技术。CDMA信道包括基站和移动台之间的前向CDMA信道和反向CDMA信道。前者是从基站到移动台的信道，后者是从移动台到基站的信道。
　　反向CDMA信道被移动台用来和基站通信，同时在发送之前通过直接序列扩频共享相同的CDMA频率分配。反向CDMA信道是从移动台到基站的反向链路。在反向CDMA信道发送的数据被封装成20ms帧。反向CDMA信道包括接人信道和反向业务信道。接人信道用于短信令消息交换，提供呼叫发起、寻呼响应、指令和注册。反向业务信道用于从单个移动台向单个或多个基站传输用户数据和信令业务。
　　前向CDMA信道包含导信倍道、同步信道、寻呼信道和前向业务信道。这些信道每路都经过适当的Wash函数正文扩展，然后以1.2288Mc/s固定速率由正交相位导频PN序列扩展。
　　反向CDMA信道由接人信道和反向业务信道组成。反向信道上发送的所有数据都经过卷积编码、块交织、64阶正交调制和长码直接序列扩展再发送。
　　下文介绍CDMA信道操作的几个最基本的组成部分。
　　
卷积编码
　　现代数字通信系统常常设计成以非常高的速率传输。卷积码已应用于很多个同系统，例如，不仅在CDMA移动通信系统种应用卷积编码／译码，而且在空间和卫星也应用。为了防止系统出错,经常会使用卷积码。信息数据序列划分成许多长度为k的小块，每段小块被编码长度为n的码字符号。卷积码(n,k,m)由k个输入、具有m阶存储的n个输出线性时序电路实现。通常，n和k是较小的整数，且k<n，但m相当大。特别地，当k=1时，信息序列不再分成小块，以便可以连续处理，因此，卷积码的发展产生了很多有线和无线通信信道数字传输的实际应用。

分析说明：  
　　由于，我们设置的数据均是每4个二进制数据输出，所以，这里观察到的数据均是4个二进制形式的。
   I路异或输出的值是Subsystem的输出数据和I路短码产生器输出的异或，对图4.2.4.5 Subsystem读值、图4.2.4.6 iPN读值和图4.2.4.7 iXOR读值的数据分析，我们可以发现，数据符合。同理可以验证Q路异或输出数据是正确的。Q路延时模块输出的数据是Q路异或输出数据经过延时半个短码片而得到的，所以，数据变换为半个码片后的数据。使用Double模块的目的是为了使Unipolar to Bipolar Converter模块的输入数据按照该模块的要求达到匹配，即：数据类型为"unit8"，而Double模块的作用正是使输入信号转换为符合要求的数据类型。最后，为了使输出数据映射为双极性类型的数据，我们将这里的数据，经过极性变换而得到。

5  经验总结
　　在这个学期里，通过对CDMA通信系统相关知识和MATLAB中的SIMULINK部分的学习，使我在通信知识方面和MATLAB的软件应用方面有了很大的提高，对处理事情的方法也有所提高。
　　由于本次的设计是选择CDMA通信的反向接入信道作为课题的，该信道涉及到新的知识点很多，都需要自己去学习。刚开始的时候感觉是无从下手，原因在于：自己对基本理论和MATLAB软件的不熟悉，所思考的处理方式方向根本就不对，导致白白地浪费了很长的一段时间，什么结果也没有出来。不过在老师和同学的帮助下，我还是及时地确定了正确的学习方向。所以，我认为，在做自己不是很了解的方向的课题时，最好还是，先花一定的时间来确定处理事件的方法和方向还是必要的。
　　这次课题是用软件来对接入信道进行仿真，方法在该软件里有三种，我选择的是是用里面的模块库中的模块来构建、分析和仿真的。软件的仿真，尤其是使用里面的模块来构建，我们首先应该对该模块很熟悉，这样才能很好的对模块予以运用，但对我们刚刚接触该知识的人来说，这一点我们是缺乏的。因此，我们就需要充分利用软件本身的帮助优势来解决问题。同时，我们在遇到问题时，我们应该从该问题的入口处切入，"顺藤摸瓜"的形式来使问题的来源更清晰，从而更容易解决问题。例如：在这次仿真中，一开始，我们就不懂得运用Buffer模块，也不懂得从问题处切入，导致在长码和Walsh码异或时，出现数据宽度不匹配的问题，使用了很多的模块也解决不了，最后，在偶尔的机会时才用这个模块解决了问题。在后面，I路和Q路的数据输出前极性转换处也出现了问题，不过，我们利用前面的经验，很快就解决了问题。
　　因此，这次的毕业设计课题不仅使我学到了更多的知识，也使我学会更好地处理遇到的问题。

仿真(5)CDMA通信系统(1)接入信道部分(1)