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题目CDMA通信原理及系统仿真_
专业名称通信工程
学生姓名王丰雷
指导教师王鲁杰
毕业时间2012年7月
西北工业大学明德学院本科毕业设计论文
目录
摘要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
移动通信系统的发展概况 1
(1G) 1
(2G) 2
(3G) 2
2
3
3
4
5
第二章基本理论分析 7
7
7
7
10
、块交织 10
14
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-SCDMA系统的物理层 17
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第三章CDMA在不同训练序列下的调制解调过程 19
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第四章CDMA通信系统中基于SIMULINK的系统仿真 27
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Simulink仿真过程 28
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第五章总结 34
参考文献 35
致谢 36
毕业论文总结 37
附录 39
I
摘要
CDMA技术的原理是基于扩频技术,即将需要传送的具有一定带宽的信息数据,用一个带宽远大于信息带宽的高速伪随机码进行调制,再经载波调制发送出去。接受端使用完全相同的伪随机码与接受的带宽信号作相关处理,即解扩,以实现信息通信。
利用MATLAB仿真软件对CDMA通信中调制系统进行仿真,得到基带信号源与通过CDMA调制系统的接收信号的频谱图。仿真结果表明,在噪声的背景下,在接收端能够完整地恢复出输入信号。证明了CDMA通信系统仿真模型的正确性。本文对CDMA系统原理部分进行研究,主要包括系统理论模型,对部分计算模型进行仿真。
关键词:CDMA,通信原理,系统仿真,matlab
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II
ABSTRACT
CDMAtechnologyisbasedontheprincipleofspreadspectrumtechnology,willneedtotransferinformationanddatawithacertainbandwidth,thebandwidthismuchlargerthantheinformationwithahigh-speedbandwidth,modulatedpseudo-randomcode,andthensentbythecarriermodulation.
MATLABsimulationsoftwarefortheusemodulationofCDMAcommunicationsystemsimulation,thebase-,,CDMAcommunicationsystemsprinciplepartoftheresearch,includingsystemstheorymodel,itisestimatedpartofmathematicmodelsimulation.
KEYWORDS:CDMA,conmmunicationprinciple,systemsimulation,matlab
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第一章 绪论
移动通信系统的发展概况
随着信息的高速发展,人类社会进入了一个前所未有的信息量急剧增长的信息时代。计算机、互联网、各种通信技术迅速兴起,给人类的物质和精神生活带来了翻天覆地的变化。与之对应,人们对通信业务有了更高层次和更高质量的要求,这对通信业务的容量产生了巨大的冲击,同时对通信网传递信息的能力提出了更高的要求。移动通信出现于20世纪初,但真正发展却开始于20世纪40年代中期。从那时起,移动通信的发展大体可分为三代,即模拟移动通信系统、数字移动通信系统和现代移动通信系统。移动通信技术以其巨大的宽带潜力和无与伦比的传输性能在通信领域,在长距离大容量通信中占据着不可替代的位置。更大系统容量、更好的通信质量,而且要能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括语音、数据及多媒体等在内的多种业务技术仍然是移动通信技术发展的主要方向。
(1G)
从1946年美国使用150MHz单工无线电话开始到20世纪90年代初,主要发展了第一代移动通信系统。这种移动通信系统发送的信号都是模拟的,所以被称为模拟移动通信系统。由于大规模集成电路及微处理器的大量应用,模拟移动通信系统呈现出应用范围形式丰富的多样化局面。以AMPS和TACS为代表的移动通信系统是模拟移动通信系统。模拟移动通信系统虽然获得了很大成功,但也暴露出很多不足,如系统容量不能满足日益增长的用户需求、频谱利用率低、业务种类受限制、安全保密性能差及设备价格高等,解决这些问题的根本办法是采用新一代数字蜂窝移动通信系统。
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(2G)
早在20世纪70年代末,一些发达国家就已开始研制数字移动通信系统。从20世纪80年代中期开始,数字移动通信得到了发展和应用。数字移动通信系统由于采用了多种数字技术,使得系统具有频谱利用率高、系统容量大、可提供多种形式的服务、与ISDN兼容性强等优点。数字移动通信系统由于采用了多种数字技术,使得这种系统具有频谱利用率高、系统容量大、可提供多种形式的服务、与ISDN兼容性强等优点。由于数字移动通信系统具有容量大、保密性强、移动台体积小、能提供国际漫游等特点,世界各国都给予了足够的重视和资金投入。
(3G)
3G系统与2G系统有根本的不同,3G系统采用CDMA技术和分组交换技术,而2G系统通常采用的是TDMA技术和电路交换技术。与前两代系统相比,3G系统的主要特征是可提供丰富多彩的移动多媒体业务,其设计目标是提供比第二代系统更大的系统容量、更好的通信质量,而且要能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括语音、数据及多媒体等在内的多种业务。
目前,国际电联接受的3G无线接口标准主要有以下三种:WCDMA、CDMA2000与TD-SCDMA。CDMA是Code-DivisionMultipleAccess(码分多址)的缩写,是第三代移动通信系统的技术基础。CDMA系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。

CDMA技术的出现源自于人类对更高质量无线通信的需求。第二次世界大战期间因战争的需要而研究开发出CDMA技术,其思想初衷是防止敌方对己方通讯的干扰,在战争期间广泛应用于军事抗干扰通信,后来由美国高通公司更新成为商用蜂窝电信技术。1995年,第一个CDMA商用系统(被称为IS-95)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
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美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。
CDMA技术的标准化经历了几个阶段。IS-95是CDMAONE系列标准中最先发布的标准,真正在全球得到广泛应用的第一个CDMA标准是IS-95A,这一标准支持8K编码话音服务。其后又分别出版了13K话音编码器的TSB74标准,-008标准,其中13K编码话音服务质量已非常接近有线电话的话音质量。随着移动通信对数据业务需求的增加,1998年2月,美国高通公司宣布将IS-95B标准用于CDMA基础平台上。IS-95B可提供CDMA系统性能,并增加用户移动通信设备的数据流量,提供对64Kb/s数据业务的支持。
CDMA是移动通信技术的发展方向。在2G阶段,CDMA增强型IS-95A与GSM在技术体制上属于同一时代产品,提供大致相同的业务。但CDMA技术有其独到之处,在通话质量好、掉话少、低辐射、健康环保等方面具有显著特色。,CDMA20001XRTT与GPRS在技术上已有明显不同,在传输速率上CDMA20001XRTT高于GPRS,在新业务承载上CDMA20001XRTT比GPRS成熟,可提供更多的中高速率的新业务。
为了能够在未来的全球化标准的竞赛中处于领先位置,各个国家、地区、标准化组织及公司纷纷提出了自己的技术标准。在所有提案中以欧洲的W-CDMA技术和美国的CDMA2000技术最为看好,同时,中国的TD-SCDMA技术由于其本身的技术先进性得到了中国政府、运营商和产业界的支持,也很受瞩目。
我国提出的TD-SCDMA建议标准与欧洲、日本提出的W-CDMA和美国提出的CDMA2000标准一起被列入该建议,成为世界三大主流标准之一。


在无线通信环境的电波覆盖区内,如何建立用户之间的无线信道的连接,是多址接入方式的问题。因为无线通信具有大面积无线电波覆盖和广播信道的特
点,网内一个用户发射的信号其他用户均可接受,所以网内用户如何能从播发的信号中识别出发送给本用户地址的信号就成为建立连接的首要问题。
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多址接入方式的数学基础是信号的正交分割原理。无线电信号可以表达为时间、频率和码型的函数,即可写作
(1-1)
其中,是码型函数,为时间和频率的函数。
以传输信号的载波频率的不同划分来建立的多址接入方式,被称为频分多址方式(FDMA);以传输信号存在的时间不同划分来建立的多址接入方式,被称为时分多址方式(TDMA);以传输信号码型的不同划分来建立的多址接入方式,被称为码分多址方式(CDMA)。

CDMA多址技术的原理是基于扩频技术,即将需要传送的具有一定带宽的信息数据,用一个带宽远大于信息带宽的高速伪随机码进行调制,再经载波调制发送出去。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,即解扩,以实现信息通信。
与FDMA和TDMA相比,CDMA具有许多独特的优点,其中一部分是扩频通信系统所固有,另一部分则是由软切换和功率控制等技术所带来的。CDMA移动通信网是由扩频、多址接入、蜂窝组网和频率再用等几种技术结合而成,含有频域、时域和码域三维信号处理的一种协作,因此它具有抗干扰性好,抗多径衰落,保密安全性高,同频率可在多个小区内重复使用,所要求的载干比(c/i)较小,容量和质量之间可作权衡取舍等属性。这些属性使CDMA比其他系统具有以下几点非常重要的优势。
。
理论上CDMA移动网比模拟网大20倍。
。
在CDMA系统中,用户数的增加相当于背景噪声的增加,造成话音质量的下降。但对用户数并无限制,操作者可在容量和话音质量之间折中考虑。另外,
多小区之间可根据话务量和干扰情况自动均衡。
。
这里指的是CDMA系统具有较高的话音质量,声码器可以动态地调整数据传输速率,并可根据适当的门限值选择不同的电平级发射。同时,门限值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。另外,
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CDMA系统“掉话”的现象明显减少,CDMA系统采用软切换技术,即“先连接再断开”,这样完全克服了硬切换容易掉话的缺点。
。
普通的手机GSM和模拟手机功率一般能控制在600毫瓦以下,而CDMA手机的问世给人们带来了"绿色"手机的曙光。因为与GSM手机相比,CDMA手机的发射功率尚不足其一小零头。CDMA系统发射功率最高只有200毫瓦,普通通话功率可控制在零点几毫瓦,其辐射作用可以忽略不计,对健康没有不良影响。基站和手机发射功率的降低将大大延长手机的通话时间,意味着电池、话机的寿命长了,对环境起到了保护作用,故称之为"绿色手机"。
。
客户在使用移动电话时往往担心自己的移动电话被别人监听或盗打,但是要窃听通话必须要找到码址。,要想破解密码或窃听简直不可想象。而且CDMA采用的扩频通信技术使通信具有天然的保密性,其消息在空中信道上被截获的概率几乎为零。另外CDMA系统的鉴权、数字格式、扩频处理等通话保护措施,可提供最佳的保密特性防止通信过程中的盗听和手机密码的盗用。
。用户按不同的序列码区分,所以不相同的CDMA载波可在相邻的小区内使用,网络规划灵活,扩展简单。
。采用功率控制和可变速率声码器,手机电池使用寿命延长。
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CDMA移动通信系统是一个有较长一段研究历史的课题,21世纪我们已经进入到一个信息化的社会,没有信息的传递和交流,人们就无法适应现代化的快节奏的生活和工作。人们期望随时随地、及时可靠、不受时空限制地进行信息交流,提高工作效率和经济效益。虽然CDMA通信已经走进千家万户,但是当第三代移动通信系统蓬勃发展之时,对于第四代(
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