题目:基于IS-95CDMA前向链路技术与仿真(4)

2019-08-03 11:50

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调制处理,形成未扩谱信号;再依次进行Walsh扩谱、PN序列扩谱,形成扩谱信号;最后经过基带滤波器,输出的为CDMA基带信号。以上是前项业务信道的模型。

图3-1基带信号发生模型

基带滤波器 帧质量指示器加缩码器尾比特 卷积码编码器 r=1/2 k=9 码元重复分组交织 I路短码 长码发生器 长码发生器 Q路短码 沃尔什代码 3.1.1 发射部分

在IS-95 CDMA系统中,信号在信道中是以帧的形式来传送的,帧结构随着信道种类的不同和数据率的不同而变化。

图3-2前向业务信道96O0bps的帧结构

192比特(20毫秒) 9600bps 172 12 8 信息比特

图3-1所示是前向业务信道的帧结构。其中,F表示循环冗余校验帧质量指示器,T表示编码器拖尾比特。传输速率为9600bps时,在20毫秒的帧持续时

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间内可以发送192个比特。这192个比特由172个信息比特、12个帧质量指示比特和8个编码拖尾比特组成。帧质量指示比特就是奇偶校验比特,应用于循环冗余编码的系统检错方案中。

图3-3发射机系统框图

I路短码 基带滤波器 数据发生器 卷积码编码器 r=1/2 k=9 块交织器 24*16 1.2288 基带滤波器 长码发生器 沃尔什代码 Q路短码

数据发生器以每帧192比特产生数据作为系统的信源。其中,前184位是随机产生的二进制信息比特,最后8位全O的编码器尾比特用于实现卷积编码。这里没有对帧质量指示位(CRC)仿真。经码率为1/2,约束长度为9的卷积编码器后,每帧的调制码元数为192*2=384。对于9.6kbps的数据率,不需要进行码元重复。块交织器将输入的数据存为16列*24行,一次处理一帧内的384个符号。

为了提供保密性,交织后的数据与长码发生器产生的长码模2加,以对数据进行加扰。长码的抽样及功率控制子以简化。两两正交的64个沃尔什序列中的一个再与数据流进行模2加,以提供对同一射频载波的复用。两路短码作为I/Q正交序列对数据进行四相扩频,再经过基带滤波后,I、Q两路信号合成待发送的信号送至信道。在仿真中,省略了QPSK的射频调制部分。

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3.1.2 卷积编码

卷积码是将发送的信息序列通过一个线性的、有限状态的移位寄存器而产生的。通常,该移位寄存器由K级(每级k比特)和n个线性的代数函数构成。二进制数据移位输入到编码器,沿着移位寄存器每次移动k比特位。每一个k比特长的输入序列对应一个n比特长的输出序列。因此其编码效率定义为Rc=k/n。参数K称为卷积码的约束长度。

从IS-95前向链路业务信道图中可以看出,前向链路使用的卷积码编码率为1/2,约束长度K=9。IS-95规定了产生这种码的编码器。这种码的生成函数为:

g0=(111101011)=(753)。 (3-1) g1=(101110001)=(561)。 (3-2) 对输入到编码器的每一数据比特,生成两个码符号。这些码符号应这样输出,即由生成函数g0编码的码符号c0先输出,由生成函数g1编码的码符号cj后输出。初始化时,卷积编码器应该是全零状态。初始化后的第一个码符号应该由生成函数g0编码。

图3-4前向链路的卷积编码器:r=1/2,K=9

C0 信息比特 (输入) 码符号 (输出) C1 卷积码的译码方法可分为代数译码和概率译码两大类。代数译码方法完全基于它的代数结构,也就是利用生成矩阵和监督矩阵来译码,在代数译码中最主要的方法就是大数逻辑译码。概率译码比较常用的有两种,一种叫序列译码,另一种叫维特比译码法。虽然代数译码所要求的设备简单,运算量小,但其译码性能(误码)要比概率译码方法差许多。因此,目前在数字通信的前向纠错

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中广泛使用的是概率译码方法。 3.1.3 块交织

交织常与编码或重复相结合,是一种防止突发错误的时间分集形式。符号在进入突发信道之前被改变顺序或进行交织。如果传送时发生突发错误,恢复原顺序就可以在时间上分散错误。如果交织器设计良好,那么错误将会随机地分布,用编码技术就更容易纠正。交织器通常是对输入的原始信息序列进行随机置换后从前向后读出。交织器的作用是:一、可以产生长码。二、使两个编码器的输入不相关,编码过程趋于独立。交织使编码产生随机度,使码随机化、均匀化,起着对码重量整形的作用,直接影响Turbo码的性能。在译码端,对于某一个子译码器来说不可纠正的错误事件,交织后在另一个译码器被打散,成为可纠正差错。 交织方式主要有规则交织,不规则交织和随机交织3种。通常规则交织即行写列读,效果不好。随机交织指交织格式是随机分配的,是理论上性能最好的交织方式,但是由于要将整个交织信息位置信息传送给译码器,降低了编码效率。实际应用中一般采用不规则交织,这是一种伪随机交织方式,对每一编码块采用固定的交织方式,但块与块之间交织器结构不一样。往往为了获得高的编码增益对交织器的长度提出要求。在无线移动通信系统对时延要求较高,因此采用交织长度为400左右的伪随机短交织器。 业务信道而言编码在重复一次后交织,为的是避免了多径效益衰落环境下发生错误以及提高性能而提供接入信息资源。

3.1.4 数据加扰

无线通信的一个主要问题是任何传输都可被窃听者轻易地获得。为了加强 IS-95传输的保密性,加扰过程将一串密码加到外发数据上。编码过程由称为长码的密钥来完成。只有知道正确的随机数初始值,接收机才能重建长码并解密消息。扰码(Scramble)模块主要包括:一个长码发生器,用于生成长PN序列;一个随机功率比特发生器,用于生成功率控制比特;一个扰码器,用于对输入信

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号进行加扰,并插入功率控制比特位。

3.1.5 正交复用

在前向链路中,每个信道通过其专用的正交沃尔什序列来区别于其它信道。前向链路的信道由导频信道、同步信道、寻呼信道和业务信道组成。每个信道由信道特定的沃尔什序列调制,沃尔什序列一记为Hi,i=0,1,??,63。IS-95标准将H0分配给导频信道,将H32分配给同步信道,H1到H7分配给寻呼信道,其余的Hi分配给业务信道。

沃尔什序列是维数为2的幂的哈达玛矩阵中的某一行,当在一个周期长度上进行相关时它们是正交的。2N阶哈达玛矩阵可以由递推公式产生。前向业务信道中,19.2kbit/s的数据流中的每一输入比特与指定的64阶沃尔什序列逐个进行模2加,映射为64个输出比特。因而,这个过程的输出速率为1 .2288Mbit/s。

3.1.6 正交扩频

IS-95中使用了两个修正后的短PN序列,用于对QPSK的同相与正交支路进行扩频。两个短PN码是由15阶移位寄存器产生的m序列,并且每个周期在PN序列的特定位置插入一个额外的“O”。因此修正后的短PN码周期为215=32768个码片。该序列称为引导PN序列,作用是识别不同的基站。不同的基站使用相同的引导PN序列,但是各自采用不同的相位偏置。

IS-95中采用在长为n-1的O行程后面插入一个O,这样做有两个目的:一是使不同基站使用的PN序列有一部分保持正交;二是使巧级PN序列发生器的周期变为215=32768个码片,这样当PN序列的时钟频率为1.2288Mcps时,每2秒的间隔内序列发生器可以循环75次。

同相(I)支路所使用的短PN码的特征多项式为:

PI(x)=x15+x13+x9+x8+x7+x5+l (3-3) 正交(Q)支路所使用的短PN码的特征多项式为:

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