CDMA系统从基站到移动台的下行链路系统由基站发送和移动台接收两部分构成。
在一个CDMA频道中,基站发送的信号经过编码率为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码解扩可以去除其他CDMA频道的干扰。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?s时),自相关函数值近乎为0。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,将接受信号送至话音译码器。待传送的信息信号经过各项处理后,由业务信道发送。基站分别发送4中信道的信息,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。
7.2.2设计仿真:
(1) 仿真总电路图如下:
说明:限于System View仿真环境及PC机能力资源有限,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发送载波调制的过程,即将I、Q两路基带正交信号直接送入传输环节之中。
(2) 电路及模块说明:
70.伪随机序列发生器,幅度为0,相位偏置为0,码元速率为9600bit/s。
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71.伪随机序列发生器,幅度为1,相位偏置为0,码元速率为1200bit/s。 72.阶跃信号发生器,幅度为1,起始时刻为0,相位偏置为0。
73.伪随机序列发生器,幅度为1,相位偏置为0,码元速率为8600bit/s。 74.伪随机序列发生器,幅度为1,相位偏置为0,码元速率为800bit/s。 75.寻呼信道,码元速率为9600bit/s,PN偏置为1,相位偏置为30。 76.同步信道,PN偏置为1,相位偏置为30。 77.导频信道,PN偏置为1,相位偏置为30。
78.业务信道,码元速率为9600bit/s,PN偏置为1,相位偏置为30。
说明:在System View中,已包含了代表下行链路的各种逻辑功能信道的单个图标,直接从CDMA库中调用即可。其中,业务信道中还有附加功率控制信道,所以,该图标有第二个信源图标,固定速率为800bit/s。 79/80/88.加法器。
说明:基站发出的各种控制和业务信号,通过前面4种功能信道后,先合并成I、Q两路互相正交的信号,再进入到移动通信环境中去。4种功能信道图表都有I、Q两种正交信号的输出端,只需分别将4个图标的I通道输出和Q通道输出进行相加,就完成了I、Q两路信号的合并。 82.采样延迟,延迟2个码元。
81.移动信道模型。移动速率为8 km/h。
说明:真实的移动通信环境是比较恶劣的。不仅因为信号的传播损耗、多径衰落会导致信号幅度的减小和波动,以及信号的延迟,而且因为移动会造成多普勒频谱扩展等。在系统走很难过,用此模块对真实的移动通信环境进行仿真,它是符合IS-95标准的一种多径信道。在该信道模拟器中,假设多径传播路径数为2,第一条路径上的延迟为0?s,第二条路径时间上的延迟为2?s,各路径的幅度衰减均为0dB,并假设移动台的运动速度是8km/h。 94/95.RAKE接收机的两个抽头子电路模块。 84.采样延迟,延迟48个码元。 85.采样延迟,延迟52个码元。
86/87.采样器,采样频率为19.2kbit/s。
92.限幅器。最大输入为±0,最大输出为±1。
说明:信号经过RAKE接收机后,两路输出信号分别进行延迟、采样处理,并由加法器合并为一路输出,再经过限幅处理。 130.多项式。多项式设置为:0.5+0.5x。
说明:此图标作用是完成码元双极性到单极性的转换。因为此多项式的作用是:经限幅处理后,当x为-1时,则输出为0;当x为1时,则输出为1。由此完成码元双极性到单极性的变换。
(3) 仿真结果:
电路仿真运行结果如下:
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从图中我们可以看到,输入和输出波形基本一致,说明接收信号正确。
注意观察纵坐标,双极性码元已变成单极性码元:
将SINK83和SINK90两个窗口波形叠加:
因为SINK90为单极性码元,所以只有上半部分有红色的绘制线。可以看到,发送信号和接收信号还是存在一定的时延。
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7.2.3 RAKE接收机子电路图:
(1) 仿真电路图如下(此仿真电路图为RAKE 1子电路图):
相关理论说明:
在移动通信中,接收到的信号时经过多路反射、散射等传播路径后信号的叠加。使用RAKE接收技术,利用伪随机码的相关性,对各路分别进行相关接收,提出不同延时的相关峰,然后进行适当的合并,再进行信息解调,从而克服的多径效应问题又增加了接收功率。RAKE接收机的基本功能是对多径信号进行搜索、定时和跟踪,以及对获得的多径峰值进行时间、相位矫正,最后按照规则进行合并以获得输出。
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抽头RAKE接收机(RAKE 1 和RAKE 2)即可。这两个RAKE接收机的仿真电路图相同,参数设置有些许差别,在电路及模块说明中会罗列出来。
(2)电路及模块说明:
6/97.子电路中的信号输入模块。 98/126.FIR滤波器。
说明:FIR滤波器是绝对稳定的系统。经过恶劣的移动通信环境中,接收到的信号的相位有些波动,不一定呈线性,此处FIR滤波器还确保了线性相位,在信号处理中这点非常重要。
99/100.采样延迟,延迟1个码元。(在RAKE2中延迟为3个码元) 101/102.采样器,采样频率为1.2288MHz。 115/116/105.延迟,延迟为0 sec。(在RAKE 2 中延迟2微秒) 112/113/127.采样延迟,延迟48个码元。(在RAKE 2 中延迟50个码元)
说明:RAKE 1 和RAKE 2的仿真电路图是一样的,在参数设置中,唯一不同的是延迟设置的不同。这是因为,我们选取的移动通信模拟信道中,假设多径传播
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路径数为2,第一条路径上的延迟为0?s,第二条路径时间上的延迟为2?s,而为了使两个抽头的输出波形的跳变沿能一致,这点要依靠仿真电路中不同的延迟参数设置来达到。
119/103.脉冲方波发生器,幅度为1,频率为1.2288Mbps。
117.I 通道PN扩展,完成I通道扩频,单极性码元,PN偏置为1。 118.Q通道PN扩展,完成Q通道扩频,单极性码元,PN偏置为1。 说明:此处产生本地PN序列,用于PN解扩。 111/114/128.采样器,采样频率为1.2288MHz。 106/122/109.复数乘法器,完成复数的共轭相乘。
120/121/125/129.平均值,起到一个积分或累加求平均值的作用。 说明:解扩是用接收到的信号波形与相同的本地扩频PN序列相乘再积分(求和)。 104.Walsh码序列发生器,产生本地Walsh序列,用于Walsh解扩。 107/108.乘法器。
110.子电路图中的信号输出模块。 124.四象限反正切函数,求角度。 123.频率调制器。 说明:必须要说明的一点是,限于System View仿真环境及PC机能力资源有限,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发送载波调制的过程,即将I、Q两路基带正交信号直接送入传输环节之中。因为这样,总电路图中的I、Q两路信号是未经过调制的,那么这两路信号就不是传统意义上的正交信号,虽然称其为I路Q路,但是它们并不是同相支路和正交支路。此处之所以还用到I路Q路这个称呼是因为在扩频和解扩中都分了I、Q两路来操作,所以还是沿用这个称谓。
在电路图中122复数乘法器模块和124四象限反正切函数模块充当的是鉴相器的作用;125平均值模块充当的是环路滤波器的作用;123频率调制器模块则充当的是压控振荡器的作用。因为接收到的信号和本地产生的PN序列起始时间不一致,所以波形中存在着相位差,此时经过PN解扩之后的序列中存在着一定的码元错误,所以要经过锁相环达到PN序列和接收序列的同步从而使得I路信号和Q路信号同步。I、Q两路信号经过复数乘法器(122)相乘得到一个不同步参考值的(??)函数值,通过四象限反正切函数后(四象限反正切函数的公式
x(t)为:y(t)?Gactan(2)),输出此不同步参考值??,经过环路滤波器,滤除??x1(t)的高次分量,最终将??输入到频率调制模块中。而频率调制模块的公式为:
ty(t)?Asin(2?(fct?G?tstartx(?)d?)??),此频率调制模块会输出一个正弦函数
值,再次送到复数乘法器122中,这样通过循环迭代,通过鉴相器产生的误差,使压控振荡器得到一个控制电压,从而使得其振荡频率减小,这样可以使得??最终为0,从而达到码元同步的效果。(需要补充的一点是,频率调制模块的参数设置中,频率的设置不能为0,因为在实际情况中频偏一定是存在的,但是因为此处信号未经过载波调制,所以无从谈频率偏置问题,频率值设置的大小对于仿真结果而言无太大影响)
仿真结果如下图所示(下图为四象限反正切函数的输出波形):
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