毕业设计（论文）-WCDMA系统研究与仿真.doc

中国人民公安大学本科毕业论文（设计）IWCDMA系统研究与仿真摘要：WCDMA（宽带码分多址）是一种无线通信技术，是中国联通目前采用的3G通讯标准，作为3G的主流标准，WCDMA技术已逐步走向成熟。本文首先对第三代通信系统中的WCDMA系统的发展历程和基本原理作了简要介绍，然后对其进行了系统的研究分析，分析了通信各个环节的运行机理，并利用Matlab软件中的Simulink模块对WCDMA的扩频系统进行仿真设计，并给出了实现方法和仿真结果，在给定条件下运行了仿真程序，得到了预期的结果。关键词：WCDMA；扩频；Simulink中国人民公安大学本科毕业论文（设计）IIResearchandSimulationofWCDMASystemsAbstract:WCDMA(WidebandCodeDivisionMultipleAccess)isawirelesscommunicationtechnology,ChinaUnicoms3Gcommunicationstandardcurrentlyusedasthemainstream3Gstandard,WCDMAtechnologyhasgraduallymatured.Thisarticlefirstthird-generationWCDMAcommunicationsysteminasystematicstudyofthesystemwereanalyzedusingMatlabSimulinksoftwaremoduleforWCDMA,spreadspectrumsystemsimulationdesign,andgivesanimplementationandsimulationresults,thenrunthedesignunderemulationprogramtogetthedesiredresults.Keywords:WCDMA；spreadspectrum；Simulink中国人民公安大学本科毕业论文（设计）III目录1.引言.11.1移动通信系统发展历程和WCDMA的产生.11.3本文主要内容.32WCDMA系统构成.32.1WCDMA通信基本模型和主要参数:.32.2信源编码与信源解码.43.基于MATLAB的WCDMA系统的扩频实现方案.133.1Simulink简介.133.2Simulink的功能.133.3Simulink中常用的模块库.143.4直接序列扩频通信的基本原理.153.5扩频系统的总设计模型.153.6BPSK调制与解调.203.7解扩与检波.214.仿真参数设置以及结果分析.224.1参数设置.224.2仿真分析.25致谢.错误!未定义书签。参考文献.27中国人民公安大学本科毕业论文（设计）11.引言1.1移动通信系统发展历程和WCDMA的产生上个世纪80年代，第一代(IG)模拟蜂窝移动通信系统虽然频谱利用率低、保密性能差，但是其实现了无线的语音通信，是人类从有线通信进入无线通信的标志。90年代初期，第二代(2G)数字蜂窝移动通信系统开始应用，它弥补了模拟无线通信的一些缺陷，并在无线话音的业务上增加了低速率的数据传输业务，但是其主要还是为了实现话音通信的无线化，不能为高速率的数据通信业务提供支持。所以近年来出现了2.5代移动通信系统，在一定程度上加强第二代移动通信系统数据传输的能力，但还是不能有效地支持高速率的数据通信业务，因此其进一步发展受到很大的限制。第三代移动通信系统是基于因特网的飞速发展、各种无线通信业务需求量的加大，人们对高速率数据传输迫切要求下应运而生。WCDMA全名是WidebandCodeDivisionMultipleAeeess，中文译名为“宽带分码多工存取”，是在欧洲和日本几种技术的基础上，采用MCFDD双工模式的一个ITU(国际电信联盟)标准，与GSM(GlobalSystemforMobileCommunications)网络具有很好的兼容性和互操作性，并能够为各种无线设备提供较高速率的数据传输。WCDMA系统的传输速率在局域网可达ZMb/S，在宽带网能达到384Kb/s，因此能够有效的支持无线话音、图像、数据以及视频通信业务。在人口密集的地方，第二代通信系统的语音线路容易产生堵塞，为了在一条线路上传送更多的语音呼叫信号，WCDMA采用了异步传输模式(ATM)，从而把呼叫数目成倍的提高，由原来的30个提高中国人民公安大学本科毕业论文（设计）2到300个。WCDMA系统解决了第二代移动通信系统在同一条传输通道中，同一时间内不能同时进行语音通信和数据传输的问题，它采用了电路交换和分包交换技术。其中用电路交换技术实现语音通信，通过分包交换技术用户在接听电话时可以访问因特网，大大提高了移动电话的使用效率。费用方面，由于第三代移动通信承载了语音业务和高速率的数据业务，因此它的费用可分为两部分。第一部分:语音通信所产生的费用，按照用户语音通信接入的时间进行计算。第二部分:数据业务，由于数据业务是通过分包交换技术实现的，因此它的费用计算不同与语音业务的按接入时间计算，而是通过数据的传送量来计算。1.23G移动通信几种技术方案的比较WCDMACDMA2000TD-SCDMA多址接入方式DS-CDMAMC-CDMADS-CDMA双工方式FDD/TDDFDDTDD载频间隔（MHz）51.25/3.751.6码片速率（Mchip/s）3.841.2288/3.68641.28帧长10ms20ms10ms（含两个子帧）基站同步方式不需要GPS/GLONASS同步方式GPS或者网络同步方式功率控制快速闭环功控：1500Hz；外环功控快速闭环功控：800Hz；外环功控闭环功控：0200Hz；外环功控切换方式扇区间软切换、小区间软切换和载频间硬切换支持软切换和更软切换接力切换中国人民公安大学本科毕业论文（设计）3语音编码AMR8k/13kQCELP/8kEVRCAMR1.3本文主要内容本文的主要内容可分为三个部分。第一部分主要介绍WCDMA系统的发展历程和基本原理以及与其他3G无线通信技术的区别；第二部分介绍系统的信号传输机理，并分析了各个环节的运行方式。最后一部分，利用MATLAB中的Simulink组件对WCDMA系统中的重要模块扩频部分进行了仿真设计，列出了具体的仿真方法，并进行了仿真实现，然后针对已经设计的扩频系统进行结果分析，主要包括关键步骤的结果分析，并得出最后结论，达到了预期的效果。2WCDMA系统构成2.1WCDMA通信基本模型和主要参数:系统组成如图1所示。信源编码信道编码交织加扰调制扩频射频发射信源解码去交织信道解码解扩解扰解调射频接收无线信道图1WCDMA系统的信号传输过程WCDMA是一个带宽直扩码分多址（DS-CDMA）系统，即通过用户数据与由CDMA扩频码得来的伪随机比特（称为码片）相乘，从而把用户信息比特扩展到宽的带宽上中国人民公安大学本科毕业论文（设计）4去。为支持很高的比特速率（最高可达2Mbps），采用了可变扩频因子和多码连接。使用3.84Mbps的码片速率需要大概5MHz的载波带宽。带宽约为1MHz的DS-CDMA系统，通常被称为窄带CDMA系统。WCDMA所固有的较宽的载波带宽使其能够支持高的用户数据速率，并且也具有某些性能方面的优势，例如增强的多径分集能力。网络运营商可以依据其运营牌照，以等级式的小区分层的形式，使用多个这样的5MHz载频来增加容量。实际的载频要根据载频间的干扰情况，以200kHz为一个基本单位在大约4.4-5MHz之间选择。WCDMA支持各种可变的用户数据速率，换句话说，就是它能很好地支持带宽需求的概念。在每个10ms期间，用户数据速率是恒定的。然而这些用户之间的数据容量帧与帧之间是可变的。这种快速的无线容量分配一般由网络来控制，以达到分组数据业务的最佳吞吐量。WCDMA支持两种基本的工作模式：频分双工（FDD）和时分双工（TDD）。在FDD模式下，上行链路和下行链路分别使用两个独立的5MHz的载波；在TDD模式下只使用一个5MHz的载波，在上下行链路之间分时共享。上行链路是移动台到基站的连接，下行链路是基站到移动台之间的连接。TDD模式在很大程度上是基于FDD模式的概念和思想的，加入它是为了弥补基本WCDMA系统的不足，也是为了能使用ITU为IMT-2000分配的那些不成对频谱。2.2信源编码与信源解码WCDMA系统采用自适应多速率（AdaptiveMulti-Rate，AMR）语音编解码技术，多速率声编码器是一个带8种信源速率的集成声码器，这8种速率包括：12.2kbps（GSM-EFR）、10.2kbps、7.95kbps、7.40kbps、（IS-641）、6.70kbps（PDC-EFR）、5.90kbps、5.15kbps和4.75kbps。AMR比特速率可以由无线接入网来控制。为了实现与现有无线网络的互连互通，有些模式与现有网络是相同的，比如，12.2kbpsAMR声码器相当于GSM-EFR编解码器，7.4bps相当于US-TDMA的声码器，而6.7kbps的相当于日本的PDC声码器。AMR声码器能够根据指令在20ms的语音帧间进行比特速率的切换，但是进行AMR模式切换时，需要使用带内信令。