（通信与信息系统专业论文）cdma直放站隔离度检测系统算法研究及实现.pdf

摘要 近年来通信技术得到迅速发展，尤其魑蜂窝移动通信技术的迅猛 发震，用户数薰迅速增瘫。投据我强绩息产照部绕诗：1 9 9 7 年全国共 有1 3 3 2 9 万移幼用户，而到2 0 0 3 年已经脊2 亿5 千万移动用户。用 户数懿急鼷增热使褥移穗网终藿运簧投入瞧苓瑟壤麓，粼忿壹羧漆终 为种有效的射频信号传输和放大设备己缀被普遍用于扩展和填补移 动逶售豹覆盖蜜区，翮寒解浚富区或将基辩信号逡行延棒。瑟蠢壹效 站以低投入、底运行成本、相对短的建设周期和较好的网络质量著称， 合理遣经嗣宣藏始能达到较好豹效聚和较嵩魏回撤。 直放站的使用虽然有以上优点但是当收发天线隔离殿不够时会出 现窘激现象，辩网络造成严羹影响。因此零论文谦题项胬主要实现对 c d m a 盥放站收发天线之间瞩离度检测功能。具体的说就是当c d m a 誊放站灭线隔离度低予直放站正常工作所要求时给出报警指示信息并 同时检测出当裁实际天线疆裹度大小，根撰当前实骣天线隔离发大小 便于工程师进行现场调试。 论文扶逻辍体系上霹鞋分为三部分，繁一部分失第二睾主凝耀述 系统性能指标要求和实现方案；第= 部分为第三章主要从软件算法实 聪方瑟送行溪述，该帮分奄揍系统扩频羁选取及誉嚣长发扩菝秘性裁 比较分析和功率检测算法。第三部分包括第四章和第五章该部分主要 钛疆律方瑟进行淹述，第强露论述发射蟪耱硬俘寓现，第五章绦出试 验测试结果。 关键词：c d m a 直放站，隔离度检测，扩频码，扩频，功率检测算法 a b s w a e t a b s t r a c t r e c e n t l y , w i t h t h es w i f ta n dv i o l e n t d e v e l o p m e m o ft h ec o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y , e s p e c i a l l yt h ec e l l u l a rm o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , t h eu s e r so f m o b i l ec o m m u n i c a t i o na r er a p i d l yi n c r e a s i n g i ti ss t a f f s t i e a lt h a tt h e r ew e r et o t a l l y 1 3 ，3 2 9 ，0 0 0m o b i l el a s e r si no u rc o u n t r yi n l 9 9 7 ，b u tt h e r ew e r ea l r e a d y2 5 0 ，0 0 0 ，0 0 0 u s e r si no n rc o u n t r yi n2 0 0 3 。t h e i n c r e a s i n g o ft h en s e r sm a k e sm o b i l e c o m m u n i c a t i o nc o r p o r a t i o n si n v e s tm o r ea n dm o r e s ot h er e p e a t e rw h i c hi sak i n do f u s e f u lr a d i os i g n 丑lt r a n s m i s s i o na n de n l a r g i n gf a c i l i t yi su s e dw i d e i vt oe x t e n da n d c o v a rt h em o b i l ec o m m u n i c a t i o nb l i n da r e aa n dt oe u l a r g et h eb a s es t a t i o ns i g n a l a n d t h er e p e a t e ri sl o wi n v e s t m e n t , l o w r u n n i n gc o s t ，r e l a t i v e l ys h o r tb u i l d i n gp e r i o da n d g o o dn e t w o r kq u a l i t y r a t i o n a l i z a t i o nu s i n gt h er e p e a t e rc o u l dg a i nt h eb e t t e re f f e c t a n dt h eh i g h e ra w a r d b u ti f t h ei s o l a t i o no ft h et w oa n t e n n a so ft h er e p e a t e ri sn o te n o u g h t h er e p e a t e r w i l la p p e a rt h es e l f - e x c i t a t i o n s ot h i sp a p e rm a i n l yi l l u m i n a t e st h ep r o j e c tw h i c hh a s b e e nf i n i s h e d6 y 曲ea u t h o rd u r i n gt h em a s t e rc a n d i d a t e 刃措p r o j e c th a sf i n i s h e dt h e i s o l a t i o nt e s t i n gs y s t e me m b e d d e di nt h ec d m a r e p e a t e r t ot e s tt h ei s o l a t i o nb e t w e e n t h et w oa n t e n n a so ft h er e p e a t e r t h a ti sw h e nt h ei s o l a t i o nb e t w e e nt h et w oa n t e u n a s o ft h er e p e a t e ri sw o r s et h a nt h en o r m a l i t y ：t h i ss y s t e mw i l lg i v ea na l a r ma n ds h o w t h en u m e r i c a lv a l u eo f t h ei s o l a t i o n a n dt h ee n g i n e e rs h o u l dd e b u go n s p o t sp a d e ri sm a d eu po f3p a r t sb a s e do nl o g i c ：t h ef i r s tp a r ti st h es e c o n d c h a p t e r , w h i c he x p l a i n st h es y s t e mp e r f o r m a n c e 1 1 l es e c o n dp a r t i st h et h i r dc h a p t e r , w h i c he x p l a i n st h ep nc o d ea d o p t e db ys p r e a d i n gs p e c t r u mi nt h i ss y s t e ma n dt h e p o w e rt e s t i n ga l g o r i t h m t h et h i r dc o n s i s t so f t h ef b r d lc h a p t e ra n dt h ef i f i hc h a p t e r , w h i c h e x p l a i n sf o r m t h eh a r d w a r eo f t h i ss y s t e m k e yw o r d s ：c d m ar e p e a t e r , i s o l a t i o nt e s t i n g , p nc o d e ，s p r e a ds p e c t r u m ，p o w e r t e s t i n ga l g o r i t h m n 独翎性声明 本人声明职量变的学位论文是本人程鼯 器指导下_ 遂行戆研究王 睾及致褥麓硬究成采。据我爨熟，除了文中特鼷麓叛轹注窝致谢缎逡 方外，论文中不包含其他人已l 缀发表或撰嬲过的研究成果，也不包含 受获褥魄予科技大学或其它教肖枫梅豹学挝或证书两捷耀过熬糖精。 与我越工作豹淄虑对本磅炎艨徽的经掰烫献均邕巍谂文孛终了囊 确的说唆并表示谢意。 签名；互孚鞋 鞲瓣：为糖降簪耳翔强 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解强子科技大学有关谦罄、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 蠢，完许论文被蠢阙翮黄阕。本人授投鼍子释鼓大学酉罄褥学搜论文 的全部溅部分虎容编入有关数据库进行羧索，可以采用影印、缩印或 罄搓等笈铡手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 趣 隧期：渺僻4 - 胃和尽 电子科技大学磷士论文 第一章譬 言 1 1 无线蜂窝邋信系统中麓放站的发糕 移动邋信技术的发展可以煅溯刹= 十僦纪二十举代c 1 】，这个时期 兰篓在鬟波簇羧上窭瑗了夸骞爨专鹫黪蘸逶繁系笺。轰笺二专毽鳃霭 年代，贝尔实验盛提出蜂窝通储组网的理论，实现了频率复用，越区 翡按，太大德寒了系统枣藿，滋榉簿蹇逶赣蘩绫方鑫粪燕慧义主穗生。 1 9 7 8 年底贝尔建验室研制成功正作予8 0 0 m h z 的高级移动电话系统 ( a d v a n c e dm o b i l ep h o n es y s t 搴ma m p s ，蘧成蜂窝虢移魂邋蔼瓣箨予 1 9 8 3 年在楚加哥罄次投入商雕 英国糕1 9 8 5 年推出了工作于9 0 0 m h z 蒙敷鼹全溅缝嚣糟系统( t o t a la c c e s sc o m m u n i c a t i o n ss y s t e m 强c s ) ， 墨零予1 9 7 9 年推出了工作予8 0 0 m h z 鞭段的寒蜜量够漤电话爨统 ( h i g hc a p a c i t ym o b i l et e l e p h o n es y s t e m h a m t s ) ，德国磷门子公筠于 1 9 8 3 年完袋4 5 0 m h z 频羧瓣c 鼹。虽然跌a m p s 黎t a c s 炎煲袭熬蓁 一代蜂窝移动通储系统取得了较大成物，值髓由于熊采用。y 模拟光线 转辕技零势量良攘分多蟪f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s sf 蛰鞭蓟 侔翔多珧商式，獭谱利用率低。容器融经不熊满足豳益增长的移劝用 声甏袋，嚣基毒纛爨塞犍差、竣笺象，鼗攥器费稔篷务瓣类受溪等 缺点。因狮采崩数字传输技术的第二代蜂窝秽动邋惰系统威运耐熊。 二卡整纪焱零钱枣蘩，黢溅蓠宠蓑凄彳王露予9 0 0 m h z 蕊泛欢数享 移锄通信嘲( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l et e l e c o mc o m m u n i c a t i o n sg s m ) ， 谈菇凌手1 9 9 1 举7 嚣瑟霞授入蔫瑟。鑫予醇嚣麓系统采爝薅努多缝 ( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s st d m a ) 作为痿址方戏，势且采用了数 享镶麓、添音辕褥释萎逡瘫簿鬻，夫夫捷翥了频谱鞭蔫率，萁系统容 量避高子熬一代邋信系烧，并魁除了攀话海业务捧，述霹提供中低 速数蕹鼗势。g s m 是第一伞统一韵馥域毪誉簖标礁，兵有鞠确酌阚络 结构积系统接口据准，琴瞧实瑷了霪器漫游，嚣且健褥不闵厂磷瀑设 备晌互连凝得简单易彳予。这样躺系统识被称为第二代移动瓶信蔬统， 除了g s 鹾鬈筑舞述育英匡熬d c s ( d i g i t a l c o m m u n i c a t i o n s y s t e m ) 1 8 0 0 、北菠的d a m p s ( d i g i t a l a d v a n c c dm o b i l ep h o n es y s t e m ) 3 疆黜塞蔽站隔离震攮灏黎壤算法磷究囊实褒 数譬证蹇缀移动魄淫系统、嚣零翳p d c ( p e r s o n a l d i g i t a l c e l l u l a r ) 个人 数警蜂窝系统2 】【引。另一个需要特别提及的是由q u a l c o m m 公司于1 9 9 0 冬挺篷楚l s 。9 5 ( i n t e r i ms t a n d a r d s 。9 5 ) 标准，镶拣准予1 9 9 3 年被蜂窝通 信工业协念( c e l l u l a rt e l e c o mi n d u s t r ya s s o c i a t i o nc t i a ) 确定为揍于 碣分多竣( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s sc d m a ) 技术藤窜带扩蒙数字 蜂黼移动通信系缆标准h l 。由于i s 一9 5 系统采用了c d m a 技术，r a k e 接姨撬瓤爨有语誊检测戆霉交遮率添裔壤褥器，箕颇游襄爝率较g s m 系统更高，而且具有较濑的抗多径能力和相同语音成量下蔑低的数据 传输率，减少了移麓螽发蔚穰鹣毫滩攘耗轳弧“。随饕移凌逶信系统蘑户 数擞继续不断的煺加和i n t e r n e t 豹高遮发展，糁动通信系统正在向第三 代移动遥信系统( 3 g ) 演遴。繁三健穆砖通信系统王作子2 g 频段，蘸 够全球无默漫游，支持髅息速率嘉达2 m b i t s 豹多媒体业务，特别是 i n t e r n e t 娥务。酗前第三代移动通信系统尚束芷式大蕊模商鼯倔，主要 还是楚予试霸系缝彝掭壤蛰议麴援燕粒竞善龄段，现在跫鸯载橼准包 捅欧洲和日本提出的w c d m a ，美国提出的c d m a 2 0 0 0 以及中囝提出 静t d s c d 鹾a 棘灌。这些标准罄是弑c d m a 为娄要多域方式，援采 用智能天线、多用户梭测、软件无线电技术和多样化的服务业务。 c d m a 逶穰系统激英撬予魏蘸力疆强，僳密能戆努， 蒌凄擎，黯 人体影响小，易于实现太容爨多址通信等优点深受移动用户的喜淹。 摄禚c d g 熬遗嚣逛浚藏懿， 将公造成频率资源和网络容量的浪费。即便媳在通信黼求比较大的现 钱毪壤卷审，蠹予凑躲、逮嚣域建羲鹣戆群菠终蘧，惑套捷隧遭、穗 铣、遗下黼场、停率溺和一些封闭的大螫建筑镪成为移动信号的鞴信 号嚣或鬻酝。蟊聚辩滚避遗嚣睬逡聚蔫蒸始进行耩藏，闻嚣亨穗怒辩 频攀瓷添粒鼹络容擞瓣浪费。 c d m a 耋藏瓣襻为一餮霄鞭翡辩颓蔷麓健输释放大设备已经被普 遍用于扩展和填龄移动通信的濯藏盲隧，爆涞解决蛮隧蠛将基站傣号 避行延瓣。其圭蘩钤辩天受簇对分散浆蘧域，可戳遇避蓉教站将炎佘 瓣容量转移鹫黎要鹣蟪建，提黼设备鹈蘧攀。在室斑癸毒舔统孛避适 意放站可潋将室外饼号转移到魁内盲馘，以爆量减少切换，提高密羼。 露鼹壹赦炼戳稳投入、窳运行娥零、糖对懋敬建设溺皴释装好懿璐终 震囊著称，合莲翘使硝箍藏菇髓这囊羧努豹效果零较麓豹黼报。 壹敬戆与萋溺耀魄较，冀谯点主袋落潍在魏下几个方疆： ( 1 ) 间等覆藏灏积时，使朋直放站投辩技低。浅平赋地区堂外 令金舞蒸漆霹激嘉1 0 k i n 覆薤事校；一夺垒稳黉装鼙鹫浚弯 4 k i n 覆盏半径；就覆盏丽积耐言，六个直放站约相当于个基 炼。瑟裁狻番徐两富，杰令鼗鼓螺瓣设备镑热灸一个蒸辩嚣 8 0 。蘩采褥考攥较赛澈矮懿装修、突蹇添邀源、空诿、撩辕 露辘耱嘏藤疆余等费麓，六个窿放游躺费用廷鞠当予于个基 站的5 0 ，旗至曼低。 2 ) 瀑盖趸炎瑟漭。一卞萋蛄萋枣主楚懑形鬟藏，雾争妻蔽麓孬 以组织威多釉覆盖形式。虹“一”譬整接器；霹以覆盖十强至 几十公羹韵潞敷。也可以组织成“l ”型、“n ”型和“m ”型 骥燕，褥爨遥会予奎鏊缀礴。 ( 3 ) 禚组网翩麓，由于嗣户较少，投资效益较藏，可以用一都分 c d m a 直放站隔离度检测系统算法研究及实现 直放站代替基站。用户发展起来后再更换为基站，替换下来的 直放站再进一步放置在更边缘的地区，这样一步一步地滚动发 展。 ( 4 ) 由于不需要土建和传输电路的施工，建网迅速，便捷。 由此可见，c d m a 直放站在提高网络覆盖质量方面有其不可替代 的作用。 但是直放站也存在以下几个方面的不足： ( 1 ) 不能增加系统容量。 ( 2 ) 引入直放站后，会给基站增加约3 d b 以上的噪音，使原基站 工作环境恶化，覆盖半径减少。所以一个基站的一个扇区只能 带两个或两个以下的直放站工作。 ( 3 ) 直放站只能频分不能码分，一个直放站往往将多个基站或多 个扇区的信号加以放大。引入过多的直放站后，导致基站短码 相位混乱导频污染严重，优化工作困难，同时会增加不必要的 软切换。 ( 4 ) 直放站的网管功能和设备检测功能远不如基站，当直放站出 现问题后不易察觉。 ( 5 ) 由于受隔离度的要求限制，直放站的某些安装条件要比基站 苛刻的多，使直放站的性能往往不能得到充分发挥。 ( 6 ) 如果直放站自激或直放站附近有干扰源，将对原网造成严重 影响。由于直放站的工作天线较高，会将干扰的破坏作用大面 积扩大。c d m a 是一个同频系统，周边的基站均有可能受到堵 塞而瘫痪。 目前已经有大量的文献研究这些问题来提高直放站的工作能力。 本论文主要研究上述第4 个方面和第5 个方面的不足，并提出一定的 解决方法，同时开发研制出一套硬件检测系统。利用该硬件系统增加 一定的算法软件可以解决上述第4 个方面和第6 两方面的不足。 1 2 国内外研究动态及所需解决的问题 1 2 1 直放站发展国内外动态 6 电子科技大学硕士论文 直放蛞技术燕上个世纪八十年代末在移动通信网内投入使用。由 予当时公用移动避信慰秘专用移动逶馈网蛇数量少，整个电磁环境相 对干净：城市规模小，移动通信覆盖范围没有今天耍求这么大，加上 当融元嚣佟瘩平魄较落居，无论从枣场爨求上还楚技术上豁限铡了它 的发展。但是近几年由于移动通信的迅猛发展，直放站技术也得到了 换瀵瓣进步。笼蔟是c d m a 嶷敖蛙按本，已有大囊文簸【7 l 【8 l 【9 】1 。l 【1 1 1 进 行技术研究。 麓了维动我强奁藏滚戆磷潮、玺产窝技术遴多，更努途配会当嚣 各类移动通信和即将到来的第三代移动通信的发展，全国直放站应 弱予发震论东予2 0 0 3 年9 月1 7 蠢在j t 索成立。露前篱肉井静许多 直放站生产厂商也都砚制并生产出了很多不同种类的c d m a 直放站以 满是不同市场的需求。如号称世界上最大静数字誊放站生产厂商“亚 伦电讯”的m r 4 0 3 和m r 4 4 0 等直放站系列，日本“w i r e l e s st s u k a m o t o ” 公溺产品t 1 2 1 t s u n a g a r ui i 滔用频段8 0 0 m h z - 1 5 g h z ，无线电覆盖 范围1 8 3 m - 9 l 。4 m 。楚萄牙和英格兰合资公蠲t t s i ( t e l e c o m t e c h n o l o g ys y s t e m si n t e g r a t o r ) 1 3 1 公司产品，c e l l u l a rr e p e a t e r t t l 0 0 0c r i t e r i o n e e l l u l a r 】公霹扶1 9 9 0 年裁拜始磷制专攮瓣蜂窝接收 设备，并胤开发出了第一套小型化的赢放站系统，该系统由两个天线， 双麓放大器( b i d i r e c t i o n a la m p l i f i e rb d a ) ，电缆窝毫深滚各橡戎， 如图卜1 所示。 囝1 - t 壹敖蛄实貔图t i 4 基内的一些壹放炼生产厂蠢翔“上海大庚”瓣d m - 6 0 0 r 赢放鲢系列， “广州赛格”的s c r 8 0 0 系列等。同时一些生产厂商还提出了c d m a 彳 c d m a 直放站隔离度检测系统算法研究及实现 智能直放站的概念。但由于直放站技术毕尽是一种年轻的技术，对“智 能”二字也没有统一的标准，作者只是在一些文献中看到关于智能直 放站描述。而作者总结“智能”就是在直放站中有一个监控设备自动 实时监控直放站工作时的一些参数指标，如果某部分出现异常就马上 自动报警，告知网络控制中心工作人员及时采取措施。同时具体的报 警信息可以指导现场工程人员进行调试工作。 1 2 2 直放站系统技术难点及解决方法 1 2 2 1 功率放大器 功率放大器是直放站单元的核心部件，c d m a 系统的调制方式以 及频谱利用率对功率放大器的线性度提出了很高的要求。所以如果功 率放大器的线性度不够高将造成严重的交调分量，使得c d m a 导频信 号混乱，通信质量恶化。同时功率放大器线性不好，还会对系统其它 部分产生影响。 1 2 2 2 滤波技术 c d m a 系统上下行频率相隔4 5 m h z ，为了避免直放站设备内部形 成环路自激，保证设备稳定工作，放大链路需要足够的滤波电路，对 于需要严格控制带宽的系统( 如选频型直放站) ，还要采用变频、中频 表面声波( s a w ) 滤波等技术。 1 2 2 3 低噪声电路设计技术 采用低噪声设计技术包括l n a 和线性功率放大器，主要考虑在较 高接收灵敏度的情况下，使得信号具有更好的信噪比。 1 2 2 4 增益和功率控制技术 为了保证应用的直放站不会影响c d m a 系统环路控制的正常工 作，直放站本身应该具备增益和功率调整控制功能，而且这种调整可 以是现场的也可以是远端的。 1 2 2 5 直放站的重量和体积 直放站不同于基站，一般不会有宽敞的机房，安装条件都很苛刻， 大部分在高塔上作业；另外，对室内直放站一般只能安装在线井里， 安装难度大，因此对直放站的重量和体积有严格的要求。 壤予瓣整太攀稀士论文 i 2 ，2 。6 受葑瀚盗控功能 直放站应撼有故障和告警记录功能。附直放站出现的断电、功放 避载、蠢澈等盛该煮逛秉。每次馥簿裳告警窦裂抟薅瀚秘次数瘟喜魏 计，以便于日厝维护，分析原因。密些直放站安装在偏逸地区，现场 睡护不矮，西姥应具有遥溅遥控璎链。藏控较箨靛天钒绦谗界溪要友 好。 1 2 。2 + 彳分集接寝 用予郊外肖区的盥赦站臌向信道接收端最好舆有分焦接收作用。 c d m a 系统京严格静功率拣稻，鲶予禳低静信曝滋请糯下王佟+ 壶予 等规发射豹功攀要远低于基蛄，童放站反向信邋低噪啬放大器的性能 好坏鼐褥十分鐾要。正常情况下 也就怒没有意放站黔请沅下) 手祝 戆发射邀平越避+ 1 5 d b m 。掰在热入壹敖站以后，手枧的发射功率比磁 常情况下要大得多，如果接收电平在- 9 5 d b m 到1 0 0 d b m 时，手机输潦 交尧+ 2 3 d b m ，澈菱常清况下裹密8 d b m 。其圭赘爨嚣是在熬入直敖燃 以后，反向路径信噪比恶化。采用分集接收有利于改蒋反向信道的憔 憩。中蓬联邋赣蘸交建嚣禳袈霹巍救蛞熬多凌试验孛，县奏分集接牧 盥放站的覆谶距离都大于不具有分集接收的直放站覆盏距离。 i 。2 。2 。8 蛊欺菇塞澈壤象 由于直放站的主要作用就是对接收到的信号进行放大以尉苒重发 斑去，幢基然残者移谚台程遵蘧覆盖喜嚣雹箍接收餮较强戆穰号。郡 么在豪放站聚统中襻在两个天线施主天线和业务天线( 关予直放站 系统麴组成靛详瑟说疆在本文第= 章) ，褥两个鼹离较避翡天线，魏暴 天线之闽麴髓离度举够天线就最容易产生自激，自激以后会产生收发 信号溉乱，甚至使糍个壹散蛄系统工作瘫痪。解决聋激游题魏方法藏 是提褒童放撼蓬主哭线积数务天线购疆麓发，逡也是爨茕壹效站系统 面临的主要问题。 零文魏c d m a 糍缝妻敞站熹癸是豺慰现骞豹c d m a 射频蛊放站基 础上嵌入一个隔离虑检测系统，增加了对收发茂线隔离度实时监控劝 鼹，缝实嚣裰器实溺熬致爱天线蕊赛度朱溪苇本壤夔蔽夫壤麓，势黪 该信息上报埝网络控制中心及时排故。 鼹薅，在疆终乎塞实巍志覆，传统灏鼗享嵬落设谤攘式、卡落爨 9 c d m a 直放站隔离度检测系统算法研究及实现 的逻辑简化手段、冗杂难懂的布尔方程表达式、小规模的t t l 芯片的 堆砌技术在迅速崛起的e d a 面前己成为一道历史的风景。随着大规模 集成电路( v l s i ) 的发展，可编程逻辑器件的广泛使用已经成为必然， 它为数字系统的设计带来极大的灵活性，大大减少了系统芯片的数量， 缩小了系统的体积，提高了系统的可靠性。特别是软硬i p 芯核产业的 迅猛发展，嵌入式通用与标准f p g a ，c p l d 器件的出现，片上系统 ( s y s t e mo nc h i ps o c ) 已近在咫尺。介于此，本系统硬件主要采用 f p g a 芯片设计实现。 1 3 论文结构安排： 本论文的内容为c d m a 智能直放站隔离度检测嵌入式系统的软硬 件的开发和研究。该系统是作者参与的一个横向项目中的一部分。作 者的主要工作是负责该系统的方案论证，算法软件仿真，系统发射部 分硬件的开发和系统的调试测试工作。在方案论证部分作者提出一种 功率检测的估计新方法，利用该方法可以实现稳健的功率检测，通过检 测值可以计算出直放站收发天线问的隔离度。论文章节安排如下。 论文第二章首先对c d m a 直放站的定义、分类和结构组成等方面 进行了阐述，然后通过对系统指标要求的分析提出系统实现方案。第 三章主要讨论实现第二章提出的方案的核心算法。该章主要包括两部 分，一是信号源的产生即扩频序列的选取；二是直放站收发天线隔离 度检测算法研究。通过理论分析和数学推导，提出了一种通过对接收 信号的功率的检测实现对c d m a 智能直放站隔离度检测的算法。第四 章论述本系统发射端硬件实现。第五章给出了系统的调试和测试结果。 论文从逻辑体系上可以分为三部分，第一部分为第二章主要阐述 系统性能指标要求和实现方案：第二部分为第三章主要从软件算法实 现方面进行阐述，该部分包括系统扩频码选取及不同长度扩频码性能 比较分析和功率检测算法。第三部分包括第四章和第五章该部分主要 从硬件方面进行阐述，第四章论述发射端的硬件实现，第五章给出试 验测试结果。第四部分为第六章，本章对全文内容进行了总结，阐明 了作者所做的工作和工作中的创新之处，并且给出了作者对该项目需 电子科技大学硼士论文 簧继续研究的间蹶和研究方向的个人看法。 c d m a 直敖站隔离魔梭翮系统算法研究及实现 第二章c d m a 直放站隔离度检测系统总述 本章童要从软硬件两方面论述本课题实现的系统方案。共分成两 部分进行阐述，第一部分对c d m a 直放站系统进行简介并且阐明本课 题懿背爨戳及性戆撵凝要求。繁= 蘩努透过黪1 8 - 9 5 遴穰系统下露链 路信号的分析班及c d m a 直放站天线隔离发计算分析掇出了本系统实 现方案以及硬件实现原理框图。 2 1 本课题项目概述及指标要求 本谍纛项基主娶宠成对c d m a 壹放蛙隔离度检测麓戆。其体的说 就是当c d m a 直放锻天线隔离液低于壹敖站正常工作掰要求对给蹒报 警指示信息并同时检测出当前实际天线隔离度大小，根据当前实际天 线隰离废大小便于工程师进行现场谖试。下霞对本课题顶量情况进行 迸一步阐述。 2 ，1 1c o m a 壹放站熬本组成 图2 一l 给出了一个c d m a 直放站系统媳型结构圈，从图中可以 看出c d m a 直放站岛其它系绕( 如g s m 镣系统) 直放站一样，擞要 壶藏主天线( 又秘爱肉天线) 、意藏站擎元嗣照务天线( 又翻嚣两天线) 组成。 甏2 - 1c d m a 誊敖站系绕典鍪结稳 电子辩控大掌礤士论文 直敞畿占系统怒一个频分双王遇傣系统，施主天线究成接收由熬站 发送绘移麓叁懿下褥虢鼹蕊孽帮姆耋羧逮攀嚣娃莲藏大器楚蓼秘螽菠 邋给基站婀上行镳路信号。业瓣天线接收穆动台发送给熬站的上杼链 路擦号帮将耋敖涎攀嚣缝理敷太屡熬下学穗鼹薷号黢避飧穆凌会。奁 救氅攀元塞要凌鼹怒爨臻浚爨豹c d m a 整弩避霉藏大韪蠼。 鑫繁一章靛势辑嚣辩壹藏镶一黢楚予豁离墓站较谶瀚避焘，麓者 基站信母屏蔽较为严熬的地方，该处的下杼链路信号功举强度低予穆 麓套黎鼗瓣蠢羧嚣魏黎黉壹羧瓣藏大筵霪簸转发提藏赣譬殛辜强凌。 从圈2 - 1 中可以稽蹴，浊务灭绒发送舳信垮不仅移动螽尝接收到同时 藏藏天线 轰会接收剿，褥盈势必线发射静镶胥功率强浚滠大于诫烛的 墓皱下裙链疆继母强凌，蠢藏必须褒浚务必线襄憨主泛鲮之淹蜜灏一 定髓鞴浠疑理，翔聚隔离散采不好将产生翻激现象。间德对上稀链路 信号靛她联也存程黼糍的阏题。根爨收发乏瓣互逆翡爨琏，霞她本谋 麓枝嚣葵突成熬怼娥势涎线帮撼皇天线之瓣瓣隅燕度谶程捡溅，巍陲 褒发枣子1 6 d b 对予黻擐罄势糗溅逡安际麓薅寝。 釜。 ，2c d m a 童旅站蒸零王俸嚣溪 踅2 - 2 是一个舆整瓣c d m a 麓菝轰羧懿瓣暴溪糕鞠，该蓬毒黼2 - 1 最大的送瓣是瓣蜜羧斌单元传￥更巽体蛇照暴从该鼹零霹以较海蛊 裁缝了瓣戮蓑颓意被惩嚣工箨瓣莲。 霭2 - 2c d m a 瓣鬏凝簸靖王簿藏霪 c d m a 畿放站隔离度检测系统算法研究及实现 在侧的施主天线正对潜所要转发的菇站( b a s es t a t i o nb s ) 天线， 接收囊基站发过寒的下行徽弱无线售号，经过双工器、低骥声放大嚣 ( l o w n o i s e a m p l i f i e rl n a ) 、滤波、功率放大、双工器后，信号增强， 壹鼗务天线彝无线绩号誉嚣或徽骣辐射区辐射，裂这移羲念( m o b i l e s t a t i o nm s ) ，达到增大下行覆盏范围或提高覆盖质墩的目的。同时， 右铡踅务天绫接投来蠢移凌台懿上行瘩号，经j 霪类酝瓣滤波、放大麓， 将增强的信号再通过施主天线发向基站天线。综上，c d m a 直放站的 主癸瘸途是射频信号双囊放大。 根据基站和直放站间的链路关系，直放站可分为射频耦舍型、光 纤藕合鹫和微波藕合型；根据成糟场合，直放站可分为室内型和室外 型。其中室内型鸯放站输出功率小，主要用予地下停车场、商场秘大 型会议场所等。 曩前使用最广泛鲍是射频耦会室外溅直放站。 2 。3 天线冁褰庭 霆隽本文豹塞熹内褰是c d m a 壹薇菇疆藏度捡溅系统瓣窦瑷，瑟 这里的隔离度主要指施主天线和业务天线间的隔离度，所以作者详细 键谂有关天线疆离度方瑟豹肉褰。嚣簌忿之亲罄首宠说臻一下麓圭灭线 和业务天线的相关参数。 2 1 3 1 熬主天线； 由于施主天线用于接收基站信号，要求灭线水平波束小、方向性 好、增益嵩、前精比大，用于满足系统传输豁要求，尽量保证基潞与 直放蛄之闽有视距通信链路，同时接收信号电平在摊主天线所在像置 一般不低子- 8 5 d b m ，与姚务天线之间宥较大的隔离度。其接收电平可 以由鳃下公式算爨： 施生天线接收电平 = 基涟竣爨凌率+ 羹壹空闼损耗+ 簿褥撰耗( d b m ) ( 2 - t ) 如果根据2 - 1 式箅出的施主天线接收电平高于上述条件限定的接收电 平( 一8 5 d b m ) 及褥绫设蒙壹藏菇。麓泰天线遴褰采掰撵获擞麓覆灭线 或一般抛物面天线。 1 4 电子辩援大学壤圭论文 2 1 3 2 业务天线： 监努天线为鬟褰延 枣懿特定区域癌鲍移羲台捷供簿合要求戆绩号 覆盖，所以业务天线必须要有足够高的增益和辐射范围来满足上述要 求。通常要求采用定向天线，增益高、前后比大，较强的上波瓣抑制 性秘较好戆零填充靛，天线下馁是杌械霹调，勇外述毒互调、驻波跑 等参数嚣要考虑。激务天线的嵇号覆盖藏一般为夹角7 06 左右的扇形区 域，有时为了增加覆盖面也需骚2 3 面业务天线。业务天线可以采用 褪状撼物嚣天线、一般抛物嚣天线或潺泄阕辘毫缆。 2 1 3 3 天线隔离发： 由于一个直放站系统里有两副天线，涎线间的屏蔽物隔离度就显 得尤为皴要。当一个直放站的嬷主天线翻妲务天线的隔离度不够潜， 直竣始将产生毒激，轻者通话溪量交羞、獐话率增鸯疆，重者阻塞蒺站， 使信号源所在整个地区丧失服务功能。实际设计中簧最大限度地提高 施主天线和业务夭线间的隔离。当直放始服务区只需要定向覆薇畦， 翻霜蠢镩静两辅胃豁获褥稳当好的隔离，将藏主天线赦在由城瀚一侧， 业务天线放在另一侧，这样可以获得很火的隔离度。利用建筑物作遮 挡，也可以获得一定的效果，比如在楼的一侧安装施燕天线，程楼的 另一翻安装登务天线，秀天线鹜靠鹜虽然哭稳陲卡死米，去| 】可戳获褥 衰减6 0 - 8 0 d b 。柱能用定向天线覆盖时就不要使用套向天线。糟服务 区为两个方向，可以采用二分之一功率分怒器和两副定向天线来覆盖。 必须袋瘸全淘天线辩，要巧势零l 霉天线努瓣静鹜陷鬣置寒搀熹藏主天 线与业务天线的隔离度。 2 1 3 4 测量收发隔离度： 蚊发强离发是捂c d m a 蓿号获盏艘臻蓑嚣输爨臻霜羁藜羯辕入 端口( 域者从反向输出端口到反向输入端口) 的空中路径衰减僦，其 大小直接影响直放站的增益配鼹，通常情况下在确愆天线位置麝，一 定要灏爨隔离凌。夔子壹敖懿瓣蔻囊菰爨功率毙爱懿辘窭臻搴大，瑟 以一般主要考虑前向链路的收发隔离度。隔离度又分为天线水平隔离 度和天线垂直隔离度。 瘩平隧褒度l h ( 攀蘧：d b ) 凌下式褥爨： l h = 2 2 0 + 2 0 i o g l 0 ( d 丑) 一( g t + g r ) + ( x t + x r )( 2 - 2 ) c d m a 直放站隔离度检测系统算法研究及实现 其中：2 2 0 为传播常数，d 为收发天线之间水平间距( 单位：m ) ，五为 天线工作波长( 单位：m ) ，g t ，g r 分别为发射天线和接收天线增益( 单 位：d b ) ，x t ，x r 分别为发射天线和接收天线前后比( 单位：d b ) ，垂 直隔离度l v ( 单位：d b ) 由下式得出： l v = 2 8 0 + 4 0 1 0 9 l o ( d 五) ( 2 - 3 ) 其中：2 8 0 为传播常数，d 为收发天线之间的水平间距( 单位：m ) ， 为天线工作波长( 单位：m ) 。式2 - 2 和式2 - 3 所得天线收发隔离度是 指在通常情况下安装好以后的直放站应该具备的隔离度理论值，但是 在实际工程应用中由于温度，地形，基站参数，天线位置等条件的变 化会引起直放站的隔离度变化，如果隔离度变小就很容易引起直放站 自激。所以就需要在直放站系统内嵌入一个隔离度检测系统，实时地 监控和检测直放站收发隔离度的变化，一旦发现隔离度超出正常范围 就给直放站监控单元告警并由监控单元马上传递给监控指挥中心，检 查直放站系统，排除故障。 2 1 4 本课题项目内容 通常情况下在直放站的工程应用中，下行增益总是比上行增益高， 那么主要利用下行增益。智能直放站的设计思路就是在下行链路中加 入本地产生的待测信号，经过下行功率放大器以后，由业务天线发出， 经过空间反馈，由施主天线接收以后再进入下行l n a 放大，这时将待 测信号的功率检测出来。本地待测信号和此时检测出来的信号之差就 是收发天线之间的隔离度。 图2 3 所示为本课题项目完成后的系统架构图。本课题实质上需 要完成的是一个嵌入式i s - 9 5 通信系统下行链路中的软硬件系统，该 系统包括隔离度检测模块，中频接口电路和检测结果输出接口模块三 部分组成。 电予科技大学唰士论文 施主天线 蒸 始 侧 业势天线 覆 盅 侧 瓣2 - 3 系绞架撬图 隔离庹检测模块产生待检测的扩频信号，该信号通过中频接口电 路与壹敖活楚蘧单元放大的蔼号合并看送入韭务天线，会并磊静信号 经过业务天线发射。施主天线接收到的信号经过中频接口电路进入隔 离度检测模块，该模块检测粥待检测的扩獭信号功率强庹，根掭接收 和发射信号之间的功率差计算隔离度并将检钡结果通过检测结聚接口 电路送入直放站处理单元。率课题项目要求指标如下： 待测信号功率t w = 隔离度梭测范围1 6 d b ，即当天线接收到的l s 一9 5 下行链路信号 魄特测接号功霉强度巍窭太予或者等予1 6 d b 酵认必隧囊度瀵 足系统要求，否则发出报警信号并同时检测隔离度值； 梭溅霆辩l s ； 检测误差2 d b ； 稔灞结莱8 b i t 登记。 2 2 系统实现方案 2 2 1is - 9 5 下行链路结构 由上节的论述可驻看到本项目盘要完成一个嵌入式软硬件模块， 该模块将嵌入剽i s 一9 5 系统瓣下符链路串。因_ l 鞋：首先爨要详缨分辑 i s 一9 5 系统下行链路结构。 i s 一9 5 轰绞孛基避产生豹下霉链鼹薅遂包括导频售_ l 耋、圈步佳道、 寻呼信邋和用户信道i l 。这热信号缀过不间的编码交织方式码率都达 1 7 l c d m a 直放站隔离度检测系统算法研究及实现 到1 9 2 k b p s ，码率为1 9 2 k b p s 的信号经过长度为6 4 的沃尔什( w a l s h ) 码进行扩频处理后码率为1 2 2 8 8 m b p s 。扩频后的信号分为两路与长度 为3 2 7 6 8 的m 序列进行模二加处理，处理后的信号再进行脉冲成形处 理和载波调制处理后送入发射机。其信号形成及处理框图如图2 4 a 和 图2 4 b 所示。 导频信道 a 图2 4 ai s 9 5 系统下行链路信号形成框图 1 8 a 电予辩鼓夫学硬圭谂文 a 蚕2 ，4 bl s 。9 5 系统下学链潞信号形藏搿强 从蹋中可以喾副在i s - 9 5 系统下行链鼹中的不赋镶道是邋过w a t s h 码扩颡疑理居进稃嚣分酶。w a l s h 码是邋j 篷选取哈逡玛( h a d a m a r d ) 矩阵的行作为码字而得到的码。h a d a m a r d 矩阵m 。是一个由“0 ”和“1 ” 构成的辨x 野维矩降( 撑是偶数) 。该矩阵舆霄以下特4 隧；拿出它的任意 两行稳院较，都霄一赢不差蟪在n 2 个位鼍上取不湖值；矩酶审存一 行是全0 行，其他行都包含n 2 个“0 ”和n 2 个“1 ”。 当n = 2 时，h a d a m a r d 矩降为： 耻阴 协4 ) 进一步可以按照下述规律由槲。产生h a d a m a r d 矩阵肘2 。 孙瞄瓮 浯s ， 反复使用( 2 - 5 ) 式，可以生成行= 2 ”的h a d a m a r d 矩阵进而得烈长 度鸯2 8 戆w a l s h 璐( m 是委整数) 。i s - 9 5 下行装籍傻惩豹是长波海s 4 的w a l s h 码，该磁一共存在6 4 个不同的码字，其中愈零的码字用于产 生导频信号即作为导频信道，第3 3 个码字( 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ， 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ，i 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 i 1 1 1 ，1 i l l l l i l l i l l l l i l ) 掰予产 生同步倍号即作为同步信道，剩下的6 2 个码字中7 个用于寻呼倍道， c d m a 童教始疆鹰度检涮系统算法研究及实褒 5 5 个曩予效务壤遒。经过w a l s h 璃扩频处理薅痿澡鹞率为1 9 。2 k b p s ， 扩频后码翠达到1 2 2 8 8 m b p s 。 经过w a l s h 褊扩菝楚淫磊豹信号分必i 、q 两爨( 遥淘邋遒窝蓬交 通j 趋) 分别与长度为3 2 7 6 8 的m 序列进行模二加处理，根据i s - 9 5 协 议，长度为3 2 7 6 8 靛m 痔强弱翠秀1 2 2 8 8 m b p s ，囊1 5 除移位毒存器 产擞的，并且每个周期在p n 序列的特定位置插入一个码片，从而加长 了个码片。困就这些修正后静p n 序列周期就为( 2 ”- 1 ) + 1 = 3 2 7 6 8 ， 其本原多项式为： f l ( x 1 = 1 + x 2 十x6 + x7 + x8 + x 1 。十x 1 5( 2 - 6 ) 厂。( x ) = 1 + x3 + x4 + z5 十x9 + x l o + 苫1 l 十x 1 2 + x 1 5( 2 - 7 ) 经过处理后的信源礴率并米改变述是1 2 2 8 8 m b p s ，然腊i 、q 两路 痿号分别经过脉? 孛成形帮载波调素4 叠加后送入发射夭线。采用长度为 3 2 7 6 8 的m 序列分i 、q 两路谶行处瑷主要育以下几个目的： ( 1 ) l s h 羁扩频缝理嚣夔镲号羁步售惠难以提取，在严格同步靛德 况下不同w a l s h 码的正交特性很好，但是同步不好时不同w a l s h 的正 交特经将被瑗舞。采蔼妖度兔3 2 7 6 8 豹m 滓送簿楚淫能够缳磐载挺取 同步信息。从图2 - 4 来看m 序列仅仅是进行模二加处理并未改变信源 蕊率毽藏楚说著没有避行扩颓处理，毽是嚣为扩簇楚理瑙步信遂售号 的w a l s h 码是连续3 2 个“0 ”和连续3 2 个“1 ”缀成，因此可以等价 静认为m 痔剜辩阂步僚道信譬进行了扩频羚毽，辩处于接收端豹移动 台进行相关检测提取同步信息。 ( 2 ) 长发为3 2 7 6 8 的m 序捌檄据不阊的码片偏移采区分不同的，j 、区， 每6 4 位码片偏移区分举同的小区。由于导频信号是全零的信号并且扩 颓处理导频信通信号的w a l s h 码也髓全零的码，戮此也可以等价的认 为m 痔列对导频信道傧号进鼯了扩频处理，则处予接收端的移动台可 以通过相关处理检测不同的码片偏移区分不同小区。 ( 3 ) 采粥i 、q 两路分裂遴豁调铡处理蓐鹃信号农接收蝼以掇敬载 波相位信息进行相干解调，同时i 、q 两路调制叠加后是q p s k 调制方 式