毕业设计（论文）-IS-95移动通信系统研究与反向传输电路的仿真.doc

燕山大学本科毕业（设计）论文：is-95移动通信系统研究与反向传输电路的仿真is-95移动通信系统研究与反向传输电路的仿真目 录1.绪论22.is-95 cdma系统原理42.1原理42.2主要特性63.反向链路结构63.1反向接入信道和反向业务信道的原理63.1.1 pn序列83.1.2 信源编码和信道编码83.1.3 比特重复103.1.4 块交织103.1.5 正交调制113.1.6 oqpsk调制123.1.7 fir脉冲成形基带滤波器133.1.8 长码直接序列扩展133.1.9 正交相位扩展133.2仿真模型143.3 matlab及simulink介绍144.is-95的仿真164.1 发射信道的仿真164.1.1 crc、卷积编码器的设计164.1.2 分组交织器的设计204.1.3 64阶正交调制器和长码直接序列扩展的设计224.1.4 正交相位扩展和oqpsk调制器的设计（包括射频）264. 2 传输信道的仿真284.3 接收信道的仿真304.3.1 oqpsk的解调，正交解扩和解扰304.3.2 正交调制的解调324.3.3 解交织、卷积编码器和crc的解调334.3.4 与源信号进行比较344.4仿真结果和性能分析365. 结论40参考文献41谢辞4241信息科学与工程学院电子与通信工程系 1.绪论 is95属于窄带cdma移动通信系统，可兼容模拟和数字操作，从而易于模拟蜂窝系统和数字系统之间的切换。is-95分为标准a和标准b,标准b非常灵活，业务提供者可以在1.25mhz的cdma信道带宽内以8kbps的步长分配数据，如何分配取决于业务提供者如何配置已经安装在网络控制器中的软件。cdma属于第3代移动通信系统，其重点是从用户的角度实现无缝业务的网络和无线传输设计的经济性。对cdma蜂窝系统，服务区被划分为六边形蜂窝小区。每个小区包含一个基站，在话音编码和解码之前，基站与移动电话交换局连接。每个小区中，在基站和小区内每个移动台之间存在两条由前向和反向cdma信道组成的链路。is-95也是由前向链路和反向链路组成。前向信道是指从基站到小区内移动台的前向连接；反向cdma信道是指从移动台到基站的反向链路。移动台和基站通过正向（基站到移动台）和反向（移动台到基站）射频链路通信，或称下行和上行。前向链路信道包括一个导频信道、一个同步信道、最多7个寻呼信道，以及许多前向业务信道。每一个前向业务信道包括一个前向基本编码信道，还可以包括1到7个前向辅助编码信道。每个信道的信息通过适当的walsh函数调制，然后以固定码片速率1.2288mcps，用pn序列正交对进行调制。导频信道始终是安排在编号为0的编码信道。如果存在同步信道，则一般为编号32的编码信道。无论什么时候，寻呼信道总是依次安排在编号1到编号7的编码信道，剩余的编码信道由前向业务信道使用。导频信道用于发射导频信号，导频信号用于解调过程。同步信道在时间上与它的基站导频信道相关，移动台在同步信道中找到与这个特定基站相关的信息。寻呼信道提供给移动台系统信息和指令，另外在移动台接入信道发出接入请求之后对信息进行确认。业务信道发送业务信息。反向链路由接入信道和反向业务信道组成。反向链路在蜂窝频段中与前向链路相隔45mhz，在pcs频段中与前向链路相隔80mhz。反向链路与前向链路一样使用32768位码片编码。反向业务信道进一步分为基本编码信道和编号0到7的辅助编码信道。其中有62个业务信道和最多32个接入信道。移动台使用接入信道传递非业务信息，例如发起呼叫和对寻呼做出响应。接入速率固定为4800bps。我们可以通过不同的长代码序列对每一个接入信道进行识别，其中长代码序列包含一个接入号码、与接入信道相关的寻呼信道号码和其他系统数据。每一个移动台使用不同的pn码，因此无线系统能够对来自移动台的信息进行正确解码。反向业务信道用于发送业务信息，可以使用9600、4800、2400、1200bps的速率发送数据。反向信道上的所有数据每6个码符号为一组发送调制符号，以此进行卷积编码、块交织和调制。由于is-95与cdma2000相比，存在很多缺点和不完善之处，例如所支持的传输速率较少、编码方案不完善、频谱受限等，近年来is-95逐渐向cdma2000演化。本设计的题目是is-95移动通信系统研究与反向传输电路的仿真，所应用的软件工具是matlab6.5，主要应用其中的simulink仿真模块。设计内容主要包括模块仿真和编程。通过本设计，我们可以详细了解is-95 cdma的原理、应用和发展趋势，以及与以前的通信系统相比有哪些优势和不足，同时了解is-95 cdma如何向cdma2000进行演化。对原理的学习，加深了我们对扩频技术的了解和掌握。扩频技术是一门新兴的和应用日益广泛的通信技术，并逐渐在应用中表现出它的优势。仿真设计应用matlab，它是一种功能强大的科学计算和工程仿真软件，有多项功能，但算法简单。simulink是matlab中的仿真模块，含有通信系统中大部分仿真模型。matlab基础语言和simulink模块的学习，为我们以后应用matlab建模仿真、矩阵运算、数字信号处理打下了良好的基础。仿真结果，需得到各部分的频域及时域波形。频域波形滤波之前在各个频率上都是等值，没有太大的波动；滤波之后，在所限频带范围外有明显的衰减，衰减的好坏取决于滤波器性能的好坏。时域波形在滤波之前是伪随机序列，滤波之后成为不规则的图形。根据信噪比的不同，最终误码率的精度发生变化。仿真设计过程是一个复杂的过程，需要我们细心谨慎、具有缜密的逻辑思维能力，这对我们动手和实践能力的提高也是一个很好的机会。 2.is-95 cdma系统原理2.1原理is95属于窄带cdma范畴，它的逻辑信道可分为控制信道和业务信道，控制信道包括导频信道、寻呼信道、同步信道、接入信道；业务信道包括正向业务信道、反向业务信道。前向链路信道包括一个导频信道、一个同步信道、最多7个寻呼信道，以及许多前向业务信道。每一个前向业务信道包括一个前向基本编码信道，还可以包括1到7个前向辅助编码信道。前向业务信道划分为不同的集合，rs1有4种速率9600、4800、2400和1200bps，rs2也有4种速率14400、7200、3600和1800bps。所有无线系统的前向业务信道都支持rs1，rs2作为任选项。同步信道始终以1200bps的固定速率工作，并且卷积编码到2400bps，重复到4800bps，而且在整个导频伪随机二进制序列中进行交织，每一个交织的符号使用4个walsh符号。walsh函数用于消除同一小区用户间的多址接入干扰。寻呼信道支持9600bps或4800bps的数据速率。反向链路由接入信道和反向业务信道组成。反向业务信道进一步分为基本编码信道和编号0到7的辅助编码信道。其中有62个业务信道和最多32个接入信道。反向链路的信道化是基于传统的pn序列扩谱码分多址方案的，这种方案中用42阶长pn码的不同相位偏置来区别用户，而相位偏置就相当于用户的地址。因此反向链路中，cdma的c是通过pn码进行扩谱多址接入。接入无线系统的所有移动台共享相同的频率分配。我们可以通过不同的长代码序列对每一个接入信道进行识别，其中长代码序列包含一个接入号码、与接入信道相关的寻呼信道号码和其他系统数据。每一个移动台使用不同的pn码，因此无线系统能够对来自移动台的信息进行正确解码。反向信道上发送的数据被分成20ms的帧。反向信道上的所有数据每6个码符号为一组发送调制符号，以此进行卷积编码、块交织和调制。反向业务信道可以使用9600、4800、2400、1200bps的速率发送数据。扩展pn序列速率固定为1.2288mcps，这样由4个pn码片扩展每个walsh码片。is95 cdma波形带宽是1.25mhz。为减少干扰和解决移动台能量，导频信道不在反向链路上发送。2.2主要特性（1） 系统容量：远远高于现有模拟、数字系统；（2） 业务质量：通过在衰落环境下提供强大的运行和透明（软）切换，从而改善业务质量；（3） 经济性：是一种既经济又高效的技术，需要的小区数较少，频率复用方案也不昂贵。 cdma与fdma、tdma相比有以下优点：a.能接受一般fdma和tdma不能容忍的信号干扰；b.电池寿命长，语音质量高；c.信号质量、安全性、功率损耗和可靠性都超过其他数字和模拟技术。d.系统容量大、业务质量高。缺点是漫游上受限制。 3.反向链路结构3.1反向接入信道和反向业务信道的原理反向链路包括反向接入信道和反向业务信道，结构如图3.1和3.2。反向接入信道： 分组交织器码元重复卷积编码器加编码器尾比特接入信道比特4.4kb/s4.8 i信道序列基带滤波器coswti正交调制器d基带滤波器长码生成器qsinwt q信道序列长码掩码 图3.1接入信道传递非业务信息，例如发起呼叫和对寻呼做出响应。接入速率固定为4800bps。我们可以通过不同的长代码序列对每一个接入信道进行识别。反向业务信道：码元重复卷积编码加编码器尾比特帧质量指示器反向业务信道信息 帧数据率 数据猝发随机化器正交调制器分组交织器长码生成器 长码掩码 i信道序列基带滤波器 coswt i i(t) s（t）基带滤波器d q q(t) sinwt q信道序列 图3.2接入信道用于发起和基站的通信并响应寻呼信道消息。每个寻呼信道和一个或多个接入信道对应。接入信道的数据率固定为4800b/s。反向业务信道用于呼叫过程中向基站传输用户数据和信令信息。反向信道可使用9.6kb/s,4.8kb/s,2.4kb/s或1.2kb/s四种不同速率。每路反向业务信道由不同的用户长码序列标识。对接入信道和反向业务信道，帧长都为20ms，根据发送速率不同可能含有信息、crc、尾比特或信息、尾比特，具体如下：帧比特=信息比特+（crc比特）+编码尾比特。3.1.1 pn序列cdma is-95系统使用直接序列扩频技术（dsss），即一个载波经过一个数字编码调制，该编码比特率比信息信号比特率高很多。这类系统也称为伪噪声（pn）系统。在cdma 系统中，pn序列用于：(1).扩展调制信号的带宽到更大的传输带宽；(2).区分通过多址接入方式使用同一传输频带的不同用户信号。3.1.2 信源编码和信道编码在四种不同的帧传输速率中，每个9600b/s和4800b/s帧都包含一个帧质量指示器（crc）。传输速率为2400b/s和1200b/s时，不使用帧质量指示器。对于9600b/s和4800b/s速率，crc的计算是基于帧内除了crc比特和尾比特之外的信息比特进行的。计算9600b/scrc的生成多项式为：计算4800b/scrc的生成多项式为：这些过程都由移位寄存器实现，过程如下：1. 将所有移位寄存器状态设置为逻辑1，开关置于下面的位置，两个门开关处于选通状态。2. 对于192比特帧（20ms），寄存器锁定172次，96比特帧锁定80次。3. 读入全部信息比特，关闭输入处的门开关1。4. 开关置于上面位置之后，对于192比特帧，寄存器再额外锁定12次，96比特帧再锁定8次。这12位或8位额外输出比特就是crc比特。5. 这些crc比特将以计算顺序发送。信道编码采用卷积编码器。一个卷积码通过一个信息序列穿过一个受限移位寄存器而产生。信息数据序列划分成许多长度为k的小块，每段小块被编码成长度为n的码字符号。移位寄存器包括k级和m个基于发生器多项式的线性代数函数生成器。k为约束长度。反向链路使用约束长度为9位的八级移位寄存器，代码速率是r=1/3即每输入1比特就会输出3比特。当速率低于9.6kbps时，输出的比特就会重复，使得在长度为20ms的码组内的比特数达到576个，从而使总的数据率达到28.8kbps（rs1）。卷积编码器的初始状态假设为全零。卷积编码器一般有一个或多个模二加法器，每个模二加法器都可以表示为一个多项式。对于带反馈的卷积编码器，它还有一个反馈多项式，用来表示卷积编码器的反馈连接方式。卷积编码器的多项式表示由3部分组成：约束长度，生成多项式以及反馈连接多项式。当卷积编码器只有一个输入时，它的约束长度是一个标量，并且等于卷积编码器中储存的信息位的个数（包括移位寄存器的个数以及当前的输入信号）。如果卷积编码器有多个输入，则约束长度是一个向量，其中的每一个元素对应于一个输入信号在卷积编码器中储存的信息位的个数。假设卷积编码器有k个输入信号和n个输出信号，则这个卷积编码器的生成多项式是一个k行n列的矩阵g=,其中的每一个元素表示第i个输入信号对第j个输出信号的影响：如果第i个输入信号对第j个输出信号有影响，则1；否则，0。卷积编码器的生成多项式可以按照如下方式确定：对于每一个模二加法器，按照从左至右的顺序依次检查每个移位寄存器（包括当前的输入信号），如果这个寄存器与模二加法器之间有连接，则标记为 1，否则标记为0，由此可以得到一个二进制序列。把这个二进制序列表示成八进制数后，就得到与这个模二加法器相对应的生成多项式。3.1.3 比特重复反向业务信道的额定rs1数据速率为9600bps。如果数据以一个较低的速率（4800，2400或1200bps）进行发送，就需要将数据比特重复n次，使数据速率提高到9600bps。数据率为9600b/s时不需要符号重复。对于4800b/s数据率，每个符号重复一次；对于2400b/s数据率，每个符号重复三次；对于1200b/s数据率，每个符号重复七次。 重复后的编码符号将输入块交织器，由于发送占空比不同，因此除了一次编码符号重复以外，其余将全部删除，然后再发送。3.1.4 块交织深衰落是无线信道通信的主要特征，这种深衰落会造成大量连续的差错。大部分编码方案在处理随机数据方面比处理连续差错要好一些。通过对数据进行交织，相邻的比特在发送时就不会挨在一起，数据差错呈随机化分布。交织是排列符号序列的过程。这种为获得时间分集的重排过程称为交织，可以以两种方法考虑：块交织和卷积交织。交织也是一种为进行码字设计而纠正多径突发或长突发错误的有效技术。块交织是数据顺序重排过程，可以如下考虑：交织后的输出符号（长度是卷积编码符号的i倍）可以通过交织（或交错）获得。实现方法是通过将j个编码符号安排成i行矩阵，然后按列（或列）发送符号。如果卷积码能纠正随机错误，那么交织器能纠正小于或等于j长度的突发错误。反向信道中，移动台对所有接入信道符号进行交织，然后进行调制和发送。交织器生成20ms 的帧，该交织器是一个32行、18列共576个元素的矩阵。接入信道编码符号将按以下行列顺序从交织器输出：1 17 9 25 5 21 13 29 3 19 11 27 7 23 15 31 2 18 10 26 6 22 14 30 4 20 12 28 8 24 16 32 。 在反向上，如果数据速率为9.6kbps，那么交织器的输出速率为28.8kbps。合成信号以100%的占空因数发送。如果速率较低，交织器加上随机函数发生器删除掉冗余位，并以较低占空因数发送信号。因此在反向业务信道上不进行比特重复。反向业务信道上，交织器输出由时间滤波器选通，允许发送和删除某些交织器输出符号。发送选通过程随着数据率的不同而变化，选通的开关操作称为数据脉冲随机发生。数据随机函数发生器对交织器的输出信号进行处理，确保每个符号重复过程的输入编码符号仅发送一次。随机函数发生器去掉由代码重复产生的冗余数据码组，它采用的掩蔽方式由数据速率和长代码的最后14个比特决定。这14位pn序列是前面一个功率控制组到前一帧的最后一个功率控制组进行扩展时用到的长码的最后14比特。对于一个长度为20ms的块，数据随机函数发生器将块分割成16个长度为1.25ms的小块，即16个功率控制组。选通打开功率组在帧内的位置是伪随机化的。移动台只在选通打开的期间以正常控制功率发送数据。在选通关闭期间，无论哪种功率较大，移动台将相对于最近功率控制组或相对于发射机噪声功率的平均输出功率减少至20db。当数据速率为9600bps时，所有的块中充满了数据；当数据速率为4800bps时，数据随机方式填充16个小块中的8个。同样道理，当数据速率为2400bps和1200bps的时候，数据分别随机填充16个小块中的4个和2个，这样在反向信道上就不必发送冗余数据。3.1.5 正交调制正交函数用于改善一个ss系统的带宽效率。每个移动用户使用一组正交函数中的一个，正交函数代表一组用于传输的符号。walsh函数是由被称作hadamard矩阵的特殊方阵的码字行生成的。这个矩阵包括一个全为0的行，其余的行每个有同等数量的1和0。接入信道和反向业务信道使用64阶正交调制。调制符号是利用walsh函数产生的64个相互正交的波形之一。每6个编码符号对应传输64种可能的调制符号之一。由于块交织器输出的编码符号速率为28.8ks/s，正交调制器输出速率变成28.8/6=4.8ks/s或4.8*64=307.2kc/s。对特定msi（调制符号指数），根据下列公式选择调制符号：msi=+ 。其中，0=i=5，表示二进制数值编码符号，用来生成调制符号指数。传输单个调制符号需要的时间间隔为1/4800=208.333s。walsh 码片定义为相关调制符号的1/64时间间隔，即walsh码片间隔为208.333/64=3.2552s。一个walsh码内，walsh码片以0，1，2，63的顺序发送。64进制正交调制器实际上是一个（n,k）分组信道编码器，编码器的输入是k个符号（如果输入的是未编码的信息比特，则以比特为单位），而输出的是n个符号。也就是说，它是一个（64，6）编码器（见图3.3）。之所以采用这种特殊的分组编码方案，是为了给基站接收机提供6个编码符号内相关译码的一种方法。由于采用了1/3编码率的卷积编码，这6个编码符号对应着2个信息比特。反向链路没有导频信道为相干解调提供载波参考。因而，反向信道必然是一个非相干信道，但是解调可通过对64个编码符号的解调来得到。选择一个64阶walsh序列按每个码字含6个符号进行分组 = (t) 28800sps wps 图3.33.1.6 oqpsk调制反向链路使用oqpsk调制方式。来自调制器的净信号是4相正交信号。来自每一个信道的信号按模2运算加到i和q pn短代码序列中，一个用于同相信道，另一个用于正交信道。i和q扩频信号经过基带滤波，然后发送到线性加法器。对于正交信道，在进入滤波器之前增加了1/2个pn符号（406.6ns）的延迟。在反向链路中没有使用导频信号。oqpsk和标准的非偏移qpsk在两个基带波形对齐方面不同。令i(t)和q(t)为基带滤波器输出流。由于q延迟半个码片时间，脉冲流i(t)和q(t)定时偏移/2秒。两种脉冲流相互交错，因此不是同时的改变状态。载波相位每秒可能的变化限制在0度和正负90度。半个码片的偏置消除了穿越零点的相位变化，从而提供了包络相对恒定的调制方案。在标准非偏移qpsk下，两种脉冲流时间一致，载波相位每秒变化一次。将每个i(t)和q(t)幅度调制到载波的余弦和正弦函数上，可以得到正交qpsk波形。同相流i(t)以+1或-1对余弦函数进行幅度调制，产生一个bpsk波形。同样正交相位流q(t)对正弦函数进行调制，产生一个与前面余弦函数产生波形正交的bpsk波形。这样，这两个正交bpsk波形的和就产生qpsk波形。3.1.7 fir脉冲成形基带滤波器 使用满足频带限制而又能减小isi的基带成形滤波器。这种滤波器通带（0=f=740khz）衰减为40db,名义上的单边带带宽=614.4khz。除了这些频域的限制，is-95还规定滤波器的冲激相应于响应为（n）的48抽头的fir滤波器相近。is-95允许离散滤波器在数据符号间作平滑过滤。平滑的冲激波形，尽管从峰值开始的抽样时间处很接近零值，但是，由于从峰值开始的一般非零，所以会导致很小的isi。为了取得因果滤波器对称冲激波形，延迟是必要的。is-95脉冲波形可以看成是基于is-95频谱设计的窗化sinc脉冲波形。3.1.8 长码直接序列扩展接入信道发送数据时，采用长码直接序列扩展，然后再发送。对rtc,扩展操作包括数据脉冲随机发生器输出流和长码的模2加。扩展操作包括64阶正交调制器输出序列和长pn码的模2加。长码周期为个码片，由码生成式的lfsr抽头多项式p(x)指定。p(x)= 每一个长码pn由42位掩码和序列生成式的42级lfsr与结果的模2和产生，长码提供了有限的保密性。长码根据移动台传输的不同信道类型而变化。3.1.9 正交相位扩展直接序列扩展之后，接入信道和rtc进行正交相位扩展。进行扩展的序列是0偏移的i和q导频pn序列。这些pn序列周期为个码片。分别基于下列lfsr抽头多项式。对同相序列，多项式为对正交序列，多项式为p=+正交扩展序列i和q很容易分别由和导频序列和dss进行异或运算产生。i信道流i和q信道流q是i和q导频码片和dss流进行异或运算得到的输出序列。is95规定不同基站的短pn序列必须是一样的，唯一的例外就是要求pn码的相位必须是64码片的倍数。这样pn码起始位置的最大个数为512。移动台需要具有能够产生任何相位的短pn码的能力，同时要求基站的接收机能够在反向链路传输的几个模式期间来回切换不同相位的pn序列。3.2仿真模型图3.4以上是整个仿真框图，总体来看它由三大部分组成：发射、传输和接收。每一个模块都是一个子系统，内部结构复杂。仿真性能的好坏与整个模块的设计有关。3.3 matlab及simulink介绍matlab是一种功能强大的科学计算和工程仿真软件，它的交互集成界面能够帮助用户快速的完成数值分析、矩阵运算、数字信号处理、仿真建模、系统控制和优化等功能。matlab语言采用与数学表达相同的形式，不需要传统的程序设计语言，因而不像其他高级语言那样难于掌握。matlab有以下几个特点：1.编程效率高；2.使用方便；3.扩充能力强；4.语句简单，内涵丰富；5.高效方便的矩阵和数组运算；6.方便的绘图功能。matlab提供了一个集成化的开发环境，通过这个集成环境用户可以方便的设计仿真模型，执行仿真过程，分析仿真结果。这个环境包括command window（命令窗口）、worspace（工作区窗口）、current directory（当前目录窗口）、launch pad（快速启动窗口）和command history（历史命令窗口）。一般情况下，matlab需要设置一个当前工作目录，使得matlab对所有文件的操作都在该目录中进行。matlab程序大致分为两大类，即m脚本文件和m函数，它们均是普通的文本文件。m脚本文件包含一组由matlab语言编写的语句，它类似于dos下的批处理文件。m函数格式是matlab程序设计的主流，由function语句引导。simulink是matlab中的一种可视化仿真工具，广泛应用于线性系统、数字控制、非线性系统以及数字信号处理的建模和仿真中。simulink采用模块化方式，每个模块都有自己的输入/输出端口，实现一定的功能。它提供了专门用于显示输出信号的模块，可以在仿真过程中随时观察仿真结果。另外，simulink把具有特定功能的代码组织成模块的方式，而且这些模块可以组成具有等级结构的子系统，因此具有内在的模块化设计要求。根据输出信号和输入信号的关闭，simulink提供三种类型的模块：连续模块、离散模块和混合模块。不同的模块具有不同的仿真形式。当采用simulink进行建模和仿真时，一般是从simulink模型库中提供的模块出发，通过各种模块来完成模块的设计。simulink模型库提供了一种模块的集成环境，通过它可以快速的开发各种仿真模型。仿真模型有两种运行方式：菜单方式和命令行方式。菜单方式的优点在于它的交互性，通过在仿真模型中设置示波器模块（scope）或显示模块（display）可以在仿真过程中观察输出信号的数值。命令行方式一般用于执行批处理方式的仿真，它是通过matlab命令“sim”启动仿真进程。用命令行方式启动仿真模型后，simulink并不自动打开相应的模型，因此不能直接观察仿真的进程，但是仍然可以通过各种显示模块观察输出信号。通信系统仿真一般包括3个步骤，即仿真建模、仿真实验和仿真分析。以下仿真设计便是按此步骤进行的。 4.is-95的仿真4.1 发射信道的仿真发射信道原理图已由上一章给出，根据此原理图和原理分析进行设计。接入信道与反向业务信道相比速率不同，没有帧质量指示器和数据猝发随机化器。本节主要介绍反向业务信道的仿真设计方案。4.1.1 crc、卷积编码器的设计 图4.11.信源采用贝努力二进制生成器（bernoulli binary generator）。它产生一个二进制序列，并且这个二进制序列中的0和1服从贝努力分布。参数设置如下：probability of a zero（0的概率） 选择0和1出现的概率相等,即0.5。initial seed（初始化种子）为二进制贝努力序列产生的随机数种子。当时用相同的随机数种子时，生成器每次都会产生相同的二进制序列；不同的随机数种子通常产生不同的序列。当随机数种子的维数大于1时，二进制贝努力序列产生器的输出信号的维数也大于1。一般情况下随机数种子为素数。sample time（抽样时间）为输出序列中每个二进制符号的持续时间。抽样时间等于帧长除以抽样点数。由于抽样点数的不同得到不同的抽样时间。frame-based outputs(帧格式输出)指定二进制贝努力序列产生器以帧格式产生输出序列，为复选框。如果选择了该选项，就不能再选择参数”interpret vector interpret vectorparameter as 1-d”。本设计中选择该选项，以设定每帧的抽样点数。samples per frame（每帧的抽样数）用来确定每帧的抽样点的数目。由于反向业务信道中采用四种不同的数据速率，因而导致每帧的抽样数不同。抽样点数由帧速率乘以帧长得到，这样就得到四种抽样点数：172，80，40和16。interpret vector parameter as 1-d（产生一维向量）如果选择了该选项，二进制贝努力序列产生器产生一维的输出序列，否则产生二维向量。本设计中此选项不选，以产生一维向量。sample time和samples per frame在模块中以变量形式给出，用m文件进行初始化。由示波器观察结果，可看到产生一个单极性的二进制序列。2.crc采用通用crc生成器，属于信源编码。数据源产生的数据帧首先通过一个crc产生器，产生一定长度的循环校验位。在is95中，不同的传输速率有不同长度的循环校验位：当传输速率等于9600bit/s时，每帧数据的循环校验位长度等于12bit，相对应的生成多项式是g (x)=+;当传输速率等于4800bit/s时，循环校验位的长度等于8bit，生成多项式为g(x)=;当传输速率等于2400或1200bit/s时则不需要循环校验位。参数设置如下：generator polynomial(生成多项式)给定crc在不同速率情况下的生成多项式，设为变量，由m文件给定。这个生成多项式有两种表示方式：用生成式的系数组成的二进制向量，或者是由生成多项式中系数不等于0的项的指数组成的整数向量。initial states(初始状态)本参数用于确定通用crc编码器中移位寄存器的初始状态。当本参数是一个向量时，它的长度等于通用crc编码器的生成多项式的最高次数；当本参数是一个标量时，matlab自动把这个标量扩展成一个向量，向量的长度等于通用crc编码器的生成多项式的最高次数，并且向量中的每一个元素都等于这个标量。设为【0】。checksums per frame(每帧的校验和的个数)假设每帧的校验和的个数等于k，则每帧输入数据的长度应该是k的整数倍。设为1。在通过crc产生器之后，每个数据帧还需要通过一个zero pad（零填充模块）模块，在数据帧末端加入8个比特的0，用于在每帧卷积编码结束之后对卷积编码器中的移位寄存器复位。由于matlab中的卷积编码器具有自动复位功能，因此这个零填充模块并不是必需的。参数设置如下：pad signal at有end和beginning两个选项，指定是在开头还是结尾进行填充。选择end。pad along 为多选项，指定以哪种形式填充。选择columns.。number of output rows 复选项，是否为用户指定。当选择了该选项，就不能选择number of output columns，反之亦然。在此选择user-specified。specified number of output rows给出输出行的数目，即每帧的抽样点数。四种不同的速率对应四种不同的输出行数，分别为192，96，48，24。设定为变量，由m文件给出。action when truncation occurs 当切断发生时是否采取某些措施，给出三种选择。不采取任何措施。3.卷积编码器为信道编码。convolutional encoder对二进制序列进行卷积编码，得到相应的二进制输出序列。如果卷积编码器的输入信号的数目为k，输出信号的数目为n，则这个卷积编码器的码率为k/n。反向业务信道卷积编码器的码率为1/3,约束长度为9。参数设置如下：trellis structure(trellis 结构)卷积编码器的trellis结构。通常在matlab工作区中设置trellis结构的各种参数，然后在卷积编码器模块的trellis structure参数中添上该变量的名称。另外还可以通过poly2trellis()函数把卷积编码器的约束长度、生成多项式以及反馈连接多项式转换成trellis结构的形式。反馈连接多项式可以没有。将此项设置为变量，由m文件给出。reset（复位方式）本参数用于确定卷积编码器的复位方式：none,on each frame或on nonzero rst input。卷积编码器中的各种寄存器的初始状态都是0。当复位方式设置为none时，卷积编码器在整个仿真过程中不对寄存器复位，这时候一般原始数据中包含了足够多的0，这些0序列能够实现对寄存器复位。当复位方式设置为on each frame时，卷积编码器在每帧数据开始之前自动对寄存器复位。当复位方式设置为 on nonzero rst input时，卷积编码器增加一个输入端口rst，用于输入复位信号，并且在复位信号不等于零时对寄存器复位。本例中选择none。卷积编码器输出信号通过一个信号重复器（repeat），使得每帧数据的长度都等于576bit。对于速率集1，当传输速率等于9600bit/s时，帧数据不需要重复（即重复次数等于1）；当传输速率等于4800bit/s,2400bit/s和1200bit/s时，重复次数分别等于2次，4次和8次。参数设置：repetition count（重复次数）指定不同速率情况下的重复次数。由于有四种不同的速率，所以有四种不同的重复次数。设置为变量，其值由m文件给出。initial conditions（初始状态）设置为0。frame-based mode（基于帧输出模式）有两个选项：maintain input frame size和maintain input frame rate。当选择前者时，输出数据的帧长不变；当选择后者时，输出数据帧的速率不变。本例选择前者。卷积编码器的trellis表示方式直观的表达了卷积编码输出信号与输入信号以及卷积编码器当前状态之间的关系。每个卷积编码器的多项式表示都可以转换成相应的trellis表示形式，但是并非所有的trellis表示形式都能表示为多项式。从这个意义上讲，卷积编码器的trellis图具有更广的应用范围，因此在simulink中，卷积编码器和解码器的参数都是以trellis图的方式表示。在trellis结构中，输入信号，输出信号以及卷积编码器的状态都是用十进制表示的。对于输入信号，第一个输入表示二进制序列的最高位；对于输出信号。第一个输出表示二进制序列的最高位。对于卷积编码器的状态，当k大于1时，第一个输入信号对应的移位寄存器表示二进制序列的最低位。最后，连接各模块，组成一个子系统，命名为信源编码模块。将各个模块中的变量写在同一个m文件中，并进行封装。可先连接示波器或频谱仪观察信号是否正确。4.1.2 分组交织器的设计 图4.2信源编码模块对产生的随机数据帧实施crc编码和卷积编码，然后通过一个矩阵交织器对卷积信号实施矩阵交织，采用通用块交织模块再次对矩阵交织信号实施交织，得到is95移动台的交织信号。1.信源编码模块的输出信号是一个长度为576bit的数据帧，这些数据首先进入一个32行18列的矩阵交织器（mattrix interleaver）进行交织。这个矩阵交织器把输入的二进制数据按照行顺序依次写入矩阵，然后按照列顺序从矩阵中读出。矩阵交织器的输入信号是一个向量（行向量或列向量），假设矩阵m是m行n列矩阵，则输入信号向量的长度等于m。当输入信号是帧格式数据时，输入信号向量是长度为的列向量。参数设置如下：number of rows（矩阵的行数）矩阵交织器矩阵的行数m，设为32。number of columns（矩阵的列数）矩阵交织器矩阵的列数n，设为18。矩阵交织器的输出信号是一个长度为576bit的向量，它可以看作是一个32行18列的矩阵，因此我们把每一行元素转换成一个18bit的整数，从而得到一个长度为32的整型列向量。这一功能由bit to integer converter模块实现。其参数number of bits integer为每一个整数所含的比特数，设为18。2.在is95中，除全速数据帧外，其他数据帧的交织并不是纯粹的矩阵交织，这些数据帧按行写入矩阵，然后按列顺序读出数据，但是在读取一列数据时，不同速率的数据帧有不同的顺序。造成这种处理方式的原因在于，卷积编码信号通过信号重复之后，相邻两个比特可能是相同的重复数据。为了得到最佳的交织效果，重复的信号应该有尽可能大的间隔。因此，general block interleaver（通用块交织模块）对矩阵交织器的输出信号再次实施交织。通用块交织是把输入信号向量按照用户设定的顺序进行置换，产生交织信号的过程。通用块交织保证每个输入数据都能够出现在输出信号中，且每个输入信号只能出现一次。通用块交织是最基本的一种块交织方式。通用块交织器（general block interleaver）按照指定的顺序对输入信号进行交织，产生相同长度的输出信号。通用块交织器的输入信号是一个长度为n的向量x（列向量或行向量），其中的每个元素x(i)既可以是实信号，也可以是复信号。如果指定通用块交织器的置换方式向量为e，则向量e的长度等于n，e中每个元素是介于1和n之间的整数，并且输出向量y的第i个元素y(i)=x(e(i)。需要注意的是，向量e中的元素不应该出现重复。当输入信号是帧格式数据时，向量x和e都应该是列向量。它只有一个参数。elements（置换方式向量）通用块交织器的置换方式向量e，它的长度与输入信号的长度相等，并且e中每个元素是介于1和向量长度之间的整数。这里设定为变量，由m文件给定。通用块交织模块按照指定的顺序对这个长度为32的整型列向量实施交织，交织信号再通过一个相反的变换过程（既把每一个整数转换成18bit的二进制向量），其效果等同于按照特定的顺序从矩阵中读出元素。这由integer to bit converter模块实现。其参数为number of bits per integer，设为18。至此实现交织功能。将这些模块连接，组成一个子系统。将通用块交织器中的变量和前面信源编码模块中的变量写道同一个m文件中，将两个子模块再组成另外一个子系统，并进行封装。分组交织器的设计完成。4.1.3 64阶正交调制器和长码直接序列扩展的设计首先是64阶正交调制。 数据经过交织之后，进入64阶正交调制器进行调制。is95中，64进制正交调制器实际上是一个（64，6）分组信道编码器。依照上一章64阶正交调制的原理，设计方法如下：先按每个码字含6个符号进行分组，将信号通过一缓冲器，使其输出为6；然后输出信号进入二进制线性编码器，产生一个walsh码，此时是单极性。再经过单极性向双极性转换，为与后面匹配，之后接另一个缓冲器，输出长度为6144。（见图4.3） 图4.31.buffer（缓冲器）以较低速率将标量转化成帧扫描输出。output buffer size缓冲器输出数据长度。2.bineray linear encoder（二进制线性编码器）generator matrix（生成矩阵）线性编码器的生成矩阵多项式。设为变量，由m文件（initializationg.m）给定。3.unipolar to bipolar convertorm-ary number设为2。polarity有两个选项positive和negative，选择negative。walsh正交调制设计完成，将这些部分组成一个子系统。由于在长码直接序列扩展中长码的速率恰好为此子系统速率的4倍，所以其后接一repeat（重复）模块，重复次数为4，以使它们能够相乘。接下来是长码直接序列扩展。（见图4.4）设计过程如下：长码由pn序列生成器（pn sequence generator）产生，控制数据随机函数发生器；由于长码生成器的生成序列为单极性，而walsh调制后为双极性，所以需要有单极性向双极性的转换，转换后的数据直接连到乘法器。数据随机函数发生器还有另一个控制模块移动台发射数据速率（mobile station transmitter data rate），用以控制不同速率情况下的选通情况。最后由正交调制所得数据，随机函数发生器的输出和转换为双极性的长码生成序列连接到同一个乘法器进行相乘，输出即为扩展后的数据。1.pn序列生成器（pn sequence generator）用于产生一个伪随机序列。pn序列广泛应用于cdma系统中，用于对传输的数据进行扰码和解扰操作，以及用于直接序列扩频。pn序列的码片速率等于1.2288mchip/s。 图4.4pn序列生成器采用移位寄存器来产生pn码。pn序列生成器中共有r个寄存器，每个寄存器都以相同的抽样频率更新寄存器的状态，即第k个寄存器在时刻t+1的状态等于第k+1个寄存器在时刻t的状态。pn序列生成器可以表示成一个生成多项式。其中对应于开关的状态：当等于1时表示开关闭合；当等于0时表示开关打开。pn序列生成器的生成多项式有两种表示方式，一种方式是使用二进制向量【】，另外一种方式是把生成多项式中不等于零的项的下标i组成一个向量。在产生输出序列之前，pn序列生成器还允许对由生成多项式产生的序列实施移位或屏蔽操作，这种操作也可以用一个多项式表示，。其中的多项式系数等于0或1，分别对应于开关的打开或关闭状态。缺省状态下只有是关闭的，这时候输出的是对应于开关的寄存器的状态。如果需要对输出序列实施屏蔽操作，则应按照公式构造多项式。pn序列生成器主要有以下几个参数：generator polynomial（生成多项式）对应于的生成多项式，既可以采用二进制向量表示，也可以采用由多项式下标构成的整数向量表示。反向业务信道中的长码是由一个42位移位寄存器和一个42位掩码计算之后得到的序列，生成多项式已由上一章给出，在此以第二种方式表示。initial states（初始状态）pn序列