通信工程毕业论文CDMA通信原理及系统仿真.doc
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1、 毕业设计毕业设计 CDMA 通信原理及系统仿真通信原理及系统仿真 姓 名: 王丰雷 学 号: 080720 班 级: 121803 专 业: 通信工程 所在系 : 电子信息工程系 指导老师: 王鲁杰 西北工业大学明德学院西北工业大学明德学院 本科毕业设计任务书本科毕业设计任务书 题目:CDMA 通信原理及系统仿真 姓名 王丰雷 届 2012 系别 电子信息工程 专业 通信工程 指导教师 王鲁杰 职称 学生 下达任务日期 2012 年 3 月 5 日 一、毕业设计内容及要求 1、该设计项目的主要功能 CDMA 技术是当前无线电通信,尤其是移动通信的主要技术,CDMA 概念可以简 单地解释为基于
2、扩频通信的调制和多址接入方案,编码调制与解调在通信系统中 有重要的作用,其中地址码的选择直接影响到 CDMA 系统的容量,抗干扰能力, 接入和切换等性能。CDMA 系统中有两个序列的 PN 码:长码:242-1(r=42) ;短 码:215-1(r=15) 。在前向信道中 PN 码标识基站,长码扰码,短码正交调制; 在反向信道中 PN 码标识用户,长码扩频,短码正交调制。在 CDMA 通信系统中 可以用 64 阶 Walsh 函数进行前向扩频以区分前向码分信道,还可以用 64 阶 Walsh 函数进行前反向正交调制。CDMA 系统的反向信道调制采用的是正交非相 干解调;CDMA 系统的前向信道
3、调制采用的是正交相干解调。通过毕业设计工作 对 MATALB 软件进行熟悉和了解,对 MATLAB 软件中的 SIMULINK 部分及其内部的 CDMA 模块用法和参数设置进行熟悉,熟悉现代无线通信系统的基本构成与基本 工作原理,重点掌握卷积编码、块交织和码扩展等相关编码技术,并能将这些 技术应用实际系统设计,提高自己对 CDMA 通信系统知识的认识。 具体包括: (1)了解 CDMA 系统物理层过程; (2)了解训练系列的组成; (3)了解 CDMA 系统中常用码序列; (4)掌握 CDMA 系统各种调制解调的基本原理 (5)掌握 mltlab 的基本操作 (6)对以上部分模型进行仿真,给出
4、仿真结果; (7)以正确的格式撰写开题报告和毕业设计说明书; 2、设计环境(场地及硬件条件)要求 计算机 3、参考资料及软件要求 参考文献: 1大话 TD-SCDMA左飞 人民邮电出版社 2TD-SCDMA 无线网络规划设计与优化(第 3 版) 罗建迪 汪丁鼎 肖清 华 朱 东照人民邮电出版社 3TD-SCDMA 移动通信技术原理与应用原理/设备/仿真实践中兴通 讯 NC 教育管理中心 人民出版社 4移动通信原理与技术王华奎 李艳萍 张立毅 王鸿斌 李鸿燕 清华 大学出版社 53G 技术与基站工程杜庆波 罗文茂 人民邮电出版社 软件要求 MATLAB 的编程和仿真环境 4、课题的其他要求 (1
5、)了解课题的相关知识。 (2)调研,比较国内外相关方面的课题。 (3)设计方案要进行技术分析,以选择较为合理的方案。 (4)提出设计方案的改进措施。 (5)完成相关实验的测量,并完成数据分析。 (6)设计说明书应包括与有关的叙述说明和计算,内容完整、计算正确。 (7)书写工整。计算公式和引用数据要正确,并说明其来源。 (8)设计说明书图纸应能较好地表达意图,图面布局合理,符合国家制图 标准和有关规范。 5、提交材料要求 (1)写开题报告。 (2)设计说明书包括题目、目录、摘要、前言、正文、结论、致谢、参考 文献、毕业设计小结、附录。其中正文应包括理论分析、课题研究的方法和手 段、结果与讨论。
6、(3)答辩时要准备内容如下:一、关于毕业设计的说明报告。二、准备回 答答辩委员会教师提问的材料:关于本课题的已有研究成果、观点、方案,本 人的研究成果、观点、方案;设计方案或论文的主要依据;重要的引文、文献、 技术方案;对本课题研究的进一步思考与展望,本次研究尚存在的问题,预计 如何研究。三,答辩的辅佐用品准备,如毕业设计或毕业论文的底稿及其说明 的纲要,答辩问题纲要及主要参考资料,多媒体演示文稿,必要的挂图等。答 辩时间和内容要求:学生向答辩小组报告自己毕业设计的简要情况,时间约 20 分钟,学生回答教师提问约 10 分钟。报告内容如下:一、课题任务、目的与意 义;二、所采用的原始质料或指导
7、文献等;三、设计、论文的基本内容及主要 方法;四、成果、结论和第自己完成任务的评价。 二、毕业设计进度计划及检查情况记录表 序号起止日期计划完成内容实际完成内容检查日期 检查人签名 1 12 周 学习相关基础知识并查阅 相关资料 检查日期: 年 月 日 签字: 2 36 周 确定毕设具体的内容,并 学习相关的理论知识 检查日期: 年 月 日 签字: 3 710 周 完成所有相关仿真 检查日期: 年 月 日 签字: 4 1112 周 撰写论文 检查日期: 年 月 日 签字: 5 1314 周 修改论文检查日期: 年 月 日 签字: 6 1516 周 课题总结,确定最终的毕 业设计论文 检查日期:
8、 年 月 日 签字: 目录 第一章绪论.1 1.1 移动通信系统的发展概况.1 1.2 CDMA 技术国内外发展状况.2 1.3 CDMA 系统的特点与优势.2 1.3.1 移动通信系统的多址方式 2 1.3.2 CDMA 多址技术的优点 3 1.4 本文的主要内容安排.4 第二章基本理论分析.5 2.1 CDMA 技术基础.5 2.1.1 CDMA 技术基本原理 5 2.1.2 扩频通信系统 6 2.1.3 CDMA 码序列 8 2.1.4 卷积编码、块交织 9 2.2 CDMA 系统的物理层技术.11 2.2.1CDMA2000 物理层 .11 2.2.2 WCDMA 物理层.13 2.2
9、.3 TD-SCDMA 系统的物理层14 2.3 本章小结 .14 第三章CDMA 在不同训练序列下的调制解调过程15 3.1 调制解调的概念 .15 3.2 CDMA 信道调制.15 3.2.1 反向信道的调制 16 3.2.2 前向信道的调制 16 3.2.3 CDMA 系统干扰分析 17 3.3 本章小结 .14 第四章CDMA 通信系统中基于 SIMLINK 的系统仿真26 4.1 SIMLINK 简介26 4.2 QPSK 调制解调系统仿真 28 4.3 本章小结.30 第五章 总结.31 参考文献.32 致 谢.33 CDMA 通信原理及系统仿真 摘要 CDMA 技术的原理是基于扩
10、频技术,即将需要传送的具有一定带 宽的信息数据,用一个带宽远大于信息带宽的高速伪随机码进行调 制,再经载波调制发送出去。接受端使用完全相同的伪随机码与接 受的带宽信号作相关处理,即解扩,以实现信息通信。 利用 Simulink 仿真软件对 CDMA 通信系统进行仿真,得到 基带信号源与通过 CDMA 通信系统的接收信号的时间波形图。仿真结 果表明,在噪声的背景下,在接收端能够完整地恢复出个路信号, 从而实现 CDMA 通信系统的多路复用。证明了 CDMA 通信系统仿真模 型的正确性。 本文对 CDMA 系统原理部分进行研究,主要包括系统理论模 型,对部分计算模型进行仿真,具体工作内容如下: 第
11、一、分析 CDMA 系统物理层过程和训练系列的组成; 第二、对部分计算模型进行仿真,给出实验结果。 关键词:CDMA; 通信原理; 系统仿真; matlab CDMA Communication Principle and System Simulation Abstract CDMA technology is based on the principle of spread spectrum technology, will need to transfer information and data with a certain bandwidth, the bandwidth is mu
12、ch larger than the information with a high-speed bandwidth, modulated pseudo-random code, and then sent by the carrier modulation. Simulink simulation software for the use of CDMA communication system simulation, the base-band signal sources and the adoptionof CDMA communication system to receive th
13、e time signal waveform diagram. Simulation results show that in the absence of background noise, at thereceiving end be able to restore the integrity of the various signal, in order to achieve multiplexing CDMA communication system. CDMA communication system proves the correctness of simulation mode
14、l. In this paper, CDMA communication systems principle part of the research, including systems theory model, it is estimated part of mathematic model simulation, specific work as follows: First, the analysis of CDMA physical layer process and the composition of the training series; Second , on the p
15、art of the simulation model, experimental results are give Key words: CDMA ; conmmunication principle ; system simulation ; matlab 第一章绪论 1.1 移动通信系统的发展概况 随着信息的高速发展,人类社会进入了一个前所未有的信息量急剧增长的 信息时代。计算机、互联网、各种通信技术迅速兴起,给人类的物质和精神生 活带来了翻天覆地的变化。与之对应,人们对通信业务有了更高层次和更高质 量的要求,这对通信业务的容量产生了巨大的冲击,同时对通信网传递信息的 能力提出了更高的要
16、求。移动通信出现于 20 世纪初,但真正发展却开始于 20 世纪 40 年代中期。从那时起,移动通信的发展大体可分为三代,即模拟移动通 信系统、数字移动通信系统和现代移动通信系统。移动通信技术以其巨大的宽 带潜力和无与伦比的传输性能在通信领域,在长距离大容量通信中占据着不可 替代的位置。更大系统容量、更好的通信质量,而且要能在全球范围内更好地 实现无缝漫游及为用户提供包括语音、数据及多媒体等在内的多种业务技术仍 然是移动通信技术发展的主要方向1。 1.模拟移动通信系统(1G) 从 1946 年美国使用 150MHz 单工无线电话开始到 20 世纪 90 年代初,主要 发展了第一代移动通信系统。
17、这种移动通信系统发送的信号都是模拟的,所以 被称为模拟移动通信系统。由于大规模集成电路及微处理器的大量应用,模拟 移动通信系统呈现出应用范围形式丰富的多样化局面。以 AMPS 和 TACS 为代 表的移动通信系统是模拟移动通信系统。模拟移动通信系统虽然获得了很大成 功,但也暴露出很多不足,如系统容量不能满足日益增长的用户需求、频谱利 用率低、业务种类受限制、安全保密性能差及设备价格高等,解决这些问题的 根本办法是采用新一代数字蜂窝移动通信系统。 2.数字移动通信系统(2G) 早在 20 世纪 70 年代末,一些发达国家就已开始研制数字移动通信系统。 从 20 世纪 80 年代中期开始,数字移动
18、通信得到了发展和应用。数字移动通信 系统由于采用了多种数字技术,使得系统具有频谱利用率高、系统容量大、可 提供多种形式的服务、与 ISDN 兼容性强等优点。数字移动通信系统由于采用 了多种数字技术,使得这种系统具有频谱利用率高、系统容量大、可提供多种 形式的服务、与 ISDN 兼容性强等优点。由于数字移动通信系统具有容量大、 保密性强、移动台体积小、能提供国际漫游等特点,世界各国都给予了足够的 重视和资金投入。 3.现代移动通信系统(3G) 3G 系统与 2G 系统有根本的不同,3G 系统采用 CDMA 技术和分组交换技 术,而 2G 系统通常采用的是 TDMA 技术和电路交换技术。与前两代系
19、统相比, 3G 系统的主要特征是可提供丰富多彩的移动多媒体业务,其设计目标是提供比 第二代系统更大的系统容量、更好的通信质量,而且要能在全球范围内更好地 实现无缝漫游及为用户提供包括语音、数据及多媒体等在内的多种业务。 目前,国际电联接受的 3G 无线接口标准主要有以下三种: WCDMA、CDMA2000 与 TD-SCDMA。CDMA 是 Code-Division Multiple Access(码分多址)的缩写,是第三代移动通信系统的技术基础。CDMA 系统 以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量 好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。 1.2 CD
20、MA 技术国内外发展状况 CDMA 技术的出现源自于人类对更高质量无线通信的需求。第二次世界大 战期间因战争的需要而研究开发出 CDMA 技术,其思想初衷是防止敌方对己方 通讯的干扰,在战争期间广泛应用于军事抗干扰通信,后来由美国高通公司更 新成为商用蜂窝电信技术。1995 年,第一个 CDMA 商用系统(被称为 IS-95) 运行之后,CDMA 技术理论上的诸多优势在实践中得到了检验,从而在北美、 南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。 CDMA 技术的标准化经历了几个阶段。IS-95 是 CDMA ONE 系列标准中最 先发布的标准,真正在全球得到广泛应用的第一个 CDMA 标准是 IS-9
21、5A,这 一标准支持 8K 编码话音服务。其后又分别出版了 13K 话音编码器的 TSB74 标 准,支持 1.9GHz 的 CDMA PCS 系统的 STD-008 标准,其中 13K 编码话音服 务质量已非常接近有线电话的话音质量。随着移动通信对数据业务需求的增加, 1998 年 2 月,美国高通公司宣布将 IS-95B 标准用于 CDMA 基础平台上。IS- 95B 可提供 CDMA 系统性能,并增加用户移动通信设备的数据流量,提供对 64Kb/s 数据业务的支持。 CDMA 是移动通信技术的发展方向。在 2G 阶段,CDMA 增强型 IS-95A 与 GSM 在技术体制上属于同一时代产
22、品,提供大致相同的业务。但 CDMA 技 术有其独到之处,在通话质量好、掉话少、低辐射、健康环保等方面具有显著 特色。在 2.5G 阶段,CDMA2000 1X RTT 与 GPRS 在技术上已有明显不同,在 传输速率上 CDMA2000 1X RTT 高于 GPRS,在新业务承载上 CDMA2000 1X RTT 比 GPRS 成熟,可提供更多的中高速率的新业务。 为了能够在未来的全球化标准的竞赛中处于领先位置,各个国家、地区、 标准化组织及公司纷纷提出了自己的技术标准。在所有提案中以欧洲的 W- CDMA 技术和美国的 CDMA2000 技术最为看好,同时,中国的 TD-SCDMA 技 术
23、由于其本身的技术先进性得到了中国政府、运营商和产业界的支持,也很受 瞩目。 我国提出的 TD-SCDMA 建议标准与欧洲、日本提出的 W-CDMA 和美国提 出的 CDMA2000 标准一起被列入该建议,成为世界三大主流标准之一。 1.3 CDMA 系统的特点与优势 1.3.1 移动通信系统的多址方式移动通信系统的多址方式 在无线通信环境的电波覆盖区内,如何建立用户之间的无线信道的连接, 是多址接入方式的问题。因为无线通信具有大面积无线电波覆盖和广播信道的 特点,网内一个用户发射的信号其他用户均可接受,所以网内用户如何能从播 发的信号中识别出发送给本用户地址的信号就成为建立连接的首要问题。 多
24、址接入方式的数学基础是信号的正交分割原理。无线电信号可以表达为 时间、频率和码型的函数,即可写作 (1.1)( , )( ) ( , )s c f tc t s f t 其中,是码型函数,为时间和频率的函数。( )c t( , )s f t 以传输信号的载波频率的不同划分来建立的多址接入方式,被称为频分多 址方式(FDMA) ;以传输信号存在的时间不同划分来建立的多址接入方式,被 称为时分多址方式(TDMA) ;以传输信号码型的不同划分来建立的多址接入方 式,被称为码分多址方式(CDMA) 。图 1.1 分别给出了 FDMA,TDMA 和 CDMA 的示意 图。 图 1.1 频域、时域和码分多
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- 通信工程 毕业论文 CDMA 通信 原理 系统 仿真
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