一种基于MATLAB的WCDMA信号仿真方法毕业论文.doc
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1、 本 科 生 毕 业 论 文 一种基于MATLAB的WCDMA信号仿真方法学 院: 莆田学院 专 业: 通信工程 班 级: 通信101 2014年 5月原创性声明 本人郑重声明:所呈交的论文(设计),是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文(设计)不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本论文(设计)的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学生签名: 年 月 日 指导声明本人指导的 同学的毕业论文(设计)题目大小、难度适当,且符合该同学所学专业的培养目标的要求。本人在指导过程中
2、,通过网上文献搜索及文献比对等方式,对其毕业论文(设计)内容进行了检查,未发现抄袭现象,特此声明。指导教师签名: 年 月 日目 录1 引言 62 WCDMA系统 7 2.1 WCDMA通信系统的模型与结构 73编码 83.1 信源编码 8 3.2 信道编码 9 3.21交织 10 3.22 Turbo 码原理 11 3.33 卷积编码 124扩频调制 13 4.1扩频与调制 14 4.2下行链路的扩频与调制 145 QPSK的调制与解调技术 15 5.1 QPSK的调制原理 15 5.2 QPSK的解调原理 166 基于mat lab的WCDMA信号仿真方案 16 6.1 matlab的简介与
3、作用 16 6.2 基于MATLAB的WCDMA信号仿真介绍 177 仿真结果 17 7.1 QPSK的调制仿真 18 7.2对Pn为64和Pn为128进行仿真 187.2通过不同信道的功率谱密度仿真对比197.2通过不同信道的时域信号仿真 197.3 WCDMA在不同信道下的性能 20 7.4两种判决的译码性能比较 218致谢 229参考文献 23一种基于MATLAB的WCDMA信号仿真方法 摘要:论文的核心是基于MATLAB的WCDMA信号仿真,分析研究WCDMA系统对信源消息的处理流程。论文首先对WCDMA的背景及现状做了介绍,然后对WCDMA系统进行分析与研究,WCDMA的通信系统的模
4、块有信源编码与解码、信道编码与解码、扩频与解频、调制与解调等。其采用的技术有语音编码技术、QPSK调制、卷积编码、交织技术、扩频技术等处理方法。分析与学习WCDMA系统调制与解调的原理;学习WCDMA物理层的关键技术,其主要分为编码和复用技术、扩频技术、调制技术。对WCDMA信号的进行仿真,分别比较信号经过高斯信道与瑞丽衰落信道的性能。通过仿真软判决viterbi译码与硬判决viterbi译码,比较两者的性能。关键词:WCDMA;QPSK;扩频;物理层;性能A WCDMA Signal Simulation method based on MATLABYang zhi chunAbstract
5、: the core of this paper is the simulation of WCDMA signal based on MATLAB,Analysis of the source message processing flow of WCDMA system.Firstly, the background and present situation of WCDMA is introduced, then carries on the analysis and the research to the system of WCDMA,Communication system of
6、 WCDMA module source coding and decoding, channel coding and decoding,spread spectrum and frequency, modulation and demodulation.The technology of speech coding, QPSK modulation, Turbo coding, interleavingtechnology ,spread spectrum technology,processing method.Principle analysis and study of WCDMA
7、modulation and demodulation system;Study the key technology of WCDMAphysical layer,It is mainly divided into coding andmultiplexing technology, spread spectrum,modulation technology. The simulation of the WCDMAsignal,the performancecomparedsignal through theGauss channelandRuilifading channel.Throug
8、h thesimulation ofVitter soft decision decodingandhard decisiondecodingperformance ofViterbi,compare.Key words:WCDMA;QPSK;Spread spectrum;The physical layer;Performance1 引言 移动通信还未出现时人与人的交流,更多的只能靠书信等工具。现如今移动通信的产生,不仅让人们联系与合作更加迅速和方便,而且改变现实的你、我和他。时代在改变,经济在发展,移动通信技术也在日益不断地改革和更新。如今移动通信已经到了第三代时期,人们能够享受更快的上
9、网速度和更有质量的通话。欧美和日本他们都有自己的移动通信技术,但是这也造成严重的缺点,即不同的国家之间不能正常的交流和沟通而产生隔阂。第三代移动通信的出现,让很多的业内人士都关注和惊喜,因其能够人们更加迅速和便捷。欧洲电信委员会也开始关注它,也开始探究和制定其标准。有一些国家提出了自己的制定方案。提出使用宽带码分多址技术的国家是日本,而其他的欧美国家提出其基于直接序列扩频分码多工。国际电联对其进行商讨,最终,对两种技术进行结合使用,受到很多的国家的认可。WCDMA成为IMT-2000家族3G标准的一分子。作为3G的重要标准之一WCDMA,现在逐渐的被世界很多的国家认可和运用。值得我们一提的是,
10、中国联通正在研发4G制式的标准,最高的网络数率可以达到21.9MBPS。日本提出一套完整的实验仿真被当时一些著名的运营商所认可和支持。正是由于获得这些支持,造就WCDMA的不断发展。运营商与日本的合作地对技术的进行改革,加快标准化进程,技术最终成为一个国际通信标准的批准。第三代移动通信技术的体制下,3GPP规范了TD-SCDMA和WCDMA-FDD/TDD的标准,这些技术全部是由CDMA技术为核心的。值得我们高兴的是,中国也首先提出属于自己的规范TD-SCDMA技术。现如今,TD-SCDMA技术已经被ITU认可并接受的非常重要无线通信标准之一。欧洲等国家以及亚洲日本与韩国把自己的主流标准制式选
11、定为WCDMA-FDD。现如今,WCDMA是一种可以实现多种不同的娱乐方式和交流最方便的因特网接入的一种通信技术1。2001年,世界上第一个商用WCDMA服务,是日本NTT DoCoMo公司。沃达丰也在其他国家(包括澳大利亚和新西兰)的网络的建设,WCDMA的正在在不断有新的标准和技术的更新。目前世界各地的第三代移动通信都在不断发展中,3G的用户量也在不断增加,运营商的3G业务收入不断提高。现在无论是发达国家还是发展中的国家对WCDMA的网络技术非常关注,例如WCDMA网络技术不仅拥有了第二代通信技术,而且也对LTE的的出现提供了重要的基础。2 WCDMA系统2.1 WCDMA通信系统的结构与
12、模型UMTS(Universal Mobile Telecommunications System, 通用移动通信系统)是采用WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)无线接口技术的第三代移动通信系统, UMTS系统称WCDMA的通信系统。UMTS 系统是由UTRAN、CN 与用户设备(User Equipment,UE)一起组成的。其系统结构如图2.1-1所示。图2.1-1 WCDMA的系统结构这个图最好自己画,图里面的文字不要大于正文字体大小,后面几幅图也一样,要修改通过对比,我们已经知道UMTS系统的体系结构与大部分与它前一代通信基本相同。
13、在功能上,是通过核心网络元素可能是网络(核心网)与无线接入网络(无线接入网络)组成了。WCDMA的系统网络单元构成由下面图2.2-2 描述。 图2.1-2 WCDMA的系统网络单元 在进行WCDMA的信号仿真时,WCDMA信号处理流程要经过信源编码与解码、QPSK载波调制与载波解调、信道编码与解码、扩频与解扩、加扰与解扰等步骤。图2.3-3是WCDMA的信号流程图2。图2.1-3 WCDMA的信源流程图标题是否正确3编码3.1信源编码与前面时期的通信比,现在的WCDMA通信技术其中的物理层编码的技术加进了的差错控制方法,其纠错的能力更优越和有效。作为WCDMA通信系统重要部分之一,在对信道进行
14、语音编码技术或者其他编码技术时结合了速率的适配、数据业务复用等模块, 在选择纠错码时,也要对这些模块思考选择。与前面两代的通信技术有所不同的是,处于现在通信技术其对语音编码技术的运用,不仅使得来自不同的终端所获得通话语音质量提高了,而且对外界的抗干扰明显加强了。WCDMA的技术被业内人士认可并看好,对以后的通信技术发展有很大帮助。WCDMA通信技术中,在进行对其信源进行编码时所用的是ARM技术。在第三代WCDMA系统中,因其带宽是非常有限的,因此先关业内人士的目标在旨在一定的范围内能获得宽带其可以接受数量较大的使用者,压缩语音信号的传输带宽。因为设计语音编码时很难,所以语音编码的消耗功率一定要
15、很小。在第三代WCDMA移动技术中,AMR语音编码的技术是由通过可模式能够进行数率变化改造生成的,语音编码器系列模式结构组成能够提供多种输出码率和质量的合成语音编码器3。第三代语音AMR模式可以比很好地处理信道和信源两者之间的速度匹配这个难题,其能够更合理的对无线业务方面的使用。信号经过信源时,首先要考虑编码数率,它是关系到信号数据在物理信道能否正常变换和传输。编码速率的大小取决于编码方式,而第三代通信WCDMA的语音编码器的编码模式总的有8种,编码的模式利用的是相同技术,由此可以减小综合困难。如图3.1-1所示语音的编码器。图字体过大3.1-1 AMR语音的编码器框图3.2 信道编码3.21
16、交织信道它的实际意义上是一种物理媒质,起作用是为来自不同的信源的传送提供暂时的一个住宿。发生端信号在传输过程中,信道的质量对于信号的接收与解扩有很大的作用,为了增强对外界抗干扰,关键是选择什么样信道编码方式的。WCDMA的信道编码技术不仅可以减小误码率和误比特率,而且还可以提高数据的数率,由此可以提高通信质量的稳定性4。WCDMA的信道编码包括有交织/ 解交织,纠错编码/ 译码,传输信道映射至/ 分离出物理信道。对信道进行纠错时的形式有:自动重发请求( ARQ)和前向纠错( FEC)。 自动重发请求和前向纠错是 WCDMA 传输信道的二种纠错方式。纠错的方式不同,则会使传送的方式以及性能存在差
17、异,其中前向纠错方式的特征共有三点:单方向信道、效率高和有传输差错5。自动重发方式请求的特点也有三点:双向信道、效率低和无差错的传输。交织技术是主要的目的是减少衰落的影响和抵抗无线信道的噪声。信号或用户数据在通过瑞丽等信道时,其会发生失真,而引起错误发生。因此在实际应用的通信系统中,交织技术和纠错技术共同使用,来提高系统性能。在交织操作时,由于Turbo码存在时间延迟,这就造成高的数据数率资源在进行交织操作时有了约束。因此在第三代通信WCDMA系统中,32kbps( 包括32kbps)以上的数据业务是由Turbo码完成。使用的交织深度最大可达到65536。对于第三代通信技术WCDMA, 不同的
18、业务速率可以组成不相同的帧长, 当交织深度达到帧长的话,则对信号进行解交织时就会产生Turbo码译码误差。虽然有研究人员对短帧进行了深入研究, 但其性能还远未达到理想状况。因为比较大的交织深度会造成不理想存在,所以在现实当中不会采用。从试验的仿真结果看出, 对业务高于144kbps 以上到小于384kbps , 其译码数据块可以单独对应一帧。因为对交织算法还处在研究的初步阶段,目前暂时没有一个标准来规划,所以现在一般采用非均匀交织器来设计。 现在所运用的交织算法对所有的RSC还并不都是最佳的, 通常需要通过试验仿真结果加以判定和调整。 目前为止,一些算法已经提交上去了,但是都比较繁琐。 Tur
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