WCDMA下行链路扩频调制的仿真与浅析汇编.docx
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WCDMA下行链路扩频调制的仿真与浅析汇编
WCDMA下行链路
扩频调制的仿真与浅析
WCDMA下行链路扩频调制的仿真与浅析
摘要：
移动通信系统已经历了第一代模拟通信系统和第二代数字通信系统（GSM、CDMA），目前正朝第三代移动通信系统发展。
WCDMA作为未来的主流技术，已经得到业界的广泛认可。
WCDMA是基于GSM网发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带CDMA技术。
它具有较高的扩频增益，发展空间较大，全球漫游能力最强，技术成熟性最佳。
本文首先简单介绍了第三代移动通信系统WCDMA扩频调制的基本原理以及操作过程,然后利用MATLAB工具建立了WCDMA的下行链路扩频调制过程的仿真模型,最后给出了各个处理阶段信号的频谱图等仿真结果,并进行了分析,得出利用OVSF扩频码进行扩频调制能够很好地解决不同业务传送及多用户干扰的问题。
关键词：
WCDMA;扩频；调制；MATLAB仿真
StudyandSimulationofWCDMADownlinkChannel’sSpreadingandModulation
Abstract:
Mobilecommunicationsystemhasexperiencedafirst-generationanalogcommunicationssystemandthesecondgenerationofdigitalcommunicationsystem（GSM,CDMA）,iscurrentlyfacingthethirdgenerationmobilecommunicationsystemdevelopment.WCDMAasmyfuturemainstreamtechnologieshasbeenwidelyrecognizedintheindustry.WCDMAisdevelopedbasedonGSMnetwork3Gtechnologystandard,istheEuropeanproposedbroadbandCDMAtechnology.Ithashigherspreadspectrumgain;developmentspacebigger,globalroamingabilitytorecognizethestrongest,technologyisthebest.ThispaperfirstlyillustratesthetheoryandoperationalprocessofWCDMADownlinkchannel'sspreadspectrumandmodulationbriefly.SecondlythesimulationmoduleofWCDMAuplinkchannelisfoundedbyMATLAB,andthentheresultofthesimulationisgiven.BasedontheprecedingstudyandsimulationtheconclusionsthattheOVSFwhichisusedinWCDMAcanprimalsolvetheproblemsofthedifferentoperation‘transmissionandthedifferentuser'sdisturbanceareeducedatlast.
Keywords:
WCDMA;spreading;modulation;MATLABsimulation
0前言
自从电话进入人类社会以来，人们对它的依赖与日剧增，这主要是由于电话使用方便快捷，可以节约大量的时间。
随着人们对移动通信的全新探索，第三代移动通讯的迅速兴起，大大方便人们的生活生产，并给生活带来全新享受。
WCDMA第三代移动通信技术延伸了移动通信的概念,描绘了人类未来通信的蓝图。
它让任何位置的任何人,在任何时候,都可以与任何人以任何方式进行通信成为现实。
WCDMA主要起源于欧洲和日本的早期第三代无线研究活动,WCDMA是开放无线接入技术,能够提供高级移动多媒体业务如音乐、电视和视频等丰富的娱乐内容和互联网接入。
本文主要讨论3G中三大技术标准之一，WidebandCDMA的下行链路扩频与调制,以及对其仿真分析。
1概述
目前，通信技术和计算机技术日趋融合，语音业务和数据业务日趋融合，无线互联网、移动多媒体已出初露端倪。
在我国，移动电话和Internet用户飞速增长，多媒体业务服务迅速普及。
中国联通公司于2009年5月17日开始试商用WCDMA服务，10月1日正式商用WCDMAR6网络，最高下载速度可达7.2M。
1.13G概述
第三代移动通信，简称3G。
1995年问世的第一代模拟制式手机（1G）只能进行语音通话；1996到1997年出现的第二代GSM、CDMA等数字制式手机（2G）增加了接收数据的功能，如接受电子邮件或网页；第三代与前两代的主要区别是在传输速度上的提升，能够更好地实现无缝漫游，处理图像、音乐、视频流等，提供网页浏览、电话会议、电子商务等服务。
当前，3G存在三大主流标准：
一是WCDMA标准，也称为“宽带码分多址接入”，支持者主要是以GSM系统为主的欧洲厂商；二是CDMA2000标准，也称为“多载波码分多址接入”，由美国高通北美公司为主导提出，韩国现在成为该标准的主导者；三是TD-SCDMA标准，中文含义为“时分同步码分多址接入”，是我国独自制定的3G标准，它在频谱利用率、对业务的支持、频率灵活性及成本等方面都具有独特的优势，全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持TD-SCDMA标准。
1.2WCDMA简介
WCDMA是通用移动通信系统（UMTS）的空中接口技术。
全称为WidebandCDMA，也称为CDMADirectSpread，意为宽频分码多重存取，这是基于GSM网发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带CDMA技术，它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同，目前正在进一步融合。
[1]
WCDMA是一个宽带直扩码分多址（DS-CDMA）系统，为了支持很高的比特速率（最高可达2Mbit/s）,采用可变扩频因子和多码连接。
WCDMA支持各种可变的用户数据速率，既可以很好地支持带宽需要，WCDMA主要参数表1-1。
表1-1WCDMA主要参数
多址接入方式
DS-CDMA
双工方式
FDD/TDD
基站同步
异步方式
码片速率
3.84Mchip/s
帧长
10ms（包含15个时隙）
业务复用
有不同的服务质量要求的业务复用在一个连接
多速率
可变的扩频因子和多码
检测
使用导频符号或公共导频进行相关检测
接收机理念
标准支持多用户检测和智能天线，应用时可选
业务复用
有不同的服务质量要求的业务复用在一个连接
规划频段
上行：
1920-1980MHz，下行：
2110-2170MHz
最小频段
2×5MHz
频率复用度
1
载波间隔
4.4-5.2MHz
语音编码
8种速率的AMR编码
调制方式
上行BPSK，下行QPSK
切换
软切换，更软切换，硬切换
功率控制频率
1500Hz
1.3WCDMA系统模型
WCDMA通信模型[2]，如图1-1，此模型对上行链路、下行链路都适用。
.图1-1WCDMA通信模型
1.4WCDMA的发展
历史上，欧洲电信标准委员会（ETSI）在GSM之后就开始研究其3G标准，其中有几种备选方案是基于直接序列扩频分码多工的，而日本的第三代研究也是使用宽带码分多址技术的，其后，以二者为主导进行融合，在3GPP组织中发展成了第三代移动通信系统UMTS，并提交给国际电信联盟（ITU）。
国际电信联盟最终接受WCDMA作为IMT-20003G标准的一部分。
2001年，日本NTTDoCoMo公司的FOMA是世界上第一个商业运营WCDMA服务。
w-cdma手机利用lmv228射频功能J-Phone日本电话（现软件银行）已经继推出基于WCDMA服务后，声称“沃达丰全球标准”兼容UMTS（尽管2004年时还有争议）。
2003年初，和记黄埔逐步在全球运营他们的UMTS网络（简称3）。
大多数欧洲GSM运营商已经推出UMTS服务。
沃达丰于2004年2月在欧洲多个UMTS网络投入运行。
沃达丰在其他国家（包括澳大利亚及新西兰）建设UMTS网络。
AT&T无线（现属于CingularWireless）在一些城市开通了UMTS。
尽管因为公司兼并使得网络建设进度被延迟，但Cingular已宣布计划在2005年与HSDPA一起部署WCDMA。
TeliaSonera于2004年10月13日开始在芬兰提供384kbps速率的WCDMA服务。
服务只是在主要城市可用。
通讯费率大约2美元每兆字节。
中国联通公司于2009年5月17日开始试商用WCDMA服务，10月1日正式商用WCDMAR6网络，最高下载速率可以达到7.2M。
2WCDMA扩频
WCDMA系统需要把不同速率的业务如语音、图像等扩频到相同速率后用同一信道传送,而且不同用户也可能同时发送不同的多媒体业务,因此需要不同扩频比的OVSF码进行扩频处理。
2.1扩频简介
扩频应用于物理信道包括两个操作,第一个是信道化操作,它将每一个数据符号转换成若干码片,因此增加了信号的带宽,每一个数据符号转换的码片数称为扩频因子;第二个是扰码操作,是将扰码加在扩频信号上。
在信道化操作时,I路和Q路的数据符号分别和OVSF码相乘。
在扰码操作时,I路和Q路的信号再乘以复数值的扰码,在此,I和Q分别表示实部和虚部[3]。
WCDMA协议规定DPDCH最大为6,DPCCH只有1个。
扩频技术是信道化操作在WCDMA系统是关键技术。
在WCDMA中，用户数据扩频前的序列采用BPSK比特流，比特取值为+1或一1。
图2-1说明了WCDMA中的扩频原理。
图2-1中d（t）是速率为R的用户数据BPSK比特序列。
c（t）足速率为4R的扩频码序列。
WCDMA发射机的扩频操作就足将用户数据比特序列与较高的扩频码片（chip）序列相乘即x（t）=d（t）×c（t）。
相乘以后用户数据的带宽得以扩展而且具有与扩频码片序列一样的随机特性，图2-1所示实例带宽扩展的倍数为4，扩频理论中称它的扩频因子（SF）为4。
扩频后的信号加扰后通过无线信道传送到对端接收机[4～5]。
WCDMA接收机对接收信号的解扩遵循与扩频一样的步骤，即将接收到的序列石x（t）’与同样的扩频序列c（t）相乘，从而恢复出用户数据比特流d（t）’。
接收机解扩公式为：
d（t）’=x（t）’×c（t）。
只要能保汪用户数据与解扩序列的同步，d（t）’就能较好地复现d（t）。
图2-1WCDMA中的扩频原理
2.2扩频编码
WCDMA的扩频编码分为信道化编码和扰码两个过程。
发送端做的处理除了扩频之外，还包括扰码操作。
扰码的目的是为了将不同的终端或基站区分开来。
扰码是在扩频之后使用的，因此它不会改变信号的带宽，而只是将来自不同信源的信号区分开来。
图2-2给出了UTRA中经过扩频和扰码后码片速率的关系。
因为经过信道化码扩频之后，已经达到了码片速率，所以扰码不影响符号速率。
图2-2扩频与加扰
2.2.1信道化编码
信道化编码用于区分来自同一
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