CDMA语音通话系统仿真设计(最终版)

第三届程序设计及应用大赛CDMA语音通话系统设计代品宣1/611、仿真设计目的及开发环境1.1设计目的：①理解CDMA蜂窝移动通信网络的基本原理及特点，以ＣＤＭＡ的IS_95标准进行系统级别的认知。②掌握SystemView系统仿真软件的使用方法，熟练掌握其库资源的应用，帮助自己提高对通信原理的认知。③在通信工程学院举办的第三届程序设计及应用大赛（通信编程及仿真）取得好成绩。1.2开发环境1.2.1软件：SystemView5.0（1）SystemView是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路和通信系统的设计、仿真，是一个强有力的动态系统分析工具，能满足从数字信号处理、滤波器设计到复杂的通信系统等不同层的设计、仿真要求。它基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具，它使用功能模块(Token)去描述程序，无需与复杂的程序语言打交道，不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真，快速地建立和修改系统、访问与调整参数，方便地加入注释。（2）SystemView的库资源十分丰富，包括含若干图标的基本库（MainLibrary）及专业库(OptionalLibrary)，基本库中包括多种信号源、接收器、加法器、乘法器，各种函数运算器等；专业库有通讯（Communication）、逻辑（Logic）、数字信号处理（DSP）、射频/模拟（RF/Analog）等；它们特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证，尤其适合于无线电话、无绳电话、寻呼机、调制解调器、卫星通讯等通信系统；并可进行各种系统时域和频域分析、谱分析，及对各种逻辑电路、射频/模拟电路（混合器、放大器、RLC电路、运放电路等）进行理论分析和失真分析。（3）使用SystemView时，用户只关心项目的设计思想和过程，用鼠标点击图标即可完成复杂通信系统的设计、仿真、测试，而不用花费太多的精力去通过编程来建立通信仿真模型。（4）SystemView能自动执行系统连接检查，给出连接错误信息或尚悬空的待连接端信息，通知用户连接出错并通过显示指出出错的图标。这个特点对用户系统的诊断是十分有效的。（5）SystemView的一重要特点是它可以从各种不同角度、以不同方式，按要求设计多种滤波器，并可自动完成滤波器各指标—如幅频特性（伯特图）、传递函数、根轨迹图等之间的转换。（6）在系统设计和仿真分析方面，SystemView还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查、分析系统波形。在窗口内，可以通过鼠标方便地控制内部数据的图形放大、缩小、滚动等。另外，分析窗中还带有一个功能强大的“接收计算器”，可以完成对仿真运行结果的各种运算、谱分析、滤波。SystemView还具有与外部文件的接口，可直接获得并处理输入/输出数据。提供了与编程语言VC++或仿真工具Matlab的接口，可以很方便的调用其函数。还具备与硬件设计的接口：与Xilinx公司的软件CoreGenerator配套，可以将SystemView系统中的部分器件生成下载FPGA芯片所需的数据文件；另外，SystemView还有与DSP芯片设计的接口，可以将其DSP库中的部分器件生成DSP芯片编程的C语言源代码。第三届程序设计及应用大赛CDMA语音通话系统设计代品宣2/611.2.1软件：QuatusⅡQuartus®IIdesign是最高级和复杂的，用于system-on-a-programmable-chip(SOPC)的设计环境。QuartusIIdesign提供完善的timingclosure和LogicLock™基于块的设计流程。QuartusIIdesign是唯一一个包括以timingclosure和基于块的设计流为基本特征的programmablelogicdevice(PLD)的软件。QuartusII设计软件改进了性能、提升了功能性、解决了潜在的设计延迟等，在工业领域率先提供FPGA与mask-programmeddevices开发的统一工作流程。目录AlteraQuartusII作为一种可编程逻辑的设计环境,由于其强大的设计能力和直观易用的接口，越来越受到数字系统设计者的欢迎。AlteraQuartusII（3.0和更高版本）设计软件是业界唯一提供FPGA和固定功能HardCopy器件统一设计流程的设计工具。工程师使用同样的低价位工具对StratixFPGA进行功能验证和原型设计，又可以设计HardCopyStratix器件用于批量成品。系统设计者现在能够用QuartusII软件评估HardCopyStratix器件的性能和功耗，相应地进行最大吞吐量设计。Altera的QuartusII可编程逻辑软件属于第四代PLD开发平台。该平台支持一个工作组环境下的设计要求，其中包括支持基于Internet的协作设计。Quartus平台与Cadence、ExemplarLogic、MentorGraphics、Synopsys和Synplicity等EDA供应商的开发工具相兼容。改进了软件的LogicLock模块设计功能，增添了FastFit编译选项，推进了网络编辑性能，而且提升了调试能力。支持MAX7000/MAX3000等乘积项器件2.0版QuartusII设计软件现在除了支持Altera的APEX20KE，APEX20KC，APEXII，ARM的Excalibur嵌入处理器方案，Mercury，FLEX10KE和ACEX1K之外，还支持MAX3000A，MAX7000系列乘积项器件。MAX3000A和MAX7000设计者现在可以使用QuartusII设计软件中才有的所有强大的功能。QuartusII2.0设计软件通过增强层次LogicLock模块级设计方式，将性能平均改善15%。LogicLock设计流程把整个模块的放置交由设计者控制，如果必要的话，可以采用辅助平面布置。LogicLock设计流程运行设计者单独地优化和锁定每个模块的性能，在大型SOPC设计的构建过程中也保持整个系统的性能。2.0版QuartusII设计软件把新的LogicLock设计流程算法集成到未来的Altera器件中，该算法充分利用了模块级设计的优势。采用快速适配选项缩短编译时间QuartusII2.0增加了一个新的快速适配编译选项，选择中这个选项，将会比缺省设置要缩短50%的编译时间。快速适配功能保留了最佳性能的设置，加快了编译过程。这样布局适配算法反复的次数更少，编译速度更快，对设计性能的影响最小。新的功能减小了系统级验证2.0版QuartusII设计软件引入了新的功能，加快验证过程，这通常是SOPC设计流程中最漫长的阶段。在最初的编译时间中，新的SignalProbe技术允许用户在保留设计最初布线，时限和设计文件的同时把内部节点引到未用的管脚进行分析。SignalProbe技术完成了现有SignalTap嵌入逻辑分析的功能。而且，设计者能够使用新版本中提供的HDL测试模板快速地开发HDL仿真矢量。2.0版QuartusII设计软件也可以自动地从QuartusII仿真器波形文件中创建完整的HDL测试平台。2.0版QuartusII设计软件也支持高速I/O设计，生成专用I/O缓冲信息规范（IBIS）模型导入到常用的EDA信号集成工具中。IBIS模型根据设计中每个管脚的I/O标准设置来定制，简化第三方工具的分析。第三届程序设计及应用大赛CDMA语音通话系统设计代品宣3/615.0版以上支持双核CPU的嵌入。目前最高版本为12.0Altera公司每出一个新版本都会缩短其编译速度。因为它的编译速度实在是很慢。内核,就是指软核（可以由使用者根据自己的需要定制相应的功能）可以用NIOSII实现。2、CDMA系统基本原理及IS-95标准2.1CDMA通信系统简介随着移动通信市场经历了第一代模拟技术的移动通信业务和第二代数字技术的移动通信业务，第三代移动通信系统（也称3G）也被引入日程中。在第三代移动通信的主要技术体制中，WCDMA-FDD/TDD（现称高码片速率TDD）和TD-SCDMA（融和后现称低码片速率TDD）都是由1998年12月成立的3GPP（第三代伙伴项目）进行开发和维护的规范，这些技术都是以CDMA技术为核心的。CDMA是码分多址（CodeDivisionMultipleAccess）的英文缩写，它是在数字技术的分支--扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。CDMA允许所有使用者同时使用全部频带(1.2288Mhz)，由于其使用了扩频技术，可以将其他使用者发出讯号视为杂讯，完全不必考虑到讯号碰撞(collision)问题。CDMA中所提供语音编码技术，通话品质比目前GSM好，且可把用户对话时周围环境噪音降低，使通话更清晰。就安全性能而言，CDMA不但有良好的认证体制，更因其传输特性，用码来区分用户，防止被人盗听的能力大大增强。WidebandCDMA(WCDMA)宽带码分多址传输技术，为IMT-2000的重要基础技术，将是第三代数字无线通信系统标准之一。CDMA通信系统采用先进的扩频技术，实现了码分多址的应用系统。当前商用CDMA系统空中接口标准为IS-95，提供1.2288Mhz的无线载频间隔；为防止干扰，不同的用户分配不同的无线信道（频率）或同一信道内的不同码；相同的无线信道能在相邻小区或扇面使用；每扇面的话务容量为软容量，不受频率或收发信机数量的严格限制。CDMA系统能够使移动台同时与两个或多个基站通信以实现小区间无缝切换，话音信道为先接后断，大大减少了掉话率。只有Lucent真正做到交换机之间，交换机之内所有基站实现全程软切换。CDMA保持设定的话音质量，误帧率，同时获得最大频谱效率手段。设定和控制反向Eb/No以控制误帧数量；尽量减低手机发射功率（反向）；尽量减低基站发射功率（前向）；提供方法使运营者可以平衡系统容量与话音质量的需要。CDMA蜂窝通信所具有的优势①系统容量大理论上，在使用相同频率资源的情况下，CDMA移动网比模拟网容量大20倍，实际使用中比模拟网大10倍，比GSM要大4-5倍。②系统容量的配置灵活在CDMA系统中，用户数的增加相当于背景噪声的增加，造成话音质量的下降。但第三届程序设计及应用大赛CDMA语音通话系统设计代品宣4/61对用户数并无限制，操作者可在容量和话音质量之间折衷考虑。另外，多小区之间可根据话务量和干扰情况自动均衡。③频率规划简单用户按不同的序列码区分，所以，相同CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。④建网成本低CDMA系统有着容量大、工作频点较GSM低，因此，在CDMA规划中，CDMA的站间距一般较GSM稀疏。因此可以更好的节约建网成本。⑤网络绿色环保CDMA手机是GSM手机平均发射功率的2/125，CDMA手机更加绿色环保。⑥低功率谱密度由于CDMA的关键技术为扩频技术，所以它的功率谱被扩展的很宽，从而功率很低，好处有二：1防止其它信道的干扰；2防止干扰其它信道。CDMA通信系统扩频技术的特点采用了多种分集方式。除了传统的空间分集外。由于是宽带传输起到了频率分集的作用，同时在基站和移动台采用了RAKE接收机技术，相当于时间分集的作用。A.采用了话音激活技术和扇区化技术。因为CDMA系统的容量直接与所受的干扰有关，采用话音激活和扇区化技术可以减少干扰，可以使整个系统的容量增大。采用了移动台辅助的软切换。B.通过它可以实现无缝切换，保证了通话的连续性，减少了掉话的可能性。处于切换区域的移动台通过分集接收多个基站的信号，可以减低自身的发射功率，从而减少了对周围基站的干扰，这样有利于提高反向联路的容量和覆盖范围。C.采用了功率控制技术，这样降低了平准发射功率。D.具有