移动通信课程设计——帧同步提取

课程设计报告

课题名称帧同步提取

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姓名

指导教师

定稿日期： 2014 年 06月13 日

目录

摘要 (1)

一、前言 (2)

1.1 CDMA帧同步背景 (2)

二、帧同步提取基本原理 (3)

2.1 CDMA含义 (3)

2.2基本原理 (3)

2.2.1发端用户数据成帧 (3)

2.2.2 收端帧同步提取 (3)

三、帧同步提取设计 (6)

3.1课程设计分析 (6)

3.2帧同步提取测试设计步骤 (7)

3.2.1实验箱设置 (7)

3.2.2“发端数据成帧”测量步骤 (7)

3.3单片机程序流程图如下 (9)

四、帧同步提取测试结果 (10)

4.1课程设计实物链接图 (10)

4.2“发端数据成帧”实验过程 (10)

4.3实测收端帧同步误码： (11)

五、课设总结 (12)

参考文献 (13)

附录（源程序） (14)

摘要

在当今这个信息高速发展的时代，移动通信已经成为生活中不可或缺的一部分。在移动环境下点对点的传输问题已经得到解决，那么对于给定资源应该采用什么多址技术使得有限的资源能传输更大容量的信息？移动通信系统的发展经历了第一代模拟移动通信系统、第二代数字移动通信系统和第三代移动通信系统（IMT-2000）。第一代移动通信系统包括AMPS、TACS和NMT等体制。第二代数字移动通信系统包括GSM、IS-136(DAMPS)、PDC、IS-95等体制。一个典型的数字蜂窝移动通信系统包括：移动台（MS）、基站分系统（BSS）、移动交换中心（MSC）、原籍（归属）位置寄存器（HLR）、访问位置寄存器(VLR)、设备标识寄存器（EIR）、认证中心（AUC）和操作维护中心（OMC）。而这其中，多址技术便主要解决众多用户如何高效共享给定频谱资源的问题。常规的多址方式有三种：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。数字通信时，一般总是以一定数目的码元组成一个个的“字”或“句”，即组成一个个的“群”进行传输，因此群同步信号的频率很容易由位同步信号经分频而得出，但是每群的开头和末尾时刻却无法由分频器的输出决定。群同步的任务就是要给出这个“开头”和“末尾”的时刻。群同步有时也称为帧同步。本次课程设计主要研究帧同步的提取及实现方法。

关键词：CDMA 帧同步移动通信

一、前言

1.1 CDMA帧同步背景

码分多址(Code Division Multiplexing Access，CDMA)为第三代移动通信技术的核心，它作为一种扩频技术，将信息比特扩展到比基带信号宽得多的频谱上传输，使信号传输带宽大于相关带宽，避免了在深度衰落情况下整个信号几乎完全损失的情况，但应用于高速数据传输时码间串扰变得十分严重。多载波传输的正交频分复用( Orthogonal Frequency Division Multiplexing，O FDM)是可以直接利用离散里叶变换( DFT) 实现的一种多载波调制并行传输技术，它将高速数据分解调制到多个相互交叠又相互正交的并行子信道中传输，使每个子信道上的码元宽度大于扩展延时，若在码元间增加一定的保护间隔，则多径传输引起的码间串扰基本上消除。因此随着OFDM和CDMA技术向高速率发展，人们提出了把OFDM 与CDMA结合起来的方案。多载波CDMA(MC-CDMA)可以充分利用CDMA技术和OFDM技术各有的利弊，取长补短，以求达到更好的通信传输效果。MC-CDMA系统由于利用多个载波传输数据，相邻载波的间隔非常小，它对系统的频率偏移和定时偏移非常敏感，这会引起码元间干扰、子载波间干扰和多用户间干扰。因此如何准确地实现载波、采样时钟和定时同步是MC-CDMA系统中的一个极为关键的技术问题。由于数字通信系统传输的是一个接一个按节拍传送的数字信号单元,即码元,因而在接收端必须按与发送端相同的节拍进行接收,否则,会因收发节拍不一致而导致接收性能变差.此外,为了表述消息的内容,基带信号都是按消息内容进行编组的,因此,编组的规律在收发之间也必须一致.在数字通信中,称节拍一致为"位同步",称编组一致为"帧同步".在时分复用通信体统中,为了正确地传输信息,必须在信息码流中插入一定数量的帧同步码，目前,一种常用的帧同步码组是巴克码。

本次课程设计的目的是了解数字移动通信系统，包括CDMA移动通信系统收端帧同步提取原理及实现方法，设计、开发帧同步提取CPU2（89S52）单片机程序，增强研究问题解决问题的动手能力。在CDMA移动通信实验箱上开发收端帧同步提取CPU2(89S52)单片机程序，或用C语言编程实现单片机的应有功能。

本次课程设计的要求如下：

1. 发端由信源开始顺着信号处理的流向用示波器观测各电路模块输入/输出数据，了解成帧过程及原理。

2. 观测收端有关信号，了解帧同步提取过程及原理。

3. 通过完成课程设计，给出所开发的CPU2帧同步提取单片机程序及其实测运行效果和性能指标。总结单片机程序设计及调试的体会。由课程设计的实验结果，详述帧同步提取原理。说明帧同步为什么不能象信码一样釆用信道编码来抗干扰？实际釆用了另外哪些抗干扰措施？

二、帧同步提取基本原理

2.1 CDMA含义

CDMA（码分多址）是指一种扩频多址数字式通信技术，通过独特的代码序列建立信道，可用于二代和三代无线通信中的任何一种协议，它是以扩频信号为基础的，利用不同码型实现不同用户的信息传输。扩频信号是一种经过伪随机序列调制的宽带信号，其带宽信号通常比原始信号带宽高出几个量级。常用的扩频信号有两类：跳频信号和直接序列扩频信号（简称直扩信号），因而对应的多址方式为跳频码分多址（FH-CDMA）和直扩码分多址（DS-CDMA）。CDMA是CDMA无线接入台一种多路方式，多路信号只占用一条信道，极大提高带宽使用率，应用于800MHz和1.9GHz的超高频（UHF)移动电话系统。CDMA使用带扩频技术的模-数转换输入音频首先数字化为二进制元，传输信号频率按指定类型编码，由于有无数种频率顺序编码，因此很难出现重复，增强了保密性。CDMA通道宽度名义上1.23MHz，网络中使用软切换方案，尽量减少手机通话中信号中断。数字和扩频技术的结合应用使得单位带宽信号数量比模拟方式下成倍增加，CDMA与其他蜂窝技术兼容，实现全国漫游。最初的CMDAOne标准只提供单通道14.4Kbps和八通道115Kbps的传输速度。现CDMA2000和宽带CDMA速度已经成倍提高。

2.2基本原理

2.2.1发端用户数据成帧

以BS1的用户1数据为例将有关部分画出，如图2-1所示。

1.425kb/s

2.85kb/s 2.85kb/s

图2-1 BS1发端用户1数据成帧

BS1用户1数据（信码）D1用7位并行拨码开关人工设置（D2、D3、D4还可选用内部电路产生的随机并行数据）。7位并行数据首先由“并/串变换”电路变成串行数据，然后在最后加入1位为0的尾比特，共8位形成一帧数据D1，码速率为1.425kb/s。尾比特的加入是为了完成其后一帧数据独立的卷积编码，使相邻帧数据之间无约束关系。D1送入（2，1，2）卷积编码器进行卷积纠错编码，输出D l er，每帧数据加倍成为2×8=16位，码速率也由1.425kb/s加倍成为2.85kb/s。每帧16位有效数据送入“成帧”电路，在前面预留的时隙中插入8位帧同步（帧同步码由7位巴克码前面加上1位0而组成，为01110010），形成完整一帧数据D l fr共24位，完成用户数据的成帧处理。

2.2.2 收端帧同步提取

收端帧同步提取及纠错解码由单片机CPU2实现，现将有关部分画出，如图2-2所示。在提取帧同步前，收端已完成PN码同步及解扩（去扰）、载波解调及Walsh码相关检测，输出信码Drxs及同步时钟CP b。以接收BS1的用户1数椐为例，在无误码时，Drxs=D l xs；在无误码并且无分组交织/去交织时，Drxs=Drfr=D l fr。