張明強(qiáng)，廖劍雄，仇紅燕，吳金峰

（中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司，庫爾勒 841000）

1 引言

本文所設(shè)計(jì)的CDMA信號(hào)發(fā)生器為某射頻信號(hào)源中的一部分電路。該信號(hào)源利用頻率范圍在250～4000MHz的兩路相互正交的射頻信號(hào)作為載波信號(hào)，用兩個(gè)獨(dú)立的、帶寬受限的基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行QPSK調(diào)制，輸出即為射頻信號(hào)源的輸出信號(hào)。之所以選用CDMA信號(hào)作為射頻信號(hào)源的基帶信號(hào)，是因?yàn)镃DMA信號(hào)是偽隨機(jī)序列，互相關(guān)接近于零，具有很好的獨(dú)立性，而且頻譜非常寬，經(jīng)濾波后可限制在一定頻譜范圍內(nèi)。因此CDMA信號(hào)完全符合該射頻信號(hào)源對(duì)基帶信號(hào)的要求。本文采用基于IS-95標(biāo)準(zhǔn)的CDMA信號(hào)，且以前向鏈路為主。另外，CDMA信號(hào)在此處是作為基帶信號(hào)而不是真正的通訊信號(hào)，因此沒有語音、抗衰落、網(wǎng)絡(luò)等通信技術(shù)方面的指標(biāo)要求。

2 基本理論

IS-95A標(biāo)準(zhǔn)的全稱是“雙模式寬帶擴(kuò)譜蜂窩系統(tǒng)的移動(dòng)臺(tái)-基站兼容標(biāo)準(zhǔn)”。IS-95標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上是一個(gè)公共空中接口（CAI），沒有規(guī)定一個(gè)系統(tǒng)怎樣實(shí)現(xiàn)，只是提出了信令協(xié)議和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與限制。

IS-95系統(tǒng)的前向鏈路信道組成最多可以有64條同時(shí)傳輸?shù)男诺?，每條信道有不同的功能，它們以正交形式復(fù)用同一個(gè)射頻載波。其中一條信道是大功率連續(xù)發(fā)送的導(dǎo)頻信號(hào)，它為信息調(diào)制后的載波接收提供相干的參考相位。另一條信道是連續(xù)發(fā)送的同步信道，它將系統(tǒng)信息傳送給小區(qū)里的所有用戶。尋呼信道至多可以有7條，功能是向小區(qū)內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)發(fā)送呼入信號(hào)以及向單個(gè)移動(dòng)臺(tái)傳送信道分配和其它信令消息。其余的信道就用做業(yè)務(wù)信道，每一路都可以給單個(gè)的移動(dòng)用戶傳送語音或數(shù)據(jù)。

首先將前向鏈路各信道的數(shù)據(jù)編組，放進(jìn)20ms的幀中，進(jìn)行卷積編碼。再進(jìn)行碼元重復(fù)，以調(diào)整數(shù)據(jù)速率。然后交織，以減少連續(xù)比特錯(cuò)誤。尋呼信道和業(yè)務(wù)信道的數(shù)據(jù)還要用一個(gè)事先分配好相位偏置的長PN碼進(jìn)行加擾，即對(duì)信號(hào)加密。

再用不同沃爾什序列對(duì)已處理過的信號(hào)進(jìn)行正交擴(kuò)展，以區(qū)分不同信道。IS-95標(biāo)準(zhǔn)將W0分配給導(dǎo)頻信道，W32分配給同步信道，W1到W7分配給尋呼信道，其余的Wi分配給業(yè)務(wù)信道。每個(gè)信道的基帶數(shù)據(jù)流和沃爾什序列相乘后進(jìn)行合并，形成了復(fù)用數(shù)據(jù)流。

復(fù)用數(shù)據(jù)流分成I、Q兩路，用短PN碼序列調(diào)制進(jìn)行四相擴(kuò)展，形成已擴(kuò)譜的基帶信號(hào)。短PN碼是由15階線性反饋移位寄存器（LFSR）來產(chǎn)生的，有512種可能的相位偏置，用于區(qū)分不同的基站。IS-95系統(tǒng)給正交兩路的數(shù)據(jù)是一樣的，這樣不受瞬時(shí)多址干擾的影響。

最后，用FIR基帶濾波器對(duì)數(shù)字基帶波形進(jìn)行脈沖成型，以控制發(fā)射頻譜的形狀。其輸出即為CDMA基帶信號(hào)。

3 設(shè)計(jì)流程

圖1 設(shè)計(jì)流程

設(shè)計(jì)流程如圖1所示。數(shù)據(jù)源以幀為單位輸出信息，經(jīng)卷積編碼器、重復(fù)器、交織器、擾碼器處理，形成未擴(kuò)譜信號(hào)；再依次進(jìn)行Walsh擴(kuò)譜、PN序列調(diào)制，形成擴(kuò)譜信號(hào)；最后經(jīng)過基帶濾波器，輸出的就是CDMA基帶信號(hào)。

4 設(shè)計(jì)結(jié)果

CDMA信號(hào)發(fā)生器模塊總圖如圖2所示。

圖2 CDMA信號(hào)發(fā)生器

數(shù)據(jù)源（Date Source）模塊包括兩部分，一部分用來確定基站發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)速率（Data Rate），也即初始源數(shù)據(jù)的速率，共有4種；另一部分為隨機(jī)二進(jìn)制幀發(fā)生器，生成以幀為單位的隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)，作為源數(shù)據(jù)（Raw Data）。

擾碼（Scramble）模塊主要包括：一個(gè)長碼發(fā)生器，用于生成長PN序列；一個(gè)隨機(jī)功率比特發(fā)生器，用于生成功率控制比特；一個(gè)擾碼器，用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行加擾，并插入功率控制比特位。

Walsh擴(kuò)譜（Walsh Spread）模塊中，由Walsh碼發(fā)生器生成一個(gè)Walsh序列，與輸入信號(hào)相乘，即完成Walsh擴(kuò)譜。

PN序列調(diào)制（PN Modulate）模塊中，由短碼發(fā)生器生成I、Q兩路短PN序列，經(jīng)實(shí)虛部復(fù)合器合成一路，與輸入信號(hào)相乘，完成PN序列調(diào)制即四相擴(kuò)展。由于I、Q兩支路序列相互正交，因此由復(fù)合器合成一路并不影響其各自的作用。

基帶濾波器（Base-band Filter）模塊采用多項(xiàng)迭代結(jié)構(gòu)，長度是12個(gè)PN碼片周期，系數(shù)間距和采樣時(shí)間為一個(gè)PN碼片周期的1/8。此外，濾波器還引入48個(gè)采樣延遲。

逆緩沖I、Q支路（Unbuffer I&Q）模塊中，逆緩沖器將輸入的已擴(kuò)譜信號(hào)按幀變?yōu)闃?biāo)量采樣，并以更高的采樣速率輸出；逆復(fù)合器將復(fù)合信號(hào)重新分成I、Q兩支路信號(hào)；輸出即為I信道及Q信道已擴(kuò)譜信號(hào)。

頻譜儀（Spectrum Scope）模塊中，輸入信號(hào)若不是按幀輸入，應(yīng)先由可選緩沖器緩沖，將標(biāo)量采樣變?yōu)楦偷牟蓸铀俾什磶敵?；先轉(zhuǎn)換為雙極性，再計(jì)算輸入信號(hào)的短時(shí)付立葉變換，按采樣輸出；最后利用幀顯示儀就可以顯示出輸入信號(hào)的頻譜圖。

頻域測量結(jié)果如圖3所示，圖3（a）是未擴(kuò)譜信號(hào)的頻譜圖，可以看出該信號(hào)的頻譜非常窄。未擴(kuò)譜信號(hào)經(jīng)Walsh序列正交擴(kuò)譜、PN序列四相擴(kuò)展，形成已擴(kuò)譜信號(hào)，如圖3（b）所示。此時(shí)信號(hào)的頻譜已經(jīng)被擴(kuò)散到很寬的頻帶范圍內(nèi)，相對(duì)而言，其功率譜密度也隨之降低，頻譜圖“類似于噪聲”，說明已擴(kuò)譜信號(hào)是一個(gè)偽隨機(jī)信號(hào)，具有很好的隱蔽性和保密性。圖3（c）所示為擴(kuò)譜信號(hào)經(jīng)基帶濾波器濾波、成形后輸出的CDMA基帶信號(hào)，由圖中可以看出此時(shí)的信號(hào)頻譜已被展寬并且限制在一定的頻帶范圍內(nèi)。說明輸出的CDMA信號(hào)是一個(gè)帶寬受限的基帶信號(hào)，已符合設(shè)計(jì)要求。

圖3 頻域測量結(jié)果

5 結(jié)束語

本文利用MATLAB軟件仿真，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了CDMA信號(hào)發(fā)生器，信號(hào)的頻譜完全符合設(shè)計(jì)要求。后續(xù)工作是如何將這些MATLAB程序轉(zhuǎn)換為DSP硬件語言并投片生產(chǎn)。為減輕后續(xù)工作量和工作難度，本文的各模塊設(shè)計(jì)還有待于進(jìn)一步精簡、優(yōu)化。