卷积码在CDMA系统中的应用对于提高通信质量和抗干扰能力具有重要意义。CDMA（码分多址）技术因其大容量特性在无线多媒体系统中占据重要地位，但无线信道的多径传播和随机衰落可能导致通信错误。为了解决这些问题，引入了卷积编码作为提高服务质量（QoS）的有效手段。 卷积码是一种特殊的前向纠错编码，它通过连续的输入比特生成较长的编码序列，从而增加信息的冗余度，提高抗噪声能力。在IS-95 CDMA系统中，前向链路数据信道采用码率为1/2，约束长度为9的卷积码，而反向链路业务信道则使用码率为1/3，同样约束长度为9的卷积码。这种编码方式可以显著改善信道条件差时的通信性能。 维特比译码算法是卷积码常用的高效解码方法。它基于网格图，通过最大似然准则寻找最有可能的码字路径。在算法中，每个节点分配一个状态值，通过比较不同路径的可能性来确定最佳路径。维特比译码分为硬判决和软判决两种方式。硬判决仅根据信号幅度的两个可能状态（通常为二进制0和1）进行判决，而软判决则利用多电平信号，包含更多关于信号强度的信息，因此通常表现出更好的性能。 误码率是衡量编码性能的关键指标。在硬判决情况下，误码率由传输函数和二元对称信道出错概率决定。而在软判决中，误码率表达式考虑了信噪比（Eb/N0）的影响，通常表现为较低的误码率。通过模拟程序和理论分析，可以得到误比特率与信噪比的关系曲线，进一步评估卷积码在硬判决和软判决下的性能差异。研究表明，软判决通常比硬判决提供2~3dB的增益，尤其是在AWGN（加性高斯白噪声）信道中，卷积码的优势更为明显。 当AWGN信道的信噪比超过-1dB时，使用卷积码并采用硬判决译码的系统性能优于未使用卷积码的情况。然而，在存在多径效应的环境中，接收信号受到多个路径的延迟和衰减，导致总的信噪比受到影响，这时计算系统的误比特率需要考虑多径因素。 综上所述，CDMA系统中的卷积码通过提供纠错能力，提升了在恶劣信道条件下的通信可靠性。维特比译码算法，特别是软判决方式，为改善误码率提供了有效手段。结合模拟仿真和理论分析，我们可以深入理解卷积码在实际系统中的性能表现，并据此优化通信设计。

前言 北美第一个数字蜂窝标准于1989 年推出，这一标准是以TDMA 技术为基础的。随后，Qualconnn 公司于1990 年提出了基于CDMA 技术的扩谱数字蜂窝系统。这一标准于1993 年成为第二个北美数字蜂窝标准，即IS- 95 标准。随着这一标准的发布，越来越多的人对IS - 95CDMA 蜂窝系统的设计、实现及与此技术有关的个人通信系统(例如， JSTD- 008标准)产生了浓厚的兴趣。编写本书的目的之一是为有兴趣从事此方面研究的人员提供技术基础。IS- 95 CDMA 系统是扩谱系统，并用了许多成熟的现代通信和信息处理技术。本书的主要目标是以手册的形式从最基础的层次对IS-95 通信系统所用的技术进行解释。为了加强本书的完整性，我们在开始部分提供了系统分析所需的工具，这有助于读者学习后面各章的内容。另外，为了使读者对所涉及的课题有清晰深入的理解，我们提出了许多问题并给出了相应的解答。 同时，为了使读者把注意力放在主要的讨论过程上，所涉及的数学推导将在每一章的附录中给出。本书的资料来源于第一作者自1993 年起在韩国和美国的技术课程，最初的题目为“CDMA蜂窝系统设计的技术基础”。在韩国，作者以CDMA 为主题对不同的组织机构的演讲超过了1100小时。这些组织机构主要有：电子与通信研究所(Electronics and Telecommunications Research Institute，ETRI)，大韩移动通信公司研究中心(the Center Research Center of Korea Mobile Telecommunication Corporation-一现为SK 电信) ，新世纪电信公司(Shinsegi Telecommunications ,Inc. ，STI，汉城通信技术公司(Seoul Communication Technology Co. ， SCT) ，现代电子工业有限公司(Hyundai Electronics Industries Co., Ltd., HEI)，汉韶个人通信系统(Hansol PCS) ，以及大韩无线公司。Korea Radio Tower, Inc-一-KRT)o 1997 年10 月，在汉城举行的第二届CDMA 国际通信会议上，又给出了此主题的专题讲座。作者根据在工业机构中培训工程技术人员的教学经验，确定了本书的风格和写作方式。本书分为11 章，下面对主要内容进行介绍。 第1 章，系统分析的基础知识。首先对扩谱(SS) 和CDMA 系统的基本概念进行了综述。 为了便于其他各章的学习，还介绍了有关系统分析方面的知识，主要包括抽样理论、扩谱波形理论和用于系统分析的概率基础理论。 第2 章，移动环境下的电波传播。概括介绍无线信号传播损耗模型和移动元线信道模型， 并给出在蜂窝系统设计中应用这些模型的方法。在此章中，作者给出工程技术人员如何应用 这些模型进行蜂窝系统的设计，以及在不同的条件下如何选择具体模型的详细材料。 第3 章，蜂窝系统工程基础。对有关话务理论、常规蜂窝系统结构和蜂窝工程方案的基础知识进行解释。在工程界，数学公式和图表中所隐含的物理意义对工程技术人员是非常重要的，因此在给出这些公式和图表时，我们力求完整、严格、准确，以使读者能按照自己的方式理解"蜂窝"概念。 第4 章，IS-95 标准概述。系统总结CDMA 公共无线空中接口的主要特征，并在附录中有选择地讨论其他几方面的内容。通过对数百页文件的提炼，对系统设计及设计思想进行总结。同时，本章还对交织技术、散列函数等IS-95 文件中所不包含的内容进行详细解释。 第5 章，沃尔什函数和循环冗余校验(CRC) 编码。从理论和应用两个方面对沃尔什函数进行深入的讨论。在IS-95 标准中，沃尔什函数应用于前向链路和反向链路中的正交调制过本章给出沃尔什函数、哈达玛函数和莱德马契函数的关系，并且介绍产生和解调沃尔什函数的几种方法。本书用大量的篇幅对沃尔什函数进行介绍，主要目的是为了加深读者对它在IS-95 CDMA 中应用的理解。另外，由于IS- 95 系统中应用CRC 技术对错误的帧进行检测，因此本章也用一定的篇幅对此方面的内容进行介绍。 第6 章，伪噪声(PN)序列理论及应用。首先对应用于IS -95 的PN 序列发生器数学模型进行描述。并进一步给出"模板"矢量的推导方法:这种"模板"矢量广泛应用于系统中，用来把PN 码的不同移位分配给基站、把PN 码的不同起始位置分配给移动用户。同时讨论了PN 波形的相关特性和谱特性，以加深对下面章节介绍的跟踪技术的理解。 第7章，因95 扩谱信号的调制与解调。给出前向链路和反向链路调制信号的性能分析。应用于IS-95 中的QPSK 扩谱调制的性能要优于BFSK 调制的性能，本章对这一结论进行深入分析。同时，本章对PN 码的捕获和跟踪原理进行解释，并且定量分析成形和未成形PN 码对系统性能的影响。 第8章，卷积码及其在IS-95 中的应用。首先介绍卷积码的理论和应用，然后进一步讨论卷积码在CDMA 蜂窝系统中的应用。本章在理论上对应用于IS - 95 的卷积码进行评价。 第9章，分集技术和瑞克处理。首先介绍一般的分集技术，例如，选择性分集、等增益分集、最大比合并。然后解释最初的瑞克概念，并介绍瑞克概念在IS-95 系统中的应用。 第10 章， CDMA 蜂窝系统设计和厄兰容量。首先详细论证CDMA 蜂窝系统前向链路和反向链路的功率裕量，全面讨论影响系统运行的信号和干扰参数，例如，载荷。然后描述确定CDMA 小区尺寸和平衡前向及反向链路覆盖区域的方法，并且总结CDMA 软越区对链路可靠性的影响。本章还根据厄兰容量评估CDMA 系统的特性，同时给出分析系统覆盖区域的方法。 第11章， CDMA 最优化问题。介绍如何根据选择基站的PN 码偏移和分配给前向链路的功率进行参数控制，使系统性能达到最优化。本章推导了前向链路可达到的衰落容限和系统参数的函数关系，介绍了关于前向链路和反向链路"容量平衡"的新概念。最后讨论了信令信道的动态前向功率分配的实现方式和闭环前向业务信道功率控制。

对于矿井巷道时频编码协作MC-CDMA上行传输,为使基站能准确恢复各用户发送的信息,需要获得基站与各用户之间准确的信道信息。为此,提出了一种基于DFT的矿井巷道时频编码协作MC-CDMA上行多用户信道估计算法,对用户每个MC-CDMA子载波对应的信道增益进行估计。算法通过为每个用户分配同一频域导频序列的不同时延副本作为导频信号,实现了区分不同用户时域冲激响应的目的。进而通过DFT运算,得到了各子载波上每个用户对应的信道增益。所提出的算法在充分利用有限导频资源的同时,还能避免复杂的矩阵运算。此外,还通过为每个用户的时域冲激响应选取有效径,忽略那些包含噪声成分大于信道响应成分的无效径,优化了所提出的信道估计算法,实现了提高信道估计准确性的目的。仿真结果表明,采用所提出的基于DFT的矿井巷道时频编码协作MC-CDMA上行信道估计算法,系统的误码率性能明显优于采用LS信道估计算法的误码率性能,接近采用ML信道估计算法的误码率性能。

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