1、畢畢 業業 設設 計計 設計題目：基于設計題目：基于 simulink 的的碼碼分分多多址址系系統統仿仿真真 姓 名 學 院 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院 專 業 信息工程信息工程 年 級 學 號 指導教師 獨 創 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業論文(設計)，是本人在指導老師的指導 下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產權爭議。盡我所 知，除文中已經注明引用的內容外，本論文（設計）不含任何其他個人或 集體已經發表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和 集體均已在文中以明確方式標明。 此聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名: 二 年 月 日 畢業論文（設

2、計）使用授權聲明 本人完全了解魯東大學關于收集、保存、使用畢業論文（設計）的規 定。 本人愿意按照學校要求提交論文（設計）的印刷本和電子版，同意學 校保存論文（設計）的印刷本和電子版，或采用影印、數字化或其它復制 手段保存論文（設計） ；同意學校在不以營利為目的的前提下，建立目錄 檢索與閱覽服務系統，公布論文（設計）的部分或全部內容，允許他人依 法合理使用。 （保密論文在解密后遵守此規定） 論文作者（簽名）： 二 年 月 日 畢業設計選題報告畢業設計選題報告 姓名 性別女學院 計算機科學 與技術學院 年級2004 級 學 號 設計題目基于 simulink 的碼分多址系統仿真 課題來源教學 課

3、題類別應用研究 選做本課題的原因及條件分析： 碼分多址技術，是近年來在數字移動通信進程中出現的一種先進的無線擴頻通 信技術，它能夠滿足市場對移動通信容量和品質的高要求，具有頻譜利用率高、話 音質量好、保密性強、掉話率低、電磁輻射小、容量大、覆蓋廣等優點，可以大量 減少投資和降低運營成本，顯示出強大的生命力，成為第三代移動通信的核心技術。 數字化的信息使用 cdma 技術進行編碼和解碼，可以大大提高對無線信道的利用 率，增強抗干擾能力。matlab 中的 simulink 就是大量計算機仿真軟件中的優 秀代表，它在科學研究特別是電子信息科學、通信系統中有著極為廣泛的應用。 指導教師意見： 碼分多

4、址是在擴頻通信技術上發展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術，其 主要特點是保密性好，抗干擾能力強，在戰爭期間廣泛應用于軍事抗干擾通信，后 來由美國高通公司更新成為商用蜂窩電信技術，現已成為第三代移動通信的核心技 術。用 simulink 對碼分多址系統基本原理進行仿真難度適中，同意選題。 簽名： 年 月 日 學院畢業論文（設計）領導小組意見： （公章） 年 月 日 畢業設計任務下達書畢業設計任務下達書 學院 計算機科學與技術學院 專業 信息工程 學號 042210239 姓名 現將畢業設計任務下達書發給你。畢業設計任務下達書內容如下： 一、畢業設計題目 基于 simulink 的碼分多址系統仿

5、真 二、主要內容 對此系統進行合理的分析和采集數據設置參數后，確定系統仿真模型。系統設計 開發采用 simulink 軟件平臺，完整地實現仿真過程，并得出仿真結果，分析誤碼性 能。 三、具體要求 本次設計是基于 matlab 仿真工具箱的 simulink 動態仿真環境實現碼分多址 系統的系統仿真。利用 simulink，結合使用通信原理，碼分多址，擴頻通信，分集 方式，功率控制等技術的工作原理及特點，實現一個基于 simulink 的碼分多址仿真 模型。仿真主要完成制定目標，描述系統并列出假設列表 ，收集數據和信息并設置參 數，建立仿真模型，檢驗模型，運行模型，分析誤碼性能等步驟。其中，收集

6、信息設 置參數，建立仿真模型，分析誤碼性能等為系統的重要步驟。 四、主要參考文獻 1李賀冰等. simulink 通信仿真教程m. 北京: 國防工業出版社，2006. 5 2李建新等. 現代通信系統分析與仿真：matlab 通信工具箱m. 西安: 西安電子科技 大學出版社, 2000.1 3竇中兆、雷湘. cdma 無線通信原理m. 北京:清華大學出版社，2004.2 五、進程安排 階段起止日期主 要 內 容 準備開題階段2008.1.182008.3.3 根據選題，搜集材料，學習相關理論知 識 設計實現階段2008.3.42008.5.20完成系統整體設計及構建仿真模型 說明書完成階段200

7、8.5.212008.6.10實現仿真模型并運行，撰寫說明書 答辯階段2008.6.112008.6.15修改完善設計，準備答辯 六、本畢業設計任務下達書于 2008 年 1 月 18 日發出。畢業設計應于 2008 年 6 月 10 日前完成后交指導教師，由指導教師評閱后提交畢業論文（設計）答辯委員會。 七、畢業設計任務下達書一式兩份，一份給學生，一份留學院存檔。 指導教師： 簽發于 年 月 日 分管院長： 簽發于 年 月 日 畢業設計開題報告畢業設計開題報告 姓 名 性 別 女 學 院 計算機科學 與技術學院 年 級 2004級 學 號 042210239 預計完 成時間 2008.6.1

8、0 設計題目 基于 simulink 的碼分多址系統仿真 課題來源教學課題類別應用研究指導教師 畢業設計實施方案： 本系統仿真主要包括問題定義，制定目標，描述系統并列出假設列表，收集數據 和信息并設置參數，建立仿真模型，校驗和確認模型，運行模型，分析性能等步驟。 具體實施方案如下： 第一階段：學習擴頻通信，碼分多址，simulink 系統仿真等基礎知識。 第二階段：系統規劃，設計步驟。 第三階段：實現各個步驟，建立仿真模型并運行。 第四階段：分析模型誤碼性能。 設計主要內容（提綱）： 根據碼分多址基礎原理擴頻通信，通過對碼分多址系統的仿真，以 matlab 作 為平臺，采用 simulink

9、等工具建立擴頻通信仿真模型，運行模型，通過分析多址干 擾時的誤碼率仿真曲線, 選擇合理的系統配置和參數設置，降低誤碼率，分析其性能。 指導教師意見： 閱讀了相關文獻，對課題有了初步認識，基本掌握碼分多址系統的基本原理，熟 悉 simulink 仿真平臺，初步建立了仿真模型，并對模型部分子模塊運行，制定了較 為可行的實施方案，同意開題。 簽名： 年 月 日 （簽章） 年 月 日 學院畢業論文（設計）領導小組意見： （公章） 年 月 （簽章） 年 月 日 畢業設計結題報告畢業設計結題報告 姓名性別女學院 計算機科學 與技術學院 年級2004 級學號 042210239 設計題目基于 simulin

10、k 的碼分多址系統仿真 課題來源教學課題類別應用研究指導教師 本課題完成情況介紹（包括研究過程、實驗過程、結果分析、存在的問題及應用情況 等。） 本課題是基于 matlab6.5 通信工具箱 simulink 仿真，根據 m 序列擴頻原理和 碼分多址通信系統框圖，構出碼分多址通信系統仿真模型，改變參數設置分別得到系 統誤碼率和信道信噪比、m 序列頻譜之間的關系。最后分析多址干擾獨立加入噪聲時 對誤碼率的影響。通過對碼分多址通信系統的建模和仿真，可以得到和誤碼率相關的 因素，并通過選擇合理的參數設置，降低誤碼率。 但本仿真模型對實際 cdma 通信系統進行了簡化，只有一套解擴設備，省略了不 同碼

11、字的比較判決過程。此外也只考慮 awgn 噪聲，而忽略了其它噪聲對系統的影響。 指導教師意見： 論文首先對碼分多址理論做了系統全面地介紹，然后基于 matlab6.5 仿真工具 箱 simulink，根據 m 序列擴頻原理及通信系統框圖建立碼分多址通信系統仿真模型， 并對各子模塊進行介紹。分析了信道中噪聲和多址干擾對系統誤碼率的影響。較好完 成任務，同意結題。 簽名： 年 月 日 學院畢業論文（設計）領導小組意見： （公章） 年 月 日 設計 成績 畢業設計成績評定表畢業設計成績評定表 學院：計算機科學與技術學院 學號：042210239 姓 名設計總成績 設計題目 基于 simulink 的

12、碼分多址系統仿真 論文對碼分多址通信基本原理做了詳細介紹，在分析了碼分多址通信系 統的原理框圖的基礎上，建立了碼分多址系統的 simulink 仿真模型，系 統整體結構設計完善，運行良好，較好完成任務書規定的工作量。設計說明 書撰寫認真，結構合理，表達通順，符合規范化要求，同意答辯。 指 導 教 師 評 語 評定成績： 簽名： 年 月 日 評 閱 人 評 語 評定成績： 簽名： 年 月 日 答 辯 小 組 評 語答辯成績： 組長簽名： 年 月 日 注：1、論文（設計）總成績=指導教師評定成績（50%）+評閱人評定成績（20%） +答辯成績（30%） 2、將總成績由百分制轉換為五級制，填入本表相

13、應位置。 目 錄 1 前言.1 2 cdma 系統的理論基礎.2 2.1 擴展頻譜通信原理 .2 2.2 cdma 系統的擴頻方式和重要參數.2 2.3 cdma 擴頻碼：偽隨機碼序列.3 2.3.1 m 序列.4 2.3.2 gold 碼序列.6 2.4 cdma 擴頻碼：pn 序列的擴頻原理.6 3 simulink 仿真概述.9 4 碼分多址系統仿真原理框圖.9 5 碼分多址通信系統仿真模型.10 6 碼分多址仿真模型各個子模塊介紹.11 6.1 源信號生成 .11 6.2 差錯控制編碼卷積編碼 .12 6.3 m-dpsk 調制模塊.12 6.4 擴頻模塊 .14 6.5 多址（mai

14、）干擾模塊.15 6.6 awgn 信道.17 6.7 解擴模塊 .18 6.8 m-dpsk 解調模塊.18 6.9 差錯控制譯碼維特比譯碼模塊 .19 6.10 信宿模塊 .20 6.11 仿真誤碼性能 .21 7 結束語.25 參考文獻.26 致 謝.26 附錄：部分模塊代碼.26 基于 simulink 的碼分多址系統仿真 張梅 （計算機科學與技術學院，信息工程專業，2004 級本 2 班，042210239） 摘摘 要：要：本文首先對碼分多址技術進行了介紹，列出了其主要優點和存在問題。基于 matlab6.5 仿真工具箱 simulink，對碼分多址通信仿真系統進行仿真。根據 m 序

15、列擴展頻譜原 理和碼分多址通信系統框圖建立仿真模型，并對模型的各個子模塊進行介紹。選擇不同的系統配置 和參數設置，分別分析了信道信噪比、m 序列抽樣時間、多址干擾對系統誤碼率的影響。 關鍵詞：關鍵詞：碼分多址；simulink 仿真；擴頻通信；偽隨機序列； code division multiple access system simulation basing on simulink zhang mei (school of computer science and technology, information engineering, class 2 grade 2004, 04221

16、0239) abstract: in this paper, cdma technology is first introduced, using a list of the major advantages and existing problems. basing on simulink simulation of matlab6.5, cdma communication system is simulated. according to the spread spectrum theory of m sequence and cdma communication system diag

17、ram, simulation model is established, and various subsystems of the model are introduced. by selecting different system configurations and parameter settings, signal-to-noise ratio, sample time of m sequence and multi-site noise dependently effects system error rate. keyword: cdma; simulink simulati

18、on; spread spectrum communication; pseudo-random sequence 1 前言 當前無線通信系統中存在三種主要的多址技術：頻分多址接入、時分多址接入、 碼分多址接入 3。本文通信系統采用碼分多址技術。 頻分多址方式是以傳輸信號載波頻率的不同劃分來建立多址接入。其特點：頻率 規劃復雜，需要嚴格的頻率規劃；基站復雜龐大，需重復配置收發信設備；越區切換 復雜。 時分多址方式是以傳輸信號存在時間的不同劃分來建立多址接入。其特點：基站 復雜性減小，不需要雙工器；系統設備必須有精確的定時和同步；需要自適應均衡技 術。 碼分多址方式是以傳輸的信號碼型的不同劃分來

19、建立多址接入。采用碼分多址接 入協議的通信系統給小區內的每個用戶分配一條單獨的擴頻碼，各個用戶分配的碼字 之間互不相關。就降低干擾增加容量得到系統性能的改善和提高方面，有優化技術： 功率控制、軟切換、多用戶檢測和智能天線技術等7。 碼分多址系統的主要優點3是保密性好；抗干擾能力強；采用了軟切換；采用頻 率、時間和空間分集；較低的發射功率；兼容性好；頻率利用率高，不需頻率規劃。 存在問題：由于所有的基站都使用同一個頻率，相互之間存在干擾，如果小區規劃做 得不好，將直接影響話音質量和使系統容量打折扣，因而在進行站距、天線高度等設 計時應謹慎。 2 cdma 系統的理論基礎 2.1 擴展頻譜通信原理

20、 擴頻的定義10為：用來傳輸信息的信號帶寬遠遠大于信息本身帶寬的一種傳輸方 式，頻帶的擴展由獨立于信息的擴頻碼來實現，與所傳信息數據無關，在接收端用同 步接收實現解擴和數據恢復。根據香農定理即，可得對于給定的信 2 log1cws n 息傳輸速率，可以用不同的帶寬和信噪比的組合來傳輸，即信噪比和信道帶寬可以互 換。擴頻通信系統正是基于此理論，將信道帶寬擴展許多倍以換取信噪比上的好處， 增強系統的抗干擾能力。 一個典型的擴頻通信系統框圖2如圖 2.1 所示。 信源信源編碼信道編碼調制擴頻 本振偽隨機碼 信 道 解擴解調信道譯碼信源譯碼 信宿 圖 2.1 典型的擴頻通信系統模型 擴頻通信中，信源編

21、碼可減小信息的冗余度，提高信道的傳輸效率。信道編碼增 加信息在信道傳輸中的冗余度，使其具有檢錯或糾錯能力提高信道傳輸質量。調制使 經信道編碼后的符號能在適當的頻段傳輸。擴頻和解擴是為了提高系統的抗干擾能力 而進行的信號頻譜展寬和還原。 碼分多址系統應用擴頻通信原理8。在發送端，將要傳輸的信息通過與偽隨機碼 序列進行調制，使其頻譜展寬，即“擴頻”；在接收端，用與發送端相同的碼序列進 行“反擴展”，將寬帶信號恢復成窄帶信號，即“解擴”。窄帶干擾信號由于與偽隨 機序列不相關，在接收端被擴展，從而使進入信號頻帶內的干擾信號功率大大降低， 增加解調器輸入端的信噪比。 2.2 cdma 系統的擴頻方式和重

22、要參數 在實際的碼分多址系統中，直接序列擴頻方式得到了廣泛的認可和應用。它具有 很強的抗干擾能力，采用高速碼率的偽隨機碼在發送端進行擴頻，在接收端用相同的 碼序列進行解擴，然后將展寬的擴頻信號還原成原始信息。本文采用直接序列擴頻方 式。 cdma 擴頻通信有兩個重要參數9：擴頻增益和干擾容限。 （1）擴頻增益 擴頻增益，通常用于衡量擴頻系統抗干擾能力的優劣。定義為接收機相關器輸出 信噪比和接收機相關器的輸入信噪比之比，即： (2.2a) 00 iib snw g s nr 其中，式中和分別為接收機相關器的輸入、輸出端信號功率，和分別 i s 0 s i n 0 n 為相關器的輸入、輸出端干擾功

23、率，w 為系統的擴頻帶寬，為基帶信號的信息速率 b r （2）干擾容限 干擾容限通常用于描述擴頻系統在干擾環境下的工作性能。定義為 (2.2b) 00js mglsn 其中，為輸出信噪比，為系統損耗，g 為擴頻增益。當干擾功率超過信號功 00 sn s l 率 m（db）時，系統就不能正常工作。 2.3 cdma 擴頻碼：偽隨機碼序列 碼分多址系統中，非常注重研究偽隨機序列的自相關和互相關特性。 自相關函數用來表示信號和它自身延遲時間以后的相似性，定義為：t (2.3a) 2 2 lim t x tt rf t f tdt 對于二進制而且周期為 p 的序列，歸一化之后得到的互相關系數為 (2.

24、3b) da da x )( 是位移前后兩個碼元序列相同碼元的數目，是位移前后兩個碼元不同碼元的數目。ad 兩個不同碼序列的相關性用互相關函數來表示，定義為： (2.3c) 2 2 lim t xy tt rx t y tdt 對于二進制而且周期為 p 的序列，歸一化之后得到的互相關系數為 (2.3d) p i iixy yx p 1 0 1 )( da da p da 若為某編碼碼組的集合，對于碼組，均滿足，則稱為正mmyx ,0)(xym 交編碼。正交編碼的任意兩個碼組均互不相關，保持正交。 偽隨機序列定義3如下： 凡自相關系數具有下列形式的碼序列，稱為偽隨機序列,又稱為狹義偽隨機序列：

25、(2.3e) 1 10 1 1 0 p xii i x x p p 其中為序列與初始序列的相位差。 凡自相關系數具有下列形式的碼序列，稱為廣義偽隨機序列： (2.3f) 1 10 1 10 p xii i x x cp 偽隨機序列主要用于擴頻調制。由 0 和 1 組成的偽隨機序列，用來模擬偽隨機信 號波形。用+1 代替碼序列中 1，用-1 代替碼序列中的 0，得到碼序列和波形的對應關 系，這樣碼序列的模 2 加和信號波形相乘是等效的。需滿足：目標接收端，能識別并 同步產生此序列；對于非目標接收端而言，該序列是不可識別的。利用線性反饋移位 寄存器或 pn 模塊可以產生這樣的偽隨機序列。偽隨機序列

26、主要采用 m 序列和 gold 碼 序列。本 cdma 仿真模型中采用四級 m 序列。 2.3.1 m 序列 m 序列是由 n 級線性移位寄存器產生的周期為的碼序列，是最長線性反饋移12 n 位寄存器序列的簡稱。周期為的 m 序列可以提供個擴頻地址碼。它可擴展21 r 21 r 頻譜、區分通過多址接入方式使用同一傳輸頻帶的不同用戶的信號。m 序列的特性6： （1）擴頻特性：具有很強的二值自相關性和很弱的互相關性。 （2）移位特性：m 碼序列和其移位后的序列模 2 相加，所得的序列還是 m 序列， 只是相位不同。 （3）均衡性：m 碼序列一個周期內， “1”和“0”的碼元基本相等，保證了在擴 頻

27、系統中，用 m 碼序列作平衡調制實現擴展頻譜時有較高的載波抑制度。 若一個 n 次多項式滿足下列條件： f x （1）為不可約的； f x （2）可整除，； f x1 m x 21 n m （3）除不盡，qm, f x1 q x 則稱多項式為本原多項式。應用 matlab 函數編程的方法可求得（見附錄 f x （1）本原多項式的特征多項式。求出特征多項式，可通過兩種方式產生 m 序列。 1、一種方法：移位寄存器加反饋生成 m 序列4。 m 序列產生器，由線形反饋移位寄存器構成，式中為 1 表示連接，為 0 表示斷 i c 開，加法器用的是模 2 加法。線形反饋邏輯式為： (2.3g) r i

28、inirnrnnn acacacaca 1 2211 反饋移位寄存器原理框圖如圖 2.2 所示。 1n a 2n a n r a 1 z 1 z . 1 z 1 c 2 c r c . . n a 圖 2.2 反饋移位寄存器原理框圖 序列生成多項式表示為: (2.3h) 12 012 0 ( ) i i i g xaa xa xa x 將線形反饋邏輯代入后,選擇初始狀態為 (2.3i) 121 1 0 r rr a aaa 得到 (2.3j) 0 1 ( ) ( ) ( ) r i i i g z f x f xc x 其中, 是關于的多形式。式(2.3j)為移位寄存器序列生成器的特征多項式。

29、( )f x i c 通過選擇不同的生成多項式，可以找出相關性較好的 m 序列組。 2、一種方法：應用偽隨機序列產生器產生四級 m 序列 圖 2.3 是產生 m 序列的仿真模型，利用示波器觀察產生的 m 序列波形。 圖 2.3 產生 m 序列的仿真模型 偽隨機序列產生器模塊的參數設置為：生成多項式為1 0 0 1 1；初始狀態為： 0100；采樣時間為：0.001 s，仿真時間設置為 1 秒。m 序列時域波形如圖 2.4。可得， 它是以 15 位周期的脈沖序列，在時間范圍設置為 0.045 的示波器上剛好顯示了 3 個周 期的 m 序列。運行圖 2.3 仿真模型可得 4 級 m 序列的相應的輸

30、出序列為： 001001101011110。得 m 序列互相關函數特性如圖 2.5 所示（matlab 程序見附錄（2） 。 圖 2.4 m 序列時域波形 圖 2.5 m 序列互相關函數特性 從圖 2.5 中，可得在周期點 15 處 m 序列有很強的自相關性，其余的反映了它們的 互相關性，互相關性的幅度值越小越好。 2.3.2 gold 碼序列 一對周期和速率均相同的 m 序列優選對模 2 加后得到 gold 序列3，有較優良的自 相關和互相關特性，在各種衛星系統中獲得了廣泛的應用。其自相關性不如 m 序列， 互相關性比 m 序列要好。滿足下列條件的兩個 m 序列可構成優選對： 1 2 n 2

31、 2 21 21n4 n xy n r 為奇數 為偶數且不能被整除 2.4 cdma 擴頻碼：pn 序列的擴頻原理 在 cdma 中，不同的用戶在相同的時間用相同的頻帶，有一系列正交的波形、序 列或碼字來相互分離開。當時間離散時，它們的內積為零，則兩個實數值的波形 x 和 y 是正交的，即： (2.4a) 1 0 i t xyii i rx yx y 其中：，t 表示向量的轉置，它是一個序列數值的另一種表達方式。 i t yyyy 21 為了將正交碼用于 cdma 多址接入方案中，需要三個條件： （1）正交碼的每個碼元的數值必須為 1 或-1。 （2）所給出的正交碼具有偽隨機特性。 （3）每個

32、碼自己的內積被碼元的數量相除必須為 1。 一套有七個碼字的三級 pn 碼序列能夠通過連續的滑動而產生，將每一個 0 都變為 -1 可以得到： 0 1111111pt 1 1111111p t 2 1111111pt 3 1111111pt 4 1111111pt 5 1111111pt 6 1111111pt 可以驗證上述這些 pn 碼都滿足 cdma 多址接入所要求的條件，即生成多項式系 數相同而相位不同的 pn 碼是相互正交的。同理四級 m 序列能通過連續的滑動，將每 一個 0 都變為-1 可以得到 15 個正交碼序列。 使用 pn 序列進行擴展：用以下實例6來說明 pn 碼序列被用做擴展

33、碼的原理，并 為第五章 cdma 系統仿真模型的建立提供理論基礎。 假設有相同的三個用戶希望發送三條單獨的信息。這些信息是： =（+1 -1 +1） =（+1 +1 -1 ） =（-1 +1 +1） 1 m 2 m 3 m 這三個用戶被分別配制了一個 pn 碼： =（+1 -1 +1 +1 +1 -1 -1） 0 p =（+1 -1 -1 +1 -1 +1 +1） 3 p =（-1 +1 +1 +1 -1 -1 +1） 6 p 將第 0 號 pn 碼配置給了第一條信息，將第 3 號 pn 碼配置給了第二條信息，將第 6 號 pn 碼配置給了第三條信息。每一條信息由配置的 pn 碼序列擴頻。且

34、pn 碼序列的 碼片速率是信息比特速率的七倍，即它對處理增益的貢獻為 7。對于第一條信息： 1 m t111 1 m t1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 0 pt1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 m t pt1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 其中，是第一條信息的擴展信號。類似地，對于第二條信息為： 10 m t pt 2 mt111 2 mt1 11 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 pt1 1 1 1

35、1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 23 mt pt1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 對于第三條信息為： 3 mt111 3 mt1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 6 pt1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 36 mt pt1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 將所有的這三個擴頻信號、進行疊加得到合成信號 10 m t pt 23 mt pt 36 mt pt ，即： c

36、t (2.4b) 102336 c tm t ptmt ptmt pt 結果為： c t c t33 1 1 1 1 1 1 1 1 1313 1 131 13 1 是在 rf 頻帶內傳輸的合成信號。假如在傳輸過程中只出現了可以忽略的錯 c t 誤，接收機就會截獲。為了將原來的信息、和從合成信號 c t 1 m t 2 mt 3 mt 中分離出來，接收機用原來配置給每一條信息的 pn 碼與相乘，得： c t c t 0 c t pt33 1 1 1 1 1 1 1 1 1313 1 131 131 3 c t pt331 1 1 1 1 1 1 1 1313 1 131 13 1 6 c t

37、pt33 1 1 1 1 1 1 1 1 1313 1 131 13 1 然后接收機在每一個比特周期內將所有的值進行積分或疊加。結果推導出函數 、和： 1 mt 2 mt 3 mt 0 c t pt33 1 1 1 1 1 1 1 1 1313 1 131 131 1 mt797 3 c t pt331 1 1 1 1 1 1 1 1313 1 131 13 1 2 mt779 6 c t pt33 1 1 1 1 1 1 1 1 1313 1 131 13 1 3 mt977 根據積分函數、和，有一個“判決門限”。所使用的判決規則 1 mt 2 mt 3 mt 為： 假如 1 tm0tm 假

38、如 1 tm0tm 在應用了上述判決之后，可得： tm1 111 tm2 111 tm3 111 上述實例說明：多址用戶發送單獨的信息分別經相互正交的 pn 序列擴頻后相加得 到合成信號，經各自的 pn 序列解擴后，接收機在每一個比特周期內將所有 c t c t 的值進行積分或疊加，再通過判決規則，即可恢復各自的源信號。這就是 pn 序列作為 擴頻碼的原理。根據這一原理，設計出第五章 cdma 系統仿真模型。 3 simulink 仿真概述 本文采用的是 simulink 仿真，其所有的模塊在每個時間步長上同時執行，被稱 為時間流的仿真。simulink 應用包括建模和仿真兩部分。建模即指從

39、simulink 標 準模塊子庫或 matlab 其它工具包模塊庫中選擇所需模塊，并拷貝到用戶的模型窗口 中，經過連線和設置模塊參數等構成用戶自己的仿真模型的過程。通信模塊的創建和 仿真，一般是在 simulink 工作窗口內利用 commlib 庫中的通信模塊構筑用戶設計 的通信模型，然后再利用 simulink 工作窗中特有的菜單選項進行仿真。 當一個動態模型包含許多環節時，往往把系統按功能分塊，每一塊建立一個子系 統。本文采用“自底向上”的設計方式，先完成每個部分的底層設計，封裝為子系統 后，再用其搭建出一個總體框圖。 4 碼分多址系統碼分多址系統仿真原理框圖仿真原理框圖 當擴頻通信系統

40、中采用的擴頻碼具有多址作用時，該系統即構成了一個碼分多址 通信系統。通信系統以占用比原始信號帶寬寬得多的射頻帶寬為代價，來獲得更強的 抗干擾能力和更高的頻譜利用率。碼分多址通信系統原理框圖2如圖 4.1 所示。 信源信道編碼 偽碼生成 頻帶調制擴頻調制 高斯白噪 聲信道 解擴解調信道譯碼 偽碼生成 抽樣判決 信宿 多址干擾 圖 4.1 碼分多址通信系統原理框圖 結合通信原理框圖來分析信號的處理過程。 （1）發送端 首先由信號源生成將要發送的數據，以比特為單位，經過差錯控制編碼處理，增 加一定的信息冗余度，便于接收端檢測接收信號是否正確。然后用其來調制載波，則 信號被搬移到載頻上去，就得到調制后

41、信號。再用一條 15 位的 m 序列與每個信息碼元 進行相關運算，數據單位為切普，長度縮短為比特的 1/30，信號頻譜大大擴展。 （2）信道 將擴頻調制并加入多址干擾的合成信號發送到無線信道中。由于無線通信介質的 特性，用戶發送的信號在信道傳輸過程中會受到各種噪聲干擾的影響，本 cdma 仿真 系統只考慮多址接入干擾 mai 和加性高斯白噪聲干擾。 （3）接收端 在接收部分，系統通常對信號進行相關接收。當從信道中檢測到信號后，接收端 首先對接收信號進行解擴處理，通過擴頻碼的正交性去除多址干擾恢復為擴頻前的原 始數據。接收端的偽隨機序列與發送端的偽隨機序列不僅要求碼字相同，碼字的相位 也應相同，

42、才能正確解擴。然后進行解調處理，將其下變頻到基帶，并恢復出卷積編 碼信號；將信號送給維特比解編碼模塊，從中恢復出信息碼元。輸出的信號經過一個 抽樣判決過程，將接收恢復出的數據比特送至信宿端。 本文將實際應用中的碼分多址通信系統的解擴設備進行簡化。在實際系統中，由 于基站需要接收來自不同用戶的數據，它必須知道該小區內每個用戶使用的擴頻偽碼， 并且為每條碼字建立一套單獨的解擴設備。基站從天線上接收到的數據同時送入每一 條碼字對應的解擴設備進行處理，再利用某種判決準則選擇其中的一路作為有效信號 輸出，其余信號或者丟棄不要，或者反饋回去抵消接收信號中的干擾成分。這樣可以 實現對不同用戶用不同碼字解擴，

43、其余用戶發送的數據經過非相關處理后以噪聲的形 式存在，為多址接入干擾。不同用戶間擴頻碼字的正交性越好，mai 就越小。本文假 設基站已知用戶使用的擴頻偽碼，因此只有一套解擴設備，省略了不同碼字的比較判 決過程2。 5 碼分多址通信系統仿真模型 碼分多址的數學基礎是信號的正交分割原理9。在發射端多個信號復合，經過無 線信道傳輸后，在接收端進行信號的分離。由于碼字的不相關特性，多個用戶可以采 用相同的載波同時向信道發送數據包。在接收端，目的接收機接收到混合了多址用戶 信息與噪聲的源信號。使用與發射端相同的碼組來進行解擴將可以源信號解調出來。 本碼分多址通信系統仿真模型中，pn sequence g

44、enerator 產生的四級 m 序列作 為擴頻碼，周期是 15，碼元寬度為 0.01/30s；源信號和多址信號由伯努利二進制隨機 信號發生器生成，表示三個不同的通信用戶發射各自的通信信息，其中兩個通信用戶 信息相對源信號用戶是多址干擾信號，碼元寬度都為 0.01s，是 m 序列碼元寬度的 30 倍，正好是兩個 m 序列周期；仿真時間設為 10 秒。分別延遲四個、七個 m 序列碼元 的兩個碼組與源信號的原始碼組構成三個正交碼組，它們分別對單個用戶的信號進行 直接擴頻。 cdma 仿真模型在信道信噪比 snr=-10db 的傳輸條件下，采用先調制后擴頻的方 法，具體仿真過程為：將源信號直接進行卷

45、積編碼，經過卷積編碼的雙列信號經過緩 存器后變為一列，以適應 m-dpsk 調制器的要求。經調制后的信號與 m 序列相乘進行 擴頻，擴頻后序列加入多址干擾信號得到合成信號。后進入 awgn 信噪比為-10db 的 傳輸環境。以后進入接收部分，信號與源信號 m 序列擴頻碼相乘進行解擴。經過 m- dpsk 解調后信號進入緩存器 1，信號又恢復為維特比卷積譯碼器要求的雙列信號。源 信號經歷了卷積、緩存、調制、擴頻、解擴、解調、緩存、解卷積等運算，時間上帶 來了延遲，最后錯誤率統計模塊將發送端的信息碼元經過延遲后與接收端恢復出的碼 元進行比較，輸出誤碼率，并將誤碼率存入工作空間變量中。對信道信噪比進

46、行不同 設置，分別分析信道信噪比、m 序列抽樣時間、多址干擾對系統誤碼率的影響。 碼分多址通信系統的仿真模型 mafenduozhi，包括源信號的生成、卷積編碼、信道 調制、擴頻調制、多址干擾、加性高斯白噪聲信道、解擴、解調、譯碼、錯誤率統計 等模塊。碼分多址通信系統的仿真模型如圖 5.1 所示。 圖 5.1 cdma 通信系統仿真模型 mafenduozhi 6 碼分多址仿真模型各個子模塊介紹 6.1 源信號生成 數據源為伯努利二進制序列產生器，用于生成隨機的二進制序列，其碼元寬度為 0.01s,從其輸出數據線上引出的輸出端口用于對譯碼后的序列進行對比。 伯努利序列產生器的參數設置如下： p

47、robability of a zero：模塊產生的二進制序列中出現 0 的概率 ，設為 0.5。 initial seed：隨機數種子，不同的隨機數種子通常產生不同的序列，設為 12345。 sample time：抽樣時間，表示輸出序列中每個二進制符號的持續時間，設為 0.01。 通過示波器，可得信源伯努利序列如圖 6.1 所示。 圖 6.1 信源：伯努利信號波形 6.2 差錯控制編碼卷積編碼 源信號比特流送入差錯控制編碼模塊進行糾錯編碼，由卷積編碼模塊 convolutional encoder 完成。編碼原理是其碼字與現在和之前的信息比特都有關系，糾 錯能力與約束長度有關，糾錯性能與譯

48、碼算法有關。輸入、輸出均是二進制形式。 參數設置為：trellis structure：格型結構，則該參數為： ，是 is-95cdma 正向信道卷積編碼的生成多項式；reset：設29,753561poly trellis 置編碼器在何種情況下復位。選擇 none 表示在任何情況下都不復位。源信號數據流進 行卷積編碼，由一列信號變成兩列信號，可得波形如圖 6.2 所示。 6.2 卷積編碼后信號波形 6.3 m-dpsk 調制模塊 本模型采用頻帶差分相移鍵控 m-dpsk 調制器對經過卷積編碼后的信號進行調制。 仿真中用到緩存器，其作用4是：經過卷積編碼的雙列信號經過緩存器變為一列，以 便對信

49、號進行 m-dpsk 調制。緩存器和緩存器 1 的主要參數設置如表 6.1 所示。 表 6.1 緩存器和緩存器 1 參數設置 參數名稱緩存器 緩存器 1 specify output buffer size（指定輸出緩存大小）使能（選中） output buffer size(channel)（每信道輸出緩存大小）1 2 buffer overlap（緩存交疊）0 initial conditions（初始條件）0 number of channels（信道數）1 根據表 6.1 設置，得碼分多址仿真系統 mafenduozhi 中卷積編碼后的雙列信號經緩 存器后變為適應 m-dpsk 調制的

50、一列信號，碼元周期為 0.005s，波形如圖 6.3 所示。 圖 6.3 經緩存器 rebuff 后信號波形 m-dpsk 調制器和解調器參數設置如表 6.2 所示。 表 6.2 m-dpsk 參數設置 m-ray number（元數）2 symbol period(s)（符號周期）1/200 baseband samples per symbol（每符號基帶采樣）2 carrier frequency（載頻）600 carrier initial phase(rad)（載頻初始相位）0 output sample time(s)（輸出采樣時間）0.01/300 根據表 6.2 設置，得碼分多

51、址仿真系統中緩存器轉換的一列信號經 m-dpsk 調制 后波形如圖 6.4 所示，信號波形加載到高頻 30khz 余弦波上，便于在信道上直接傳輸。 圖 6.4 經 m-dpsk 調制后信號波形 6.4 擴頻模塊 擴頻模塊包括偽隨機碼生成（有 pn 產生器模塊完成）、極性轉換和相關運算三部 分。擴頻、解擴的方式可以使用單極性二進制碼元用異或的方式，但是 0 的結果有時 處理起來有一定的困難；當信號疊加了噪聲信號后已經不是二進制碼時，就不能用異 或方式處理。使用雙極性二進制碼元用相乘的方式同樣可以完成擴頻與解擴的運算， 還可以克服上述方法的不足4。源信號經卷積編碼、m-dpsk 調制后是單列雙極性

52、的 實信號，被周期為 15 的四級 m 序列直接相乘進行擴頻。擴頻后的信號在 sum 中與多 址干擾信號相加，進入 awgn 信道，到達接收端。擴頻模塊如圖 6.5 所示。 圖 6.5 擴頻模塊 cdma 仿真模型采用的擴頻偽碼為 m 序列，碼長為 15，碼元寬度為 0.01/30s，由 pn sequence generator 模塊產生。可得源信號經卷積編碼、m-dpsk 調制后的信號、m 序列、擴頻后信號如圖 6.6 所示。 圖 6.6 擴頻模塊中源信號打包后信號、m 序列（雙極性）、擴頻后信號波形 6.5 多址（mai）干擾模塊 在 cdma 通信系統中，同時占用時間-頻率平面同信道的

53、其它用戶相對其中一個 用戶而言就是干擾，周期為的 m 序列可以提供個擴頻地址碼，則該系統可21 r 21 r 容納個多址用戶5。mai 干擾產生的原因是由于多個用戶的隨機接入，不同用戶21 r 擴頻偽碼之間不能保證完全正交。若有多個用戶同時向信道中發送數據包，在接收端 用預接收的數據包的擴頻偽碼進行解擴處理，利用碼字的相關性可以恢復出有用信號。 如果碼字之間完全正交，則其余信號經過解擴模塊后輸出為零，是一種理想情況。實 際應用中，其它用戶數據包經過解擴處理后，還有一部分干擾信號同有用信號一起進 入錯誤率統計模塊，對系統性能造成一定影響。 mai 干擾模塊仿真了一個三發射條件下，另兩個用戶數據包

54、對源信號的干擾情況。 m 序列擴頻碼的碼元寬度為 0.01/30s。另兩個用戶數據包由伯努利二進制序列產生器產 生隨機的二進制序列，碼元寬度為 0.01s。不同的隨機數種子通常產生不同的序列，其 隨機數種子分別設為 54321 和 13245，與信源（設為 12345）不同。延遲四個碼元及延 遲七個碼元的兩個碼組與源信號原始碼組構成三個正交碼組，分別對單個用戶信號進 行直接擴頻。擴頻后的信號在 sum 中相加，進入 awgn 信道，到達接收端 。 mai 干擾生成模塊如圖 6.7 所示。它描述了多址干擾用戶 1 發送數據包的過程。 圖 6.7 mai干擾生成模塊框圖 通過示波器，可得多址用戶

55、1 信號經卷積編碼、緩存轉換、m-dpsk 調制、擴頻 等打包后的多址干擾信號 1 波形如圖 6.8 所示。 圖 6.8 多址干擾信號 1 打包后波形 源信號與多址用戶信號分別進行數據打包后求和得到合成信號，波形如圖 6.9 所示。 圖 6.9 與多址干擾信號求和后的合成信號 6.6 awgn 信道 本碼分多址仿真模型中，采用 awgn 信道，awgn channel 模塊用于對輸入信號 添加加性高斯白噪聲。模塊的抽樣時間繼承自輸入信號的抽樣時間。模塊參數設置如 下： initial seed：初始化種子，設為 18233。 mode：指定生成噪聲方差的方式，選擇參數 signal to no

56、ise ratio(snr)。 snr(db)：指定信號的信噪比，設為-10db。 input signal power(watts)：輸入信號功率，設為 1。 信號夾雜著加性高斯白噪聲，其均值為 0，方差表現為噪聲功率的大小。一般情況 下，噪聲功率越大，信號的波動幅度就越大，接收端接收的信號的誤比特率就越高。 經過信道后波形如圖 6.10 所示。 圖 6.10 加入加性高斯白噪聲后信號的波形 6.7 解擴模塊 在接收端，目的接收機對混合了多址干擾與噪聲的信號與源信號擴頻碼相乘進行 解擴。要求使用的偽隨機碼與發送端擴頻用的偽隨機碼不僅碼字相同，而且相位相同。 解擴處理將信號壓縮到信息頻帶內，由

57、寬帶信號恢復為窄帶信號。同時將干擾信號擴 展，降低干擾信號的譜密度，提高系統的抗干擾能力。解擴后信號波形如圖 6.11 所示。 圖 6.11 接收端解擴后信號波形 6.8 m-dpsk 解調模塊 在接收端對信號進行解調，以恢復原來的頻譜。m-dpsk 解調器對合成數據包經 過解擴后提取出的源信號數據包進行解調。經過解調后信號進入緩存器 1，一列信號恢 復為維特比譯碼要求的雙列信號。根據表 6.2 中 m-dpsk 解調器的設置，可得經 m- dpsk 解調后波形如圖 6.12 所示。 圖 6.12 經 m-dpsk 解調后信號波形 根據表 6.1 中緩存器 1 的設置，通過示波器，可得碼分多址

58、仿真系統 mafenduozhi 中 m-dpsk 解調后的信號經過緩存器 1 轉換后波形如圖 6.13 所示。 圖 6.13 經緩存器 rebuff1 后信號波形 6.9 差錯控制譯碼維特比譯碼模塊 糾錯譯碼的功能有差錯控制譯碼器維特比譯碼 viterbi decoder 模塊來完成， 用于對輸入信息進行維特比譯碼。viterbi decoder 模塊參數設置如下： trellis structure：格型結構，該參數設為。29,753561poly trellis decision type：指定判決類型。設置為 hard decision，對應輸入信號為二進制數據。 traceback

59、depth：反饋深度，用于構造反饋路徑時的網格圖分支數，該參數設為 1。 operation mode：模塊在相鄰輸入向量間的模式轉換方式。該參數設為 continuous。 根據維特比譯碼器以上參數設置，可得碼分多址仿真系統中信號經過卷積譯碼后 波形如圖 6.14 所示，其碼元周期恢復為 0.01s。 6.14 維特比譯碼后信號波形 6.10 信宿模塊 信宿模塊包括錯誤率統計模塊、顯示器、選擇器。matlab 通信工具箱的錯誤率 統計模塊對輸入的兩個信號進行對比，輸入為二進制序列，輸出誤比特率。模塊只比 較兩個輸入信號的正負關系，而不具體比較它們的大小。 錯誤率統計模塊的參數設置如表 6.3

60、 所示。 表 6.3 錯誤率統計模塊的參數設置 參數名稱參數值 receive delay（接收延遲）3 computation delay（計算延遲）0 computation mode（計算模式）entire frame output data（輸出數據）port 錯誤率統計模塊的 tx 輸入端口接收發送方的輸入信號，rx 輸入端口接收信宿端 恢復的輸入信號，模塊的輸出數據是長度為 3 的向量，分別是：誤碼率、總的錯誤個 數、總的參加比較的碼元數。接收端恢復出的比特，由于經過各種處理，存在一個不 可避免的延遲，參數 delay，專門用來定義輸入信號與輸出信號之間的延遲。 錯誤率統計模塊將發