1、本科生畢業論文一種基于 MATLAB的 WCDMA信號仿真方法楊志椿問題挺多的：1、需要一個框圖解釋你仿真哪些模塊，對信號的處理流程2、只看到仿真結果，沒看到在matlab 下如何設計仿真的，利用matlab 下那個模塊仿真？或者是設計程序？程序流程是什么？關鍵程序解釋。3、你的仿真有沒有一個輸入信號， 然后對這個信號進行一系列處理，得到輸出信號？該輸入、輸出對比分析4、圖、表、標題、字體大小、正文段間距等有很多問題，按照格式好好修改5、摘要按照你所做的內容好好修改，要概括你的論文工作學院：莆田學院專業：通信工程1班級：通信 101學號：010705121指導教師：張萍職稱（或學位） ：講師2

2、014年5月2原創性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文（設計） ，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。 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。對本論文（設計）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。 本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。學生簽名：年月日指導聲明本人指導的同學的畢業論文（設計）題目大小、難度適當，且符合該同學所學專業的培養目標的要求。本人在指導過程中，通過網上文獻搜索及文獻比對等方式，對其畢業論文（設計）內容進行了檢查，未發現抄襲現象，特此聲明。指導教師簽名：年月日3目錄162 WCDMA7

3、2.1 WCDMA7383.183.293.21103.22 Turbo113.33124134.1144.2145 QPSK155.1 QPSK155.2 QPSK166mat labWCDMA166.1 matlab166.2MATLAB WCDMA177177.1 QPSK187.2Pn 64 Pn 1281847.2197.2197.3 WCDMA207.4218229235一種基于 MATLAB的 WCDMA信號仿真方法楊志椿（信息工程學院指導教師：張萍）摘要： 論文的核心是基于MATLAB的 WCDMA信號仿真，分析研究WCDMA系統對信源消息的處理流程。論文首先對WCDMA的背景

4、及現狀做了介紹，然后對 WCDMA系統進行分析與研究， WCDMA的通信系統的模塊有信源編碼與解碼、信道編碼與解碼、擴頻與解頻、 調制與解調等。 其采用的技術有語音編碼技術、QPSK調制、卷積編碼、交織技術、擴頻技術等處理方法。分析與學習 WCDMA系統調制與解調的原理；學習 WCDMA物理層的關鍵技術，其主要分為編碼和復用技術、擴頻技術、調制技術。 對 WCDMA信號的進行仿真，分別比較信號經過高斯信道與瑞麗衰落信道的性能。 通過仿真軟判決viterbi譯碼與硬判決viterbi譯碼，比較兩者的性能。關鍵詞： WCDMA；QPSK；擴頻；物理層；性能A WCDMA Signal Simula

5、tion method based on MATLABYang zhi chun（ Information Engineering College,Advisor: Zhang Ping ）Abstract: the core of this paper is the simulation of WCDMA signal based on MA TLAB,Analysis of the source message processing flow of WCDMA system.Firstly, the background and present situation of WCDMA is

6、introduced, then carries on the analysis and the research to the system ofWCDMA,Communication system of WCDMA module source coding and decoding, channel coding and decoding,spread spectrum and frequency, modulation and demodulation.The technology of speech coding, QPSK modulation, Turbo coding, inte

7、rleavingtechnology ,spread spectrum technology,processing method.Principle analysis and study of WCDMA modulation anddemodulation system;Study the key technology of WCDMAphysicallayer,It is mainly dividedinto coding andmultiplexing technology, spread spectrum,modulation technology. The simulationoft

8、heWCDMA signal, theperformance compared signalthroughthe Gausschannel and Ruili fadingchannel. Throughthe simulationof Vittersoftdecisiondecoding and hard decision decoding performance of Viterbi,compare.Key words：WCDMA ；QPSK； Spread spectrum； The physical layer ；Performance61 引言移動通信還未出現時人與人的交流，更多的只

9、能靠書信等工具。現如今移動通信的產生，不僅讓人們聯系與合作更加迅速和方便，而且改變現實的你、我和他。 時代在改變，經濟在發展， 移動通信技術也在日益不斷地改革和更新。如今移動通信已經到了第三代時期，人們能夠享受更快的上網速度和更有質量的通話。歐美和日本他們都有自己的移動通信技術，但是這也造成嚴重的缺點，即不同的國家之間不能正常的交流和溝通而產生隔閡。第三代移動通信的出現， 讓很多的業內人士都關注和驚喜， 因其能夠人們更加迅速和便捷。歐洲電信委員會也開始關注它， 也開始探究和制定其標準。 有一些國家提出了自己的制定方案。 提出使用寬帶碼分多址技術的國家是日本， 而其他的歐美國家提出其基于直接序列

10、擴頻分碼多工。 國際電聯對其進行商討， 最終，對兩種技術進行結合使用， 受到很多的國家的認可。WCDMA成為 IMT-2000 家族 3G標準的一分子。 作為 3G的重要標準之一WCDMA，現在逐漸的被世界很多的國家認可和運用。值得我們一提的是，中國聯通正在研發4G 制式的標準，最高的網絡數率可以達到21.9MBPS。日本提出一套完整的實驗仿真被當時一些著名的運營商所認可和支持。正是由于獲得這些支持，造就WCDMA的不斷發展。運營商與日本的合作地對技術的進行改革，加快標準化進程， 技術最終成為一個國際通信標準的批準。第三代移動通信技術的體制下，3GPP規范了 TD-SCDMA和 WCDMA-F

11、DD/TDD的標準，這些技術全部是由CDMA技術為核心的。值得我們高興的是，中國也首先提出屬于自己的規范TD-SCDMA技術。現如今， TD-SCDMA技術已經被ITU 認可并接受的非常重要無線通信標準之一。歐洲等國家以及亞洲日本與韓國把自己的主流標準制式選定為WCDMA-FDD。現如今， WCDMA是一種可以實現多種不同的娛樂方式和交流最方便的因特網接入的一種通信技術 1 。2001 年，世界上第一個商用WCDMA服務，是日本NTT DoCoMo公司。沃達豐也在其他國家（包括澳大利亞和新西蘭）的網絡的建設， WCDMA的正在在不斷有新的標準和技術的更新。目前世界各地的第三代移動通信都在不斷發

12、展中，3G 的用戶量也在不斷增加，運營商的 3G業務收入不斷提高。現在無論是發達國家還是發展中的國家對WCDMA的網絡技術非常關注，例如 WCDMA網絡技術不僅擁有了第二代通信技術，而且也對LTE的的出現提供了重要的基礎。2 WCDMA系統2.1 WCDMA通信系統的結構與模型UMTS(Universal Mobile Telecommunications System， 通用移動通信系統) 是采用WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)無線接口技術的第三代移動通信系統，7UMTS系統稱 WCDMA的通信系統。UMTS系統是由UTRAN、 CN

13、 與用戶設備（User Equipment ，UE）一起組成的。其系統結構如圖2.1-1所示。圖 2.1-1 WCDMA的系統結構通過對比，我們已經知道UMTS系統的體系結構與大部分與它前一代通信基本相同。在功能上， 是通過核心網絡元素可能是網絡（核心網）與無線接入網絡（無線接入網絡）組成了。 WCDMA的系統網絡單元構成由下面圖2.2-2描述。圖 2.1-2 WCDMA的系統網絡單元在進行 WCDMA的信號仿真時， WCDMA信號處理流程要經過信源編碼與解碼、QPSK載波調制與載波解調、 信道編碼與解碼、擴頻與解擴、加擾與解擾等步驟。圖2.3-3是 WCDMA的信號流程圖 2 。8圖 2.1

14、-3 WCDMA的信源流程圖3 編碼3.1 信源編碼與前面時期的通信比，現在的WCDMA通信技術其中的物理層編碼的技術加進了的差錯控制方法， 其糾錯的能力更優越和有效。作為 WCDMA通信系統重要部分之一, 在對信道進行語音編碼技術或者其他編碼技術時結合了速率的適配、數據業務復用等模塊,在選擇糾錯碼時，也要對這些模塊思考選擇。與前面兩代的通信技術有所不同的是，處于現在通信技術其對語音編碼技術的運用，不僅使得來自不同的終端所獲得通話語音質量提高了，而且對外界的抗干擾明顯加強了。 WCDMA的技術被業內人士認可并看好，對以后的通信技術發展有很大幫助。WCDMA通信技術中，在進行對其信源進行編碼時所

15、用的是ARM技術。在第三代WCDMA系統中，因其帶寬是非常有限的，因此先關業內人士的目標在旨在一定的范圍內能獲得寬帶其可以接受數量較大的使用者， 壓縮語音信號的傳輸帶寬。 因為設計語音編碼時很難， 所以語音編碼的消耗功率一定要很小。在第三代 WCDMA移動技術中， AMR語音編碼的技術是由通過可模式能夠進行數率變化改造生成的，語音編碼器系列模式結構組成能夠提供多種輸出碼率和質量的合成語音編碼器3 。第三代語音AMR模式可以比很好地處理信道和信源兩者之間的速度匹配這個難題，其能夠更合理的對無線業務方面的使用。信號經過信源時，首先要考慮編碼數率，它是關系到信號數據在物理信道能否正常變換和傳輸。編碼

16、速率的大小取決于編碼方式，而第三代通信WCDMA的語音編碼器的編碼模式總的有8種，編碼的模式利用的是相同技術，由此可以減小綜合困難。如圖3.1-1 所示語音的編碼器。9圖3.1-1AMR語音的編碼器 框圖3.2信道編碼3.21 交織信道它的實際意義上是一種物理媒質，起作用是為來自不同的信源的傳送提供暫時的一個住宿。 發生端信號在傳輸過程中，信道的質量對于信號的接收與解擴有很大的作用，為了增強對外界抗干擾，關鍵是選擇什么樣信道編碼方式的。WCDMA的信道編碼技術不僅可以減小誤碼率和誤比特率，而且還可以提高數據的數率，由此可以提高通信質量的穩定性4 。WCDMA的信道編碼包括有交織/解交織 , 糾

17、錯編碼 /譯碼，傳輸信道映射至/分離出物理信道。對信道進行糾錯時的形式有：自動重發請求( ARQ) 和前向糾錯 ( FEC) 。自動重發請求和前向糾錯是WCDMA傳輸信道的二種糾錯方式。糾錯的方式不同，則會使傳送的方式以及性能存在差異， 其中前向糾錯方式的特征共有三點： 單方向信道、 效率高和有傳輸差錯 5 。自動重發方式請求的特點也有三點：雙向信道、效率低和無差錯的傳輸。交織技術是主要的目的是減少衰落的影響和抵抗無線信道的噪聲。信號或用戶數據在通過瑞麗等信道時，其會發生失真，而引起錯誤發生。因此在實際應用的通信系統中，交織技術和糾錯技術共同使用，來提高系統性能。在交織操作時，由于Turbo

18、碼存在時間延遲，這就造成高的數據數率資源在進行交織操作時有了約束。因此在第三代通信WCDMA系統中 ,32kbps(包括 32kbps) 以上的數據業務是由Turbo 碼完成。使用的交織深度最大可達到65536。對于第三代通信技術 WCDMA,不同的業務速率可以組成不相同的幀長, 當交織深度達到幀長的話 , 則對信號進行解交織時就會產生Turbo 碼譯碼誤差。 雖然有研究人員對短幀進行了深入研究 , 但其性能還遠未達到理想狀況。因為比較大的交織深度會造成不理想存在，所以在現實當中不會采用。從試驗的仿真結果看出, 對業務高于 144kbps 以上到小于 384kbps ,其譯碼數據塊可以單獨對應

19、一幀。因為對交織算法還處在研究的初步階段，目前暫時沒有一個標準來規劃，所以現在一般采用非均勻交織器來設計。現在所運用的交織算法對所有的RSC還并不都是最佳的 , 通常需要通過試驗仿真結果加以判定和調整。目前為止， 一些算法10已經提交上去了，但是都比較繁瑣。Turbo 碼物理層的傳輸信道類型有多種，由于傳輸類型信道是不一樣，可以分為有Turbo 碼和卷積編碼。廣播信道（ BCH)、隨機接入悉信道、尋呼信道的編碼方式采用的是卷積編碼，編碼效率分別為 1/2 、1/2 、1/3 。而公共物理信道共有四種，不僅他們的編碼數率都是1/3 ，而且編碼方式為也都是一樣。 WCDMA移動通信系統信道編碼中主

20、要采用的編碼技術有Turbo 碼編碼和卷積碼編碼。卷積編碼主要應用于數率比效低的業務，比如語音數據業務。而Turbo 碼主要用在高速率的業務。以下首先對 Turbo碼在 WCDMA移動通信技術的應用以及對對Turbo碼本身的編譯碼詳細說明。香農定理提出能否實現在經信道不會出現差錯傳送信息，關鍵是信息速度的大小和他要求的三個重要條件。香農提出了三個必須的條件: ( 1)采用隨機編譯碼方式; ( 2)編譯長度L到無窮大 ;( 3)譯碼用的是最佳的最大似然譯碼算法。由于Turbo 碼編碼方式能夠通過一些操作而形成偽隨機序列，而引起業內人士的廣泛關注。無論是進行通信仿真實驗還是工程實踐過程中，Turb

21、o碼已然被大家認知和注重。Turbo 碼的其編碼有兩種編碼方式分別是：（1）串行級聯編碼； （ 2）并行級聯編碼。它的譯碼有兩種方法： （ 1）迭代譯碼；（ 2）譯碼算法。它真正意義上是一種并行級聯卷積碼(ParallelConcatenatedConvolutionalCodes) 。在譯碼時， 要先對接收的信息進行處理，兩個不同的成員譯碼器外的信息會傳遞而產生循環迭代的結構。在外面信息的影響下，誤比特率將隨著循環次數的減小而增大，增大而減小。 Turbo 碼的譯碼結構如圖3.21-1 所示。圖 3.21-1 Turbo碼的譯碼結構卷積編碼原理卷積碼，它實際意義上是一組非分組碼，它是伊利亞斯

22、（P.Elias)首先發現。比如在分組碼 （ n,k ），其中碼組長度n 通常選取相對較大的數，由此用來提高的編碼性能和糾正錯誤的能力，其編碼效率的公式Rc=n/k 。11通常用（ n，k，m）表示卷積碼，其原理是把選取取值數比較小的數k 和 n，因為 k 和 n的值相對較小，所以尤其適合串行方式進行信息的傳輸，減小編碼時延時。假設該卷積碼的n = 2 ， k = 1 ， m = 2，得到它的約束長度nN = n × (m+1) = 2 × 3 = 6 。卷積碼的方法的描述兩種方法分別是：解析表示和圖解表示。 圖解表示方法看起來比較清晰，一目了然，而解析表示方法先對比較抽象

23、和模糊。圖3.21-2卷積碼的解碼器。圖 3.21-2卷積嗎的解碼器在圖 8-8 中，、與、之間滿足以下的關系：C1 =B1+b2+b3 ;C2=b1+b3 。假設輸入的信息為D = 11010，對不同輸入信息進行卷積編碼時的狀態由表表示。表卷積編碼時的狀態用戶數據或信號對其進行語音編碼后，為了能夠實現在通過物理信道速度匹配問題還要對其卷積編碼處理，而其譯碼過程能分為二類譯碼：代數譯碼和概率譯碼。概率譯碼的實用譯碼方法有兩種分別是：序列譯碼和維比特譯碼。由于概率譯碼譯碼性能遠比概率譯碼的性能更有優越性，所以現在概率譯碼已成為最主要的譯碼方法維比特譯碼， 是一種特殊的譯碼算法，最大譯碼的譯碼算法

24、的基本思想是，把接收到碼字與所有可能的碼字進行比較，選擇出碼的距離最小碼字作為碼字作為輸出。在譯碼時， 由于接受的序列很長，要對維比特序列進行一些必要的操作，其用到的是維比特譯碼。其圖123.21-3 描述的是卷積碼維比特譯碼過程。圖 3.21-3卷積碼維比特譯碼4 擴頻調制4.1 擴頻與調制在物理信道上進行進行擴頻調制，主要有兩個操作。第一個操作就是信道化，將數據符號轉變成碼片， 以此使信號帶寬增大。第二個操作就是擾碼，即在擴頻信號上進行加擾操作。在對經過信道編碼的數字信號進行擴頻時，其擴頻時的信號可以分為實部與虛部（其中Q 代表的實部， I 代表的虛部） ，實部與虛部的用戶數據信號與OVS

25、F 相乘的操作過程叫做信道化。同理，實部與虛部的用戶數據信號與復數值的乘積過程就稱為擾碼6 。加擾可將不同的信號或者信源區別開來，而不會改變原來的信號帶寬。經過擴頻和信道化碼操作后的用戶數據速率可以達到用戶數據的速率，因此不會影響符號速率。信道化的操作可以用來區分信源傳輸來自的不同終端，WCDMA可以利用擴頻和擾碼來減小用戶之間的干擾7 。OVSF正交變量 1 的使用目是改變擴頻因子，確保不同的擴頻碼之間的正交性。表 4.1 總結了擾碼與信道化碼的特征。表 4.1 擾碼與信道化碼的特征信道化碼擾碼用途下行鏈路：區分同用戶的下行上行鏈路：區分終端鏈路下行鏈路 : 區分扇區長度4 至 256 個碼

26、片上行鏈路： 10ms=38400g個碼片下行鏈路： 10ms=38400g個碼片碼字數目擴頻因子的大小與碼字數等上行鏈路：幾百萬大下行鏈路： 512碼族正交可變擴頻因子長 10ms碼： Gold134.2 下行鏈路的擴頻調制流程物理信道 P-CCPCH、S-CCPCH、CPICH、AICH、PDSCH和 DPCH信道采用QPSK調制，而 HS-DSCH采用 QPSK和 16QAM兩種調制方式。對QPSK信號而言，連續信號經過轉換都分成Q 路和 I路。圖 4.2-1描述了下行鏈路的擴頻調制流程圖。圖 4.2-1下行鏈路的擴頻調制流程過程5 QPSK的調制與解調5.1 QPSK 的調制原理QPS

27、K是英文Quadrature Phase Shift Keying的簡稱，是一種數字調制方式。在第三代移動通信中， QPSK的調制不僅可以使信號頻譜搬移，而且還可以使信號的形式發生變化8 。在現代數字信號的調制方式中，因為它有很高的頻譜利用率、和較強的抗干擾能力以及在電路上實現也較為簡單的優點所以很廣泛的應用在現在通信的數字調制。QPSK的原理就是用用載波的不同相位來表達信息。在A 方式中相位數值表達是k +/4 ，而 B 方式中相位數值表達是k /2 ，其中 k 的值取正自然數。A 方式的波幅數值為±0.707 ，而 B 方式的取值為±1、 0。 QPSK的 A 和 B

28、方式的矢量圖如圖5.1-1 和 圖 5.1-2 表示。14圖 5.1-1 A方式圖 5.1-1 B方式5.2 QPSK 的解調原理在信息的傳輸過程中，發送方準備對用戶信息進行載波調制，產生這一消息的信號。此時的消息信號通過無線信道，接收方需要對信息進行恢復，這就是解調。 QPSK的解調過程可以進行如下描述， 在信號通過無線信道后， 得到的信號實際上是一種復合信號， 可以分為實部跟虛部，然后再對其進行如抽樣判決和并串等操作過程。而WCDMA采用的是相干解調。如圖 5.2-1 是 QPSK解調 - 原理圖。圖 5.2-1 是 QPSK 解調原理圖6基于 matlab 的 WCDMA信號仿真方案6.

29、1 matlab的簡介與作用它的作用是可以將科學數據可視化、矩陣計算、 以及非線性動態系統的建模和仿真功能集成在視窗環境中9 。被業界人士稱為三大數學軟件之一MATLAB，在數學軟件的計算方面具有很大的優越性。MATLAB不僅能進行語言編程，而且還可以對算法進行運算。MATLAB的該工具運用很廣泛，在工程計算、通信仿真等地方都有用到。在工程運算時，與 C 語言等其他的先比，MATLAB具有的解決問題能力更加突出10 。而矩陣是組成MATLAB的基本數據單元。156.2 基于 MATLAB的 WCDMA信號仿真方案介紹用戶數據首先經過卷積編碼，編碼后的信號經過QPSK 調制方式進行調制，對其 Q

30、PSK調制進行仿真，畫出其發射端星座圖和Q 和 I 兩路時域圖。在經過不同SNR，并通過仿真QPSK 進行比較。經過調制的信號，在進行擴頻調制，擴頻后的調制信號分別經過瑞麗衰落信道與高斯噪聲信道，然后對信號通過這兩種信道進行仿真，比較在兩種不同的信道下信燥比與誤碼率的關系。對經過無線信道的接收端信號QPSK 解調后，還要對其進行卷進譯碼對 WCDMA的信號譯碼進行MA TLAB 的仿真，分析兩種判決的性能。7 仿真結果7.1QPSK的調制仿真如圖 7.1-1 是 QPSK 調制星座圖。 可以觀察到， QPSK 調制的仿真后，其星座點很均勻分布在坐標軸上的四個點。圖 7.1-1 QPSK 調制星

31、座對 QPSK經過不同的信燥比SNR,進行仿真，結果有圖7.1-2和 7.2-3所示。圖中可以看出，在經過信道SNR為 6dB 時，它的星座點更為集中，在SNR等于 20dB 時，其星座點較為發散。16圖 7.1-2圖 7.1-3從仿真結果來分析通信性能的參考變量有很多，其中一個非常關鍵的參數變量毋庸置疑是誤碼率。從圖7.1-4中我們可以清晰的觀察到，QPSK的誤碼率是隨著信燥比的增大而減小，所以我們得出的結論是加燥是有利于QPSK的仿真性能。圖 7.1-4 QPSK 的仿真性能7.2 對 Pn 為 64 與 Pn為 128 對其進行仿真在擴展頻譜時，m序列是被采納最經常一種序列。m的取值大小

32、不一樣，則其序列周期的大小（ pn）也不一樣，例如n 取的值是5 的話（ n 代表級數），這周期的大小是31. 本次仿17真選定 n 的值分別是6 和 7，從仿真看出， pn 值與信燥比與負相關，數值為 128 的變化更快。對 Pn 為 64 與 Pn 為 128 對其進行仿真結果由圖7.2-1所示。圖 7.2-1不同 pn 值的仿真性能7.3 通過不同信道的功率譜密度仿真對比對信號還沒經過信道的功率譜密度，進行畫圖，仿真的最后圖有7.3-1、 7.3-2、7.3-3 、7.3-4。并比較信號在通過平坦衰落信道與高斯信道兩種信道時，仿真其功率譜密度和時域信號的性能。 從圖中可以觀察到，信號無論

33、是有沒經過信道，仿真出來的功率譜密度相差不多。圖 7.3-1圖 7.3-118圖 7.3-3圖 7.3-47.4 通過不同信道的時域信號仿真下面是原始發送信號經過不同的信道下仿真的結果進行比較。原始發射的時域信號，在經過選擇性信道時，發生嚴重的失真，前后兩者的時域信號的有很大的差異。 信號在經過平坦衰落信道時，其時域信號與原始的信號相差不多，失真較小。頻率范圍在0HZ 到 130HZ左右，原始的信號與經過平坦衰落信道的時域信號相差很小，而當頻率高于130HZ至 200HZ 時, 兩者的時域信號又有比較大的失真。而當信號經過高斯白噪聲處理后， 處理后的時域信號與原始的信號，幾乎是保持一致的。對通過不同的時域信號仿真進行畫圖，結果的圖有7.4-1、 7.4-2、 7.4-3 、 7.4-4。圖 7.4-1 原始時域信號19圖 7.4-3 經過平坦衰落信道的時域信號圖 7.4-4 經過高斯白燥聲的時域信號7.5 WCDMA在不同信道下的性能信號經過卷積編碼，編碼后信號在進行QPSK 調制，在經過不同的信道下，對其進行仿真，并比較兩者的性能。20圖 7.5-1 WCDMA在不同信道下的性能從圖 7.5-1圖中可以觀察到，信號在通過高斯信道和瑞麗信道時，隨著信燥比的增大，隨之減小。 QPSK經過瑞麗衰落信道后的誤碼率要遠大于高斯信道下的誤碼率。所以