1、課程論文題 目： 基于Matlab CDMA多址技術的仿真 學生姓名： 蘇未然 學生學號： 系 別： 電氣信息工程學院 專 業： 電子信息工程 年 級 ： 10級 指導教師： 王麗 電氣信息工程學院制 2013年4月目錄緒 論.3矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。第1章 CDMA通信系統分析及仿真.41.1 整體仿真框圖.4聞創溝燴鐺險愛氌譴凈。1.2 信源.5殘騖樓諍錈瀨濟溆塹籟。1.3 偽隨機序列生成器.61.4 擴頻.7釅錒極額閉鎮檜豬訣錐。1.5 編碼和調制.8彈貿攝爾霽斃攬磚鹵廡。1.6 接收端.9謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。第2章 仿真系統.10廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。 2.1 信源 .10 煢楨廣鰳

2、鯡選塊網羈淚。2.2 編碼.10鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。2.3 擴頻.11籟叢媽羥為贍僨蟶練淨。2.4 調制與解調.11預頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。2.5 誤碼計算.11滲釤嗆儼勻諤鱉調硯錦。第3章 實驗結果與總結.12鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。 3.2 多用戶在相同信道環境下的仿真.12參考文獻.13擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。仿真結果.14贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。設計的代碼.16壇摶鄉囂懺蔞鍥鈴氈淚。緒 論利用MATLAB平臺的SIMULINK可視化仿真功能，結合CDMA的實際通信情況，利用MATLAB組建出完整的CDMA通信系統，完成整體設計方案，實現完整的發送到接收的端到端的CDMA無線通信系統的建模、仿

3、真和分析， 介紹了CDMA的主要環節（包括擴頻技術、差錯控制技術、調制技術、信道等）的參數設置。單用戶在不同信道環境下，信道的噪聲對結果影響很大，噪聲功率越大，系統的誤碼率越大。多用戶在相同信道環境下的仿真時，由于是采用了噪聲功率為0.01W的信道傳輸環境，所以在單用戶情況下誤碼率為0，而增加了用戶數之后，誤碼率也隨之增加。可見，信號在傳輸過程中，除了受到信道噪聲的影響外，還存在多址接入干擾、單頻干擾、窄帶干擾、跟蹤式干擾等，主要是多址接入干擾。蠟變黲癟報倀鉉錨鈰贅。20世紀60年代以來，隨著民用通信事業的發展，頻帶擁擠問題日益突出。CDMA（Code DivisionMultiple Acc

4、ess，碼分多址）通信，在使用相同頻率資源的情況下，理論上CDMA移動網比模擬網容量大20倍，實際使用中比模擬網大10倍，比GSM要大45倍，所以在通信領域中起著非常重要的作用。CDMA的基本原理是利用互相正交（或盡可能正交）的不同編碼,分配給不同用戶調制信號，實現多用戶同時使用同一頻率接入系統和網絡的通信。由于利用互相正交（或盡可能正交）的編碼去調制信號，會將原信號的頻譜帶寬擴展，因此，這種通信方式，又稱為擴頻通信。本論文所完成的CDMA通信仿真系統，是結合CDMA的實際通信情況，利用MATLAB組建出完整的CDMA通信系統，完成整體設計方案，實現完整的發送到接收的端到端的CDMA無線通信系

5、統的建模、仿真和分析。買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。第1章 CDMA通信系統分析及仿真1.1 整體仿真框圖本論文在CDMA通信原理的基礎上，得出CDMA通信系統的仿真框圖（圖2-1）。 圖1-1 CDMA通信系統的仿真框圖1.2 信源二進制貝努利序列產生器產生一個二進制序列，并且這個二進制序列中的0和1服從貝努利分布。本文使用4個二進制貝努利信號發生器，以子系統形式封裝于輸入信號中。產生器的產生是由一個隨機信號器與一個常數進行判決，輸出的二進制再進行抽樣整形，從而輸出符合參數設置的而進駐。輸入信號抽樣的時間均為1，即碼元寬度為1，選擇產生一維向量。綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。1.3 偽隨機序列生成器擴頻通信

6、系統中，偽隨機序列與正交編碼是十分重要的技術。主要包括m序列，Gold序列，Walsh碼序列等。Walsh碼序列比較復雜，正交性較好，主要用于CDMA IS-95系統中。而Gold序列可以比m序列產生更多的地址嗎，更適合于大型的通信系統。在本設計中，主要是對簡單的CDMA系統進行仿真，所以選用m序列作為擴頻序列，而且有4個用戶。4個m序列分別的4級，5級，6級和7級，周期分別為15，31，63和127。擴頻序列發生器的主要參數為生成多項式，試驗采用的數值分別為：1 1 0 0 1、1 1 0 0 0 1、1 1 0 0 0 0 1、1 0 1 0 1 0 1 1。抽樣時間設置為0.1，即碼元寬

7、度為0.1。驅躓髏彥浹綏譎飴憂錦。1.4 擴頻本文是采用直接序列擴頻方式實現多址接入。在仿真中，將原信號與偽隨機序列相乘，從而實現擴頻。但由于輸入信號和m序列都是單極性的二進制數，所以在進入乘法器進行擴頻之前，還要對它們進行單/雙變換，變成雙極性信號。圖22分別給出了原信號波形、擴頻序列波形和擴頻后的信號波形。本系統的擴頻倍數為10貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。a.原信號波形b.擴頻序列波形c. 擴頻后的信號波形圖12 直接序列擴頻方式1.5 編碼和調制1.5.1 BCH編碼仿真框圖如23所示。模型采用(7,4)BCH碼，要求送入編碼器的是維數為4的矢量，編碼器的輸出是維數為7的矢量，即為每個信息組添

8、加了3位校驗碼元，由圖24得知，只進行差錯控制編碼，而沒有經過擴頻的信號，在給定的高斯信道中傳輸，隨著碼源傳輸的時間增加，誤碼率會比較高。鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。圖13 BCH碼的仿真框圖圖14 BCH碼的誤碼率曲線誤碼率計算公式 10log10(power_signal/power_noise)The AWGN Channel （高斯白噪聲信道）模塊可以在輸入信號中加入實信號噪聲或復合信號噪聲。當輸入信號是實信號時，此模塊在輸入信號中加入實高斯白噪聲，并輸出實信號。當輸入信號是復合信號時，此模塊在輸入信號中加入復合的高斯白噪聲，并輸出符合信號。次模塊從輸入信號中得到抽樣時間。 這個模塊用DSP

9、 Blockset（數字信號處理）模塊中的Random Source（隨機信號源）模塊來產生噪聲。The Initial seed（初始種子）參數用來初始化信號發生器。The Initial seed（初始種子）即可以是標量也可以是矢量。這個標量或矢量的長度要與信道匹配。構氽頑黌碩飩薺齦話騖。1.5 M-PSK仿真圖25給出的是M=16時M-PSK的仿真框圖，信號調制后的頻譜和相位星座圖分別如圖26和圖27所示。本文中4個調制器的相數M分別為16，32，32，40。由星座圖可以得知，將每個輸入信號都對應于一個點，點與點之間的相位差為360/16=22.5。1.5信道信道中的噪聲直接影響著信號的

10、傳輸質量。根據信道中噪聲的特點，可將信道劃分為：加性高斯白噪聲信道（Additive White Guassion Noise,AWGN)、二進制對稱信道、多徑瑞利衰落信道和倫琴衰落信道等,我們在仿真中采用的是AWGN信道。圖28中的正弦波功率設置為1 W，曲線表明，當SNR是-20 dB時，噪聲功率是100 W；SNR是20 dB時，噪聲功率是0.01 W。可見,為了得到比較優的性能，應合理設置輸入信噪比。輒嶧陽檉籪癤網儂號澩。圖15 MPSK仿真模型圖圖16 MPSK信號頻譜圖圖17 MPSK信號星座圖圖18 SNR與噪聲功率的關系 1.6. 接收端M-PSK解調器的參數設置與M-PSK調

11、制器相同，譯碼器的參數設置與編碼器相對應。解擴過程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。多用戶情況下，由于信號互相疊加，所以解擴后的信號不再是二進制信號，因為存在多用戶干擾，所以在進入接收端進行誤碼統計之前，必須經過濾波和判決。為了減少噪聲影響，在解擴之后加入低通濾波器。根據發送信號的頻譜，該濾波器的分子系數和分母系數分別設置為0.0004 0.0017 0.0025 0.0017 0.0004和1.0000-3.1811 3.8623-2.1130 0.4385，初始條件為0。濾波器幅頻、相頻特性曲線如圖29所示。發送信號與接收機恢復出的信號同時送入誤碼儀(E

12、rror-rate meter)模塊進行比較，誤碼儀可計算和顯示誤碼率和誤比特率。堯側閆繭絳闕絢勵蜆贅。圖19濾波器特性第2章 仿真系統本系統主要包括信號源輸入、擴頻序列發生器、擴頻解擴、編碼譯碼、調制解調、信道、接收判決、誤碼計算等。為了簡化模型，使用了子系統將其中的一些模塊進行了封裝。設計中，使用了遞加的方法，可以實現多個不同用戶按不同情況接入，圖31為整體仿真框圖。識饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。圖31 整體仿真框圖 2.1 信源本文使用4個二進制貝努利信號發生器，以子系統形式封裝于輸入信號中。產生器的產生是由一個隨機信號器與一個常數進行判決，輸出的二進制再進行抽樣整形，從而輸出符合參數設置的而進

13、駐。輸入信號抽樣的時間均為1，即碼元寬度為1，選擇產生一維向量。凍鈹鋨勞臘鍇癇婦脛糴。2.2 編碼編碼主要包括m序列，Gold序列，Walsh碼序列等。Walsh碼序列比較復雜，正交性較好，主要用于CDMA IS-95系統中。而Gold序列可以比m序列產生更多的地址嗎，更適合于大型的通信系統。在本設計中，主要是對簡單的CDMA系統進行仿真，所以選用m序列作試驗采用的數值分別為：1 1 0 0 1、1 1 0 0 0 1、1 1 0 0 0 0 1、1 0 1 0 1 0 1 1。抽樣時間設置為0.1，即碼元寬度為0.1。恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。2.3 擴頻本文是采用直接序列擴頻方式實現多址接入。

14、在仿真中，將原信號與偽隨機序列相乘，從而實現擴頻。但由于輸入信號和m序列都是單極性的二進制數，所以在進入乘法器進行擴頻之前，還要對它們進行單/雙變換，變成雙極性信號。圖22分別給出了原信號波形、擴頻序列波形和擴頻后的信號波形。本系統的擴頻倍數為10。鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統庫。2.4 調制與解調本文采用MPLK調制與解調。2.5 誤碼計算濾波器幅頻、相頻特性曲線如圖29所示。發送信號與接收機恢復出的信號同時送入誤碼儀(Error-rate meter)模塊進行比較，誤碼儀可計算和顯示誤碼率和誤比特率。碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。第3章 實驗結果與總結3.1 單用戶在不同信道環境下的仿真由表1可以分析出，在

15、信道傳輸過程中，信道的噪聲對結果影響很大，在噪聲功率為100W的情下，誤碼率偏高。降低噪聲功率后，誤碼率也明顯減小。可見，在單用戶情況下，CDMA通信系統的碼率主要取決于信道中的噪聲。閿擻輳嬪諫遷擇楨秘騖。3.2 多用戶在相同信道環境下的仿真仿真條件：用戶數從1到4，由于本系統采用了遞加的方法，所以可以在同一個系統中觀察到從1個用戶一直到4個用戶的四種不同情況下的仿真。由表2的仿真結果可以看出，由于是采用了噪聲功率為0.01W的信道傳輸環境，所以在單用戶情況下誤碼率為0，而增加了用戶數之后，誤碼率也隨之增加?？梢姡盘栐趥鬏斶^程中，除了受到信道噪聲的影響外，還存在多址接入干擾、單頻干擾、窄帶干

16、擾、跟蹤式干擾等，主要是多址接入干擾。氬嚕躑竄貿懇彈瀘頷澩。表31 單用戶在不同信道環境下的仿真用戶數傳送信息量/bit誤碼數噪聲功率/W抗干擾方式 誤碼率11000444100直擴0.4441100034510直擴0.345110001611直擴0.16111000230.1直擴0.0231100000.01直擴0表32多用戶在相同信道環境下的仿真用戶數傳送信息量/bit誤碼數噪聲功率/W抗干擾方式 誤碼率1100000.01直擴0110001830.01直擴0.183110001760.01直擴0.176110002230.01直擴0.223參考文獻1 劉學勇,編著.通信系統建模與仿真(電

17、子工業出版社)2 鄧薇，編著.MATALB函數速查手冊（人民郵電出版社）3 William C.Y.Lee,著.移動通信工程理論和應用（第二版）（人民郵電出版社）4 王華奎，李艷萍等編著.移動通信原理與技術(清華大學出版社)仿真結果經過信道后的信道頻譜信號經過信道后的星座圖可以看出信號經過信道后，星座點的位置變得雜亂無章，如果不進行信道補償，則系統的誤碼率會大大增加。 補償信道后的星座圖可以看出，經過信道補償后星座點的位置得到進一步集中。設計的代碼1M序列function mout = mseq(n, taps, inidata, num) % *釷鵒資贏車贖孫滅獅贅。% n : m序列的階數

18、n% taps : 反饋寄存器的連接位置% inidata : 寄存器的初始值序列 % num : 輸出的m序列的個數% mout : 輸出的m序列，如果num1,則每一行為一個m序列if nargin 1 %如果要輸出多個m序列，生成其他m 鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。if shiftr 0 outregi(:,1:shiftr) = inregi(:,v-shiftr+1:v); %循環移位紂憂蔣氳頑薟驅藥憫騖。 outregi(:,1+shiftr:v) = inregi(:,1:v-shiftr);elseif shiftr 0 outregi(:,1:v+shiftr) = inregi(

19、:,1-shiftr:v); outregi(:,v+shiftr+1:v) = inregi(:,1:-shiftr);end *2、Gold序列：function gout = goldseq(m1, m2, num) % *穎芻莖蛺餑億頓裊賠瀧。% m1 : m序列1% m2 : m序列2% num : 生成的Gold序列個數% gout : 生成的Gold序列輸出% *濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。 if nargin 1 % 用戶數大于1時，所有用戶數據相加偽澀錕攢鴛擋緬鐒鈞錠。 out1=sum(out1.); else out1=out1.; end sigma = sqrt(0.5 *

20、 spow * sr / br * 10(-EbNo(indx)/10); 緦徑銚膾齲轎級鏜撟廟。 % 根據信噪比計算高斯白噪聲方差 y=; for ii=1:user y(ii,:)=out1+sigma(ii).*(randn(1,length(out1)+j*randn(1,length(out1); % 加入高斯白噪聲（AWGN）騅憑鈳銘僥張礫陣軫藹。 end y=rcosflt(y.,sr,Fs*sr,Fs/filter,rrcfilter); % 通過脈沖成形濾波器進行濾波 y=downsample(y,Fs); % 降采樣癘騏鏨農剎貯獄顥幗騮。 for ii=1:user y1(

21、:,ii)=y(2*delay+1:end-2*delay,ii); end yd = despread(y1.,code); % 數據解擴鏃鋝過潤啟婭澗駱讕瀘。 demodata = qamdemod(yd,M); % 4-QAM 解調榿貳軻謄壟該檻鯔塏賽。 demodata=graycode(demodata+1); % Gray編碼逆映射邁蔦賺陘賓唄擷鷦訟湊。 err,ber(indx)=biterr(data,demodata,log2(M); % 統計誤比特率嶁硤貪塒廩袞憫倉華糲。 end主程序中spread函數的代碼：%擴頻函數function out = spread(data,

22、 code)switch nargincase 0 , 1 %如果輸入參數個數不對，提示錯誤該櫟諼碼戇沖巋鳧薩錠。 error(缺少輸入參數);end hn,vn = size(data);hc,vc = size(code);if hn hc %如果擴頻碼數小于輸入的待擴頻的數據序列，提示錯誤劇妝諢貰攖蘋塒呂侖廟。 error(缺少擴頻碼序列);end out = zeros(hn,vn*vc); for ii=1:hn out(ii,:) = reshape(code(ii,:).*data(ii,:),1,vn*vc);臠龍訛驄椏業變墊羅蘄。end解擴函數despread的代碼：%信號解擴 function out = despread(data, code)switch nargin %如果輸入參數個數不對，提示錯誤鰻順褸悅漚縫囅屜鴨騫。case 0 , 1 error(缺少輸入參數);end hn,vn = size(data);hc,vc = size(code); out = zero