基于matlab的码分多址系统仿真.docx

1、基于matlab的码分多址系统仿真基于matlab的码分多址系统仿真课程设计报告题 目： 基于Matlab的 CDMA多址技术的仿真 学生姓名： 学生学号： 1008030130 系 别： 电气信息工程学院 专 业： 电子信息工程 届 别： 10级 指导教师： 电气信息工程学院制 2013年5月基于Matlab的CDMA多址技术的仿真学生：指导教师：电气信息工程学院 电子信息工程专业1课程设计的任务与要求1.1 课程设计的任务基于MATLAB6.5仿真工具箱SIMULINK，根据m序列扩频原理及通信系统框图建立码分多址通信系统仿真模型，并对各子模块进行介绍。对信道信噪比进行不同设置，得到码分多

2、址仿真系统误码率与信道信噪比之间的关系图，并分析多址干扰独立加入AWGN噪声时对误码率的影响。1.2 课程设计的要求码分多址通信系统的仿真模型码分多址，包括源信号的生成、卷积编码、信道调制、扩频调制、多址干扰、加性高斯白噪声信道、解扩、解调、译码、错误率统计等模块。用matlab中的SIMULINK模块画出所需的模块，正确设置参数，记录仿真的结果。1.3 课程设计的研究基础1.3.1扩展频谱通信原理扩频的定义10为：用来传输信息的信号带宽远远大于信息本身带宽的一种传输方式，频带的扩展由独立于信息的扩频码来实现，与所传信息数据无关，在接收端用同步接收实现解扩和数据恢复。根据香农定理即，可得对于给

3、定的信息传输速率，可以用不同的带宽和信噪比的组合来传输，即信噪比和信道带宽可以互换。扩频通信系统正是基于此理论，将信道带宽扩展许多倍以换取信噪比上的好处，增强系统的抗干扰能力。一个典型的扩频通信系统框图2如图1.1所示。图1.1 典型的扩频通信系统模型扩频通信中，信源编码可减小信息的冗余度，提高信道的传输效率。信道编码增加信息在信道传输中的冗余度，使其具有检错或纠错能力提高信道传输质量。调制使经信道编码后的符号能在适当的频段传输。扩频和解扩是为了提高系统的抗干扰能力而进行的信号频谱展宽和还原。码分多址系统应用扩频通信原理8。在发送端，将要传输的信息通过与伪随机码序列进行调制，使其频谱展宽，即“

4、扩频”；在接收端，用与发送端相同的码序列进行“反扩展”，将宽带信号恢复成窄带信号，即“解扩”。窄带干扰信号由于与伪随机序列不相关，在接收端被扩展，从而使进入信号频带内的干扰信号功率大大降低，增加解调器输入端的信噪比。1.3.2 M序列M序列是由n级线性移位寄存器产生的周期为的码序列，是最长线性反馈移位寄存器序列的简称。周期为的m序列可以提供个扩频地址码。它可扩展频谱、区分通过多址接入方式使用同一传输频带的不同用户的信号。M序列的特性:（1）扩频特性：具有很强的二值自相关性和很弱的互相关性。（2）移位特性：m码序列和其移位后的序列模2相加，所得的序列还是m序列，只是相位不同。（3）均衡性：m码序

5、列一个周期内，“1”和“0”的码元基本相等，保证了在扩频系统中，用m码序列作平衡调制实现扩展频谱时有较高的载波抑制度。若一个n次多项式满足下列条件：（1）为不可约的；（2）可整除，；（3）除不尽，qm应用伪随机序列产生器产生四级m序列的方法是： 图1.2 产生m序列的仿真模型1.3.3 Gold码序列 对周期和速率均相同的m序列优选对模2加后得到Gold序列3，有较优良的自相关和互相关特性，在各种卫星系统中获得了广泛的应用。其自相关性不如m序列，互相关性比m序列要好。满足下列条件的两个m序列可构成优选对：1.3.4 CDMA扩频码：PN序列的扩频原理在CDMA中，不同的用户在相同的时间用相同的

6、频带，有一系列正交的波形、序列或码字来相互分离开。当时间离散时，它们的内积为零，则两个实数值的波形x和y是正交的，即： 其中：，T表示向量的转置，它是一个序列数值的另一种表达方式。为了将正交码用于CDMA多址接入方案中，需要三个条件：（1）正交码的每个码元的数值必须为1或-1。 （2）所给出的正交码具有伪随机特性。（3）每个码自己的内积被码元的数量相除必须为1。一套有七个码字的三级PN码序列能够通过连续的滑动而产生，将每一个0都变为-1可以得到： 可以验证上述这些PN码都满足CDMA多址接入所要求的条件，即生成多项式系数相同而相位不同的PN码是相互正交的。同理四级m序列能通过连续的滑动，将每一

7、个0都变为-1可以得到15个正交码序列。使用PN序列进行扩展：用以下实例6来说明PN码序列被用做扩展码的原理，并为第五章CDMA系统仿真模型的建立提供理论基础。假设有相同的三个用户希望发送三条单独的信息。这些信息是：=（+1 -1 +1） =（+1 +1 -1 ） =（-1 +1 +1）这三个用户被分别配制了一个PN码：=（+1 -1 +1 +1 +1 -1 -1）=（+1 -1 -1 +1 -1 +1 +1）=（-1 +1 +1 +1 -1 -1 +1）将第0号PN码配置给了第一条信息，将第3号PN码配置给了第二条信息，将第6号PN码配置给了第三条信息。每一条信息由配置的PN码序列扩频。且P

8、N码序列的码片速率是信息比特速率的七倍，即它对处理增益的贡献为7。对于第一条信息： 其中，是第一条信息的扩展信号。类似地，对于第二条信息为： 对于第三条信息为： 将所有的这三个扩频信号、进行叠加得到合成信号，即： (2.4b)结果为： 是在RF频带内传输的合成信号。假如在传输过程中只出现了可以忽略的错误，接收机就会截获。为了将原来的信息、和从合成信号中分离出来，接收机用原来配置给每一条信息的PN码与相乘，得： 然后接收机在每一个比特周期内将所有的值进行积分或叠加。结果推导出函数、和： 根据积分函数、和，有一个“判决门限”。所使用的判决规则为： 假如 假如 在应用了上述判决之后，可得： 上述实例

9、说明：多址用户发送单独的信息分别经相互正交的PN序列扩频后相加得到合成信号，经各自的PN序列解扩后，接收机在每一个比特周期内将所有的值进行积分或叠加，再通过判决规则，即可恢复各自的源信号。这就是PN序列作为扩频码的原理。根据这一原理，设计出第五章CDMA系统仿真模型。2 CDMA系统方案制定2.1码分多址系统仿真原理框图当扩频通信系统中采用的扩频码具有多址作用时，该系统即构成了一个码分多址通信系统。通信系统以占用比原始信号带宽宽得多的射频带宽为代价，来获得更强的抗干扰能力和更高的频谱利用率。码分多址通信系统原理框图2如图1.3所示。 图1.3 码分多址通信系统原理框图2.2 方案论证（1）发送

10、端首先由信号源生成将要发送的数据，以比特为单位，经过差错控制编码处理，增加一定的信息冗余度，便于接收端检测接收信号是否正确。然后用其来调制载波，则信号被搬移到载频上去，就得到调制后信号。再用一条15位的m序列与每个信息码元进行相关运算，数据单位为切普，长度缩短为比特的1/30，信号频谱大大扩展。（2）信道将扩频调制并加入多址干扰的合成信号发送到无线信道中。由于无线通信介质的特性，用户发送的信号在信道传输过程中会受到各种噪声干扰的影响，本CDMA仿真系统只考虑多址接入干扰MAI和加性高斯白噪声干扰。（3）接收端在接收部分，系统通常对信号进行相关接收。当从信道中检测到信号后，接收端首先对接收信号进

11、行解扩处理，通过扩频码的正交性去除多址干扰恢复为扩频前的原始数据。接收端的伪随机序列与发送端的伪随机序列不仅要求码字相同，码字的相位也应相同，才能正确解扩。然后进行解调处理，将其下变频到基带，并恢复出卷积编码信号；将信号送给维特比解编码模块，从中恢复出信息码元。输出的信号经过一个抽样判决过程，将接收恢复出的数据比特送至信宿端。 3 CDMA系统方案设计3.1各单元模块功能介绍3.1.1源信号生成数据源为伯努利二进制序列产生器，用于生成随机的二进制序列，其码元宽度为0.01s,从其输出数据线上引出的输出端口用于对译码后的序列进行对比伯努利序列产生器的参数设置如下：Probability of a

12、 zero：模块产生的二进制序列中出现0的概率 ，设为0.5。Initial seed：随机数种子，不同的随机数种子通常产生不同的序列，设为12345。Sample time：抽样时间，表示输出序列中每个二进制符号的持续时间，设为0.01。3.1.2 差错控制编码卷积编码源信号比特流送入差错控制编码模块进行纠错编码，由卷积编码模块Convolutional Encoder完成。编码原理是其码字与现在和之前的信息比特都有关系，纠错能力与约束长度有关，纠错性能与译码算法有关。输入、输出均是二进制形式。参数设置为：Trellis structure：格型结构，则该参数为：，是IS-95CDMA正向信

13、道卷积编码的生成多项式；Reset：设置编码器在何种情况下复位。选择None表示在任何情况下都不复位。源信号数据流进行卷积编码，由一列信号变成两列信号。3.1.3 M-DPSK调制模块本模型采用频带差分相移键控M-DPSK调制器对经过卷积编码后的信号进行调制。仿真中用到缓存器，其作用4是：经过卷积编码的双列信号经过缓存器变为一列，以便对信号进行M-DPSK调制。缓存器和缓存器1的主要参数设置如表1.4所示。表1.4 缓存器和缓存器1参数设置参数名称缓存器 缓存器1Specify output buffer size（指定输出缓存大小）使能（选中）Output buffer size(chann

14、el)（每信道输出缓存大小）1 2Buffer overlap（缓存交叠）0Initial conditions（初始条件）0Number of channels（信道数）1M-DPSK调制器和解调器参数设置如表1.4所示。表1.5 M-DPSK参数设置M-ray number（元数）2Symbol period(s)（符号周期）1/200Baseband samples per symbol（每符号基带采样）2Carrier frequency（载频）600Carrier initial phase(rad)（载频初始相位）0Output sample time(s)（输出采样时间）0.01

15、/3003.1.4扩频模块扩频模块包括伪随机码生成（有PN产生器模块完成）、极性转换和相关运算三部分。扩频、解扩的方式可以使用单极性二进制码元用异或的方式，但是0的结果有时处理起来有一定的困难；当信号叠加了噪声信号后已经不是二进制码时，就不能用异或方式处理。使用双极性二进制码元用相乘的方式同样可以完成扩频与解扩的运算，还可以克服上述方法的不足4。源信号经卷积编码、M-DPSK调制后是单列双极性的实信号，被周期为15的四级m序列直接相乘进行扩频。扩频后的信号在Sum中与多址干扰信号相加，进入AWGN信道，到达接收端。3.1.5多址（MAI）干扰模块在CDMA通信系统中，同时占用时间-频率平面同信道的其它用户相对其中一个用户而言就是干扰，周期为的m序列可以提供个扩频地址码，则该系统可容纳个多址