简单码分复用技术及其Matlab仿真.docx

1、简单码分复用技术及其Matlab仿真简单码分复用技术及其Matlab仿真作者姓名：肖 杨专业名称：通信工程指导老师：梁维海 讲师2012年5月20日摘要 关键词：多址技术 频分复用 相干解调 非相干解调Abstact With the emergence of a variety of high - speed communication services and increase in the number of access users,With a lot of pressure on the existing communication network，Alleviate the pr

2、oblem of network bandwidth multiplexing the emergence of. Which code-division multiplexing is a kind of rely on different codes to distinguish the brightest of the original signal a multiplexing, And a variety of multiple access technologies combine to produce a variety of access technologies, Inclu

3、ding wireless and wireline access. For example , multiple access cellular system based on the channel to distinguish between the communication object, One channel only to accommodate a user calls, Many users call at the same time, Each other to distinguish the channel, This is the multiple access. M

4、ultiple access technology is divided into frequency division multiple access (FDMA) , time division multiple access (TDMA) , Code Division Multiple Access (CDMA ), Space Division Multiple Access (SDMA).Keywords: Multiple Access Technology Frequency Division Multiplexing Coherent demodulation Non-coh

5、erent demodulation引言信道复用，就是利用一条信道同时传输多路信号的一种技术，信道复用的目是保证了各路信号互不干扰（条件之一）。特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作，每一路信号传输时可不考虑传输时延，因而频分复用技术取得了非常广泛的应用。 频分复用技术就是为了使若干独立信号能在一条公共通路上传输，而将其分别配置在分立的频带上的复用。频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和，同时为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰，应在各子信道之间设立隔离带，这样就保证了各路信号互不干扰(条件之一)。频分复用技术的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作，每一路信号传输时可不考虑传

6、输时延，因而频分复用技术取得了非常广泛的应用。频分复用技术除传统意义上的频分复用(FDM)外，还有一种是正交频分复用(OFDM)。例如，无线电广播、电视广播、模拟通信电台都广泛采用频分复用方法。 其中，正交频分复用，其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰 ICI 。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。主要的应

7、用包括：非对称的数字用户环路（ADSL）、ETSI标准的数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）、高清晰度电视（HDTV）、无线局域网（WLAN）等。1复用技术及多址技术.1.1 复用就是将多个独立信号合成为一个多路信号的处理过程。通俗点就是指“利用现成的东西”，如在信号合成的过程中利用多址技术将多个独立的信号给利用起来，形成一个可以多路径使用的信号。我们把这个技术称为复用技术，而支持这种技术的我们叫做多址技术。1.2复用技术（多址技术）复用技术是指一种在传输路径上综合多路信道，然后恢复原机制或解除终端各信道复用技术的过程。复用技术基本实现过程如下所示：频分复用（FDM） 载波带宽被划分

8、为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号。FDM 用于模拟传输过程。 时分复用（TDM） 在交互时间间隔内在同一信道上传送多路信号。TDM 广泛用于数字传输过程。 码分复用（CDM） 每个信道作为编码信道实现位传输（特定脉冲序列）。这种编码传输方式通过传输唯一的时间系列短脉冲完成，但在较长的位时间中则采用时间片断替代。每个信道，都有各自的代码，并可以在同一光纤上进行传输以及异步解除复用。 波分复用（WDM） 在一根光纤上使用不同的波长同时传送多路光波信号。WDM 用于光纤信道。WDM 与 FDM 基于相同原理但是它应用于光纤信道上的光波传输过程。 粗波分复用（CWDM） WDM

9、的扩张。每根光纤传送4到8种波长，甚至更多。应用于中型网络系统（区域或城域网） 密集型波分复用（DWDM） WDM 的扩展。典型的 DWDM 系统支持8种或以上波长。显现系统支持上百种波长。在数据通信中，复用技术的使用极大地提高了信道的传输效率，取得了广泛地应用。多路复用技术就是在发送端将多路信号进行组合(如广电前端使用的混合器)，然后在一条专用的物理信道上实现传输，接收端再将复合信号分离出来。多路复用技术主要分为两大类：频分多路复用(简称频分复用)和时分多路复用(简称时分复用)，波分复用和统计复用本质上也属于这两种复用技术。另外还有一些其他的复用技术，如码分复用、极化波复用和空分复用等。频分

10、复用(FDM，Frequency Division Multiplexing)就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道)，每一个子信道传输1路信号。频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和，同时为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰，应在各子信道之间设立隔离带，这样就保证了各路信号互不干扰(条件之一)。频分复用技术的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作，每一路信号传输时可不考虑传输时延，因而频分复用技术取得了非常广泛的应用。频分复用技术除传统意义上的频分复用(FDM)外，还有一种是正交频分复用(OFDM)。其中，码分复用(CDM，Code Division Multi

11、plexing)是靠不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式，主要和各种多址技术结合产生了各种接入技术，包括无线和有线接入。例如在多址蜂窝系统中是以信道来区分通信对象的建立。此外，还有一种光分复用，它是一种光通信，是由光来运载信号进行传输的方式，适于数字信息的传输；缺点是当某信号源没有数据传输时，它所对应的信道会出现空闲，而其他繁忙的信道无法占用这为一种系统概念，通常有3种复用方式，即1 310 nm和1 550 nm波长的波分复用、粗波分复用(CWDM，Coarse Wavelength Division Multiplexing)和密集波分复用(DWDM，Dense Wavelength

12、 Division Multiplexing)。这种复用技术在20世纪70年代初时仅用两个波长：1 310 nm窗口一个波长，1 550 nm窗口一个波长，利用WDM技术实现单纤双窗口传输，这是最初的波分复用的使用情况。 1 310 nm和1 550 nm分通信对象以削弱来自外界的干扰，另一方面还可以降低对其他电子系统的干扰。多址技术是指把处于不同地点的多个用户接入一个公共传输媒质，实现各用户之间通信的技术。多址技术多用于无线通信。多址技术又称为“多址连接”技术。多址技术是指把处于不同地点的多个用户接入一个公共传输媒质，实现各用户之间通信的技术。多址技术多用于无线通信。多址技术又称为“多址连接

13、”技术。多址问题可以被认为是一个滤波问题。许多用户可以同时使号互不干扰地被分别接收和解调。址技术分为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）、空分多址(SDMA)。频分多址是以不同的频率信道实现通信。时分多址是以不同时隙实现通信。码分多址是以不同的代码序列来实现通信的。空分多址是以不同方位信息实现多址通信的。目前，人们对正交变扩频因子码（OVSF）进行了广泛研究，希望彻底解决其生成方法、可用数目和复用等问题；同时对CDMAPRMA多址协议也给予了极大关注被视作传统分组预约多址（PRMA）初议的扩展。3G系统中多址技术包括CDMA系统中地址码和各种多址协议两方面研究，对扩

14、频码的选择也就变得很重要。其中TACS模拟通信采用的是频分复用技术，GSM数字通信采用的是频分复用和时分复用相结合的多址技术，CDMA采用码分多址技术。下面我们重点介绍下频分多址、时分多址和码分多址的概念。1频分多址（FDMA）技术频分多址技术是利用不同的频率分割成不同信道的多址技术。是让不同的地球通信站占用不同频率的信道进行通信。因为各个用户使用着不同频率的信道，所以相互没有干扰。早期的移动通信就是采用这个技术。2. 时分多址（TDMA）技术 这种多址技术是让若干个地球站共同使用一个信道。但是占用的时间不同，所以相互之间不会干扰。显然，在相同信道数的情况下，采用时分多址要比频分多址能容纳更多

15、的用户。现在的移动通信系统多数用这种多址技术。该技术具有通信口号质量高，保密较好，系统容量较大等优点，但它必须有精确定时和同步以保证移动终端和基站间正常通信，技术上比较复杂。其正交性如下： 3码分多址（CDMA）技术 CDMA(Code Division Multiple Access)是在数字通信技术的分支扩频通信的基础上发展起来的一种技术。就是用具有噪声特性的载波以及比简单点到几点通信所需带宽宽得多的频带去传输相同的数据。这种多址技术也是多个地球站共同使用一个信道。但是每个地球站都被分配有一个独特的“码序列”，与所有别的“码序列”都不相同，所以各个用户相互之间也没有干扰。因为是靠不同的“码

16、序列”来区分不同的地球站，所以叫做“码分多址”。采用CDMA技术可以比时分多址方式容纳更多的用户。这种技术比较复杂，但现在已经为不少移动通信系统所采用。在第三代移动通信系统中，也采用宽带码分多址技术。除了上述3种多址技术之外，还有一种叫做“空分多址”的技术。空分多址（SDMA）技术是利用空间分割来构成不同信道的技术。举例来说，在一个卫星上使用多个天线，各个天线的波束分别射向地球表面的不同区域。这样，地面上不同区域的地球站即使在同一时间使用相同的频率进行通信，也不会彼此形成干扰。空分多址(SDMA)，也称为多光束频率复用。它通过标记不同方位的相同频率的天线光束来进行频率的复用。SDMA系统可使系

17、统容量成倍增加，使得系统在有限的频谱内可以支持更多的用户，从而成倍的提高频谱使用效率。空分多址方式，在中国第三代通行系统 TD-SCDMA中引入，是智能天线技术的集中体现，该方式是将空间进行划分，以取得到更多的地址，在相同时间间隙，根据信号在一空间内传播路径不同来区分不同的用户，故在有限的频率资源范围内，可以更高效的传递信号，在相同的时间间隙内，可以多路传输信号，也可以达到更高效率的传输；当然，引用这种方式传递信号，在同一时刻，由于，接受信号是从不同的路径来的，故可以大大降低信号间的相互干扰，从而达到了，信号的高质量。 该种方式，既有量，也有质，是通信技术的发展。空分多址是一种信道增容的方式，

18、可以实现频率的重复使用，有利于充分利用频率资源。空分多址还可以与其它多址方式相互兼容，从而实现组合的多址技术，例如“空分-码分多址（SD-CDMA）”1。 2码分复用原理 码分复用是用一组包含互相正交的码字的码组携带多路信号。采用同一波长的扩频序列，频谱资源利用率高，与WDM结合，可以大大增加系统容量。频谱展宽是靠与信号本身无关的一种编码来完成的。称频谱展宽码为特征码或密钥，有时也称为地址码。 图（1） 码分复用 码分复用(CDM，Code Division Multiplexing)是靠不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式，主要和各种多址技术结合产生了各种接入技术，包括无线和有线接入。

19、例如在多址蜂窝系统中是以信道来区分通信对象的，一个信道只容纳1个用户进行通话，许多同时通话的用户，互相以信道来区分，这就是多址。移动通信系统是一个多信道同时工作的系统，具有广播和大面积覆盖的特点。在移动通信环境的电波覆盖区内，建立用户之间的无线信道连接，是无线多址接入方式，属于多址接入技术。联通CDMA(Code Division Multiple Access)就是码分复用的一种方式，称为码分多址。码分复用是一种码分多址技术（CDMA），定义在由ITU制定的3G移动通信服务下的通用移动电信系统（UMTS：UniversalMobileTelecommunicationsSystem）标准中。

20、CDMA的另一个重要应用是全球定位系统（GPS：GlobalPositioningSystem）。码分多址复用（CDMA）也为数字蜂窝电话系统（digitalcellulartelephony）提供了由Qualcomm定义的一组特殊CDMA实现过程，其中包括IS-95和IS-2000，CDMA的这两种实现容易引起混乱。在实际应用中CDMA（Qualcomm标准）和UMTS互相竞争，不断适应市场需求。其特点如下码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息。CDMA系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间和空间上都可能重叠。也就是说，每一个用户有自己的地址码

21、，这个地址码用于区别每一个用户，地址码彼此之间是互相独立的，也就是互相不影响的，但是由于技术等种种原因，我们采用的地址码不可能做到完全正交，即完全独立，相互不影响，所以称为准正交，由于有地址码区分用户，所以我们对频率、时间和空间没有限制，在这些方面他们可以重叠。在通信系统中，信道所能提供的带宽通常比传送一路信号所需的带宽宽得多。如果一个信道只传送一路信号是非常浪费的，为了能够充分利用信道的带宽，就可以采用频分复用的方法。在频分复用系统中，信道的可用频带被分成若干个互不交叠的频段，每路信号用其中一个频段传输。系统原理如下所示：频分复用系统组成方框图为了限制已调信号的带宽，各路信号首先由低通滤波器

22、进行限带，限带后的信号分别对不同频率的载波进行线性调制，形成频率不同的已调信号。为了避免已调信号的频谱交叠，各路已调信号由带通滤波器进行限带，相加形成频分复用信号后送往信道传输。在接收端首先用带通滤波器将多路信号分开，各路信号由各自的解调器进行解调，再经低通滤波器滤波，恢复为调制信号。2.1发送端（信号的合成）由于消息信号往往不是严格的限带信号，因而在发送端各路消息首先经过低通滤波，以便限制各路信号的最高频率，为了分析问题的方便，这里我们假设各路的调制信号频率fm都相等。然后对各路信号进行线性调制，各路调制器的载波频率不同。在选择载频时，应考虑到边带频谱的宽度，同时，还应考虑到传输过程中邻路信

23、号的相互干扰，以及带通滤波器制作的困难程度。因此在选择各路载波信号的频率时，在保证各路信号的带宽以外，还应留有一定的防护间隔，一般要求相邻载波之间的间隔为式中为已调信号的带宽，为防卫间隔。2.2接收端（信号的分解）在频分复用系统的接收端，首先用带通滤波器(BPF)来区分各路信号的频谱,然后,通过各自的相干解调器解调,再经低通滤波后输出,便可恢复各路的调制信号。2.2.1方案一 单边带调制频分复用多路载波电话中采用单边带调制频分复用，主要是为了最大限度地节省传输频带。产生单边带信号最直观的方法是让双边带信号通过一个单边带滤波器，保留所需的一个边带，滤除不要的边带，即可得到单边带信号。此方法称为滤

24、波法。它是最简单的也是最常用的方法。边带可取上边带，也可取下边带。滤波法原理图如图所示: 图中为单边带滤波器的传递函数用滤波法产生单边带信号时，上、下边带间隔B已经确定的情况下，关键是滤波器能否实现，由滤波器知识可知，实现滤波器的难易 程度和过渡带与工作频率之间的相对值有密切关系。给单边带滤波器定义一个归一化值。过渡带相对于载频的归一化值计算方法如下式：式中： 为滤波器的过渡带。 为单边带信号的载频 。 归一化值反映了滤波器衰减特性的陡峭程度。归一化值越小，滤波器越难以实现。 一般要求此值不低于103。例如：600Hz 60KHz则： 即:1% 刚好满足所给指标。随着载频的提高,不能满足题目所

25、给的要求, 采用一 级调制直接滤波的方法,已不可能实现单边带调制。为此，在工程中往往采用多级频率搬移和多级滤波的方法，简称多级滤波法。多级滤波法原理图如上图所示, ,第一级单边带滤波器滤出以为载频的上边带信号或下边带信号，以此单边带信号作为调制信号对频率为载波进行双边带调制，再由第二级单边带滤波器滤出以为载频的单边带信号。合理选择 便可设计出合适的单边带信号调制器。 2.2.2方案二FDMA通信系统核心的思想是频分复用（FDM），复用是一种将若干个彼此独立的信号合并为一个可在同一个信道上传送的复合信号的方法。例如，在电话通信系统中，语音信号频谱在3003400Hz内，而一条干线的通信资源往往远

26、大于传送一路语音信号所需的带宽。这时，如果用一条干线只传一路语音信号会使资源大大的浪费，所以常用的方法是“复用”，使一条干线上同时传输几路电话信号，提高资源利用率。频分复用（FDM）是信道复用按频率区分信号，即将信号资源划分为多个子频带，每个子频带占用不同的频率，如图（1）所示。然后把需要在同一信道上同时传输的多个信号的频谱调制到不同的频带上，合并在一起不会相互影响，并且能再接收端彼此分离开。频分复用的关键技术是频谱搬移技术，该技术是用混频来实现的。混频的原理，如图所示。 混频原理图混频过程的时域表示式为：其双边带频谱结构如图下所示。其中，下边带也称为反转边带，从低到高的频率分量是基带频率分量

27、的翻转，双边带频谱经过低通滤波就可以得到下边带；上边带也称为正立边带，从低到高频率分量与基带频率分量一致，双边带频谱经过高通滤波就可以得到上边带。通过前面的分析可以得出FDMA通信系统之所以可以使不同的用户分配在时隙相同而频率不同的信道上传输，其核心的思想是频分复用。即不同的信号运用不同的载波进行调制，而载波带宽被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号。而接收端通过不同的带通滤波器将各路不同的信号提取出来，再通过解调和低通滤波器，进而恢复原始信号3码分复用的Matlab仿真3.1Matlab仿真（不调用内嵌函数）clear;clc;code1 = 1 1 -1 -1 -1

28、-1 1 1;code2 = 1 1 -1 -1 1 1 -1 -1;code3 = 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1;code4 = 1 1 1 1 1 1 1 1；sum(code1.*code2)sum(code1.*code3)sum(code1.*code4)sum(code2.*code3)sum(code2.*code4)sum(code3.*code4)msg1=randint(1,50,0,1);index=find(msg1=0);msg1(index)=-1;msg2=randint(1,50,0,1);index=find(msg2=0);msg2(index)=

29、-1;msg3=randint(1,50,0,1);index=find(msg3=0);msg3(index)=-1;msg4=randint(1,50,0,1);index=find(msg4=0);msg4(index)=-1;base1=;base2=;base3=;base4=;for i = 1:50 base1 = base1 msg1(i)*code1; base2 = base2 msg2(i)*code2; base3 = base3 msg3(i)*code3; base4 = base4 msg4(i)*code4;endsend = base1+base2+base3

30、+base4;% figure;plotspec(msg1,1);% figure;plotspec(msg2,1);% figure;plotspec(msg3,1);% figure;plotspec(msg4,1);% % figure;plotspec(base1,1/8);% figure;plotspec(base2,1/8);% figure;plotspec(base3,1/8);% figure;plotspec(base4,1/8);% % figure;plotspec(send,1/8);receive = send;for i = 1:50 index = (i-1)

31、*8+1:i*8; user1(i) = sum(receive(index).*code1)/8; user2(i) = sum(receive(index).*code2)/8; user3(i) = sum(receive(index).*code3)/8; user4(i) = sum(receive(index).*code4)/8;endmsg1 - user1msg2 - user2msg3 - user3msg4 - user43.2Matlab仿真结果3.3Simulink仿真3.4Simulink仿真结果4码分复用技术的典型应用4.1CDMA在3G中的应用随着中国移动用户数量的急剧增加和用户市场的不断扩大,国内GSM系统频率资源紧张的问题日益突出,尤其是在大中城市等人口稠密的地方,GSM扩容更加困难,由于CDMA技术具有非常高的频谱利用率(是GSM的5.5倍),对于缓解频率资源紧张十分有利,加之CDMA与GSM,TDMA等相比更容易向第三代移动通信系统平滑过渡,因此在中国建立CDMA系统有其客观的基础。由于CDMA具有通信抗干扰，信息传输迅速，覆盖率高，连通率高，辐射小，覆盖面积大等优势，所以在第三代移动通信中（3G）具有重要的地位。3G实现与Internet的完全互联，针对不同的业务应用，