CDMA蜂窝移动通信期末课程论文-基于MATLAB的IS-95系统仿真.doc

cdma 期 末 论 文基于matlab的is-95系统仿真 课程名称 cdma蜂窝移动通信 姓 名 学 号 专 业 成 绩 任课老师 上课学期 1 作业要求l 分析给出的源程序，逐行给出中文注释，并分析仿真结果。l 按照如图1所示的框图设计一个cdma系统，并进行仿真。信源卷积编码交织编码扩频加扰码调制awgn信道解调解扰码信宿解卷积解交织解扩图1 cdma系统框图2 题目一2.1 源程序注释2.1.1 主程序部分%main_cdma_forward.m%此函数用于is-95前向链路系统的仿真，包括扩%频调制，匹配滤波，rake接收等相关通信模块。%但没有在频带上进行调制仿真。%仿真环境: 加性高斯白噪声信道.%数据速率 = 9600 kbps% clear allclose allclc disp(-start-);% 定义通信仿真全局变量global zi zq zs show r gi gq% zi i支路扩频pn序列生成器状态% zq q支路扩频pn序列生成器状态% zs 扰码pn序列生成器状态% show 指示是否画出仿真过程各部分产生的输出% r 仿真时码元宽度% gi i支路扩频pn序列% gq q支路扩频pn序列 clear j;show = 0;sd = 0; % 选择软/硬判决接收 %-主要的仿真参数设置-% 信道数据率为9600 bpsbitrate = 9600;% 码片速率为1.2288 mhzchiprate = 1228800;% 消息码元个数n = 184;% 匹配滤波器类型-升余弦mftype = 1; r = 5; %+viterbi生成多项式+% 维特比译码器（译卷积码）g_vit = 1 1 1 1 0 1 0 1 1; 1 0 1 1 1 0 0 0 1;% 生成矩阵的长度k = size(g_vit, 2);% 输出码片数l = size(g_vit, 1);%+ %+walsh矩阵+% 规定需要的walsh序列长度wlen = 64;% 生成 64 bit walsh序列1010.walsh = reshape(1;0*ones(1, wlen/2), wlen , 1);%walsh = zeros(wlen ,1);%+ %+扩频调制pn码的生成多项式+%gi = 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1;%gq = 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1; % i信道扩频pn序列生成多项式gi_ind = 15, 13, 9, 8, 7, 5, 0;% i信道扩频pn序列生成多项式gq_ind = 15, 12, 11, 10, 6, 5, 4, 3, 0;% 初始化序列gi（16 bit，全零）gi = zeros(16, 1);% 根据生成多项式gi_ind将对应位置1gi(16-gi_ind) = ones(size(gi_ind);% 初始化i路信道pn码生成器的初始状态zi = zeros(length(gi)-1, 1); 1;% 初始化序列gi（16 bit，全零）gq = zeros(16, 1);% 根据生成多项式gq_ind将对应位置1,得到二进制生成多项式gq(16-gq_ind) = ones(size(gq_ind);% q路信道pn码生成器的初始状态zq = zeros(length(gq)-1, 1); 1;%+ %+扰码生成多项式+% 扰码序列生成多项式gs_ind = 42, 35, 33, 31, 27, 26, 25, 22, 21, 19, 18, 17, 16, 10, 7, 6, 5, 3, 2, 1, 0;% 初始化序列gsgs = zeros(43, 1);% 根据生成多项式gs_ind将对应位置1,得到二进制生成多项式gs(43-gs_ind) = ones(size(gs_ind);% 长序列生成器的初始状态zs = zeros(length(gs)-1, 1); 1;%+ %+awgn信道+% 扩频增益ebec = 10*log10(chiprate/bitrate);%ebecvit = 10*log10(l);% 仿真信噪比范围(db)% ebno = -2 : 0.5 : 6.5;ebno = -2 : 0.5 : 4;%+ %- %-主程序- % 初始化向量errorsb = ; errorsc = ; nn = ;% errorsb% errorsc% nn% 输出信息说明采用的维特比译码判决类型if (sd = 1) fprintf(n soft decision viterbi decodernn);else fprintf(n hard decision viterbi decodernn);end % 对信噪比范围内每个数字进行仿真for i=1:length(ebno) % 输出当前仿真信噪比 fprintf(nprocessing %1.1f (db), ebno(i); iter = 0; % 仿真计数器 errb = 0; % 出错的比特数（编码前） errc = 0; % 出错的子码数（编码后） while (errb 300) & (iter 0); % 输出已编码、交织并加扰的消息比特与所用到的扰码 %（码率：19.2 kbps） txchips, scrambler = packetbuilder(txdata, g_vit, gs); % 下面进行扩频调制，调制后码率为1.2288mcps x pn mf = modulator(txchips, mftype, walsh); %+ %+%信道产生高斯白噪声 noise = 1/sqrt(2)*sqrt(r/2)*( randn(size(x) + j*randn(size(x)*10(-(ebno(i) - ebec)/20); %j*randn(size(x)*10(-(ebno(i) - ebec)/20); %向已调信号中混入加性高斯白噪声 r = x+noise; %+ %+接收机+ % 软判决，输出速率为19.2 kcps 经过卷积编码的序列 rxsd = demodulator(r, pn, mf, walsh); % 对rake接收机解调后的信号进行过零比较 rxhd = (rxsd0); if (sd) % 如果选择了软判决则会进行软判决， % 并进行解扰、解交织维特比译码 rxdata metric= receiversd(rxsd, g_vit, scrambler); else % 进行硬判决，并进行解扰、解交织维特比译码 rxdata metric= receiverhd(rxhd, g_vit, scrambler); end %+ if(show) % 画出软判决输出结果 subplot(311); plot(rxsd, -o); title(soft decisions); % 将判决结果与发送序列异或，显示出错码(维特比译码前) subplot(312); plot(xor(txchips, rxhd), -o); title(chip errors); % 将收发数据进行异或，显示出错码 subplot(313); plot(xor(txdata, rxdata), -o); title(data bit errors. metric = , num2str(metric); pause; end if(mod(iter, 50)=0) % 如果已循环次数为50的倍数则打印.将变量保存 fprintf(.); % 将变量保存到硬盘 save tempresults errb errc n iter end % 计算编码前，解码后出错的消息比特(9600 bps)数量 errb = errb + sum(xor(rxdata, txdata); % 计算经过编码出错的子码(19.2 kbps)数 errc = errc + sum(xor(rxhd, txchips); % 循环次数加1 iter = iter+ 1; end % 生成误比特数向量 errorsb = errorsb; errb; % 生成误码数向量 errorsc = errorsc; errc; % 计算本次共仿真的消息比特数 nn = nn; n*iter; % 保存所有产生的数据 save simdata *end %+误码率计算+% 计算误码率（卷积编码前的信号）perrb = errorsb./nn;% perrb1 = errorsb1./nn1;% 计算误码率（卷积编码后的信号）perrc = errorsc./nn;% bpsk调制理论误码率（无卷积编码与扩频）pbpsk= 1/2*erfc(sqrt(10.(ebno/10);% 有维特比译码但无扩频的理论误码率pcvit= 1/2*erfc(sqrt(10.(ebno-ebecvit)/10);% 有扩频但无维特比译码的理论误码率pc = 1/2*erfc(sqrt(10.(ebno-ebec)/10);%+ %+性能仿真显示+figure;semilogy(ebno(1:length(perrb), perrb, b-*);hold on;% %semilogy(ebno(1:length(perrb1), perrb1, k-o);% hold on;semilogy(ebno(1:length(perrc), perrc, b-o);grid on;semilogy(ebno, pbpsk, b-.);semilogy(ebno, pcvit, k-.x);ylabel(ber);semilogy(ebno, pc, b-.x);xlabel(信噪比/db);ylabel(误码率);%+disp(-end-);%-2.1.2 packetbuilder函数用于信号传输之前的卷积编码和交织编码和加扰码% *beginning of file*%packetbuilder.mfunction chipsout, scrambler = packetbuilder(databits, g, gs); % %此函数用于产生is-95前向链路系统的发送数据包 %+variables+% databits 发送数据（二进制形式）% g viterbi编码生成多项式% gs 长序列生成多项式（扰码生成多项式）% chipsout 输入到调制器的码序列（二进制形式）% scrambler 扰码%+ % 全局变量global zs % 取得卷积码的约束长度 k = 9k = size(g, 2); % 取得对于每一位消息码编码器的输出位数 l = 2l = size(g, 1); % 计算扩频后的子数%(原始比特：9.6 kbps- 卷积编码后：19.2 kbps -扩频后：1.2288 mbps) n = 64*l*(length(databits)+k-1);% 加入尾比特，并进行卷积编码chips = vitenc(g, databits; zeros(k-1,1); % 交织编码% 先将编码器输出转为 24行16列矩阵interl = reshape(chips, 24, 16); % 再将转置矩阵按串行输出% 速率=19.2 kbps chips = reshape(interl, length(chips), 1); % 产生扰码 % pngen 用于产生1.2288 mc/s 的扰码longseq zs = pngen(gs, zs, n); % 以下进行分频，得到19.2 kbps 的扰码scrambler = longseq(1:64:end); % 对编码后的比特进行加扰（码率； 19.2 kbps）chipsout = xor(chips, scrambler); %*end of file*2.1.3 modulator函数将信号进行扩频和调制之后再发送%*beginningoffile*%vitenc.mfunction y = vitenc(g, x); % 此函数根据生成多项式进行viterbi编码 % %+variables+% g 生成多项式的矩阵% x 输入数据（二进制形式） % y viterbi编码输出序列%+ % 取得对于每一位消息码编码器的输出位数k = size(g, 1); % 取得消息比特长度l = length(x); % 进行二维卷积运算 yy = conv2(g, x); % 去除多余项yy = yy(:, 1:l); % 将输出矩阵变为一行y = reshape(yy,k*l, 1); % 模2运算 y = mod(y, 2); %*endoffile*2.1.4 pngen函数根据pn序列的生成多项式产生pn序列2.1.5 vitenc函数进行维比特编码的函数%*beginningoffile*%pngen.mfunction y, z = pngen(g, zin, n);% 此函数是根据生成多项式和输入状态产生长度为n的伪随机序列 %+variables+% g 生成多项式% zin 移位寄存器初始化% n pn序列长度% y 生成的pn码序列% z 移位寄存器的输出状态%+ % 取得生成矩阵的长度l = length(g);% 移位寄存器的初始化z = zin;% 初始化输出序列为全零y = zeros(n, 1);for i=1:n % 输出最高位 y(i) = z(l); % 异或 z = xor(g*z(l), z); % 移位 z = z(l); z(1:l-1);end%yy = filter(1, flipud(g), 1; zeros(n-1, 1);%yy = mod(yy, 2);%*end of file*2.1.6 函数demodulator对接收到的信号进行解调和解扩%*beginningoffile*%modulator.mfunction txout, pn, mf = modulator(chips, mftype, walsh);%此函数用于实现is-95前向链路系统的数据调制 %+variables+% chips 发送的初始数据% mftype 成型滤波器的类型选择% walsh walsh码% txout 调制输出信号序列% pn 用于扩频调制的pn码序列% mf 匹配滤波器参数%+ % 导入全局变量global zi zq show r gi gq % 计算输出字码数n = length(chips)*length(walsh); % 输入速率 = 19.2 kbps, 输出速率= 1.2288 mcps% 先将单极性归二进制码变换为双极性码% 再与walsh序列相乘，实现正交调制tmp = sign(walsh-1/2)*sign(chips-1/2);% 串并转换chips = reshape(tmp, prod(size(tmp), 1);% 产生i支路pn扩频序列（1.2288mc/s）pni zi = pngen(gi, zi, n);% 产生q支路pn扩频序列（1.2288mc/s）pnq zq = pngen(gq, zq, n);% 将i支路与q支路在复数域合并表示pn = sign(pni-1/2) + j*sign(pnq-1/2);% 同时对同相与正交分量进行扩频扩频chips_out = chips.*pn; % 对输出序列进行0插值（加上信道中传输的保护间隔）chips = chips_out, zeros(n, r-1);chips = reshape(chips. , n*r, 1); %成型滤波器，以下代码构造成型滤波器switch (mftype) case 1 %升余弦滤波器（时域） l = 25; l_2 = floor(l/2); n = -l_2:l_2; b = 0.7; mf = sinc(n/r).*(cos(pi*b*n/r)./(1-(2*b*n/r).2); mf = mf/sqrt(sum(mf.2); case 2 %矩形滤波器 l = r; l_2 = floor(l/2); mf = ones(l, 1); mf = mf/sqrt(sum(mf.2); case 3 %汉明滤波器 l = r; l_2 = floor(l/2); mf = hamming(l); mf = mf/sqrt(sum(mf.2);end % 转置mf = mf(:); % 利用卷积运算进行基带滤波仿真txout = sqrt(r)*conv(mf, chips)/sqrt(2);% 去除冗余信息txout = txout(l_2+1: end - l_2); if (show) figure; % 画出匹配滤波器的时域特性（冲击响应） subplot(211); plot(mf, -o); title(matched filter); % 显示网格 grid on; subplot(212); % 画出功率谱 psd(txout, 1024, 1e3, 113); title(spectrum);end%*endoffile*2.1.7 函数receiverhd接收机，硬判决，进行解扰、解卷积和解交织%*beginningoffile*%receiverhd.mfunction dataout, metric = receiverhd(hdchips, g, scrambler); % % 此函数用于实现基于viterbi译码的硬判决接收机 %+variables+% sdchips 硬判决rake接收机输入符号% g viterbi编码生成多项式矩阵% scrambler 扰码序列% dataout 接收数据（二进制形式） % metric viterbi译码最佳度量%+ % 如果输入参数只有一个，则采用默认生成矩阵if (nargin = 1) g = 1 1 1 1 0 1 0 1 1; 1 0 1 1 1 0 0 0 1; end % 速率=19.2 kbps % 解扰hdchips = xor(hdchips, scrambler); % 解交织interl = reshape(hdchips, 16, 24); hdchips = reshape(interl, length(hdchips), 1); % 维特比译码dataout metric = vitdec(g, hdchips, 1); %*endoffile*2.1.8 函数vitdec硬判决的维比特译码%*beginningoffile*%vitdec.mfunction xx, bestmetric = vitdec(g, y, zerotail); % % 此函数是实现硬判决输入的viterbi译码 %+variables+% g 生成多项式的矩阵% y 输入的待译码序列 % zerotail 判断是否包含0尾% xx viterbi译码输出序列 % bestmetric 最后的最佳度量%+ % 输出码片数 l = size(g, 1); % 生成多项式长度k= size(g, 2); % 状态数n = 2(k-1); % 最大栅格深度t = length(y)/l; % 生成零矩阵 outmtrx = zeros(n, 2*l); for s = 1:n % 产生全1的矩阵与十进制转成二进制的矩阵相乘 in0 = ones(l, 1)*0, (dec2bin(s-1), (k-1)-0); % 产生全1的矩阵与十进制转成二进制的矩阵相乘 in1 = ones(l, 1)*1, (dec2bin(s-1), (k-1)-0); % 两矩阵对应位置元素相乘之和对2求余 out0 = mod(sum(g.*in0), 2); % 两矩阵对应位置元素相乘之和对2求余 out1 = mod(sum(g.*in1), 2); % 两个矩阵合并 outmtrx(s, :) = out0, out1; end % 初始状态 = 100 pathmet = 0; 100*ones(n-1), 1); % 取出第1列的元素pathmettemp = pathmet(:,1); % 生成零矩阵trellis = zeros(n, t); % 往矩阵第1列赋予0、1、2的递增值trellis(:,1) = 0 : (n-1); % 矩阵变形 y = reshape(y, l, length(y)/l); for t = 1:t % 从1到t列逐列取出，并转置 yy = y(:, t); for s = 0:n/2-1 % 对运算结果取最小值 b0 ind0 = min( pathmet(1+2*s, 2*s+1) + sum(abs(outmtrx(1+2*s, 0+1:l) - yy).2); sum(abs(outmtrx(1+(2*s+1), 0+1:l) - yy).2) ); % 对运算结果取最小值 b1 ind1 = min( pathmet(1+2*s, 2*s+1) + sum(abs(outmtrx(1+2*s, l+1:l) - yy).2); sum(abs(outmtrx(1+(2*s+1), l+1:l) - yy).2) ); % 将b0与b1矩阵合并并赋值 pathmettemp(1+s, s+n/2) = b0; b1; trellis(1+s, s+n/2, t+1) = 2*s+(ind0-1); 2*s + (ind1-1); end pathmet = pathmettemp; end %生成零矩阵 xx = zeros(t, 1); %如果包含零尾if (zerotail) %最佳标志位置1 bestind = 1; else %否则取矩阵最小值赋值 mycop, bestind = min(pathmet); end %最佳度量为矩阵被标志的位 bestmetric = pathmet(bestind); %将(bestind-1)/(n/2)结果向下取整%作为viterbi译码输出序列最后一位xx(t) = floor(bestind-1)/(n/2); %取数组元素赋nextstate初值nextstate = trellis(bestind, (t+1); for t=t:-1:2 %nextstate/(n/2)向下取整赋值给xx xx(t-1) = floor(nextstate/(n/2); %取数组元素赋值给nextstate nextstate = trellis( (nextstate+1), t); end %如果零尾if (zerotail) %取其中1到end-k+1位 xx = xx(1:end-k+1); end %*endoffile*2.1.9 函数receiversd用于软判决的接收机%*beginningoffile*%receiversd.mfunction dataout, metric = receiversd(sdchips, g, scrambler); % % 此函数用于实现基于viterbi译码的发送数据的恢复 %+variables+% sdchips 软判决rake接收机输入符号% g viterbi编码生成多项式矩阵% scrambler 扰码序列% dataout 接收数据（二进制形式） % metric viterbi译码最佳度量%+ if (nargin = 1) g = 1 1 1 1 0 1 0 1 1; 1 0 1 1 1 0 0 0 1; % 若只给出接收序列参数，则重新定义生成多项式end % 速率=19.2 kbps sdchips = sdchips.*sign(1/2-scrambler); % 解扰384bit interl = reshape(sdchips, 16, 24); % 解交织 sdchips = reshape(interl, length(sdchips), 1); % 速率=19.2 kbps dataout metric = softvitdec(g, sdchips, 1); % 卷积解码，判决%*endoffile* 2.1.10 函数softvitdec用于软判决的维比特译码%*beginningoffile*%softvitdec.mfunction xx, bestmetric = softvitdec(g, y, zerotail); % % 此函数是实现软判决输入的viterbi译码 %+variables+% g 生成多项式的矩阵% y 输入的待译码序列 % zerotail 判断是否包含0尾% xx viterbi译码输出序列 % bestmetric 最后的最佳度量%+ l = size(g, 1); % 输出码片数k= size(g, 2); % 生成多项式的长度 n = 2(k-1); % 状态数 t = length(y)/l; % 最大栅格深度 outmtrx = zeros(n, 2*l); % 存放256种移位寄存器状态所对应的编码for s = 1:n in0 = ones(l, 1)*0, (dec2bin(s-1), (k-1)-0); % 初始状态为0时对应移位寄存器状态in1 = ones(l, 1)*1, (dec2bin(s-1), (k-1)-0); % 初始状态为1 out0 = mod(sum(g.*in0), 2); % 对应的编码器输出 out1 = mod(sum(g.*in1), 2); outmtrx(s, :) = out0, out1; % 存到编码输出状态end outmtrx = sign(outmtrx-1/2); % 转换成双极性码 pathmet = 100; zeros(n-1), 1); % 初始状态 = 100 pathmettemp = pathmet(:,1); trellis = zeros(n, t); trellis(:,1) = 0 : (n-1); y = reshape(y, l, length(y)/l); % y为2*192矩阵for t = 1:t yy = y(:, t); % 取信码，每两个一组for s = 0:n/2-1 % 计算收到序列与所有可能发送序列的距离 b0 ind0 = max( pathmet(1+2*s, 2*s+1) + outmtrx(1+2*s, 0+1:l) * yy; outmtrx(1+(2*s+1), 0+1:l)*yy ); b1 ind1 = max( pathmet(1+2*s, 2*s+1) + outmtrx(1+2*s, l+1:l) * yy; outmtrx(1+(2*s+1), l+1:l) * yy ); p