扩频多径信道下RAKE接收机的性能分析.doc

*实践教学*兰州理工大学计算机与通信学院2010年秋季学期 通信系统综合训练 课程设计题 目： 扩频多径信道下RAKE接收机的性能分析 专业班级： 07级通信工程（1）班 姓 名： 吉小平 学 号： 07250111 指导教师： 曹明华 成 绩： 摘 要RAKE接收技术是第三代CDMA移动通信系统中的一项重要技术。在CDMA移动通信系统中，由于信号带宽较宽，存在着复杂的多径无线电信号，通信受到多径衰落的影响。本文针对CDMA系统多径衰落信道条件下采用MATLAB仿真软件对单用户RAKE接收机和多用户RAKE接收机之间分别进行了仿真。并采用最大比合并、等增益合并、选择式合并这三种合并方式进行比较。给出仿真结果及误码率性能参数。通过比较三种合并方式的比较得出最大合并比方式更适合RAKE接收机。通过单用户与多用户RAKE接收机的比较，得出RAKE接收机更适合于多用户情况,达到抗多径干扰和抗衰落的目的，并利用MATLAB软件来仿真RAKE接收机的分集接收性能。关键词：分集接收；RAKE接收机；多径传播；MATLAB语言目 录摘 要2目 录3前 言1第1章 绪 论21.1移动信道传输21.2 移动信道的多径传播特性31.3 分集技术41.4 RAKE接收机的由来4第2章RAKE接收机基本原理52.1 分集技术52.1.1 空间分集52.1.2 频率分集52.1.3 时间分集62.1.4 最大比合并62.1.5 等增益合并72.1.6 选择式合并72.2 RAKE接收机概念82.2.1 RAKE接收机基本原理82.2.2 RAKE接收机的数学实现模型122.3 RAKE接收机误码性能分析152.4 码分多址与扩频18第3章 开发平台简介21第4章 详细设计过程244.1设计要求244.2仿真程序244.3仿真结果分析28参考文献30课程设计总结311前 言 随着无线通信中扩频技术、智能天线技术和现代信息处理技术的不断变化发展，RAKE接收技术成为了第三代移动通信系统中的一项重要技术。掌握RAKE接收机原理和技术有助于培养学生综合分析问题的能力，成为学习系统设计、巩固理论知识的最有效途径，对培养学生学习兴趣、提高综合素质具有非常重要的作用。不同于传统的调制技术需要用均衡算法来消除相邻符号间的码间干扰，在选择CDMA扩频码时就要求它有很好的自相关特性。这样，在无线信道中出现的时延扩展，就可以被看作是信号的再次传送。由于在多径信号中含有可以利用的信息，所以接收机可以通过合并多径信号来改善接收信号的信噪比。基于以上原理，RAKE接收技术实际上是一种多径分集接收技术，可以在时间上分辨出细微的多径信号，对这些分辨出来的多径信号分别进行加权调整、使之复合成加强的信号。利用该特性，RAKE接收机可实现分集接收，达到抗多径干扰和抗衰落的目的。RAKE接收机系统涉及的知识包括无线传输、扩频技术、信道估计、数据编码、分集接收和数字信号处理等多个方面的知识。对于学习巩固无线通信知识具有重要意义。其中信道估计、分集接收等知识点又是通信专业学习的重点和难点，对于学生巩固课堂教学的内容很有帮助。本次通信系统综合训练就是利用RAKE接收机分集接收性能，来利用MATLAB软件编程实现多径信道下RAKE接收机的性能仿真，并进行相应的分析说明。第1章 绪 论1.1移动信道传输不同频段的无线电波，其传播方式和特点是不相同的。对工作于VHF和UHF频段的移动通信来说，电波传播的方式主要是空间波，即直射波、折射波、散射波以及它们的合成波。陆地移动系统中，移动台处于城市建筑群之中或处于地形复杂的区域，其天线将接收从多条路径传来的信号，再加移动台本身的运动，使得移动台和基站之间的无线信道多变且难以控制。与其它通信信道相比，移动信道是最为复杂的一种。例如，模拟有线信道中典型的信噪比约为46dB，也就是说，信号电平要比噪声电平高40000倍。而且对有线信道来说，其传输质量是可以控制的。通过选择合适的材料与精心加工，可以确保在有线传输系统中有一个相对稳定的电气环境。有线传输线路中，信噪比的波动通常不超过l一2dB。只有当某段线路运行了相当长一段时间后，由于线路损坏逐步带来的损耗也许可达10一15dB，但在这种情况下，就需要对这段线路进行更新了。与此相对照，陆地移动无线信道中信号强度的骤然降低即所谓衰落是经常发生的，衰落深度可达30dB。在城市环境中，一辆快速行驶车辆上的移动台的接收信号在一秒钟之内的显著衰落可达数十次。这种衰落现象严重恶化接收信号的质量，影响通信可靠性。在蜂窝移动环境中，同频干扰是一个必须考虑的问题。当发生衰落时，要接收的信号也许比同频小区基站来的干扰信号还要弱，接收机就会锁定在错误信号上。模拟移动通信多采用调频传号，调频方式的捕获效应对同频干扰有一定的抑制作用。而衰落现象会显著改变调频信号特性，消弱其捕获效应。对于数字传输来说，衰落将使比特误码率(BER)大大增加。移动信道与非移动点对点无线情道相比，信号传输的误比特串前者比后者高106倍。与此相对照，有线信道中能够很好工作的语音编码器、调制解调器和同步装置在移动环境中工作性能将会大大恶化。移动信道的衰落特性取决于无线电波传播环境。不同的环境，其传播特性也不尽相同。例如，一个有许多高层建筑的大城市与平坦开阔的农村相比，其传播环境有很大不同，两者的移动信道特性也大有差异。而传播环境本身是相当复杂的，这就使得移动信道特性也是十分复杂的。复杂、恶劣的传播条件是移动信道的特征，这是由在运动中进行无线通信这一方式本身所决定的。对于移动通信来说，恶劣的信道特性是不可回避的问题。要在这样的传播条件下保持可以接受的传输质量，就必须采用各种技术措施来抵消衰落的不利影响。这就是各种抗衰落技术，包括分集、扩频跳频、均衡、交织和纠错编码等。另外，信号传输方式，如调制方式，对信道中的衰落也要有一定的适应能力。许多抗衰落实用技术已成功地应用于模拟无线系统。在数字移动通信中，针对数字传输的特点又发展出许多新技术。各种抗衰落技术和数字传输技术的研究对发展数字移动通信系统是十分重要的。1.2 移动信道的多径传播特性多径效应：在移动传播环境中，移动台天线接收的信号不是来自单一路径，而是来自许多路径的众多反射波的合成，这种现象称作多径效应。多径衰落：在微波信号的传播过程中,由于受地面或水面反射和大气折射的影响,会产生多个经过不同路径到达接收机的信号,通过矢量叠加后合成时变信号。多径衰落可分为平衰落和频率选择性衰落。多径时延扩展：由于多径引起的接收信号脉冲的宽度扩展现象，扩展的时间是最大传输时延和最小传输时延的差值。时延扩展随环境、地形、地物的状况而不同，一般与频率无关。对模拟移动通信系统来说，多径效应引起接收信号的幅度发生变化；对于数字移动通信系统来说，多径效应引起脉冲信号的时延扩展，时延扩展将引起码间串扰(ISI)，严重影响数字信号的传输质量1。在移动通信中多径衰落以瑞利(Rayleigh)衰落为主，他是移动台在移动中受到不同路径来的同一信号源的折射或反射等信号所产生，他的变化是随机的，因此只能用统计或概率的观点来定量描述。1.3 分集技术分集技术是研究如何充分利用传输中的多径信号能量，以改善传输可靠性的技术。它也是研究利用信号的基本参量在时域、频域和空域中，如何分散开又如何收集起来的技术。为了在接收端得到几乎相互独立的不同路径，可以通过空域、时域、频域的不同角度、不同的方法与措施来加以实现。分集接收中，在接收端从N个不同的独立信号支路所获得的信号，可以通过不同形式的合并技术来获得分集增益。合并时采用的准则和方式主要可以分为三种：最大比值合并、等增益合并、选择式合并等。1.4 RAKE接收机的由来1956年，Prcie和Green提出了具有抗多径衰落的RAEK接收机概念：1937年，Forney提出的基于已知信道特性的最大似然序列检测器(MLSD)，这是一种最优的单用户接收机。美国QUALCOMM公司在80年代坚持研究DS-CDMA技术，1989年，QUALCOMM公司进行了首次CDMA实验。验证了DS扩频信号波形非常适合多径信道的传输，以及RAKE接收机、功率控制和软切换等CDMA的关键技术。在1996年推动了窄带CDMA IS-95商用运行，让RAKE接收机产业化，同时也推动了RAKE接收技术的长足发展。第2章RAKE接收机基本原理2.1 分集技术2.1.1 空间分集(1)利用不同接收地点(空间)收到的信号衰落的独立性，实现抗衰落的功能。(2)空间分集的基本结构为：发端一副天线发送，收端N部天线接收。(3)接收天线之间的距离d足够大，大于相干距离R。(4)分集天线数N越大，分集效果越好，但是不分集与分集差异很大，属于质变。分集增益正比于分集的数量N，其改善是有限的，属于量变，且改善程度随分集数量的增加而减少。工程上折衷，一般取N=24。(5)空间分集还有两类变化形式：极化分集：它利用在同一地点两个极化方向相互正交的天线发出的信号可以呈现不相关的衰落特性进行分集接收，即在收发端天线上安装水平、垂直极化天线，就可以把得到的两路衰落特性不相关的信号进行极化分集。优点：结构紧凑、节省空间；缺点：由于发射功率要分配到两幅天线上，因此有3dB的损失；角度分集：由于地形、地貌、接收环境的不同，使得到达接收端的不同路径的信号可能来自不同的方向，这样在接收端可以采用方向性天线，分别指向不同的到达方向。而每个方向性天线接收到的多径信号是不相关的。2.1.2 频率分集(1)将待发送的信息分别调制到不同的载波上发送至信道。(2)不同的载波之间的间隔足够大，大于频率相干带宽F。(3)频率分集与空间分集相比，其优点是减少了接收天线与相应设备的数目；缺点是占用更多的频谱资源，有可能在发端要采用多部发射机。2.1.3 时间分集(1)对于一个随机衰落信号，如果取样时间间隔足够大时，两个样点间的衰落互不相关的，利用这一特性可以构成时间分集。(2)将待发送的信号每隔一定时间间隔重复发送，在接收端就可以得到N条独立的分集支路。(3)在时域上时间间隔t应大于相干时间T。时间分集对于处于静止状态的移动台是无用的。(4)时间分集与空间分集相比，其优点是减少了接收天线的数目，缺点是要占用更多的时隙资源，从而降低了传输效率。2.1.4 最大比合并图2-1 最大比合并原理图在接收端有N个分集支路，经过相位调整后，按照适当的增益系数，同相相加，再送入检测器进行合并。利用切比雪夫不等式，可以证明当可变增益加权系数Gi=Ai/2时，分集合并后的信噪比达到最大值。其中Ai表示第i个分集支路的信号幅度；2表示每支路的噪声功率，且i=1，2，3，n。合并后的输出为 (2-1)可见信噪比越大，对合并后信号贡献越大。最大比合并后的平均输出信噪比 (2-2)其中表示最大比合并后的平均输出信噪比；表示合并前每个支路的平均信噪比；n表示分集支路数目，即分集重数。合并增益为： (2-3)可见合并增益与分集支路数N成正比。2.1.5 等增益合并在上述最大比合并中，取增益相等后再取平均值即为等增益合并。等增益合并后的平均输出信噪比为 (2-4)等增益合并的合并增益为 (2-5)当N较大时，等增益合并与最大比值合并相差不多。等增益合并实现比较容易，设备也简单。2.1.6 选择式合并选择式合并与最大比值合并的区别就是将相加器变为选择器。接收端有N个分集支路的接收机，根据选择逻辑选出其中具有最大信噪比的某一路作为输出。综合上述三种方法，等增益合并的优点是实现比较简单；选择性合并的缺点是未被选择的径被弃之不用；最大比合并的性能最好。选择式合并的平均输出信噪比为 (2-6)可见，每增加一条分集支路，对选择式分集输出信噪比的贡献仅为总分集支路数的倒数倍。选择式合并的合并增益为 (2-7)22.2 RAKE接收机概念2.2.1 RAKE接收机基本原理在陆地通信系统中存在着多径干扰和衰落，在城市环境中衰落尤为严重。当不同的多径分量其衰落相互独立时，可以采用分集接收技术以对抗衰落。其基本原理是：发射机发出的扩频信号，在传输过程中受到不同建筑物、山岗等各种障碍物的反射和折射，到达接收机时每个波束具有不同的延迟，形成多径信号。如果不同路径信号的延迟超过一个伪码的码片的时延，则在接收端可将不同的波束区别开来。将这些不同波束分别经过不同的延迟线，对齐以及合并在一起，则可达到变害为利，把原来是干扰的信号变成有用信号组合在一起。例如：在多径环境中，设某一径的强度低于检测门限值的概率为p，则在L径情况下，所有L个径的强度都低于检测门限的概率为pL远低于p。分集接收技术的代价是增加了接收的复杂度。在CDMA系统中，由于信号宽带传输，可以认为多径分量的衰落是相互独立的，即可以采用分集接收的技术。在第三代移动通信中分集接收技术有了更加广泛的应用。RAKE的概念是由R.Price和P.E.Green在1958年的多径信道中的一种通信技术一文中提出来的。RAKE接收机的基本原理就是将那些幅度明显大于噪声背景的多径分量取出，对它进行延时和相位校正，使之在某一时刻对齐，并按一定的规则进行合并，变矢量合并为代数求和，有效地利用多径分量，提高多径分集的效果。由于用户的随机移动性，接收到的多径分量的数量、幅度大小、时延、相位均为随机量。若无RAKE接收机，多径信号的合成如图2-2(a)所示，若采用RAKE接收机，多径信号的合成如图2-2(b)所示。图2-2 多径信号的矢量合成图可见，通过RAKE接收，将各路径分离开，相位校准，加以利用，变矢量相加为代数相加，有效地利用了多径分量。根据CDMA系统中可分离的径的概念，当两信号的多径时延相差大于一个扩频码片宽度时，可以认为这两个信号是不相关的，或者说是路径可分离的。反应在频域上，即信号的传输带宽大于信号的相干带宽时，认为这两个信号是不相关的，或者说是路径可分离的。由于CDMA系统是宽带传输的，所有信道共享频率资源，所以CDMA系统可以使用RAKE接收技术，而其他两种多址技术TDMA、FDMA则无法使用。RAKE接收机分集的度量取决于多径时延宽度和多径分离的能力。图2-3 RAKE接收机信道模型在最大时延扩展为m的多径衰落信道中，RAKE的概念就是采用一种特定的宽带传输信号，其带宽W远远大于信道的相干带宽m，根据可分离的多径的概念，这种情况下可分离的多径数为L。于是RAKE接收机采用L个相关器，相邻相关器所处理的时延之差为1/W，每个相关器只从总的接收信号中提取相应延时的那部分多径信号。移动通信信道是一种多径衰落信道，RAKE接收技术就是分别接收每一路的信号进行解调，然后叠加输出达到增强接收效果的目的，这里多径信号不仅不是一个不利因素，而且在CDMA系统变成一个可供利用的有利因素。在移动通信中，由于城市建筑物和地形地貌的影响，电波传播必然会出现不同路径和时延，使接收信号出现起伏和衰落，采用分集合并接收技术是十分有效的抗多径衰落的方法。CDMA个人通信系统采用时间分集和空间分集两种RAKE接收方法。基站使用有一定间隔的两组天线，分别接收来自不同方向的信号，独立处理，最后合并解调。移动台采用时间分集RAKE接收，让接收信号通过相关延迟为D的逐次延迟相关器，延迟间隔D为扩频码码元宽或大于码元宽，不同的延迟相关输出结果对应不同路径的信号，选其最大输出的前几个作合并，实现RAKE接收。在CDMA扩频系统中，信道带宽远远大于信道的平坦衰落带宽。不同于传统的调制技术需要用均衡算法来消除相邻符号间的码间干扰，CDMA扩频码在选择时就要求它有很好的自相关特性。这样，在无线信道中出现的时延扩展，就可以被看作只是被传信号的再次传送。如果这些多径信号相互间的延时超过了一个码片的长度，那么它们将被CDMA接收机看作是非相关的噪声，而不再需要均衡了。由于在多径信号中含有可以利用的信息，所以CDMA接收机可以通过合并多径信号来改善接收信号的信噪比。其实RAKE接收机所作的就是：通过多个相关检测器接收多径信号中的各路信号，并把它们合并在一起。图为一个RAKE接收机，它是专为CDMA系统设计的经典的分集接收器，其理论基础就是：当传播时延超过一个码片周期时，多径信号实际上可被看作是互不相关的。图2-4 RAKE接收机框图图2-4中，带DLL的相关器是一个具有迟早门锁相环的解调相关器。迟早门和解调相关器分别相差1/2(或1/4)个码片。迟早门的相关结果相减可以用于调整码相位。延迟环路的性能取决于环路带宽。从实现的角度而言，RAKE接收机的处理包括码片级和符号级，码片级的处理有相关器、本地码产生器和匹配滤波器。符号级的处理包括信道估计，相位旋转和合并相加。码片级的处理一般用ASIC器件实现，而符号级的处理用DSP实现。移动台和基站间的RAKE接收机的实现方法和功能尽管有所不同，但其原理是完全一样的。对于多个接收天线分集接收而言，多个接收天线接收的多径可以用上面的方法同样处理，RAKE接收机既可以接收来自同一天线的多径，也可以接收来自不同天线的多径，从RAKE接收的角度来看，两种分集并没有本质的不同。但是，在实现上由于多个天线的数据要进行分路的控制处理，增加了基带处理的复杂度。2.2.2 RAKE接收机的数学实现模型由推导可以得到RAKE接收机的一种实现模型，如图2-5所示。图2-5 RAKE接收机模型图中把接收数据送入RAKE接收机的各指峰finger，在每个fillger中首先对接收数据做下抽样和时延调整，保证各finger均获得有效的计算数据，并且使每个chip周期内有一个抽样值；接着是与本地扩频地址码进行相关运算，随后在整个扩频地址码长度内求平均，并以符号长度为周期抽样，然后将各finger的计算值乘以信道加权系数口，后合并相加，最后得到RAKE接收输出值x(t)。考虑一个具有K个用户的单小区情况。第K个用户发送的等效基带信号： (2-8)式中，分别表示第K个用户的信息流和信号功率，表示第K个用户的载波相位。是一个周期很长的伪随机序列，目的是提高扩频增益和增强系统抗干扰、抗截获能力，表示第K个用户的扩频序列波形。记扩频码片宽度为，用户信息流中的每一符号宽度为，则扩频增益。多径衰落信道采用抽头延迟线模型： (2-9)式中L是多径信道中可分解的路径数；，分别是信道中的第条可分解路径的增益、相位和时间延时，是Dirac函数，在Rayleigh信道条件下，服从Rayleigh分布，服从上的均匀分布。记为信道的最大时延扩展，即，考虑无码间干扰的情况时，即小于，并假设在上服从均匀分布。到达接收端的信号可表示为 (2-10)式中表示热噪声，假设是双边功率谱密度为的零均值复高斯随机过程。假定第一个用户(k=1)的接收机已理想地捕获到第一路径，不失一般性，设=0，=0，则第一条路径经过相关器的输出为 (2-11)将(2-10)式代入(2-11)式得 (2-12)其中 (2-13)和分别表示第k个用户信号中的连续两个数据符号，和分别表示第一个用户的扩频序列与第k个用户的扩频序列的连续时间部分。互相关函数： (2-14) (2-15)其中，(2-12)式中的第一项表示信号项；第二项表示其它L-1条路径信号对第一条路径信号产生的多径干扰，简记为MPI，又称自干扰；第三项为其它K-1个用户对第一个用户产生的多址干扰(MAI)；(2-12)式的最后为加性高斯白噪声AWGN项。常规的单用户RAKE接收机通常将(2-12)式中除第一项以外的其余各项近似当做加性高斯噪声处理。若RAKE之后采用最大比合并，则常规RAKE接收输出的判决变量为： (2-16)其中，表示第一用户第条信道路径的幅度估计，可采用导频辅助的信道估计方法求得。是常规RAKE第个解调器的输出，可表示为： (2-17)32.3 RAKE接收机误码性能分析M进制直扩系统误码率和误比特率的关系为： (2-18)下面，分析在不采用RAKE接收和采用不同分集合并策略时RAKE接收机时系统的误码特性。并假定L个多路径成分都是相等平均强度的瑞利分布。(1)不采用RAKE接收(SFR)在不采用RAKE接收机时。信号的接收原理和RAKE接收机中一个支路相同。假定接收机随机捕获L条多径中的一条，误码率为： (2-19)基于高斯分布假设，可推导出为 (2-20)是一个条件概率分布，要计算其均值非常复杂，实际中常采用近似计算。令是自由度为2的分布。当L个多路径成分都是相等平均强度的瑞利分布，即当，存在j时利用近似算法可得到的均值为： (2-21)其中，(2-22)(2)选择式合并(SDC) (2-23)假设选择式合并仅搜索L条多径中的前J个。不失一般性，可假设第条路径的信号幅度最大，则表达式与相同当，存在j时， (2-24)其中， (2-25)且有， (2-26)(3)等增益合并(EGC)J条支路RAKE接收机在等增益合并和最大比合并时输出的判决分量为： (2-27)一般。考虑到接收机实现的复杂性，选取L个多径中前J个进行处理。假定是相互独立的高斯随机变量，存在j，容易得到的均值和方差： (2-28) (2-29)其它支的输出均值为0，方差为： (2-30)当采用等增益合并时，存在j。则有 (2-31)当，存在时， (2-32)其中， (2-33)(4)最大比合并(MRC)当采用最大比合并时，在式(2-27)中 (2-34)同理，可推导出如下公式： (2-35)其中， (2-36)则平均误码率为： (2-37)2.4 码分多址与扩频CDMA是码分多址(CodeDivisionMultiple Access)技术的缩写，是近年来在数字移动通信进程中出现的一种先进的无线扩频通信技术，是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式。它不像FDMA、TDMA那样把用户的信息从频率和时间上进行分离，它可在一个信道上同时传输多个用户的信息，也就是说，允许用户之间的相互干扰。不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分，而是用各自不同的编码序列来区分，或者说，靠信号的不同波形来区分。接收机用相关器可以在多个CDMA信号中选出其中使用预定码型的信号。其它使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。它们的存在类似于在信道中引入了噪声和干扰，通常称之为多址干扰。码分多址能够满足市场对移动通信容量和品质的高要求，具有频谱利用率高、话音质量好、保密性强、掉话率低、电磁辐射小、容量大、覆盖广等特点，可以大量减少投资和降低运营成本。图2-3 多址技术图码分多址的关键是信息在传输以前要进行特殊的编码，编码后的信息混合后不会丢失原来的信息。有多少个互为正交的码序列，就可以有多少个用户同时在一个载波上通信。每个发射机都有自己唯一的代码(伪随机码)，同时接收机也知道要接收的代码，用这个代码作为信号的滤波器，接收机就能从所有其他信号的背景中恢复成原来的信息码(这个过程称为解扩)。CDMA的技术特点：(1)CDMA是扩频通信的一种，他具有扩频通信的以下特点：抗干扰能力强。这是扩频通信的基本特点，是所有通信方式无法比拟的；宽带传输，抗衰落能力强；由于采用宽带传输，在信道中传输的有用信号的功率比干扰信号的功率低得多，因此信号好像隐蔽在噪声中；即功率话密度比较低，有利于信号隐蔽；利用扩频码的相关性来获取用户的信息，抗截获的能力强。(2)在扩频CDMA通信系统中，由于采用了新的关键技术而具有一些新的特点：采用了多种分集方式，除了传统的空间分集外，由于是宽带传输起到了频率分集的作用，同时在基站和移动台采用了RAKE接收机技术，相当于时间分集的作用；采用了话音激活技术和扇区化技术，因为CDMA系统的容量直接与所受的干扰有关，采用话音激活和扇区化技术可以减少干扰，可以使整个系统的容量增大；采用了移动台辅助的软切换，通过它可以实现无缝切换，保证了通话的连续性，减少了掉话的可能性，处于切换区域的移动台通过分集接收多个基站的信号，可以减低自身的发射功率，从而减少了对周围基站的干扰，这样有利于提高反向联路的容量和覆盖范围；采用了功率控制技术，这样降低了平准发射功率；具有软容量特性；兼容性好，由于CDMA的带宽很大，功率分布在广阔的频谱上，功率话密度低，对窄带模拟系统的干扰小，因此两者可以共存；CDMA的频率利用率高，不需频率规划，这也是CDMA的特点之一。扩频技术是一种信息处理传输技术。扩频技术是利用同域传输数据(信息)无关的码对被传输信号扩展频谱，将信号调制到多个载波频率的技术。使之占有远远超过被传送信息所必需的最小带宽。扩频技术可以提供更安全的传输，并可降低干扰，提高频带的利用率。利用扩频技术对时钟频率加入抖动处理，使发射频率不再集中在一个频点，还可以降低电磁干扰。扩频信号具有以下三个特性：(1)扩频信号是不可预测的伪随机的宽带信号；(2)扩频信号带宽远大于欲传输数据(信息)带宽；(3)接收机中必须有与宽带载波同步的副本。补充：传输信息时所用信号带宽远大于传输些信息所需最小带宽的一种信号处理技术。发射端展宽频带是用独立于所传数据的码来实现，接收端用同步的相同码解扩以恢复所传数据。扩频的基本方法有：直接序列(DS)、跳频(FH)、跳时(TH)和线性调频(Chirp)等4种。目前人们所熟知的新一代手机标准CDMA就是直接序列扩频技术的一个应用。而跳频、跳时等技术则主要应用于军事领域，以避免己方通信信号被敌方截获或者干扰。扩频的主要特点为：抗干扰，抗多径衰落，低截获概率，码分多址能力，高距离分辨率和精确定时特性等。第3章 开发平台简介 在科学研究和工程应用中，往往要进行大量的数学计算，其中包括矩阵运算。这些运算一般来说难以用手工精确和快捷地进行，而要借助计算机编制相应的程序做近似计算。目前流行用Basic、Fortran和c语言编制计算程序, 既需要对有关算法有深刻的了解，还需要熟练地掌握所用语言的语法及编程技巧。对多数科学工作者而言，同时具备这两方面技能有一定困难。通常，编制程序也是繁杂的，不仅消耗人力与物力,而且影响工作进程和效率。为克服上述困难，美国Mathwork公司于1967年推出了“Matrix Laboratory”（缩写为Matlab）软件包，并不断更新和扩充。目前最新的5.x版本（windows环境）是一种功能强、效率高便于进行科学和工程计算的交互式软件包。其中包括：一般数值分析、矩阵运算、数字信号处理、建模和系统控制和优化等应用程序，并集应用程序和图形于一便于使用的集成环境中。在此环境下所解问题的Matlab语言表述形式和其数学表达形式相同，不需要按传统的方法编程。不过，Matlab作为一种新的计算机语言，要想运用自如，充分发挥它的威力，也需先系统地学习它。但由于使用Matlab编程运算与人进行科学计算的思路和表达方式完全一致，所以不象学习其它高级语言-如Basic、Fortran和C等那样难于掌握。实践证明，你可在几十分钟的时间内学会Matlab的基础知识，在短短几个小时的使用中就能初步掌握它.从而使你能够进行高效率和富有创造性的计算。 Matlab大大降低了对使用者的数学基础和计算机语言知识的要求，而且编程效率和计算效率极高，还可在计算机上直接输出结果和精美的图形拷贝，所以它的确为一高效的科研助手。自推出后即风行美国，流传世界。Matlab语言有如下特点： 一种语言之所以能如此迅速地普及，显示出如此旺盛的生命力，是由于它有着不同于其他语言的特点，正如同FORTRAN和C等高级语言使人们摆脱了需要直接对计算机硬件资源进行操作一样，被称作为第四代计算机语言的MATLAB，利用其丰富的函数资源，使编程人员从繁琐的程序代码中解放出来。MATLAB最突出的特点就是简洁。MATLAB用更直观的，符合人们思维习惯的代码，代替了C和FORTRAN语言的冗长代码。MATLAB给用户带来的是最直观，最简洁的程序开发环境。1）语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。MATLAB程序书写形式自由，利用起丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。由于库函数都由本领域的专家编写，用户不必担心函数的可靠性。可以说，用MATLAB进行科技开发是站在专家的肩膀上。 2）运算符丰富。由于MATLAB是用C语言编写的，MATLAB提供了和C语言几乎一样多的运算符，灵活使用MATLAB的运算符将使程序变得极为简短。 3）MATLAB既具有结构化的控制语句（如for循环，while循环，break语句和if语句），又有面向对象编程的特性。4）程序限制不严格，程序设计自由度大。例如，在MATLAB里，用户无需对矩阵预定义就可使用。 5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行。 6）MATLAB的图形功能强大。在FORTRAN和C语言里，绘图都很不容易，但在MATLAB里，数据的可视化非常简单。MATLAB还具有较强的编辑图形界面的能力。 7）MATLAB的缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。由于MATLAB的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。 8）功能强大的工具箱是MATLAB的另一特色。MATLAB包含两个部分：核心部分和各种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。其工具箱又分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能，图示建模仿真功能，文字处理功能以及与硬件实时交互功能。功能性工具箱用于多种学科。而学科性工具箱是专业性比较强的，如control,toolbox,signl proceessing toolbox,commumnication toolbox等。这些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的，所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序，而直接进行高，精，尖的研究。 9）源程序的开放性。开放性也许是MATLAB最受人们欢迎的特点。除内部函数以外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件，用户可通过对源文件的修改以及加入自己的文件构成新的工具箱。本次课程设计就是利用MATLAB语言强大的功能和上述优点来实现线性分组码（7.4）码的编译过程。在此开发平台之上，我们可以对线性分组码的编译过程进行编程，利用MATLAB软件实现（7.4）码的编码、译码、检错、纠错和仿真。第4章 详细设计过程4.1设计要求 该题目要求学生设计RAKE接收机的系统框图、利用MATLAB软件编程实现多径信道下RAKE接收机的性能仿真，并进行相应的分析说明。具体任务如下：1、仿真3径信道下RAKE接收机的性能；2、3径的时延差结构为0,1,2TC；3、扩频增益为N128；4、各径的信道增益hL满足Rayleigh分布，每径的衰落前后独立，且各径独立；5、各径的平均功率为0.5,0.3,0.2；6、完成系统框图的设计，完成仿真软件的编制，分析结果。4.2仿真程序 利用MATLAB软件来仿真RAKE接收机分集接收性能的程序如下：Numusers=1;Nc=16; %扩频因子ISI_Length=1; %每径延时为ISI_Length/2EbN0db = 0:2:10;Tlen=5000;%数据长度Bit_Error_Number1=0;%误比特率的初始值Bit_Error_Number2=0;Bit_Error_Number3=0;power_unitary_factor1=sqrt(5/9);%每径功率因子power_unitary_factor2=sqrt(3/9);power_unitary_factor3=sqrt(1/9);s_initial=randsrc(1,Tlen);%数据源%产生Walsh 矩阵 Wal2=1 1;1 -1;Wal4=Wal2 Wal2;Wal2 Wal2*(-1);Wal8=Wal4 Wal4;Wal4 Wal4*(-1);Wal16=Wal8 Wal8;Wal8 Wal8*(-1);%扩频s_spread=zeros(Numusers,Tlen*Nc);ray1=zeros(Numusers,2*Tlen*Nc);ray2=zeros(Numusers,2*Tlen*Nc);ray3=zeros(Numusers,2*Tlen*Nc);for i=1:Numusers x0=s_initial(i,:).*Wal16(8,:); x1=x0.; s_Spread(i,:)=(x1(:).;end%将每个扩频后输出重复为两次，有利于下面的延迟（延迟了半个码元）ray1(1:2:2*Tlen*Nc-1)=s_Spread(1:Tlen*Nc); ray1(2:2:2*Tlen*Nc)=ray1(1:2:2*Tlen*Nc-1);%产生第二径和第三径信号ray2(ISI_Length+1:2*Tlen*Nc)=ray1(1:2*Tlen*Nc-ISI_Length);ray3(2*ISI_Length+1:2*Tlen*Nc)=ray1(1:2*Tlen*Nc-2*ISI_Length);for nEN = 1:length(EbN0db) en = 10(EbN0db(nEN)/10); % convert Eb/N0 from unit db to normal numbers sigma = sqrt(32/(2*en); %接收到的信号dempdemp=power_unitary_factor1*ray1+power_unitary_factor2*ray2+power_unitary_factor3*ray3+(randn(1,2*Tlen*Nc)+randn(1,2*Tlen*Nc)*i)*sigma; dt=reshape(demp,32,Tlen); %将Walsh码重复为两次 Wal16_d(1:2:31)=Wal16(8,1:16); Wal16_d(2:2:32)=Wal16(8,1:16); %解扩后rdata1为第一径输出 rdata1=dt*Wal16_d(1,:).; %将Walsh码延迟半个码片 Wal16_delay1(1,2:32)=Wal16_d(1,1:31); %解扩后rdata2为第二径输出 rdata2=dt*Wal16_delay1(1,:).; %将Walsh码延迟一个码片 Wal16_delay2(1,3:32)=Wal16_d(1,1:30); Wal16_delay2(1,1:2)=Wal16_d(1,31:32); %解扩后rdata3为第三径输出 rdata3=dt*Wal16_delay2(1,:).; p1=rdata1*rdata1; p2=rdata2*rdata2; p3=rdata3*rdata3; p=p1+p2+p3; u1=p1/p; u2=p2/p; u3=p3/p; %最大值合并 rd_m1=real(rdata1*u1+rdata2*u2+rdata