基于MATLAB的CDMA通信系统仿真

1、目录：一、 前言：1二、 CDMA基础及原理：1三、 整体仿真框图及分析4四、 编码和调制5五、 仿真系统9六、 实验结果10七、 心得体会111、 前言： 20 世纪60 年代以来，随着民用通信事业的发展，频带拥挤问题日益突出。CDMA，在使用相同频率资源的情况下，理论上CDMA 移动网比模拟网容量大20 倍，实际使用中比模拟网大10 倍，比GSM 要大4 5 倍，所以在通信领域中起着非常重要的作用。CDMA 的基本原理是利用互相正交的不同编码,分配给不同用户调制信号，实现多用户同时使用同一频率接入系统和网络通信。由于利用互相正交的编码去调制信号，会将原信号的频谱带宽扩展，因此，这种通信方式

2、，又称为扩频通信。2、 CDMA基础及原理： 扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。1.扩频通信的理论基础香农公式 公式分析A、在给定的传输速率C不变的条件下，频带宽度W和信噪比SN是可以互换的。即可通过增加频带宽度的方法，在较低的信噪比情况下，传输信息。B、扩展频谱换取信噪比要求的降低，正是扩频通信的重要特点，并由此为扩频通信的应用奠定了基础。2.扩频通信的主要性能指标处理增益各种扩频系统的抗干扰能

3、力大体上都与扩频系统的处理增益Gp成正比，Gp表示了扩频系统信噪比改善的程度。即有 式中， BW为扩频信号带宽， Bm为信息带宽；Rc为伪随机码的信息速率，Rb为基带信号的信息速率。抗干扰容限通信系统要正常工作，还需保证输出端有一定的信噪比，并扣除系统内部的信噪比的损耗，因此就引入抗干扰容限Mj，其定义如下：式中，(S/N)o中为输出端的信噪比；LS为系统损耗。3.扩频系统的分类DS-SS是直接用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱。而在收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。FH-SS用一定码序列进行选择的多频率频移键控。也就是说，用扩频码序列去进行频移

4、键控调制，使载波频率不断地跳变，所以称为跳频。系统有几个、几十个、甚至上干个频率、由所传信息与扩频码的组合去进行选择控制，不断跳变。所以，跳频系统也占用了比信息带宽要宽得多的频带TH-SS跳时是使发射信号在时间轴上跳变。首先把时间轴分成许多时片。在一帧内哪个时片发射信号由扩频码序列去进行控制。可以把跳时理解为：用一定码序列进行选择的多时片的时移键控。由于采用了很窄的时片去发送信号，相对说来，信号的频谱也就展宽了。4、直扩系统的原理信号时域波形与频域波形关系可以采用窄的脉冲序列去进行调制某一载波，得到一个很宽的双边带的直扩信号。采用的脉冲越窄，扩展的频谱越宽。直扩系统正是应用了这一原理，直接用重

5、复频率很高的窄脉冲序列来展宽信号的频谱。5、扩频通信的主要特点易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率抗干扰性强，误码率低隐蔽性好，对各种窄带通信系统干扰很小具有多址能力，易于实现码分多址抗多径干扰保密性好3、 整体仿真框图及分析 图1 CDMA 通信系统的仿真框图1.信源二进制贝努利序列产生器产生一个二进制序列，并且这个二进制序列中的0 和1 服从贝努利分布。使用了4个二进制贝努利信号发生器，以子系统形式封装于输入信号中。产生器的产生是由一个随机信号器与一个常数进行判决，输出的二进制再进行抽样整形，从而输出符合参数设置的二进制。输入信号抽样时间均设为1，即码元宽度为1，选择产生一维向量。2.伪

6、随机序列生成器扩频通信系统中，伪随机序列与正交编码是十分重要的技术。主要包括m 序列，Gold 序列，Walsh码序列等。Walsh 码序列比较复杂，正交性较好，主要用于CDMA IS-95 系统中。而Gold 序列可以比m 序列产生更多的地址码，更适合于大型的通信系统。选用m 序列作为扩频序列，而且有4 个用户。4 个m 序列分别是4 级，5 级，6 级和7级，周期分别为15，31，63 和127。扩频序列发生器的主要参数为生成多项式，实验采用的数值分别为：1 1 0 0 1、1 1 0 0 0 1、1 10 0 0 0 1、1 0 1 0 1 0 1 1。抽样时间，设置为0.1，即码元宽度

7、为0.1。3.扩频采用直接序列扩频方式实现多址接入。在仿真中，将原信号与伪随机序列相乘，从而实现扩频。但由于输入信号和m 序列都是单极性的二进制数，所以在进入乘法器进行扩频之前，还要对它们进行单/双变换，变成双极性信号。图2 分别给出了原信号波形、扩频序列波形和扩频后的信号波形。本系统的扩频倍数为10。 图2 直接序列扩频方式 图3 BCH码的仿真框图4、 编码和调制1 .BCH编码 仿真框图如3所示。模型采用BCH码，要求送入编码器的是维数为4的矢量，编码器的输出是维数为7的矢量，即为每个信息组添加了3位校验码元，由图得知，只进行差错控制编码，而没有经过扩频的信号，在给定的高斯信道中传输，随

8、着码源传输的时间增加，误码率会比较高。 图4 BCH码的误码率曲线2. M-PSK仿真图5给出的是M=16时M-PSK的仿真框图，信号调制后的频谱和相位星座图分别如图6和图7所示。本文中4个调制器的相数M分别为16，32，32，40。由星座图可以得知，将每个输入信号都对应于一个点，点与点之间的相位差为360/16=22.5。 图5 M-PSK 仿真模型图 图6 M-PSK信号频谱图 图7 M-PSK信号星座图 图8 SNR与噪声功率的关系为了减少噪声影响，在解扩之后加入低通滤波器，采用直接型传输滤波器。根据发送信号的频谱，该滤波器的分子系数和分母系数分别设置为0.0004 0.0017 0.0

9、025 0.0017 0.0004 和1.0000 -3.1811 3.8623 -2.1130 0.4385，初始条件为0。滤波器幅频、相频特性曲线如图9 所示。发送信号与接收机恢复出的信号同时送入误码仪(Error-rate meter)模块进行比较，误码仪可计算和显示误码率和误比特。 图9 滤波器特性5、 仿真系统本系统主要包括信号源输入、扩频序列发生器、扩频解扩、编码译码、调制解调、信道、接收判决、误码计算等。为了简化模型，使用了子系统将其中的一些模块进行了封装。设计中，使用了递加的方法，可以实现多个不同用户按不同情况接入，图10为整体仿真框图。 图10 整体仿真框图6、 实验结果1.

10、 单用户在不同信道环境下的仿真由表1可以分析出，在信道传输过程中，信道的噪声对结果影响很大，在噪声功率为100W的情况下，误码率偏高。降低噪声功率后，误码率也明显减小。可见，在单用户情况下，CDMA通信系统的误码率主要取决于信道中的噪声。 表1 单用户在不同信道环境下的仿真用户数传送信息量/ bit误码数噪声功率/W抗干扰方式误码率11000444100直扩0.4441100034510直扩0.345110001611直扩0.16111000230.1直扩0.0231100000.01直扩02. 多用户在相同信道环境下的仿真仿真条件：用户数从1到4，由于本系统采用了递加的方法，所以可以在同一个

11、系统中观察到从1个用户一直到4个用户的四种不同情况下的仿真。由表2的仿真结果可以看出，由于是采用了噪声功率为0.01W的信道传输环境，所以在单用户情况下误码率为0，而增加了用户数之后，误码率也随之增加。可见，信号在传输过程中，除了受到信道噪声的影响外，还存在多址接入干扰、单频干扰、窄带干扰、跟踪式干扰等，主要是多址接入干扰。表2 多用户在相同信道环境下的仿真用户数传送信息量/ bit误码数噪声功率/W噪声功率/W 抗干扰方式误码率1100000.01直扩0210001830.01直扩0.183210001760.01直扩0.176310002230.01直扩0.2237、 心得体会通过这次实训，我了解了CDMA的相关知识及其发展过程，学会了利用MATLAB 的SI