基于MATLAB的CDMA系统仿真分析

基于MATLAB的CDMA系统仿真分析【摘要】本设计基于MATLAB仿真软件，完整地实现了CDMA通信系统的建模、仿真和分析过程REF_Ref355453241\r\h[1]；仿真系统包括了CDMA编码技术、扩频技术、调制技术、信道传输以及解调恢复技术等各个功能模块。全面的介绍了整个CDMA通信系统的工作原理和工作方式，并介绍了各个模块的参数设置；文章内容包括CDMA的发展现状以及发展趋势、CDMA通信系统的技术优势和应用领域，从而说明CDMA通信系统在的研究价值和潜力。同时，本文也通过举例简单介绍了MATLAB软件，对用于实现系统模块功能的MATLAB仿真语句有了进一步的了解。MATLAB软件功能齐全，操作简单，应用广泛。通过本次设计得出，CDMA系统的抗干扰能力强，单用户的情况下，即使在各种人为和物理噪声的干扰下，依旧可以准确接收到数据。【关键词】CDMA,MATLAB,仿真,通信系统

AnalysisofCDMASystemSimulationBasedonMATLAB【Abstract】ThisthesisisbasedonthesimulationfunctionoftheMATLABsoftware,usingMATLABlanguagetocarryoutthemodeling,simulation,andanalysisoftheCDMAcommunicationsystem.Atthesametime,theimportantpartsofcommunicationsystemareintroducedindetail,includingcoding,spreadspectrum,decoding,modulationandchanneltransmission,etc.Thisthesisalsoreferstothecondition,advantagesanddevelopmentofCDMAsystemtoshowitspotentialandvalueforresearch.What’smore,thethesisalsousinganexampletogiveabriefintroductionofthesimulationplatformofMATLABsoftware,itissuchapowerful,easyoperatingsoftwarethatiswidelyusedinmanyfields.ThissimulationplatformdisplaysthesuperiorityofCDMAeffectively,andtheresultshowsthatCDMAcanreceivetheaccuratelydataeveninabignoise.【Keywords】CodeDivisionMultipleAccess,communicationsystem,MATLAB,simulation

目录TOC\o"1-3"\h\u20936第一章绪论 [15]。因此，MATLAB总体来说是一款功能齐全，实用性强的应用软件。3.2调试结果CDMA系统的仿真模型如文中第二章提到的图2-1所示。首先我们在MATLAB软件平台中打开源程序代码mainfile，在主程序中设定一个断点，然后点击run标志，在工具栏上点击step标志，一步一步运行调试程序，观察通信系统过程中各个步骤的运行情况。再根据调试的结果图对整体通信系统进行必要的补充和修改，使系统更完整。以下是程序在升余弦滤波器（MFType=1）条件下，运行过程中调试出来的各步骤的仿真图。系统的主要仿真参数设置如下：控制程序运行中的显示：show=0；选择软/硬判决接收：SD=0；比特率：BitRate=9600；码片速率：ChipRate=1228800；源数据数：N=184；匹配滤波器类型--升余弦：MFType=1；R=5；Viterbi生成多项式矩阵：G_Vit=[111101011；101110001]；列数：K=size(G_Vit,2)；行数：L=size(G_Vit,1)；walsh码的长度：WLen=64；仿真信噪比范围(dB)：EbNo=[-2:0.5:6.5]；3.2.1原始序列代码中画原始序列时域图的指令：figure;plot(abs(chips));title('Chips_Viterbi');画出原始序列，原始序列产度N为184，故横坐标0到200，表示取到第200个离散的时间点。得到以下图3-1的结果：图3-1原始序列以上为原始序列，序列长度184。3.2.2维特比编码序列代码中画出维特比编码后的序列图的指令：chips=VitEnc(G,[DataBits;zeros(K-1,1)]);figure;plot(abs(chips));title('Chips_Viterbi');运行可以得到以下图3-2的结果：图3-2维特比编码序列维特比编码属于纠错编码，在原始序列中加入冗余，在接收信噪比恶化的时候，用于纠错，编码后码率变高，带宽变大。从仿真图对比可以看出，编码之后冗余度增加，码序列变长。原始序列经过维特比编码之后码速率变大，信息传输速率加快了，相应的所需要的传输带宽也就增加了。3.2.3交织编码序列代码中画交织编码序列图的指令：INTERL=reshape(chips,24,16);chips=reshape(INTERL',length(chips),1);figure;plot(abs(chips));title('Chips_Reshape');运行以上指令可以得到以下图3-3的结果：图3-3交织编码得到的序列交织编码将序列的顺序打乱，这样的好处是，在信道受到突发干扰的时候，可以将误码分散。也就是误码不会集中在一小段时间，这样有利于纠错。3.2.4加扰码序列代码中画加扰码后得到的序列图的指令：[LongSeqZs]=PNGen(Gs,Zs,N);Scrambler=LongSeq(1:64:end);ChipsOut=xor(chips,Scrambler);figure;plot(abs(ChipsOut));title('ChipsOut');运行可以得到以下图3-4的结果：图3-4加扰码得到的序列在原始序列中，可能会存在连续的连0或者连1，这时，信号的直流会变得很大，不利于信号的传输。这时需要搅扰，在连续0或者连续1的序列中加入破坏脉冲，加扰后码率不变。扰码使信号受到随机化处理，变伪随机序列。解扰的过程就是加扰的逆过程。3.2.5扩频调制序列代码中画扩频调制得到的序列图的指令：[xPNMF]=Modulator(TxChips,MFType,Walsh);figure;plot(abs(x));title('ModulatornData');figure;pwelch(2*x-1);运行便会得到如下扩频序列的时域和频谱图3-5和3-6，扩频序列频谱是关于π对称，而且是周期的。频谱的单位和采样频率和带入FFT的点数有关系，一般情况下最后会把它归一化到-π到π。图3-6中横坐标为0到2π。指令中“-1”是为了去除直流分量，所有的单极性码（码元只有0和+1），都要做去直流处理。图3-5扩频序列时域图图3-6扩频序列频谱图扩频是用一个带宽很大的高速伪随机码序列，将带宽远小于伪随机码序列的传送信息的带宽进行扩展。从上图可以看出扩频仿真的结果与图2-4扩频信号传输和2-5扩频信号频谱图的理论结果基本相符。调制之后的码序列长度由原来的几百变成了几万，带宽扩大。其中，调制过程中所选择的匹配滤波器如图3-7：图3-7匹配滤波器3.2.6加噪信号代码中画加噪信号图的指令：noise=1/sqrt(2)*sqrt(R/2)*(randn(size(x))+j*randn(size(x)))*10^(-(EbNo(i)-EbEc)/20);r=x+noise;figure;plot(abs(r));title('ReceiveData');figure;pwelch(r);运行便会得到如下加噪时域和频谱图3-8和3-9：图3-8加噪信号序列图3-9加噪信号频谱从图中可以看到，加入噪声在信道中传输的信号基本上跟噪声信号一模一样。这样也就保证了在信号在信道传输过程中的安全。3.2.7解扩频得到的信号代码中画解扩频后得到的序列图的指令：figure;plot(abs(RxSD));title('DemodulatornData');figure;pwelch(2*RxSD-1);运行得到图3-10如下结果：图3-10解扩频得到的序列从上图3-10可以看到，解扩频得到的序列的序列长度变为380左右。于扩频之前的序列长度一致。3.2.8解扰解交织得到的信号代码中画解扰解交织得到的序列图的指令：HDchips=xor(HDchips,Scrambler);INTERL=reshape(HDchips,16,24);HDchips=reshape(INTERL',length(HDchips),1);figure;plot(HDchips);title('HDchips');[DataOutMetric]=VitDec(G,HDchips,1);运行得到如下图3-11的结果：图3-11解扰解交织得到的序列上图为解扰解交织之后得到的序列，经对比可以明显看出，解扰解解交织得到的序列与接扩频得到的序列有很大的差别。解扰解交织之后得到的序列更接近原始序列。3.2.9恢复序列代码中画恢复序列图的指令：RxHD=(RxSD>0);if(SD)[RxDataMetric]=ReceiverSD(RxSD,G_Vit,Scrambler);else[RxDataMetric]=ReceiverHD(RxHD,G_Vit,Scrambler);endfigure;plot(RxData);title('RxData');运行得到如下图3-12的结果：图3-12恢复序列经过判决后得到恢复序列。从上图可以看出，恢复序列与原始序列基本一致。说明CDMA系统具有较好的接收和还原数据的能力。3.2.10误码率代码中画出误码率图的指令：figure;subplot(211);plot(xor(TxChips,RxHD),'-o');title('ChipErrors');subplot(212);plot(xor(TxData,RxData),'-o');title(['DataBitErrors.Metric=',num2str(Metric)]);pause;通过以上指令可以得到如下图3-13的结果：图3-13误码率从图中可以看到，上一张图表示的是不经信道编码译码的误码率，下一张表示的是经过译码之后的误码率。对比可以看出，译码之后的误码率有明显的降低。但是这边译码之后的误码率还是比较高，在这点上可以多做改进。3.3仿真结果以上仿真是在升余弦滤波器条件下的结果，即MFType=1。升余弦滤波器如上图3-7所示。得到以下图3-14。图3-14.升余弦滤波器条件下的结果使用不同的匹配滤波器可以得到不同的仿真结果，改变滤波器参数MFType，运行代码得到以下结果图。MFType=2：图3-15.矩形滤波器条件下的结果MFType=3：图3-16.汉明滤波器条件下的结果从以上仿真结果图中可以得出以下结论：CAMA通信系统中，随着信噪比增大，误码率减小。扩频通信在同等信噪比情况下的误码率比一般的通信系统要低，抗干扰能力强。且在系统中使用不同的滤波器会得到结果。在信噪比相对较大的情况下，使用升余弦滤波器得到的误码率较小。

总结本设计利用MATLAB仿真软件进行CDMA系统的仿真。通信系统涉及多个模块，较为全面的介绍了整个CDMA通信系统的工作原理和运作方式，并介绍了各模块参数的设置情况。本文还简要介绍了CDMA的目前在全球发展的态势和今后的发展方向；介绍了CDMA通信系统的所采用的主要技术以及这些技术的特征和优势。利用这些优势促使其在各个领域广泛应用。通过本文还可以清楚的看出CDMA通信系统在当今以及日后都还是有很大的研究和发展价值的。同时，本文也对仿真平台MATLAB软件进行了简要介绍，对MATLAB仿真语句有了进一步的了解。本设计主要研究了CDMA通信系统的误码率和信噪比之间的关系。实验结果显示，在其他条件一定时，信噪比越大则系统的误码率越小。且CDMA系统在很小的信噪比之下也可以获得较好的误码情况。CDMA系统的抗干扰能力强，能够准确接收到并还原出原始数据。但本次的设计还存在一些可以做的更好的地方，比如可以进一步研究通信过程中多址干扰的影响；还可以研究在多户情况下CDMA准确接收和还原数据的能力。未来CDMA通信系统将继续往4G方向发展，其应用领域将会更多更广。其中突出的一点表现在于4G手机，速度更快、功能更多、通讯质量更好。

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