基于MATLAB的高斯白噪聲信道分析實(shí)施報(bào)告

1、摘要CDMA（CodeDivisionMultipleAccess是在擴(kuò)頻通信的根底上開展起來的。所謂擴(kuò)頻，是將原信號頻譜擴(kuò)展到寬帶中進(jìn)展傳輸?shù)囊环N技術(shù)。它主要利用相互正交（或盡可能正交）的不同隨機(jī)碼區(qū)分用戶，實(shí)現(xiàn)多用戶同時(shí)使用同一頻率接入系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過幾種網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)和開展，CDMA已經(jīng)逐漸成熟起來。本課題利用MATLAB對DS-CDMA系統(tǒng)進(jìn)展仿真。在研究DS-CDMA系統(tǒng)理論的根底上，利用SIMULINK對其進(jìn)展仿真，根據(jù)系統(tǒng)功能和指標(biāo)要求，通過波形、頻譜圖、相位等結(jié)果，對系統(tǒng)進(jìn)展了性能分析，并作了進(jìn)一步改良與調(diào)試。仿真結(jié)果證明了整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的正確性。由頻譜特性可以看出，信源信號的頻譜被

2、大大展寬，驗(yàn)證了擴(kuò)頻的實(shí)現(xiàn)；由誤碼率分析說明，系統(tǒng)對加性高斯噪聲等具有一定的抗干擾能力等?？梢钥闯?，MATLAB在系統(tǒng)動態(tài)仿真中具有較大優(yōu)越性和重要作用。關(guān)鍵詞：直擴(kuò)系統(tǒng)；CDMA;MATLAB;simulink仿真目錄刖日1第1章緒論1課題研究的背景1課題研究的目的及意義2本文的主要研究容2第2章Matlab和Simulink的相關(guān)介紹2Matlab介名召2Matlab的功能及特點(diǎn)3MATLAB應(yīng)用4Simulink簡介5Simulink的特點(diǎn)5Simulink的功能5第3章高斯白噪聲6 TOC o 1-5 h z 高斯白噪聲的根本概念6高斯白噪聲的數(shù)學(xué)模型6高斯白噪聲產(chǎn)生6第4章CDMA系

3、統(tǒng)理論8CDMA概述8PN碼的生成10擴(kuò)頻與調(diào)制12信道13第5章DS-CDMA系統(tǒng)的MATLAB仿真與調(diào)試13通信工具箱13通信仿真14DS-CDMA系統(tǒng)各模塊設(shè)計(jì)14DS-CDMA系統(tǒng)仿真框架18SIMULINK仿真結(jié)果及分析19結(jié)論26致27參考文獻(xiàn)28附錄ACDMA系統(tǒng)仿真圖29、/、.刖B隨著社會、經(jīng)濟(jì)的開展，移動通信得到越來越廣泛的應(yīng)用，移動通信技術(shù)的開展日新月異。碼分復(fù)用（CDM）是靠不同的編碼來區(qū)分各路原始信號的一種復(fù)用方式，在多址蜂窩系統(tǒng)中采用碼分復(fù)用的多址方式就稱為碼分多址CDMA。碼分多址系統(tǒng)為每個(gè)用戶分配了各自特定的地址碼，利用公共信道來傳輸信息。CDMA系統(tǒng)的地址碼相

4、互具有準(zhǔn)正交性，以區(qū)別地址，而在頻率、時(shí)間和空間上都可重疊。即每一個(gè)用戶有自己的地址碼，這個(gè)地址碼用于區(qū)別每一個(gè)用戶，地址碼彼此之間是互相獨(dú)立的。因此，通信各方之間不會相互干擾，且抗干攏能力強(qiáng)，可提高通信的質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃圆⒃龃笸ㄐ畔到y(tǒng)的容量。隨著社會節(jié)奏的加快，產(chǎn)品的更新速度也越來越快，引入仿真軟件進(jìn)展仿真已經(jīng)是必不可少。仿真既可利用仿真軟件，也可通過高級語言編程實(shí)現(xiàn)。利用軟件包，建模十分方便，可大大節(jié)省編程時(shí)間，甚至可省去編程過程。其中，MATLAB是最具影響力、最有活力的軟件之一，在科學(xué)運(yùn)算、自動控制、通信仿真等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前已有一些研究可以作為參考，但大多數(shù)都是針對系統(tǒng)

5、中的某一模塊進(jìn)展仿真8。本文用MATLAB對DS-CDMA系統(tǒng)進(jìn)展仿真6,建立了系統(tǒng)仿真模型，能夠方便、形象的描繪DS-CDMA的工作原理和過程；通過結(jié)果分析了各個(gè)模塊的特性，并指出仿真建模中要注意的問題。結(jié)果證明了通信理論和整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性，對進(jìn)一步研究相關(guān)理論有著積極的作用和意義，能夠在模擬系統(tǒng)的過程中找出缺點(diǎn)和缺乏，并加以研究糾正，以便更好的應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中。第1章緒論課題研究的背景目前，CDMA技術(shù)正逐漸向新一代的通信標(biāo)準(zhǔn)3G過渡，這是技術(shù)開展、用戶需求、市場競爭等各方面因素造成的。對CDMA的研究具有一定的價(jià)值。隨著社會節(jié)奏的加快，產(chǎn)品的更新速度越來越快，而且實(shí)際的通信系統(tǒng)功能構(gòu)造

6、相當(dāng)復(fù)雜，因此，在對原有的通信系統(tǒng)做出改良或建立一個(gè)新系統(tǒng)之前，通常需要對這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)展建模和仿真，通過仿真結(jié)果衡量方案的可行性，從中選擇最合理的系統(tǒng)配置和參數(shù)設(shè)置，然后再應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)中。而MATLAB是最具影響力、最有活力的軟件之一，在科學(xué)運(yùn)算、自動控制、通信仿真等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。利用MATLAB實(shí)現(xiàn)DS-CDMA系統(tǒng)的仿真，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要模塊和參數(shù)，是目前研究的熱點(diǎn)之一，同時(shí)它也代表了以后CDMA設(shè)計(jì)的開展方向。本課題正是基于以上現(xiàn)狀提出的。課題研究的目的及意義碼分復(fù)用（CDM）是靠不同的編碼來區(qū)分各路原始信號的一種復(fù)用方式，在多址蜂窩系統(tǒng)中采用碼分復(fù)用的多址方式就稱為碼分多址CDMA。碼

7、分多址系統(tǒng)為每個(gè)用戶分配了各自特定的地址碼，利用公共信道來傳輸信息。CDMA系統(tǒng)的地址碼相互具有準(zhǔn)正交性，以區(qū)別地址，而在頻率、時(shí)間和空間上都可重疊。即每一個(gè)用戶有自己的地址碼，這個(gè)地址碼用于區(qū)別每一個(gè)用戶，地址碼彼此之間是互相獨(dú)立的。因此，通信各方之間不會相互干擾，且抗干攏能力強(qiáng)，可提高通信的質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃圆⒃龃笸ㄐ畔到y(tǒng)的容量。本文主要研究的容本課題主要是對DS-CDMA系統(tǒng)理論的研究和基于MATLAB的仿真設(shè)計(jì)，包括：1、首先對CDMA系統(tǒng)原理進(jìn)展了研究，了解了系統(tǒng)的工作過程，為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)奠定根底；2、對CDMA的關(guān)鍵技術(shù)及性能特點(diǎn)進(jìn)展詳細(xì)的分析和討論；3、在上述研究工作的根底上，

8、提出DS-CDMA的總體設(shè)計(jì)方案，包括從信源到信宿的各模塊設(shè)計(jì)，并詳細(xì)地分析了整個(gè)系統(tǒng)的工作原理。4、運(yùn)用MATLAB動態(tài)SIMULINK模塊進(jìn)展仿真設(shè)計(jì)，通過仿真結(jié)果來驗(yàn)證和分析DS-CDMA系統(tǒng)中各模塊的誤碼率性能等。第2章Matlab和Simulink的相關(guān)介紹Matlab介紹Matlab是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)展有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程

9、度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言如C、Fortran的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。Matlab集成環(huán)境下的Simulink:MATLAB是一種功能強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算和工程仿真軟件，它的交互式集成界面能夠幫助用戶快速地完成數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、數(shù)字信號處理、仿真建模、系統(tǒng)控制和優(yōu)化等功能。MATLAB語言采用與數(shù)字表達(dá)一樣的形式，不需要傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)語言，由于MATLAB的這些特性，它已成為科研工作和工程仿真中的高效助手。Matlab的功能及特點(diǎn)Matlab可以進(jìn)展矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)立用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號處理與

10、通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。1簡單易用Matlab是一個(gè)高級的矩陣/陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)構(gòu)造、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序M文件后再一起運(yùn)行。新版本的MATLAB語言是基于最為流行的C+語言根底上的，因此語法特征與C+語言極為相似，而且更加簡單，更加符合科技人員對數(shù)學(xué)表達(dá)式的書寫格式。使之更利于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的科技人員使用。而且這種語言可移植性好、可拓展性極強(qiáng)，這也是MATLAB能夠深入到科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要原因。2強(qiáng)處理能力MATLAB是一個(gè)包含大量計(jì)算算法

11、的集合。其擁有600多個(gè)工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計(jì)算中的最新研究成果，而且經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯(cuò)處理。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如C和C+。在計(jì)算要求一樣的情況下，使用MATLAB的編程工作量會大大減少。MATLAB的這些函數(shù)集包括從最簡單最根本的函數(shù)到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復(fù)雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運(yùn)算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號運(yùn)算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運(yùn)算、復(fù)數(shù)的各種運(yùn)算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、多維數(shù)組操

12、作以及建模動態(tài)仿真等。3圖形處理MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對圖形進(jìn)展標(biāo)注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達(dá)式作圖。可用于科學(xué)計(jì)算和工程繪圖。新版本的MATLAB對整個(gè)圖形處理功能作了很大的改良和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等方面更加完善，而且對于一些其他軟件所沒有的功能例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等,MATLAB同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。同時(shí)對一些特殊的可視化要求，例如圖形對話等，MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的

13、要求。另外新版本的MATLAB還著重在圖形用戶界面GUI的制作上作了很大的改善，對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。4程序接口新版本的MATLAB可以利用MATLAB編譯器和C/C+數(shù)學(xué)庫和圖形庫，將自己的MATLAB程序自動轉(zhuǎn)換為獨(dú)立于MATLAB運(yùn)行的C和C+代碼。允許用戶編寫可以和MATLAB進(jìn)展交互的C或C+語言程序。另外，MATLAB網(wǎng)頁效勞程序還容許在Web應(yīng)用中使用自己的MATLAB數(shù)學(xué)和圖形程序。MATLAB的一個(gè)重要特色就是具有一套程序擴(kuò)展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。工具箱是MATLAB函數(shù)的子程序庫，每一個(gè)工具箱都是為某一類學(xué)科專業(yè)和應(yīng)用而定制的，主要包括信

14、號處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。5應(yīng)用軟件開發(fā)在開發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便地控制多個(gè)文件和圖形窗口；在編程方面支持了函數(shù)嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強(qiáng)大的圖形標(biāo)注和處理功能，包括對性對起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向Excel和HDF5進(jìn)展連接。2.1.2MATLAB應(yīng)用1MATLAB產(chǎn)品族可以用來進(jìn)展以下各種工作數(shù)值分析、數(shù)值和符號計(jì)算、工程與科學(xué)繪圖、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真、數(shù)字圖像處理技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)2MATLAB在通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的應(yīng)用通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真、財(cái)務(wù)與金融工程、管理與調(diào)度優(yōu)化計(jì)算運(yùn)籌學(xué)。MATLAB的應(yīng)用圍非常廣，

15、包括信號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測試和測量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱單獨(dú)提供的專用MATLAB函數(shù)集擴(kuò)展了MATLAB環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域特定類型的問題。3常用工具箱MATLAB包括擁有數(shù)百個(gè)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包。工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包。功能工具包用來擴(kuò)大MATLAB的符號計(jì)算，可視化建模仿真，文字處理及實(shí)時(shí)控制等功能。學(xué)科工具包是專業(yè)性比較強(qiáng)的工具包，控制工具包，信號處理工具包，通信工具包等都屬于此類。開放性使MATLAB廣受用戶歡送。除部函數(shù)外，所有MATLAB主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件，用戶通過對源程序的

16、修改或參加自己編寫程序構(gòu)造新的專用工具包。2.2Simulink簡介Simulink是Matlab最重要的組件之一，它提供一個(gè)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、構(gòu)造和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。Simulink的特點(diǎn)豐富的可擴(kuò)大的預(yù)定義模塊庫；交互式的圖形編輯器來組合和管理直觀的模塊圖；以設(shè)計(jì)功能的層次性

17、來分割模型，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜設(shè)計(jì)的管理；通過一些ModelExplorer導(dǎo)航、創(chuàng)立、配置、搜索模型中的任意信號、參數(shù)、屬性，生成模型代碼；提供API用于與其他仿真程序的連接或與手寫代碼集成；圖形化的調(diào)試器和剖析器來檢查仿真結(jié)果，診斷設(shè)計(jì)的性能和異常行為；可訪問Matlab從而對結(jié)果進(jìn)展分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)；模型分析和診斷工具來保證模型的一致性，確定模型中的錯(cuò)誤；EmbeddedMatlabt真塊在Simulink和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用Matlab算法；使用定步長或變步長運(yùn)行仿真，根據(jù)仿真模型(Normal,RapidAccelerato咪決定以解釋性的方式運(yùn)行或以編譯

18、C代碼的形式來運(yùn)行模型。Simulink的功能Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具，是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)展建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同局部具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)立動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI)，這個(gè)創(chuàng)立過程只需單擊和拖動鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。第

19、3章高斯白噪聲高斯白噪聲的根本概念高斯白噪聲中“白指功率譜恒定；高斯指幅度取各種值時(shí)的概率p(x)是高斯函數(shù)。白噪聲是指功率譜密度在整個(gè)頻域均勻分布的噪聲，即其功率譜密度為常數(shù)。功率譜密度恒定的話，自相關(guān)系數(shù)那么是功率譜密度的反變換，高斯白噪聲的自相關(guān)系數(shù)為無延時(shí)的沖擊函數(shù)，那么在時(shí)間差不等于零的時(shí)候，自相關(guān)等于0,也就是不同時(shí)間的高斯白噪聲的幅度是不相關(guān)的。如果一個(gè)噪聲，它的幅度分布服從高斯分布，而它的功率譜密度又是均勻分布的，那么稱它為高斯白噪聲。熱噪聲和散粒噪聲是高斯白噪聲。高斯白噪聲的數(shù)學(xué)模型對于高斯隨機(jī)過程的概率密度分布，首先建立數(shù)學(xué)模型，然后編程用MATLAB軟件進(jìn)展仿真。高斯白噪

20、聲信道的數(shù)學(xué)模型在通信系統(tǒng)中噪聲是一個(gè)隨機(jī)過程，很難通過簡單的計(jì)算方式預(yù)測某個(gè)時(shí)刻噪聲信號的強(qiáng)度，故從概率論的角度去分析噪聲.白噪聲存在于整個(gè)頻譜圍，所以在任何的信道都存在高斯白噪聲.對于一維的高斯隨機(jī)變量x,如果它的均值為方差等于法,那么隨機(jī)變量取值為x的概率P(x)。高斯白噪聲產(chǎn)生Matlab有兩個(gè)函數(shù)可以產(chǎn)生高斯白噪聲，wgn()和awgn()。WGN:產(chǎn)生高斯白噪聲y=wgn(m,n,p)y=wgn(m,n,p)產(chǎn)生一個(gè)m行n列的高斯白噪聲的矩陣，p以dBW為單位指定輸出噪聲的強(qiáng)度。y=wgn(m,n,p,imp)y=wgn(m,n,p,imp)以歐姆(Ohm)為單位指定負(fù)載阻抗。y=

21、wgn(m,n,p,imp,state)y=wgn(m,n,p,imp,state)重置RANDN的狀態(tài)。在數(shù)值變量后還可附加一些標(biāo)志性參數(shù)：y=wgn(,POWERTYPE)指定p的單位。POWERTYPE可以是dBW1,dBm或linear,線性強(qiáng)度(linearpower)以瓦特(Watt)為單位。y=wgn(,OUTPUTTYPE)指定輸出類型。OUTPUTTYPE可以是real或plex。AWGN:在某一信號中參加高斯白噪聲y=awgn(x,SNR)y=awgn(x,SNR)在信號x中參加高斯白噪聲。信噪比SNR以dB為單位。x的強(qiáng)度假定為0dBW。如果x是復(fù)數(shù)，就參加復(fù)噪聲。y=a

22、wgn(x,SNR,SIGPOWER)如果SIGPOWER是數(shù)值，那么其代表以dBW為單位的信號強(qiáng)度；如果SIGPOWER為measured；那么函數(shù)將在參加噪聲之前測定信號強(qiáng)度。y=awgn(x,SNR,SIGPOWER,STATE)重置RANDN的狀態(tài)。y=awgn(,POWERTYPE)指定SNR和SIGPOWER的單位。POWERTYPE可以是dB或linear。如果POWERTYPE是dB,那么SNR以dB為單位，而SIGPOWER以dBW為單位。如果POWERTYPE是linear,那么SNR作為比值來度量，而SIGPOWER以瓦特為單位。注釋1.分貝(decibel,dB)：分貝

23、dB是表示相對功率或幅度電平的標(biāo)準(zhǔn)單位，換句話說，就是我們用來表示兩個(gè)能量之間的差異的一種表示單位，它不是一個(gè)絕對單位。例如，電子系統(tǒng)中將電壓、電流、功率等物理量的強(qiáng)弱通稱為電平，電平的單位通常就以分貝表示，即事先取一個(gè)電壓或電流作為參考值0dB，用待表示的量與參考值之比取對數(shù)，再乘以20作為電平的分貝數(shù)功率的電平值改乘10；2.分貝瓦(dBW,dBWatt)：指以1W的輸出功率為基準(zhǔn)時(shí)，用分貝來測量的功率放大器的功率值；3.dBm(dB-milliWatt):即與ImilliWatt毫瓦作比較得出的數(shù)字。0dBm=1mW10dBm=10mW20dBm=100mW。第4章CDMA系統(tǒng)理論CDM

24、A概述擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中采用偽隨機(jī)序列擴(kuò)頻，在實(shí)際的通信系統(tǒng)中可以利用不同的偽隨機(jī)序列作為不同用戶的地址碼，從而實(shí)現(xiàn)碼分多址通信。常用的PN序列有m序列、Walsh序列及GOLD序列。碼分多址系統(tǒng)利用碼序列正交性和準(zhǔn)正交性來區(qū)分不同用戶，在同頻、同時(shí)的條件下，各個(gè)接收機(jī)根據(jù)不同信型之間的差異別離出需要的信號。由于用地址碼區(qū)分用戶，用戶的信號對頻率、時(shí)間和空間沒有限制，在這些方面它們可以重疊。系統(tǒng)的接收端必須有完全一致的本地地址碼，用來對接收的信號進(jìn)展相關(guān)檢測。其他使用不同碼型的信號因?yàn)楹徒邮諜C(jī)本地產(chǎn)生的碼型不同而不能被解調(diào)。它們的存在類似于在信道中引入了噪聲或干擾，通常稱之為多址干擾。CDMA技術(shù)

25、的標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)歷了如下幾個(gè)階段（如圖2-3所示）：IS-95是CDMAOne系列標(biāo)準(zhǔn)中最先發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，真正在全球得到廣泛應(yīng)用的第一個(gè)CDMA標(biāo)準(zhǔn)是IS-95A,這一標(biāo)準(zhǔn)支持8K編碼話音效勞。其后又分別出版了13K話音編碼器的TSB74標(biāo)準(zhǔn)，支持1.9GH的CDMAPCS系統(tǒng)的STD-008標(biāo)準(zhǔn)。隨著移動通信對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的增長，1998年，IS-95B標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于CDMA根底平臺。IS-95B可提高CDMA系統(tǒng)性能，并增加用戶移動通信設(shè)備的數(shù)據(jù)流量，提供64Kb/s數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持。其后，CDMA2000成為窄帶CDMA系統(tǒng)向第三代系統(tǒng)過度的標(biāo)準(zhǔn)。CDMA2000在標(biāo)準(zhǔn)研究的前期，提出了1X和3X的開

26、展策略，但隨后的研究說明，1X和3X增強(qiáng)型技術(shù)代表了未來開展方向。圖4-1CDMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化開展階段CDMA（碼分多址）蜂窩系統(tǒng)與FDMA（頻分多址）和TDMA（時(shí)分多址）系統(tǒng)相比，CDMA系統(tǒng)具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：.抗干擾性能好。由于CDMA經(jīng)過擴(kuò)頻處理，故抗干擾性能好，可和同頻帶的窄帶共存，而不影響其正常工作。2,抗多徑衰落能力強(qiáng)。多徑衰落是影響移動通信質(zhì)量的一個(gè)突出問題，通常必須采取空間分集、自適應(yīng)均衡等技術(shù)加以克制，還有較大衰落余量。CDMA系統(tǒng)可以利用多徑信號提供路徑分集，這樣不但緩和瑞利衰落，而且還緩和了因物理遮擋所造成的慢衰落，從而大大提高通信質(zhì)量。.系統(tǒng)容量增大。對于FDMA與TD

27、MA,假設(shè)小區(qū)的頻點(diǎn)或時(shí)隙一分配完，那么小區(qū)就不能接收新的呼叫，容量有硬性限制。而CDMA是干擾受限系統(tǒng)，在指定的干擾電平下，即使用戶數(shù)已到達(dá)限定數(shù)目時(shí)，也還允許增加個(gè)別用戶，其缺點(diǎn)是造成話音質(zhì)量下降。業(yè)務(wù)提供者可在容量與話音質(zhì)量之間進(jìn)展平衡。CDMA準(zhǔn)確的功率控制和軟切換技術(shù)大大降低了干擾信號的強(qiáng)度和所需的信噪比要求，而且有效地采用諸如話音激活或可變速率話音編碼、分集接收、功率控制。據(jù)介紹，CDMA信噪比是DAMPS、TDMA的3.7倍，是TACS的11.2倍，是AMPS的13.6倍，是FM/FDMA方式的20倍。.通信質(zhì)量好。CDMA系統(tǒng)采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，綜合應(yīng)用時(shí)間分集、頻率分集、空

28、間分集、路徑分集等多種分集技術(shù)克制多徑效應(yīng)，可以獲得很強(qiáng)的抗干擾能力，加上它在越區(qū)切換時(shí)采用先建立后中斷的軟切換技術(shù)，保證了CDMA的通信質(zhì)量，特別在越區(qū)切換時(shí)無乒乓效應(yīng)。本系統(tǒng)屬寬帶低噪比，波形允許采用高冗余度糾錯(cuò)編碼和高效數(shù)字調(diào)制技術(shù)來確保高質(zhì)量話音和數(shù)據(jù)傳輸。.頻率利用率高。CDMA系統(tǒng)的同一頻率，可以在所有小區(qū)重復(fù)使用，其頻率復(fù)用率為2/3（FDMA和TDMA的頻率復(fù)用率為1/7）,不需要FDMA和TDMA那樣進(jìn)展頻率配置，大大簡化了小區(qū)分裂和微蜂窩引入。.多址能力強(qiáng)。CDMA系統(tǒng)多址能力決定擴(kuò)頻編碼間的多址干擾大小，它與使用的擴(kuò)頻編碼方案有關(guān)，與同時(shí)發(fā)送信號的用戶間的多址干擾（即擴(kuò)頻

29、編碼白相關(guān)特性）有關(guān)，與允許的接收質(zhì)量有關(guān)（輸出信噪比），因此同時(shí)工作用戶間的多址干擾越低，能允許的接收質(zhì)量越低，CDMA技術(shù)的多址能力就越強(qiáng)。.高度可靠白平安性。CDMA移動通信系統(tǒng)是一個(gè)通信系統(tǒng)，假設(shè)再加一定的加密算法技術(shù)，能大大提高通信性能，這是FDMA、TDMA系統(tǒng)所無法比較的。分析其采用的擴(kuò)頻系統(tǒng)，要想截獲別人的通信容幾乎是不可能的，如只要機(jī)鋰電池不放完電，它以512KHz的時(shí)鐘頻率加以改變其序列的即時(shí)狀態(tài)，即使是連續(xù)工作，它的擴(kuò)頻地址序列周期也長達(dá)7年。它還可以方便地在CDMA系統(tǒng)設(shè)置和改變主密鑰、副密鑰、擴(kuò)頻碼表、標(biāo)準(zhǔn)加密算法等，使通信的性更為可靠。.手機(jī)功耗小。CDMA采用功率

30、控制后，僅在衰落期間調(diào)高發(fā)射功率電平，從而使平均發(fā)射功率減小，F(xiàn)DMA的最小功率為5mW、平均發(fā)射功率為794mW、峰值功率為3W,而CDMA的最小功率為2.3mW、平均發(fā)射功率為5mW、峰值功率為IOOeWA4.2PN碼的生成在所有的PN序列中，m序列是最重要、最根本的一種偽隨機(jī)序列。二進(jìn)制的m序列，即最長線性移位存放器序列，有優(yōu)良的自相關(guān)特性?！皞蔚囊馑际钦f這種碼是周期性的序列。圖2-5PN碼生成器圖中D1、D2、D3為其延遲存放器，其中D2、D3參與了電路的反應(yīng)。在實(shí)際中，存放器還會增多，反應(yīng)的參與量也會不斷的增多，整個(gè)PN序列的狀態(tài)數(shù)也就不斷地增多。由m序列的自相關(guān)性可得PN碼有231

31、=7種，其中兩種m1=1001011,m2=0101110的狀態(tài)圖如圖2-6、2-7所示，其它五種略。圖2-7m2狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖實(shí)際情況是沒有如此簡單的m序列的。m序列中緩沖器的個(gè)數(shù)往往幾十甚至上百。這樣生成r位的m序列，其狀態(tài)是2r-1種，將是相當(dāng)復(fù)雜的狀態(tài)系統(tǒng)（有專門的表格可以進(jìn)展查驗(yàn)）。IS-95系統(tǒng)中，調(diào)制器在同相支路（I）以及支路（Q）引入了兩個(gè)互為準(zhǔn)正交的PN短碼序列15,其碼速率固定為1.2288Mcps其生成多項(xiàng)式分別為I支路:15139875PxxxxxxxlQ支路:1512111065434Pqxxxxxxxxx115按照上式產(chǎn)生的m序列周期長度為21,其碼的平衡性較好。不同的

32、基站使用一樣的PN序列，但采用不同的偏置來識別。由于本論文只對業(yè)務(wù)信道進(jìn)展研究，不涉及到信道的區(qū)分，也就不涉及正交碼的生4.3擴(kuò)頻與調(diào)制圖2-8IS-95前向鏈路信道擴(kuò)頻與調(diào)制由圖2-8可以看出，一個(gè)信道的數(shù)據(jù)分別與兩個(gè)不同的PN短碼進(jìn)展模2相加，然后進(jìn)展基帶濾波，成型后的I路和Q路信號使用同相載波進(jìn)展調(diào)制，相加之后發(fā)送出去10。如果將（0,1）映射至（+1,-1）,那么調(diào)制過程中的星座圖及相位轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖2-9所示。圖2-9IS-95前向鏈路QPSK調(diào)制星座圖及相位轉(zhuǎn)移關(guān)系4.4信道信道是通信系統(tǒng)的根本環(huán)節(jié)之一。信道時(shí)變是指信道參數(shù)隨時(shí)間變化，它對信號傳輸?shù)挠绊懯鞘馆斎胄盘柕念l率彌散。假設(shè)輸

33、入信號是單頻信號，經(jīng)過時(shí)變信道后的輸出不再是單頻信號，而是一個(gè)窄帶的信號，帶寬大小視時(shí)變因素的快慢而定。信道時(shí)變造成接收信號的強(qiáng)度隨時(shí)間變化的現(xiàn)象，稱為衰落。根據(jù)信道中占據(jù)主導(dǎo)地位的噪聲的特點(diǎn)，信道可以分成加性高斯白噪聲信道、二進(jìn)制對稱信道、多徑瑞利衰落信道和倫琴衰落信道等。第5章DS-CDMA系統(tǒng)的MATLAB仿真與調(diào)試通信工具箱通信工具箱(municationToolbox)提供了100多個(gè)函數(shù)和150多個(gè)SIMULINK模塊用于通信系統(tǒng)的仿真和分析5:信號編碼調(diào)制解調(diào)濾波器和均衡器設(shè)計(jì)通道模型同步通信仿真通信仿真是衡量通信系統(tǒng)性能的工具1。通信仿真可以分成離散時(shí)間仿真和連續(xù)仿真。在離散時(shí)

34、間仿真中，仿真系統(tǒng)只對離散時(shí)間做出響應(yīng)，而在連續(xù)仿真中，系統(tǒng)對輸入信號產(chǎn)生連續(xù)的輸出信號。離散時(shí)間仿真是對實(shí)際通信系統(tǒng)的一種簡化，它的仿真建模比較簡單，整個(gè)仿真過程需要花費(fèi)的時(shí)間比連續(xù)仿真少，是通信仿真的主要形式。在對通信系統(tǒng)實(shí)施仿真之前，首先需要研究通信系統(tǒng)的特性，通過歸納和抽象建立通信系統(tǒng)的仿真模型。圖5-1所示是關(guān)于通信系統(tǒng)仿真流程的一個(gè)示意圖。圖5-1通信系統(tǒng)仿真流程DS-CDMA系統(tǒng)各模塊設(shè)計(jì)信源設(shè)計(jì)中，信源采用二進(jìn)制貝努利序列產(chǎn)生器（BernoulliBinaryGenerato/生二進(jìn)制序列模塊如圖5-2所示，參數(shù)設(shè)置如表5-1所示。PtmQuliiBinaryBernoulli

35、BinanrG白力白w岳立圖5-2二進(jìn)制貝努利序列產(chǎn)生器表5-1二進(jìn)制貝努利序列產(chǎn)生器參數(shù)設(shè)置參數(shù)名稱參數(shù)值模塊類型BernoulliBinaryGeneratorProbabilityofazero0.5Initialseed61Sampletime1/19200UncheckedFrame-baseoutputsInterlpretvectorparameteras1-DUnchecked產(chǎn)生的序列中，1和0出現(xiàn)的概率都是0.5,隨機(jī)種子為61。抽樣時(shí)間表示輸出序列中每個(gè)二進(jìn)制符號的持續(xù)時(shí)間，設(shè)為1/19200。擴(kuò)頻PN序列生成器的模塊框圖如圖53I、Q兩路的參數(shù)設(shè)置7分別如圖5-4、5-

36、5所示|LrumLjnLrBemoijlli日mryDerhduilliBiharyGeneraitor圖5-3PN序列生成器G snsn tor Telynoini tl:fclEUtiE!|4也g式L14)13-Shiftform且改):LierastL14)LSam?！縠tine:1/122SS0DFrimf-l4selnutgt5SaniDlpierframe:1B.&SetonnonzeroiiwutOutputtdaEtr*:double圖5-4I路PN序列參數(shù)圖5-5Q路PN序列參數(shù)擴(kuò)頻模塊的局部截圖如圖5-6所示。分別用示波器和頻譜示波器觀察結(jié)果。FN 111音心pe三Rela

37、y!5 spe 3SpwMnJEPN StquiinctG wrmtorp ULIUIII IScope4PN 9 eque nice GensrdtcirBernoulli Binary GeneratorB-FFTlLJLJ-Ljrir 日 emoMlli B inaiyP(odud21111InLirrr圖5-6擴(kuò)頻模塊5.3.3QPSK調(diào)制4.3節(jié)中，擴(kuò)頻模塊產(chǎn)生I、Q兩路擴(kuò)頻信號，作為QPSK調(diào)制的輸入信號。采用庫中的QPSK基帶調(diào)制模塊，如圖5-7所示，參數(shù)設(shè)置如圖5-8所示。QPSKQPKModulator圖5-7QPSK基帶調(diào)制模塊圖5-8QPSK基帶調(diào)制模塊參數(shù)設(shè)置5.3.4

38、信道本設(shè)計(jì)采用加性高斯白噪聲信道進(jìn)展分析9。加性高斯白噪聲信道是最簡單的一種噪聲，它表現(xiàn)為信號圍繞平均值的一種隨機(jī)波動過程。加性高斯白噪聲信道的均值為0,方差表現(xiàn)為噪聲功率的大小。一般情況下，噪聲功率越大，信號的波動幅度越大，接收端接收到的信號的誤比特率就越高。在研究通信系統(tǒng)的誤碼率與信道質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，一般先研究它在加性高斯白噪聲信道的性能，然后再把它推廣到具有快衰落的復(fù)雜情況。圖5-9所示為加性高斯白噪聲信道(AWGNChannel)模塊，表5-2為屬性設(shè)置。圖5-9高斯白噪聲信道模塊圖表5-2高斯白噪聲信道模塊參數(shù)設(shè)置參數(shù)名稱參數(shù)值模塊類型AWGNChannelInitialseed67M

39、odeSignaltonoiseratio(SNR)SNR(dB)nSNRInputsignalpower(watts)15.3.5誤碼分析計(jì)算輸入信號經(jīng)過一定延遲，與輸出信號進(jìn)入一個(gè)誤碼率統(tǒng)計(jì)模塊(ErrorRateCalculation)如圖5-10所示，以統(tǒng)計(jì)接收信號的誤碼率。圖5-10誤碼率統(tǒng)計(jì)模塊表5-3列出了誤碼率統(tǒng)計(jì)的模塊的參數(shù)設(shè)置。需要注意的是，當(dāng)QPSK調(diào)制器與解調(diào)器中的Samplespersymb澹數(shù)大于1時(shí)，解調(diào)信號將落后調(diào)制前信號一個(gè)周期。表5-3誤碼率統(tǒng)計(jì)的模塊的參數(shù)設(shè)置參數(shù)名稱參數(shù)值模塊類型ErrorRateCalculationxReceivedelay0puta

40、tiondelay0putationmodeEntireframeOutputdataportVariablenamexErrorRateResetportUncheckedStopsimulationUncheckedDS-CDMA系統(tǒng)仿真框架根據(jù)第4章介紹的理論，及每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，整個(gè)DS-CDMA系統(tǒng)仿真框圖如圖5-11所示。Im 09irum *H N-1 f，wIfc-FTS acCm-WBCiPSk日產(chǎn)*!?.rdLfr-rt 0 -麗I歸CorppkKlD M flniL dc-Ariglc UllB-FF-T同M 0 HChAKHali日-=TTgp eiUnirBi. i,丁

41、,F6KPM Eue叼C entdin-Fil W*w e.fifKIJ ： IP、Q1bMOtUE中二立paRMF FTfirm R.re_ 川、，l .11Erroi 冉#C jlc J Li -Scr-pe-ll&QF&K,TT，9. Jj-jT.FCrtBi-f-Frc4uixSEKpaSO候打日圖5-11DS-CDMA系統(tǒng)仿真框圖SIMULINK仿真結(jié)果及分析根據(jù)前面介紹的理論和系統(tǒng)仿真框圖，本節(jié)對得到的仿真結(jié)果進(jìn)展分析。設(shè)置系統(tǒng)仿真時(shí)間為1s,通過示波器等觀察和分析結(jié)果。1ciiina2L/SpectrimScopelIZ0篤-PB目50-IIh-0.4-iame3201-12II

42、.2Frequency(MHziII4I6ooooooU211234.一mpvpnyu晏圖5-13信源頻譜圖圖5-14I路PN序列圖5-15I路擴(kuò)頻后信號，Jcdna222/SpEctruniScope4ZJ回國laChannalrWindowH5Ln、2a-6CI-1.E -CAFrame： 3201 20 n?Frequencyfl4 OF o 1 1 2 3 OQP -HpnFOWN圖5-16I路擴(kuò)頻后信號頻譜圖圖5-17Q路PN序列圖5-18Q路擴(kuò)頻后信號IDt 慳 igpliprq三房之圖5-20QPSK基帶調(diào)制后信號幅度+JcdM?/工/XlJEctrirnScnpfibFileC

43、hw.elsN-ndovdelein叩-Tl-OSO60.O.S01-0.2J0JQdUEFrame:32D1brsqienciMHzj圖5-19Q路擴(kuò)頻后信號頻譜圖在設(shè)計(jì)中，PN碼抽樣時(shí)間為1/1228800,即傳碼率為1228800bit/s,信源傳碼率為19200bit/s。根據(jù)擴(kuò)頻原理，擴(kuò)頻因子為64。從信源和擴(kuò)頻后波形的頻譜可知，信源每frame的頻譜帶寬被大大擴(kuò)展了，根本符合理論。圖5-21QPSK基帶調(diào)制后信號相位口百氏1史mpnEESWleiresQhaimEs；Jindowgelp20100in-20*3040-50-ED0Ea.4-n.inn?njoeFrame：3201F

44、requency(MHz)圖5-22QPSK基帶調(diào)制后信號頻譜從圖5-20和圖5-21可以看出，QPSK調(diào)制中碼元被調(diào)制成包絡(luò)恒定的四種不同相移,和理論相符合。cdna222/SpectrainScope?E8FileAzesJfiniiwHelp20100m.3D加司E005-S02C0.20.43.6Frame：3201Krequency(MH2)圖5-23通過信道加噪后的信號頻譜圖cda24/Spe ct ru ScopeSFils 廿 0 sl ChiMielE Nindow HelpCDP .mpnlcBmw從圖5-23可以看出，在經(jīng)過加性高斯噪聲信道后，頻譜發(fā)生一定變化，符合實(shí)際情況。在經(jīng)過解調(diào)和解擴(kuò)后接收到信號頻譜如圖5-24所示。在誤碼率統(tǒng)計(jì)模塊中，當(dāng)信道的信噪比nSNR=10時(shí)，得到誤碼率為0.2489,如圖5-25所示。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中沒有引入過失控制等措施，得到的誤碼率相對實(shí)際要大，這也是本設(shè)計(jì)一個(gè)待改良的地方。圖5-25誤碼率統(tǒng)計(jì)圖通過對DS-CDMA進(jìn)展了仿真，得到與理論較吻合的結(jié)果。從中可以歸納以下幾點(diǎn)：(1)詳細(xì)地分析CDMA的構(gòu)造及各模塊工作原理，是進(jìn)展