1、成 績 評 定 表學生姓名劉揚班級學號1103030211專 業電子信息工程課程設計題目CDMA仿真評語組長簽字：成績日期 2014 年 3月 19日課程設計任務書學 院信息科學與工程專 業電子信息工程學生姓名劉揚班級學號1103030211課程設計題目CDMA仿真實踐教學要求與任務:利用MATLAB/Simulink進行編程和仿真，仿真的內容可以是關于信源、信源編碼、模擬調制、數字調制、多元調制、差錯控制、多址技術、信道仿真及具體通信電路的仿真實現。也可以用MATLAB編程對通信的某一具體環節進行仿真。工作計劃與進度安排:2014年 03月8 日 選題目查閱資料2014年 03月9 日 編寫

2、軟件源程序或建立仿真模塊圖2014年 03月10 日 調試程序或仿真模型2014年 03月11 日 性能分析及驗收2014年 03月12 日 撰寫課程設計報告、答辯指導教師： 2014年 3月8日專業負責人：2014年 3月8日學院教學副院長：2014年 3月8日沈陽理工大學通信系統課程設計報告摘 要 20 世紀60 年代以來，隨著民用通信事業的發展，頻帶擁擠問題日益突出。CDMA，在使用相同頻率資源的情況下，理論上CDMA 移動網比模擬網容量大20 倍，實際使用中比模擬網大10 倍，比GSM 要大4 5 倍，所以在通信領域中起著非常重要的作用。CDMA 的基本原理是利用互相正交的不同編碼,分

3、配給不同用戶調制信號，實現多用戶同時使用同一頻率接入系統和網絡通信。由于利用互相正交的編碼去調制信號，會將原信號的頻譜帶寬擴展，因此，這種通信方式，又稱為擴頻通信。II 目 錄1 課程設計目的12 課程設計要求13 相關知識14 課程設計分析35 仿真86結果分析97參考文獻11 IV1.課程設計目的（1）加深對通信基本理論知識的理解。（2）增強在通信原理仿真方面的動手能力與自學能力。（3）熟悉MATLAB文件中M文件的使用方法，包括函數、原理和方法的應用。2.課程設計要求（1）掌握課程設計的相關知識、概念清晰。（2）程序設計合理、能夠正確運行。3. 相關知識 3.1 CDMA的基礎 擴頻通信

4、技術是一種信息傳輸方式，其信號所占有的頻帶寬度遠大于所傳信息必需的最小帶寬；頻帶的擴展是通過一個獨立的碼序列來完成，用編碼及調制的方法來實現的，與所傳信息數據無關；在接收端則用同樣的碼進行相關同步接收、解擴及恢復所傳信息數據。1.擴頻通信的理論基礎香農公式 公式分析A、在給定的傳輸速率C不變的條件下，頻帶寬度W和信噪比SN是可以互換的。即可通過增加頻帶寬度的方法，在較低的信噪比情況下，傳輸信息。B、擴展頻譜換取信噪比要求的降低，正是擴頻通信的重要特點，并由此為擴頻通信的應用奠定了基礎。2.擴頻通信的主要性能指標處理增益各種擴頻系統的抗干擾能力大體上都與擴頻系統的處理增益Gp成正比，Gp表示了擴

5、頻系統信噪比改善的程度。即有 式中， BW為擴頻信號帶寬， Bm為信息帶寬；Rc為偽隨機碼的信息速率，Rb為基帶信號的信息速率。抗干擾容限通信系統要正常工作，還需保證輸出端有一定的信噪比，并扣除系統內部的信噪比的損耗，因此就引入抗干擾容限Mj，其定義如下：式中，(S/N)o中為輸出端的信噪比；LS為系統損耗。3.擴頻系統的分類DS-SS是直接用具有高碼率的擴頻碼序列在發端去擴展信號的頻譜。而在收端，用相同的擴頻碼序列去進行解擴，把展寬的擴頻信號還原成原始的信息。FH-SS用一定碼序列進行選擇的多頻率頻移鍵控。也就是說，用擴頻碼序列去進行頻移鍵控調制，使載波頻率不斷地跳變，所以稱為跳頻。系統有幾

6、個、幾十個、甚至上干個頻率、由所傳信息與擴頻碼的組合去進行選擇控制，不斷跳變。所以，跳頻系統也占用了比信息帶寬要寬得多的頻帶TH-SS跳時是使發射信號在時間軸上跳變。首先把時間軸分成許多時片。在一幀內哪個時片發射信號由擴頻碼序列去進行控制。可以把跳時理解為：用一定碼序列進行選擇的多時片的時移鍵控。由于采用了很窄的時片去發送信號，相對說來，信號的頻譜也就展寬了。3.2 CDMA的原理 1、直擴系統的原理信號時域波形與頻域波形關系可以采用窄的脈沖序列去進行調制某一載波，得到一個很寬的雙邊帶的直擴信號。采用的脈沖越窄，擴展的頻譜越寬。直擴系統正是應用了這一原理，直接用重復頻率很高的窄脈沖序列來展寬信

7、號的頻譜。2、擴頻通信的主要特點易于重復使用頻率，提高了無線頻譜利用率抗干擾性強，誤碼率低隱蔽性好，對各種窄帶通信系統干擾很小具有多址能力，易于實現碼分多址抗多徑干擾保密性好4.課程設計分析4.1整體仿真框圖分析4. 圖1 CDMA 通信系統的仿真框圖1.信源二進制貝努利序列產生器產生一個二進制序列，并且這個二進制序列中的0 和1 服從貝努利分布。使用了4個二進制貝努利信號發生器，以子系統形式封裝于輸入信號中。產生器的產生是由一個隨機信號器與一個常數進行判決，輸出的二進制再進行抽樣整形，從而輸出符合參數設置的二進制。輸入信號抽樣時間均設為1，即碼元寬度為1，選擇產生一維向量。2.偽隨機序列生成

8、器擴頻通信系統中，偽隨機序列與正交編碼是十分重要的技術。主要包括m 序列，Gold 序列，Walsh碼序列等。Walsh 碼序列比較復雜，正交性較好，主要用于CDMA IS-95 系統中。而Gold 序列可以比m 序列產生更多的地址碼，更適合于大型的通信系統。選用m 序列作為擴頻序列，而且有4 個用戶。4 個m 序列分別是4 級，5 級，6 級和7級，周期分別為15，31，63 和127。擴頻序列發生器的主要參數為生成多項式，實驗采用的數值分別為：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。抽樣時間，設置為0.1，即碼元寬度為0.1。3

9、.擴頻采用直接序列擴頻方式實現多址接入。在仿真中，將原信號與偽隨機序列相乘，從而實現擴頻。但由于輸入信號和m 序列都是單極性的二進制數，所以在進入乘法器進行擴頻之前，還要對它們進行單/雙變換，變成雙極性信號。圖2 分別給出了原信號波形、擴頻序列波形和擴頻后的信號波形。本系統的擴頻倍數為10。 圖2 直接序列擴頻方式 圖3 BCH碼的仿真框圖4.2編碼與調制1 .BCH編碼 仿真框圖如3所示。模型采用BCH碼，要求送入編碼器的是維數為4的矢量，編碼器的輸出是維數為7的矢量，即為每個信息組添加了3位校驗碼元，由圖得知，只進行差錯控制編碼，而沒有經過擴頻的信號，在給定的高斯信道中傳輸，隨著碼源傳輸的

10、時間增加，誤碼率會比較高。 圖4 BCH碼的誤碼率曲線2. M-PSK仿真圖5給出的是M=16時M-PSK的仿真框圖，信號調制后的頻譜和相位星座圖分別如圖6和圖7所示。本文中4個調制器的相數M分別為16，32，32，40。由星座圖可以得知，將每個輸入信號都對應于一個點，點與點之間的相位差為360°/16=22.5°。 圖5 M-PSK 仿真模型圖 圖6 M-PSK信號頻譜圖 圖7 M-PSK信號星座圖 圖8 SNR與噪聲功率的關系為了減少噪聲影響，在解擴之后加入低通濾波器，采用直接型傳輸濾波器。根據發送信號的頻譜，該濾波器的分子系數和分母系數分別設置為0.0004 0.00

11、17 0.0025 0.0017 0.0004 和1.0000 -3.1811 3.8623 -2.1130 0.4385，初始條件為0。濾波器幅頻、相頻特性曲線如圖9 所示。發送信號與接收機恢復出的信號同時送入誤碼儀(Error-rate meter)模塊進行比較，誤碼儀可計算和顯示誤碼率和誤比特。 圖9 濾波器特性5.仿真本系統主要包括信號源輸入、擴頻序列發生器、擴頻解擴、編碼譯碼、調制解調、信道、接收判決、誤碼計算等。為了簡化模型，使用了子系統將其中的一些模塊進行了封裝。設計中，使用了遞加的方法，可以實現多個不同用戶按不同情況接入，圖10為整體仿真框圖。 圖10 整體仿真框圖6. 結果分

12、析1. 單用戶在不同信道環境下的仿真由表1可以分析出，在信道傳輸過程中，信道的噪聲對結果影響很大，在噪聲功率為100W的情況下，誤碼率偏高。降低噪聲功率后，誤碼率也明顯減小。可見，在單用戶情況下，CDMA通信系統的誤碼率主要取決于信道中的噪聲。 表1 單用戶在不同信道環境下的仿真用戶數傳送信息量/ bit誤碼數噪聲功率/W抗干擾方式誤碼率11000444100直擴0.4441100034510直擴0.345110001611直擴0.16111000230.1直擴0.0231100000.01直擴02. 多用戶在相同信道環境下的仿真仿真條件：用戶數從1到4，由于本系統采用了遞加的方法，所以可以在同一個系統中觀察到從1個用戶一直到4個用戶的四種不同情況下的仿真。由表2的仿真結果可以看出，由于是采用了噪聲功率為0.01W的信道傳輸環境，所以在單用戶情況下誤碼率為0，而增加了用戶數之后，誤碼率也隨之增加。可見，信號在傳輸過程中，除了受到信道噪聲的影響外，還存在多址接入干擾、單頻干擾、窄帶干擾、跟蹤式干擾等，主要是多址接入干擾。表2 多用戶在相同信道環境下的仿真用戶數傳送信息量/ bit誤碼數噪聲功率/W噪聲功率/W 抗干擾方式誤碼率1100000.