1、第20卷第2期2005年6月青島大學學報(工程技術版JOURNAL OF QING DAO UNIVERSIT Y (E &TVol.20No.2J un.2005文章編號:10069798(200502008704CDMA 通信系統多址干擾的仿真研究許麗艷(青島大學自動化工程學院,山東青島266071摘要:為了研究CDMA 通信系統的多址干擾,本文利用Matlab 提供的可視化仿真工具Simulink 建立了CDMA 通信系統仿真模型,詳細講述各模塊的設計及參數設置,并對仿真結果進行分析。結果表明,多址干擾是CDMA 系統的固有干擾,當同時通信的用戶數增多時,多址干擾電平增大,導致系

2、統的誤碼率也增大。因此,多址干擾是CDMA 通信系統本身存在的自我干擾,它限制了蜂窩系統的通信容量。關鍵詞:CDMA 通信系統;多址干擾;Simulink ;擴頻增益中圖分類號:TN914.42文獻標識碼:A自20世紀70年代末第一代移動通信系統面世以來,移動通信產業一直以驚人的速度迅猛發展。其中,CDMA 移動通信以其容量大、頻譜利用率高等諸多優點,顯示出強大的生命力,引起人們的廣泛關注,成為第三代移動通信的核心技術。CDMA 通信系統的多址干擾是系統本身存在的自我干擾,同時通信的用戶數越多,多址干擾會越來越嚴重,從而限制了蜂窩系統的通信容量。本文根據CDMA 通信系統的基本原理,利用Mat

3、lab 提供的可視化仿真工具Simulink 建立了CDMA 通信系統仿真模型。1基本原理1CDMA 通信系統是基于擴頻理論實現的。擴頻是用來傳輸信息的信號帶寬遠遠大于信息本身帶寬的一種傳輸方式,頻帶的擴展由獨立于信息的擴頻碼實現,與所傳數據無關,在接收端用同步接收實現解擴和數據恢復。擴頻通信的理論基礎為香農定理C =W log 21+SN (1式中,C 為信道容量,bp s ;W 為信道帶寬(也被稱為系統帶寬;S/N 為信噪比,dB 。由式(1可得出一重要結論:對于給定的信息傳輸速率,可以用不同的帶寬和信噪比的組合來傳輸。擴頻通信系統正是利用這一理論,將信道帶寬擴展許多倍以換取信噪比上的好處

4、,增強了系統的抗干擾能力。擴頻通信的重要參數擴頻增益,定義為接收機相關器輸出信噪比和接收機相關器輸入信噪比之比為G =S 0/N 0S i /N i =W R b (2式中,S i 和S 0分別為接收機相關器的輸入、輸出端信號功率;N i 和N 0分別為相關器的輸入、輸出端干擾功率;W 為隨機碼的信息速率,R b 為基帶信號的信息速率。擴頻增益(G 決定了系統抗干擾能力的強弱。擴頻通信系統中采用偽隨機序列擴頻,在實際的通信系統中可以利用不同的偽隨機序列作為不同用戶的地址碼,從而實現碼分多址通信。常用的偽隨機序列有m 序列、Walsh 序列及GOLD 序列。本設計采用m 序列。碼分多址系統利用碼

5、序列正交性和準正交性來區分不同用戶,在同頻、同時的條件下,各個接收機根據不同信號碼型之間的差異分離出需要的信號。由于用地址碼區分用戶,用戶的信號對頻率、時間和空間沒有限制,在這些方面它們可以重疊。系統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行相關收稿日期:20041011;修回日期:20050518作者簡介:許麗艷(1971,女,內蒙古人,碩士研究生,講師,主要從事電子和通信專業的教學科研工作。青島大學學報(工程技術版第20卷圖1碼分多址通信系統原理框圖檢測。其他使用不同碼型的信號因為和接收機本地產生的碼型不同而不能被解調。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

6、干擾。碼分多址通信系統原理框圖如圖1所示。2Simulink 簡介2Simulink 是Matlab 中的一種可視化仿真工具,是實現動態系統建模、仿真和分析的一個集成環境,廣泛應用于線性/非線性系統、數字控制及數字信號處理的建模和仿真中。Simulink 采用模塊化方式,每個模塊都有自己的輸入/輸出端口,實現一定的功能。在Simulink 中,仿真模型表現為若干個仿真模塊的集合以及這些模塊之間的連接關系,這使得仿真的設計和分析過程變得直觀和便捷,同時有利于仿真模型的擴充。Simulink 提供了許多模塊庫,本設計用到的有信源模塊庫(Sources 、離散模塊庫(Discrete 、數學函數庫(

7、Mat h 、通信模塊庫(Communicatio ns blockset 及輸出顯示庫(Sinks 。3建立系統仿真模型圖2為基于 Simulink 的碼分多址(CDMA 通信系統仿真模型。圖2系統仿真模型3.1系統仿真原理1發送端信源1經頻譜擴展后進行PS K 調制再通過信道,信道中含有MA I 多址干擾信號及高斯白噪聲。本設計中的多址干擾模塊仿真的是雙發射條件下,另一個數據包對信源1的干擾情況。2接收端采用與發送端信源1完全相同的PN 序列進行相關解擴、PS K 解調及抽樣判決后恢復出信源1的信息。3.2系統模塊設計1信源采用Random Integer generator 來代替實際的

8、數字信號。實際的數字信號應該是模擬信號(如語音信號經量化和壓縮編碼得到的二進制信號,其特點是二值性和隨機性。信源速率設置為10b/s 。2擴頻與解擴利用PN 序列生成器模塊(PN Sequence Generator ,產生8級、傳輸速率500b/s 的PN 偽隨機序列來達到擴頻和多址接入效果,這里擴頻增益為50倍。擴頻的運算是信息流與PN 碼相乘或模二加的過程。解擴的過程與擴頻過程完全相同,即將接收的信號用PN 碼進行第二次擴頻處理。要求使用的PN 碼與發送端擴頻用PN 碼不僅碼字相同,而且相位相同。否則會使有用信號自身相互抵消。解擴處理將信號壓縮到信號頻帶內,由寬帶信號恢復為窄帶信號。同時

9、將干擾信號擴展,降低干擾信號的譜密度,使之進入到信息頻帶內的功率下降,從而使系統獲得處理增益,提高系統的抗干擾能力。3調制與解調使用二相相移鍵控PS K 方式,載波頻率設置為10k Hz 。4信道采用加性高斯白噪聲模塊,均值設置為0,方差設置為1。88第2期許麗艷:CDMA 通信系統多址干擾的仿真研究5多址干擾若有多個用戶同時向信道中發送數據包,在接收端用欲接收的數據包的擴頻碼進行解擴處理,利用碼字的相關性可以恢復出有用信號。如果碼字之間完全正交,則其余信號經過解擴模塊后輸出為零,這是一種理想情況。多址干擾產生的原因是不同用戶擴頻偽碼之間不能完全正交,因此,選擇互不相關的PN 序列對減小多址干

10、擾非常重要。本設計選擇互相關系數最小的優選對3。4仿真結果及分析圖3是系統仿真結果,上圖為信源、下圖為信宿。仿真時間設置為50s ,多址干擾用戶數為1,即同時通信的用戶數為2;接收信源1的信息。由圖3可見,信宿與信源1完全相同,誤碼率為0。若其它參數保持不變,只增加多址干擾用戶數,接收的信息有誤碼,且隨用戶數增多誤碼率也加大 。圖3系統仿真結果由上述結果可見,利用不同的(應選擇互相關系數最小偽隨機序列作為不同用戶的地址碼,可實現碼分多址通信。當同時通信的用戶數增多時,多址干擾電平增大,導致系統的誤碼率也增大。因此,碼分多址通信系統的多址干擾是系統本身存在的自我干擾,同時通信的用戶數越多,多址干

11、擾會越來越嚴重,從而限制了蜂窩系統的通信容量。另外,CDMA 系統采用偽隨機碼(PN 作為地址碼,使得CDMA 系統比TDMA 和FDMA 系統保密性更強。5結論1多址干擾是CDMA 系統本身存在的自我干擾,它限制了CDMA 蜂窩移動系統的容量,對系統容量起主要制約作用。2利用Simulink 工具仿真碼分多址通信系統,能夠方便地建立系統模型,直觀地觀察各模塊的信號變化,快捷地修改各參數設置,有利于系統仿真及系統分析。參考文獻:1竇中兆,雷湘.CDMA 無線通信原理M .北京:清華大學出版社,2004.2鄧華,等.Matlab 通信仿真及應用實例詳解M .北京:人民郵電出版社,2003.3曾興

12、雯,等.擴展頻譜通信及其多址技術M .西安:西安電子科技大學出版社,2004.98青島大學學報(工程技術版第20卷09Simulation Studies of Multiple Access Interferenceof CDMA Communication SystemsXU Li2yan(College of Automatio n Engineering Qingdao University,Qingdao266071,ChinaAbstract:In order to st udy multiple access interference of CDMA Communication

13、systems,t he simulating model of t he system is built by using SIMUL IN K,which is provided by Matlab.And every module and pa2 rameter of t he model are int roduced in detail.Meanwhile,t he simulating result is analyzed.It is showed t hat multiple access interference is intrinsic interference of CDM

14、A Communication Systems.The more t he users are communicating simultaneously,t he more t he levels of multiple access interference are.Thus code error rate becomes bigger too.Therefore,multiple access interference is self interference of CDMA Com2 munication Systems,it rest rict s capacity of cell s

15、ystems.K ey w ords:CDMA Communication Systems;multiple access interference;Simulink;spread spect rum gain (從第86頁轉來4Xu C,Pham D L,Prince J L.Medical Image Segmentation Using Deformable ModelsA.Sonka M,Fitzpatrick J M.Handbook of Medical Imaging:Vol.2:Medical Image Processing and AnalysisC.Washington:

16、SPIE Press,2000.5羅述謙,周果宏,等.醫學圖象處理與分析M.北京:科學出版社,2003.6Xu C,Prince J L.Gradient Vector Flow Deformable ModelsA.Bankman Isaac.Handbook of Medical ImagingC.San Diego:Academic Press,2000.Iterative G radient V ector Flow Snake for Segmentation of Im age ZHAN G G ong2jing,L I Xin2zhao,PAN Zhen2kuan(College

17、 of Information Engineering,Qingdao U niversity,Qingdao266071,ChinaAbstract:Gradient Vector Flow Snake is one of t he mo st effective tools for2D/3D image segmentation. But GV F Snake cant move into boundary concavities when t he concavities are long and t hin.The Iterative GV F Snake is p ropo sed to resolve t his p roblem.The met hod is iterating GV F Snake by adjusting t he result of convergence of current GV F Snake as t he ini