码分多址与系统建模仿真.doc

郑州航空工业管理学院

《电子信息系统仿真》课程设计

2008 届 电子信息工程 专业 0813081 班级

题 目 码分多址系统建模与仿真
姓 名 王振华 学号 101308324
指导教师 王娜 职称 助教

二О一2年 12月 13 日

一、 设计目的
1．熟悉CDMA通信系统的构架,加深理解和掌握通信系统的相关内容。
2．学习MATLAB软件，学会利用MATLAB平台的SIMULINK可视化仿真功能
3．掌握伪随机码的性质，了解整个系统的误比特率与哪些因素有关。
二、设计原理
为了研究CDMA 通信系统的多址干扰,实验利用Matlab 提供的m语言编写了m文件来建立CDMA 通信系统仿真模型,详细讲述各模块的设计及参数设置,并对仿真结果进行分析。结果表明,多址干扰是CDMA 系统的固有干扰,当同时通信的用户数增多时,多址干扰电平增大,导致系统的误码率也增大。因此,多址干扰是CDMA 通信系统本身存在的自我干扰,它限制了蜂窝系统的通信容量。
CDMA多址技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端由使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。功率控制技术是CDMA系统的核心技术。CDMA功率控制的目的就是克服干扰，使系统既能维护高质量通信，又不对其他用户产生干扰。PN码的选择直接影响到CDMA系统的容量、抗干扰能力、接入和切换速度等性能。CDMA信道的区分是靠PN码来进行的，因而要求PN码自相关性要好，互相关性要弱，实现和编码方案简单等。不同的PN码扩频的信号需要对应的PN码来解扩，正交码型可以应用于多址通信。
三、 设计步骤
1. CDMA系统整体仿真框图如图1：
图1 CDMA通信系统的仿真框图
1.1 信源
二进制贝努力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服从贝努力分布，本次使用3个贝努力信号发生器，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和一个常数进行判决，输出地二进制再进行抽样整形，从而输出符合参数设置的二进制。
1.2 伪随机序列生成器
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，本次设计主要对简单的CDMA系统进行仿真，故选用m序列作为扩频序列，且有三个用户。
1.3 扩频
本次设计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。由于输入信号和m序列都是单极性二进制数，所以在进入乘法器进行扩频前，还要对它们进行单/双变换，变为双极性信号。图2分别给出了原信号波形、扩频序列和扩频后的信号波形。本系统的扩频倍数为10。

1.4 编码和调制
对于BCH编码，模型采用（7,4）BCH码，要求送入编码器的维数为4的矢量，输出是维数为7的矢量，由图4知，只进行差错控制编码，而未经扩频的信号，在给定的高斯信道传输，随码元传输时间的增加，误码率会比较高。

图3 BCH码的误码率曲线
1.5 信道
信道中的噪声直接影响信号的传输质量。根据信道噪声特点，可将信道划分为加性高斯白噪声信道、二进制对称信道、多径瑞利衰落信道和伦琴衰落信道等，本次设计采用加性高斯白噪声信道。
1.6 接收端
解扩过程要求使用的伪随机码与发送端扩频用的伪随机码不仅码字相同，而且相位相同。多用户情况下，由于信号相互叠加，所以解扩后信号不再是二进制信号，因为存在多用户干扰，所以在进入接收端进行误码统计之前，必须经过滤波和判决。为减小噪声影响，在解扩后加入低通滤波器，采用直接Ⅱ型传输滤波器。
2.仿真系统如下图，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。

下程序用于绘制低频滤波器频、相特性曲线：
%程序：绘制滤波器幅频相频特性曲线
b=[0.0004 0.0017 0.0025 0.0017 0.0004];
a=[1.0000 -3.1811 3.8623 -2.1130 0.44385];
Freqz(b,a)
2.1各模块参数
模块名称：Bernoulli Random Binary Generator
位置：Communications Blockset\Comm Sources
参数名称
参数值
0出现概率
0.5 0.5 0.5
初始化种子
12345 34567 56789
采样时间
9e-7

模块名称：PN Sequence Generator
位置：Communications Blockset\Comm Sources
参数名称
参数值
生成多项式
[1 0 0 1 1]
初始状态
[0 0 1 0]
移动
0
采样时间
3e-8

模块名称：Gauss Noice Generator
位置：Communications Blockset\Comm Sources\Noise Generator
参数名称
参数值
均值
0
方差
0.1
初始化种子
56789
采样时间
3e-8
模块名称：Direct-FormⅡTranspose Filter
位置：DSP Blockset\Filtering\Filter Designs
参数名称
参数值
分子系数
[0.0004 0.0017 0.0025 0.0017 0.0004]
分母系数
[1.0000 -3.1811 3.8623 -2.1130 0.4385]
初始条件
0

模块名称：Relay
位置：Simulink\Discontinuities
参数名称
参数值
上三个 下三个
大于等于时，开关打开
0.9 0.9
小于等于时，开关关闭
0.1 0.1
开关打开时输出值
1 1
开关关闭时输出值
-1 -1
采样时间
9e-7 3e-8

模块名称：Relay
位置：Simulink\Discontinuities
参数名称
参数值
大于等于时，开关打开
0.51
小于等于时，开关关闭
0.49
开关打开时输出值
1
开关关闭时输出值
-1
采样时间
9e-7
2.2 滤波器幅频相频特性曲线

四、设计结果分析
4．1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，在单用户下，CDMA系统误码率主要取决于信道噪声。

4.2多用户在相同信道下的仿真
仿真条件：用户数从1到3，由于本系统采用了递加的方法，所以可以在同一个系统中观察到从1个用户一直到3个用户的三种不同情况下的仿真。由表2，在噪声功率0.01W的信道传输环境下，用户增加时，误码率也随之增加，可知，信号传输过程中，除受到信道噪声影响外，还存在多址接入干扰、单频干扰等。简言之，单用户下可以正确接收数据，多用户时会产生不同情况的误码，多址处理有待加强。

五、设计总结
扩频通信以其较强的抗干扰、抗衰落、抗多径性能而成为第三代通信的核心技术，本文阐述了扩频通信的理论基础和实现方法，利用MATLAB 提供的可视化工具箱Simulink 建立了扩频通信系统仿真模型，讲述了各模块的设计，并给出了仿真建模中需注意的问题。在
给定仿真条件下，运行了仿真系统，验证了所建仿真模型的正确性。通过仿真研究了扩频增益和输出端信噪比的关系，结果表明，在相同误码率下，增大扩频增益，可以提高系统输出端的信噪比，从而提高系统的抗干扰能力。通过MATLAB/Simulink 建立的仿真平台，研究了扩频增益与误码率、信噪比之间的关系，为以扩频通信为基础的卫星信号设计提供依据。
基于本次对扩频通信系统的仿真实验，让我更进一步加深理解和掌握通信系统的相关内容，巩固了对MATLAB软件的使用，在实验过程中也遇到过一些问题也得到了解决。更具体的认识到了Simulink的重大功能，Simulink作为MATLB语言上的一个可视化建模仿真平台，它采用方框图的建模方式，更贴近于工程习惯。如系统模块参数的设置问题，滤波器后需要加延时模块的问题等等。通过这次课程设计，从接到课题到最后完成，总体来说，包括选题、资料查找、熟悉编程环境、分析题目、上机调试、书写报告等一系列步骤让我受益匪浅!

参考文献
[1]张广森，王虎. CDMA通信系统的MATLAB仿真[J] 天津通信技术，2002年03期
[2] 邵玉斌. MATLAB/SIMULINK通信系统建模与仿真分析[M]. 北京: 清华大学出版社社, 2008.
[3]徐名远, 邵玉斌. MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用[M]. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2005.