毕业设计：基于CDMA系统的Simulink仿真研究

毕业设计（论文）

题目：基于CDMA系统的Simulink 仿真研究

院（系） 信息科学与工程学院
专 业 通信工程
届 别 2008

摘要
本文首先介绍码分多址技术的优点以及存在的问题，并阐述了扩展频谱通信技术的理论基础和实现方法，利用Matlab提供的可视化Simulink建立了扩频通信系统仿真模型，根据m序列扩展频谱原理和码分多址通信系统框图建立仿真模型，在详细讲述了各个子模块的设计的同时指出了仿真建模中要注意的问题。在给定仿真条件下，运行了仿真程序，得到了预期的仿真结果。同时，利用建立的仿真系统，研究了扩频增益与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，从而提高通信系统的抗干扰能力。

关键词 码分多址 simulink 扩频通信 误码率


Abstract
In this paper, I introduced CDMA technology first, following with the benefits and weaknesses. At the same time, the theory base and realizing methods of the spread spectrum communication technology was presented in this study. The simulation model of the spread spectrum communication system was built by using Simulink, which is provided by Matlab. In addition, according to the method of m sequence spread spectrum communication and CDMA communicatio
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接入、时分多址接入、码分多址接入 。本文通信系统采用码分多址技术。码分多址是利用码组的正交性，将承载的不同用户（地址）的通信信息区分开来。每对通信的设备工作在某个分配(或者是指定)的码组实现通信，称为码分多址。采用码分多址接入协议的通信系统给小区内的每个用户分配一条单独的扩频码，各个用户分配的码字之间互不相关。就降低干扰增加容量得到系统性能的改善和提高方面，有优化技术：功率控制、软切换、多用户检测和智能天线技术等。码分多址系统的主要优点是b_m性好；抗干扰能力强；采用了软切换；采用频率、时间和空间分集；较低的发射功率；兼容性好；频率利用率高，不需频率规划。存在问题：由于所有的基站都使用同一个频率，相互之间存在干扰，如果小区规划做得不好，将直接影响话音质量和使系统容量打折扣，因而在进行站距、天线高度等设计时应谨慎。
扩展频谱通信（简称扩频通信）与光纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式，它是指发送的信息被展宽到一个很宽的频带上，在接收端通过相关接收，将信号恢复到信息带宽的一种系统。采用扩频信号进行通信的优越性在于用扩展频谱的方法可以换取信噪比上的好处，即接收机输出的信噪比相对于输入的信噪比有很大改善，从而提高了系统的抗干扰能力。本文根据扩频通信的原理，利用MATALB提供的可视化仿真工具Simulink建立了扩频通信系统仿真模型，研究了扩频通信的特性和扩频增益与输出端信噪比的关系，目的是为以扩频通信为基础的现代通信的研究和设计提供依据。
1、CDMA系统理论基础
CDMA多址技术的原理是基于扩频技术，也就是说，将需要传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码和它相乘，使原数据信号的带宽被扩展（扩频），再经载波调制并发送出去。接收端则使用完全相同的伪随机码，对解调出来的宽带信号做相关处理，把宽带信号变换成原信息数据的窄带信号（解扩），以实现信息通信。

图1 CDMA通信原理图

1.1扩展频谱通信原理
信息论的Shannon（香农）定理描述如下：
（1.1 a）

其中C为信道容量，B为信号占用带宽，S/N为信噪比。
由上式可以看出，信道容量与带宽成正比，而在一定信道容量下，如果带宽B扩大到一定程度，那么就能在较低信噪比(S/N可以取很小的数值)要求下得到很高的通信传输质量，增强系统的抗干扰能力。
根据通信原理，扩频增益可以表示为下式：
(1.2 a)

式中, bd为扩频以前基带信号占用带宽。由上式可见，B与bd差别越大，G越大，也就是说，扩频的增益越大。
扩频通信与一般的通信系统相比，主要是在发射端增加了扩频调制，而在接收端增加了扩频解调的过程，扩频通信按其工作方式不同主要分为直接序列扩频系统、跳频扩频系统、跳时扩频系统、线性调频系统和混合调频系统。现以直接序列扩频系统为例说明扩频通信的实现方法。图2为直接序列扩频系统的原理框图。

发 射 接 收
图2 直接序列扩频系统原理图
由直扩序列扩频系统原理图可以看出，在发射端，信源输出的信号与伪随机码产生器产生的伪随机码进行模2加，产生一速率与伪随机码速率相同的扩频序列，然后再用扩频序列去调制载波，这样得到已扩频调制的射频信号。在接收端，接收到的扩频信号经高放和混频后，用与发射端同步的伪随机序列对扩频调制信号进行相关解扩，将信号的频带恢复为信息序列的频带，然后进行解调，恢复出所传输的信息。

1.2 CDMA扩频码伪随机序列
1.2.1 m序列
m序列是由n级线性移位寄存器产生的周期为 的码序列，是最大长度线性反馈移位寄存器序列的简称。 m序列是具有最大周期的二进制移位寄存器序列。现已证明，对任何一个r >1（r表示二进制移位寄存器的位数），m序列都存在。在扩频通信中m序列被广泛地应用。这里介绍两个重要的结论。
（1）m序列具有可以担任扩频通信相关要求的特性，即具有很强的自相关特性和很弱的互相关特性，周期为2r-1的m序列可以提供2r-1个扩频地址码。
（2）只有反馈连线满足特定要求的序列生成器，才能够产生m序列。而这个特定要求可以用特征多项式是本原多项式来描述。下面是关于本原多项式的定义。
若一个n次多项式f(*) 满足下列条件：
（1）f(*) 为不可约的；
（2）f(*) 可整除*m+1,m=2n-1;
（3）f(*) 除不尽*q+1,q 则称多项式f(*)为本原多项式。所以，构建一个m序列的主要工作，就变成求解一个本原多项式的特征多项式问题了。求出特征多项式，可以通过两种方法产生m序列。
方法一：构建反馈移位寄存器产生m序列
m序列产生器，由线形反馈移位寄存器构成，式中 为1表示连接，为0表示断开，加法器用的是模2加法。线形反馈逻辑式为：
（1.2.1 a）
反馈移位寄存器原理框图如图3所示。

图3 反馈移位寄存器原理框图
序列生成多项式表示为:
（1.2.1 b）
将线形反馈逻辑代入后,选择初始状态为
（1.2.1 c）
得到
（1.2.1 d）
其中, 是关于 的多形式。式(1.2.1 d)为移位寄存器序列生成器的特征多项式。通过选择不同的生成多项式，可以找出相关性较好的m序列组。
图4为反馈移位寄存器产生m序列的仿真模型，利用示波器观察产生的m序列波形。

图4 反馈移位寄存器产生m序列的仿真模型

方法二：伪随机序列产生器产生m序列
图5产生m序列的仿真模型，利用示波器观察产生的m序列波形。

图5 PN伪随机序列产生m序列的仿真模型
伪随机序列产生器模块的参数设置为：生成多项式[1 1 0 0 1]；初始状态[0 1 0 0 ]；采样时间为0.1秒。仿真时间设置为1秒。M序列时域波形如图6。可得，它是以15位周期的脉冲序列，在时间范围设置为45的示波器上刚好显示了3个周期的m序列。显示的时域波形图可以看成是该m序列与以15为周期的冲击序列的卷积。m序列频谱波形如图7所示。可以看出，这是一15为周期的冲击序列的频谱与m序列的码元（宽度为1）的方波对应的频谱相乘的频谱结构。

图6 m序列时域波形图

图7 m序列频域波形图
M序列互相关函数特性如图8所示。由图知，可以在周期点15看到很强的自相关性，其余的反映了它们的互相关性。显然，互相关性的幅度值越小越小。

图8 m序列互相关函数特性


1.2.2 Gold码序 ……（未完，全文共21705字，当前仅显示3904字，请阅读下面提示信息。收藏《毕业设计：基于CDMA系统的Simulink仿真研究》）