【matlab算法仿真編程】基于MATLAB的碼分多址復(fù)用技術(shù)的仿真

第二章CDMA8本原理CDM腋術(shù)的基礎(chǔ)是擴(kuò)頻通信。擴(kuò)頻：用來(lái)傳輸信息的信號(hào)帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息本身帶寬的一種傳輸方式，頻帶的擴(kuò)展由獨(dú)立于信息的擴(kuò)頻碼來(lái)實(shí)現(xiàn)，與所傳信息數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)，在接收端用同步接收實(shí)現(xiàn)解擴(kuò)和數(shù)據(jù)恢復(fù)。如圖2-1,我們可以知道CDMA系統(tǒng)的基本原理和TDMAFDMA勺區(qū)別。cCC圖2-1CDMA、TDMAFDMA：匕較擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)就是著名的香農(nóng)定理：(7=卻嗚(1+$(1)這個(gè)公式表明，在高斯信道中當(dāng)傳輸系統(tǒng)的信號(hào)噪聲功率比S/N下降時(shí)，可用增加系統(tǒng)傳輸帶寬W勺辦法來(lái)保持信道容量C不變。對(duì)于任意給定的信號(hào)噪聲功率比，可以用增大傳輸帶寬來(lái)獲得較低的信息差錯(cuò)率。正因?yàn)檫@個(gè)原因，擴(kuò)頻通信具有比較強(qiáng)的抗噪聲干擾的能力。CDMAfc術(shù)是以擴(kuò)頻通信為基礎(chǔ)的載波調(diào)制和多址接入技術(shù)，所以如何實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻部分對(duì)于整個(gè)CDM原統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有著重要的影響。CDMA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)是CDMA統(tǒng)的基礎(chǔ)，在擴(kuò)頻系統(tǒng)中，常使用偽隨機(jī)碼來(lái)擴(kuò)展頻譜，偽隨機(jī)碼的特性，如編碼類型、長(zhǎng)度、速度等在很大程度上決定了擴(kuò)頻系統(tǒng)的性能，如抗干擾能力、多址能力、碼捕獲時(shí)間。因此要實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻部分，關(guān)鍵就是如何選擇一個(gè)比較好的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)PNK產(chǎn)生器。而實(shí)現(xiàn)PN；產(chǎn)生器的難點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)其同步，即在接收端進(jìn)行解擴(kuò)所用的PN；和接收到的信號(hào)在發(fā)送時(shí)所用的PNB是同步的，這是擴(kuò)頻技術(shù)中的難點(diǎn)。CDM系統(tǒng)要求接收機(jī)的本地偽隨機(jī)碼與接收到的PN3在結(jié)構(gòu)、頻率和相位上完全一致，否則就不能正常接收所發(fā)送的信息，接收到的只是一片噪聲。若實(shí)現(xiàn)了收發(fā)同步但不能保持同步，也無(wú)法準(zhǔn)確可靠地獲取所發(fā)送的信息數(shù)據(jù)。因此，P網(wǎng)序列的同步是CDMA信擴(kuò)頻模塊的關(guān)鍵技術(shù)。但是要真正成為一種商業(yè)應(yīng)用的通信系統(tǒng)，還有很多技術(shù)問(wèn)題需要解決，本文暫不做考慮。所有CDMA型都使用擴(kuò)頻過(guò)程增益來(lái)允許接受者部分衰減非期望信號(hào)。具有期望擴(kuò)頻碼的信號(hào)和定時(shí)被接受，如果信號(hào)有不同的擴(kuò)頻碼(或者相同擴(kuò)頻碼但是不同的時(shí)間偏移)將被過(guò)程增益認(rèn)為隨機(jī)噪聲衰減掉。這項(xiàng)操作的方法是給每一個(gè)站點(diǎn)分配一個(gè)擴(kuò)頻碼或者芯片序列.這些芯片序列被表示成由+1和-1組成的序列。每個(gè)芯片序列和本身點(diǎn)乘得到+1,(和補(bǔ)碼點(diǎn)乘得到一1),反之點(diǎn)乘不同的芯片序列得到0。例如如果C1=(-1,-1,-1,-1),C2=(+1,-1,+1,-1)那么C1.C1=(-1,-1,-1,-1).(-1,-1,-1,-1)=+1C1.-C1=(-1,-1,-1,-1).(+1,+1,+1,+1)=-1C1.C2=(-1,-1,-1,-1).(+1,-1,+1,-1)=0C1.-C2=(-1,-1,-1,-1).(-1,+1,-1,+1)=0這種特性叫做正交性.這些序列叫做Walsh碼可以從一個(gè)二進(jìn)制Walsh矩陣導(dǎo)出。當(dāng)多個(gè)終端發(fā)送多個(gè)片碼時(shí)，信號(hào)就會(huì)在空中疊加。例如芯片序列是(-1,-1,-1,-1)和(+1,-1,+1,-1),疊加后變成(0,-2,0,-2)。接受方只要計(jì)算發(fā)送信號(hào)到空中的終端目點(diǎn)值。例如(-1,-1,-1,-1).(0,-2,0,-2)=+1。TDMA和FDMA端理論上可以過(guò)濾其他時(shí)隙或者頻率通道的任意強(qiáng)信號(hào)。這在CDMA無(wú)法實(shí)現(xiàn)，它只能部分過(guò)濾干擾信號(hào)。如果任一或者全部噪聲信號(hào)強(qiáng)于有用信號(hào)，則有用信號(hào)就被淹沒了。這樣在CDMA統(tǒng)中就要求每個(gè)終端有一個(gè)近似合適的信號(hào)功率。在CDMA窩網(wǎng)絡(luò)中，基站使用一個(gè)快速閉環(huán)功率控制方案來(lái)緊密控制每一個(gè)移動(dòng)終端的傳輸功率。向前糾錯(cuò)(FEC)編碼在任何一種CDMA案中都是必須的，它用于減小信噪比的需求，從而使得信道最大限度的可靠。CDMAeTDMAFDMA優(yōu)勢(shì)在于CDMA用碼字?jǐn)?shù)量理論上是無(wú)限的。這就使得CDMA載大容量負(fù)載是對(duì)每一個(gè)隨機(jī)會(huì)話中產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)小的流量，從而避免為個(gè)別通訊頻繁的建立和拆除有限的時(shí)隙或者頻率通道。CDMA發(fā)射端只是在有數(shù)據(jù)發(fā)出時(shí)占用信道，完成后就釋放掉。CDMA系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)CDM戡術(shù)是以擴(kuò)頻通信為基礎(chǔ)的載波調(diào)制和多址接入技術(shù)，所以如何實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻部分對(duì)于整個(gè)CDMAI統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有著重要的影響。下圖是CDMAI統(tǒng)的基本原理圖：宿制—麗卜|擴(kuò)頻調(diào)制田上變頻依關(guān)圖2-2CDMA系統(tǒng)的基本原理信號(hào)經(jīng)信源編碼后成為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)糾錯(cuò)編碼、卷積編碼和交織等相關(guān)處理后送入調(diào)制器中，利用P例發(fā)生器產(chǎn)生的高速P例將數(shù)字信號(hào)變成碼片，使得信號(hào)的傳輸帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)本身的帶寬以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻通信，同時(shí)，為了使信號(hào)的傳輸與信道特性相匹配，必須用載波發(fā)生器產(chǎn)生的載波去調(diào)制擴(kuò)頻信號(hào)。使其頻率變?yōu)檫m合信道傳愉的射頻頻段，將數(shù)字信號(hào)調(diào)制成模擬信號(hào)后通過(guò)放大器發(fā)射出去。在接收端，利用下變頻器將射頻信號(hào)還原成中頻信號(hào)，采用與發(fā)射端相同的信號(hào)處理技術(shù)再將信號(hào)還原成原始信號(hào)，從而達(dá)到數(shù)據(jù)通信傳輸?shù)哪康摹ａ槍?duì)本課題所要求的CDM發(fā)送端的設(shè)計(jì)，主要從以下幾個(gè)方面去研究，數(shù)據(jù)處理模塊、差分編碼模塊、P網(wǎng)序列產(chǎn)生模塊、擴(kuò)頻模塊。其中數(shù)據(jù)處理模塊主要是用來(lái)完成數(shù)據(jù)的用/并變換；差分編碼模塊主要用于對(duì)數(shù)據(jù)先進(jìn)行差分編碼；P網(wǎng)序列產(chǎn)生模塊是擴(kuò)頻通信模塊中比較重要的模塊，其具體的作用和功能我們將在具體實(shí)踐中做具體研究和討論；擴(kuò)頻模塊是發(fā)射端的核心模塊，主要用于完成數(shù)據(jù)的擴(kuò)頻。圖2-3就是CDMA統(tǒng)模塊化以后的基本結(jié)構(gòu)，其中虛線框內(nèi)的部分就是CDMA字基帶發(fā)送部分，本課題我們主要就是完成下圖中上半部分，止匕外，在此基礎(chǔ)上將對(duì)接收部分做簡(jiǎn)單的介紹。圖中發(fā)送端和接收端的Walsh碼發(fā)生器和P例發(fā)生器其實(shí)是同一個(gè)模塊，它們的區(qū)別僅僅是延遲不同。

圖2-3CDMA系統(tǒng)模塊化結(jié)構(gòu)圖由上圖可知，這個(gè)系統(tǒng)一共有兩個(gè)模塊組成一一調(diào)制模塊和解調(diào)模塊。其中調(diào)制模塊是信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生4路輸入信號(hào)，經(jīng)WALSH調(diào)制、PN擴(kuò)頻、基帶求和與并/用變換成為1路信號(hào)，完成調(diào)制。而解調(diào)模塊主要是將收到的1路信號(hào)首先進(jìn)行用并轉(zhuǎn)換，在取得同步的基礎(chǔ)上進(jìn)行PN解擴(kuò)和WALSH解調(diào)從而恢復(fù)出4路信息c該系統(tǒng)框圖就是我們所要實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，具體實(shí)現(xiàn)方法、步驟、以及原理分析及優(yōu)化我將針對(duì)每個(gè)模塊，在后面給予具體研究。附錄、SIMULIN領(lǐng)真模型、MATLAB^clc,clear%%難們使用四個(gè)用戶的CDMA(統(tǒng)coefficients=[10100];%5級(jí)左移m序列碼發(fā)生器的反饋系數(shù)mseq=mseries(coefficients);%&成31>31的m序列碼矩陣walsh=[1111;1-11-1;11-1-1;1-1-11];%4階WALSH矩陣pn=mseq(1:31);%PN碼%四個(gè)用戶發(fā)出的信號(hào)，可以隨便設(shè)定user0=[1,-1,-1,-1,-1,-1,1,1,1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,1,-1,-1,-1,-1,-1,1,1,1,-1,-1,1,1,-1,1,-1];%用戶1,可以是隨機(jī)信號(hào)user1=[-1,-1,-1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,-1,1,1,1,1,-1,1,-1,-1,1,1,-1,1,1,1,-1,1,1,1,-1,1,-1];%用戶2,可以是隨機(jī)信號(hào)user2=[1,-1,-1,-1,1,-1,1,1,1,-1,-1,1,1,-1,1,1,1,-1,1,-1,-1,-1,1,1,1,1,-1,1,1,1,-1,-1];%用戶3,可以是隨機(jī)信號(hào)user3=[-1,-1,1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,-1,1,1,1,1,-1,1,-1,-1,1,-1,1,1,-1,1,-1,-1,1,1,-1,1,1];%用戶4,可以是隨機(jī)信號(hào)%=======================================================fort=1:length(user0)user=[user0⑴,useri⑴,user2⑴,user3⑴];湖個(gè)用戶分別發(fā)送1,-1,1,1fori=1:4%四用戶信號(hào)和WALSH矩陣相乘forj=1:4walsh_user(j,i)=user(i)*walsh(i,j);endendfo門=1:4%變成用行信號(hào)walsh_user2(4*i-3)=walsh_user(i,1);walsh_user2(4*i-2)=walsh_user(i,2);walsh_user2(4*i-1)=walsh_user(i,3);walsh_user2(4*i-0)=walsh_user(i,4);endfori=1:31forj=1:16walsh_user3(i,j)=walsh_user2(j);endendfori=1:31forj=1:16pn_walsh_user(i,j)=walsh_user3(i,j)*pn(i);endend%并----申fori=1:31forj=1:16pn_walsh_user_c(i*j)=pn_walsh_user(i,j);endend%以上是信號(hào)調(diào)制過(guò)程%==============================================================%一下是信號(hào)解調(diào)過(guò)程%用----并fori=1:31forj=1:16pn_walsh_user_rec(i,j)=pn_walsh_user_c(i*j);endend%pn解擴(kuò)fori=1:31forj=1:16walsh_user_rec(i,j)=pn_walsh_user_rec(i,j)*pn(i);endendfori=1:31forj=1:16walsh_user_rec2(j)=walsh_user_rec(i,j);endend%walsh解擴(kuò)user_rec2(1,1)=walsh_user_rec2(1);user_rec2(1,2)=walsh_user_rec2(2);user_rec2(1,3)=walsh_user_rec2(3);user_rec2(1,4)=walsh_user_rec2(4);user_rec2(2,1)=walsh_user_rec2(5);user_rec2(2,2)=walsh_user_rec2(6);user_rec2(2,3)=walsh_user_rec2(7);user_rec2(2,4)=walsh_user_rec2(8);user_rec2(3,1)=walsh_user_rec2(9);user_rec2(3,2)=walsh_user_rec2(10);user_rec2(3,3)=walsh_user_rec2(11);user_rec2(3,4)=walsh_user_rec2(12);user_rec2(4,1)=walsh_user_rec2(13);user_rec2(4,2)=walsh_user_rec2(14);user_rec2(4,3)=walsh_user_rec2(15);user_rec2(4,4)=walsh_user_rec2(16);fori=1:4forj=1:4rec(i,j)=user_rec2(i,j)*walsh(i,j);endend%===============接收信號(hào)=============================rec_signal=user_rec2(1,1:4);%========畫信號(hào)===========================ift==1figure;subplot(511)stairs(1:4,user,'r');%^戶信號(hào)axis([1,4,-2,2]);title('用戶發(fā)送的信號(hào)')subplot(512)%隨機(jī)碼stairs(1:31,pn);axis([1,31,-2,2]);title('隨機(jī)碼')subplot(513)%調(diào)制WALSHstairs(1:16,walsh_user2,'r');axis([1,16,-2,2]);title('調(diào)制WALSH')subplot(514)%發(fā)送stairs(1:496,pn_walsh_user_c);axis([1,496,-2,2]);title('發(fā)送信號(hào)')subplot(515)%數(shù)據(jù)接收stairs(1:4,rec_signal,'r');axis([1,4,-2,2]);title('數(shù)據(jù)接收信號(hào)')holdon;endendfigure;subplot(411);stairs(1:32,user0);axis([1,32,-2,2]);title('user0數(shù)據(jù)接收信號(hào)')subplot(412);stairs(1:32,user1);axis([1,32,-2,2]);title('user1數(shù)據(jù)接收信號(hào)')subplot(413);stairs(1:32,user2);axis([1,32,-2,2]);title('user2數(shù)據(jù)接收信號(hào)')subplot(414);stairs(1:32,user3);axis([1,32,-2,2]);title('user3數(shù)據(jù)接收信號(hào)')%%%=========以上是加上噪聲的誤碼率測(cè)試=======================prompt={'請(qǐng)輸入用戶個(gè)數(shù)：','請(qǐng)輸入用戶發(fā)送信息個(gè)數(shù)：','請(qǐng)輸入用戶碼功率’,'請(qǐng)輸入噪聲功率','請(qǐng)輸入要測(cè)試的用戶ID號(hào)'};name=['碼分多址復(fù)用技術(shù)測(cè)試'];line=1;defaultanswer={'4','100','1234','10','1'};glabel=inputdlg(prompt,name,line,defaultanswer);添寸話框num1=str2num(char(glabel(1,1)));%對(duì)話框num2=str2num(char(glabel(2,1)));%對(duì)話框num3=str2num(char(glabel(3,1)));%對(duì)話框num4=str2num(char(glabel(4,1)));%對(duì)話框k=str2num(char(glabel(5,1)));%對(duì)話框UserNumber=num1;%用戶數(shù)inflength=num2;%用戶信息序列長(zhǎng)度a=num3;%用戶信息功率Pn=num4;%噪聲功率sigma=1;%噪聲標(biāo)準(zhǔn)差%===========================================================N=31;%偽隨即序列的階數(shù)R=(ones(UserNumber)+(N-1)*eye(UserNumber))/N;%相關(guān)系數(shù)矩陣b=2*randint(UserNumber,inflength)-1;%用戶信息矩陣(隨機(jī)+1,-1矩陣)coefficients=[10100];%5級(jí)左移m序列碼發(fā)生器的反饋系數(shù)mseq=mseries(coefficients);%&成31>31的m序列碼矩陣mseq=mseq(1:UserNumber,1:N);%=============以上生成隨即序列========================%===================生成噪聲==========================n1=Pn*normrnd(0,1,1,inflength*N);n=zeros(UserNumber,inflength);forj=1:inflengthntemp=n1(1,((j-1)*N+1):j*N);n(:,j)=(mseq*ntemp')/N;end%*******************************************A=diag(a);y=R*A*b+n;%傳統(tǒng)單用戶檢測(cè)ydec=inv(R)*y;%線性解相關(guān)多用戶檢測(cè)ymmse=inv(R+sigmaA2*inv(A))*y;%最小均方誤差多用戶檢測(cè)fori=1:UserNumberylen(i)=length(find(sign(real(y(i,:)))-b(i,:)));ydeclen(i)=length(find(sign(real(ydec(i,:)))-b(i,:)));ymmselen(i)=length(find(sign(real(ymmse(i,:)))-b(i,:)));BER_y(i)=ylen(i)/inflength;BER_ydec(i)=ydeclen(i)/inflength;BER_ymmse(i)=ymmselen(i)/inflength;endsnr=20*log10(a(1)/Pn);disp('信噪比為');disp(snr);disp('誤碼個(gè)數(shù)為');disp(ylen(k));disp(ydeclen(k));disp(ymmselen(k));disp('誤碼率為');disp(BER_y(k));disp(BER_ydec(k));disp(BER_ymmse(k));參考文獻(xiàn)[1]黃永安，馬路，劉慧敏.MATLAB7.0/Simulink6.0建模仿真開發(fā)與高級(jí)工程應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005[2]樊昌興，曹麗娜.通信原理[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007[3]王建平，張寶劍，王軍濤.通信原理[M].北京：人民郵電出版社，2007[4]王立寧，樂光新，詹菲.MATLABf通信仿真[M].北京：人民郵電出版社，2000[5]王正林.精通MATLABGU￡計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008[6]鄧