基于SIMULINK的碼分多址系統(tǒng)仿真

目錄摘要ABSTRACT引言1CDMA系統(tǒng)的理論根底41.1擴展頻譜通信原理41.2CDMA系統(tǒng)的擴頻方式和重要參數(shù)41.3CDMA擴頻碼：偽隨機碼序列51.3.1m序列61.3.2Gold碼序列81.4CDMA擴頻碼：PN序列的擴頻原理82SIMULINK仿真概述113碼分多址系統(tǒng)仿真原理框圖114碼分多址通信系統(tǒng)仿真模型125碼分多址仿真模型各個子模塊介紹135.1源信號生成135.2過失控制編碼——卷積編碼145.3M-DPSK調(diào)制模塊145.4擴頻模塊165.5多址〔MAI〕干擾模塊175.6AWGN信道195.7解擴模塊205.8M-DPSK解調(diào)模塊205.9過失控制譯碼——維特比譯碼模塊215.10信宿模塊226.11仿真誤碼性能236結(jié)論24參考文獻24致謝25摘要本文首先對碼分多址技術(shù)進行了介紹，列出了其主要優(yōu)點和存在問題?；贛ATLAB6.5仿真工具箱SIMULINK，對碼分多址通信仿真系統(tǒng)進行仿真。根據(jù)m序列擴展頻譜原理和碼分多址通信系統(tǒng)框圖建立仿真模型，并對模型的各個子模塊進行介紹。選擇不同的系統(tǒng)配置和參數(shù)設(shè)置，分別分析了信道信噪比、m序列抽樣時間、多址干擾對系統(tǒng)誤碼率的影響。關(guān)鍵詞：碼分多址；SIMULINK仿真；擴頻通信；偽隨機序列；ABSTRACTInthispaper,CDMAtechnologyisfirstintroduced,usingalistofthemajoradvantagesandexistingproblems.BasingonSIMULINKsimulationofMATLAB6.5,CDMAcommunicationsystemissimulated.AccordingtothespreadspectrumtheoryofmsequenceandCDMAcommunicationsystemdiagram,simulationmodelisestablished,andvarioussubsystemsofthemodelareintroduced.Byselectingdifferentsystemconfigurationsandparametersettings,Signal-to-NoiseRatio,sampletimeofmsequenceandmulti-sitenoisedependentlyeffectssystemerrorrate.Keyword:CDMA;SIMULINKsimulation;spreadspectrumcommunication;pseudo-randomsequence引言當前無線通信系統(tǒng)中存在三種主要的多址技術(shù)：頻分多址接入、時分多址接入、碼分多址接入[3]。本文通信系統(tǒng)采用碼分多址技術(shù)。頻分多址方式是以傳輸信號載波頻率的不同劃分來建立多址接入。其特點：頻率規(guī)劃復(fù)雜，需要嚴格的頻率規(guī)劃；基站復(fù)雜龐大，需重復(fù)配置收發(fā)信設(shè)備；越區(qū)切換復(fù)雜。時分多址方式是以傳輸信號存在時間的不同劃分來建立多址接入。其特點：基站復(fù)雜性減小，不需要雙工器；系統(tǒng)設(shè)備必須有精確的定時和同步；需要自適應(yīng)均衡技術(shù)。碼分多址方式是以傳輸?shù)男盘柎a型的不同劃分來建立多址接入。采用碼分多址接入?yún)f(xié)議的通信系統(tǒng)給小區(qū)內(nèi)的每個用戶分配一條單獨的擴頻碼，各個用戶分配的碼字之間互不相關(guān)。就降低干擾增加容量得到系統(tǒng)性能的改善和提高方面，有優(yōu)化技術(shù)：功率控制、軟切換、多用戶檢測和智能天線技術(shù)等[7]。碼分多址系統(tǒng)的主要優(yōu)點[3]是保密性好；抗干擾能力強；采用了軟切換；采用頻率、時間和空間分集；較低的發(fā)射功率；兼容性好；頻率利用率高，不需頻率規(guī)劃。存在問題：由于所有的基站都使用同一個頻率，相互之間存在干擾，如果小區(qū)規(guī)劃做得不好，將直接影響話音質(zhì)量和使系統(tǒng)容量打折扣，因而在進行站距、天線高度等設(shè)計時應(yīng)謹慎。1CDMA系統(tǒng)的理論根底1.1擴展頻譜通信原理擴頻的定義[10]為：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來實現(xiàn)，與所傳信息數(shù)據(jù)無關(guān)，在接收端用同步接收實現(xiàn)解擴和數(shù)據(jù)恢復(fù)。根據(jù)香農(nóng)定理即，可得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，即信噪比和信道帶寬可以互換。擴頻通信系統(tǒng)正是基于此理論，將信道帶寬擴展許多倍以換取信噪比上的好處，增強系統(tǒng)的抗干擾能力。一個典型的擴頻通信系統(tǒng)框圖[2]如圖2.1所示。信源信源信源編碼信道編碼調(diào)制擴頻本振偽隨機碼信道解擴解調(diào)信道譯碼信源譯碼信宿圖2.1典型的擴頻通信系統(tǒng)模型擴頻通信中，信源編碼可減小信息的冗余度，提高信道的傳輸效率。信道編碼增加信息在信道傳輸中的冗余度，使其具有檢錯或糾錯能力提高信道傳輸質(zhì)量。調(diào)制使經(jīng)信道編碼后的符號能在適當?shù)念l段傳輸。擴頻和解擴是為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力而進行的信號頻譜展寬和復(fù)原。碼分多址系統(tǒng)應(yīng)用擴頻通信原理[8]。在發(fā)送端，將要傳輸?shù)男畔⑼ㄟ^與偽隨機碼序列進行調(diào)制，使其頻譜展寬，即“擴頻〞；在接收端，用與發(fā)送端相同的碼序列進行“反擴展〞，將寬帶信號恢復(fù)成窄帶信號，即“解擴〞。窄帶干擾信號由于與偽隨機序列不相關(guān)，在接收端被擴展，從而使進入信號頻帶內(nèi)的干擾信號功率大大降低，增加解調(diào)器輸入端的信噪比。1.2CDMA系統(tǒng)的擴頻方式和重要參數(shù)在實際的碼分多址系統(tǒng)中，直接序列擴頻方式得到了廣泛的認可和應(yīng)用。它具有很強的抗干擾能力，采用高速碼率的偽隨機碼在發(fā)送端進行擴頻，在接收端用相同的碼序列進行解擴，然后將展寬的擴頻信號復(fù)原成原始信息。本文采用直接序列擴頻方式。CDMA擴頻通信有兩個重要參數(shù)[9]：擴頻增益和干擾容限?！?〕擴頻增益擴頻增益，通常用于衡量擴頻系統(tǒng)抗干擾能力的優(yōu)劣。定義為接收機相關(guān)器輸出信噪比和接收機相關(guān)器的輸入信噪比之比，即：(2.2a)其中，式中和分別為接收機相關(guān)器的輸入、輸出端信號功率，和分別為相關(guān)器的輸入、輸出端干擾功率，W為系統(tǒng)的擴頻帶寬，為基帶信號的信息速率〔2〕干擾容限干擾容限通常用于描述擴頻系統(tǒng)在干擾環(huán)境下的工作性能。定義為(2.2b)其中，為輸出信噪比，為系統(tǒng)損耗，G為擴頻增益。當干擾功率超過信號功率M〔dB〕時，系統(tǒng)就不能正常工作。1.3CDMA擴頻碼：偽隨機碼序列碼分多址系統(tǒng)中，非常注重研究偽隨機序列的自相關(guān)和互相關(guān)特性。自相關(guān)函數(shù)用來表示信號和它自身延遲時間以后的相似性，定義為：(2.3a)對于二進制而且周期為P的序列，歸一化之后得到的互相關(guān)系數(shù)為(2.3b)是位移前后兩個碼元序列相同碼元的數(shù)目，是位移前后兩個碼元不同碼元的數(shù)目。兩個不同碼序列的相關(guān)性用互相關(guān)函數(shù)來表示，定義為：(2.3c)對于二進制而且周期為P的序列，歸一化之后得到的互相關(guān)系數(shù)為(2.3d)假設(shè)為某編碼碼組的集合，對于碼組，均滿足，那么稱為正交編碼。正交編碼的任意兩個碼組均互不相關(guān)，保持正交。偽隨機序列定義[3]如下：凡自相關(guān)系數(shù)具有以下形式的碼序列，稱為偽隨機序列,又稱為狹義偽隨機序列：(2.3e)其中為序列與初始序列的相位差。凡自相關(guān)系數(shù)具有以下形式的碼序列，稱為廣義偽隨機序列：(2.3f)偽隨機序列主要用于擴頻調(diào)制。由0和1組成的偽隨機序列，用來模擬偽隨機信號波形。用+1代替碼序列中1，用-1代替碼序列中的0，得到碼序列和波形的對應(yīng)關(guān)系，這樣碼序列的模2加和信號波形相乘是等效的。需滿足：目標接收端，能識別并同步產(chǎn)生此序列；對于非目標接收端而言，該序列是不可識別的。利用線性反應(yīng)移位存放器或PN模塊可以產(chǎn)生這樣的偽隨機序列。偽隨機序列主要采用m序列和Gold碼序列。本CDMA仿真模型中采用四級m序列。1.3.1m序列m序列是由n級線性移位存放器產(chǎn)生的周期為的碼序列，是最長線性反應(yīng)移位存放器序列的簡稱。周期為的m序列可以提供個擴頻地址碼。它可擴展頻譜、區(qū)分通過多址接入方式使用同一傳輸頻帶的不同用戶的信號。m序列的特性[6]：〔1〕擴頻特性：具有很強的二值自相關(guān)性和很弱的互相關(guān)性?！?〕移位特性：m碼序列和其移位后的序列模2相加，所得的序列還是m序列，只是相位不同?！?〕均衡性：m碼序列一個周期內(nèi)，“1”和“0〞的碼元根本相等，保證了在擴頻系統(tǒng)中，用m碼序列作平衡調(diào)制實現(xiàn)擴展頻譜時假設(shè)一個n次多項式滿足以下條件：〔1〕為不可約的；〔2〕可整除，；〔3〕除不盡，q<m,那么稱多項式為本原多項式。應(yīng)用MATLAB函數(shù)編程的方法可求得〔見附錄〔1〕〕本原多項式的特征多項式。求出特征多項式，可通過兩種方式產(chǎn)生m序列。1、一種方法：移位存放器加反應(yīng)生成m序列[4]。m序列產(chǎn)生器，由線形反應(yīng)移位存放器構(gòu)成，式中為1表示連接，為0表示斷開，加法器用的是模2加法。線形反應(yīng)邏輯式為：(2.3g)反應(yīng)移位存放器原理框圖如圖2.2所示。圖2.2反應(yīng)移位存放器原理框圖序列生成多項式表示為:(2.3h)將線形反應(yīng)邏輯代入后,選擇初始狀態(tài)為(2.3i)得到(2.3j)其中,是關(guān)于的多形式。式(2.3j)為移位存放器序列生成器的特征多項式。通過選擇不同的生成多項式，可以找出相關(guān)性較好的m序列組。2、一種方法：應(yīng)用偽隨機序列產(chǎn)生器產(chǎn)生四級m序列圖2.3是產(chǎn)生m序列的仿真模型，利用示波器觀察產(chǎn)生的m序列波形。圖2.3產(chǎn)生m序列的仿真模型偽隨機序列產(chǎn)生器模塊的參數(shù)設(shè)置為：生成多項式為[10011]；初始狀態(tài)為：[0100]；采樣時間為：0.001s，仿真時間設(shè)置為1秒。m序列時域波形如圖2.4?？傻茫且?5位周期的脈沖序列，在時間范圍設(shè)置為0.045的示波器上剛好顯示了3個周期的m序列。運行圖2.3仿真模型可得4級m序列的相應(yīng)的輸出序列為：。得m序列互相關(guān)函數(shù)特性如圖2.5所示〔Matlab程序見附錄〔2〕〕。圖2.4m序列時域波形圖從圖2.5中，可得在周期點15處m序列有很強的自相關(guān)性，其余的反映了它們的互相關(guān)性，互相關(guān)性的幅度值越小越好。1.3.2Gold碼序列一對周期和速率均相同的m序列優(yōu)選對模2加后得到Gold序列[3]，有較優(yōu)良的自相關(guān)和互相關(guān)特性，在各種衛(wèi)星系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。其自相關(guān)性不如m序列，互相關(guān)性比m序列要好。滿足以下條件的兩個m序列可構(gòu)成優(yōu)選對：1.4CDMA擴頻碼：PN序列的擴頻原理在CDMA中，不同的用戶在相同的時間用相同的頻帶，有一系列正交的波形、序列或碼字來相互別離開。當時間離散時，它們的內(nèi)積為零，那么兩個實數(shù)值的波形x和y是正交的，即：(2.4a)其中：，T表示向量的轉(zhuǎn)置，它是一個序列數(shù)值的另一種表達方式。為了將正交碼用于CDMA多址接入方案中，需要三個條件：〔1〕正交碼的每個碼元的數(shù)值必須為1或-1?！?〕所給出的正交碼具有偽隨機特性?！?〕每個碼自己的內(nèi)積被碼元的數(shù)量相除必須為1。一套有七個碼字的三級PN碼序列能夠通過連續(xù)的滑動而產(chǎn)生，將每一個0都變?yōu)?1可以得到：可以驗證上述這些PN碼都滿足CDMA多址接入所要求的條件，即生成多項式系數(shù)相同而相位不同的PN碼是相互正交的。同理四級m序列能通過連續(xù)的滑動，將每一個0都變?yōu)?1可以得到15個正交碼序列。使用PN序列進行擴展：用以下實例[6]來說明PN碼序列被用做擴展碼的原理，并為第五章CDMA系統(tǒng)仿真模型的建立提供理論根底。假設(shè)有相同的三個用戶希望發(fā)送三條單獨的信息。這些信息是：=〔+1-1+1〕=〔+1+1-1〕=〔-1+1+1〕這三個用戶被分別配制了一個PN碼：=〔+1-1+1+1+1-1-1〕=〔+1-1-1+1-1+1+1〕=〔-1+1+1+1-1-1+1〕將第0號PN碼配置給了第一條信息，將第3號PN碼配置給了第二條信息，將第6號PN碼配置給了第三條信息。每一條信息由配置的PN碼序列擴頻。且PN碼序列的碼片速率是信息比特速率的七倍，即它對處理增益的奉獻為7。對于第一條信息：其中，是第一條信息的擴展信號。類似地，對于第二條信息為：對于第三條信息為：將所有的這三個擴頻信號、、進行疊加得到合成信號，即：(2.4b)結(jié)果為：是在RF頻帶內(nèi)傳輸?shù)暮铣尚盘?。假設(shè)在傳輸過程中只出現(xiàn)了可以忽略的錯誤，接收機就會截獲。為了將原來的信息、和從合成信號中別離出來，接收機用原來配置給每一條信息的PN碼與相乘，得：然后接收機在每一個比特周期內(nèi)將所有的值進行積分或疊加。結(jié)果推導出函數(shù)、和：根據(jù)積分函數(shù)、和，有一個“判決門限〞。所使用的判決規(guī)那么為：假設(shè)假設(shè)在應(yīng)用了上述判決之后，可得：上述實例說明：多址用戶發(fā)送單獨的信息分別經(jīng)相互正交的PN序列擴頻后相加得到合成信號，經(jīng)各自的PN序列解擴后，接收機在每一個比特周期內(nèi)將所有的值進行積分或疊加，再通過判決規(guī)那么，即可恢復(fù)各自的源信號。這就是PN序列作為擴頻碼的原理。根據(jù)這一原理，設(shè)計出第五章CDMA系統(tǒng)仿真模型。2SIMULINK仿真概述本文采用的是SIMULINK仿真，其所有的模塊在每個時間步長上同時執(zhí)行，被稱為時間流的仿真。SIMULINK應(yīng)用包括建模和仿真兩局部。建模即指從SIMULINK標準模塊子庫或MATLAB其它工具包模塊庫中選擇所需模塊，并拷貝到用戶的模型窗口中，經(jīng)過連線和設(shè)置模塊參數(shù)等構(gòu)成用戶自己的仿真模型的過程。通信模塊的創(chuàng)立和仿真，一般是在SIMULINK工作窗口內(nèi)利用COMMLIB庫中的通信模塊構(gòu)筑用戶設(shè)計的通信模型，然后再利用SIMULINK工作窗中特有的菜單項選擇項進行仿真。當一個動態(tài)模型包含許多環(huán)節(jié)時，往往把系統(tǒng)按功能分塊，每一塊建立一個子系統(tǒng)。本文采用“自底向上〞的設(shè)計方式，先完成每個局部的底層設(shè)計，封裝為子系統(tǒng)后，再用其搭建出一個總體框圖。3碼分多址系統(tǒng)仿真原理框圖當擴頻通信系統(tǒng)中采用的擴頻碼具有多址作用時，該系統(tǒng)即構(gòu)成了一個碼分多址通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)以占用比原始信號帶寬寬得多的射頻帶寬為代價，來獲得更強的抗干擾能力和更高的頻譜利用率。碼分多址通信系統(tǒng)原理框圖[2]如圖4.1所示。信源信源信道編碼偽碼生成頻帶調(diào)制擴頻調(diào)制高斯白噪聲信道解擴解調(diào)信道譯碼偽碼生成抽樣判決信宿多址干擾圖4.1碼分多址通信系統(tǒng)原理框圖結(jié)合通信原理框圖來分析信號的處理過程?！?〕發(fā)送端首先由信號源生成將要發(fā)送的數(shù)據(jù)，以比特為單位，經(jīng)過過失控制編碼處理，增加一定的信息冗余度，便于接收端檢測接收信號是否正確。然后用其來調(diào)制載波，那么信號被搬移到載頻上去，就得到調(diào)制后信號。再用一條15位的m序列與每個信息碼元進行相關(guān)運算，數(shù)據(jù)單位為切普，長度縮短為比特的1/30，信號頻譜大大擴展?！?〕信道將擴頻調(diào)制并參加多址干擾的合成信號發(fā)送到無線信道中。由于無線通信介質(zhì)的特性，用戶發(fā)送的信號在信道傳輸過程中會受到各種噪聲干擾的影響，本CDMA仿真系統(tǒng)只考慮多址接入干擾MAI和加性高斯白噪聲干擾?！?〕接收端在接收局部，系統(tǒng)通常對信號進行相關(guān)接收。當從信道中檢測到信號后，接收端首先對接收信號進行解擴處理，通過擴頻碼的正交性去除多址干擾恢復(fù)為擴頻前的原始數(shù)據(jù)。接收端的偽隨機序列與發(fā)送端的偽隨機序列不僅要求碼字相同，碼字的相位也應(yīng)相同，才能正確解擴。然后進行解調(diào)處理，將其下變頻到基帶，并恢復(fù)出卷積編碼信號；將信號送給維特比解編碼模塊，從中恢復(fù)出信息碼元。輸出的信號經(jīng)過一個抽樣判決過程，將接收恢復(fù)出的數(shù)據(jù)比特送至信宿端。本文將實際應(yīng)用中的碼分多址通信系統(tǒng)的解擴設(shè)備進行簡化。在實際系統(tǒng)中，由于基站需要接收來自不同用戶的數(shù)據(jù)，它必須知道該小區(qū)內(nèi)每個用戶使用的擴頻偽碼，并且為每條碼字建立一套單獨的解擴設(shè)備?；緩奶炀€上接收到的數(shù)據(jù)同時送入每一條碼字對應(yīng)的解擴設(shè)備進行處理，再利用某種判決準那么選擇其中的一路作為有效信號輸出，其余信號或者丟棄不要，或者反應(yīng)回去抵消接收信號中的干擾成分。這樣可以實現(xiàn)對不同用戶用不同碼字解擴，其余用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)過非相關(guān)處理后以噪聲的形式存在，為多址接入干擾。不同用戶間擴頻碼字的正交性越好，MAI就越小。本文假設(shè)基站用戶使用的擴頻偽碼，因此只有一套解擴設(shè)備，省略了不同碼字的比擬判決過程[2]。4碼分多址通信系統(tǒng)仿真模型碼分多址的數(shù)學根底是信號的正交分割原理[9]。在發(fā)射端多個信號復(fù)合，經(jīng)過無線信道傳輸后，在接收端進行信號的別離。由于碼字的不相關(guān)特性，多個用戶可以采用相同的載波同時向信道發(fā)送數(shù)據(jù)包。在接收端，目的接收機接收到混合了多址用戶信息與噪聲的源信號。使用與發(fā)射端相同的碼組來進行解擴將可以源信號解調(diào)出來。本碼分多址通信系統(tǒng)仿真模型中，PNSequenceGenerator產(chǎn)生的四級m序列作為擴頻碼，周期是15，碼元寬度為0.01/30s；源信號和多址信號由伯努利二進制隨機信號發(fā)生器生成，表示三個不同的通信用戶發(fā)射各自的通信信息，其中兩個通信用戶信息相對源信號用戶是多址干擾信號，碼元寬度都為0.01s，是m序列碼元寬度的30倍，正好是兩個m序列周期；仿真時間設(shè)為10秒。分別延遲四個、七個m序列碼元的兩個碼組與源信號的原始碼組構(gòu)成三個正交碼組，它們分別對單個用戶的信號進行直接擴頻。CDMA仿真模型在信道信噪比SNR=-10dB的傳輸條件下，采用先調(diào)制后擴頻的方法，具體仿真過程為：將源信號直接進行卷積編碼，經(jīng)過卷積編碼的雙列信號經(jīng)過緩存器后變?yōu)橐涣?，以適應(yīng)M-DPSK調(diào)制器的要求。經(jīng)調(diào)制后的信號與m序列相乘進行擴頻，擴頻后序列參加多址干擾信號得到合成信號。后進入AWGN信噪比為-10dB的傳輸環(huán)境。以后進入接收局部，信號與源信號m序列擴頻碼相乘進行解擴。經(jīng)過M-DPSK解調(diào)后信號進入緩存器1，信號又恢復(fù)為維特比卷積譯碼器要求的雙列信號。源信號經(jīng)歷了卷積、緩存、調(diào)制、擴頻、解擴、解調(diào)、緩存、解卷積等運算，時間上帶來了延遲，最后錯誤率統(tǒng)計模塊將發(fā)送端的信息碼元經(jīng)過延遲后與接收端恢復(fù)出的碼元進行比擬，輸出誤碼率，并將誤碼率存入工作空間變量中。對信道信噪比進行不同設(shè)置，分別分析信道信噪比、m序列抽樣時間、多址干擾對系統(tǒng)誤碼率的影響。碼分多址通信系統(tǒng)的仿真模型mafenduozhi，包括源信號的生成、卷積編碼、信道調(diào)制、擴頻調(diào)制、多址干擾、加性高斯白噪聲信道、解擴、解調(diào)、譯碼、錯誤率統(tǒng)計等模塊。碼分多址通信系統(tǒng)的仿真模型如圖5.1所示。圖5.1CDMA通信系統(tǒng)仿真模型mafenduozhi5碼分多址仿真模型各個子模塊介紹5.1源信號生成數(shù)據(jù)源為伯努利二進制序列產(chǎn)生器，用于生成隨機的二進制序列，其碼元寬度為0.01s,從其輸出數(shù)據(jù)線上引出的輸出端口用于對譯碼后的序列進行比照。伯努利序列產(chǎn)生器的參數(shù)設(shè)置如下：Probabilityofazero：模塊產(chǎn)生的二進制序列中出現(xiàn)0的概率，設(shè)為0.5。Initialseed：隨機數(shù)種子，不同的隨機數(shù)種子通常產(chǎn)生不同的序列，設(shè)為12345。Sampletime：抽樣時間，表示輸出序列中每個二進制符號的持續(xù)時間，設(shè)為0.01。通過示波器，可得信源伯努利序列如圖6.1所示。圖6.1信源：伯努利信號波形5.2過失控制編碼——卷積編碼源信號比特流送入過失控制編碼模塊進行糾錯編碼，由卷積編碼模塊ConvolutionalEncoder完成。編碼原理是其碼字與現(xiàn)在和之前的信息比特都有關(guān)系，糾錯能力與約束長度有關(guān)，糾錯性能與譯碼算法有關(guān)。輸入、輸出均是二進制形式。參數(shù)設(shè)置為：Trellisstructure：格型結(jié)構(gòu)，那么該參數(shù)為：，是IS-95CDMA正向信道卷積編碼的生成多項式；Reset：設(shè)置編碼器在何種情況下復(fù)位。選擇None表示在任何情況下都不復(fù)位。源信號數(shù)據(jù)流進行卷積編碼，由一列信號變成兩列信號，可得波形如圖6.2所示。6.2卷積編碼后信號波形5.3M-DPSK調(diào)制模塊本模型采用頻帶差分相移鍵控M-DPSK調(diào)制器對經(jīng)過卷積編碼后的信號進行調(diào)制。仿真中用到緩存器，其作用[4]是：經(jīng)過卷積編碼的雙列信號經(jīng)過緩存器變?yōu)橐涣?，以便對信號進行M-DPSK調(diào)制。緩存器和緩存器1的主要參數(shù)設(shè)置如表6.1所示。表6.1緩存器和緩存器1參數(shù)設(shè)置參數(shù)名稱緩存器緩存器1Specifyoutputbuffersize〔指定輸出緩存大小〕使能〔選中〕Outputbuffersize(channel)〔每信道輸出緩存大小〕12Bufferoverlap〔緩存交疊〕0Initialconditions〔初始條件〕0Numberofchannels〔信道數(shù)〕1根據(jù)表6.1設(shè)置，得碼分多址仿真系統(tǒng)mafenduozhi中卷積編碼后的雙列信號經(jīng)緩存器后變?yōu)檫m應(yīng)M-DPSK調(diào)制的一列信號，碼元周期為0.005s，波形如圖6.3所示。圖6.3經(jīng)緩存器Rebuff后信號波形M-DPSK調(diào)制器和解調(diào)器參數(shù)設(shè)置如表6.2所示。表6.2M-raynumber〔元數(shù)〕2Symbolperiod(s)〔符號周期〕1/200Basebandsamplespersymbol〔每符號基帶采樣〕2Carrierfrequency〔載頻〕600Carrierinitialphase(rad)〔載頻初始相位〕0Outputsampletime(s)〔輸出采樣時間〕0.01/300根據(jù)表6.2設(shè)置，得碼分多址仿真系統(tǒng)中緩存器轉(zhuǎn)換的一列信號經(jīng)M-DPSK調(diào)制后波形如圖6.4所示，信號波形加載到高頻30KHZ余弦波上，便于在信道上直接傳輸。圖6.4經(jīng)M-DPSK調(diào)制后信號波形5.4擴頻模塊擴頻模塊包括偽隨機碼生成〔有PN產(chǎn)生器模塊完成〕、極性轉(zhuǎn)換和相關(guān)運算三局部。擴頻、解擴的方式可以使用單極性二進制碼元用異或的方式，但是0的結(jié)果有時處理起來有一定的困難；當信號疊加了噪聲信號后已經(jīng)不是二進制碼時，就不能用異或方式處理。使用雙極性二進制碼元用相乘的方式同樣可以完成擴頻與解擴的運算，還可以克服上述方法的缺乏[4]。源信號經(jīng)卷積編碼、M-DPSK調(diào)制后是單列雙極性的實信號，被周期為15的四級m序列直接相乘進行擴頻。擴頻后的信號在Sum中與多址干擾信號相加，進入AWGN信道，到達接收端。擴頻模塊如圖6.5所示。圖6.5擴頻模塊CDMA仿真模型采用的擴頻偽碼為m序列，碼長為15，碼元寬度為0.01/30s，由PNSequenceGenerator模塊產(chǎn)生?？傻迷葱盘柦?jīng)卷積編碼、M-DPSK調(diào)制后的信號、m序列、擴頻后信號如圖6.6所示。圖6.6擴頻模塊中源信號打包后信號、m序列〔雙極性〕、擴頻后信號波形5.5多址〔MAI〕干擾模塊在CDMA通信系統(tǒng)中，同時占用時間-頻率平面同信道的其它用戶相對其中一個用戶而言就是干擾，周期為的m序列可以提供個擴頻地址碼，那么該系統(tǒng)可容納個多址用戶[5]。MAI干擾產(chǎn)生的原因是由于多個用戶的隨機接入，不同用戶擴頻偽碼之間不能保證完全正交。假設(shè)有多個用戶同時向信道中發(fā)送數(shù)據(jù)包，在接收端用預(yù)接收的數(shù)據(jù)包的擴頻偽碼進行解擴處理，利用碼字的相關(guān)性可以恢復(fù)出有用信號。如果碼字之間完全正交，那么其余信號經(jīng)過解擴模塊后輸出為零，是一種理想情況。實際應(yīng)用中，其它用戶數(shù)據(jù)包經(jīng)過解擴處理后，還有一局部干擾信號同有用信號一起進入錯誤率統(tǒng)計模塊，對系統(tǒng)性能造成一定影響。MAI干擾模塊仿真了一個三發(fā)射條件下，另兩個用戶數(shù)據(jù)包對源信號的干擾情況。m序列擴頻碼的碼元寬度為0.01/30s。另兩個用戶數(shù)據(jù)包由伯努利二進制序列產(chǎn)生器產(chǎn)生隨機的二進制序列，碼元寬度為0.01s。不同的隨機數(shù)種子通常產(chǎn)生不同的序列，其隨機數(shù)種子分別設(shè)為54321和13245，與信源〔設(shè)為12345〕不同。延遲四個碼元及延遲七個碼元的兩個碼組與源信號原始碼組構(gòu)成三個正交碼組，分別對單個用戶信號進行直接擴頻。擴頻后的信號在Sum中相加，進入AWGN信道，到達接收端。MAI干擾生成模塊如圖6.7所示。它描述了多址干擾用戶1發(fā)送數(shù)據(jù)包的過程。圖6.7MAI干擾生成模塊框圖通過示波器，可得多址用戶1信號經(jīng)卷積編碼、緩存轉(zhuǎn)換、M-DPSK調(diào)制、擴頻等打包后的多址干擾信號1波形如圖6.8所示。圖6.8多址干擾信號1打包后波形源信號與多址用戶信號分別進行數(shù)據(jù)打包后求和得到合成信號，波形如圖6.9所示。圖6.9與多址干擾信號求和后的合成信號5.6AWGN信道本碼分多址仿真模型中，采用AWGN信道，AWGNChannel模塊用于對輸入信號添加加性高斯白噪聲。模塊的抽樣時間繼承自輸入信號的抽樣時間。模塊參數(shù)設(shè)置如下：Initialseed：初始化種子，設(shè)為18233。Mode：指定生成噪聲方差的方式，選擇參數(shù)Signaltonoiseratio(SNR)。SNR(dB)：指定信號的信噪比，設(shè)為-10dB。Inputsignalpower(watts)：輸入信號功率，設(shè)為1。信號夾雜著加性高斯白噪聲，其均值為0，方差表現(xiàn)為噪聲功率的大小。一般情況下，噪聲功率越大，信號的波動幅度就越大，接收端接收的信號的誤比特率就越高。經(jīng)過信道后波形如圖6.10所示。圖6.10參加加性高斯白噪聲后信號的波形5.7解擴模塊在接收端，目的接收機對混合了多址干擾與噪聲的信號與源信號擴頻碼相乘進行解擴。要求使用的偽隨機碼與發(fā)送端擴頻用的偽隨機碼不僅碼字相同，而且相位相同。解擴處理將信號壓縮到信息頻帶內(nèi)，由寬帶信號恢復(fù)為窄帶信號。同時將干擾信號擴展，降低干擾信號的譜密度，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。解擴后信號波形如圖6.11所示。圖6.11接收端解擴后信號波形5.8M-DPSK解調(diào)模塊在接收端對信號進行解調(diào)，以恢復(fù)原來的頻譜。M-DPSK解調(diào)器對合成數(shù)據(jù)包經(jīng)過解擴后提取出的源信號數(shù)據(jù)包進行解調(diào)。經(jīng)過解調(diào)后信號進入緩存器1，一列信號恢復(fù)為維特比譯碼要求的雙列信號。根據(jù)表6.2中M-DPSK解調(diào)器的設(shè)置，可得經(jīng)M-DPSK解調(diào)后波形如圖6.12所示。圖6.12經(jīng)M-DPSK解調(diào)后信號波形根據(jù)表6.1中緩存器1的設(shè)置，通過示波器，可得碼分多址仿真系統(tǒng)mafenduozhi中M-DPSK解調(diào)后的信號經(jīng)過緩存器1轉(zhuǎn)換后波形如圖6.13所示。圖6.13經(jīng)緩存器Rebuff1后信號波形5.9過失控制譯碼——維特比譯碼模塊糾錯譯碼的功能有過失控制譯碼器——維特比譯碼ViterbiDecoder模塊來完成，用于對輸入信息進行維特比譯碼。ViterbiDecoder模塊參數(shù)設(shè)置如下：Trellisstructure：格型結(jié)構(gòu)，該參數(shù)設(shè)為。Decisiontype：指定判決類型。設(shè)置為HardDecision，對應(yīng)輸入信號為二進制數(shù)據(jù)。Tracebackdepth：反應(yīng)深度，用于構(gòu)造反應(yīng)路徑時的網(wǎng)格圖分支數(shù)，該參數(shù)設(shè)為1。Operationmode：模塊在相鄰輸入向量間的模式轉(zhuǎn)換方式。該參數(shù)設(shè)為Continuous。根據(jù)維特比譯碼器以上參數(shù)設(shè)置，可得碼分多址仿真系統(tǒng)中信號經(jīng)過卷積譯碼后波形如圖6.14所示，其碼元周期恢復(fù)為0.01s。6.14維特比譯碼后信號波形5.10信宿模塊信宿模塊包括錯誤率統(tǒng)計模塊、顯示器、選擇器。MATLAB通信工具箱的錯誤率統(tǒng)計模塊對輸入的兩個信號進行比照，輸入為二進制序列，輸出誤比特率。模塊只比擬兩個輸入信號的正負關(guān)系，而不具體比擬它們的大小。錯誤率統(tǒng)計模塊的參數(shù)設(shè)置如表6.3所示。表6.3錯誤率統(tǒng)計模塊的參數(shù)設(shè)置參數(shù)名稱參數(shù)值Receivedelay〔接收延遲〕3Computationdelay〔計算延遲〕0Computationmode〔計算模式〕EntireframeOutputdata〔輸出數(shù)據(jù)〕Port錯誤率統(tǒng)計模塊的Tx輸入端口接收發(fā)送方的輸入信號，Rx輸入端口接收信宿端恢復(fù)的輸入信號，模塊的輸出數(shù)據(jù)是長度為3的向量，分別是：誤碼率、總的錯誤個數(shù)、總的參加比擬的碼元數(shù)。接收端恢復(fù)出的比特，由于經(jīng)過各種處理，存在一個不可防止的延遲，參數(shù)delay，專門用來定義輸入信號與輸出信號之間的延遲。錯誤率統(tǒng)計模塊將發(fā)送端的信息碼元經(jīng)過延遲后與接收端恢復(fù)出的碼元進行比擬，輸出誤碼率。信宿端接收信號與源信號波形如圖6.15所示，可以得到接收端接收信號可以很好的恢復(fù)發(fā)送端發(fā)送的源信號，只是存在不可防止的延遲。圖6.15源信號和信宿端接收信號波形5.11仿真誤碼性能對信道信噪比進行不同設(shè)置，得到碼分多址仿真系統(tǒng)mafenduozhi中誤碼率與信道信噪比之間的關(guān)系圖〔程序見附錄〔3〕〕，如圖6.16所示。圖6.16CDMA仿真系統(tǒng)誤碼率和信道信噪比關(guān)系圖分析圖6.16，可得碼分多址系統(tǒng)誤碼率隨著信噪比的增大而呈下降趨勢，即信號功率越強，噪聲功率越弱，信噪比越大，誤碼率越低，當信噪比到達一定比值〔SNR=-13dB〕時，誤碼率降為0即無誤碼，信宿端可以很好的