基于matlab的cdma系統仿真分析說明書(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 QPSK 調制的輸出如式（ 211） ： )()2s i n ()()()2c o s ()()( 21 txfttqtxfttits ?? ?? 錯誤 !未找到引用源。 (211) 式中 x1(t)和 x2(t)分別為同相支路和正交支路的擴頻碼，兩擴頻碼的碼速率相同但碼結構不同，取值為177。 1。在設計時我們取 x1(t)和 x2(t)的碼速率是同步的并且相干， x1(t)和 x2(t)彼此獨立。 信號解調 QPSK 信號是由兩個相互正交的信號合成的。其原理框圖如圖 27所示： 在同相路和正交路兩路分別設置一個相關器，即用兩個相互正交的同頻載波信號分別圖 27 QPSK 解調原理圖 90176。相移 Sqpsk 匹配濾波 抽樣判決 串 /并轉換 載波恢復換 抽樣判決 匹配濾波 定時恢復 QPSK信號 DemQpluse DemIpluse DemIqpsk DemQqpsk Sqpsk 還原的二進制信息 圖 26 QPSK 信號產生原理框圖 串 /并轉換 脈沖成型 脈沖成型 載波發生 90 176。相移 二進制信息 X 已調信號 Sqpsk I Q Ipluse Qpluse Iqpsk Qqpsk 12 對兩個相干信號進行解調。然后信號經過濾波器，即可恢復出原始相互正交的基帶信號，最后再經過電平判決和串并轉換即可還原出原來的信號。 維特比譯碼 譯碼器的功能就是要根據某種法則以盡可能低的錯誤概率對編碼輸入信息做出估計。卷積碼譯碼通常按照最大似然法則譯碼，采用逐步比較的方法來逼近發送序列的路徑。 所謂逐步比較就是把接收序列的第 j 個分支碼字和網格圖上相應的兩個時刻 j 和 j+1時刻之間的各支路作比較，即和編碼器在此期間可能 輸出的分支碼字作比較，計算和記錄它們之間的漢明距離，同時把他們分別累加到 j 時刻之前的各支路累加到漢明距離之上。比較累加結果并進行選擇，保留漢明距離最小的一條路徑，稱其為幸存路徑，其余的路徑均被刪除。所以 j+1 時刻進入每個節點的路徑只有一條，且均為幸存路徑。這一過程直到接收序列的分支碼字全部處理完畢，具有最小漢明距離的路徑即為發送序列。 CDMA 的技術特點 CDMA 系統是 基于 擴頻技術 的 自干擾 通信 系統 。 系統為 不同的 用戶分配 不同 地址碼 ，且只接收 與發送 地址碼 相同 的部分，其他部分變成噪音 不接收 。 CDMA 系 統具有 以下特點： （ 1）抗干擾能力強 CDMA 擴頻技術的理論基礎建立在香農公式之上，香農公式表明，系統中信噪比下降時，信號差錯率會隨之下降 0。系統的帶寬是非常大的，是其他系統的上百倍。所以在相同的信噪比條件下， CDMA 系統的抗干擾能力 是 比其他系統都好。 （ 2）兼容性好 可以實現 多個用戶同時 發送，同時接接收。 CDMA 系統有很大的帶寬，很寬的頻譜，其信號功率分布在寬頻譜上，有用的信號功率遠小于干擾信號功率，利于信號隱藏 在噪聲中不被檢測到。 （ 3） 軟切換 技術 軟切換即“先通后斷”。簡單的說就是在到達兩個基站覆蓋網絡范圍的臨界點時，手機會先跟新的基站建立起聯系，確認聯通之后，再斷開與原來基站的聯系。 通過 這樣的方式 可 不會因為基站的變化造成通話中斷、掉線等現象，保證了通話質量。 13 CDMA 的主要應用優勢 CDMA 技術現主要應用在手機市場中，其主要優勢有這幾點： (1)較好的聲音質量，論文前 部分簡單說明系統抗噪聲干擾能力好，通話噪聲小，語音質量接近固定電話。即使在背景噪音較大時，也可以得到很好的通話質量。 (2)輻射小， CDMA 手機又稱“綠色手機”，它的最大發射功率不超過 200mW，在通話過程中 CDMA 系統的發射功率甚至更小，其輻射作用小到可以忽略不計。 (3)不易掉線， CDMA 手機不會出現信號變弱和容易掉線的問題， CDMA 信號發射方式與GSM 不同，使用的是“先通后斷”的軟切換技術，保證信號質量。 (4)良好保密性，通話過程中， CDMA 系統有好幾萬億種編碼可能。因此，信息傳輸過程安全。 (5)網速快，這也是其用戶量大的一個主要原因。 (6)用戶容納量更大。 14 第三章 CDMA 系統仿真分析 MATLAB 的簡介 MATLAB 軟件可視化仿真的功能，結合了矩陣的計算、數據的分析、圖形圖像的處理以及系統仿真等多種強大的模塊，主要應用于研究分析和工程設計等領域。 MATLAB 軟件環境中包含許多集成軟件包，這些軟件包是用來實現動態建模仿真的 錯誤 !未找到引用源。 。 MATLAB 包含多個模型庫，這些模型庫能提供的不同功能模塊模型，在 調試過程中只要改變模塊的對應參數就能實現模型的動態仿真功能。通過 MATLAB 軟件的仿真結果，系統用戶可以實時的觀察系統的變化，并根據觀察的結果設計或改進系統的功能。 由于 MATLAB 軟件的使用方法簡單，進行仿真就可以很直觀的看到結果，工作效率很高，因此大受許多領域的青睞 ,是教育、科研、工程以及相關數據計算的學科中的常用軟件平臺。以下我們簡單舉一個 MATLAB 在教育學科《通信原理》中的應用，關于 QPSK 調制仿真的例子。 我們知道，課本中的公式和框圖對于我們在快速理解 QPSK 調制解調的的原理上的效果并不顯著，反 而顯得枯燥和難懂。使用 MATLAN 仿真軟件 ,將抽象的原理具體化，有助于學生直觀的理解原理，能在很大程度上解決問題。如下，表 31 反應了 QPSK 編碼與載波相位的關系： 在 MATLAB 軟件平臺中新建一個 M file，把實現調制的代碼敲進去，保存之后點擊運行，運行的結果就會如下圖 31 所示 錯誤 !未找到引用源。 ： 表 31 QPSK 編碼與載波相位的關系 0 a b 0 90 0 0 1 1 0 270 1 1 180 15 從 QPSK 的調制圖中，我 們就能夠非常直觀的看到并理解 QPSK 調制的原理，直觀的理解 QPSK 相位和載波相位之間的關系。 所以以上這個 QPSK 調制的例子表明， MATLAB 軟件可以作為《通信原理》、《數字信號系統》等課程的基本教學和實驗仿真工具，通過仿真功能可以解決在教學過程中遇到的一些問題，有助于同學們更好的理解課程的原理，提高學生自主分析問題的能力。 利用 MATLAB 仿真技術進行教學實驗 ,能夠不受許多客觀條件上的限制，有效地彌補某些傳統實驗的不便和不足。有一些在設備上要求較高，不易操作或不能操作的實驗都可以利用 MATLAB 軟件，通過 仿真得到理論上的結果 錯誤 !未找到引用源。 。因此， MATLAB 總體來說是一款功能齊全，實用性強的應用軟件。 調試結果 CDMA 系統的仿真模型如文中第二章提到的圖 21所示。 首先我們在 MATLAB 軟件平臺中打開源程序代碼 main file，在主程序中設定一個斷點，然后點擊 run 標志，在工具欄上點擊 step 標志，一步一步運行調試程序，觀察通信系統過程中各個步驟的運行情況。再根據調試的結果圖對整體通信系統進行必要的補充和修改，使系統更完 整。以下是程序在升余弦濾波器（ MFType=1）條件下，運行過程中調試出來的各步驟的仿真圖。 圖 31 QPSK 調制圖 1 0 2 3 4 5 6 1 t/ms 載波信號 數據基帶信號 1 0 2 3 4 5 6 1 1 t/ms QPSK 鍵控信號 1 0 2 3 4 5 6 1 1 t/ms 16 系統的主要仿真參數設置如下： 控制程序運行中的顯示： show = 0； 選擇軟 /硬判決接收： SD = 0； 比特率： BitRate = 9600； 碼片速率： ChipRate = 1228800； 源數據數： N = 184； 匹配濾波器類型 升余弦： MFType = 1； R = 5； Viterbi 生成多項式矩陣： G_Vit = [1 1 1 1 0 1 0 1 1； 1 0 1 1 1 0 0 0 1]； 列數： K = size(G_Vit, 2)； 行數： L = size(G_Vit, 1)； walsh 碼的長度： WLen = 64； 仿真信噪比范圍 (dB)： EbNo = [2 : : ]； 原始序列 代碼中 畫原始序列時域圖的指令： figure。 plot(abs(chips))。 title(39。Chips_Viterbi39。)。 畫出原始序列，原始序列產度 N 為 184，故橫坐標 0 到 200，表示取到第 200 個離散的時間點。 得到以 下圖 31的 結果： 17 圖 31 原 始序列 以上為原始序列，序列長度 184。 維特比編碼序列 代碼中畫出維特比編碼后的序列圖的指令： chips = VitEnc(G, [DataBits。 zeros(K1,1)])。 figure。 plot(abs(chips))。 title(39。Chips_Viterbi39。)。 運行可以得到以下圖 32的結果： 18 圖 32 維特比編碼序列 維特比編碼屬于糾錯編碼，在原始序列中加入冗余，在接收信噪比惡化的時候，用于糾錯，編碼后碼率變高，帶寬變大。從仿真圖對比可以看出，編碼之后冗余度增加 ，碼序列變長。原始序列經過維特比編碼之后碼速率變大， 信息傳輸速率加快了，相應的所需要的傳輸帶寬也就增加了 。 交織編碼序列 代碼中 畫交織編碼序列圖的指令： INTERL = reshape(chips, 24, 16)。 chips = reshape(INTERL39。, length(chips), 1)。 figure。 plot(abs(chips))。 title(39。Chips_Reshape39。)。 運行以上指令可以得到以下圖 33的結果： 19 圖 33 交織編碼得到的序列 交織編碼將序列的 順序打亂，這樣的好處是，在信道受到突發干擾的時候，可以將誤碼分散。也就是誤碼不會集中在一小段時間，這樣有利于糾錯。 加擾碼序列 代碼中 畫加擾碼后得到的序列圖的 指令： [LongSeq Zs] = PNGen(Gs, Zs, N)。 Scrambler = LongSeq(1:64:end)。 ChipsOut = xor(chips, Scrambler)。 figure。 plot(abs(ChipsOut))。 title(39。ChipsOut39。)。 運行可以得到以下圖 34的結果： 20 圖 34 加擾碼得到的序列 在原始序列中，可能會存在連續的連 0 或者連 1，這時，信號的直流會變得很大，不利于信號的傳輸。這時需要攪擾，在連續 0 或者連續 1 的序列中加入破壞脈沖，加擾后碼率不變。擾碼使信號受到隨機化處理，變偽隨機序列。解擾的過程就是加擾的逆過程。 擴頻調制序列 代碼中 畫擴頻調制得到的序列圖的 指令： [x PN MF] = Modulator(TxChips, MFType, Walsh)。 figure。 plot(abs(x))。 title(39。Modulatorn Data39。)。 figure。 pwelch(2*x1)。 運行便會得到如下擴頻序列的時域和頻譜圖 35和 36，擴頻序列頻譜是 關于 π 對稱 ，而且是周期的 。頻譜的 單位和采樣頻率和帶入 FFT 的點數有關系，一般情況下最后會把它歸一化到 π到π。 21 圖 36中橫坐標為 0到 2π。指令中“ 1”是為了去除直流分量，所有的單極性碼（碼元只有 0和 +1），都要做去直流處理。 圖 35 擴頻序列時域圖 圖 36 擴頻序列頻譜圖 擴頻是用一個帶寬很大的高速偽隨機碼序列，將帶寬遠小于偽隨機碼序列的傳送信息 22 的帶寬進行擴展。從上圖可以看出擴頻仿 真的結果與圖 24 擴頻信號傳輸和 25擴頻信號頻譜圖的理論結果基本相符。調制之后的碼序列長度由原來的幾百變成了幾萬，帶寬擴大。 其中，調制過程中所選擇的匹配濾波器如圖 37： 圖 37 匹配濾波器 加噪信號 代碼中 畫加噪信號圖的指令： noise = 1/sqrt(2)*sqrt(R/2)*( randn(size(x)) + j*randn(size(x)))*10^((EbNo(i) EbEc)/20)。 r = x+noise。 figure。 plot(abs(r))。 title(39。Receive Data39。)。 figure。 pwelch(r)。 運行便會得到如下加噪時域和頻譜圖 38和 39： 23 圖 38 加噪信號序列 圖 39 加噪信號頻譜 24 從圖中