畢業(yè)設(shè)計：基于CDMA系統(tǒng)的Simulink仿真研究

畢業(yè)設(shè)計（論文）

題目：基于CDMA系統(tǒng)的Simulink 仿真研究

院（系） 信息科學(xué)與工程學(xué)院
專 業(yè) 通信工程
屆 別 2008

摘要
本文首先介紹碼分多址技術(shù)的優(yōu)點以及存在的問題，并闡述了擴展頻譜通信技術(shù)的理論基礎(chǔ)和實現(xiàn)方法，利用Matlab提供的可視化Simulink建立了擴頻通信系統(tǒng)仿真模型，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，在詳細講述了各個子模塊的設(shè)計的同時指出了仿真建模中要注意的問題。在給定仿真條件下，運行了仿真程序，得到了預(yù)期的仿真結(jié)果。同時，利用建立的仿真系統(tǒng)，研究了擴頻增益與輸出端信噪比的關(guān)系，結(jié)果表明，在相同誤碼率下，增大擴頻增益，可以提高系統(tǒng)輸出端的信噪比，從而提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力。

關(guān)鍵詞 碼分多址 simulink 擴頻通信 誤碼率


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、時分多址接入、碼分多址接入 。本文通信系統(tǒng)采用碼分多址技術(shù)。碼分多址是利用碼組的正交性，將承載的不同用戶（地址）的通信信息區(qū)分開來。每對通信的設(shè)備工作在某個分配(或者是指定)的碼組實現(xiàn)通信，稱為碼分多址。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。碼分多址系統(tǒng)的主要優(yōu)點是b_m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(jǐn)慎。
擴展頻譜通信（簡稱擴頻通信）與光纖通信、衛(wèi)星通信，一同被譽為進入信息時代的三大高技術(shù)通信傳輸方式，它是指發(fā)送的信息被展寬到一個很寬的頻帶上，在接收端通過相關(guān)接收，將信號恢復(fù)到信息帶寬的一種系統(tǒng)。采用擴頻信號進行通信的優(yōu)越性在于用擴展頻譜的方法可以換取信噪比上的好處，即接收機輸出的信噪比相對于輸入的信噪比有很大改善，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。本文根據(jù)擴頻通信的原理，利用MATALB提供的可視化仿真工具Simulink建立了擴頻通信系統(tǒng)仿真模型，研究了擴頻通信的特性和擴頻增益與輸出端信噪比的關(guān)系，目的是為以擴頻通信為基礎(chǔ)的現(xiàn)代通信的研究和設(shè)計提供依據(jù)。
1、CDMA系統(tǒng)理論基礎(chǔ)
CDMA多址技術(shù)的原理是基于擴頻技術(shù)，也就是說，將需要傳送的具有一定信號帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼和它相乘，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展（擴頻），再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端則使用完全相同的偽隨機碼，對解調(diào)出來的寬帶信號做相關(guān)處理，把寬帶信號變換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號（解擴），以實現(xiàn)信息通信。

圖1 CDMA通信原理圖

1.1擴展頻譜通信原理
信息論的Shannon（香農(nóng)）定理描述如下：
（1.1 a）

其中C為信道容量，B為信號占用帶寬，S/N為信噪比。
由上式可以看出，信道容量與帶寬成正比，而在一定信道容量下，如果帶寬B擴大到一定程度，那么就能在較低信噪比(S/N可以取很小的數(shù)值)要求下得到很高的通信傳輸質(zhì)量，增強系統(tǒng)的抗干擾能力。
根據(jù)通信原理，擴頻增益可以表示為下式：
(1.2 a)

式中, bd為擴頻以前基帶信號占用帶寬。由上式可見，B與bd差別越大，G越大，也就是說，擴頻的增益越大。
擴頻通信與一般的通信系統(tǒng)相比，主要是在發(fā)射端增加了擴頻調(diào)制，而在接收端增加了擴頻解調(diào)的過程，擴頻通信按其工作方式不同主要分為直接序列擴頻系統(tǒng)、跳頻擴頻系統(tǒng)、跳時擴頻系統(tǒng)、線性調(diào)頻系統(tǒng)和混合調(diào)頻系統(tǒng)�，F(xiàn)以直接序列擴頻系統(tǒng)為例說明擴頻通信的實現(xiàn)方法。圖2為直接序列擴頻系統(tǒng)的原理框圖。

發(fā) 射 接 收
圖2 直接序列擴頻系統(tǒng)原理圖
由直擴序列擴頻系統(tǒng)原理圖可以看出，在發(fā)射端，信源輸出的信號與偽隨機碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽隨機碼進行模2加，產(chǎn)生一速率與偽隨機碼速率相同的擴頻序列，然后再用擴頻序列去調(diào)制載波，這樣得到已擴頻調(diào)制的射頻信號。在接收端，接收到的擴頻信號經(jīng)高放和混頻后，用與發(fā)射端同步的偽隨機序列對擴頻調(diào)制信號進行相關(guān)解擴，將信號的頻帶恢復(fù)為信息序列的頻帶，然后進行解調(diào)，恢復(fù)出所傳輸?shù)男畔ⅰ?br>
1.2 CDMA擴頻碼偽隨機序列
1.2.1 m序列
m序列是由n級線性移位寄存器產(chǎn)生的周期為 的碼序列，是最大長度線性反饋移位寄存器序列的簡稱。 m序列是具有最大周期的二進制移位寄存器序列。現(xiàn)已證明，對任何一個r >1（r表示二進制移位寄存器的位數(shù)），m序列都存在。在擴頻通信中m序列被廣泛地應(yīng)用。這里介紹兩個重要的結(jié)論。
（1）m序列具有可以擔(dān)任擴頻通信相關(guān)要求的特性，即具有很強的自相關(guān)特性和很弱的互相關(guān)特性，周期為2r-1的m序列可以提供2r-1個擴頻地址碼。
（2）只有反饋連線滿足特定要求的序列生成器，才能夠產(chǎn)生m序列。而這個特定要求可以用特征多項式是本原多項式來描述。下面是關(guān)于本原多項式的定義。
若一個n次多項式f(*) 滿足下列條件：
（1）f(*) 為不可約的；
（2）f(*) 可整除*m+1,m=2n-1;
（3）f(*) 除不盡*q+1,q 則稱多項式f(*)為本原多項式。所以，構(gòu)建一個m序列的主要工作，就變成求解一個本原多項式的特征多項式問題了。求出特征多項式，可以通過兩種方法產(chǎn)生m序列。
方法一：構(gòu)建反饋移位寄存器產(chǎn)生m序列
m序列產(chǎn)生器，由線形反饋移位寄存器構(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。線形反饋邏輯式為：
（1.2.1 a）
反饋移位寄存器原理框圖如圖3所示。

圖3 反饋移位寄存器原理框圖
序列生成多項式表示為:
（1.2.1 b）
將線形反饋邏輯代入后,選擇初始狀態(tài)為
（1.2.1 c）
得到
（1.2.1 d）
其中, 是關(guān)于 的多形式。式(1.2.1 d)為移位寄存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。
圖4為反饋移位寄存器產(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4 反饋移位寄存器產(chǎn)生m序列的仿真模型

方法二：偽隨機序列產(chǎn)生器產(chǎn)生m序列
圖5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5 PN偽隨機序列產(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[1 1 0 0 1]；初始狀態(tài)[0 1 0 0 ]；采樣時間為0.1秒。仿真時間設(shè)置為1秒。M序列時域波形如圖6�？傻�，它是以15位周期的脈沖序列，在時間范圍設(shè)置為45的示波器上剛好顯示了3個周期的m序列。顯示的時域波形圖可以看成是該m序列與以15為周期的沖擊序列的卷積。m序列頻譜波形如圖7所示。可以看出，這是一15為周期的沖擊序列的頻譜與m序列的碼元（寬度為1）的方波對應(yīng)的頻譜相乘的頻譜結(jié)構(gòu)。

圖6 m序列時域波形圖

圖7 m序列頻域波形圖
M序列互相關(guān)函數(shù)特性如圖8所示。由圖知，可以在周期點15看到很強的自相關(guān)性，其余的反映了它們的互相關(guān)性。顯然，互相關(guān)性的幅度值越小越小。

圖8 m序列互相關(guān)函數(shù)特性


1.2.2 Gold碼序 ……（未完，全文共21705字，當(dāng)前僅顯示3904字，請閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)設(shè)計：基于CDMA系統(tǒng)的Simulink仿真研究》）