本科毕业设计
题目：CDMA2000反向业务信道仿真及关键技术的研究
性质：科研
专业：电子信息工程
日期：
摘要
移动通信是当今通信领域内最为活跃和发展最为迅速的领域之一，也是21世纪对人类的生活和社会发展将有重大影响的科学技术领域之一。cdma2000无线传输技术（RTT）是采用CDMA技术实现3G无线通信系统的一种宽带、扩频无线接口。cdma2000技术在IS-95技术基础上采用了一系列新技术，大大提高了系统性能。cdma2000采用的新技术包括多种射频信道带宽、前向链路的快速功率控制、Turbo编码、反向导频、反向链路相干解调和传输分集发射等。cdma2000可支持144kbit/s的传输速率，在核心网络引入分组交换技术，以支持未来的移动IP业务。cdma2000具有通信容量大；容量的软特性；减小多径衰落；链路传输速率快；平滑的软切换和有效的宏分集；低信号功率谱密度等技术特点。我所做的即是在本次仿真中应用MATLAB软件对其中物理层反向业务电路建模和仿真，根据cdma2000标准，详细的研究和描述了cdma2000的系统理论，性能特点和物理层反向传输电路的基本处理过程，并通过在实验室的软件仿真完成预定的功能，实现数据帧的物理层传输。
关键词cdma2000；通信仿真；反向传输电路；MATLAB
Abstract
Nowadays the mobile communication technology is one of the most active and expanded communication fields and one of the most effective technology fields which influence human beings living and society development for 21 centuries. cdma2000 Radio Transmission Technique (RTT) is a kind of Broad Band and spread radio access which adopt the CDMA technique to implement the 3G radio communication systems. cdma2000 technologies have adopted a series of new technology on IS-95 technologies, have raised the system performance consumedly. cdma2000 adopt new technologies include multiple Radio Frequency channel bandwidths, forward fast power control, Turbo yard, reverse pilot, reverse concerning with demodulation and diversity transmission etc. cdma2000 can obtain 144bit/s transport velocity, has group-changing mode in the core network for future mobile IP operation. cdma2000 has great communication capacity, soft characteristic of system capacity, smaller path decline, faster transmission rate, low density of power spectrum of signal and smooth soft switching and effective macro diversity etc. According to cdma2000 standard, in this emulation what I do is, modeling and simulation of reverse traffic circuit with the application MATLAB software, detailed research and describing of system theories of cdma2000, performance characteristics and basic handling procedure of reverse traffic circuit. Through the software simulation in the laboratory, I can finish the scheduled function and carry out the physical layer transmission of the data frame.
Keywords cdma2000;communication system simulation; reverse
transmission channel；MATLAB
目录
摘要............................................................................................................. I Abstract ...................................................................................................... II 第1章绪论 (1)
1.1课题背景 (1)
1.2 CDMA2000技术简介 (2)
1.3课题内容 (3)
1.4本章小结 (4)
第2章cdma2000 1x系统概述 (5)
2.1码分多址（CDMA）技术 (5)
2.2 CDMA20001X系统功能 (6)
2.3 CDMA20001X物理信道 (7)
2.4 CDMA20001X反向信道结构及总体仿真模型 (10)
2.4.1 CDMA20001X反向信道结构 (10)
2.4.2MATLAB介绍 (10)
2.4.3总体仿真方案 (11)
2.5本章小结 (12)
第3章cdma2000 1x反向信道编码与译码 (5)
3.1CRC编码器与译码器 (5)
3.2卷积编码器与译码器 (7)
3.3信号交织器与解交织 (10)
3.4初始化模块 (11)
3.5本章小结 (14)
第4章cdma2000 1x反向信道调制与解调 (5)
4.1正交扩频信号 (5)
3.2信号调制 (15)
4.2.1PN信号生成器 (15)
4.2.2信号调制模块 (18)
4.2.3信号的解调模块 (21)
4.2.4信道模型的实现 (23)
4.3本章小结 (24)
第5章运行仿真及调试分析 (35)
5.1设置仿真参数 (35)
5.2仿真分析 (35)
5.3本章小结 (38)
结论 (39)
参考文献 (40)
中文译文： (41)
外文原文： (48)
致谢 (55)
毕业设计（论文）成绩评定表 (56)
第1章绪论
1.1 课题背景
移动通信是当今通信领域内最为活跃和发展最为迅速的领域之一，也是21世纪对人类的生活和社会发展将有重大影响的科学技术领域之一。移动通信涉及的范围很广，凡是固定点与移动体，或者移动体之间通过无线电波进行实时的直接的通信联系，都属于移动通信范畴。自从1981年第一代以频分多址（FDMA，Frequency Division Multiple Access）技术为基础的模拟移动通信系统（AMPS、TACS、NMT等）建立使用以来，在短短几年时间内，模拟蜂窝系统就面临着阻塞概率增高、呼叫中断率增高、蜂窝系统的干扰增大、蜂窝系统迫切需要增容的压力。紧接着，1992年以时分多址（TDMA，Time Division Multiple Access）技术为基础的第二代数字蜂窝移动通信系统（GSM、DAMPS、JDC等）相继投入使用。TDMA蜂窝系统较FDMA蜂窝系统有许多优势：频谱效率提高，系统容量增大，保密性能好，标准化程度提高等等。但是在美国，已批准的TDMA标准并没有完全满足美国CTIA（蜂窝通信工业协会）对下一代数字蜂窝技术所设想的要求。在这种情况下，以美国Qualcomm公司为首的倡导者，提出了在蜂窝移动通信系统中采用码分多址（CDMA，Code Division Multiple Access）技术的系统实现方案。并在1993年Qualcomm公司提出的CDMA 技术正式成为技术标准（IS-95标准），并且以IS-95标准的CDMA商用系统已分别在美国、香港和南韩等国家和地区投入使用，取得了良好的用户反映]1[。
根据ITU的预测，从2001～2007年，世界上的移动数据用户将超过移动话音用户。移动通信的应用领域也将从单纯的人与人之间的信息交互发展为包括人与机器之间的信息交互和机器与机器之间的信息交互手段。第四代移动通信标准（亦有称后三代移动通信标准）正在业界萌动，可以实现相互兼容移动通信技术。4G将提供以太网的接入速度（如每秒钟10MB）并且通过在一部手机中把3G和WiMax技术结合在一起提供集成无线局域网和广域网的服务。但是，正在开发之中的WiMax标准不能在电话不掉线的情况下把电话从一个基站转接到另一个基站，而且WiMax 的覆盖面不如3G的覆盖面广，因此需要把这两种技术结合起来，创造一
个在无线局域网和广域网之间的一个结合点。虽然4G技术正在标准化，但是3G仍是移动通信的前沿问题。IS-2000在2000年3月以正式通过，但是还没有大范围的商业化。各国国家对3G采取了十分谨慎的态度。因为cdma2000 1x虽然已经实现了2Mbit/s的传输速率，但是由于相应的多媒体产品的开发不足，手机终端产品的成本较高，移动通信的收费较高等实际商业化问题，cdma2000还没有大规模的投入商业化。在我们国家，中国联通是在发展GSM网络后突然转向IS-95网络的，系统设备投入较大，在电信市场的占有份额还很小，虽然有着系统稳定和终端辐射小的优点，但是由于移动资费较高，用户还没有达到很高的市场份额。cdma2000 1x 已经在北京、上海、广州、成都、杭州、南昌、海口投入试运营，中国联通在积极的探索过程中]2[。
cdma2000 1x系统是系统最成熟、商业化最快的技术，cdma2000前沿研究最为成熟、迄今吞吐量最高的无线通信技术标准。从基站到核心网全网兼容的演进路线，维护了运营商的利益。如果大范围的使用该技术，会降低运行成本。同时，要积极扩展新的业务，吸引潜在的客户和运营商，比如开展彩铃业务、手机电视业务、全球定位业务都是很好的典范；要广泛的宣传此项技术，加大广告宣传的力度，使客户对其优点进行全方面的了解；还有进行技术革新，增加系统的稳定性和传输数据的快速实时性。关于未来移动通信的发展，可以基本肯定，移动通信网络将向IP化的大方向演进。在此过程中，在移动网络上的业务将逐步呈现分组化特征，而网络结构将逐步实现以IP方式为核心的模式。
1.2 cdma2000技术简介
1995年美国电信工业协会（TIA，Telecommunications Industry Association）正式颁布的窄带cdma(N-cdma)标准IS-95A，并且在1998年发布了IS-95B。IS-95B能够实现更高的数据传输速率。cdma2000由IS-95（Interim Standard-95）移动通信系统演进而来，它在室内环境中能够达到的最高速率为2Mbit/s,步行环境下能够达到384kbit/s,车载环境下则能够达到144kbit/s。
cdma2000 1x是cdma2000的第一阶段, 它与IS-95一样占用1.25MHz 带宽，最高理论速率能够达到2Mbit/s，可支持308kbit/s的数据业务。它在核心网络部分引入了分组交换技术，可支持移动IP业务。为进一步加强cdma2000 1x的竞争力，3G标准化组织3GPP2（3rd Generation Partnership
Project2）从2000年开始在cdma2000 1x基础上制定增强技术，即cdma2000 1x EV技术（EV即Evolution）。目前cdma2000 1x EV的发展分为两个阶段，第一阶段称为cdma2000 1X EV-DO（DO表示Data Only），第二阶段则称为cdma2000 1X EV-DV（DV表示Data and Voice）]3[。由于cdma2000 1x系统的空中信道承载能力优于GPRS，而且还能够有效的提高系统容量，因此cdma2000 1x的用户将获得更快的互联网接入速度。同时，cdma2000 1x系统完全兼容cdmaOne，因此cdma2000 1x用户可以在没有升级的cdmaOne网络中拨打电话，而cdmaOne用户也可以在升级后的网络中进行无缝漫游。cdma2000 1x对IS-95A和IS-95B系统具有后向兼容能力，支持重迭蜂窝网结构，在越区切换期间共享公共信道，并且支持IS-95A和IS-95B系统的信令标准及其话音业务。同时，cdma2000 1x大大增强了系统的性能和容量，这得益于如下一些关键技术的应用：前向快速功率控制；前向快速寻呼信道；前向链路发送分集技术；反向相干解调；Turbo码技术；灵活的帧长；增强的媒体接入控制功能。
cdma2000物理信道的无线配置RC（Radio Configuration），RC指一系列前向或反向业务信道的工作模式，每种RC支持一套数据速率，其差别在于物理信道的各种参数，包括调制特性和扩频速率（SR）等。其中，扩频速率（SR）指的是前向或反向CDMA信道上的PN码片速率。SR有两种：一种为SR1，也通常记作“1X”或“1x”，它的前向和反向CDMA信道在单载波上都采用码片速率为1.2288Mcps的直接序列（DS，Direct Sequence）扩频。另一种为SR3，也通常记作“3X”或“3x”，它的前向CDMA信道有3个载波，每个载波上都采用1.2288Mcps的DS扩频，总称多载波（MC）方式；反向信道在单载波上采用码片速率为3.6864Mcps的DS扩频。前向信道（FL ）可分为RC1～RC9九种情况，反向信道（RL）则可分为RC1～RC6六种无线配置。配置为RC1、RC2的业务信道中，信息比特经过编码调制后得到调制符号速率是固定的19.2ksymbol/s,而RC3～RC5的业务信道中，信息比特经过编码调制后得到的调制符号速率从19.2ksymbol/s到614.4ksymbol/s不等，所以基带数据扰码的生成方式也就复杂一些。
1.3 课题内容
我对cdma2000技术和反向传输电路进行了深入的学习、分析和研究。根据cdma2000的标准，因为cdma2000的关键技术为支持多种类型的数据，数据帧的长度从16bit到6120bit，帧长可以是5ms也可以是20ms、40ms
或80ms。本次设计根据cdma2000系统特点，将仿真模型设计为多数率反向物理链路仿真模型。可以实现不同的无线配置方式、数据帧长度、数据帧传输速率和数据帧周期的参数变化，完成各种情况下的数据帧在物理层的传输过程，使系统有了更好的工程意义，更加贴近实际的物理过程。对现实系统的模拟和改进都有重要的理论意义。
本次仿真主要针对cdma2000反向物理电路在RC3和RC4无线配置方式下，应用MATLAB中的Simulink模块库实现对系统特性的建模和仿真。整个仿真过程严格按照cdma2000标准中的工程要求，进行全面的仿真，包括数据帧的产生，经过移动传播信道和数据帧的恢复的过程，并对仿真结果进行了分析。
1.4 本章小结
本章针对所要研究的cdma2000 1x反向业务信道的仿真，先就本课题的研究背景做了简要的介绍。CDMA技术的由来、演进、目前发展现状以及发展趋势。cdma2000现有的性能和节约成本的效率使它成为3G无线系统的最佳选择之一，针对这一课题的研究可以很好的学习和掌握移动通信在多址技术方面的知识，对将来相关领域的探讨有很重要的意义。接下来介绍了本次课程设计主要是研究cdma2000反向物理电路在RC3和RC4无线配置方式下，应用MATLAB的建模和仿真，来更好的学习cdma2000系统。
第2章cdma2000 1x系统概述
2.1 码分多址（CDMA）技术
码分多址包括两个基本技术：一个是码分技术，其基础是扩频技术；另一个是多址技术。将这两个基本技术结合在一起，并吸收其它一些关键技术，形成了今天码分多址移动通信系统的技术支撑。
扩展频谱（简称扩频）通信技术是一种信息传输方式，是码分多址的基础。是数字移动通信中的一种多址接入方式。扩展频谱通信简称扩频通信]4[。在发端，采用扩频码技术调制，使信号所占的频带宽度远大于所传输信息的必要的带宽；在收端，采用相同的扩频码调试进行相关解调来解扩以恢复所传数据。扩频技术是用100倍以上的信号带宽来传输信息，最主要的目的是为了提高通信的抗干扰能力，将在强干扰的情况下保证安全可靠的通信。扩频通信就是将信息信号的频谱扩展100倍以上，甚至1000倍以上，然后再进行传输，因而提高了通信的抗干扰能力，即在强干扰条件下保证可靠安全的通信，这是扩频通信的基本思想和理论根据。扩频通信的特点是抗干扰能力强，抑制干扰，提高输出信噪比、保密性好，直接序列扩频通信系统可以在信道噪声和热噪声的背景下，使信号湮没在噪声里。具有很低的被截获率。由于扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，充分利用正交和准正交的扩频码序列之间优良的自相关特性和互相关特性，在接收端利衰落信号时用相关检测技术进行解扩，则在分配给不同用户以不同码型的情况下区分不同用户的信号，提取出有用信号，实现码分多址。多径效应产生快频率选择性衰落现象。由于扩频通信系统所传送的信号频谱已扩展很宽，频谱密度很低，如在传输中小部分频谱衰落时，不会造成信号的严重畸变,因此，扩频系统具有潜在的抗频率选择性的能力。直接序列扩频通信系统是以直接扩频系统的扩展频谱通信系统。直接用高速率伪随机码在发端去扩展数据的频谱；在收端，用完全相同的伪随机码进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始信号。
码分多址是使用一组正交(或推正交)的码组通过相关处理来实现多个用户共享空间传输的频率资源和同时入网接续的功能。码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息。CDMA系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间和空间上都可
能重叠。系统的接收端必须有完全一致的本地地址码，用来对接收的信号进行相关检测。其他使用不同码型的信号，因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。
2.2 cdma2000 1x系统功能
cdma2000可工作在多个频段下，其中北美频段的反向信道采用824～849MHZ，前向信道采用869～894MHz，这些频段与AMPS以及IS-95系统的频段划分保持一致，从而允许运营商实现对网络的逐步升级。cdma2000 1x对IS-95A和IS-95B系统具有后向兼容能力，支持重迭蜂窝网结构，在越区切换期间共享公共信道，并且支持IS-95A和IS-95B系统的信令标准及其话音业务。同时，cdma2000 1x大大增强了系统的性能和容量，这得益于如下一些关键技术的应用：
前向快速功率控制
IS-95采用反向功率控制，基站以一定频率向移动台发出功率控制指令，通知移动台增加或降低当前发射功率，使得基站测量到各个移动台的接收功率大致相等，从而能够提高系统的容量。cdma2000在采用反向功率控制技术的同时还使用了前向功率控制技术，即移动台测量收到前向业务
信道的信噪比E
b /N
，并且把这个测量值与一个预先设定的门限值进行比
较，然后根据比较结果向基站发出调整基站发射功率的指令。与反向功率控制类似，前向功率控制的最大速率可以达到800bit/s。
前向快速寻呼信道
在cdma2000中基站可以通过快速寻呼信道向移动台发出指令，决定移动台是处于监听寻呼信道还是处于低功耗状态的睡眠状态。这样移动台不必长时间连续监听信道，从而能够减少移动台的激活时间，节省移动台功耗。另外，通过前向快速寻呼信道，基站可以向移动台快速发出最近几分钟内的系统参数消息，促使移动台根据这个参数消息做出相应的处理。
前向连路发送分集技术
cdma2000采用直接扩频发送分集技术，它有2种工作方式，既正交发送分集与空时扩展分集。正交发射分集采用不同的正交Walsh码对两个数据流进行扩频，然后通过两个发射天线发射给移动台；空时扩展分集则使用空间两根分离的天线发射信号，这些信号使用相同的Walsh码。使用前向链路发射分集技术可以减少基站的发射功率，增强信号的抗瑞利衰落性能，增大系统容量]5[。
反向相干解调
在IS-95中，反向信道没有导频信号，数据是通过非相干解调得到的。cdma2000增加了反向导频信道，因此基站可以利用反向导频信道的扩频信号获得相干信号，实现相干解调。通过反向相干解调能够提高反向链路的性能，降低移动台的发射功率，提高系统容量。
Turbo码
Turbo码具有优异的纠错性能，适用于高速率传输中对译码时延要求不高的数据业务，并可降低对发射功率的要求，增加系统容量。在cdma2000 1x中，Turbo码仅用于前向补充信道和反向补充信道中。Turbo编码器由两个RSC编码器、交织器和删除器组成，其中每个RSC编码器产生两路校验位信号，这两个输出信号经删除复用后形成Turbo码。Turbo译码器则由两个软判决译码器、交织器和去交织器构成，经过输入信号交替译码、软判决多轮译码、过零判决后得到译码输出。
灵活的帧长
与IS-95不同，cdma2000 1x支持5ms帧、10ms帧、20ms帧、40ms 帧、80ms帧以及160ms帧等多种帧长，不同类型信道可以使用不同的帧长。一般来说，较短的帧长度可以减少时延，但解调性能较差，而较大的帧长度则可以降低对发射功率要求，尤其适用于传输高速率的数据业务。
增强的媒体接入控制功能
cdma2000的媒体接入控制子层控制多种业务接入，保证多媒体的实现。媒体接入控制子层支持话音业务、分组数据业务和电路数据业务，并且支持不同的服务质量（Qos），与IS-95相比，可以满足更高传输速率和更多业务种类的要求。
2.3 cdma2000 1x物理信道
CDMA信道是指在给定的CDMA载频范围（即1.25或3.75MHz带宽的频谱内，其中心频率是由CDMA频道编号给定），基站与移动台之间所传递的物理信道的集合，包括基站到移动台之间的前向CDMA信道（F-CDMA-CH）和移动台到基站方向的反向CDMA信道（R-CDMA-CH）。基站或移动台所能发送和接受的信道集合取决于扩频速率（SR）和无线配置（RC）。前向CDMA信道（F-CDMA-CH）是指使用特定的导引PN偏移在CDMA载频频率上从基站到移动台所发送的物理（码）信道的集合。而反向CDMA信道（R-CDMA-CH）是指移动台到基站的物理（码）信道的
集合。
cdma2000系统的业务信道的结构和帧格式是很灵活的，为了限制原来与帧格式参数协商有关的信令负荷，cdma2000规定了前向业务信道和反向业务信道的各种传送格式的信令称为无线配置（RC）。各个无线配置定义了扩频速率（SR）、调制特性、编码比率、帧时长和数据速率等物理参数。前向速率为SR1的情况下，cdma2000信道类型有以下结构：
与之相对应的反向cdma2000信道结构如下:
本次实验仿真将以cdma2000 1x反向业务信道为例来研究整个cdma2000 1x系统的物理信道,并严格按照有关标准进行仿真。由于多速率、多帧长是cdma2000 1x的关键技术之一。所以我们要重点讨论一下R-FCH的帧结构，以实现对其数据帧的正确产生和纠检错编码。现将R-FCH的帧结构总结见表2.3。
2.4 cdma2000 1x反向信道结构及总体仿真模型
2.4.1 cdma2000 1x反向信道结构
接入信道、配置为RC1，RC2的反向基本信道和反向补充码分信道的信道结构分别与IS-95中的接入信道、反向业务信道的信道结构相同。
图2-1 增强接入信道、反向公共控制信道、反向专用控制信道及
RC3-4的反向基本信道和反向补充信道的编码信道的信道结构增强接入信道、反向公共控制信道、反向专用控制信道及RC3-4的反向基本信道和反向补充信道的编码信道的信道结构如图2-1所示，其中结构中的实线框是以上信道都有的部分。图中也有两个虚线框，第一个表示的过程是在数据帧中加入加保留位，这是仅RC4的反向业务信道有的部分，而第二个虚线框表示的删除则是除RC3的反向专用控制信道外的RC3、RC4反向业务信道都有的部分。
2.4.2 MATLAB介绍
MATLAB是一种功能强大的科学计算和工程仿真软件，它的交互式界面能够帮助用户快速地完成数值分析、矩阵运算、数字信号处理、仿真建模、系统控制和优化等功能。MATLAB语言采用与数学表达相同的形式，不需要传统的程序设计语言，因而不像其他高级语言那样难于掌握。一般来说，用户可以在极短的时间内掌握MATLAB的基础知识，并且能够初步的应用MATLAB解决简单的问题。由于MATLAB的这些特性，它已经成为科研工作和工程仿真中的高效助手。其中Simulink是MATLAB提供的用于对动态系统进行建模、仿真和分析的工具包。Simulink提供了专门用于显示输出信号的模块，可以在仿真过程中随时观察仿真结果。同时，通过Simulink的存储模块，仿真数据可以方便的以各种形式保存到工作区
或文件中，供用户在仿真结束之后对数据进行分析和处理。另外，Simulink 把具有特定功能的代码组织成模块的方式，并且这些模块可以组织成具有等级结构的子系统，因此具有内在的模块化设计要求。基于上述优点，Simulink称为一种通用的仿真建模工具，广泛应用于通信仿真、数字信号处理、模糊逻辑、神经网络、机械控制和虚拟现实等领域。S-函数是系统函数（System-functions）的简称。在很多情况下，Simulink模型库（Simulink Library）中的模块不能完全满足用户的要求，这时候需由用户自己来编写相应的代码。M文件虽然能够用来编写MATLAB函数代码，但是它不具备与Simulink的接口，因此难以与Simulink其他模块一起使用。S-函数则提供了函数代码与Simulink之间的接口，同时能够实现各种灵活的控制和计算功能。从这个意义上说，S-函数是对Simulink模块库功能的扩展。S-函数的代码既可以用MATLAB语言编写，也可以用其它的编程语言（如C、C++、Ada或Fortran等）编写。
2.4.3总体仿真方案
总体的仿真方案是先由二进制贝努利序列产生器产生一个长度为mFrameLength的数据帧，数据帧的周期等于mFrameDuration毫秒。RC3和RC4支持多种类型得数据帧，这些数据帧得长度从16bit到6120bit，帧长可以是5ms，也可以是20ms,40ms,80ms。经过CRC编码器产生长度不等的CRC校验位（16bit、12bit、10bit、8bit或6bit），用于协助接收端来检查数据帧的好坏。不同的数据帧长度对应的不同的生成多项式，对其的选择由封装模块的初始化函数以及对应的入口参数完成。为了提高系统的纠错能力，cdma2000系统采用卷积编码器（低速率）或Turbo码编码器（高速率）完成数据帧编码过程。卷积编码器的约束长度为9，码率分别等于1/4、1/3和1/2。因此，数据帧在卷积编码后的长度分别增大到原来的4倍、3倍和2倍，通过足够的信息冗余度来提高信号的抗噪声性能，同时为了使卷积编码器在一帧数据完成编码之后内部状态能够自动复位，在每个数据帧的末尾添加8bit的编码器尾部（Encoder Tail Bits）。我们通常说的数据传输速率是在完成上述两个过程之后得到的数据帧传输速率，这其中包含了CRC编码产生的校验位和预留的8bit数据。数据帧通过卷积编码器之后，还需要根据数据传输速率决定是否对其实施信号重复，以及信号重复的倍数，从而把低速率的数据通过重复提高到较高的速率。对于特定长度的数据帧，还采取抽取（Puncturing）技术，以一定的比例去掉卷积编码
信号中的某些数据。为了减少成串的突发差错的发生概率，数据帧要经过交织器。cdma2000的交织器有其固定的算法，使用模块库中的矩阵交织模块实现，同时把信号重复和信号抽取模块也放到此子系统中。经过交织之后就进入到正交扩频模块。选择不同的Walsh码对不同的信道扩频，码片速率为 1.2288Mchip/s。扩频调制中的关键技术为PN序列码片速率为1.2288Mchip/s、长度为42
2－1的伪随机序列，与长度为15
2的另外两个伪随机序列，对I路和Q路进行复扩频调制。经过基带滤波和加射频后，数据帧从移动台发射出去。基站接收器接收到经由加性高斯白噪声信道传输的反向信道的射频信号后，通过解调获得编码符号，然后再通过解交织，卷积译码和CRC译码等过程还原得到原始的数据帧，这个过程基本上就是移动台调制器的逆过程。最后通过错误率统计模块得到所仿真系统的性能。
下图即为总体仿真模块框图：
图2-2总体仿真模块框图
2.5 本章小结
本章提供了cdma2000 1x系统特点及总体仿真方案。先介绍了CDMA 码分多址技术。码分多址包含两个基本技术；一个是码分技术，其基础是扩频技术；另—个是多址技术：将这两个基本技术结合在一起，并吸收其他一些关键技术，形成了今天码分多址移动通信系统的技术支撑。扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽，频带的展宽是通过编码及调制的方法来实现的，并与所传信息数据无关；在接收端则用相同的扩频码进行相关解调来解扩及恢复所传信息数据。移动通信系统都有若干个基站和大量的移动台。基站要和许
多移动台同时通信，因而基站通常是多路的，有多个信道，而每个移动台只供一个用户使用，是单路的。许多用户同时通话，以不同的通信资源相互分隔，防止相互干扰。同时，各用户信号通过在射频波道上的复用，从而建立各自的通信信道，以实现双边通信的连接称为多址接入。多址接入方式是移动通情网体制范畴，关系到系统容量、小区构成、频谱和信道利用效率以及系统复杂性。
cdma2000 1x技术在IS95技术上采用了一系列新技术，大大地提高了系统的性能。cdma2000 1x采用的新技术包括反向导频、前向快速功控、Turbo码和传输分集发射（OTD和STS）等。反向导频信道使反向信道可以进行相干解调，它比IS-95系统反向信道所采用的非相关解调技术提高约3dB增益，相应地反向链路容量提高1倍；前向快速功控可以使前向信道也进行快速的闭环功率控制，较IS-95系统前向信道只能进行较慢速的功控相比，大大提高了前向信道的容量，并且节约了基站耗电；cdma2000 1x的前向信道还可以采用传输分集发射（OTD和STS），提高了信道的抗衰落能力，改善了前向信道的信号质量。介绍了cdma2000 1x的物理信道结构以及针对R-FCH的帧结构。
因本次仿真采用MATLAB中的Simulink模块库，故对MATLAB和Simulink都做了简单介绍，给出了cdma2000 1x的反向物理信道的总体仿真方案。
第3章 cdma2000 1x 反向信道编码与译码
cdma2000 1x 反向业务信道数据帧在调制之前一般要由信源二进制贝努利序列产生器产生数据帧，再经过CRC 编码，卷积编码，信号重复，信号抽取以及块交织等过程；基站接收机将信号解调后经过解交织，去重复，卷积译码和CRC 译码。
3.1 CRC 编码器与译码器
循环冗余码CRC （Cyclic redundancy check ）是一种使用相当频繁的检错码。与分组码和卷积码不同的是，循环冗余码不具有纠错能力。当接收端检测到传输错误时，它并不去纠正这个传输错误，而是要求发送端重新发送这个信号序列。在循环冗余码的编码过程中，发送端对每个特定长度的信息序列计算得到一个循环冗余码，并且把这个循环冗余码附加到原来的信息序列的末尾一起发送出去。接收端接收到带有循环冗余码的信号后，从中分离出信息位序列和循环冗余码，然后根据接收到的信息位序列重新计算循环冗余码，如果这个重新计算得到的循环冗余码与分离出来的循环码不同，则接收信号序列存在着传输错误。这时接收端会要求发送端重新发送这个序列，通过这个过程实现对信号的纠错]11[。
在cdma2000 1x 中，每个数据帧首先经过一个CRC 编码器，产生长度不等的CRC 校验位（16bit 、12bit 、10 bit 、8 bit 或6 bit ）。这些CRC 校验位又称为帧质量指示（FQI ，Frame Quality Indicator ），它们可以用于协助接收端检查数据帧的好坏。
对于长度为16bit 的CRC 编码器，它的生成多项式为：
g(x)=125611141516++++++++x x x x x x x x (3-1) 它适用于RC3中长度等于24bit 、360bit 、744bit 、1512bit 、3048bit 和6120bit 的数据帧，以及RC4中长度等于24bit 、552bit 、1128bit 、2280bit 和4584bit 的数据帧。
对于长度为12bit 的CRC 编码器，它的生成多项式为：
g(x)=1489101112+++++++x x x x x x x (3-2) 它适用于RC3中长度等于172bit 的数据帧，以及RC4中长度等于267bit 的数据帧。
对于长度为10bit 的CRC 编码器，它的生成多项式为：
g(x)=134678910++++++++x x x x x x x x (3-3)
它用于计算RC4中长度等于125bit 的数据帧的帧质量指示。
对于长度为8bit 的CRC 编码器，它的生成多项式为：
g(x)=13478+++++x x x x x (3-4) 它适用于RC3中长度等于80bit 的数据帧以及RC4中长度等于55bit 的数据帧。
对于长度为6bit 的CRC 编码器，它的生成多项式为：
g(x)=1256++++x x x x (3-5) 它适用于RC3中长度等于16bit 和40bit 的数据帧，以及RC4中长度等于21bit 的数据帧。
另外，对于RC1和RC2，cdma2000 1x 还使用了另外一种长度为6bit 的CRC 编码器，其生成多项式为g(x)=126+++x x x (3-6)
需要注意的一点是，在对RC4中的长度为21bit 、55bit 、125bit 以及267bit 的数据帧实施CRC 编码之前，cdma2000在这些数据帧之后添加一个1bit 的填充位，使它们的长度分别变成22bit 、56bit 、126bit 以及268bit 。
下面设计cdma2000移动台的CRC 编码器，这个CRC 编码器能够根据信道的无线设置自动选择相应的CRC 编码器，并且在输入的数据帧后面添加特定长度的帧质量指示（FQI ）。
CRC 编码器是由Simulink 模块库中的零填充（Zero Pad ）模块和通用的CRC 编码器（General CRC Generator ）模块构成。如图3-1所示：
图3-1 CRC 编码器
在创建完cdma2000基站CRC 编码器子系统后，可以把这个模块封装起来，并为这个封装子系统，创建了4个参数：Radio Configuration 、Bit Rate 、Frame Length 以及Frame Duration ，这些参数对应的内部变量名称分别为：xRC 、xBitRate 、xFrameLength 和xFrameDuration ，这些内部变量对应于封装子系统中参数的设置对话框的各个参数，并且可以用于封装子系统内部的各个模块中。并通过MS_FQI_Initialization.m 实现对上述参数的相应赋值。
CRC 译码器的设计则同编码器相反，由Simulink 模块库中的通用CRC
实验一 瑞利信道的仿真 一 引言：瑞利信道介绍 瑞利衰落信道（Rayleigh fading channel ）是一种无线电信号传播环境的统计模型。这种模型假设信号通过无线信道之后，其信号幅度是随机的，即“衰落”，并且其包络服从瑞利分布。[1] 瑞利分布就是两个独立的高斯分布的平方和的开方一个信号都是分为正交的两部分，而每一部分都是多个路径信号的叠加，当路径数大于一定数量的时候，他们的和就满足高斯分布。而幅度就是两个正交变量和的开平方，就满足瑞利分布了。[2] 二 实验目的： 用MATLAB 软件仿真瑞利信道，产生瑞利信道的随机数，画出产生瑞利数据的CDF 和PDF ，并求瑞利数据的均植和方差。 三 实验内容： 1、实验原理： 一个随机二维向量的两个分量呈独立的、有着相同的方差的正态分布时，这个向量的模呈瑞利分布，两个正交高斯噪声信号之和的包络服从瑞利分布。信道符合瑞利分布，做出概率密度函数曲线。这里又到了瑞利分布的概率密度函数 2 22()exp() 0r 2r r p r σσ=-≤≤∞运用公式验证瑞利信道是符合瑞利分布的。 2、程序框图
3、源程序代码 % parameters setting clc; n=0:0.1:10; sigma=1; N=100000; x=randn(1,N); y=randn(1,N); M=x+j*y; r=sqrt(sigma*(x.^2+y.^2)); % q=1-exp((-(x.^2+y.^2))/(2*sigma*sigma)); % step=0.1; %range=0:step:3; h=hist(r,n); fr_approx=h/(0.1*sum(h)); pijun=sum(r)/N; junfanghe=(r-pijun).^2; junfang=sum(junfanghe)/N; u=0; % w=hist(q,n); % fr_approx1=-w/(0.1*sum(w)); % Calculate the CDF &Drawing cdf=raylcdf(n,sigma); subplot(3,1,1); plot(n,cdf); % hold on; % plot(n,fr_approx1,'ko'); % Calculate the PDF & Drawing title('Normal cumulative distribution'); pdf=raylpdf(n,sigma); subplot(3,1,2); plot(n,pdf); title('Normal probability density'); hold on; plot(n,fr_approx,'ko'); axis([0 8 0 1]) wucha=fr_approx-pdf; subplot(3,1,3); plot(n,wucha); title('wucha'); % Generate the randoms & Calculate the mean, covariance R=raylrnd(sigma,1,1000); % subplot(3,1,3);
基于Matlab的无线信道仿真 近几年，随着无线通信业务和新兴宽带移动互联网接入业务的快速增长，对无线通信系统的优化显得尤为重要。与有线信道静态和可预测的典型特点相反，在实际中，由于无线信道动态变化且不可预测，无线通信系统的性能在很大程度上取决于无线信道环境，所以对无线信道的准确理解和仿真对设计一个高性能和高频谱效率的无线传输技术显得尤其重要。 无线信道的一个典型特征是“衰落”，衰落现象大致可分为两种类型：大尺度衰落和小尺度衰落。其中，大尺度衰落主要在移动设备通过一段较长的距离时体现，它是由信号的损耗（长距离传播）和大的障碍物（如建筑物、中间地形和植物）形成的阴影所引起的，一般分为路径损耗和阴影衰落，另一方面，小尺度衰落是指当移动台在较短距离内移动时，由多条路径的相消或相长干涉所引起信号电平的快速波动，主要表现为多径衰落。它们之间的关系如图1所示。报告中分别对这几种衰落的常见模型进行了总结和仿真。 图1 各种衰落之间的关系 一、大尺度衰落 大尺度衰落是在一个较大的范围上考察功率的渐变过程，功率的局部中值随距离变化缓慢。大尺度信道模型主要研究电波传播在时间、空间、频率范围内平均特性。 1.1 路径损耗 路径损耗由发射功率的辐射扩散及信道的传播特性造成，反映在宏观长距离
上。理论上认为，对于相同收发距离，路径损耗相同。其定义为有效发射功率和平均接收功率之间的比值。几种常用的描述大尺度衰落的模型有自由空间模型、对数距离路径损耗模型、Hata-Okumura 模型。 1.1.1自由空间模型 所谓自由空间是指天线周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条件。电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射，传播路径上没有障碍物阻挡，到达接收天线的地面反射信号场强也可以忽略不计。 自由空间模型中路径损耗计算公式： r t r t s G G c df πP P L 142 ??? ??== 其中，t P 为发射功率，r P 为接收功率，d 为发射端与接收端距离，f 为载波频率，c 为光速取8103?，t G 为发射端天线增益，r G 为接收端天线增益。转换成分贝表示： r t r t s G G f d P P L lg 10lg 20lg 2045.32lg 10dB -++==）（ 发射端与接收端均是全向天线，1==r t G G ，得图2： 图2 路径损耗随距离、频率变化曲线 1.1.2 对数距离路径损耗模型 与前面提到的自由空间路径损耗一样，在其他所有实际环境中，平均接收信号功率随距d 呈对数方式减小。通过引入随着环境而改变的路径损耗指数n 可以修正自由空间模型，从而构造出一个更为普遍的路径损耗衰落模型。
一种基于MATLAB 的瑞利信道仿真方法研究 王志杨1, 刘金龙2 (1.安徽电子信息职业技术学院信息工程系,安徽蚌埠 233030;2.淮海工学院电子工程学院,江苏连云港 222005) 摘 要:瑞利信道的仿真在无线通信系统的仿真中具有重要的意义.文章首先给出瑞利信道的概 念,并参照Jakes 模型,采用MATLAB 软件,仿真出了多径瑞利信道.为了得到每径独立的瑞利分 布,提出了衰落计数器的概念.通过调整不同路径波形衰落计数器的起始时间达到每径独立分布, 且计算复杂度较低.最后通过评估程序证明了仿真方法的正确性.该方法为研究不同通信系统在瑞 利信道下的相关性能奠定了基础. 关键词:瑞利信道;信道仿真;Jakes 模型;多径传输 中图分类号:TN914.3 文献标识码:A 文章编号:1001-2443(2012)03-0234-06 引 言 对于基站到移动台这样一个发送接收系统来说,理想的无线信号传播(自由空间传播模型)是由基站发送的电磁波经过一定衰减达到移动台,我们可以理解为信号沿着基站到移动台的直线传播.虽然,电磁波实际上是以球面波的形式向周围360度辐射,但是只有沿着直线传播的信号才能抵达移动台,这条路径称为直射路径[1].而对于实际的大气传播环境,大气中包含着许多的小颗粒(悬浮物),或者由于建筑物和树木阻挡,从基站出发,沿着非直射方向传播的电磁波可能经过一系列的反射、散射、衍射后而抵达接收端, 我们把 图1 信号的多径传播 Figure 1 The multipath transmis s i on of signal 这种路径称为散射路径(见图1).和直接波相比,后到达的波形称为延迟波.由于每一条散射路径经历的路程都不一样,这样,接收波相位各不相同.如果恰巧各个相位相同,多个信号进行叠加会导致总的信号增强,而如果相位互不相同,各个信号叠加则会互相抵消,导致总的信号强度降低.这样,我们把由于信号经过了多收稿日期:2011-12-01 基金项目:安徽电子信息职业技术学院院级研究课题ADZX1007).作者简介:王志杨(1982-),男,回族,安徽蚌埠人,硕士,讲师,主要研究方向:OFDM 、3G 移动通信、信道建模. 第35卷3期 2012年5月 安徽师范大学学报(自然科学版)Journal of Anhui Normal University (Natural Science)Vol.35No.3M ay.2012
课程设计报告 题目：基于MATLAB的通信系统仿真 ———信道编码对通信系统性能的影响 专业：通信工程 姓名：XXX 学号：0730xxxx
基于MATLAB 的通信系统仿真 ———信道编码对通信系统性能的影响 摘要：简述信道编码理论，详细说明分组码的编译原理、实现方法及检错纠错能力，用MATLAB 仿真有无信道编码条件下对通信系统性能的影响及信道编码在不同信道下对通信系统性能的影响，如AWGN 信道和深衰落信道。 关键词：信道编码、分组码、MATLAB 仿真、性能 一、引言 提高信息传输的有效性和可靠性始终是通信技术所追求的目标，而信道编码能够显著的提升信息传输的可靠性。1948年,信息论的奠基人C.E.Shannon 在他的开创性论文“通信的数学理论”中,提出了著名的有噪信道编码定理.他指出：对任何信道,只要信息传输速率R 不大于信道容量C, 就一定存在这样的编码方法：在采用最大似然译码时,其误码率可以任意小.该定理在理论上给出了对给定信道通过编码所能达到的编码增益的上限,并指出了为达到理论极限应采用的译码方法.在信道编码定理中,香农提出了实现最佳编码的三个基本条件 ：(1 )采用随机编译码方式 ; (2 )编码长度Ｌ→∞ , 即分组的码组长度无限 ; (3)译码采用最佳的最大似然译码算法。【1】 二、信道编码理论 1、信道编码的目的 在数字通信系统中由于信道内存在加性噪声及信道传输特性不理想等容易造成码间串扰同时多用户干扰、多径传播和功率限制等也导致错误译码。为了确保系统的误比特率指标通常采用信道编码。信道编码是为了保证信息传输的可靠性、提高传输质量而设计的一种编码。它是在信息码中增加一定数量的多余码元，使码字具有一定的抗干扰能力。 2、信道编码的实质 信道编码的实质就是在信息码中增加一定数量的多余码元（称为监督码元），使它们满足一定的约束关系，这样由信息码元和监督码元共同组成一个由信道传输的码字。举例而言，欲传输k 位信息，经过编码得到长为n(n>k)的码字，则增加了 n - k = r 位多余码元，我们定义 R = k / n 为编码效率。【2】 3、 信道编码公式 令信息速率为f b ，经过编码以后的速率为f t ，定义：R ＝f b /f t 为编码率。则对于任何一个信道，总存在一个截止速率R 0，只要R % % % Rayleigh Fading Channel Signal Generator % Using the Dent Model (a modification to the Jakes Model) % % Last Modified 10/18/05 % % Author: Avetis Ioannisyan (avetis@https://www.doczj.com/doc/ce13659794.html,) % % % Usage: % [omega_mTau, Tk] = % ai_RayCh(NumAngles, Length, SymbolRate, NumWaveforms, CarrierFreq, Velocity) % % Where the output omega_mTau is a time scaling factor for plotting % normalized correlations. The LAGS value output by [C,LAGS] = XCORR(...) % should be multiplied by the omega_mTau scaling factor to properly display % axis. Tk is a two dimensional vector [M, N] = SIZE(Tk) with % M=numWaverorms and N=Length specified in the RayCh(...) function call % % And the input variables are: % % NumAngles - scalar power of 2, NumAngles > 2^7 is used to specify the % number of equally strong rays arriving at the receiver. It used to % compute the number of oscillators in the Dent model with N0 = numAngles/4 % % Length - scalar preferably power of 2 for faster computation, Length > 2^17 % is used to specify the length of the generated sequence. Lengths near 1E6 % are close to realistic signals % % SymbolRate - scalar power of 2 and is in kilo-symbols-per-sec is used to % specify what should be the transmission data rate. Slower rates will % provide slowly fading channels. Normal voice and soem data rates are % 64-256 ksps % % NumWaveforms - scalar used to specify how many 'k' waveforms to generate % in the model. NumWaveforms > 2 to properly display plots % % CarrierFreq - scalar expressed in MHz is the carrier frequency of the % tranmitter. Normally 800 or 1900 MHz for mobile comms % % Velocity - scalar expressed in km/hr is the speed of the receiver. % 100 km/hr = 65 mi/hr. Normal values are 20-130 km/hr % 引言 由于多径和移动台运动等影响因素，使得移动信道对传输信号在时间、频率和角度上造成了色散，如时间色散、频率色散、角度色散等等，因此多径信道的特性对通信质量有着至关重要的影响，而多径信道的包络统计特性成为我们研究的焦点。根据不同无线环境，接收信号包络一般服从几种典型分布，如瑞利分布、莱斯分布和Nakagami-m分布。在本文中，专门针对服从瑞利分布的多径信道进行模拟仿真，进一步加深对多径信道特性的了解。 仿真原理 1、瑞利分布简介 环境条件： 通常在离基站较远、反射物较多的地区，发射机和接收机之间没有直射波路径，存在大量反射波；到达接收天线的方向角随机且在（0~2π）均匀分布；各反射波的幅度和相位都统计独立。 幅度、相位的分布特性： 包络 r 服从瑞利分布，θ在0～2π内服从均匀分布。瑞利分布的概率分布密度如图1所示： 图1 瑞利分布的概率分布密度 2、多径衰落信道基本模型 根据ITU-RM.1125标准，离散多径衰落信道模型为 () 1 ()()() N t k k k y t r t x t τ==-∑ (1) 其中,()k r t 复路径衰落，服从瑞利分布; k τ是多径时延。 多径衰落信道模型框图如图2所示： 图2 多径衰落信道模型框图 3、产生服从瑞利分布的路径衰落r(t) 利用窄带高斯过程的特性，其振幅服从瑞利分布，即 ()r t = （2） 上式中，()c n t 、()s n t 分别为窄带高斯过程的同相和正交支路的基带信号。 首先产生独立的复高斯噪声的样本，并经过FFT 后形成频域的样本，然后与S （f ）开方后的值相乘，以获得满足多普勒频谱特性要求的信号，经IFFT 后变换成时域波形，再经过平方，将两路的信号相加并进行开方运算后，形成瑞利衰落的信号r(t)。如下图3所示 : 图3 瑞利衰落的产生示意图 其中， ()S f = （3） 瑞利衰落信道的matlab仿真 瑞利衰落信道（Rayleigh fading channel）是一种无线电信号传播环境的统计模型。这种模型假设信号通过无线信道之后，其信号幅度是随机的，即“衰落”，并且其包络服从瑞利分布。 模型的适用 瑞利衰落模型适用于描述建筑物密集的城镇中心地带的无线信道。密集的建筑和其他物体使得无线设备的发射机和接收机之间没有直射路径，而且使得无线信号被衰减、反射、折射、衍射。在曼哈顿的实验证明，当地的无线信道环境确实接近于瑞利衰落。[3]通过电离层和对流层反射的无线电信道也可以用瑞利衰落来描述，因为大气中存在的各种粒子能够将无线信号大量散射。 瑞利衰落属于小尺度的衰落效应，它总是叠加于如阴影、衰减等大尺度衰落效应上。 信道衰落的快慢与发射端和接收端的相对运动速度的大小有关。相对运对导致接收信号的多普勒频移。图中所示即为一固定信号通过单径的瑞利衰落信道后，在1秒内的能量波动，这一瑞利衰落信道的多普勒频移最大分别为10Hz和100Hz，在GSM1800MHz的载波频率上，其相应的移动速度分别为约6千米每小时和60 千米每小时。特别需要注意的是信号的“深衰落”现象，此时信号能量的衰减达到数千倍，即30～40分贝。 性质 多普勒功率普密度 , 瑞利衰落信道的仿真 根据上文所述，瑞利衰落信道可以通过发生实部和虚部都服从独立的高斯分布变量来仿真生成。不过，在有些情况下，研究者只对幅度的波动感兴趣。针对这种情况，有两种方法可以仿真产生瑞利衰落信道。这两种方法的目的是产生一个信号，有着上文所示的多普勒功率谱或者等效的自相关函数。这个信号就是瑞利衰落信道的冲激响应。 Jakes模型和clark模型 本次只以下图所示的模型来仿真单路信号的产生。课本上也有相关的分析。 %%File_C7: %本程序将一随机信号通过瑞利信道产生输出 %% clear; clc; Ts=; fmax=2;%最大多普勒频移 Nt=400;%采样序列的长度 （ sig=j*ones(1,Nt);%信号 t=[0:Nt]; %设定信道仿真参数 N0=25; D=1; [u]=jakes_single_rayleigh(N0,D,fmax,Nt,Ts);%生成瑞利信道RecSignal=u.*sig; ? plot(20*log10(RecSignal)); % %本函数用Jakes方法产生单径的符合瑞利分布的复随机过程%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% function [u]=jakes_single_rayleigh(N0,D,fmax,M,Ts,Tc) % 输入参数： % N0 频率不重叠的正弦波个数 { % D 方差，可由输入功率得到 % fmax 最大多普勒频移 % M 码片数 %输出参数 %u 输出复信号 %u1 输出信号的实部 %u2 输出信号的虚部 %% 、 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% N=4*N0+2;%Jakes仿真叠加正弦波的总个数 %计算Jakes仿真中的离散多普勒频率fi,n f=zeros(1,N0+1); for n=1:N0 f(n)=fmax*cos(2*pi*n/N); ~ f(N0+1)=fmax; %计算多普勒增益ci,n %同向分量增益c1,n c1=zeros(1,N0+1); for n=1:N0 c1(n)=D*(2/sqrt(N))*2*cos(pi*n/N0); end c1(N0+1)=D*(2/sqrt(N))*sqrt(2)*cos(pi/4); 《 %正交分量增益c2,n c2=zeros(1,N0+1); for n=1:N0 c2(n)=D*(2/sqrt(N))*2*sin(pi*n/N0); end c2(N0+1)=D*(2/sqrt(N))*sqrt(2)*sin(pi/4); %插入随机相移ph_i,解决Jakes方法的广义平稳问题n=(1:N0+1); \ U=rand(size(n)); [x,k]=sort(U); ph_i=2*pi*n(k)/(N0+1); %计算复包络 u1=zeros(1,M);%Rc(t) u2=zeros(1,M);%Rs(t) u=zeros(1,M);%R(t) k=0; & %计算Rc(t) k=0; for t=0:Ts:(M-1)*Ts; w2=cos(2*pi*f*t+ph_i); ut2=c2*w2.'; k=k+1; u2(k)=ut2; end %计算u(t) k=0; for t=0:Ts:(M-1)*Ts k=k+1; u(k)=u1(k)-j*u2(k); end %程序结束 一．信道均衡的概念 实际的基带传输系统不可能完全满足无码间串扰传输条件，因而码间串扰是不可避免的。当串扰严重时，必须对系统的传输函数 进行校正，使其达到或接近无码间串扰要求的特性。理论和实践表明，在基带系统中插入一种可调滤波器就可以补偿整个系统的幅频，和相频特性从而减小码间串扰的影响这个对系统校正的过程称为均衡，实现均衡的滤波器称为均衡器。 均衡分为频域均衡和时域均衡。频域均衡是从频率响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的总传输函数满足无失真传输条件。而时域均衡，则是直接从时间响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰条件。 频域均衡在信道特性不变，且传输低速率数据时是适用的，而时域均衡可以根据信道特性的变化进行调整，能够有效地减小码间串扰，故在高速数据传输中得以广泛应用。 时域均衡的实现方法有多种，但从实现的原理上看，大致可分为预置式自动均衡和自适应式自动均衡。预置式均衡是在实际传数之前先传输预先规定的测试脉冲（如重复频率很低的周期性的单脉冲波形），然后按“迫零调整原理”自动或手动调整抽头增益；自适应式均衡是在传数过程中连续测出距最佳调整值的误差电压，并据此电压去调整各抽头增益。一般地，自适应均衡不仅可以使调整精度提高，而且当信道特性随时间变化时又能有一定的自适应性，因此很受重视。这种均衡器过去实现起来比较复杂，但随着大规模、超大规模集成电路和微处理机的应用，其发展十分迅速。 二．信道均衡的应用 1.考虑如图所示的基带等效数据传输系统，发送信号k x 经过ISI 失真信道传输，叠加高斯加性噪声。 图1基带等效数据传输模型 设发送信号采用QPSK 调制，即(1)k x j =±±ISI 信道的冲击响应以向量的形式表示为h 2211[,,,]T L L L h h h --+=???。典型的ISI 信道响应向量有三种： h [0.04,0.05,0.07,0.21,0.5,0.72,0.36,0,0.21,0.03,0.07]T A =--- h [0.407,0.815,0.407]T B = h [0.227,0.46,0.6888,0.46,0.227]T C = k ω为实部与虚部独立的复高斯白噪声，其均值为零，方差为2 ωσ。 2.实现目的 课程设计（II）通信系统仿真 MQAM在瑞利信道下的性能仿真 1、课程设计目的 （1）了解MQAM多进制幅度调制技术原理 （2）在MATLAB环境下编程实现调制、解调过程 （3）在MATLAB环境下仿真不同MQAM的误码率，并绘制曲线 （4）比较16QAM误比特率在理论和实际条件下的误差 2、课程设计内容 本课题在MATLAB环境下，进行多进制调制在瑞利信道下进行信号传输的仿真实验，传输信号在发送端进行MQAM调制，并分析在不同的多进制调制下，信号在瑞利信道下的性能，并比较。 3、设计与实现过程 3.1 设计思想和设计流程 首先进行系统的分析的设计，整个设计分为如下几个部分：随机序列的产生，序列的串并和并串转换，16QAM调制，星座图的绘制，16QAM解调，加入噪声，误码率的测量及绘图。 MQAM信号由2个独立的基带波形对2个相互正交的同频载波进行调制而构成，利用其在同一带宽内频谱正交的性质来实现两路并行的数字信息传输。 调制后的信号经信道传输，由于信道的非理想特性，MQAM信号会发生频率选择性衰减/码间干扰、相位旋转以及受各种噪声的影响，这部分影响都包含在信道模型中。 数字通信中数据采用二进制数表示，星座点的个数是2的幂。常见的MQAM 形式有16-QAM、64-QAM、256-QAM等。星座的点数越多，符号能够传输的数据量就越大。但是，如果在星座图的平均能量保持不变的情况下增加星座点，基于星座图聚类的方法成为了数字幅相调制信号识别的重要方法之一。会使星座点之间的距离变小，进而导致误码率上升。因此高阶星座图的可靠性比低阶要差。 3.1.1 调制器 串并转换单元、IQ分路单元及调制混频器组成了MQAM系统的调制器。将串行数据转换成并行数据是通过串并转换完成的;IQ分路主要的作用是检测调制的要求，调制混频器的作用是把I、Q两路信号混频及合成，最终形成调制信号输出。 MQAM的调制方式有两种：正交调幅法和复合相移法。本次仿真针对 电子信息工程毕设设计__基于matlab的信道编码仿真基于matlab的信道编码仿真 海南大学 毕业论文(设计) 题目:基于matlab的信道编码仿真学号: 姓名: 年级: 学院:信息科学技术学院系别:电子信息工程专业:电子信息工程指导教师: 完成日期: 1 基于matlab的信道编码仿真 摘要 通信技术的飞速发展，信道编码已经成功地应用于各种通信系统中。以及各种传输方式对可靠性要求的不断提高，信道编码技术作为抗干扰技术的一种重要的手段，在数字通信技术领域和数字传输系统中显示出越来越重要的作用。 信道编码的目的是为了改善通信系统的传输质量。由于实际信道存在噪声和干扰，使发送的码字与信道传输后所接收的码字之间存在差异，称这种差异为差错。一般情况下，信道噪声、干扰越大，码字产生差错的概率也就越大。 本文利用matlab对二进制对称信道(BSC)，高斯白噪声信道(AWGN)两种信道的仿真，(7,4)Hamming码对信道的仿真，通过误码率的曲线图来了解信道的编码。并利用matlab的simulink模块仿真，运用simulink里的卷积码viterbi译码器来对二进制对称信道和高斯白噪声信道的仿真，观察误码率的曲线图来了解2个信道的不同。 关键字:matlab，信道，编码，译码，Simulink。 1 基于matlab的信道编码仿真 Abstract With the rapid development of communication technology, channel coding has been successfully applied to various communications systems. And a variety of transmission of the continuous improvement of reliability requirements, anti-jamming channel coding technology as an important means of technology in the field of digital communications technology and digital transmission systems in a more and more important role. The purpose of channel coding is to improve the transmission quality of communications systems. As the actual existence of the channel noise and interference, the transmitted codewords and channel transmission received after the difference between code words, said this difference is wrong. Under normal circumstances, channel noise, the greater the interference, the code word generated the greater the probability of error. In this paper, matlab binary symmetric channel (BSC), Gaussian white noise channel (AWGN) two channel simulation, (7,4) Hamming code simulation of the channel, through the bit error rate curve to understand the channel coding. Using matlab to simulink block simulation, using simulink in the viterbi decoder to convolutional codes on the binary symmetric channel and Gaussian white noise channel simulation, observation error rate graphs to understand the two different channels 封面： 题目：瑞利衰落信道仿真实验报告 题目：MATLAB仿真瑞利衰落信道实验报告 引言 由于多径效应和移动台运动等影响因素，使得移动信道对传输信号在时间、频率和角度上造成了色散，即时间色散、频率色散、角度色散等等，因此多径信道的特性对通信质量有着重要的影响，而多径信道的包络统计特性则是我们研究的焦点。根据不同无线环境，接收信号包络一般服从几种典型分布，如瑞利分布、莱斯分布等。在此专门针对服从瑞利分布的多径信道进行模拟仿真，进一步加深对多径信道特性的了解。 一、瑞利衰落信道简介： 瑞利衰落信道（Rayleigh fading channel）是一种无线电信号传播环境的统计模型。这种模型假设信号通过无线信道之后，其信号幅度是随机的，即“衰落”，并且其包络服从瑞利分布。 二、仿真原理 （1）瑞利分布分析 环境条件： 通常在离基站较远、反射物较多的地区，发射机和接收机之间没有直射波路径（如视距传播路径），且存在大量反射波，到达接收天线的方向角随机的（（0~2π）均匀分布），各反射波的幅度和相位都统计独立。 幅度与相位的分布特性： 包络 r 服从瑞利分布，θ在0～2π内服从均匀分布。瑞利分 布的概率分布密度如图 2-1所示： 图2-1 瑞利分布的概率分布密度 （2）多径衰落信道基本模型 离散多径衰落信道模型为 ()1()()() N t k k k y t r t x t τ==-∑ 其中,()k r t 复路径衰落，服从瑞利分布; k τ是多径时延。 多径衰落信道模型框图如图2-2所示： 图2-2 多径衰落信道模型框图 （3）产生服从瑞利分布的路径衰落r(t) 利用窄带高斯过程的特性，其振幅服从瑞利分布，即 22()()()c s r t n t n t =+ 上式中()()c s n t n t 、，分别为窄带高斯过程的同相和正交支路的基带信号。 m a t l a b瑞利衰落信道仿真 Prepared on 24 November 2020 引言 由于多径和移动台运动等影响因素，使得移动信道对传输信号在时间、频率和角度上造成了色散，如时间色散、频率色散、角度色散等等，因此多径信道的特性对通信质量有着至关重要的影响，而多径信道的包络统计特性成为我们研究的焦点。根据不同无线环境，接收信号包络一般服从几种典型分布，如瑞利分布、莱斯分布和Nakagami-m 分布。在本文中，专门针对服从瑞利分布的多径信道进行模拟仿真，进一步加深对多径信道特性的了解。 仿真原理 1、瑞利分布简介 环境条件： 通常在离基站较远、反射物较多的地区，发射机和接收机之间没有直射波路径，存在大量反射波；到达接收天线的方向角随机且在（0~2π）均匀分布；各反射波的幅度和相位都统计独立。 幅度、相位的分布特性： 包络 r 服从瑞利分布，θ在0～2π内服从均匀分布。瑞利分布的概率分布密度如图1所示： 图1 瑞利分布的概率分布密度 2、多径衰落信道基本模型 根据标准，离散多径衰落信道模型为 () 1 ()()() N t k k k y t r t x t τ==-∑ (1) 其中,()k r t 复路径衰落，服从瑞利分布; k τ是多径时延。 多径衰落信道模型框图如图2所示： 图2 多径衰落信道模型框图 3、产生服从瑞利分布的路径衰落r(t) 利用窄带高斯过程的特性，其振幅服从瑞利分布，即 ()r t = （2） 上式中，()c n t 、()s n t 分别为窄带高斯过程的同相和正交支路的基带信号。 首先产生独立的复高斯噪声的样本，并经过FFT 后形成频域的样本，然后与S （f ）开方后的值相乘，以获得满足多普勒频谱特性要求的信号，经IFFT 后变换成时域波形，再经过平方，将两路的信号相加并进行开方运算后，形成瑞利衰落的信号r(t)。如下图3所示: 图3 瑞利衰落的产生示意图 其中， ()S f = （3） 4、 产生多径延时k τ 多径/延时参数如表1所示： 表1 多径延时参数 0 引言 信号的衰落严重的恶化了无线通信系统的性能，为了削弱这一影响，学者进行了大量抗衰落技术的研究，时空处理技术、多天线技术、分集技术都具有良好的抗衰落效果。有效的衰落信道模拟是进行这些研究工作的重要基础。在此基础上，可以在实验室运用分析方法对给定的无线通信系统进行设计和性能评估，并以此为基础对算法进行选择和优化，避免为实现早期系统而搭建硬件造成的巨大花费。 研究和开发数字移动通信系统工程的首要工作就是认识移动信道本身的特性,并研究电波的传播规律。在数字移动通信的传播环境中,由于移动台和基站之间的各种障碍物所产生的反射、绕射和散射等现象,接收信号通常由多径信号成分组成。由于多径信号的相位、幅度和到达时刻的随机变化,引起接收信号包络的快速起伏变化。除了多径传播，多普勒效应同样会对移动信道的传输特性产生负面影响。由于移动单元的运动，多普勒效应降引起每个来波的频移[1]。当移动台与基站之间不存在直接视距分量时,接收信号由来自各个方向的反射和散射波组成并遵循瑞利分布,当在基站和移动台之间存在有直接视距分量时,接收信号服从莱斯分布。前人的研究表明，Nakagami衰落模型[1,2,3,4]是最有效的模型之一，通过改变参数m，可以灵活地拟合不同程度的衰落情况。用Nakagami分布可更好地近似实验测量,比瑞利、莱斯、对数、正态分布都更接近匹配。 由于Nakagami分布中同时包含了瑞利分布和莱斯分布,且Nakagami模型在各种无线通信环境下都非常接近实验数据, 因此Nakagami衰落模型在理解和设计无线通信系统中有着重要的作用,在计算机上对其进行性能仿真是至关重要的。 本文先介绍无线信道的基本理论，接着讲正弦波叠加法[5]，了解了基于舍弃法的Nakagami衰落信道仿真[6]，最后介绍基于AR模型[7,8]的相关Nakagami衰落信道仿真。 1移动无线信道基本理论 在移动通信中，由于障碍物阻挡了视距路径，发出的电磁波经常不能直接到达接收天线，事实上，接收到的电磁波是由建筑物、树木及其他障碍物导致的反射、衍射和散射而产生的 %%File_C7:Jakes.m %本程序将一随机信号通过瑞利信道产生输出 %% clear; clc; Ts=0.02; fmax=2;%最大多普勒频移 Nt=400;%采样序列的长度 sig=j*ones(1,Nt);%信号 t=[0:Nt]; %设定信道仿真参数 N0=25; D=1; [u]=jakes_single_rayleigh(N0,D,fmax,Nt,Ts);%生成瑞利信道RecSignal=u.*sig; plot(20*log10(RecSignal)); %JakesRayleigh.m %本函数用Jakes方法产生单径的符合瑞利分布的复随机过程%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% function [u]=jakes_single_rayleigh(N0,D,fmax,M,Ts,Tc) % 输入参数： % N0 频率不重叠的正弦波个数 % D 方差，可由输入功率得到 % fmax 最大多普勒频移 % M 码片数 %输出参数 %u 输出复信号 %u1 输出信号的实部 %u2 输出信号的虚部 %% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% N=4*N0+2;%Jakes仿真叠加正弦波的总个数 %计算Jakes仿真中的离散多普勒频率fi,n f=zeros(1,N0+1); for n=1:N0 f(n)=fmax*cos(2*pi*n/N); end f(N0+1)=fmax; %计算多普勒增益ci,n %同向分量增益c1,n c1=zeros(1,N0+1); for n=1:N0 c1(n)=D*(2/sqrt(N))*2*cos(pi*n/N0); end c1(N0+1)=D*(2/sqrt(N))*sqrt(2)*cos(pi/4); %正交分量增益c2,n c2=zeros(1,N0+1); for n=1:N0 c2(n)=D*(2/sqrt(N))*2*sin(pi*n/N0); end c2(N0+1)=D*(2/sqrt(N))*sqrt(2)*sin(pi/4); %插入随机相移ph_i,解决Jakes方法的广义平稳问题n=(1:N0+1); U=rand(size(n)); [x,k]=sort(U); ph_i=2*pi*n(k)/(N0+1); %计算复包络 u1=zeros(1,M);%Rc(t) u2=zeros(1,M);%Rs(t) u=zeros(1,M);%R(t) k=0; %计算Rc(t) k=0; for t=0:Ts:(M-1)*Ts; w2=cos(2*pi*f*t+ph_i); ut2=c2*w2.'; k=k+1; u2(k)=ut2; end %计算u(t) k=0; for t=0:Ts:(M-1)*Ts k=k+1; u(k)=u1(k)-j*u2(k); end %程序结束 序号（学号）： 学生实验报告书 2014 年 4 月27 日 实验一：信道中调制系统的仿真计算 一、实验目的 1．掌握二相调制的工作原理 2．掌握利用进行误比特率测试的方法 3．掌握信道中调制系统的仿真计算方法 二．实验内容 利用仿真程序在环境下完成信道中调制系统的仿真计算，得到仿真结果，写出实验小结，完成实验报告。 三．实验仪器： 计算机 软件 四、实验原理 在数字领域进行的最多的仿真任务是进行调制解调器的误比特率测试，在相同的条件下进行比较的话，接收器的误比特率性能是一个十分重要的指标。误比特率的测试需要一个发送器、一个接收器和一条信道。首先需要产生一个长的随机比特序列作为发送器的输入，发送器将这些比特调制成某种形式的信号以便传送到仿真信道，我们在传输信道上加上一定的可调制噪声，这些噪声信号会变成接收器的输入，接收器解调信号然后恢复比特序列，最后比较接收到的比特和传送的比特并计算错误。误比特率性能常能描述成二维图像。纵坐标是归一化的信噪比，即每个比特的能量除以噪声的单边功率谱密度，单 位为分贝。横坐标为误比特率，没有量纲。 五．实验步骤 ①运行发生器：通过发送器将伪随机序列变成数字化的调制信号。 ②设定信噪比：假定为 m ,则 0=10,用假设单位为分贝。③确定④计算N0 ⑤计算噪声的方差σ n ⑥产生噪声：因为噪声具有零均值，所以其功率和方差相等。我们产生一个和信号长度相同的噪声向量，且该向量方差为σ n 。⑦加上噪声，运行接收器⑧确定时间延迟⑨产生误差向量⑩统计错误比特：误差向量“”中的每一个非零元素对应着一个错误的比特。最后计算误比特率：每运行一次误比特率仿真，就需要传输和接收固定数量的比特，然后确定接收到的比特中有多少错误的。使用计算: ()。 六．实验结果及分析 程序： 10; 1000; 200; 1; 0; 1:1 ((1)); % 1, 0 1.*2; %0>1, 1>1 (1).*(1); []; 1:2 10.^(10);()>() 无线通信 （MATLAB课后作业仿真） 姓名： 学院： 学号： 班级： 指导教师： 一、分集仿真 现给出最大比合并（MRC）、等增益合并（EGC）和选择性合并的分集合并程序，理解各程序，完成以下习题。将程序运行结果及各题目的解答写入word中：1. 用matlab分别运行“BPSKMRC.m”、“BPSKEGC.m”以及“BPSKSEL.m” （a）在程序中标注“注释”处加上注释（英文或中文） BPSKMRC.m注释 nd = 10000; %设置每个循环中的符号数 snr_in_dB=[0:15] ; ber=zeros(1,length(snr_in_dB)); for snr_num=1:length(snr_in_dB) SNR=exp(snr_in_dB(snr_num)*log(10)/10); nloop=100; % 循环次数 noe = 0; % 错误数 nod = 0; % 传输的数量 for iii=1:nloop data1=rand(1,nd)>0.5; data2=2.*data1-1; %以下为衰减量的计算 %在瑞利信道下 code_rate=1; E=1; sigma=E/sqrt(2*SNR*code_rate); n =[randn(1,nd) + j*randn(1,nd)]; h1 =1/sqrt(2)*[randn(1,nd) + j*randn(1,nd)]; % 瑞利信道 data41=data2.*h1+sigma.*n; h11=conj(h1); %计算信道质量指数的复共轭 data411 = data41.*h11; %计算组合后的价值 %***************************************** n =[randn(1,nd) + j*randn(1,nd)]; h2 =1/sqrt(2)*[randn(1,nd) + j*randn(1,nd)]; % 瑞利信道 data42=data2.*h2+sigma.*n; h22=conj(h2); data422 =data42.*h22; %***************************************** data4=data411+data422;%在两个不相关的信道下的信号进行组合 % BPSK 解调matlab信道仿真经典源程序
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