CDMA通信原理与系统仿真设计说明

1、仿真设计目的及开发环境1.1设计目的：①理解CDMA蜂窝移动通信网络的基本原理及特点，以ＣＤＭＡ的IS_95标准进行系统级别的认知。

②掌握SystemView系统仿真软件的使用方法，熟练掌握其库资源的应用，帮助自己提高对通信原理的认知。

③在通信工程学院举办的第三届程序设计及应用大赛（通信编程及仿真）取得好成绩。

1.2开发环境1.2.1软件：SystemView 5.0（1）SystemView 是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路和通信系统的设计、仿真，是一个强有力的动态系统分析工具，能满足从数字信号处理、滤波器设计到复杂的通信系统等不同层的设计、仿真要求。

它基于Windows 环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具，它使用功能模块(Token)去描述程序，无需与复杂的程序语言打交道，不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真，快速地建立和修改系统、访问与调整参数，方便地加入注释。

（2）SystemView 的库资源十分丰富，包括含若干图标的基本库（Main Library）及专业库(Optional Library)，基本库中包括多种信号源、接收器、加法器、乘法器，各种函数运算器等；专业库有通讯（Communication）、逻辑（Logic）、数字信号处理（DSP）、射频/模拟（RF/Analog）等；它们特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证，尤其适合于无线电话、无绳电话、寻呼机、调制解调器、卫星通讯等通信系统；并可进行各种系统时域和频域分析、谱分析，及对各种逻辑电路、射频/模拟电路（混合器、放大器、RLC 电路、运放电路等）进行理论分析和失真分析。

（3）使用SystemView 时，用户只关心项目的设计思想和过程，用鼠标点击图标即可完成复杂通信系统的设计、仿真、测试，而不用花费太多的精力去通过编程来建立通信仿真模型。

（4）System View 能自动执行系统连接检查，给出连接错误信息或尚悬空的待连接端信息，通知用户连接出错并通过显示指出出错的图标。

基于CDMA的通信系统设计与实现随着通讯技术的不断发展，人们对通讯系统的要求越来越高。

在这个背景下，基于CDMA的通信系统逐渐成为了人们普遍关注的一个话题。

本文将对基于CDMA的通信系统进行设计与实现进行探讨与总结。

一、基于CDMA的通信系统原理CDMA是英文Code Division Multiple Access的缩写，即码分多址技术。

该技术是一种新兴的无线通信技术，其核心思想是将不同用户之间的信息进行编码，以实现通信数据的同时传输。

通过CDMA技术，在同一时间频道上，多个用户可以同时进行通信，而且还不会造成互相干扰。

在CDMA技术中，每一个用户都有一个独特的伪随机码，这个伪随机码会和用户的通讯信息一起传输。

接收端收到信息后，可以利用用户的伪随机码进行解码，从而获得用户的原始通讯信息。

由于不同用户的伪随机码都不一样，因此多个用户同时进行通信不会相互影响。

二、基于CDMA的通信系统设计在基于CDMA的通信系统设计中，需要考虑如何产生伪随机码、如何进行编码与解码以及如何进行多用户的调度控制等问题。

1、伪随机码的产生伪随机码的产生是基于特定的算法进行实现的。

常用的伪随机码生成算法包括LFSR（Linear Feedback Shift Register）算法、Gold码算法以及Kasami码算法等。

不同的算法产生的伪随机码质量与随机性不同，因此选取合适的伪随机码生成算法非常重要。

2、编码与解码在基于CDMA的通信系统中，每个用户的信息需要进行编码后再进行传输。

常用的编码方式包括Walsh码编码、Barker码编码、Gold码编码等。

在接收端，需要对接收到的信号进行解码，以便提取出用户的原始通讯信息。

为了保证解码的准确性，需要对解码算法进行优化，例如迭代算法、Rake接收算法等。

3、多用户的调度控制基于CDMA的通信系统可以同时支持多个用户同时进行通信。

因此，在系统设计中需要考虑多用户的调度控制问题，以保证系统的稳定性与可靠性。

DS-CDMA通信系统仿真1.DS-CDMA 通信系统原理图DS-CDMA通信系统原理图在实验中，我们采用；两种扩频码进行仿真。

M序列和正交Gold序列，扩频后的数据通过脉冲成型滤波器后通过信道同时到达接收端，在接收端分别对不同用户信息数据进行解扩，恢复各个用户的原始信息。

2.仿真流程设计与介绍2.1仿真设计步骤1、m序列的DS-CDMA在AWGN下的性能的仿真。

2、正交Gold序列的DS-CDMA在AWGN下的性能的仿真。

3、对比两个扩频码在AWGN信道下的性能曲线，分析哪种扩频码更适合在AWGN 信道中传输，传输衰减最小，对比m序列和正交Gold序列的抗干扰能力。

4、为了证明这一结论，把两种PN码再经过Rayleigh衰落信道下的性能进行验证。

（代码见附录）2.2程序编程设计最外层循环的时候是信噪比，根据每种信噪比下，首先产生各个用户的发射数据，根据用户数，每一行是每个用户的发射数据，然后进行Gray编码、4-QAM 调制，调制完后，对信号进行扩频，扩频部分是通过spread函数完成的，是完成扩频的功能。

扩频时，看输入参数是否满足要求，满足要求后，用扩频码与每一个数据符号相乘，对原始符号进行扩展，完成扩频。

扩频完成后，再通过脉冲成形滤波器计算每个用户信号功率。

当用户数大于1时，所有用户数据相加。

相加完成后，如果需要通过瑞利衰落信道，再让信道系数与发射数据相乘。

接收端加入高斯白噪声，首先根据信噪比计算高斯白噪声标准差，根据标准差加入白噪声。

如果通过瑞利衰落信道后，我们还需要进行一个信道补偿。

最后通过脉冲成形滤波器进行降采样，之后进行数据解扩，解扩部分是通过despread函数完成的，解扩完成后，对信号进行4-QAM解调、Gray编码逆映射，分别对用户原始数据和解扩后数据进行比较，最后统计误比特率。

以上就是完成扩频的主程序。

M序列和正交Gold序列脚本程序的介绍：用户数统一定义的是1、4、7，扩频码分别选择的是M序列和正交Gold序列，然后在每种用户数下仿真扩频系统的性能，最后画出仿真得到的误比特率。

基于Matlab的CDMA通信系统仿真- 1 -通信系统综合设计与实践1 绪论1.1课题背景及目的20世纪60年代以来，随着民用通信事业的发展，频带拥挤问题日益突出。

CDMA(Code Diveision Multiple Access，码分多址)通信，在使用相同频率资源的情况下，理论上CDMA移动网比模拟网容量大20倍，实际使用中比模拟网大10倍，比GSM要大4~5倍，所以在通信领域中起着非常重要的作用。

CDMA的基本原理是利用互相正交(或尽可能正交)的不同编码，分配给不同用户调制信号，实现多用户同时使用同一频率接入系统和网络的通信。

由于利用互相正交(或尽可能正交)的编码去调制信号，会将原信号的频谱带宽扩展，因此，这种通信方式，又称为扩频通信。

本论文所完成的CDMA通信仿真系统，是结合CDMA的实际通信情况，利用MATLAB的通信工具箱— SIMULINK组建出完整的CDMA通信系统，完成整体设计方案，实现完整的发送到接收的端到端的CDMA无线通信系统的建模、仿真和分析。

教学实践表明，该系统的完成使得比较抽象的概念得以直接表示，烦琐的计算得以大大简化，提高上机效率，在通信原理课程教学中起到良好的辅助作用。

1.2课题研究方法为了研究CDMA通信系统的通信方式，我们对两种扩频码(m序列和正交gold序列)经过衰落信道后再解扩，通过比较两种扩频码的误比特率与信噪比的关系得出用来扩频的PN码哪种更好。

使其更符合CDMA通信的抗干扰能力强的要求和实现多用户同时在同一频率互不干扰进行通信而误比特率性能不随着用户数的增加而恶化这样的目的进行仿真实验。

- 2 -通信系统综合设计与实践2 CDMA基础及原理CDMA多址技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。

接收端由使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。

扩频通信仿真1.设计思想为了研究CDMA 通信系统的多址干扰,实验利用Matlab 提供的m语言编写了m文件来建立CDMA 通信系统仿真模型,详细讲述各模块的设计及参数设置,并对仿真结果进行分析。

结果表明,多址干扰是CDMA 系统的固有干扰,当同时通信的用户数增多时,多址干扰电平增大,导致系统的误码率也增大。

因此,多址干扰是CDMA 通信系统本身存在的自我干扰,它限制了蜂窝系统的通信容量。

实验讨论的CDMA通信系统的仿真，采用的是直扩方式，信息没有经过调制，伪随机码采用的是63位GOLD序列，仿真框图如图1所示。

本课程的目的是熟悉CDMA通信系统的构架,了解m序列和gold码的软件实现, 以及用gold序列实现扩频和解扩,最后了解整个系统的误比特率与哪些因素有关。

2.程序设计流程图Gold码程序流程图M码程序流程图主程序流程图3.仿真环境本文讨论的CDMA通信系统的仿真是用MATLAB7.0模拟实现的，即数据流仿真模式，用MATLAB编程来实现对CDMA系统的模拟。

仿真实验中选择了一组长度为63的gold码序列作为扩频序列，并假设在理想功率控制下，即接收到的所有用户的信号能量相等。

整个仿真系统实现过程如下：1) 信源采用randint函数产生的＋1、－1来代替实际的数字信号。

实际的数字信号应该是模拟信号(如语音信号) 经量化和压缩编码得到的二进制信号,其特点是二值性和随机性。

信源速率设置为10b/s。

2) 扩频与解扩利用自编的m函数和gold函数,产生gold码伪随机序列来达到扩频和多址接入效果。

扩频的运算是信息流与gold码相乘或模二加的过程。

解扩的过程与扩频过程完全相同,即将接收的信号用gold 码进行第二次扩频处理。

要求使用的gold 码与发送端扩频用gold 码不仅码字相同,而且相位相同。

否则会使有用信号自身相互抵消。

解扩处理将信号压缩到信号频带内,由宽带信号恢复为窄带信号。

同时将干扰信号扩展,降低干扰信号的谱密度,使之进入到信息频带内的功率下降,从而使系统获得处理增益,提高系统的抗干扰能力。

实验二 CDMA 原理的程序仿真实验目的：了解3G 移动通信网中关键技术CDMA 的实现原理 掌握matlab 编程，实现CDMA 原理仿真实验要求：掌握CDMA 原理掌握matlab 语言对于码分复用技术仿真的功能实验场景： 现有8个用户，通过信令两两建立连接通道，分别为发送方A 、B 、C 、D ，对应的接收方为A ’、B ’、C ’、D ’，A 和A ’的通信内容为-1，B 和B ’的通信内容为-1，C 和C ’的通信内容为1，D 和D ’的通信内容为1。

系统内具备以下条件：A 和A ’通信的正交码为H1： 1 1 1 1B 和B ’通信的正交码为H2： 1 -1 1 -1C 和C ’通信的正交码为H3： 1 1 -1 -1D 和D ’通信的正交码为H4： 1 -1 -1 1H1~H4具有正交性，比如[1 1 1 1]和[1 -1 1 -1]向量乘一下，为0，每两个不同的向量都这样，只有本身相乘是有值的。

发送过程信道ABC D-1-111相乘-1,-1,-1,-1, 1, 1, 1 1 1 1 1码 数据 1 -1 1 -1 1 1 -1 -11 -1 -1 1-1,-1,-1,--1,-1,-1,-1,-1, 1, -1,1, -1, 11, 1, 1, 1 1,1, 1,1,-1,-11, 1, 1, 1 1,-1,1,-1,-1,10,0,-4,0扩展相加每一个人对接收到的数据用自己的码进行译码，得到不同的结果，和发送的数据相同。

也就是说拥有不同的码，即使在同频率下相互干扰，信号叠加在一起，也能正确的得到各自想要的信息，这样很多人的都可以使用相同的频率，大大增加了通信容量实验参考知识： （1） 哈达马正交矩阵 方法为：hadamard(n)例如：运行hadamard(4)，得到4*4矩阵：[ 1 1 1 1; 1 -1 1 -1; 1 -1 -1; 1 -1 -1 1]（2） 整体代码 %发送部分d_o = round(rand(1,4))';d = 2*d_o - 1; %发送数据a->a': -1, b->b': -1 ...%正交码阵H =[ 1 1 1 1; 1 -1 1 -1; 1 1 -1 -1; 1 -1 -1 1 ] H = hadamard(4);d_t = repmat(d,1,4); %扩展数据 c_t = H.*d_t; %对应相乘 c = sum(c_t); %形成码字 %接收部分c_r = repmat(c,4,1).*H; %码字 e = mean(c_r,2); %接受数据figure(1) %显示发送和接受数据，比较是否相同 subplot(2,1,1); stem(d); subplot(2,1,2); stem(e);任务： （1） 修改发送数据，运行程序，观察发送数据和接受数据是否相同；给出过程。

摘要CDMA是由Qualcomm, Inc.公司开发的一种技术，直译为码分多址，应用于无线通信上的技术，是在扩频通信的基础上发展起来的。

它主要利用相互正交(或尽可能正交)的不同随机码区分用户，实现多用户同时使用同一频率接入系统和网络,经过几种网络的实现和发展，CDMA已经逐渐成熟起来。

我国的CDMA 发展十分迅速，网络构架已初具规模。

预计在将来，CDMA将与GSM一样，在整个通信业起到举足轻重的作用。

本次实训就在研究DS-CDMA系统理论的基础上，利用了Simulink对DS-CDMA系统进行仿真。

本文阐述了CDMA通信系统的组成和扩展频谱通信技术的理论基础，并建立了直序扩频码分多址通信系统的模型。

根据系统功能和指标要求，对信道、PN 码产生、扩频/解扩、PSK（DPSK）调制/解调和误码等模块进行了设计，并设置了相对应的参数，最后给出了系统仿真的整个框图。

通过波形、频谱图等结果，对系统进行了相应的分析，并作了进一步的改进与调试，对CDMA扩频通信系统也有了更深入的认识和了解。

关键词：CDMA ；码分多址；扩频通信；Simulink仿真一、实训题目及分析（一）、实训题目CDMA扩频通信系统仿真（二）、题目分析及要求目前，CDMA技术正逐渐向新一代的通信标准3G过渡，这是技术发展、用户需求、市场竞争等各方面因素造成的。

因为随着社会节奏的加快，产品的更新速度越来越快，并且实际的通信系统功能结构相当复杂，因此，在对原有的通信系统做出改进或建立一个新系统之前，通常需要对这个系统进行建模和仿真，通过仿真结果衡量方案的可行性，从中选择最合理的系统配置和参数设置，然后再应用于实际系统中。

利用MATLAB实现DS-CDMA（直序扩频）系统的仿真，设计系统的主要模块和参数，是本实训研究的热点，同时它也代表了以后CDMA设计的发展方向，本次实训的题目正是基于以上现状提出的。

本次实训主要是对DS-CDMA系统理论的研究和基于MATLAB的仿真设计，包括：（1）、首先对CDMA系统原理进行研究，了解系统的工作过程，为系统的设计奠定基础；（2）、在研究工作的基础上，设计和提出实现DS-CDMA的总体方案，包括从信源到信宿的各模块设计和参数设置，并详细地理解和分析整个系统的工作原理。

CDMA通信原理及系统仿真本科毕业设计任务书一、毕业设计内容及要求1、该设计项目的主要功能CDMA技术是当前无线电通信，尤其是移动通信的主要技术,CDMA概念可以简单地解释为基于扩频通信的调制和多址接入方案,编码调制与解调在通信系统中有重要的作用,其中地址码的选择直接影响到CDMA系统的容量，抗干扰能力，接入和切换等性能。

CDMA系统中有两个序列的PN码：长码：242-1（r=42）；短码：215-1（r=15）。

在前向信道中PN码标识基站，长码扰码，短码正交调制；在反向信道中PN码标识用户，长码扩频，短码正交调制。

在CDMA通信系统中可以用64阶Walsh函数进行前向扩频以区分前向码分信道，还可以用64阶Walsh函数进行前反向正交调制。

CDMA系统的反向信道调制采用的是正交非相干解调；CDMA 系统的前向信道调制采用的是正交相干解调。

通过毕业设计工作对MATALB软件进行熟悉和了解，对MATLAB软件中的SIMULINK部分及其内部的CDMA模块用法和参数设置进行熟悉，熟悉现代无线通信系统的基本构成与基本工作原理，重点掌握卷积编码、块交织和码扩展等相关编码技术，并能将这些技术应用实际系统设计，提高自己对CDMA通信系统知识的认识。

具体包括：（1）了解CDMA 系统物理层过程；（2）了解训练系列的组成；（3）了解CDMA系统中常用码序列；（4）掌握CDMA系统各种调制解调的基本原理（5）掌握mltlab的基本操作（6）对以上部分模型进行仿真，给出仿真结果；（7）以正确的格式撰写开题报告和毕业设计说明书；2、设计环境（场地及硬件条件）要求计算机3、参考资料及软件要求参考文献：[1]《大话TD-SCDMA》左飞人民邮电出版社[2]《TD-SCDMA无线网络规划设计与优化》(第3版) 罗建迪汪丁鼎肖清华朱东照人民邮电出版社[3]《TD-SCDMA移动通信技术原理与应用—原理/设备/仿真实践》中兴通讯NC 教育管理中心人民出版社[4]《移动通信原理与技术》王华奎李艳萍张立毅王鸿斌李鸿燕清华大学出版社[5]《3G技术与基站工程》杜庆波罗文茂人民邮电出版社软件要求MATLAB的编程和仿真环境4、课题的其他要求（1）了解课题的相关知识。