实验五 DS-CDMA(直扩码分多址)移动通信

CDMA系统一.概述CDMA (Code Division Multiple Access)称作码分多址。

在CDMA通信系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分的，而是用各不相同的编码序列来区分的。

或说是靠信号的不同形来区分的。

从频域或时域观察，多个CDMA信号是互相重叠的。

码分多址是以扩频技术为妹础，所谓扩频是把信息的频谱扩展到宽带中进行传输的技术。

CDMA信号的产生包括调制和扩频两个步骤，可以先用待传送的信息比特刈•载波进行调制，再用伪随机系列(PN)扩展信号的频谱，也可以先用伪随机系列为待传送的信息比特相乘, 把信息的频谱扩展后，再对载波进行调制。

这两种方式是等效的。

适用于CDMA系统的扩频技术是直接序列扩频(DS),这巾CDMA系统称作直接序列扩频CDMA 系统(DS-CDMA)o在直接序列扩频CDMA系统中，所有用户(或称信道)工作在相同的中心频率上，用户信息信号与高速率的伪随机码序列(PN序列或称码字)相乘得到宽带信号。

不同的川户使用不同PN序列。

这些PN序列相互正交，利用PN序列来区分不同的用户，如图0—1所示。

得到的宽带信号再去调制载波信号的某个参量。

▲玛字图0—1 DS—CDMA示意图接收端要从收到的扩频信号中恢复出它携带的信息，必须经过解扩和解调两个步骤。

解扩就是接收端以与发送端相同的PN序列与接收到的扩频信号相乘，恢复出原频带信号；解扩后的信号再经过常规的解调，即可恢复出其中传送的信息。

二.DS-CDMA移动通信原理图0-2为DS-CDMA移动通信系统原理框图。

系统中采用包含N个正交的PN序列CI, C2,…，6作为地址码,分别与信码dl,d2,…,dn相乘或模2加实现扩频调制。

信码速率fb (单位:b/s,比特/秒)、丿謹月Tb=l/fb；地址码速率fp (单位：c/s,子码/秒或码片/秒)、翩Tp=l/fp, 地址码序列每周期包含p个子码元，序列周期T = pT p.通常设置(0-1)(0-2)式中，K为正整数。

实验七 多址方式（3） 直扩码分多址（DS-CDMA ）一、实验目的了解DS-CDMA （直扩码分多址）移动通信的简要原理；了解常用的正交扩频序列：Walsh 码序列。

二、实验内容测量单信道DS-CDMA 通信系统发端及收端波形，了解发端扩频调制及收端相关检测原理。

三、基本原理在直扩码分多址DS-CDMA (Direct Sequence-Code Division Multiple Access)通信系统中，利用正交码序列（互相关函数值为0或很小，而自相关性能良好的码序列）作为地址码，与用户信息数据相乘（或模2加）得到信息数据的直接序列扩频信号，经过相应的信道传输后，在接收端与本地产生的地址码进行相关运算，从中将地址码与本地地址码一致的用户数据选出，把不一致的用户数据除掉。

码分多址通信系统可完成时域、频域及空间上重叠的多个用户直扩数据的同时传输，或者说，利用正交地址码序列在同一载频上形成了多路逻辑信道，可动态地分配给用户使用。

其工作原理如下：1．正交码序列 （1）定义设N i t c i ,...2,1),(=是重复周期为T （一周内子码元数为p ，子码周期为P T T P /=）的一组码序列。

若它们的互相关函数⎰=-=Tj i j i dt t c t c R 0,0)().()(ττ，i j ≠ (7-1)即互相关函数值为0，则称为正交码序列组，可作为DS-CDMA 系统的地址码。

为便于收端实现地址码的同步，它们应具有尖锐的自相关峰，即满足0,0|()||()()|,||0Ti i i p R C t C t dt p ττττ=⎧=-=⎨<<≠⎩⎰ (7-2) 实际地址码互相关函数及自相关函数不一定严格满足以上关系。

迄今为上，实际用于DS-CDMA 的地址码，按互相关性能可分成两类：① 互相关函数值在任意τ值下，与自相关函数峰值相比都很小，但不一定为0，称为准正交。

② 互相关函数值在指定时刻（τ=0）为0，称为严格正交。

实验五 FH-CDMA（跳频码分多址）移动通信一、实验目的1．掌握FH-CDMA（跳频码分多址）移动通信原理。

2．了解常用的正交跳频序列—RS编码序列。

二、实验内容1．测量FH-CDMA移动通信实验系统发射端及接收端锁相频率合成器控制电压，了解收发两端频率是否按同一跳频序列同步跳变（同地址FH-CDMA）或按不同跳频序列跳变（不同地址FH-CDMA）。

2．测量同地址与不同地址FH-CDMA发射端及接收端的有关信号与数据。

三、实验仪器设备1．双路无线综合测试仪；2．无绳电话（座机和手机）；有线电话若干；3. 小型程控交换机；4．数字示波器。

四、实验步骤：1． m序列发生器在时钟驱动下循环右移生成的m序列及对应的1个RS序列见表5-1。

使用4阶m序列发生器构成RS编码发生器。

填写至表5-2。

表5-1 4阶m序列的寄存器状态及N3N2N1N=000时的RS序列表5-2 RS编码序列使用RS编码序列作为频道号去控制频率合成器输出频率跳变。

选取0号及11号序列作为后面实验的正交跳频序列。

考虑到收发信机频道号为1-20，将上述序列值加3后得到实际使用的二组正交跳频序列填至表5-3。

表5-3 实验系统使用的二个正交跳频序列2．设置综测仪为FH-CDMA 工作方式（按K1至NECH 灯亮，再按K4），TRX-BS 及TRX-MS 的工作频道按表5-3以15跳/秒速率随机跳变，工作方式控制面板上信道(CH)号数码管实时显示TRX-MS 的信道号；打开发射机TX-BS （K6置ON ，K7置BS ，BS 测量面板TX 绿灯亮），加上内部调制数字信号（K9置INT ）。

3．反复按K4键，系统循环步进处于表5-4所示二种子工作方式之一。

表5-4 FH-CDMA 通信子工作方式4．双踪示波器二个通道都设置为DC 、2V/DIV~5V/DIV ，分别观测TRX-BS 及TRX-MS 的锁相频率合成器环路控制电压u cr ；置内触发方式；扫描速度调至足够慢。

电子信息工程系实验报告课程名称：移动通信技术实验项目名称：CDMA 移动通信系统实验 实验时间：班级：通信091 姓名：Jxairy 学 号： 实 验 目 的:1、掌握CDMA （码分多址）的基本原理。

2、了解DS-CDMA （直扩码分多址）移动通信系统原理及组成。

实 验 设 备:1、移动通信实验原理实验箱 一台2、20M 双踪示波器 一台 实 验 内 容:1、测量单信道DS-CDMA 通信系统发射机和接收机各点波形，了解发射机扩频调制及接收机相关检测的原理。

2、测量2信道DS-CDMA 通信系统发射机和接收机各点波形，进一步了解发端扩频调制、收端相关检测及码分多址逻辑信道形成原理。

实 验 原 理：1、DS-CDMA 移动通信系统2、DS-CDMA 移动通信的关键技术（1）正交码序列的研究、选择及配置。

（2）为克服远近效应，要进行精确，快速的发射功率控制。

（3）地址码同步：伪随机码的同步一般分两步进行，第一步是搜索和捕获伪随机的初始相位，使发端的码相位误差小于1bit ，这就可保证解扩后的信号通过相关器后面的窄带中频滤波器，通常称第一步为初十同步或捕获；第二步是在初始同步的基础上，使码相位误差进一步减少，使所建立的同步保持下去，通常称这一步为跟踪。

捕获：常用的捕获方法有滑动相关法、前置同步码法、发射参考信号法、突发同步法和匹配滤波器同步法。

在CDMA系统接收端，捕获的实现大多采用滑动相关法。

跟踪：实现跟踪也是利用伪随机码的相关特性实现的。

一般采用延迟锁相环来实现。

实验步骤及结果：1.安装好发射天线和接收天线。

2.插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再按下开关POWER301、POWER302、POWER401和POWER402，对应的发光二极管LED301、LED302、LED401和LED402发光，CDMA系统的发射机和接收机均开始工作。

3.发射机拨位开关“信码速率”、“扩频码速率”、“扩频”、“编码”均拨下，拨码开关“GOLD1置位”和“GOLD2置位”设置为不同。

XXXXXXXXX毕业设计（论文）DS-CDMA移动通信系统的仿真设计与实现摘要随着移动通信的迅猛发展，扩频通信技术在移动通信领域的应用已经步入了一个新的阶段，扩频通信不仅在军事通信方面发挥着不可取代的优势，而且广泛渗透到民用通信的各个方面。

而作为扩频通信技术之一的直接序列扩频是在扩频通信中应用最多，技术最成熟的一种频谱扩展方式，是目前应用最广泛的扩频系统。

本课题是对直接序列扩频通信系统的仿真设计与实现的研究，通过对系统模型的建立，仿真参数的设计以及系统波形的分析来分析系统的各项性能指标。

直接序列扩频通信系统的关键问题是扩频码和地址码的选择及系统的同步，论文采用的扩频编码信号(PN码)由发射机产生，并同载有实际信息的信号同时发送；为了达到伪码的同步，接收端采用同样的伪随机序列进行相关处理，然后采用科斯塔斯环法实现载波同步和伪码的同步。

并且在最后对设计仿真结果中的时域波形，系统的频谱图，系统的误码率以及抗干扰性能都做了分析，从而体会并了解到DS-CDMA系统的优势。

最终在对各种噪声干扰中，对仿真结果与理论值进行比较，可以得出本系统的仿真设计基本符合要求，并且可以深刻地体会到直接序列扩频通信系统具有良好的抗干扰性能，在未来的移动通信中具有决定性的应用前景。

关键词：DS-CDMA；扩频；System view仿真；码分多址；伪随机序列；系统同步- I -DS-CDMA移动通信系统仿真设计与实现Simulation Design and Implementation of the DS-CDMAMobile Communication SystemAbstractWith the rapid development of mobile communications, the technology of spread spectrum communication has entered a new phase in the field of mobile communications application , it not only plays an irreplaceable advantages in military communications, but also penetrates into a wide range of civilian communications The direct sequence spread spectrum as one of Spread-spectrum communication a way of spread spectrum which is applied most and trusty in technology ,which is applied most widely.This issue focus on the study of design and implementation of the simulation direct sequence spread spectrum communication systems, According to the setting of system model design of simulation parameters and analysis of system waveform it will analyse all kinds of index of the system. The key of direct sequence spread spectrum communication system is the choice of the code of spreading codes and addresses and system synchronization. spread spectrum encoding signal (PN code) which is used in this paper is generated by the transmitter, and sent with the signal which contain actual information simultaneity; in order to achieve synchronization of pseudo-code, the receiver process the status with the same pseudo-random sequence, and then using Costas Loop Carrier Synchronization Method for Synchronous and pseudo-code and the time-domain waveform, The system's frequency spectrum, the system's bit error rate anti-interference performance and the anti-interference performance of design and simulation results are analyzed finally ,I know the advantages of the DS-CDMA system.We could get that the design of the system simulation of the basic qualification requirements are met ,and realize the direct sequence spread spectrum communication system has a good anti-interference performance when simulation results are compared with the theoretical value in all kinds of noiseKey words:spread spectrum communication；System view simulation；pseudo-random sequence；the system synchronization；code division multiple access- II -XXXXXXXXX毕业设计（论文）目录第1章绪论 (1)1.1 扩频产生的背景及意义 (1)1.2 扩频的发展与应用 (1)1.3 各章内容安排 (2)第2章直接扩频通信系统的原理 (3)2.1 直接扩频通信系统的组成原理 (3)2.1.1 理论基础 (3)2.1.2 扩频原理 (4)2.2 性能分析 (5)2.2.1 抗干扰性能 (6)2.2.2 信噪比和误码率 (7)2.2.3 多址功能 (9)2.3 直接扩频通信系统关键技术研究 (10)2.3.1 伪随机序列 (10)2.3.2 编码与解码 (11)2.3.3 调制与解调 (12)2.3.4 扩频信号的解扩 (14)2.3.5 系统同步原理 (15)2.4 本章小结 (17)第3章DS-CDMA系统仿真设计与实现 (19)3.1 System view动态软件简介 (19)3.2 仿真系统的设计 (19)3.3 系统的参数计算与设定 (25)3.4 分析调试与实现 (28)3.5 本章小结 (37)结论与展望 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录A-1 英文文献 (42)附录A-2 英文文献翻译 (47)附录B 主要参考文献的题录及摘要 (50)- III -DS-CDMA移动通信系统仿真设计与实现插图清单图1-1 扩频通信系统组成框图 (1)图2-1 信道容量和带宽的关系 (3)图2-2 直接扩频通信系统组成框图 (4)图2-3 直接扩频通信系统主要波形和相位 (5)图2-4 DS-CDMA系统简化接收电路 (6)图2-5 扩频通信系统误码率特性曲线 (9)图2-6 直接扩频码分多址系统模型 (9)图2-7 线性移位寄存器 (10)图2-8 m序列的自相关函数 (11)图2-9 2FSK信号的相干解调原理 (13)图2-10 Costas环解调原理图 (14)图2-11 扩频码捕获原理框图 (15)图2-12 PN的跟踪原理图 (16)图2-13 平方变换法提取载波原理图 (16)图2-14 平方环法提取载波原理框图 (17)图3-1 参考法直接序列扩频通信系统原理框图 (20)图3-2 直接序列扩频仿真电路图 (21)图3-3调制子系统仿真电路图 (22)图3-4 混频子系统仿真电路图 (22)图3-5 解扩子系统仿真电路图 (23)图3-6 解调子系统仿真电路图 (24)图3-7 RC环路滤波器电路图 (24)图3-8由运放组成的放大器电路 (24)图3-9 经过220MHz的本振调制后的频谱图 (29)图3-10 发射点输出频谱图 (29)图3-11 解扩前两路信号的频谱图 (30)图3-12 解扩后信号的图形 (31)图3-13 经过Costas环解调后的输出波形与原始信号的比较 (31)图3-14 加入信道的仿真原理图 (32)图3-15 加入高斯噪声的Rice衰落信道模型 (32)图3-16 加入信道后的解扩前的频谱 (33)图3-17 加入信道后解扩输出的波形与频谱图 (34)图3-18 加入信道后输入输出波形 (34)图3-19 误码率曲线 (35)图3-20 不同情况下系统的眼图 (37)- IV -XXXXXXXXX毕业设计（论文）表格清单表3-1 系统图参数列表 (26)表3-2 调制子系统参数列表 (26)表3-3 混频子系统参数列表 (27)表3-4 解扩子系统参数列表 (27)表3-5 解调子系统参数列表 (28)- V -XXXXXXXXX毕业设计（论文）第1章绪论1.1 扩频产生的背景及意义扩频通信方式早在20世纪40年代就提出来了。

实验二 DS-CDMA（直扩码分多址）移动通信一、实验目的了解DS-CDMA（直扩码分多址）移动通信原理。

二、实验内容1．测量单信道DS-CDMA通信系统发端及收端波形，了解发端扩频调制及收端相关检测原理，初步了解直扩码分多址逻辑信道形成原理。

2．测量2信道DS-CDMA通信系统发端及收端波形，进一步了解发端扩频调制、收端相关检测及码分多址逻辑信道形成原理。

三、基本原理DS-CDMA利用高速率的正交码序列ci（互相关函数值为0或很小的码序列）作为地址码，与用户信息数据di相乘（或模2加）得到信息数据的直接序列扩频信号，经过相应的信道传输后，在接收端与本地产生的地址码进行相关检测，从中将地址码与本地地址码一致的用户数据选出，把不一致的用户数据除掉。

码分多址通信系统可完成时域、频域及空间上混叠的多个用户数据的同时传输，或者说，利用正交地址码序列在同一载频上形成了多路逻辑信道，可动态地分配给用户使用。

四、实验步骤1、单行道DS-CDMA通信：从发端至收端顺着信号流向，测得三种子方式下系统各点信号波形分别见图6-5、6-6、6-7(见本实验最后三页)。

由此初步分析了解DS-CDMA通信原理。

关断TX-BS（K6置OFF，BS测量面板TX灯灭），再测量收端各点信号。

2、双行道DS-CDMA通信：顺着信号流向测量并用座标纸记录二种子方式下系统发端D1、C1、DE1、D2、C2、DE2、DEX至收端AFO、DK1、DK2、CLK(上升沿有效)、DK各点信号波形，关断TX-BS（K6置OFF，BS测量面板TX灯灭），再测量收端各点信号。

五、实验波形（1）占空比为0.9时D1与C1 D1与DE1 D1与D2D1与C2 D1与DE2 D1与DEXD1与CLK D1与DK（2）占空比为0.9时D1与C1 D1与DE1 D1与D2 D1与C2 D1与DE2 D1与DEXD1与CLK D1与DK六、思考题1.分析同一载频上的二个DS-CDMA逻辑信道是如何形成的，总结DS-CDMA通信工作原理。

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。

实验六 DS／CDMA码分多址实验一、实验目的1. 了解CDMA基本原理；2．了解软件完成DS-CDMA的整个通信过程；3. 熟悉DS-CDMA的特点，加强对CDMA的理解；二、实验内容1．熟悉CDMA的原理；2．通过DSP来完成DS-CDMA的过程；3．测试DS-CDMA各点的波形；三、实验原理1．DS-CDMA基本原理DS-CDMA利用高速率的正交码或准正交码来作为地址码，与用户信息数据相乘（模二相加），得到数据信息的直接序列扩频信号，经过相应的信道传输后，在接收端与本地产生的地址码进行相关检测，，从中将地址码和本地地址码一致的用户数据选出，把不一致的用户数据除掉。

码分多址通信系统可以完成时域、频域及空间上混叠的多个用户直扩数据的同时传输。

图6－1为一个典型的CDMA系统框图。

图6－1 典型的CDMA系统框图从该图看出，在CDMA系统中，对每个用户来讲分为上行链路和下行链路。

在上行链路中，为每一个移动用户分配一个地址码，且这些地址码相互正交（或者准正交）。

移动台MS1、MS2、…、MSk分别分配有地址码C1’、C2’、…、CK’。

利用移动码型和移动用户的一一对应关系，基站便可以区分不同用户的信号。

同样，在下行通信链路中，基站发往不同移动用户的信号也用一组正交的地址码C1、C2、…、CK来进行区分。

移动用户根据分配给自己的对应地址码从下行链路中提取出发送给自己的信号。

地址码可以选择m序列、Gold序列和WALSH序列等。

CDMA系统具有以下的优点：● 大容量● 软容量● 采用多种分集技术● 软切换● 保密性能好● 话音质量高● 较低的发射功率2．DS-CDMA系统的实验在实验中用TMS320VC5509的DSP来编程，软件完成简易的DS-CDMA的功能。

具体过程如下：(1) 发送方1）将原始数据进行直扩2）对扩频后的数据BPSK调制3）通过DSP的MCBSP串口来传输数据4）对串口数据进行D/A转换，变成模拟信号5）对发送的模拟信号进行上变频，通过射频发送出去。