成绩评定表
课程设计任务书
摘要
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，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通信。由于利用互相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。
目录
1 课程设计目的 (1)
2 课程设计要求 (1)
3 相关知识 (1)
4 课程设计分析 (3)
5 仿真 (8)
6结果分析 (9)
7参考文献 (11)
1.课程设计目的
（1）加深对通信基本理论知识的理解。
（2）增强在通信原理仿真方面的动手能力与自学能力。
（3）熟悉MATLAB 文件中M 文件的使用方法，包括函数、原理和方法的应用。
2.课程设计要求
（1）掌握课程设计的相关知识、概念清晰。 （2）程序设计合理、能够正确运行。
3.相关知识 3.1 CDMA 的基础
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；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。 1.扩频通信的理论基础
①香农公式
?
?? ??
+=N S W C 1log 2
②公式分析
A 、在给定的传输速率C 不变的条件下，频带宽度W 和信噪比S ／N 是可以互换的。即可通过增加频带宽度的方法，在较低的信噪比情况下，传输信息。
B 、扩展频谱换取信噪比要求的降低，正是扩频通信的重要特点，并由此为扩频通信的应用奠定了基础。
2.扩频通信的主要性能指标 ①处理增益
各种扩频系统的抗干扰能力大体上都与扩频系统的处理增益Gp 成正比，Gp 表
示了扩频系统信噪比改善的程度。即有
b c
m W P R R
B B G lg 10lg
10==
式中， BW 为扩频信号带宽， Bm 为信息带宽；Rc 为伪随机码的信息速率，Rb 为基带信号的信息速率。 ②抗干扰容限
通信系统要正常工作，还需保证输出端有一定的信噪比，并扣除系统内部的
信噪比的损耗，因此就引入抗干扰容限Mj ，其定义如下：
?
??
???+??? ??-=S o p j L N S G M
式中，(S/N)o 中为输出端的信噪比；LS 为系统损耗。 3.扩频系统的分类 ①DS-SS
是直接用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱。而在收端，用
相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。 ②FH-SS
用一定码序列进行选择的多频率频移键控。也就是说，用扩频码序列去进行
频移键控调制，使载波频率不断地跳变，所以称为跳频。系统有几个、几十个、甚至上干个频率、由所传信息与扩频码的组合去进行选择控制，不断跳变。所以，跳频系统也占用了比信息带宽要宽得多的频带 ③TH-SS
跳时是使发射信号在时间轴上跳变。首先把时间轴分成许多时片。在一帧内
哪个时片发射信号由扩频码序列去进行控制。可以把跳时理解为：用一定码序列进行选择的多时片的时移键控。由于采用了很窄的时片去发送信号，相对说来，信号的频谱也就展宽了。
3.2 CDMA的原理
1、直扩系统的原理
①信号时域波形与频域波形关系
②可以采用窄的脉冲序列去进行调制某一载波，得到一个很宽的双边带的直扩信号。采用的脉冲越窄，扩展的频谱越宽。直扩系统正是应用了这一原理，直接用重复频率很高的窄脉冲序列来展宽信号的频谱。
2、扩频通信的主要特点
①易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率
②抗干扰性强，误码率低
③隐蔽性好，对各种窄带通信系统干扰很小
④具有多址能力，易于实现码分多址
⑤抗多径干扰
⑥保密性好
4.课程设计分析
4.1整体仿真框图分析
4.
图1 CDMA 通信系统的仿真框图
1.信源
二进制贝努利序列产生器产生一个二进制序列，并且这个二进制序列中的0 和1 服从贝努利分布。使用了4个二进制贝努利信号发生器，以子系统形式封装于输入信号中。产生器的产生是由一个随机信号器与一个常数进行判决，输出的二进制再进行抽样整形，从而输出符合参数设置的二进制。输入信号抽样时间均设为1，即码元宽度为1，选择产生一维向量。
2.伪随机序列生成器
扩频通信系统中，伪随机序列与正交编码是十分重要的技术。主要包括m 序列，Gold 序列，Walsh码序列等。Walsh 码序列比较复杂，正交性较好，主要用于CDMA IS-95 系统中。而Gold 序列可以比m 序列产生更多的地址码，更适合于大型的通信系统。选用m 序列作为扩频序列，而且有4 个用户。4 个m 序列分别是4 级，5 级，6 级和7级，周期分别为15，31，63 和127。扩频序列发生器的主要参数为生成多项式，实验采用的数值分别为：[1 1 0 0 1]、[1 1 0 0 0 1]、[1 1 0 0 0 0 1]、[1 0 1 0 1 0 1 1]。抽样时间，设置为0.1，即码元宽度为0.1。
3..扩频
采用直接序列扩频方式实现多址接入。在仿真中，将原信号与伪随机序列相乘，从而实现扩频。但由于输入信号和m 序列都是单极性的二进制数，所以在进入乘法器进行扩频之前，还要对它们进行单/双变换，变成双极性信号。图2 分别给出了原信号波形、扩频序列波形和扩频后的信号波形。本系统的扩频倍数为10。
图2 直接序列扩频方式
图3 BCH码的仿真框图
4.2编码与调制
1 .BCH编码仿真框图如3所示。模型采用BCH码，要求送入编码器的是维数为4的矢量，编码器的输出是维数为7的矢量，即为每个信息组添加了3位校验码元，由图４得知，只进行差错控制编码，而没有经过扩频的信号，在给定的高斯信道中传输，随着码源传输的时间增加，误码率会比较高。
图4 BCH码的误码率曲线
2. M-PSK仿真图5给出的是M=16时M-PSK的仿真框图，信号调制后的频谱和相位星座图分别如图6和图7所示。本文中4个调制器的相数M分别为16，32，32，40。由星座图可以得知，将每个输入信号都对应于一个点，点与点之间的相位差为360°/16=22.5°。
图5 M-PSK 仿真模型图
图6 M-PSK信号频谱图
图7 M-PSK信号星座图
图8 SNR与噪声功率的关系
为了减少噪声影响，在解扩之后加入低通滤波器，采用直接Ⅱ型传输滤波器。根据发送信号的频谱，该滤波器的分子系数和分母系数分别设置为[0.0004 0.0017 0.0025 0.0017 0.0004] 和[1.0000 -3.1811 3.8623 -2.1130 0.4385]，初始条件为0。滤波器幅频、相频特性曲线如图9 所示。发送信号与接收机恢复出的信号同时送入误码仪(Error-rate meter)模块进行比较，误码仪可计算和显示误码率和误比特。
图9 滤波器特性
5.仿真
本系统主要包括信号源输入、扩频序列发生器、扩频解扩、编码译码、调制解调、信道、接收判决、误码计算等。为了简化模型，使用了子系统将其中的一些模块
进行了封装。设计中，使用了递加的方法，可以实现多个不同用户按不同情况接入，图10为整体仿真框图。
图10 整体仿真框图
6.结果分析
1. 单用户在不同信道环境下的仿真由表1可以分析出，在信道传输过程中，信道的噪声对结果影响很大，在噪声功率为100W的情况下，误码率偏高。降低噪声功率后，误码率也明显减小。可见，在单用户情况下，CDMA通信系统的误码率主要取决于信道中的噪声。
表1 单用户在不同信道环境下的仿真
2. 多用户在相同信道环境下的仿真
仿真条件：用户数从1
到4，由于本系统采用了递加的方法，所以可以在同一个系统中观察到从1个用户一直到4个用户的四种不同情况下的仿真。由表2的仿真结果可以看出，由于是采用了噪声功率为0.01W 的信道传输环境，所以在单用户情况下误码率为0，而增加了用户数之后，误码率也随之增加。可见，信号在传输过程中，除了受到信道噪声的影响外，还存在多址接入干扰、单频干扰、窄带干扰、跟踪式干扰等，主要是多址接入干扰。
表2 多用户在相同信道环境下的仿真
7.参考文献
[1] 樊昌信. 通信原理（第6版）.国防工业出版社，2006，09
[2] 黎洪松. 数字通信原理.西安电子系科技大学出版社，2005，07
[3] 任嘉伟. 数字频带通信系统计算机仿真[J].电脑知识与技术，2008，07
[4] 吕跃广通信系统仿真.电子工业出版社,2010.03