m基于MATLAB的码分多址复用技术的仿真

简介: CDMA技术的基础是扩频通信。扩频:用来传输信息的信号带宽远远大于信息本身带宽的一种传输方式,频带的扩展由独立于信息的扩频码来实现,与所传信息数据无关,在接收端用同步接收实现解扩和数据恢复。如图2-1,我们可以知道CDMA系统的基本原理和TDMA、FDMA的区别。

1.算法概述

     CDMA技术的基础是扩频通信。扩频:用来传输信息的信号带宽远远大于信息本身带宽的一种传输方式,频带的扩展由独立于信息的扩频码来实现,与所传信息数据无关,在接收端用同步接收实现解扩和数据恢复。如图2-1,我们可以知道CDMA系统的基本原理和TDMA、FDMA的区别。


image.png


image.png

     这个公式表明,在高斯信道中当传输系统的信号噪声功率比S/N下降时,可用增加系统传输带宽W的办法来保持信道容量C不变。对于任意给定的信号噪声功率比,可以用增大传输带宽来获得较低的信息差错率。正因为这个原因,扩频通信具有比较强的抗噪声干扰的能力。CDMA技术是以扩频通信为基础的载波调制和多址接入技术,所以如何实现扩频部分对于整个CDMA系统的实现有着重要的影响。


      CDMA技术是以扩频通信为基础的载波调制和多址接入技术,所以如何实现扩频部分对于整个CDMA系统的实现有着重要的影响。下图是CDMA系统的基本原理图:

image.png


     信号经信源编码后成为数字信号,经过纠错编码、卷积编码和交织等相关处理后送入调制器中,利用PN码发生器产生的高速PN码将数字信号变成码片,使得信号的传输带宽远大于信号本身的带宽以实现扩频通信,同时,为了使信号的传输与信道特性相匹配,必须用载波发生器产生的载波去调制扩频信号。使其频率变为适合信道传愉的射频频段,将数字信号调制成模拟信号后通过放大器发射出去。在接收端,利用下变频器将射频信号还原成中频信号,采用与发射端相同的信号处理技术再将信号还原成原始信号,从而达到数据通信传输的目的。


     针对本课题所要求的CDMA发送端的设计,主要从以下几个方面去研究,数据处理模块、差分编码模块、PN码序列产生模块、扩频模块。其中数据处理模块主要是用来完成数据的串/并变换;差分编码模块主要用于对数据先进行差分编码;PN码序列产生模块是扩频通信模块中比较重要的模块,其具体的作用和功能我们将在具体实践中做具体研究和讨论;扩频模块是发射端的核心模块,主要用于完成数据的扩频。图2-3就是CDMA系统模块化以后的基本结构,其中虚线框内的部分就是CDMA数字基带发送部分,本课题我们主要就是完成下图中上半部分,此外,在此基础上将对接收部分做简单的介绍。图中发送端和接收端的Walsh码发生器和PN码发生器其实是同一个模块,它们的区别仅仅是延迟不同。

image.png

     由上图可知,这个系统一共有两个模块组成——调制模块和解调模块。其中调制模块是信号发生器产生4路输入信号,经WALSH调制、PN扩频、基带求和与并/串变换成为1路信号,完成调制。而解调模块主要是将收到的1路信号首先进行串并转换,在取得同步的基础上进行PN解扩和WALSH解调从而恢复出4路信息。该系统框图就是我们所要实现的系统的基本结构,具体实现方法、步骤、以及原理分析及优化我将针对每个模块,在后面给予具体研究。

2.仿真效果预览

image.png

image.png

image.png

3.MATLAB程序


.............................................................

 

%串----并

for i=1:31

   for j=1:16

          pn_walsh_user_rec(i,j)=pn_walsh_user_c(i*j);

   end

end

%pn解扩

for i=1:31

   for j=1:16

         walsh_user_rec(i,j)=pn_walsh_user_rec(i,j)*pn(i);

   end

end

 

for i=1:31

   for j=1:16

         walsh_user_rec2(j)=walsh_user_rec(i,j);

   end

end

 

%walsh解扩

   user_rec2(1,1)=walsh_user_rec2(1);

   user_rec2(1,2)=walsh_user_rec2(2);

   user_rec2(1,3)=walsh_user_rec2(3);

   user_rec2(1,4)=walsh_user_rec2(4);

 

   user_rec2(2,1)=walsh_user_rec2(5);

   user_rec2(2,2)=walsh_user_rec2(6);

   user_rec2(2,3)=walsh_user_rec2(7);

   user_rec2(2,4)=walsh_user_rec2(8);

 

   user_rec2(3,1)=walsh_user_rec2(9);

   user_rec2(3,2)=walsh_user_rec2(10);

   user_rec2(3,3)=walsh_user_rec2(11);

   user_rec2(3,4)=walsh_user_rec2(12);

 

   user_rec2(4,1)=walsh_user_rec2(13);

   user_rec2(4,2)=walsh_user_rec2(14);

   user_rec2(4,3)=walsh_user_rec2(15);

   user_rec2(4,4)=walsh_user_rec2(16);

 

   for i=1:4

       for j=1:4

           rec(i,j)= user_rec2(i,j)*walsh(i,j);

       end

   end

 

 

 

 

   %===============接收信号===================================

 

   rec_signal= user_rec2(1,1:4);

 

   %========画信号==============================================================

   if t==1

   figure;

   subplot(511)

   stairs(1:4,user,'r');%用户信号

   axis([1,4,-2,2]);

   title('用户发送的信号')

 

   subplot(512)%随机码

   stairs(1:31,pn);

   axis([1,31,-2,2]);

   title('随机码')

 

   subplot(513)%调制WALSH

   stairs(1:16,walsh_user2,'r');

   axis([1,16,-2,2]);

   title('调制WALSH')

 

   subplot(514) %发送

   stairs(1:496,pn_walsh_user_c);

   axis([1,496,-2,2]);

   title('发送信号')

 

   subplot(515)  %数据接收

   stairs(1:4,rec_signal,'r');

   axis([1,4,-2,2]);

   title('数据接收信号')

   hold on;

end

end

 

 

figure;

subplot(411);

stairs(1:32,user0);

axis([1,32,-2,2]);title('user0数据接收信号')

 

subplot(412);

stairs(1:32,user1);

axis([1,32,-2,2]);title('user1数据接收信号')

 

subplot(413);

stairs(1:32,user2);

axis([1,32,-2,2]);title('user2数据接收信号')

 

subplot(414);

stairs(1:32,user3);

axis([1,32,-2,2]);title('user3数据接收信号')

 

%%

%=====================以上是加上噪声的 误码率测试=================================================

prompt={'请输入用户个数:','请输入用户发送信息个数:','请输入用户码功率','请输入噪声功率','请输入要测试的用户ID号'};

name=['码分多址复用技术测试'];

line=1;

 

defaultanswer={'4','100','1 2 3 4', '10','1'};

 

glabel=inputdlg(prompt,name,line,defaultanswer);%对话框

num1=str2num(char(glabel(1,1)));                %对话框

num2=str2num(char(glabel(2,1)));                %对话框

num3=str2num(char(glabel(3,1)));                %对话框

num4=str2num(char(glabel(4,1)));                %对话框

k=str2num(char(glabel(5,1)));                   %对话框

 

UserNumber=num1;%用户数

inflength=num2;%用户信息序列长度

a=num3;  %用户信息功率

Pn=num4; %噪声功率

sigma=1;%噪声标准差

 

%==========================================================================

N=31;%伪随即序列的阶数

R=(ones(UserNumber)+(N-1)*eye(UserNumber))/N; %相关系数矩阵

b=2*round(rand(UserNumber,inflength))-1;   %用户信息矩阵(随机+1,-1矩阵)

coefficients=[1 0 1 0 0]; %5级左移m序列码发生器的反馈系数

mseq=mseries(coefficients); %生成31×31的m序列码矩阵

mseq=mseq(1:UserNumber,1:N);

%==================以上生成随即序列========================================

.............................................

01_001_m


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