基于MATLAB的CDMA通信系统的仿真
摘要：利用MATLAB平台的Simulink可视化仿真功能，结合CDMA的实际通信情况，对CDMA通信系统的实现完整以及发送到接收的端到端的CDMA无通信系统的建模、仿真和分析。
本次介绍了CDMA的主要环节,包括扩频技术、信道等参数设置。
关键字：码分多址；扩频；MATLAB；Simulink
1 CDMA技术基础
1.1 扩频
定义：扩频技术就是将信息的频谱展宽后进行传输的技术。
理论基础：在白噪声干扰的条件下，信道容量
C = B log2 （1 + S / N ）香农公式
B—信道带宽 S —信号平均功率 N —噪声平均功率结论：在信道容量C不变的情况下，信道带宽B与信噪比S/N完全可以互相交换，即可以通过增大传输系统的带宽可以在较低信噪比的条件下获得比较满意的传输质量。
图1 扩频过程
扩频通信系统的主要特点：
（1）隐蔽性和保密性；(2）抗干扰和抗多径衰落能力强；（3）实现多址技术、增加容量、提高频率复用率；（4）占用频带较宽，系统复杂性增加。
1.2 CDMA仿真系统模型建立
图2 本次仿真CDMA系统组成框图
2 Matlab的CDMA通信系统的仿真
2.1 直接扩频的码分多址通信系统的仿真模型
图3 直接扩频的码分多址通信系统的仿真模型2.2 仿真系统的各部分分析
2.2.1 伯努利二进制随机信号发生器
三个Bernoulli Random Binary Generator（伯努利二进制随机信号发生器）表示三个不同的通信用户发射各自的通信信息（基带信号），码元宽度为6×10－6 s。
（1）第一路伯努利二进制随机信号发生器
图4 二进制伯努利序列产生器图5 第一路发生器产生的仿真波形
表2 第一路二进制伯努利序列产生器参数设置
参数名称参数值
模块类型Bernoulli Binary Generator Probability of a zero 0.5
Initial seed 12345
Sample time 3*2e-7
Frame-base outputs Unchecked Interlpret vector parameter as 1-D Unchecked （2）第二路伯努利二进制随机信号发生器
图6 二进制伯努利序列产生器图7 第二路发生器产生的仿真波形
表3 第二路二进制伯努利序列产生器参数设置
参数名称参数值
模块类型Bernoulli Binary Generator Probability of a zero 0.5
Initial seed 54321
Sample time 3*2e-7
Frame-base outputs Unchecked Interlpret vector parameter as 1-D Unchecked （3）第三路伯努利二进制随机信号发生器
图8 二进制伯努利序列产生器图9 第三路发生器产生的仿真波形
表4 第二路二进制伯努利序列产生器参数设置
参数名称参数值
模块类型Bernoulli Binary Generator Probability of a zero 0.5
Initial seed 13542
Sample time 3*2e-7
Frame-base outputs Unchecked Interlpret vector parameter as 1-D Unchecked
2.2.2 直接扩频
PN Sequence Generator（伪随机序列产生器）产生用于直接扩频的正交码组。
它产生的是m序列， m序列的码组有很好的正交性。
图10 PN伪随机序列产生器图11 PN伪随机序列产生器输出波形表5 PN Sequence Generator参数设置
本系统中的m序列周期是15，码元宽度为2×10－7 s，基带信号码元宽度是m序列码元宽度的30 倍，正好是两个m序列的周期。
延迟4个（m 序列）码元及延迟7个（m序列）码元的两个码组与原始的码组构成三个正交的码组。
它们分别对三个用户的信号进行直接扩频。
扩频的操作是将转换为二进制双极性信号的基带信号和用于扩频的码组直接相乘。
表6 左半六个Relay（中继器）参数设置
图12 中继器
2.2.3 信号与高斯白噪声的叠加
扩频后的信号在Sum（相加器）中与 Gauss Noise Generator（高斯噪声发生器）产生的高斯白噪声混合，这表现了码分多址通信的特点：在同一时间、同一频段利用正交的码组承载不同通信用户的信息传输。
表7 Gauss Noise Generator高斯噪声发生器参数设置
2.2.4 接收端
在接收端，所有的接收机接收到混合了所有用户通信信息与噪声的信号。
应用了两个模块将特定用户的信息解调出来：一是使用与发射端相同的码组来进行解扩。
因为码组有很强的自相关性和很弱的互相关性，只是将受到相同码组扩频的信号提取出来。
解扩的操作与扩频的操作类似，将二进制双极性信号形式的基带信号和用于解扩的码组直接相乘。
二是解扩后的信号通过一个低通滤波器，使得解扩出来的信号更为干净。
三个误码表的接收延迟时间均设定为１，分别记录了经扩频、混合、解扩以后的各路信息的失真情况。
本试验系统可以用作检验各种正交码组的正交性。
（1）离散滤波器
图13 离散滤波器图14 离散滤波器输出波形
表8 离散滤波器参数设置
（2）Relay（中继器）
表9 三个接在低通滤波器后的Relay（中继器）参数设置
（3）接在低通滤波器后的Relay（中继器）输出波形
第一路
图15 第一路输出波形
第二路
图16 第二路输出波形
第三路
图17 第三路输出波形
2.2.5 误码表
三个误码表的接收延迟时间均设定为１，分别记录了经扩频、混合、解扩以后的各路信息的失真情况。
图18 误码表显示
4 结束语
通过用MATLAB对CDMA系统的仿真调试、结果分析，让我熟悉了CDMA的工作原理，加深了对调制方式的认识，并深刻的了解实际PN码扩频的产生和应用。
通过仿真结果中的波形、频谱图等直观的方式，有助于实现对CDMA系统规律的把握研究。
本次论文设计，遇到了诸多不懂和设计难题，感到了自己所学的东西完全不够用，然而自己在实际运用中和所学理论有所差距，参考了许多的书籍和网上资料，但本课题对专业知识以及知识的综合运用能力的需求较高，书籍和网上的资料扔有许多不同。
希望自己在以后的学习中，加强对专业知识的学习，以及对知识能力的运用，树立学习目标。
网上有诸多的资料，让我受益匪浅，了解到MTLAB的强大，毫不夸张地说MTLAB可以运用到各个方面。
也了解到了当代通信工程的主要方向，对自己以后工作树定了大致方向。
参考文献
【1】樊昌信.通信原理[M].北京 : 国防工业出版社，2008.
【2】邵玉斌.MATLAB仿真在通信与电子工程的应用[M].西安：电子科技大学出版社，2010。