基于MATLAB环境下DS-CDMA扩频技术仿真；摘要：CDMA(CodeDivisionMult；本文先对课题的大背景做了介绍，主要针对CDMA系；目录；引言；随着社会、经济的发展，移动通信得到越来越广泛的应；本文用MATLAB对DS-CDMA系统进行部分仿；通信的目的是传递消息中的信息；各种不同的消息可以分成两类：离散消息和连续消息；数字通信系统概括；数
基于MATLAB环境下DS-CDMA扩频技术仿真
要：CDMA(Code Division Multiple Access)是在扩频通信的基础上发展起来的。所谓扩频，是将原信号频谱扩展到宽带中进行传输的一种技术。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。 本文先对课题的大背景做了介绍，主要针对CDMA系统的扩频方式和PN序列的扩频原理进行了详细的陈述和推导，并通过Matlab仿真软件对其仿真实现。 关键词：直扩系统；CDMA；PN扩频； PSK调制解调；Matlab仿真
引言 随着社会、经济的发展，移动通信得到越来越广泛的应用，移动通信技术的发展日新月异。CDMA(Code Division Multiple Access)码分多址，作为一种抗干扰的通信手段，很早就在军事通信中得到应用。但将CDMA技术应用于民用的数字蜂窝移动通信系统，还是80年代末由美国Qualcomm公司实现的。码分多址以扩频为基础，传输信息的信号带宽远大于信息带宽。给每个用户分配一个唯一的扩频码，通过该扩频码的不同来识别用户。由于CDMA手机发射功率小，且采用先进的软切换技术，不会出现掉线现象。 本文用MATLAB对DS-CDMA系统进行部分仿真，建立了系统仿真模型，能够方便、形象的描绘DS-CDMA的工作原理和过程；结果证明了通信理论和整个系统设计的正确性，对进一步研究相关理论有着积极的作用和意义，能够在模拟系统的过程中找出缺点和不足，并加以研究纠正，以便更好的应用到实际当中。 通信的目的是传递消息中的信息。例如，符号、文字、语音、数据、图象等都是消息(message)。人们接收消息，关心的是消息中包含的有效内容，即信息(information)。消息必须转换为电信号(常简化为信号signal)才能在通信系统中传输―消息被载荷在电信号的某一参量上。所以，信号是传输消息的手段，是载体。 各种不同的消息可以分成两类：离散消息和连续消息。代表消息的电信号，按其代表消息的参量的取值方式不同，可以分为模拟信号(如语音信号)和数字信号(如代表文字的编码、计算机数据信号等)。代表数字信号一个取值的波形称为一个码元。和上述信号的分类相对应，通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统。 数字通信系统概括 数字通信系统有多种，例如数字电话系统、高速计算机并行数据处理传输系统等。点对点的数字通信系统模型，一般可用图2-1所示，当然实际的数字通信系统并非一定要包括所有的环节。图中同步环节没有出示，因它的位置往往是不固定的。
信源 编码器 调制器
信道 解调器 译码器
信宿 噪声源
图2-1 数字通信系统模型
信源将消息转换为原始电信号(基带信号)。典型例子有话筒(语音到音频电信号)、摄像机(图像到视频电信号)、电传机(字符到数字信号)等。 编码器包括信源编码和信道编码。信源编码实现两个功能：1、除去信源中的多余信息(数据压缩)，提高传输效率；2、当信源发出的是模拟信号时，将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输。信道编码是在信号中按一定规则加入一些保护成分(监督元)，译码器从解码过程中发现或纠正错误，提高传输的可靠性。 调制器是将基带信号变换成适合具体信道传输的信号。 信道：传送物理信号的设施。如明线、双绞线、同轴电缆、光纤、无线电波等。 噪声源：是整个系统受噪声干扰的集中反映。 信宿：将恢复的信号转换为原始消息。耳机、扬声器、显像管等。 解调和译码分别与编码和调制对应，实现反变换。 在实际系统中，可能涉及更多的设备，如加密器、滤波器、放大器等。另外，数字通信还有同步问题。 相对而言，数字通信具有抗干扰能力强、保密性好、灵活性高、便于集成和微型化等优点，但都以占据更多系统带宽为代价，并且对同步要求高，系统设备比较复杂。通信方式从模拟向数字通信发展是通信技术发展的总趋势。 如果将基带信号直接在信道中传输，易受高频电磁波干扰，而且整个信道只传输一种信号，信道利用率低。为了充分利用信道，将多路信号组合成群信号，在一条信道上同时传输―信道复用。根据合并与区分各信号的方法不同，主要有三种复用方式，即频分复用(FDM)、时分复用(TDM)和码分复用(CDM)。码分复用是用一组包含互相正交的码字的码组携带多路信号，即CDM。 考虑如何解决众多用户高效共享给定频谱资源的问题时就涉及到多址方式，常规的有频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)等。 CDMA是以扩频通信为基础的。 扩频通信基础 扩频是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(一般是伪随机码Pseudo Noise，PN码)实现，与所传数据无关，在接收端用同步接收实现解扩和数据恢复。扩频通信的理论基础为香农定理
C?B?log2?1?SN?
(2-1) 式中，C为信道容量，单位为bps，表示通信信道所允许的极限传输速率，也表示了所希望得到的性能；B为信道带宽(也被称为系统带宽)，表示要付出的代价；S/N为信噪比，单位dB，表示周围的环境或物理特性。由式(2-1)可得出重要结论：对于给定的信息传输速率，可以用不同的带宽和信噪比的组合来传输。扩频通信系统正是利用这一理论，将信道带宽扩展许多倍以换取信噪比上的好处，增强了系统的抗干扰能力。 扩频通信的重要参数扩频增益，反映了由频谱扩展对抗干扰性的强弱。定义为： G=So/NoBW=Si/NiRb
(2-2) 式中，Si和So分别为输入、输出信号功率；Ni和No分别为输入、输出干扰功率；BW为随机码的信息速率，Rb为基带信号的信息速率。 常用的扩频方式有跳频(Frequency Hopping，FH)、直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum，DS)以及复合式扩频等。 直接序列扩频(DS)，是直接利用具有高码率的扩频码序列在发送端扩展信号的频谱[14]，而在接收端，用相同的扩频码序列进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息，是一种数字调制方法。直扩系统的原理框图如图2-2所示。
解解扩 混信源 调扩频
高放 调 频 制
本 伪码 同载波 伪码 振
发生发生发生
图2-2 直扩(DS)系统结构图
CDMA系统的理论基础 扩展频谱通信原理 扩频的定义[10]为：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。根据香农定理即C?Wlog2?1?SN?，可得对于给定的信息传输速率，可以用不同的带宽和信噪比的组合来传输，即信噪比和信道带宽可以互换。扩频通信系统正是基于此理论，将信道带宽扩展许多倍以换取信噪比上的好处，增强系统的抗干扰能力。 一个典型的扩频通信系统框图[2]如图2.1所示。 信源 信源编码 信道编码 调制 扩频 信 道 本振 伪随机码 信宿 信源译码
信道译码 解调 解扩
图2.1 典型的扩频通信系统模型 扩频通信中，信源编码可减小信息的冗余度，提高信道的传输效率。信道编码增加信息在信道传输中的冗余度，使其具有检错或纠错能力提高信道传输质量。调制使经信道编码后的符号能在适当的频段传输。扩频和解扩是为了提高系统的抗干扰能力而进行的信号频谱展宽和还原。 码分多址系统应用扩频通信原理[8]。在发送端，将要传输的信息通过与伪随机码序列进行调制，使其频谱展宽，即“扩频”；在接收端，用与发送端相同的码序列进行“反扩展”，将宽带信号恢复成窄带信号，即“解扩”。窄带干扰信号由于与伪随机序列不相关，在接收端被扩展，从而使进入信号频带内的干扰信号功率大大降低，增加解调器输入端的信噪比。 1.2 CDMA系统的扩频方式和重要参数 在实际的码分多址系统中，直接序列扩频方式得到了广泛的认可和应用。它具有很强的抗干扰能力，采用高速码率的伪随机码在发送端进行扩频，在接收端用相同的码序列进行解扩，然后将展宽的扩频信号还原成原始信息。本文采用直接序列扩频方式。 CDMA扩频通信有两个重要参数[9]：扩频增益和干扰容限。 （1）扩频增益 扩频增益，通常用于衡量扩频系统抗干扰能力的优劣。定义为接收机相关器输出信噪比和接收机相关器的输入信噪比之比，即：
SiNiRb(2.2a) 其中，式中Si和S0分别为接收机相关器的输入、输出端信号功率，Ni和N0三亿文库包含各类专业文献、应用写作文书、高等教育、各类资格考试、幼儿教育、小学教育、72基于MATLAB环境下DS等内容。　
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基于Matlab的DS-CDMA系统仿真与分析――论文
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混沌序列在DS-CDMA中的应用研究
相对于伪随机序列(PN)码,混沌序列码具有较好的自相关和互相关性能,它有望替代PN码在直序扩谱码分多址(DS-CDMA)通讯系统中得到应用,以提高通讯系统的容量及性能.该文通过介绍IS-95 CDMA的标准,说明了混沌数字CDMA的兑现原理,并以蔡氏混沌电路为例,分析了混沌序列信号的随机性和相关性及其电路的同步功能.最后,通过计算机数值仿真来进一步验证混沌随机序列在DS-CDMA系统中应用的可能性.
作者单位：
厦门大学技术物理研究所,厦门,361005
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机标分类号：
在线出版日期：
基金项目：
国家自然科学基金，福建省自然科学基金，福建省高新技术项目
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