【文章內(nèi)容簡介】 1 CDMA 系統(tǒng)基本模型 卷積編碼 卷積編碼器對(duì)輸入的數(shù)據(jù)流每次 1比特或 k 比特進(jìn)行編碼，輸出 n 個(gè)編碼符號(hào)。但輸出分支碼字的每個(gè)碼元不僅和此時(shí)刻輸入的 k個(gè)信息有關(guān)，也和前面 m 個(gè)連續(xù)時(shí)刻輸入的信息元有關(guān)，因此編碼器包含有 m 級(jí)寄存器以記錄這些信息，即卷積碼編碼器是有記憶的。卷積編碼可表示為（ n， k， m），碼率為 k/n。 卷積 編 碼 的原理是把 k 個(gè)信息比特 通過編碼，擴(kuò)展成 n個(gè)比特 ， k和 n都不大。便于串行傳輸， 傳輸 時(shí)延小。 卷積編碼另一個(gè)不同于 分組碼 的特點(diǎn)是 ，卷積碼編碼中 有 nN 個(gè)相關(guān)的碼元數(shù)。 編碼后的碼元與當(dāng)前 k 個(gè)信息 有關(guān) 的同時(shí) ， 也 與前面的 N1個(gè) 信息有關(guān) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。 N 越大是，卷積碼的糾錯(cuò)性越好，差錯(cuò)率則越小。 當(dāng) k為 1時(shí)，卷積碼編碼器的結(jié)構(gòu)包括一個(gè)有 m個(gè)串接的寄存器構(gòu)成的移位寄存器（成為 m 級(jí)以為寄存器）、 n個(gè)連接到指定寄存器的模二加法器以及把模二加法器的輸出轉(zhuǎn)化為串行輸出的轉(zhuǎn)換開關(guān)。卷積碼編碼器每次輸入一個(gè)信息比特，從輸出端輸出卷積碼分信源 卷積編碼 交織編碼 加擾碼 擴(kuò)頻 調(diào)制 AWGN 信道 解調(diào) 解擴(kuò)頻 信宿 解卷積 解交織 去擾碼 基于 MATLAB的 CDMA系統(tǒng)仿真分析 7 支碼字的兩個(gè)碼元，并有轉(zhuǎn)換開關(guān)把兩個(gè)輸出端口變換為串行輸出。二進(jìn)制卷積編碼器如圖 22 所示。 交織編碼 交織編碼將序列的順序打亂，這樣的好處是，在信道受到突發(fā)干擾的時(shí)候，可以將誤碼分散。也就是誤碼不會(huì)集中在一小段時(shí)間，這樣有利于糾錯(cuò)。偽隨機(jī)序列主要包括 m序列碼， Gold 序列碼， Walsh 序列碼等。其中 Walsh 碼序列復(fù)雜，正交性較好，可用于前向擴(kuò)展頻譜，反向區(qū)分信道類型 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。而相比于 m 序列， Gold 序列可以產(chǎn)生更多地址碼，更適合于大型的通信系統(tǒng) 。 Walsh 碼的良好正交性體現(xiàn)在：在同一個(gè)周期 T 內(nèi)，不同碼字之間的積分為零，相同碼字之間的積分不為零，為 T。本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)選用的是第三種碼。 偽隨機(jī)碼 偽隨機(jī)碼簡稱 PN碼。為隨機(jī)碼性質(zhì)上與白噪聲相似，白噪聲是瞬間值服從正態(tài)分布，并在很大頻帶內(nèi)功率譜都是均勻的一種隨即過程。 偽隨機(jī)碼是周期碼，容易賦值加工。偽隨機(jī)碼性能類似于白噪聲，功率譜頻帶很寬，具有很好的抗干擾特性。能容易從其他噪聲和干擾信號(hào)中分離出來，因此在實(shí)踐中常用偽隨機(jī)碼作為擴(kuò)展頻譜的擴(kuò)頻碼。 實(shí)踐中常用來產(chǎn)生偽隨機(jī)碼有如下特點(diǎn)： (1) 在一個(gè)周期內(nèi) 0和 1出現(xiàn)的概率相近，出現(xiàn)次數(shù)最多只差一次。 (2) 在一個(gè)周期內(nèi)，連續(xù)出現(xiàn)長度為 x 比特的 1（ 0）的次數(shù)比連續(xù)出現(xiàn)長度為 x+1比特的 1（ 0）的次數(shù)多一倍。 圖 22. 二進(jìn)制卷積編碼器 寄存器 寄存器 寄存器 a b 基于 MATLAB的 CDMA系統(tǒng)仿真分析 8 (3) 偽隨機(jī)序列的自相關(guān)函數(shù)滿足式（ 21）的特性： NNKR m o d001)(????? ???? ??? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (21) 其中 為碼元延時(shí)， N為碼長， K為小于 N的整數(shù)。所謂自相關(guān)函數(shù)反映的是一個(gè)序列不同時(shí)刻兩個(gè)狀態(tài)之間的相關(guān)程度。其中，若函數(shù)是周期的， 則其自相關(guān)函數(shù)也是周期的，且周期與原函數(shù)相同。 對(duì)于碼長為 N 的周期碼 和 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ,其互相關(guān)函數(shù)定義為式（ 22）： ?? ??Ni iiab baNR 11)( ?? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (22) 特別的，當(dāng) 為零時(shí)兩個(gè)碼序列相互正交。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的自相關(guān)函數(shù)定義為式（ 23）： ?? ??Ni iia aaNR 11)( ?? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (23) 令 ，能將二元域 {0， 1}映射到 {1,1}， 1 變成 1,0 變成 1。結(jié)合公式 (22)和公式（ 23）可得到式（ 24）和式（ 25）： N DADA DARab ?????)(?錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (24) N DADA DARa ?????)(? (25) 其中 A為 和 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 /錯(cuò)誤 !未找到引用源。 兩序列中同 0或同 1的數(shù)目， D是亮序列中對(duì)應(yīng)不同碼元的數(shù)目。 故有，周期碼序列滿足式 (26)時(shí)，則稱之為廣義偽隨機(jī)碼。 )( m od )( m od00111)( 1 NNaaNR Ni iia ????? ??? ?? ? ???? ?錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (26) 當(dāng) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 與 1/N相等時(shí)，得到上文中的式（ 21）。 擴(kuò)頻序列 在擴(kuò)頻系統(tǒng)中，電信號(hào)的頻域描述是頻譜，常見的語音、圖像和數(shù)據(jù)等信息的信號(hào)都可以用頻譜表示出來，即信息信號(hào)可表示為時(shí)間的函數(shù)。 可以通過傅里葉變化由信號(hào)的時(shí)域表示得到頻域表示 F（ f） 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。頻域和時(shí)域的關(guān)系如式（ 27）： 基于 MATLAB的 CDMA系統(tǒng)仿真分析 9 ????????????????dfefFtfdtetffFftjftj??22)()()()(錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (27) 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有抗干擾能力好。 擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)是香農(nóng)公式，香農(nóng)公式反映了影響信道的無差錯(cuò)傳輸能力的因素。即式（ 28）： )1(log2 NSBC ?? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (28) 當(dāng) S/N 的比值遠(yuǎn)小于 1 時(shí)，有式 (29)的結(jié)論： NSBC ? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (29) 由此可見，在給定噪比 S/N的前提下，增大帶寬可獲得較低的信息差錯(cuò)率。 擴(kuò)頻系統(tǒng)的發(fā)射模型如圖 23所示 0： 輸出信號(hào) s（ t）表達(dá)式 (210)如下： )2c o s ()()()( 0 tftctAdts ?? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (210) 直接擴(kuò)頻過程是利用擴(kuò)頻序列乘上原始序列，得到復(fù)合序列，其時(shí)域表示如下圖 24： 圖 23 擴(kuò)頻發(fā)射原理框圖 編碼器 M 序列發(fā)生器 數(shù)據(jù)源 發(fā)射機(jī) 射頻振蕩器 c(t) d(t) s(t) 基于 MATLAB的 CDMA系統(tǒng)仿真分析 10 接收端的頻譜示意圖如圖 25： 信號(hào)調(diào)制 同等發(fā)射功率的條件下， QPSK 只要用一半的帶寬就能得到與 BPSK 條件下相同的誤碼率。但在這使用 QPSK 調(diào)試不是因?yàn)槠涔?jié)省帶寬，而是因?yàn)?QPSK 對(duì)不受到某些干擾的影響。 QPSK 信號(hào)產(chǎn)生原理是采用正交調(diào)制法來直接產(chǎn)生調(diào)相信號(hào)，二進(jìn)制碼兩位一組以串行形式輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)換后，寬度變?yōu)樵瓉淼膬杀?，以并行形式輸出。接著進(jìn)行極性變換，然后用兩個(gè)相互正交的載波分別乘上兩個(gè)信號(hào)，再把兩個(gè)信號(hào)相加，從輸出端輸出。其原理框圖如圖 26所示： 復(fù)合序列 信息數(shù)據(jù) 擴(kuò)頻序列 圖 24 擴(kuò)頻信號(hào)傳輸示意圖 恢復(fù)序列 圖 25 輸出信號(hào)頻譜示意圖 0 基于 MATLAB的 CDMA系統(tǒng)仿真分析 11 QPSK 調(diào)制的輸出如式（ 211） ： )()2s in ()()()2c os ()()( 21 txfttqtxfttits ?? ?? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (211) 式中 x1(t)和 x2(t)分別為同相支路和正交支路的擴(kuò)頻碼，兩擴(kuò)頻碼的碼速率相同但碼結(jié)構(gòu)不同，取值為177。 1。在設(shè)計(jì)時(shí)我們?nèi)?x1(t)和 x2(t)的碼速率是同步的并且相干， x1(t)和 x2(t)彼此獨(dú)立。 信號(hào)解調(diào) QPSK 信號(hào)是由兩個(gè)相互正交的信號(hào)合成的。其原理框圖如圖 27所示： 在同相路和正交路兩路分別設(shè)置一個(gè)相關(guān)器，即用兩個(gè)相互正交的同頻載波信號(hào)分別圖 27 QPSK 解調(diào)原理圖 90176。相移 Sqpsk 匹配濾波 抽樣判決 串 /并轉(zhuǎn)換 載波恢復(fù)換 抽樣判決 匹配濾波 定時(shí)恢復(fù) QPSK信號(hào) DemQpluse DemIpluse DemIqpsk DemQqpsk Sqpsk 還原的二進(jìn)制信息 圖 26 QPSK 信號(hào)產(chǎn)生原理框圖 串 /并轉(zhuǎn)換 脈沖成型 脈沖成型 載波發(fā)生 90 176。相移 二進(jìn)制信息 X 已調(diào)信號(hào) Sqpsk I Q Ipluse Qpluse Iqpsk Qqpsk 基于 MATLAB的 CDMA系統(tǒng)仿真分析 12 對(duì)兩個(gè)相干信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。然后信號(hào)經(jīng)過濾波器，即可恢復(fù)出原始相互正交的基帶信號(hào)，最后再經(jīng)過電平判決和串并轉(zhuǎn)換即可還原出原來的信號(hào)。 維特比譯碼 譯碼器的功能就是要根據(jù)某種法則以盡可能低的錯(cuò)誤概率對(duì)編碼輸入信息做出估計(jì)。卷積碼譯碼通常按照最大似然法則譯碼，采用逐步比較的方法來逼近發(fā)送序列的路徑。 所謂逐步比較就是把接收序列的第 j 個(gè)分支碼字和網(wǎng)格圖上相應(yīng)的兩個(gè)時(shí)刻 j 和 j+1時(shí)刻之間的各支路作比較，即和編碼器在此期間可能 輸出的分支碼字作比較，計(jì)算和記錄它們之間的漢明距離，同時(shí)把他們分別累加到 j 時(shí)刻之前的各支路累加到漢明距離之上。比較累加結(jié)果并進(jìn)行選擇，保留漢明距離最小的一條路徑，稱其為幸存路徑，其余的路徑均被刪除。所以 j+1 時(shí)刻進(jìn)入每個(gè)節(jié)點(diǎn)的路徑只有一條，且均為幸存路徑。這一過程直到接收序列的分支碼字全部處理完畢，具有最小漢明距離的路徑即為發(fā)送序列。 CDMA 的技術(shù)特點(diǎn) CDMA 系統(tǒng)是 基于 擴(kuò)頻技術(shù) 的 自干擾 通信 系統(tǒng) 。 系統(tǒng)為 不同的 用戶