基于某MATLAB地WCDMA扩频通信系统地仿真设计与分析报告

基于MATLAB的WCDMA扩频通信系统的仿真设计与分析

学院：通信工程学院

专业：电子与通信工程

姓名：小瑜

学号：1501120442

摘要

在当今信息快速传递的时代，在频带资源有限的情况下仍要求更高的通信功能和通信资源，而扩频通信技术应用频谱展宽原理使频带利用率大大提高。随着通信技术的不断发展，第三代移动通信系统已经趋于成熟，扩频通信技术正是其中的关键技术，使得第三代移动通信具有很好的频谱效率和更大系统容量等优点。本文首先对扩频通信技术的理论基础、基本原理及其优点进行了简单的介绍，然后对WCDMA系统的基本原理以及扩频技术在WCDMA中的应用进行了简单论述，最后通过Simulink对WCDMA扩频通信系统进行了仿真模型的建立并对仿真结果进行了比较分析，实现了信号的扩频、解扩、加扰、解扰、调制、解调等部分。

关键词：扩频WCDMA Simulink 仿真

1. 扩频通信技术

1.1 扩频通信技术的发展

扩频通信技术最先主要应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域，直到80年代初才被应用于民用通信领域。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术现已广泛应用于蜂窝、数字通信、微波通信、无线定位系统、无线局域网、全球个人通信等系统中。

1.2 扩频通信系统的分类

扩频通信按其工作方式的不同，可分为直接序列扩频(DS)，跳频(FH)，跳时(TH)，以及它们的组合方式，如：FH／DS，TH／DS，FH／TH等。不同的扩频技术，

其抗干扰机理和对不同干扰的抵抗能力是不同的。在民用中应用较为广泛的是直接序列扩频系统和跳频扩频系统。下面主要对这两种扩频技术进行简单介绍。（1）直接序列扩频系统

直接序列扩频是直接利用具有高码率的扩频码系列采用各种调制方式在发端与扩展信号的频谱，而在收端，用相同的扩频码序去进行解码，把扩展宽的扩频信号还原成原始的信息。它是一种数字调制方法，具体说，就是将信源与一定的PN码(伪噪声码) 进行模二加。例如在发射端将“1”用，而将“0”用去代替，这个过程就实现了扩频，而在接收端只要把收到的序列是就恢复成“1”，是就恢复成“0”，就实现了解扩。这样信源速率就被提高了11倍，同时也使处理增益达到10dB以上，从而有效地提高了整机信噪比。

（2) 跳频扩频系统

我们在用收音机收听某电台，当电台在中波和短波两个波段上播放同一个节目时，有这样的体会：若中波波段信号不好，则随即换到短波波段收听；当短波波段信号不好，则又换回到中波波段收听。这种以更换波段的手段来改善收听效果的方法，就是跳频的通俗含义。只不过这种跳频仅在接收端发生，而且是由人工干预来实施跳频的。我们假设，当广播电台发送的频段也能“紧跟”收音机用户更换的话，那么，这种通信方式就是跳频通信。因此，跳频扩频(FHSS)技术是通过伪随机码的调制，使载波工作的中心频率不断跳跃改变，而噪音和干扰信号的中心频率却不会改变。这样，只要收、发信机之间按照固定的数字算法产生相同的伪随机码，就可以达到同步，排除噪音和其他干扰信号。

1.3 扩频的理论基础

S hannon定理指出：在高斯白噪声干扰条件下，通信系统的极限传输速率（或

称信道容量）为

（1）

式中：B为信号带宽；S为信号平均功率；N为噪声功率。

若白噪声的功率谱密度为n0，噪声功率N=n0B ，则信道容量C可表示为

（2）

由上式可以看出，B 、n0 、S确定后，信道容量C就确定了。由Shannon 第二定理知，若信源的信息速率小于或等于信道容量C，通过编码，信源的信息能以任意小的差错概率通过信道传输。为使信源产生的信息以尽可能高的信息速率通过信道，提高信道容量是人们所期望的。

由Shannon公式可以看出：

（1）信道容量C为常数时，带宽B与信噪比S/N可以互换，即可以通过增加带宽B 来降低系统对信噪比S/N 的要求。

（2）要增加系统的信息传输速率，则要求增加信道容量。增加信道容量的方法可以通过增加传输信号带宽B，或增加信噪比S/N来实现。由式（1）可知，B与C 成正比，而C与S/N成对数关系，因此，增加B比增加S/N更有效。

1.4 扩频通信系统的基本原理

对扩频通信系统的基本原理进行简单介绍，在本文中我们使用直接序列扩频通信系统，对信号进行扩展频谱，图1给出了直接序列扩频通信系统模型原理方框图。

直接序列扩频就是用比信息速率高很多倍的伪随机噪声码相乘来达到扩展信号的带宽，扩频通信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须的最小带宽。其波形图如图1中(a)所示，由信源产生的信息流{}n a通过

编码器变换为二进制数字信号)(t d 。二进制数字信号中所包含的两个符号的先验概率相同，均为2/1，且两个符号相互独立，二进制数字信号)(t d 与一个高速率的二进制伪噪声码)(t c 的波形（如图1中(b)所示，伪噪声码作为系统的扩频码序列）相乘，得到复合信号)()(t c t d ，这就扩展了传输信号的带宽。一般伪噪声码的速率c c T R /1=是Mb/s 的量级，有的甚至达到几百Mb/s 。而待传输的信息流{}n a 经编码器编码后的二进制数字信号的码速率b b T R /1=较低，如数字话音信号一般为16 kb/s ~32kb/s ，这就扩展了传输信号的带宽。

图1 扩展频谱通信系统模型

频谱扩展后的复合信号)()(t c t d 对载波)π2cos(0t f （0f 为载波频率）进行调制（直接序列扩频一般采用PSK 调制），然后通过发射机和天线送入信道中传输。发射机输出的扩频信号用)(t s 表示。扩频信号)(t

s 的带宽取决于伪噪声码)(t c 的码速率c R 。在PSK 调制的情况下，射频信号的带宽等于伪噪声码速率的2倍，即c R R 2RF =，而几乎与数字信号)(t d 的码速率无关。以上对待传输信号)(t d 的处理过程就是对信号)(t d 的频谱进行扩展的过程。经过上述过程的处理，达到了对)(t d 扩展频谱的目的。

(b )接收系统 (a )发射系统

(a ) d (t )

+1 -1

(b ) c (t )

+1