Matlab实现ds-cdma基带系统资料讲解

Matlab实现DS/CDMA基带传输系统

●设计要求：

各用户的二进制数据b与扩频码c进行扩频，用户数K为4个，扩频增益取31，扩频码采用Gold码，接收端假设理想同步，对各用户通过解扩恢复各自的信息数据。发端基带成型采用滚降因子为0.22的平方根升余弦滚降脉冲（用48阶的FIR滤波器来实现，每个码片采样16个样点），接收机用码片第8个或第9个样点作为判决点，信噪比大小（SNR）自设，如SNR可取为20dB或30dB。

●设计原理

1、扩频/解扩技术

扩展频谱(SS:Spread Spectrum)通信简称扩频通信。在发送端，采用扩频码调制，使信号所占的带宽宽度远大于所传信息必须的带宽；在接收端，采用相同的扩频码进行相关解调来解扩以恢复所传信息数据。

理论基础

扩频通信的基本理论是根据信息论中的Shannon 公式，即

式中：C为系统的信道容量（bit/s）；B为系统信道带宽（Hz）；S为信号的平均功率；N为噪声功率。

Shannon公式表明了一个系统信道无误差地传输信息的能力跟存在于信道中的信噪比（S/N）以及用于传输信息的系统信道带宽（B）之间的关系。该公式说明了两个最重要的概念：一个是在一定的信道容量的条件下，可以用减少发送信号功率、增加信道带宽的办法达到提高信道容量的要求；一个是可以采用减少带宽而增加信号功率的办法来达到。

扩频增益是扩频通信的重要参数，它反应了扩频通信系统抗干扰能力的强弱，其定义为

接收机相关器输出信噪比和接收机相关器输入信噪比之比，即

式中，S i和S0分别为接收机相关器输入、输出端信号功率；N i和N0分别为相关器的输入、输出端干扰功率；R s为伪随机码的信息速率，R d为基带信号的信息速率；B s为频谱扩展后的信号带宽，B d频谱扩展前的信号带宽。

●实现方法：

扩频通信系统与普通的数字通信系统相比较，就是多了扩频调制和解扩部分。在发端输入的信息先经信息调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱。在接收端收到的宽带射频信号，变频至中频，然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩。再经信息解调、恢复成原始信息输出。一次调制为信息调制，二次调制为扩频调制，以及相应的信息解调、解扩

以上是扩频通信的一般的调制解调方式，本文只采用直接序列扩频调制。直接序列扩频调制是以直接扩频方式构成的扩展频谱通信系统，通常简称直扩（DS）系统。如前所述，它是直接用高速率为随机码在发端去扩展信息数据的频谱；在收

端，用完全相同的伪随机码进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始信息。这里的“完全相同”是指收端产生的伪随机码不但在码型结构上与发端的相同，而且在相位上也要一致（完全同步）。如果码型结构相同但不同步，也不能恢复成窄带信号，得不到所发的信息。 ⊗⊗⊗12

b DS/CDMA 基带传输系统框图

如图，本文的扩频通信的实现，首先用本地产生的GOLD 序列，与各用户数字信号进行扩频调制， 相加后经过余弦滚降滤波器成型基带信号发送，在接收端对接收到的数字信号进行滤波，抽样，然后解扩，恢复出原来的信号。

2、伪随机序列和码分多址技术

伪随机码，它是类似于随机序列基本特性的确定序列。通常广泛应用二进制序列，因此我们仅限于二进制序列。在概率论中，二进制独立随机序列一般称为贝努利序列，它由两个元素0,1或-1,1组成，序列中不同位置的元素取值相互独立，取0或取1的概率相等，都为1/2。它有以下三个基本特性：

(1) 在序列中0和1出现的相对概率各为1/2。

(2) 序列中连0或连1称为游程，连0或连1的个数称为游程的长度。序列中长度为1的游程数占游程总数的1/2；长度为2的游程占游程总数的1/4；长度为3的游程数占游程总数的1/8；长度为n 的游程数占游程总数的n 21（对于所有有限的n ）。此性质我们称为随机序列的游程特性。

(3) 如果将给定的随机序列位移任何个元素，所得序列和原序列的对应元素有一半相同，一半不相同。

Gold 码的产生方法

Gold 码是m 序列的组合码，由同步时钟控制的两个码字不同的m 序列优选对逐位模2加得到，其原理如图2-1 所示。这两个码发生器的周期相同，速率也相同，因而两者保持一的 定的相位关系，这样产生的组合码与这两个子码序列的周期也相同。当改变两个m 序列的 相对位移时，会得到一个新的Gold 码。Gold 码虽然是m 序列模2 加得到的，但它已不再是m 序列，不过仍具有与m 序列近似的优良特性，各个码组之间的互相关特性与原来两个m 序列之间的互相关特性一样，最大的互相关值不会超过原来两个m 序列间最大互相关值。

Gold 码最大的优点是具有比m 序列多得多的独立码组。

Gold码序列发生器

Gold 码序列具有以下性质：

（1）两个m 序列优选对经不同移位相加产生的新序列都是Gold 序列，两个n 级移位寄

存器可以产生2n+1 个Gold 序列，周期均为2n-1。

（2）Gold 码序列的周期性自相关函数是一个三值函数，与m 序列相比，具有良好的互相关特性。

在码分多址通信系统中，利用自相关性很强而互相关值为0或很小的周期性码序列作为地址码，与信息数据相乘（或模2加），经过相应的信道传输后，在接收端以本地产生的已知地址码为参考，根据相关性的差异对收到的所有信号进行鉴别，从中将地址码与本地地址码一致的信号选出来，把不一致的信号除掉（称之为相关检测）。

●本设计中，要求扩频增益取31，即一个信息码元中含有31个gold码元,

用户信息码和gold码都为随机产生，转化为双极性码元，进行扩频调制：（此次发送200个信息码元）现在列举其中一个用户前30个信息码元和扩频调制后100个码元.扩频码长度为31*200=6200。