基于码分多址的CDMA系统仿真

陈震

摘要：CDMA码分多址技术是移动通信系统常用的技术之一，且是主流技术之一。本文首先对CDMA系统原理详细做了阐述；然后对码分多址技术进行了介绍，并列出其主要优点与存在的问题；随后详细阐述了码分多址技术的理论基础、扩展频谱通信原理、并且画出了码分多址通信系统的框图；最后结合m序列扩频原理和通信系统框图设计了码分多址通信系统仿真模型，并采用Simulink 仿真软件对CDMA通信系统进行了仿真，得到了接收信号的时间波形图。CDMA通信系统仿真模型的正确性得以证明。

关键词：CDMA、通信系统、Simulink系统仿真

Abstract: code division multiple access technology is CDMA mobile communication system commonly used one of the technology, and is the mainstream technical one. This paper first to CDMA system principle detailed paper; And then the code division multiple access technology are introduced, and giving a its main advantage of and the problems existing in the; And then expounds the code division multiple access technology theory basis, spread spectrum communication principle, and draw the code division multiple access (cdma) system of communication block diagram; Finally the paper m sequence spread spectrum communication system diagram design principle and the code division multiple access (CDMA) communication system simulation model, and the simulation software Simulink to CDMA communication system is simulated, obtained the received signal wave figures of the time. CDMA communication system simulation to prove the validity of the model.

Keywords: CDMA, communication system, Simulink system simulation

中图分类号: TN929.5 文献标识码：A 文章编号：

引言

随着社会的不断发展和科学技术的不断进步，现如今世界已经进入信息时代。通信的不断发展和完善给人们带来了更多的快捷和方便。本文首先对CDMA系统原理详细做了阐述；然后对码分多址技术进行了介绍，并列出其主要优点与存在的问题；随后详细阐述了码分多址技术的理论基础、扩展频谱通信原理、并且画出了码分多址通信系统的框图；最后采用基于MATLAB6.5仿真工具箱SIMULINK，并且结合m序列扩频原理和通信系统框图设计了码分多址通信系统仿真模型，得到了接收信号的时间波形图。CDMA通信系统仿真模型的正确性得以证明。

CDMA系统的理论基础

2.1 扩展频谱通信原理

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，能够得出给定的信息传输速率，然后用不同的带宽与信噪比的组合来传输。这也就是扩频通信系统的原理，把信道带宽扩展许多倍从而可以得到信噪比上的好处，增强系统的抗干扰能力。扩频通信系统框图如图1所示。

图1 典型的扩频通信系统模型

在扩频通信系统中，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，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。

2.2 CDMA系统的扩频方式和重要参数

在CDMA码分多址系统中广泛应用直接序列扩频方式，其抗干扰能力较强，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，然后把展宽的扩频信号还原成原始信息。扩频增益和干扰容限是CDMA扩频通信的两个重要参数。

（1）扩频增益

扩频增益一般用来评价扩频系统抗干扰能力的优劣，指的是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。式中和分别指的是接收机相关器的输入、输出端信号功率，和分别指的是相关器的输入、输出端干扰功率，W是系统的扩频带宽，是基带信号的信息速率。

（2）干扰容限

干扰容限一般用来表示扩频系统在干扰环境下的工作性能，公式是 。

式中是输出信噪比，是系统损耗，G是扩频增益。并且如果干扰功率超过信号功率M（dB）时，系统将无法正常工作。

2.3 伪随机码序列

伪随机序列的自相关和互相关特性是码分多址系统中的研究重点。自相关函数用来表示信号与其延迟时间T以后的相似性，公式是，对于二进制而且周期为P的序列，归一化后计算得到的互相关系数是 。A为位移前后两个码元序列相同码元的数目，D为位移前后两个码元不同码元的数目。

互相关函数是指两个不同码序列之间的相关性，公式是，对于二进制周期为P的序列，归一化之后计算得到的互相关系数是，如果M是某编码码组的集合，则对于码组，都可以满足，那么此时把M称为正交编码，其任意两个码组均互不相关，保持正交。

狭义伪随机序列指的是凡自相关系数具有下列形式的码序列：

，其中为序列与初始序列的相位差。

广义伪随机序列指的是凡自相关系数具有下列形式的码序列：

。

伪随机序列主要用于扩频调制。由0和1组成的伪随机序列，用来模拟伪随机信号波形。用+1代替码序列中1，用-1代替码序列中的0，得到码序列和波形的对应关系，这样码序列的模2加和信号波形相乘是等效的。需满足目标接收端，能识别并同步产生此序列；对于非目标接收端而言，该序列是不可识别的。利用线性反馈移位寄存器或PN模块可以产生这样的伪随机序列。本CDMA仿真模型中的伪随机序列主要采用四级m序列。