基于MATLAB的CDMA通信系统仿真

目录：

一、 前言： ................................................................................ 2

二、 CDMA基础及原理： ...................................................... 2

三、 整体仿真框图及分析 ....................................................... 4

四、 编码和调制 ....................................................................... 6

五、 仿真系统.......................................................................... 10

六、 实验结果.......................................................................... 11

七、 心得体会.......................................................................... 13

一、前言：

20 世纪60 年代以来，随着民用通信事业的发展，频带拥挤问题日益突出。

CDMA，在使用相同频率资源的情况下，理论上CDMA 移动网比模拟网容量大20

倍，实际使用中比模拟网大10 倍，比GSM 要大4 ~ 5 倍，所以在通信领域中

起着非常重要的作用。CDMA 的基本原理是利用互相正交的不同编码,分配给不同

用户调制信号，实现多用户同时使用同一频率接入系统和网络通信。由于利用互

相正交的编码去调制信号，会将原信号的频谱带宽扩展，因此，这种通信方式，

又称为扩频通信。

二、CDMA基础及原理：

扩频通信技术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

息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制

的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接

收、解扩及恢复所传信息数据。

1.扩频通信的理论基础

①香农公式

S



CWlog1

2





N

②公式分析

A、在给定的传输速率C不变的条件下，频带宽度W和信噪比S／N是可以互换的。

即可通过增加频带宽度的方法，在较低的信噪比情况下，传输信息。

B、扩展频谱换取信噪比要求的降低，正是扩频通信的重要特点，并由此为扩频

通信的应用奠定了基础。

2.扩频通信的主要性能指标

①处理增益

各种扩频系统的抗干扰能力大体上都与扩频系统的处理增益Gp成正比，Gp表

示了扩频系统信噪比改善的程度。即有

BR

Wc

G10lg10lg

P

BR

mb

式中， BW为扩频信号带宽， Bm为信息带宽；Rc为伪随机码的信息速率，Rb

为基带信号的信息速率。

②抗干扰容限

通信系统要正常工作，还需保证输出端有一定的信噪比，并扣除系统内部的

信噪比的损耗，因此就引入抗干扰容限Mj，其定义如下：





S

MGL

jpS









N

o

式中，(S/N)o中为输出端的信噪比；LS为系统损耗。

3.扩频系统的分类

①DS-SS

是直接用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱。而在收端，用

相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。

②FH-SS

用一定码序列进行选择的多频率频移键控。也就是说，用扩频码序列去进行

频移键控调制，使载波频率不断地跳变，所以称为跳频。系统有几个、几十个、

甚至上干个频率、由所传信息与扩频码的组合去进行选择控制，不断跳变。所以，

跳频系统也占用了比信息带宽要宽得多的频带

③TH-SS

跳时是使发射信号在时间轴上跳变。首先把时间轴分成许多时片。在一帧内

哪个时片发射信号由扩频码序列去进行控制。可以把跳时理解为：用一定码序列

进行选择的多时片的时移键控。由于采用了很窄的时片去发送信号，相对说来，

信号的频谱也就展宽了。

4、直扩系统的原理

①信号时域波形与频域波形关系

②可以采用窄的脉冲序列去进行调制某一载波，得到一个很宽的双边带的直扩信

号。采用的脉冲越窄，扩展的频谱越宽。直扩系统正是应用了这一原理，直接用

重复频率很高的窄脉冲序列来展宽信号的频谱。

5、扩频通信的主要特点

①易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率

②抗干扰性强，误码率低

③隐蔽性好，对各种窄带通信系统干扰很小

④具有多址能力，易于实现码分多址

⑤抗多径干扰

⑥保密性好

三、整体仿真框图及分析

图1 CDMA 通信系统的仿真框图

1.信源

二进制贝努利序列产生器产生一个二进制序列，并且这个二进制序列中的0 和1

服从贝努利分布。使用了4个二进制贝努利信号发生器，以子系统形式封装于输

入信号中。产生器的产生是由一个随机信号器与一个常数进行判决，输出的二进

制再进行抽样整形，从而输出符合参数设置的二进制。输入信号抽样时间均设为

1，即码元宽度为1，选择产生一维向量。

2.伪随机序列生成器

扩频通信系统中，伪随机序列与正交编码是十分重要的技术。主要包括m 序列，

Gold 序列，Walsh码序列等。Walsh 码序列比较复杂，正交性较好，主要用于CDMA

IS-95 系统中。而Gold 序列可以比m 序列产生更多的地址码，更适合于大型的

通信系统。选用m 序列作为扩频序列，而且有4 个用户。4 个m 序列分别是4 级，

5 级，6 级和7级，周期分别为15，31，63 和127。扩频序列发生器的主要参数

为生成多项式，实验采用的数值分别为：[1 1 0 0 1]、[1 1 0 0 0 1]、[1 1

0 0 0 0 1]、[1 0 1 0 1 0 1 1]。抽样时间，设置为0.1，即码元宽度为0.1。

3..扩频

采用直接序列扩频方式实现多址接入。在仿真中，将原信号与伪随机序列相乘，

从而实现扩频。但由于输入信号和m 序列都是单极性的二进制数，所以在进入乘

法器进行扩频之前，还要对它们进行单/双变换，变成双极性信号。图2 分别给

出了原信号波形、扩频序列波形和扩频后的信号波形。本系统的扩频倍数为10。

图2 直接序列扩频方式

图3 BCH码的仿真框图

四、编码和调制

1 .BCH编码 仿真框图如3所示。模型采用BCH码，要求送入编码器的是维数为4

的矢量，编码器的输出是维数为7的矢量，即为每个信息组添加了3位校验码元，

由图４得知，只进行差错控制编码，而没有经过扩频的信号，在给定的高斯信道

中传输，随着码源传输的时间增加，误码率会比较高。

图4 BCH码的误码率曲线

2. M-PSK仿真图5给出的是=16时M-PSK的仿真框图，信号调制后的频谱和相位星

M

座图分别如图6和图7所示。本文中4个调制器的相数分别为16，32，32，40。由

M

星座图可以得知，将每个输入信号都对应于一个点，点与点之间的相位差为360°

/16=22.5°。

图5 M-PSK 仿真模型图

图6 M-PSK信号频谱图

图7 M-PSK信号星座图

图8 SNR与噪声功率的关系

为了减少噪声影响，在解扩之后加入低通滤波器，采用直接Ⅱ型传输滤波器。根

据发送信号的频谱，该滤波器的分子系数和分母系数分别设置为[0.0004 0.0017

0.0025 0.0017 0.0004] 和[1.0000 -3.1811 3.8623 -2.1130 0.4385]，初始条

件为0。滤波器幅频、相频特性曲线如图9 所示。发送信号与接收机恢复出的信

号同时送入误码仪(Error-rate meter)模块进行比较，误码仪可计算和显示误码

率和误比特。

图9 滤波器特性

五、仿真系统

本系统主要包括信号源输入、扩频序列发生器、扩频解扩、编码译码、调制解调、

信道、接收判决、误码计算等。为了简化模型，使用了子系统将其中的一些模块

进行了封装。设计中，使用了递加的方法，可以实现多个不同用户按不同情况接

入，图10为整体仿真框图。

图10 整体仿真框图

六、实验结果

1. 单用户在不同信道环境下的仿真由表1可以分析出，在信道传输过程中，信道

的噪声对结果影响很大，在噪声功率为100W的情况下，误码率偏高。降低噪声功

率后，误码率也明显减小。可见，在单用户情况下，CDMA通信系统的误码率主要

取决于信道中的噪声。

表1 单用户在不同信道环境下的仿真

用户数 传送信息量误码数 噪声功率/W 抗干扰方式 误码率

/ bit

1 1000 444 100 直扩 0.444

1 1000 345 10 直扩 0.345

1 1000 161 1 直扩 0.161

1 1000 23 0.1 直扩 0.023

1 1000 0 0.01 直扩 0

2. 多用户在相同信道环境下的仿真

仿真条件：用户数从1到4，由于本系统采用了递加的方法，所以可以在同一个系

统中观察到从1个用户一直到4个用户的四种不同情况下的仿真。由表2的仿真结

果可以看出，由于是采用了噪声功率为0.01W的信道传输环境，所以在单用户情

况下误码率为0，而增加了用户数之后，误码率也随之增加。可见，信号在传输

过程中，除了受到信道噪声的影响外，还存在多址接入干扰、单频干扰、窄带干

扰、跟踪式干扰等，主要是多址接入干扰。

表2 多用户在相同信道环境下的仿真

用户数 传送信息量误码数 噪声功率/W 噪声功率/W 误码率

/ bit 抗干扰方式

1 1000 0 0.01 直扩 0

2 1000 183 0.01 直扩 0.183

2 1000 176 0.01 直扩 0.176

3 1000 223 0.01 直扩 0.223

七、心得体会

通过这次实训，我了解了CDMA的相关知识及其发展过程，学会了

利用MATLAB 的SIMULINK 功能模块对CDMA无线通信进行仿真并了解

各模块参数的设置情况，熟悉和掌握了MATLAB软件的操作和应用，复

习和巩固了与CDMA相关的理论知识，锻炼了动手实践能力。

在此要感谢在这次实训过程中给予我帮助的老师和同学们，感谢

学院给了我们这次实训的机会，感谢老师的悉心教导和细心的讲解，

感谢在实训过程中和我一起努力和探讨问题的同学们，谢谢你们。