对CDMA通信系统多址干扰的仿真研究

徐豪+杨亿成

[摘 要]自20世纪70年代末第一代移动通信系统面世以来，移动通信产业一直以惊人的速度迅猛发展。其中，CDMA移动通信以其容量大、频谱利用率高等诸多优点，显示出强大的生命力，引起人们的广泛关注，成为第三代移动通信的核心技术。本文根据CDMA通信系统的基本原理，利用Matlab提供的可视化仿真工具Simulink建立了CDMA通信系统仿真模型。

[关键词]CDMA通信系统；多址干扰；Simulink；扩频增益

中图分类号：R277 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）26-0021-01

1 基本原理

基于扩频理论的CDMA通信系统。扩频是用来传输信号带宽信息比信息本身是一种传输带宽大得多，由独立的信息扩频码实现的带的扩展，与已无关的数据传输，在接收端同步实现数据恢复。扩频通信的理论基础是香农定理

式中，C为信道容量，bps；W为信道带宽（也被称为系统带宽）；S/N为信噪比，dB。由式（1）可得出一重要结论：对于给定的信息传输速率，可以用不同的带宽和信噪比的组合来传输。扩频通信系统正是利用这一理论，将信道带宽扩展许多倍以换取信噪比上的好处，增强了系统的抗干擾能力。扩频通信的重要参数扩频增益，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为

式中，Si和S0分别为接收机相关器的输入、输出端信号功率；Ni和N0分别为相关器的输入、输出端干扰功率；W为随机码的信息速率，Rb为基带信号的信息速率。扩频增益（G）决定了系统抗干扰能力的强弱。扩频通信系统中采用伪随机序列扩频，在实际的通信系统中可以利用不同的伪随机序列作为不同用户的地址码，从而实现码分多址通信。常用的伪随机序列有m序列、Walsh序列及GOLD序列。本设计采用m序列。

码分多址系统利用码序列正交性和准正交性来区分不同用户，在同频、同时的条件下，各个接收机根据不同信号码型之间的差异分离出需要的信号。它们的存在类似于在信道中引入了噪声或干扰，通常称之为多址干扰。码分多址通信系统原理框图如图1所示。

2 Simulink简介

Simulink是Matlab中的一种可视化仿真工具，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个集成环境，广泛应用于线性/非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink采用模块化方式，每个模块都有自己的输入/输出端口，实现一定的功能。在Simulink中，仿真模型表现为若干个仿真模块的集合以及这些模块之间的连接关系，这使得仿真的设计和分析过程变得直观和便捷，同时有利于仿真模型的扩充。Simulink提供了许多模块库，本设计用到的有信源模块库（Sources）、离散模块库（Discrete）、数学函数库（Math）、通信模块库（Communicationsblockset）及输出显示库（Sinks）。

3 建立系统仿真模型

3.1 系统仿真原理

3.1.1 发送端信源1经频谱扩展后进行PSK调制再通过信道，信道中含有MAI多址干扰信号及高斯白噪声。本设计中的多址干扰模块仿真的是双发射条件下，另一个数据包对信源1的干扰情况。

3.1.2 接收端采用与发送端信源1完全相同的PN序列进行相关解扩、PSK解调及抽样判决后恢复出信源1的信息。

3.2 系统模块设计

3.2.1 信源采用RandomIntegergenerator来代替实际的数字信号。实际的数字信号应该是模拟信号（如语音信号）经量化和压缩编码得到的二进制信号，其特点是二值性和随机性。信源速率设置为10b/s。

3.2.2 扩频与解扩利用PN序列生成器模块（PNSequenceGenerator），产生8级、传输速率500b/s的PN伪随机序列来达到扩频和多址接入效果，这里扩频增益为50倍。扩频的运算是信息流与PN码相乘或模二加的过程。解扩的过程与扩频过程完全相同，即将接收的信号用PN码进行第二次扩频处理。要求使用的PN码与发送端扩频用PN码不仅码字相同，而且相位相同。否则会使有用信号自身相互抵消。解扩处理将信号压缩到信号频带内，由宽带信号恢复为窄带信号。

3.2.3 调制与解调使用二相相移键控PSK方式，载波频率设置为10kHz。

3.2.4 信道采用加性高斯白噪声模块，均值设置为0，方差设置为1。

4 仿真结果及分析

图2是系统仿真结果，上图为信源、下图为信宿。仿真时间设置为50s，多址干扰用户数为1，即同时通信的用户数为2；接收信源1的信息。由图3可见，信宿与信源1完全相同，误码率为0。若其它参数保持不变，只增加多址干扰用户数，接收的信息有误码，且随用户数增多误码率也加大。

由上述结果可见，利用不同的（应选择互相关系数最小）伪随机序列作为不同用户的地址码，可实现码分多址通信。

5 结论

多址干扰是CDMA系统本身存在的自我干扰，它限制了CDMA蜂窝移动系统的容量，对系统容量起主要制约作用。利用Simulink工具仿真码分多址通信系统，能够方便地建立系统模型，直观地观察各模块的信号变化，快捷地修改各参数设置，有利于系统仿真及系统分析。

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