基于MATLAB的CDMA RAKE接收机仿真

毕业设计（论文）

题目：基于MATLAB的CDMA RAKE接收机仿真 专业班级： 姓名： 指导教师姓名： 职称： 学 院：

2010年04月10日

目 录

摘 要 ............................................................................................................................. 1 Abstract ............................................................................................................................ 2 绪 论 ............................................................................................................................. 3 1 MATLAB语言基础 ..................................................................................................... 4 1.1 MATLAB概述 ......................................................................................................... 4 1.1.1 MATLAB的概况 ...................................................................................................... 4 1.1.2.MATLAB产生的历史背景 ........................................................................................ 4 1.1.3 MATLAB的语言特点 ............................................................................................... 5 1.2 MATLAB的安装于使用 ........................................................................................... 7 1.2.1 MATLAB安装 ......................................................................................................... 7 1.2.2 MATLAB运行 ......................................................................................................... 7 1.2.3结束MATLAB ......................................................................................................... 7 1.3 MATLAB 基本语法和基本操作 ................................................................................ 8 1.3.1数值运算的功能 ....................................................................................................... 8 1.3.2符号的作用 .............................................................................................................. 8 1.3.3用matlab函数创建矩阵 ............................................................................................ 8 1.3.4 矩阵的修改 ............................................................................................................. 9 1.3.5矩阵运算.................................................................................................................. 9 2 CDMA信号及高速网络时代三大主流3G技术 .......................................................... 10 2.1 3G技术概况........................................................................................................... 10 2.1.1 3G技术的标准 ....................................................................................................... 10 2.2 CDMA信号简介 .................................................................................................... 10 2.2.1 CDMA概述 ........................................................................................................... 10 2.2.2 CDMA技术标准 .....................................................................................................11 2.2.3 CDMA所具有的优势及技术持点 ............................................................................ 12 2.3 CDMA信号分类及各自特点 ................................................................................... 14 2.3.1 W-CDMA ............................................................................................................... 15 2.3.2 CDMA2000 ............................................................................................................ 15 2.3.3 TD-SCDMA............................................................................................................ 15 2.3.4 TD-SCDMA的发展过程：...................................................................................... 16 2.3.5 TD-SCDMA的优缺点............................................................................................. 17 3 RAKE 接收机 ............................................................................................................. 18 3.1 RAKE接收机-技术发展及研究现状 ........................................................................ 18 3.2 RAKE接收机基本原理 ........................................................................................... 19 3.3 RAKE接收机数字实现模型 .................................................................................... 21 3.4 RAKE接收机在WCDMA中的应用 ........................................................................ 22 3.5 RAKE接收机MATLAB仿真.................................................................................. 22 3.6 RAKE接收机系统性能 ........................................................................................... 23 结 论 ............................................................................................................................. 25 参考文献........................................................................................................................ 26 附件............................................................................................................................... 27 致 谢 ........................................................................................................................... 33

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

摘 要

在简要介绍MATLAB语言的基础上，对使用MATLAB语言仿真的CDMA通信系统进行描述。该程序仿真CDMA接收机的功能，包括解扩，解交织，信道编码(卷积码)，解码，信源编码(CRC)解码5个功能模块，生成用于数字基带传输的信号序列。 仿真CDMA发射机的功能，包括随机序列的产生，信源编码尾比特添加, 信道编码(卷积编码)，分组交织和扩频调制6个功能模块，生成用于数字基带，矩阵实验室（MATLAB:Matrix Laboratory）是一种以矩阵运算为基础的交互式的程序语言。与其它计算机语言相比，具有简洁和智能化程度高的特点，而且适应专业科技人员的思维方式和书写习惯，因而用其编程和调试，可以大大提高工作的效率。 对使用MATLAB语言仿真CDMA通信系统进行描述。CDMA是指在各发送端使用不相同、相互（准）正交的地址码调制所传送的信息，而在接收端在利用码型的（准）正交性，通过相关检测，从混合信号中选出相应的信号的一种技术。实现CDMA的理论基础是扩频通信，即在发送端将待发送的数据用伪随机码进行调制，实现频谱扩展，然后进行传输，而在接收端则采用同样的编码进行解扩及相关处理，恢复原始的数据信息。扩频通信有直接序列（DS）、跳频（FH）、线性调频（chirp）、跳时（TH）等方式。采用扩频通信的优点很多，如抗干扰、抗噪声、抗多径衰落的能力强，能在低功率谱密度下工作，保密性好，可多址复用和任意选址及进行高度测量等等。

本文讨论的CDMA信号的REAK接收机MATLAB仿真。

关键词：仿真、码分多址、扩频 –CDMA、通信系统、 3G、多径干扰、WCDMA、

分集接收。

1

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

Abstract

Brief introduction of the MATLAB language, on the basis of using MATLAB language communication system simulation of CDMA description. This process simulation CDMA receiver function, including solutions, expansion, channel coding and decoding (convolution code) the source coding and decoding (CRC), 5 function modules for digital signal sequences frequency-hand mode. Simulation CDMA transmitter functions, including random sequences, the source coding tail, channel coding bits (add), grouped convolution code and the spread-spectrum modulation 6 function module, used in digital baseband, Matrix lab (MATLAB: Matrix Laboratory) is a kind of arithmetic based on Matrix interactive programming languages. Compared with other computer language, with concise and intelligent, and adapt to the characteristics of science and technology professionals way of thinking and writing habits, and use the programming and debugging, can greatly improve the working efficiency.

On the use of MATLAB language communication system simulation code division multiple access (CDMA). Each CDMA refers to the sender, using different orthogonal DeZhiMa modulation of the information and on the receiving end of (in) MaXing using orthogonality, through the related testing, selected from mixed signals corresponding signal of a kind of technology. Realizing CDMA is based on the theory of spread spectrum communication, namely after the sender will be ready to send data with pseudo-random code for modulation, expand, and then transmission spectrum, and at the receiving end USES the same code extend relevant processing, restore solution of the original data. Direct sequence spread spectrum communication (DS), FH (comparison, linear frequency chirp , etc.) TH Many of the advantages of using spread spectrum communication, such as noise interference, multipath fading, the ability is strong, can work under low power spectral density, good secrecy, multi-access reuse and any location and height measurement, etc.

The paper discussed the CDMA signal REAK receiver MATLAB simulation.

Key words：simulation、 CDMA、Spread Spectrum CDMA、communication system、

3rd Generation、 multipath interference、Wideband CDMA、diversity reception .

2

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

绪 论

目前MATLAB已经成为国际上最流行的软件之一，除了可提供传统的交互式的编程方法之外，还能提供丰富可靠的矩阵运算、图形绘制、数据处理、图像处理和方便的Windows编程工具等。因而出现了各种以MATLAB为基础的工具箱，应用于自动控制、图像信号处理、生物医学工程、语音处理、信号分析、时序分析与建模、优化设计等广泛的领域，表现出了一般高级语言难以比拟的优势。较为常见的MATLAB工具箱有：控制系统工具箱、系统辩识工具箱、多变量频率设计工具箱、分析与综合工具箱、神经网络工具箱、最优化工具箱、信号处理工具箱、模糊推理系统工具箱，以及通信工具箱等。通信工具箱中的模块可供直接使用，并允许修改，使用起来十分方便，因而完全可以满足使用者设计和运算的需要。

MATLAB通信工具箱中的系统仿真，分为用SIMULINK模块框图进行仿真和用MATLAB函数进行的仿真两种。在用SIMULINK模块框图的仿真中，每个模块，在每个时间步长上执行一次，就是说，所有的模块在每个时间步长上同时执行。这种仿真被称为时间流的仿真。而在用MATLAB函数的仿真中，函数按照数据流的顺序依次执行，意味着所处理的数据，首先要经过一个运算阶段，然后再激活下一个阶段，这种仿真被称为数据流仿真。某些特定的应用会要求采用两种仿真方式中的一种，但无论是哪种，仿真的结果是相同的。

3

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

1 MATLAB语言基础

1.1 MATLAB概述

1.1.1 MATLAB的概况

MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）之意。除具备卓越的数值计算能力外，它还提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。MATLAB是一门计算机编程语言，取名来源于Matrix Laboratory，本意是专门以矩阵的方式来处理计算机数据，它把数值计算和可视化环境集成到一起，非常直观，而且提供了大量的函数，使其越来越受到人们的喜爱，工具箱越来越多，应用范围也越来越广泛

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学，工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解答问题要比用C、FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多。

当前流行的MATLAB 5.3/Simulink 3.0包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包(Toolbox)。工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包。功能工具包用来扩充MATLAB的符号计算，可视化建模仿真，文字处理及实时控制等功能。学科工具包是专业性比较强的工具包，控制工具包、信号处理工具包、通信工具包等都属于此类。

开放性使MATLAB广受用户欢迎。除内部函数外，所有MATLAB主包文件和各种工具包都是可读可修改的文件，用户通过对源程序的修改或加入自己编写程序构造新的专用工具包。

1.1.2.MATLAB产生的历史背景

在70年代中期，Cleve Moler博士和其同事在美国国家科学基金的资助下开发了调用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序库。EISPACK是特征值求解的FOETRAN程序库，LINPACK是解线性方程的程序库。在当时，这两个程序库代表矩阵运算的最高水平。

到70年代后期，身为美国New Mexico大学计算机系系主任的Cleve Moler,在给学生讲授线性代数课程时，想教学生使用EISPACK和LINPACK程序库，但他发现学生用FORTRAN编写接口程序很费时间，于是他开始自己动手，利用业余时间为学生编写EISPACK和LINPACK的接口程序。Cleve Moler给这个接口程序取名为MATLAB，该名为矩阵(matrix)和实验室(labotatory)两个英文单词的前三个字母的组合。在以后的数年里，MATLAB在多所大学里作为教学辅助软件使用，并作为面向

4

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

大众的免费软件广为流传。

1983年春天，Cleve Moler到Standford大学讲学，MATLAB深深地吸引了工程师John Little.John Little敏锐地觉察到MATLAB在工程领域的广阔前景。同年，他和Cleve Moler、Steve Bangert一起，用C语言开发了第二代专业版。这一代的MATLAB语言同时具备了数值计算和数据图示化的功能。

1984年，Cleve Moler和John Little成立了Math Works公司，正式把MATLAB推向市场，并继续进行MATLAB的研究和开发。

在当今30多个数学类科技应用软件中，就软件数学处理的原始内核而言，可分为两大类：一类是数值计算型软件，如MATLAB、Xmath、Gauss等，这类软件长于数值计算，对处理大批数据效率高；另一类是数学分析型软件，Mathematica,Maple等，这类软件以符号计算见长,能给出解析解和任意精确解，其缺点是处理大量数据时效率较低。MathWorks公司顺应多功能需求之潮流，在其卓越数值计算和图示能力的基础上，又率先在专业水平上开拓了其符号计算，文字处理,可视化建模和实时控制能力，开发了适合多学科，多部门要求的新一代科技应用软件MATLAB，经过多年的国际竞争，MATLAB以经占据了数值软件市场的主导地位。

在MATLAB进入市场前，国际上的许多软件包都是直接以FORTRAN/C语言等编程语言开发的。这种软件的缺点是使用面窄，接口简陋，程序结构不开放以及没有标准的基库，很难适应各学科的最新发展，因而很难推广。MATLAB的出现，为各国科学家开发学科软件提供了新的基础。在MATLAB问世不久的80年代中期，原先控制领域里的一些软件包纷纷被淘汰或在MATLAB上重建。

MathWorks公司1993年推出了MATLAB 4.0版，1995年推出4.2C版（for win3.X）1997年推出5.0版。1999年推出5.3版。MATLAB 5.X较MATLAB 4.X无论是界面还是内容都有长足的进展，其帮助信息采用超文本格式和PDF格式，在Netscape 3.0或IE 4.0及以上版本，Acrobat Reader中可以方便地浏览。

时至今日，经过MathWorks公司的不断完善，MATLAB已经发展成为适合多学科，多种工作平台的功能强大的大型软件。在国外，MATLAB已经经受了多年考验。在欧美等高校，MATLAB已经成为线性代数，自动控制理论，数理统计，数字信号处理，时间序列分析，动态系统仿真等高级课程的基本教学工具；成为攻读学位的大学生，硕士生，博士生必须掌握的基本技能。在设计研究单位和工业部门，MATLAB被广泛用于科学研究和解决各种具体问题。在国内，特别是工程界，MATLAB已经盛行起来。可以说，无论你从事工程方面的哪个学科，都能在MATLAB里找到合适的功能。

1.1.3 MATLAB的语言特点

一种语言之所以能如此迅速地普及，显示出如此旺盛的生命力，是由于它有着

5

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

不同于其他语言的特点，正如同FORTRAN和C等高级语言使人们摆脱了需要直接对计算机硬件资源进行操作一样，被称作为第四代计算机语言的MATLAB，利用其丰富的函数资源，使编程人员从繁琐的程序代码中解放出来。MATLAB最突出的特点就是语言简洁。MATLAB用更直观的，符合人们思维习惯的代码，代替了C和FORTRAN语言的冗长代码。MATLAB给用户带来的是最直观，最简洁的程序开发环境。

以下简单介绍一下MATLAB的主要特点。

1）。语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。

MATLAB程序书写形式自由，利用起丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。由于库函数都由本领域的专家编写，用户不必担心函数的可靠性。可以说，用MATLAB进行科技开发是站在专家的肩膀上。

具有FORTRAN和C等高级语言知识的读者可能已经注意到，如果用FORTRAN或C语言去编写程序，尤其当涉及矩阵运算和画图时，编程会很麻烦。例如，如果用户想求解一个线性代数方程，就得编写一个程序块读入数据，然后再使用一种求解线性方程的算法（例如追赶法）编写一个程序块来求解方程，最后再输出计算结果。在求解过程中，最麻烦的要算第二部分。解线性方程的麻烦在于要对矩阵的元素作循环，选择稳定的算法以及代码的调试都不容易。即使有部分源代码，用户也会感到麻烦，且不能保证运算的稳定性。解线性方程的程序用FORTRAN和C这样的高级语言编写，至少需要四百多行，调试这种几百行的计算程序可以说很困难。

2）运算符丰富。

由于MATLAB是用C语言编写的，MATLAB提供了和C语言几乎一样多的运算符，灵活使用MATLAB的运算符将使程序变得极为简短。

3）MATLAB既具有结构化的控制语句（如for循环，while循环，break语句和if语句），又有面向对象编程的特性。

4）程序限制不严格，程序设计自由度大。

例如，在MATLAB里，用户无需对矩阵预定义就可使用。

5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行。

6）MATLAB的图形功能强大。

在FORTRAN和C语言里，绘图都很不容易，但在MATLAB里，数据的可视化非常简单。MATLAB还具有较强的编辑图形界面的能力。

7）MATLAB的缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。 由于MATLAB的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。

8）功能强大的工具箱是MATLAB的另一特色。

6

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

MATLAB包含两个部分：核心部分和各种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。其工具箱又分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能，图示建模仿真功能，文字处理功能以及与硬件实时交互功能。功能性工具箱用于多种学科。而学科性工具箱是专业性比较强的，如control,toolbox,signl proceessing toolbox,commumnication toolbox等。这些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的，所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序，而直接进行高，精，尖的研究。

9）源程序的开放性。开放性也许是MATLAB最受人们欢迎的特点。 除内部函数以外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件，用户可通过对源文件的修改以及加入自己的文件构成新的工具箱。

1.2 MATLAB的安装于使用 1.2.1 MATLAB安装

MATLAB的安装非常简单，这里以Windows版本6为例。运行setup后，输入正确的序列号，选择好安装路径和安装的模块，几乎是一直回车就可以了。这里有一点要注意的是，由于不同操作系统设置，可能会出现一些意外错误，而且越高版本的MATLAB对计算机系统的性能要求也越高，如6.1版本要求至少64M内存，最好128M。（当然，现在的计算机内存一般都能满足要求，用户不必担心这一点。）所以根据自身情况选择适合的版本安装，最好还要在操作系统初安装后就安装，避免出现意外。

1.2.2 MATLAB运行

MATLAB的启动运行：＃:\\MATLAB6p1\\bin\\win32\\matlab.exe（其中＃为安装盘符。）但一般安装完毕后会在安装目录下有一个快捷运行方式。

MATLAB启动后显示的窗口称为命令窗口，提示符为“>>”。一般可以在命令窗口中直接进行简单的算术运算和函数调用。如果重复输入一组表达式或计算复杂，则可以定义程序文件来执行达到目的。程序文件扩展名为“.m”，以文本文件形式保存。有两种方式运行程序文件：一是直接在MATLAB命令窗口输入文件名，二是选择File-Open打开m文件，弹出的窗口为MATLAB编辑器。这时可选择它的Debug菜单的Run子菜单运行。

1.2.3结束MATLAB

有三种方法可以结束MATLAB： 1.键入exit

7

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

2.键入quit

3.直接关闭MATLAB的命令视窗（Command window）

1.3 MATLAB 基本语法和基本操作

1.3.1数值运算的功能

命令行的基本操作 1、创建矩阵的方法

直接输入法 规则：

1 矩阵元素必须用[ ]括住

2矩阵元素必须用逗号或空格分隔 3 在[ ]内矩阵的行与行之间必须 用分号分隔

2、矩阵元素

矩阵元素可以是任何matlab表达式 ，可以是实数 ，也可以是复数，复数可用特殊函数I，j 输入

a=[1 2 3;4 5 6] x=[2 pi/2;sqrt(3) 3+5i]

1.3.2符号的作用

1、逗号和分号的作用

1、逗号和分号可作为指令间的分隔符，matlab允许多条语句在同一行出现。 2、分号如果出现在指令后，屏幕上将不显示结果。 2、冒号的作用

1、用于生成等间隔的向量，默认间隔为1。X=1:6 2、用于选出矩阵指定行、列及元素。x(2,:), x(:,2) 3、循环语句 k=1:0.2:2 format , format rat

1.3.3用matlab函数创建矩阵

空阵 [ ] — matlab允许输入空阵，当一项操作无结果时，返回空阵。 rand —— 随机矩阵 rand(4) eye —— 单位矩阵 eye(4)

zeros —全部元素都为0的矩阵 zeros(7)

8

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

ones —全部元素都为1的矩阵 ones(3)

1.3.4 矩阵的修改

1、直接修改

可用?键找到所要修改的矩阵，用?键移动到要修改的矩阵元素上即可修改。指令修改

可以用A(?,?)= ? 来修改。

1.3.5矩阵运算

1、矩阵加、减（＋,－）运算 规则：

（1） 相加、减的两矩阵必须有相同的行和列两矩阵对应元素相加减。 （2） 允许参与运算的两矩阵之一是标量。标量与矩阵的所有元素分别进行加减操作。

2、 矩阵乘（?）运算 规则：

（1）A矩阵的列数必须等于B矩阵的行数 （2）标量可与任何矩阵相乘。

?矩阵除的运算在线性代数中没有，有矩阵逆的运算，在matlab中有两种矩阵除运算：右除B/A 左除A\\C。

3、矩阵的其它运算 inv —— 矩阵求逆 inv(x) det —— 行列式的值 det(x) eig —— 矩阵的特征值 eig(x) diag —— 对角矩阵 diag(x) ’ —— 矩阵转置 x’ sqrt —— 矩阵开方 sqrt(x)

9

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

2 CDMA信号及高速网络时代三大主流3G技术

2.1 3G技术概况

最近几年，全球移动通信业发展迅速，特别是在我国，移动通信增长的态势迅猛。目前，中国手机用户已超过5亿，并仍在加速增长，市场规模巨大。但是，现有系统的容量有限，难以实现高速数据服务、全球覆盖、国际漫游等服务业务。随着通信技术的发展，第三代移动通信技术提供了全球无缝覆盖和漫游、更大的容量、支持窄带业务，并提供高速数据服务。今天我就为大家简单介绍下3G时代几大主流技术各自的特点以及它们之间的对比分析情况。

3G即为英文3rd Generation的缩写，代表着第三代移动通信技术。手机自问世至今，共经历了第一代模拟制式手机（1G）和第二代GSM、TDMA等数字手机（2G），而当前通信运营商和终端产品制造商倡导的3G是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它主要定位于实时视频、高速多媒体和移动Internet访问业务。利用先进的空中接口技术、核心包分组技术，再加上对频谱的高效利用，是可以实现上述业务的。虽然高速数据传输能力是第三代无线网络的关键特征之一，但其真正优势是扩大高质量话音业务容量。

2.1.1 3G技术的标准

3G技术的标准：国际电信联盟（ITU）早在2000年5月即确定了W-CDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三个主流3G标准。 WCDMA、CDMA2000与TD—SCDMA都属于宽带CDMA技术。宽带CDMA进一步拓展了标准的CDMA概念，在一个相对更宽的频带上扩展信号，从而减少由多径和衰减带来的传播问题，具有更大的容量，可以根据不同的需要使用不同的带宽，具有较强的抗衰落能力与抗干扰能力，支持多路同步通话或数据传输，且兼容现有设备。

2.2 CDMA信号简介

2.2.1 CDMA概述

CDMA是码分多址(Code-Division Multiple Access)技术的缩写

CDMA (Code Division Multiple Access) 又称码分多址，是在无线通讯上使用的技术，CDMA 允许所有的使用者同时使用全部频带(1.2288Mhz)，并且把其他使用者发出的讯号视为杂讯，完全不必考虑到讯号碰撞 (collision) 的问题。 CDMA的优点包括： CDMA中所提供的语音编码技术，其通话品质比目前的GSM好，而且可以把用户对话时周围环境的噪音降低，使通话更为清晰。

10

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

1、CDMA专业定义

CDMA，就是利用展频的通讯技术，因而可以减少手机之间的干扰，并且可以增加用户的容量，而且手机的功率还可以做的比较低，不但可以使使用时间更长，更重要的是可以降低电磁波辐射对人的伤害。 CDMA的带宽可以扩展较大，还可以传输影像呢，这是第三代手机为什么选用CDMA的原因。就安全性能而言，CDMA不但有良好的认证体制，更因为其传输的特性，用码来区分用户，防止被人盗听的能力大大地增强。 目前CDMA系统正快速发展中。 Wideband CDMA(WCDMA)宽带码分多址传输技术，为IMT-2000的重要基础技术，将是第三代数字无线通信系统的标准之一。

2、CDMA技术背景

CDMA技术的出现源自于人类对更高质量无线通信的需求。第二次世界大战期间因战争的需要而研究开发出CDMA技术，其思想初衷是防止敌方对己方通讯的干扰，在战争期间广泛应用于军事抗干扰通信，后来由美国高通公司更新成为商用蜂窝电信技术。1995年，第一个CDMA商用系统（被称为IS-95）运行之后，CDMA技术理论上的诸多优势在实践中得到了检验，从而在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。全球许多国家和地区，包括中国大陆、中国香港、韩国、日本、美国都已建有CDMA商用网络。在美国和日本，CDMA成为国内的主要移动通信技术。在美国，10个移动通信运营公司中有7家选用CDMA。到2006年4月，韩国有60%的人口成为CDMA用户。在澳大利亚主办的第27届奥运会中，CDMA技术更是发挥了重要作用。

中国联通于2002年1月8日正式开通了CDMA网络并投入商用，2008年10月1日后转由中国电信经营，手机号段为133、153、189及尚未放号的180号段。

2.2.2 CDMA技术标准

CDMA技术的标准化经历了几个阶段。IS-95是cdmaONE系列标准中最先发布的标准，真正在全球得到广泛应用的第一个CDMA标准是IS-95A，这一标准支持8K编码话音服务。其后又分别出版了13K话音编码器的TSB74标准，支持1.9GHz的CDMA PCS系统的STD-008标准，其中13K编码话音服务质量已非常接近有线电话的话音质量。随着移动通信对数据业务需求的增长，1998年2月，美国高通公司宣布将IS-95B标准用于CDMA基础平台上。IS-95B可提供CDMA系统性能，并增加用户移动通信设备的数据流量，提供对64kbps数据业务的支持。其后，cdma2000成为窄带CDMA系统向第三代系统过渡的标准。cdma2000在标准研究的前期，提出了1X和3X的发展策略，但随后的研究表明，1X和1X增强型技术代表了未来发展方向。

CDMA技术的标准化，推进了这项技术在世界范围的应用。目前，在美国、韩

11

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

国、日本等国家，CDMA技术已获得了较大规模的应用。在一些欧洲国家，一些运营商也建起了CDMA网络。据CDG(世界CDMA发展集团)统计，1996年底CDMA用户仅为100万；到1998年3月已迅速增长到1000万；截至1999年9月，用户数量已超过4000万。2000年初全球CDMA移动电话用户的总数已突破5000万，在一年内用户数量增长率达到118%。CDG表示，目前亚洲已经成为CDMA市场增长的主要动力，亚洲地区CDMA用户数量比一年前增长88%，达到2800万。美国地区的增长率更是高达143%，达到1650万，但用户绝对数量要低于亚洲，在亚太地区，中国香港、日本、韩国、澳大利亚、泰国、印度、菲律宾、新西兰、孟加拉国等许多国家和地区都已建有CDMA商用网络，用户数量已超过2100万户。增长率位于第三的是中美洲和南美洲，CDMA用户数量达到500万。CDG还表示，今后全球CDMA市场中，中国大陆地区的增长潜力最大，估计2003年中国大陆市场的用户数量可以达到4000万。

CDMA是移动通信技术的发展方向。在2G阶段，CDMA增强型IS95A与GSM在技术体制上处于同一代产品，提供大致相同的业务。但CDMA技术有其独到之处，在通话质量好、掉话少、低辐射、健康环保等方面具有显著特色。在2.5G阶段，CDMA2000 1X RTT 与GPRS在技术上已有明显不同，在传输速率上1X RTT高于GPRS，在新业务承载上1X RTT比GPRS成熟，可提供更多的中高速率的新业务。从2.5G向3G技术体制过渡上， CDMA2000 1X向CDMA2000 1X EV-DO过渡比GPRS向WCDMA过渡更为平滑。

2.2.3 CDMA所具有的优势及技术持点

1.CDMA的优势

(1) 系统容量大

理论上，在使用相同频率资源的情况下，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。

(2) 系统容量的配置灵活

在CDMA系统中，用户数的增加相当于背景噪声的增加，造成话音质量的下降。但对用户数并无限制，操作者可在容量和话音质量之间折衷考虑。另外，多小区之间可根据话务量和干扰情况自动均衡。

这一特点与CDMA的机理有关。CDMA是一个自扰系统，所有移动用户都占用相同带宽和频率，打个比方，将带宽想像成一个大房子，所有的人将进入惟一的大房子。如果他们使用完全不同的语言，他们就可以清楚地听到同伴的声音而只受到一些来自别人谈话的干扰。在这里，屋里的空气可以被想像成宽带的载波，而不同的语言即被当作编码，我们可以不断地增加用户直到整个背景噪音限制住了我们。如果能控制住用户的信号强度，在保持高质量通话的同时，我们就可以容纳更多的

12

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

用户。

(3) 通话质量更佳

TDMA的信道结构最多只能支持4Kb的语音编码器，它不能支持8Kb以上的语音编码器。而CDMA的结构可以支持13kb的语音编码器。因此可以提供更好的通话质量。CDMA系统的声码器可以动态地调整数据传输速率，并根据适当的门限值选择不同的电平级发射。同时门限值根据背景噪声的改变而变，这样即使在背景噪声较大的情况下，也可以得到较好的通话质量。另外，TDMA采用一种硬移交的方式，用户可以明显地感觉到通话的间断，在用户密集、基站密集的城市中，这种间断就尤为明显，因为在这样的地区每分钟会发生2至4次移交的情形。而CDMA系统―掉话‖的现象明显减少，CDMA系统采用软切换技术，―先连接再断开‖，这样完全克服了硬切换容易掉话的缺点。

(4) 频率规划简单

用户按不同的序列码区分，所以不相同CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。

虽然CDMA系统频率规划简单，但CDMA系统存在着PN短码的规划，并且PN短码的规划相较频率规划并不一定更简单。

总体来说CDMA的规划并不简单。相反，较之GSM系统要更为复杂。 (5)建网成本低

CDMA系统有着容量大、工作频点较GSM低，因此，在CDMA规划中，CDMA的站间距一般较GSM稀疏。因此可以更好的节约建网成本。 （6）网络绿色环保

技术体制 平均发射功率 最大发射功率 GSM 125毫瓦 2瓦 CDMA 2毫瓦 200毫瓦

从以上数据可以看到CDMA手机是GSM手机平均发射功率的2/125 CDMA手机更加绿色环保。 (7)低功率谱密度

由于CDMA的关键技术为扩频技术，所以它的功率谱被扩展的很宽，从而功率很低，好处有二：

1防止其它信道的干扰； 2防止干扰其它信道。

2. CDMA技术持点

1．CDMA是扩频通信的一种，他具有扩频通信的以下特点：

（1）抗干扰能力强。这是扩频通信的基本特点，是所有通信方式无法比拟的。 （2）宽带传输，抗衰落能力强。

（3）由于采用宽带传输，在信道中传输的有用信号的功率比干扰信号的功率低得

13

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

多，因此信号好像隐蔽在噪声中；即功率话密度比较低，有利于信号隐蔽。 （4）利用扩频码的相关性来获取用户的信息，抗截获的能力强。 （5）多个用户同时接收,同时发送.

2．在扩频CDMA通信系统中，由于采用了新的关键技术而具有一些新的特点： （1）采用了多种分集方式。除了传统的空间分集外。由于是宽带传输起到了频率分集的作用，同时在基站和移动台采用了RAKE接收机技术，相当于时间分集的作用。

（2）采用了话音激活技术和扇区化技术。因为CDMA系统的容量直接与所受的干扰有关，采用话音激活和扇区化技术可以减少干扰，可以使整个系统的容量增大。 （3）采用了移动台辅助的软切换。通过它可以实现无缝切换，保证了通话的连续性，减少了掉话的可能性。处于切换区域的移动台通过分集接收多个基站的信号，可以减低自身的发射功率，从而减少了对周围基站的干扰，这样有利于提高反向联路的容量和覆盖范围。

（4）采用了功率控制技术，这样降低了平准发射功率。

（5）具有软容量特性。可以在话务量高峰期通过提高误帧率来增加可以用的信道数。当相邻小区的负荷一轻一重时，负荷重的小区可以通过减少导频的发射功率，使本小区的边缘用户由于导频强度的不足而切换到相临小区，使负担分担。 （6）兼容性好。由于CDMA的带宽很大，功率分布在广阔的频谱上，功率话密度低，对窄带模拟系统的干扰小，因此两者可以共存。即兼容性好。

（7）CDMA的频率利用率高，不需频率规划，这也是CDMA的特点之一。 （8）CDMA高效率的QCELP话音编码。话音编码技术是数字通信中的一个重要课题。QCELP是利用码表矢量量化差值的信号，并根据语音激活的程度产生一个输出速率可变的信号。这种编五马方式被认为是目前效率最高的编码技术，在保证有较好话音质量的前提下，大大提高了系统的容量。这种声码器具有8kbit／S和13kbit／S两种速率的序列。8kbit／S序列从1.2kbit／s到9.6kbit／s可变，13kbit／S序列则从1.8kbt／s到14.4kbt／S可变。最近，又有一种8kbit／sEVRC型编码器问世，也具有8kbit／s声码器容量大的特点，话音质量也有了明显的提高。

2.3 CDMA信号分类及各自特点

国际电信联盟（ITU）早在2000年5月即确定了W-CDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三个主流3G标准。 WCDMA、CDMA2000与TD—SCDMA都属于宽带CDMA技术。

WCDMA 全称为Wideband CDMA，这是基于GSM网发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带CDMA技术，它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同，目前正在进一步融合。该标准提出了GSM(2G)—GPRS—EDGE—WCDMA(3G)的演

14

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

进策略。GPRS是General Packet Radio Service(通用分组无线业务)的简称，EDGE是Enhanced Data rate for GSM Evolution(增强数据速率的GSM演进)的简称，这两种技术被称为2.5代移动通信技术。根据重组方案，新中国联通将根据该方案重建3G网络。

2.3.1 W-CDMA

W-CDMA全称是Wideband CDMA 是一种由3GPP具体制定的，基于GSM MAP核心网，UTRAN（UMTS陆地无线接入网）为无线接口的第三代移动通信系统。目前WCDMA有Release 99、Release 4、Release 5、Release 6等版本。W-CDMA[2]（宽带码分多址）是一个ITU(国际电信联盟)标准，它是从码分多址（CDMA）演变来的，从官方看被认为是IMT-2000的直接扩展，与现在市场上通常提供的技术相比，它能够为移动和手提无线设备提供更高的数据速率。WCDMA采用直接序列扩频码分多址（DS-CDMA）、频分双工（FDD）方式，码片速率为3.84Mcps，载波带宽为5MHz.基于Release 99/ Release 4版本，可在5MHz的带宽内，提供最高384kbps的用户数据传输速率。W-CDMA能够支持移动/手提设备之间的语音、图象、数据以及视频通信，速率可达2Mb/s（对于局域网而言）或者384Kb/s（对于宽带网而言）。输入信号先被数字化，然后在一个较宽的频谱范围内以编码的扩频模式进行传输。窄带CDMA使用的是200KHz宽度的载频，而W-CDMA使用的则是一个5MHz宽度的载频

2.3.2 CDMA2000

CDMA2000是由窄带CDMA(CDMA IS95)技术发展而来的宽带CDMA技术，由美国主推该标准提出了从CDMA IS95(2G)—CDMA20001x—CDMA20003x(3G)的演进策略。CDMA20001x被称为2.5代移动通信技术。CDMA20003x与CDMA20001x的主要区别在于应用了多路载波技术，通过采用三载波使带宽提高。重组之前中国联通正在采用这一方案向3G过渡，并已建成了CDMA IS95网络，根据重组方案，该网络将整体转让给―新中国电信‖。

2.3.3 TD-SCDMA

全称为Time Division-Synchronous CDMA(时分同步CDMA)，是由我国大唐电信公司提出的3G标准，该标准提出不经过2.5代的中间环节，直接向3G过渡，非常适用于GSM系统向3G升级。根据重组方案，―新中国移动‖将根据该标准进行建设，并且已经在初步在部分区域建成投入试运行。TD-SCDMA是ITU的三大3G主流标准技术之一，我国拥有完全的自主知识产权，采用TDD方式，另外两种标准为WCDMA和CDMA2000，采用FDD制式．TD-SCDMA综合了FDMA、TDMA、

15

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

CDMA技术的优点而采用了智能天线、联合检测和动态信道分配等先进技术。

目前TD-SCDMA技术尚未被国外的运营商所采纳，其研发进度落后于WCDMA与CDMA2000。目前―TD-SCDMA产业联盟‖包括大唐电信、南方高科、华立、华为、联想、中兴、中国电子、中国普天等8家企业，使该技术迈向商用有了强大的技术力量支持，中国移动的加入可能能给该技术的进一步提高带来活力。

TD-SCDMA--Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access (时分同步的码分多址技术)，又称时分同步CDMA。这是的同步指所有用户的上行链路信号在到达基站的解调器处完全同步，这是通过软件及物理层设计来实现的，这样可以使正交扩频码的各个码道在解扩时完全正交，相互间不会产生多址干扰，克服了异步CDMA带来的问题，这提高了TD-SCDMA系统的容量和频谱利用率，还可简化电路，降低成本。

2.3.4 TD-SCDMA的发展过程：

1998年初，在当时的邮电部科技司的直接领导下，由电信科学技术研究院组织队伍在SCDMA技术的基础上，研究和起草符合IMT-2000要求的我国的TD-SCDMA建议草案。该标准草案以智能天线、同步码分多址、接力切换、时分双工为主要特点，于ITU征集IMT-2000第三代移动通信无线传输技术候选方案的截止日1998年6月30日提交到ITU，从而成为IMT-2000的15个候选方案之一。ITU综合了各评估组的评估结果，在1999年11月赫尔辛基ITU-RTG8/1第18次会议上和2000年5月在伊斯坦布尔的ITU-R全会上，TD-SCDMA被正式接纳为CDMATDD制式的方案之一。

CWTS(中国无线通信标准研究组)作为代表中国的区域性标准化组织，从1999年5月加入3GPP以后，经过4个月的充分准备，并与3GPPPCG(项目协调组)、TSG(技术规范组)进行了大量协调工作后，在同年9月向3GPP建议将TD-SCDMA纳入3GPP标准规范的工作内容。1999年12月在法国尼斯的3GPP会议上，我国的提案被3GPPTSGRAN(无线接入网)全会所接受，正式确定将TD-SCDMA纳入到Release 2000(后拆分为R4和R5)的工作计划中，并将TD-SCDMA简称为LCRTDD(低码片速率TDD方案)。

经过一年多的时间，经历了几十次工作组会议几百篇提交文稿的讨论，在2001年3月棕榈泉的RAN全会上，随着包含TD-SCDMA标准在内的3GPPR4版本规范的正式发布，TD-SCDMA在3GPP中的融合工作达到了第一个目标。

至此，TD-SCDMA不论在形式上还是在实质上，都已在国际上被广大运营商、设备制造商所认可和接受，形成了真正的国际标准。

16

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

2.3.5 TD-SCDMA的优缺点

TD-SCDMA的覆盖：

在覆盖解决方案上，宏蜂窝覆盖整个区域，微蜂窝完成对话务密集的街区的覆盖。在郊区和农村，主要采用全向站实现宏蜂窝组网，进行区域的覆盖。在写字楼、宾馆、酒店、购物中心、机场等话务密集的地区，为达到有效话务吸收和―无死角‖覆盖目的，可以使用分布式天线系统DAS进行专门的室内覆盖。TD-SCDMA在使用室内覆盖系统DAS时，不需要使用智能天线系统，完全可以使用常规的室内天线对室内进行覆盖。

在覆盖能力方面，从协议帧结构角度出发，TD-SCDMA在干扰程度可以接受的情况下，可支持最大41.25km的小区覆盖半径，在阻塞TSI并将其用于SYNC-UL接入的情况下，可支持最大112.5km的小区覆盖半径。在实际外场测试中，心R话音业务，城区覆盖能够达到约1.8km的小区半径；PS64／128／384业务，城区覆盖能够达到约1.7km的小区半径。

1、TD-SCDMA优点：

1.频谱利用率高 TD一个载频 1.6M W一个载频 10M 2.对功控要求低 TD 0~200MZ W 1500MZ

3.采用了智能天线和联合测试 引入了所谓的空中分级，但效果如何，还待验证

4.避免了呼吸效应 TD不同业务对覆盖区域的大小影响较小,易于网络规划

2、TD-SCDMA缺点:

1.同步要求高 TD需要GPS同步，同步的准确程度影响整个系统是否正常工作

2.码资源受限 TD 只有16个码,远远少于业务需求所需要的码数量 3.干扰问题 上下行、本小区、邻小区都可能存在干扰

4.移动速度慢 TD 120KM/H W 500KM/H

17

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

3 RAKE 接收机

RAKE接收机

RAKE接收技术是第三代CDMA移动通信系统中的一项重要技术（RAKE接收机

示意图如图3—1）。在

CDMA移动通信系统中，由于信号带宽较宽，存在着复杂的多径无线电信号，通信

受到多径衰落的影响。RAKE接收技术实际上是一种多径分集接收技术，可以在时间上分辨出细微的多径信号，对这些分辨出来的多径信号分别进行加权调整、使之复合成加强的信号。这种作用有点像把一堆零乱的草用―耙子‖把它们集拢到一起那样，英文―RAKE‖是―耙子‖的意思，因此被称为RAKE技术。RAKE接收机示意图如图1 所示。

. RAKE接收机示意图（图 1） 3.1 RAKE接收机-技术发展及研究现状

1956年，Prcie和Green提出了具有抗多径衰落的RAEK 接收机概念：1937年，Forney提出的基于已知信道特性的最大似然序列检测器(MLSD)，这是一种最优的单用户接收机（RAKE接收机框本地扩频码信道估计第一径第二径第三径时间量（径位置）延迟估计合并相加基带输入信号带DLL的相关器IQ相位旋转延迟均衡∑II∑Q图如图2所示）。美国QUALCOMM公司在80 年代坚持研究DS-CDMA技术，1989年，QUALCOMM公司进行了首次CDMA实验。验 RAKE接收机框图（图 2） 证了DS扩频信号波形非常适合多径信道的传输，以及RAKE接收机、功率控制和软切换等CDMA的关键技术 。在 1996年推动了窄带CDMA IS-95商用运行，让

18

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

RAKE接收机产业化，同时也推动了RAKE接收技术的长足发展。

面对未来的发展，RAKE接收机将同三项关键革新技术相结合：智能天线技术、多用户检测、MIMO系统。目前研究的热点包括：RAKE接收机如何降低复杂度；多用户检测的最优算法；MIMO系统与OFDM的结合等。

3.2 RAKE接收机基本原理

在

CDMA

基带I/Q信号相关器（导频通道）预测的相位和幅度结果LPFI/Q信号扩频系统中，信道带宽远远大于信道的平坦衰落带宽。不同于传统的调制技术需要用均衡算法来消除相邻符号间的码间干扰，CDMA扩频码

基于连续导频信号的信道估计方法（图 3） 基带I/Q信号相关器DMUXLPF并内插预测的相位和幅度结果I/Q信号数据符号符号判决LPF导频符号 使用判决反馈技术的间断导频条件的信道估计方法（图 4） 在选择时就要求它有很好的自相关特性。这样，在无线信道中出现的时延扩展，就可以被看作只是被传信号的再次传送。如果这些多径信号相互间的延时超过了一个码片的长度，那么它们将被CDMA接收机看作是非相关的噪声，而不再需要均衡了。

由于在多径信号中含有可以利用的信息，所以CDMA接收机可以通过合并多径信号来改善接收信号的信噪比。其实RAKE接收机所作的就是：通过多个相关检测器接收多径信号中的各路信号，并把它们合并在一起。图为一个RAKE接收机，它是专为CDMA系统设计的经典的分集接收器，其理论基础就是：当传播时延超过一个码片周期时，多径信号实际上可被看作是互不相关的。

带DLL的相关器是一个具有迟早门锁相环的解调相关器。迟早门和解调相关器分别相差±1/2（或1/4）个码片。迟早门的相关结果相减可以用于调整码相位。延迟环路的性能取决于环路带宽。

由于信道中快速衰落和噪声的影响，实际接收的各径的相位与原来发射信号的相位有很大的变化，因此在合并以前要按照信道估计的结果进行相位的旋转，实际的CDMA系统中的信道估计是根据发射信号中携带的导频符号完成的。根据发射信号中是否携带有连续导频，可以分别采用基于连续导频的相位预测（如图3所示）和基于判决反馈技术的相位预测方法（如图4所示）。

LPF是一个低通滤波器，滤除信道估计结果中的噪声，其带宽一般要高于信道的衰落率。使用间断导频时，在导频的间隙要采用内插技术来进行信道估计，采用

19

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

判决反馈技术时，先硬判决出信道中的数据符号，在已判决结果作为先验信息（类似导频）进行完整的信道估计，通过低通滤波得到比较好的信道估计结果，这种方法的缺点是由于非线性和非因果预测技术，使噪声比较大的时候，信道估计的准确度大大降低，而且还引入了较大的解码延迟。

延迟估计的作用是通过匹配滤波器获取不同时间延迟位置上的信号能量分布，识别具有较大能量的多径位置，并将它们的时间量分配到RAKE接收机的不同接收径上。匹配滤波器的测量精度可以达到1/4～1/2码片，而RAKE接收机的不同接收径的间隔是一个码片。实际实现中，如果延迟估计的更新速度很快（比如几十ms一次），就可以无须迟早门的锁相环。

延迟估计的主要部件是匹配滤波器（如图5所示），匹配滤波器的功能是用输入的数据和不同相位的本地码字进行相关，取得不同码字相位的相关能量。当串行输入的采样数据和本地的扩频码和扰码的相位一致时，其相关能力最大，在滤波器输出端有一个最大值。根据相关能量，延迟估计器就可以得到多径的到达时间量。

延迟估计的主要部件是匹配滤波器，匹配滤波器的功能是用输入的数据和不同相位的本地码字进行相关，取得不同码字相位的相关能量。当串行输入的采样数据和本地的扩频码和扰码的相位一致时，其相关能力最大，在滤波器输出端有一个最大值。根据相关能量，延迟估计器就可以得到多径的到达时间量。

从实现的角度而言，RAKE接收机的处理包括码片级和符号级，码片级的处理有相关器、本地码产生器和匹配滤波器。符号级的处理包括信道估计，相位旋转和合并相加。码片级的处理一般用ASIC器件实现，而符号级的处理用DSP实现。移动台和基站间的RAKE接收机的实现方法和功能尽管有所不同，但其原理是完全一样的。

对于多个接收天线分集接收而言，多个接收天线接收的多径可以用上面的方法同样处理，RAKE接收机既可以接收来自同一天线的多径，也可以接收来自不同天线的多径，从RAKE接收的角度来看，两种分集并没有本质的不同。但是，在实现上由于多个天线的数据要进行分路的控制处理，增加了基带处理的复杂度。

20

串行输入的采样数据NN-1?0?NN-1?0本地的扩频码和扰码∑ 匹配滤波器的基本结构（图 5） 武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

3.3 RAKE接收机数字实现模型

由推导可以得到AREK接收机的一种实现模型，如图6所示。图中把接收数据送入RA此接收机的各指峰finger，在每个fillger中首先对接收数据做下抽样和时延调整，保证各finger 均获得有效的计算数据，并且使每个chip周期内有一个抽样值；接着是与本地扩频地址码进行相关运算，随后在整个扩频地址码长度内求平均，并以符号长度为周期抽样，然后将各finger的计算值乘以信道加权系数口，后合并相加，最后得到RAKE 接收输出值x(t)

RAKE接收机模型（图 6）

21

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

3.4 RAKE接收机在WCDMA中的应用

WCDMA中的RAKE接收机的一种实现方案如图7所示。在图中，RAKE接收机的每个finger由内插/下抽样、解扰、数据信道解扩、抽样、相位补偿、导频信道解扩、抽样时钟偏移跟踪、定时跟踪、相位误差跟踪等单元组成；而扰码捕获、多径捕获、RAKE finger控制等单元是整个解扩解调接收机的控制部分。RAKE接收机的每个finger负责每个多径的接收与跟踪，其中还包括信道参数的估计和补偿，RAKE接收机的控制部分负责多径捕获和多径信号取舍，合并单元将从各个finger中获得的解扩解调信号按一定的算法进行合并，以便有效地检测用户信息比特。

频率 补偿 Chip匹配 滤波器 内插/下 抽样 解扰 数据数据 信道解扩 抽样 相位补合并 偿抽抽样时钟偏移跟踪 导频信道解扩 相位误差跟踪 定时跟踪 频率偏 移跟踪 扰码获取 RAKEfinger控制 多径捕获 WCDMA中RAKE接收机实现方案 （图 7） 3.5 RAKE接收机MATLAB仿真

使用MATLAB实现CDMA系统的Rake接收机。假设信源输出用16位Walsh码扩频，进入接收机的有3径（即N=3）；假设每条径之间延时半个码片，为了进行仿真，对Walsh码进行扩展，每个码字重复一次，则长度扩展为32位，如[1 1 0]扩展为[1 1 1 1 0 0]。接收机接收解扩判决输出，利用的是最大比合并。

%接收到的三径信号以及噪声信号 demp=p1*path1+p2*path2+p3*path3+noise; dt=reshape(demp,32,Dlen)'; %将Walsh码重复为两次

22

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

Wal16_d(1:2:31)=Wal16(8,1:16); Wal16_d(2:2:32)=Wal16(8,1:16);

rdata1=dt*Wal16_d(1,:).'; %解扩后rdata1为第一径输出 Wal16_delay1(1,2:32)=Wal16_d(1,1:31); %将Walsh码延迟半个码片 rdata2=dt*Wal16_delay1(1,:).'; %解扩后rdata2为第二径输出 %将Walsh码延迟一个码片

Wal16_delay2(1,3:32)=Wal16_d(1,1:30); Wal16_delay2(1,1:2)=Wal16_d(1,31:32);

rdata3=dt*Wal16_delay2(1,:).'; %解扩后rdata3为第三径输出 p= rdata1'*rdata1+ rdata2'*rdata2+ rdata3'*rdata3; u1= rdata1'*rdata1/p; u2= rdata2'*rdata2/p; u3= rdata3'*rdata3/p; %最大值合并 u=[u1,u2,u3];

%各路径所占的功率因子 maxu=max(u); if(maxu==u1)

rd_m3=real(rdata1);else if(maxu==u2) rd_m3=real(rdata2); else rd_m3=real(rdata3); end end

3.6 RAKE接收机系统性能

我们对反向信道Rake接收行为作蒙特卡罗仿真，并对系统作以下简化:

1.对Rake性能的影响接收性能作仿真，不考虑卷积编译码、交织与解交织

系统。设信息比特速率为DS-UWB最高速率，不进行符号重复；

2.对基带信号作仿真，忽略基

23

RAKE接收机性能 （图 8）

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

带滤波器和载波调制方式的影响。

3.系统抽样时间为PN码片速率8倍

4. Rayleigh衰落冲击响应数据通过Jakes模型导出，最大多普勒频移为140Hz，采用COST-207城市模型。

数据接收完毕后，通过比较接收序列与原始随机序列，可以得到Rake接收 机在当前噪声环境下的误码率。仿真结果如图8所示。

图中，仿真结果以误码率（BER/FEF）和信躁比（E/N）的关系曲线给出，E/N通过改变I值计算并显示相应的BER或FER，平均导频信道功率表现为移动台天线处的接受功率谱密度。从仿真过程可以看出，RAKE接收机能比较好的解决多径问题。白噪声干扰对Rake接收机误码率影响不大，而随着干扰用户功率增加，Rake接收机的误码率迅速上升。

24

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

结 论

本篇论文通过对MATLABJ简单介绍，以及对CDMA信号的分类以及各自特点对比分析的基础上，分析了基于MATLAB的CDMA信号的RAKE接收机的概念、原理和性能的描述及分析，充分证明其对多径衰落的补偿有效性，通过MATLAB仿真，模拟RAKE接收机的性能， RAKE接收机是一种有效的多径分集方式，在扩频通信中应用尤为重要。而本文是对MATLAB仿真RAKE接收机理论基础的基本分析。

25

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

参考文献

[1] 第三代移动通信中RAKE接收技术研究，西安电子科技大学，2006年 [2] WCDMA系统中Rake接收技术的研究，大连海事大学，2007年. [3] 宽带 CDMA 第三代移动通信技术，人民邮电出版社，2000年07月. [4]汤凯 尤消虎.CDMA系统反向信道RAKE接收的研究[J].通信学报.

[5 ]王菁.IS-95A标准Q—CDMA系统仿真[M].北京：北京航空航天大学,1999年.

[6]. 一种改进的基于串行干扰抵消的Rake接收机 《现代电子技术》2007年17期。 [7]. 聂景楠 尤肖虎.IS—95基站RAKE接收机的设计与实现[J].通信学报.

[8]. 杨馨 赵新胜 尤肖虎.WCDMA下行信道RAKE接收机的性能分析[J].电子学

报,2000,(11A):67-69.

[9] 数字接收机中基于TMS320C6416的数字下变频技术 《电子技术应用》2003年03期。 [10] 二维RAKE接收机中一种新的信道矢量估计算法 《电路与系统学报》2003年01期。 [11] 数字化角跟踪接收机的设计与实现 《电讯技术》2003年02期。 [12] 伪卫星接收机数字平台的设计与实现 《现代电子技术》2005年23期。

[13] JhongSamLee LeonardEMiller著 许希斌 周世东 赵明 等译.CDMA系统工程手册[M].北

京人民邮电出版社,1999.

[14] W Jakes Microwave Mobile Communication 1974

[15] Graeme Woodward Adaptive Detection for DS-CDMA 1998(7)

26

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

附件

程序1

unction dopplertf=doptf(fd,fs,len)

irlen=len/2;

f=0:1/len:(len-1)/len; % normalization

span=floor(len*fd/fs)+1; % the point corresponding to fm psd=ones(1,span)./sqrt((fd/fs)^2*ones(1,span)-f(1:span).^2); psd=[psd,zeros(1,len-span)];% add 0s for the rest points psd=psd+rot90(psd,2);

sqrtpsd=sqrt(psd);

sqrtpsd=sqrtpsd.*exp(-j.*f.*2.*pi.*irlen/2); im_res=real(ifft(sqrtpsd,len));

im_res(irlen+1:len)=zeros(1,len-irlen); filtertf=fft(im_res,len);

dopplertf=filtertf/sqrt(2.*filtertf*filtertf'/len);

程序2

function [fad,fd,D_Tc]=flat1(JB_total,bit_rate,Fd_Tb)

Tb=1./bit_rate; %_______case1 fd=Fd_Tb.*bit_rate; Tco=1./fd;

fs=150.*fd; % fs=100-200, mean=0, if fs>>200, mean is not zeros duration=JB_total.*Tb; D_Tc=fix(duration/Tco);

%[alpha0]=flatfad(fd,fs,duration); %without phase alpha0=flatfad1(fd,fs,duration); %with phase

k1=length(alpha0); %k1=duration.*fs;

N=(k1-1)/(JB_total-1);

27

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

xa=[1:k1].'; ya=alpha0.'; za=[1:N:k1].';

if length(za)~=JB_total error('error in sampling'); end

fad_in=interp1(xa,ya,za); fad=fad_in.';

程序3

function [alpha]=flatfad1(fd,fs,duration)

len=8192;

dopplertf=doptf(fd,fs,len);

irlen=len./2;

N=round(fs*duration);% total points required

input=[randn(1,irlen),zeros(1,len-irlen)]; out(1,:)=real(ifft(dopplertf.*fft(input)));

?t(input) symmtric spectrum (N/2--N/2) ;Step(2) input=[randn(1,irlen),zeros(1,len-irlen)];

out(2,:)=real(ifft(dopplertf.*fft(input))); %for branch 2

state = out(:, irlen+1:2*irlen); % cut N/2 points

batch=len-irlen;%N./2 numofloop=ceil(N/batch);

% round to the nearest integer towards infinite

lastlooplen=N-(numofloop-1)*batch; %points in the last loop a=[state zeros(2,(numofloop+1)*batch)];

for i=1:numofloop ptstart=(i-1).*batch+1; ptend=(i-1).*batch+len; if i==numofloop

input=[randn(2,lastlooplen),zeros(2,len-lastlooplen)]; else

input=[randn(2,batch),zeros(2,irlen)]; end

28

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

out(1,:)=real(ifft(dopplertf.*fft(input(1,:)))); out(2,:)=real(ifft(dopplertf.*fft(input(2,:))));

a(:,ptstart:ptend)=a(:,ptstart:ptend)+out; end clear j

alpha=a(1,1:N)+j.*a(2,1:N);

程序4

N_Trials=100; N_number=100; N_snr=10; Q=16; E_M=[];

N=3; % 3 users

bit_rate=100000; Fd_Tb=0.001;

% fd is the maximum doppler frequency y=v/lamda y_Tb=Fd*Tb

M_path=2;

for trials=1:N_Trials trials

%theta=round(rand(1,N))*pi-(1/2)*pi; %a=exp(-j.*L*pi*sin(theta))./sqrt(M);

noise=randn(1,Q*N_number)+j.*randn(1,Q*N_number); s10=round(rand(N,N_number)); pn01=round(rand(N,Q)); pn=(pn01.*2-1)./sqrt(Q); ss=s10*2-1;

phase=exp(-j.*(rand(1,N*M_path)*2*pi)); ph=diag(phase);%相移

sigf_coe=[];

29

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

for k=1:N

for path=1:M_path

[fad,fd,D_Tc]=flat1(N_number,bit_rate,Fd_Tb); SRaley=ss(k,:).*abs(fad);%加衰落系数 sigf_coe=[sigf_coe;SRaley]; end end

spread=[]; for k=1:N

for path=1:M_path

spath=(k-1)*M_path+path; s=kron(sigf_coe(spath,:),pn(k,:)); spread=[spread;s]; end end

delay=fix(rand(N,M_path)*(Q-1)); delay(1,1)=0;%时延

spreadnew=[]; for k=1:N

for path=1:M_path d_path=delay(k,path); spath=(k-1)*M_path+path; s_spath=spread(spath,:);

kp=[zeros(1,d_path),s_spath(1,1:Q*N_number-d_path)]; spreadnew=[spreadnew;kp]; end end

sgma=1; Error_v=[];

for snr_db=0:1:N_snr

snr_v0=[snr_db,5*ones(1,N-1)]; %N-1 interfers with INR=5dB snr_v=kron(snr_v0,ones(1,M_path)); snr=10.^(snr_v./10)/M_path; %uni-power N0=2*sgma.^2; Eb_v=snr.*N0; G=diag(sqrt(Eb_v));

if N*M_path==1

yy=ph*G*spreadnew+noise;

30

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

else

yy=sum(ph*G*spreadnew)+noise; end Y_V=[];

for path=1:M_path; d=delay(1,path);

y_path=[yy(1,d+1:N_number*Q),zeros(1,d)];% 对齐时延信号相加 Y_M=[]; for k=1:N_number

ym=y_path(1,(k-1)*16+1:k*16); Y_M=[Y_M;ym];%拓展 end

ys=Y_M*pn(1,:).'; y=ys.';

Y_V=[Y_V;y];%解扩 end

% for path=1:M_path

phase0=phase(1,1:M_path)'; ys=diag(phase0)*Y_V; %end

if path==1 y=ys; else

y=sum(ys); end

y_real=real(y); s_e=sign(y_real); s_e10=(s_e+1)./2;

Error_snr=sum(abs(s10(1,:)-s_e10(1,:))); Error_v=[Error_v,Error_snr]; end

E_M=[E_M;Error_v] ; end

E_sum=mean(E_M); BER=E_sum./N_number; BER_T=[];

31

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

for snr_db=0:1:N_snr snr=10.^(snr_db./10);

?R_THEROY=Qfunct(sqrt(2.*snr)); BER_THEROY=(1/2)*[1-sqrt(snr/(snr+1))]; BER_T=[BER_T,BER_THEROY]; end i=0:1:10;

semilogy(i,BER,'-r',i,BER_T ,'*g')

32

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）

致 谢

四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。 伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师李平安。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导,经由您悉心的点拨,再经思考后的领悟,常常让我有―山重水复疑无路,柳暗花明又一村‖。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意！

同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。

最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。

韩立鸿

2010年4月10日

33

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/48x6.html