CDMA蜂窩移動通信期末課程論文基于MATLAB的IS95系統(tǒng)仿真

1、cdma 期 末 論 文基于matlab的is-95系統(tǒng)仿真 課程名稱 cdma蜂窩移動通信 姓 名 學 號 專 業(yè) 成 績 任課老師 上課學期 1 作業(yè)要求l 分析給出的源程序，逐行給出中文注釋，并分析仿真結果。l 按照如圖1所示的框圖設計一個cdma系統(tǒng)，并進行仿真。信源卷積編碼交織編碼擴頻加擾碼調制awgn信道解調解擾碼信宿解卷積解交織解擴圖1 cdma系統(tǒng)框圖2 題目一2.1 源程序注釋2.1.1 主程序部分%main_cdma_forward.m%此函數(shù)用于is-95前向鏈路系統(tǒng)的仿真，包括擴%頻調制，匹配濾波，rake接收等相關通信模塊。%但沒有在頻帶上進行調制仿真。%仿真環(huán)境:

2、加性高斯白噪聲信道.%數(shù)據速率 = 9600 kbps% clear allclose allclc disp(-start-);% 定義通信仿真全局變量global zi zq zs show r gi gq% zi i支路擴頻pn序列生成器狀態(tài)% zq q支路擴頻pn序列生成器狀態(tài)% zs 擾碼pn序列生成器狀態(tài)% show 指示是否畫出仿真過程各部分產生的輸出% r 仿真時碼元寬度% gi i支路擴頻pn序列% gq q支路擴頻pn序列 clear j;show = 0;sd = 0; % 選擇軟/硬判決接收 %-主要的仿真參數(shù)設置-% 信道數(shù)據率為9600 bpsbitrate = 9

3、600;% 碼片速率為1.2288 mhzchiprate = 1228800;% 消息碼元個數(shù)n = 184;% 匹配濾波器類型-升余弦mftype = 1; r = 5; %+viterbi生成多項式+% 維特比譯碼器（譯卷積碼）g_vit = 1 1 1 1 0 1 0 1 1; 1 0 1 1 1 0 0 0 1;% 生成矩陣的長度k = size(g_vit, 2);% 輸出碼片數(shù)l = size(g_vit, 1);%+ %+walsh矩陣+% 規(guī)定需要的walsh序列長度wlen = 64;% 生成 64 bit walsh序列1010.walsh = reshape(1;0*o

4、nes(1, wlen/2), wlen , 1);%walsh = zeros(wlen ,1);%+ %+擴頻調制pn碼的生成多項式+%gi = 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1;%gq = 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1; % i信道擴頻pn序列生成多項式gi_ind = 15, 13, 9, 8, 7, 5, 0;% i信道擴頻pn序列生成多項式gq_ind = 15, 12, 11, 10, 6, 5, 4, 3, 0;% 初始化序列gi（16 bit，全零）gi = zeros(16, 1);% 根據生成多項式gi_in

5、d將對應位置1gi(16-gi_ind) = ones(size(gi_ind);% 初始化i路信道pn碼生成器的初始狀態(tài)zi = zeros(length(gi)-1, 1); 1;% 初始化序列gi（16 bit，全零）gq = zeros(16, 1);% 根據生成多項式gq_ind將對應位置1,得到二進制生成多項式gq(16-gq_ind) = ones(size(gq_ind);% q路信道pn碼生成器的初始狀態(tài)zq = zeros(length(gq)-1, 1); 1;%+ %+擾碼生成多項式+% 擾碼序列生成多項式gs_ind = 42, 35, 33, 31, 27, 26,

6、 25, 22, 21, 19, 18, 17, 16, 10, 7, 6, 5, 3, 2, 1, 0;% 初始化序列gsgs = zeros(43, 1);% 根據生成多項式gs_ind將對應位置1,得到二進制生成多項式gs(43-gs_ind) = ones(size(gs_ind);% 長序列生成器的初始狀態(tài)zs = zeros(length(gs)-1, 1); 1;%+ %+awgn信道+% 擴頻增益ebec = 10*log10(chiprate/bitrate);%ebecvit = 10*log10(l);% 仿真信噪比范圍(db)% ebno = -2 : 0.5 : 6.

7、5;ebno = -2 : 0.5 : 4;%+ %- %-主程序- % 初始化向量errorsb = ; errorsc = ; nn = ;% errorsb% errorsc% nn% 輸出信息說明采用的維特比譯碼判決類型if (sd = 1) fprintf(n soft decision viterbi decodernn);else fprintf(n hard decision viterbi decodernn);end % 對信噪比范圍內每個數(shù)字進行仿真for i=1:length(ebno) % 輸出當前仿真信噪比 fprintf(nprocessing %1.1f (db

8、), ebno(i); iter = 0; % 仿真計數(shù)器 errb = 0; % 出錯的比特數(shù)（編碼前） errc = 0; % 出錯的子碼數(shù)（編碼后） while (errb 300) & (iter 0); % 輸出已編碼、交織并加擾的消息比特與所用到的擾碼 %（碼率：19.2 kbps） txchips, scrambler = packetbuilder(txdata, g_vit, gs); % 下面進行擴頻調制，調制后碼率為1.2288mcps x pn mf = modulator(txchips, mftype, walsh); %+ %+%信道產生高斯白噪聲 noise =

9、 1/sqrt(2)*sqrt(r/2)*( randn(size(x) + j*randn(size(x)*10(-(ebno(i) - ebec)/20); %j*randn(size(x)*10(-(ebno(i) - ebec)/20); %向已調信號中混入加性高斯白噪聲 r = x+noise; %+ %+接收機+ % 軟判決，輸出速率為19.2 kcps 經過卷積編碼的序列 rxsd = demodulator(r, pn, mf, walsh); % 對rake接收機解調后的信號進行過零比較 rxhd = (rxsd0); if (sd) % 如果選擇了軟判決則會進行軟判決， %

10、 并進行解擾、解交織維特比譯碼 rxdata metric= receiversd(rxsd, g_vit, scrambler); else % 進行硬判決，并進行解擾、解交織維特比譯碼 rxdata metric= receiverhd(rxhd, g_vit, scrambler); end %+ if(show) % 畫出軟判決輸出結果 subplot(311); plot(rxsd, -o); title(soft decisions); % 將判決結果與發(fā)送序列異或，顯示出錯碼(維特比譯碼前) subplot(312); plot(xor(txchips, rxhd), -o);

11、title(chip errors); % 將收發(fā)數(shù)據進行異或，顯示出錯碼 subplot(313); plot(xor(txdata, rxdata), -o); title(data bit errors. metric = , num2str(metric); pause; end if(mod(iter, 50)=0) % 如果已循環(huán)次數(shù)為50的倍數(shù)則打印.將變量保存 fprintf(.); % 將變量保存到硬盤 save tempresults errb errc n iter end % 計算編碼前，解碼后出錯的消息比特(9600 bps)數(shù)量 errb = errb + sum(

12、xor(rxdata, txdata); % 計算經過編碼出錯的子碼(19.2 kbps)數(shù) errc = errc + sum(xor(rxhd, txchips); % 循環(huán)次數(shù)加1 iter = iter+ 1; end % 生成誤比特數(shù)向量 errorsb = errorsb; errb; % 生成誤碼數(shù)向量 errorsc = errorsc; errc; % 計算本次共仿真的消息比特數(shù) nn = nn; n*iter; % 保存所有產生的數(shù)據 save simdata *end %+誤碼率計算+% 計算誤碼率（卷積編碼前的信號）perrb = errorsb./nn;% perrb

13、1 = errorsb1./nn1;% 計算誤碼率（卷積編碼后的信號）perrc = errorsc./nn;% bpsk調制理論誤碼率（無卷積編碼與擴頻）pbpsk= 1/2*erfc(sqrt(10.(ebno/10);% 有維特比譯碼但無擴頻的理論誤碼率pcvit= 1/2*erfc(sqrt(10.(ebno-ebecvit)/10);% 有擴頻但無維特比譯碼的理論誤碼率pc = 1/2*erfc(sqrt(10.(ebno-ebec)/10);%+ %+性能仿真顯示+figure;semilogy(ebno(1:length(perrb), perrb, b-*);hold on;%

14、 %semilogy(ebno(1:length(perrb1), perrb1, k-o);% hold on;semilogy(ebno(1:length(perrc), perrc, b-o);grid on;semilogy(ebno, pbpsk, b-.);semilogy(ebno, pcvit, k-.x);ylabel(ber);semilogy(ebno, pc, b-.x);xlabel(信噪比/db);ylabel(誤碼率);%+disp(-end-);%-2.1.2 packetbuilder函數(shù)用于信號傳輸之前的卷積編碼和交織編碼和加擾碼% *beginning o

15、f file*%packetbuilder.mfunction chipsout, scrambler = packetbuilder(databits, g, gs); % %此函數(shù)用于產生is-95前向鏈路系統(tǒng)的發(fā)送數(shù)據包 %+variables+% databits 發(fā)送數(shù)據（二進制形式）% g viterbi編碼生成多項式% gs 長序列生成多項式（擾碼生成多項式）% chipsout 輸入到調制器的碼序列（二進制形式）% scrambler 擾碼%+ % 全局變量global zs % 取得卷積碼的約束長度 k = 9k = size(g, 2); % 取得對于每一位消息碼編碼器的輸

16、出位數(shù) l = 2l = size(g, 1); % 計算擴頻后的子數(shù)%(原始比特：9.6 kbps- 卷積編碼后：19.2 kbps -擴頻后：1.2288 mbps) n = 64*l*(length(databits)+k-1);% 加入尾比特，并進行卷積編碼chips = vitenc(g, databits; zeros(k-1,1); % 交織編碼% 先將編碼器輸出轉為 24行16列矩陣interl = reshape(chips, 24, 16); % 再將轉置矩陣按串行輸出% 速率=19.2 kbps chips = reshape(interl, length(chips),

17、 1); % 產生擾碼 % pngen 用于產生1.2288 mc/s 的擾碼longseq zs = pngen(gs, zs, n); % 以下進行分頻，得到19.2 kbps 的擾碼scrambler = longseq(1:64:end); % 對編碼后的比特進行加擾（碼率； 19.2 kbps）chipsout = xor(chips, scrambler); %*end of file*2.1.3 modulator函數(shù)將信號進行擴頻和調制之后再發(fā)送%*beginningoffile*%vitenc.mfunction y = vitenc(g, x); % 此函數(shù)根據生成多項式進

18、行viterbi編碼 % %+variables+% g 生成多項式的矩陣% x 輸入數(shù)據（二進制形式） % y viterbi編碼輸出序列%+ % 取得對于每一位消息碼編碼器的輸出位數(shù)k = size(g, 1); % 取得消息比特長度l = length(x); % 進行二維卷積運算 yy = conv2(g, x); % 去除多余項yy = yy(:, 1:l); % 將輸出矩陣變?yōu)橐恍衴 = reshape(yy,k*l, 1); % 模2運算 y = mod(y, 2); %*endoffile*2.1.4 pngen函數(shù)根據pn序列的生成多項式產生pn序列2.1.5 vitenc函

19、數(shù)進行維比特編碼的函數(shù)%*beginningoffile*%pngen.mfunction y, z = pngen(g, zin, n);% 此函數(shù)是根據生成多項式和輸入狀態(tài)產生長度為n的偽隨機序列 %+variables+% g 生成多項式% zin 移位寄存器初始化% n pn序列長度% y 生成的pn碼序列% z 移位寄存器的輸出狀態(tài)%+ % 取得生成矩陣的長度l = length(g);% 移位寄存器的初始化z = zin;% 初始化輸出序列為全零y = zeros(n, 1);for i=1:n % 輸出最高位 y(i) = z(l); % 異或 z = xor(g*z(l), z

20、); % 移位 z = z(l); z(1:l-1);end%yy = filter(1, flipud(g), 1; zeros(n-1, 1);%yy = mod(yy, 2);%*end of file*2.1.6 函數(shù)demodulator對接收到的信號進行解調和解擴%*beginningoffile*%modulator.mfunction txout, pn, mf = modulator(chips, mftype, walsh);%此函數(shù)用于實現(xiàn)is-95前向鏈路系統(tǒng)的數(shù)據調制 %+variables+% chips 發(fā)送的初始數(shù)據% mftype 成型濾波器的類型選擇% wa

21、lsh walsh碼% txout 調制輸出信號序列% pn 用于擴頻調制的pn碼序列% mf 匹配濾波器參數(shù)%+ % 導入全局變量global zi zq show r gi gq % 計算輸出字碼數(shù)n = length(chips)*length(walsh); % 輸入速率 = 19.2 kbps, 輸出速率= 1.2288 mcps% 先將單極性歸二進制碼變換為雙極性碼% 再與walsh序列相乘，實現(xiàn)正交調制tmp = sign(walsh-1/2)*sign(chips-1/2);% 串并轉換chips = reshape(tmp, prod(size(tmp), 1);% 產生i支

22、路pn擴頻序列（1.2288mc/s）pni zi = pngen(gi, zi, n);% 產生q支路pn擴頻序列（1.2288mc/s）pnq zq = pngen(gq, zq, n);% 將i支路與q支路在復數(shù)域合并表示pn = sign(pni-1/2) + j*sign(pnq-1/2);% 同時對同相與正交分量進行擴頻擴頻chips_out = chips.*pn; % 對輸出序列進行0插值（加上信道中傳輸?shù)谋Ｗo間隔）chips = chips_out, zeros(n, r-1);chips = reshape(chips. , n*r, 1); %成型濾波器，以下代碼構造成型

23、濾波器switch (mftype) case 1 %升余弦濾波器（時域） l = 25; l_2 = floor(l/2); n = -l_2:l_2; b = 0.7; mf = sinc(n/r).*(cos(pi*b*n/r)./(1-(2*b*n/r).2); mf = mf/sqrt(sum(mf.2); case 2 %矩形濾波器 l = r; l_2 = floor(l/2); mf = ones(l, 1); mf = mf/sqrt(sum(mf.2); case 3 %漢明濾波器 l = r; l_2 = floor(l/2); mf = hamming(l); mf =

24、 mf/sqrt(sum(mf.2);end % 轉置mf = mf(:); % 利用卷積運算進行基帶濾波仿真txout = sqrt(r)*conv(mf, chips)/sqrt(2);% 去除冗余信息txout = txout(l_2+1: end - l_2); if (show) figure; % 畫出匹配濾波器的時域特性（沖擊響應） subplot(211); plot(mf, -o); title(matched filter); % 顯示網格 grid on; subplot(212); % 畫出功率譜 psd(txout, 1024, 1e3, 113); title(sp

25、ectrum);end%*endoffile*2.1.7 函數(shù)receiverhd接收機，硬判決，進行解擾、解卷積和解交織%*beginningoffile*%receiverhd.mfunction dataout, metric = receiverhd(hdchips, g, scrambler); % % 此函數(shù)用于實現(xiàn)基于viterbi譯碼的硬判決接收機 %+variables+% sdchips 硬判決rake接收機輸入符號% g viterbi編碼生成多項式矩陣% scrambler 擾碼序列% dataout 接收數(shù)據（二進制形式） % metric viterbi譯碼最佳度量

26、%+ % 如果輸入參數(shù)只有一個，則采用默認生成矩陣if (nargin = 1) g = 1 1 1 1 0 1 0 1 1; 1 0 1 1 1 0 0 0 1; end % 速率=19.2 kbps % 解擾hdchips = xor(hdchips, scrambler); % 解交織interl = reshape(hdchips, 16, 24); hdchips = reshape(interl, length(hdchips), 1); % 維特比譯碼dataout metric = vitdec(g, hdchips, 1); %*endoffile*2.1.8 函數(shù)vitde

27、c硬判決的維比特譯碼%*beginningoffile*%vitdec.mfunction xx, bestmetric = vitdec(g, y, zerotail); % % 此函數(shù)是實現(xiàn)硬判決輸入的viterbi譯碼 %+variables+% g 生成多項式的矩陣% y 輸入的待譯碼序列 % zerotail 判斷是否包含0尾% xx viterbi譯碼輸出序列 % bestmetric 最后的最佳度量%+ % 輸出碼片數(shù) l = size(g, 1); % 生成多項式長度k= size(g, 2); % 狀態(tài)數(shù)n = 2(k-1); % 最大柵格深度t = length(y)/l;

28、 % 生成零矩陣 outmtrx = zeros(n, 2*l); for s = 1:n % 產生全1的矩陣與十進制轉成二進制的矩陣相乘 in0 = ones(l, 1)*0, (dec2bin(s-1), (k-1)-0); % 產生全1的矩陣與十進制轉成二進制的矩陣相乘 in1 = ones(l, 1)*1, (dec2bin(s-1), (k-1)-0); % 兩矩陣對應位置元素相乘之和對2求余 out0 = mod(sum(g.*in0), 2); % 兩矩陣對應位置元素相乘之和對2求余 out1 = mod(sum(g.*in1), 2); % 兩個矩陣合并 outmtrx(s,

29、:) = out0, out1; end % 初始狀態(tài) = 100 pathmet = 0; 100*ones(n-1), 1); % 取出第1列的元素pathmettemp = pathmet(:,1); % 生成零矩陣trellis = zeros(n, t); % 往矩陣第1列賦予0、1、2的遞增值trellis(:,1) = 0 : (n-1); % 矩陣變形 y = reshape(y, l, length(y)/l); for t = 1:t % 從1到t列逐列取出，并轉置 yy = y(:, t); for s = 0:n/2-1 % 對運算結果取最小值 b0 ind0 = mi

30、n( pathmet(1+2*s, 2*s+1) + sum(abs(outmtrx(1+2*s, 0+1:l) - yy).2); sum(abs(outmtrx(1+(2*s+1), 0+1:l) - yy).2) ); % 對運算結果取最小值 b1 ind1 = min( pathmet(1+2*s, 2*s+1) + sum(abs(outmtrx(1+2*s, l+1:l) - yy).2); sum(abs(outmtrx(1+(2*s+1), l+1:l) - yy).2) ); % 將b0與b1矩陣合并并賦值 pathmettemp(1+s, s+n/2) = b0; b1;

31、trellis(1+s, s+n/2, t+1) = 2*s+(ind0-1); 2*s + (ind1-1); end pathmet = pathmettemp; end %生成零矩陣 xx = zeros(t, 1); %如果包含零尾if (zerotail) %最佳標志位置1 bestind = 1; else %否則取矩陣最小值賦值 mycop, bestind = min(pathmet); end %最佳度量為矩陣被標志的位 bestmetric = pathmet(bestind); %將(bestind-1)/(n/2)結果向下取整%作為viterbi譯碼輸出序列最后一位xx

32、(t) = floor(bestind-1)/(n/2); %取數(shù)組元素賦nextstate初值nextstate = trellis(bestind, (t+1); for t=t:-1:2 %nextstate/(n/2)向下取整賦值給xx xx(t-1) = floor(nextstate/(n/2); %取數(shù)組元素賦值給nextstate nextstate = trellis( (nextstate+1), t); end %如果零尾if (zerotail) %取其中1到end-k+1位 xx = xx(1:end-k+1); end %*endoffile*2.1.9 函數(shù)rec

33、eiversd用于軟判決的接收機%*beginningoffile*%receiversd.mfunction dataout, metric = receiversd(sdchips, g, scrambler); % % 此函數(shù)用于實現(xiàn)基于viterbi譯碼的發(fā)送數(shù)據的恢復 %+variables+% sdchips 軟判決rake接收機輸入符號% g viterbi編碼生成多項式矩陣% scrambler 擾碼序列% dataout 接收數(shù)據（二進制形式） % metric viterbi譯碼最佳度量%+ if (nargin = 1) g = 1 1 1 1 0 1 0 1 1; 1

34、0 1 1 1 0 0 0 1; % 若只給出接收序列參數(shù)，則重新定義生成多項式end % 速率=19.2 kbps sdchips = sdchips.*sign(1/2-scrambler); % 解擾384bit interl = reshape(sdchips, 16, 24); % 解交織 sdchips = reshape(interl, length(sdchips), 1); % 速率=19.2 kbps dataout metric = softvitdec(g, sdchips, 1); % 卷積解碼，判決%*endoffile* 2.1.10 函數(shù)softvitdec用于

35、軟判決的維比特譯碼%*beginningoffile*%softvitdec.mfunction xx, bestmetric = softvitdec(g, y, zerotail); % % 此函數(shù)是實現(xiàn)軟判決輸入的viterbi譯碼 %+variables+% g 生成多項式的矩陣% y 輸入的待譯碼序列 % zerotail 判斷是否包含0尾% xx viterbi譯碼輸出序列 % bestmetric 最后的最佳度量%+ l = size(g, 1); % 輸出碼片數(shù)k= size(g, 2); % 生成多項式的長度 n = 2(k-1); % 狀態(tài)數(shù) t = length(y)/l

36、; % 最大柵格深度 outmtrx = zeros(n, 2*l); % 存放256種移位寄存器狀態(tài)所對應的編碼for s = 1:n in0 = ones(l, 1)*0, (dec2bin(s-1), (k-1)-0); % 初始狀態(tài)為0時對應移位寄存器狀態(tài)in1 = ones(l, 1)*1, (dec2bin(s-1), (k-1)-0); % 初始狀態(tài)為1 out0 = mod(sum(g.*in0), 2); % 對應的編碼器輸出 out1 = mod(sum(g.*in1), 2); outmtrx(s, :) = out0, out1; % 存到編碼輸出狀態(tài)end outmt

37、rx = sign(outmtrx-1/2); % 轉換成雙極性碼 pathmet = 100; zeros(n-1), 1); % 初始狀態(tài) = 100 pathmettemp = pathmet(:,1); trellis = zeros(n, t); trellis(:,1) = 0 : (n-1); y = reshape(y, l, length(y)/l); % y為2*192矩陣for t = 1:t yy = y(:, t); % 取信碼，每兩個一組for s = 0:n/2-1 % 計算收到序列與所有可能發(fā)送序列的距離 b0 ind0 = max( pathmet(1+2*s, 2*s+1) + outmtrx(1+2*s, 0+1:l) * yy; outmtrx(1+(2*s+1), 0+1:l)*yy ); b1 ind1 = max( pathmet(1+2*s, 2*s+1) + outmtrx(1+2*s, l+1:l) * yy; outmtrx(1+(2*s+1), l+1:l) * yy ); p