基于MATLAB的CDMA RAKE接收机仿真.docx

1、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 1Abstract 2绪 论 31 MATLAB语言基础 41.1 MATLAB概述 41.1.1 MATLAB的概况 41.1.2.MATLAB产生的历史背景 41.1.3 MATLAB的语言特点 51.2 MATLAB的安装于使用 71.2.1 MATLAB安装 71.2.2 MATLAB运行 71.2.3结束MATLAB 71.3 MATLAB 基本语法和基本操作 81.3.1数值运算的

2、功能 81.3.2符号的作用 81.3.3用matlab函数创建矩阵 81.3.4 矩阵的修改 91.3.5矩阵运算 92 CDMA信号及高速网络时代三大主流3G技术 102.1 3G技术概况 102.1.1 3G技术的标准 102.2 CDMA信号简介 102.2.1 CDMA概述 102.2.2 CDMA技术标准 112.2.3 CDMA所具有的优势及技术持点 122.3 CDMA信号分类及各自特点 142.3.1 W-CDMA 152.3.2 CDMA2000 152.3.3 TD-SCDMA 152.3.4 TD-SCDMA的发展过程： 162.3.5 TD-SCDMA的优缺点 173

3、 RAKE 接收机 183.1 RAKE接收机-技术发展及研究现状 183.2 RAKE接收机基本原理 193.3 RAKE接收机数字实现模型 213.4 RAKE接收机在WCDMA中的应用 223.5 RAKE接收机MATLAB仿真 223.6 RAKE接收机系统性能 23结 论 25参考文献 26附件 27致 谢 33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

4、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

5、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。 AbstractBrief introduction of the MATLAB langua

6、ge, 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 se

7、quences 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

8、 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 impro

9、ve 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 rela

10、ted 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

11、 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, multip

12、ath 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 Ge

13、neration、 multipath interference、Wideband CDMA、diversity reception .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

14、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。

15、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。 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（MatrixLaboratory）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

16、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

17、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

18、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

19、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，

20、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

21、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

22、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

23、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

24、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

25、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

26、行，所以速度较慢。8）功能强大的工具箱是MATLAB的另一特色。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

27、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

28、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：:MATLAB6p1binwin32matlab.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

29、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 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

30、入 a=1 2 3;4 5 6 x=2 pi/2;sqrt(3) 3+5i1.3.2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 rat1.3.3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(

31、4)zeros 全部元素都为0的矩阵 zeros(7)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AC。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 xsqrt 矩阵开方 sqrt(x)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