基于MATLAB的CDMA RAKE接收机仿真.docx
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基于MATLAB的CDMARAKE接收机仿真
毕业设计（论文）
题目：
基于MATLAB的CDMARAKE接收机仿真
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2010年04月10日
目录
摘要1
Abstract2
绪论3
1MATLAB语言基础4
1.1MATLAB概述4
1.1.1MATLAB的概况4
1.1.2.MATLAB产生的历史背景4
1.1.3MATLAB的语言特点5
1.2MATLAB的安装于使用7
1.2.1MATLAB安装7
1.2.2MATLAB运行7
1.2.3结束MATLAB7
1.3MATLAB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
2CDMA信号及高速网络时代三大主流3G技术10
2.13G技术概况10
2.1.13G技术的标准10
2.2CDMA信号简介10
2.2.1CDMA概述10
2.2.2CDMA技术标准11
2.2.3CDMA所具有的优势及技术持点12
2.3CDMA信号分类及各自特点14
2.3.1W-CDMA15
2.3.2CDMA200015
2.3.3TD-SCDMA15
2.3.4TD-SCDMA的发展过程：
16
2.3.5TD-SCDMA的优缺点17
3RAKE接收机18
3.1RAKE接收机-技术发展及研究现状18
3.2RAKE接收机基本原理19
3.3RAKE接收机数字实现模型21
3.4RAKE接收机在WCDMA中的应用22
3.5RAKE接收机MATLAB仿真22
3.6RAKE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:
MatrixLaboratory）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。
Abstract
BriefintroductionoftheMATLABlanguage,onthebasisofusingMATLABlanguagecommunicationsystemsimulationofCDMAdescription.ThisprocesssimulationCDMAreceiverfunction,includingsolutions,expansion,channelcodinganddecoding（convolutioncode）thesourcecodinganddecoding（CRC）,5functionmodulesfordigitalsignalsequencesfrequency-handmode.SimulationCDMAtransmitterfunctions,includingrandomsequences,thesourcecodingtail,channelcodingbits（add）,groupedconvolutioncodeandthespread-spectrummodulation6functionmodule,usedindigitalbaseband,Matrixlab（MATLAB:
MatrixLaboratory）isakindofarithmeticbasedonMatrixinteractiveprogramminglanguages.Comparedwithothercomputerlanguage,withconciseandintelligent,andadapttothecharacteristicsofscienceandtechnologyprofessionalswayofthinkingandwritinghabits,andusetheprogramminganddebugging,cangreatlyimprovetheworkingefficiency.
OntheuseofMATLABlanguagecommunicationsystemsimulationcodedivisionmultipleaccess（CDMA）.EachCDMAreferstothesender,usingdifferentorthogonalDeZhiMamodulationoftheinformationandonthereceivingendof（in）MaXingusingorthogonality,throughtherelatedtesting,selectedfrommixedsignalscorrespondingsignalofakindoftechnology.RealizingCDMAisbasedonthetheoryofspreadspectrumcommunication,namelyafterthesenderwillbereadytosenddatawithpseudo-randomcodeformodulation,expand,andthentransmissionspectrum,andatthereceivingendUSESthesamecodeextendrelevantprocessing,restoresolutionoftheoriginaldata.Directsequencespreadspectrumcommunication（DS）,FH（comparison,linearfrequencychirp,etc.）THManyoftheadvantagesofusingspreadspectrumcommunication,suchasnoiseinterference,multipathfading,theabilityisstrong,canworkunderlowpowerspectraldensity,goodsecrecy,multi-accessreuseandanylocationandheightmeasurement,etc.
ThepaperdiscussedtheCDMAsignalREAKreceiverMATLABsimulation.
Keywords：
simulation、CDMA、SpreadSpectrumCDMA、communicationsystem、3rdGeneration、multipathinterference、WidebandCDMA、diversityreception.
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。
1MATLAB语言基础
1.1MATLAB概述
1.1.1MATLAB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MatrixLaboratory，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MATLAB5.3/Simulink3.0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，CleveMoler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NewMexico大学计算机系系主任的CleveMoler,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。
CleveMoler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，CleveMoler到Standford大学讲学，MATLAB深深地吸引了工程师JohnLittle.JohnLittle敏锐地觉察到MATLAB在工程领域的广阔前景。
同年，他和CleveMoler、SteveBangert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，CleveMoler和JohnLittle成立了MathWorks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MATLAB4.0版，1995年推出4.2C版（forwin3.X）1997年推出5.0版。
1999年推出5.3版。
MATLAB5.X较MATLAB4.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Netscape3.0或IE4.0及以上版本，AcrobatReader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。
1.1.3MATLAB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。
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,signlproceessingtoolbox,commumnicationtoolbox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。
1.2MATLAB的安装于使用
1.2.1MATLAB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。
1.2.2MATLAB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
2.键入quit
3.直接关闭MATLAB的命令视窗（Commandwindow）
1.3MATLAB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=[123;456]
x=[2pi/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,formatrat
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）
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）
2CDMA信号及高速网络时代三大主流3G技术
2.13G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
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