DS-CDMA多用户检测算法性能仿真系统

资 源 简 介

该项目旨在通过MATLAB构建一个典型的直接序列码分多址（DS-CDMA）仿真系统，重点研究并对比不同线性多用户检测（MUD）算法在抑制多址干扰（MAI）方面的性能表现。系统完整实现了从信源产生、扩频调制到信道传输及终端接收的整个物理层链路。核心功能涵盖了三种关键接收机结构的建模：匹配滤波器（MF）检测器、解相关（Decorrelating）检测器以及最小均方误差（MMSE）检测器。在实现过程中，系统为多个并行用户分配正交或准正交的扩频码，模拟同步传输环境下的多信号叠加。功能不仅包含对基础AWGN信道的模

详 情 说 明

线性DS-CDMA多用户检测算法误码率性能比较仿真系统

项目介绍

本项目是一个基于MATLAB开发的物理层通信仿真系统，专注于直接序列码分多址（DS-CDMA）技术中的多用户检测（MUD）算法研究。系统模拟了多个用户在同步传输环境下的信号发射与接收过程，重点对比了三种经典的线性检测机：匹配滤波器（MF）、解相关检测器（Decorrelating）以及最小均方误差检测器（MMSE）。

该系统特别设计了“远近效应”场景，通过赋予干扰用户远高于目标用户的信号振幅，来评估不同算法在强多址干扰（MAI）环境下的稳健性。仿真通过蒙特卡洛实验方法计算误码率（BER），并与单一用户在加性高斯白噪声（AWGN）信道下的理论极限进行对比。

功能特性

• 多用户场景模拟：支持配置多个并行用户，并自定义扩频增益（码片长度）。
• 干扰建模：通过非正交的随机BPSK扩频码产生互相关干扰，模拟实际通信中的多址干扰环境。
• 远近效应模拟：系统允许为每个用户独立设置信号幅度，模拟干扰用户距离基站较近、目标用户距离基站较远的典型通信难题。
• 多种接收机实现：

- 匹配滤波器 (MF)：传统的单用户检测方式。 - 解相关检测器：通过矩阵求逆消除用户间干扰。 - MMSE检测器：综合考虑干扰抵消与噪声抑制的优化检测。

• 自动化综合分析：自动生成误码率随信噪比变化的半对数曲线图，并输出详细的数据对比表。

仿真逻辑与算法实现

仿真脚本严格按照数字通信系统的物理层流程构建，具体实现细节如下：

1. 参数与序列初始化

系统设定用户数（K=5）与扩频增益（N=16）。为了模拟MAI，系统选用随机生成的 BPSK 序列（-1, 1）作为扩频码。计算这些扩频序列的互相关矩阵 R，在该矩阵中非对角线元素不为零，反映了用户间的相互干扰。

2. 发送端建模

产生随机的源比特流（BPSK调制）。发送信号矩阵通过扩频码矩阵（S）、幅度矩阵（A）和比特向量的乘积构建，公式表达为 x = S * A * bits。其中幅度矩阵 A 包含预设的远近效应参数，使干扰用户的信号强度远超目标用户。

3. 信道模拟

系统在发送信号上叠加加性高斯白噪声（AWGN）。噪声功率根据目标用户的信噪比（Eb/N0）动态计算，确保仿真结果的准确性。

4. 接收机算法逻辑

所有接收机首先通过匹配滤波（前端处理）获得观测向量 y = S' * r。

• MF检测：直接对 y 取符号判定。由于忽略了 R 中的非对角线分量，该方法在远近效应下性能受限，会出现误码率“平台”。
• 解相关检测：应用变换矩阵 W = inv(R)。该方法彻底消除了 MAI，但由于在消除干扰的同时也放大了背景噪声，在低信噪比下表现不佳。
• MMSE检测：应用变换矩阵 W = inv(R + sigma^2 * inv(A^2))。该算法通过引入噪声功率项，在抑制干扰和限制噪声放大之间取得了平衡，是性能最均衡的线性检测机。

5. 性能评估

系统针对目标用户（User 1）统计误码数。经过数千次蒙特卡洛循环后，计算平均误码率。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2016a 或更高版本。
• 所需工具箱：基础 MATLAB 运行环境即可，项目内采用矩阵运算实现了所有核心算法，无需特殊的通信工具箱支持。

使用方法

1. 启动 MATLAB 软件并进入仿真的工作目录。
2. 直接运行仿真脚本文件。
3. 程序将开始执行蒙特卡洛迭代，命令行窗口会实时显示进度提示。
4. 运行结束后，系统将自动弹出“DS-CDMA多用户检测性能仿真”曲线图，并在命令行窗口打印 SNR 与各算法误码率的对照表。
5. 通过观察曲线，可以分析出在强干扰环境下，解相关和MMSE检测器相较于基础MF接收机的性能增益。