基于QPSK调制与DS-CDMA的多用户通信系统仿真

资 源 简 介

该项目构建了一个完整的直接序列扩频码分多址（DS-CDMA）多用户仿真系统，核心功能涵盖了从信源编码、调制到信道传输及接收端处理的全过程。系统首先生成多路随机二进制序列模拟不同用户的数据流，采用QPSK（正交相移键控）调制映射各用户信号。随后，利用具有良好正交性的扩频码（如Walsh码或m序列）对各用户信号进行频谱扩展，实现多用户在同一频带内的并行传输。为了优化信号带宽并减小码间串扰，系统在发射与接收端均配置了根升余弦（RRC）成形滤波器。仿真环境高度还原了动态无线信道特性，重点模拟了多径瑞利衰落（Ray

详 情 说 明

基于MATLAB的QPSK调制DS-CDMA多用户通信系统仿真平台

项目介绍

本仿真平台旨在模拟一个完整的直接序列扩频码分多址（DS-CDMA）通信系统，通过QPSK调制技术实现多用户在同一频带内的并行数据传输。系统深度模拟了真实无线环境中的物理层处理过程，包括信号的生成、频域扩展、脉冲成形、多径瑞利衰落信道干扰以及接收端的相干解调与解扩处理。通过蒙特卡洛仿真实验，系统能够定量分析在不同信号信噪比（Eb/No）环境下，多机干扰（MAI）与多径效应对通信质量的影响。

功能特性

• 多用户支持：系统默认支持4个用户并发传输，每个用户分配独立的直交扩频码。
• 高级调制方案：采用QPSK调制并结合Gray码映射规则，有效平衡传输速率与误码性能。
• 正交扩频技术：利用Hadamard矩阵生成的16位Walsh码作为扩频序列，确保各用户信号在解扩时的正交独立性。
• 脉冲成形与匹配滤波：在发送与接收端同步部署根升余弦（RRC）滤波器（滚降系数0.25），优化频谱效率并抑制码间串扰。
• 复杂信道仿真：高度还原3径瑞利衰落信道环境，模拟路径增益衰减与不同采样点的多径延迟，并叠加加性高斯白噪声。
• 性能评估指标：自动生成包含时域波形、功率谱密度（PSD）、收端星座图以及各用户BER（误码率）性能曲线的动态可视化结果。

实现逻辑与环节

系统内部逻辑严格遵循无线通信物理层标准，具体流程如下：

1. 参数初始化：配置用户数、数据比特流长度、扩频因子（SF=16）、过采样率（sps=8）以及预设的Eb/No范围。
2. 扩频序列准备：通过MATLAB内置的hadamard函数生成正交序列，并依据用户索引分配专属的扩频码片。
3. 信号发射端处理：

• 随机生成二进制原始数据。
• 执行QPSK调制，将比特映射为复数符号。
• 扩频处理：将每个QPSK符号与16位扩频码进行矩阵乘法，扩展带宽。
• 上采样与RRC滤波：对扩频后的码片流进行8倍上采样并通入成形滤波器，生成连续基带信号。
• 信号叠加：将所有用户的信号在时域进行物理叠加，形成包含多机干扰的复合发射信号。

1. 信道传输：

• 多径衰落：通过复高斯随机变量生成瑞利增益。
• 路径叠加：根据预设的3条延迟路径（[0, 2, 5]个采样点）对信号进行移位并按功率增益比例求和。
• 噪声引入：根据输入的Eb/No计算对应的噪声功率，在采样点级别叠加白噪声。

1. 接收端处理：

• 匹配滤波：使用相同的RRC滤波器进行匹配滤波，以获取最大信噪比。
• 同步与下采样：计算滤波器群延迟（24*2次采样点偏移），在最佳采样点采集数据。
• 解扩处理：将接收到的码片流重新矩阵化，并与用户对应的Walsh码进行互相关运算。
• 硬判决解调：对相关后的符号根据实部和虚部极性进行硬判决，还原二进制原始比特。

1. 统计分析：计算各用户的实时误码率，并与理论环境下AWGN信道的QPSK误码性能曲线进行对比。

关键算法与细节分析

• 调制映射规则：系统内部执行Gray码映射逻辑，即00映射为1+j，01映射为-1+j，11映射为-1-j，10映射为1-j，随后进行归一化处理。
• 扩频实现：采用逐符号扩频算法，通过矩阵运算将[NumSymbols x 1]的符号向量转换为[NumSymbols x 16]的码片矩阵，再展平为一维码片流。
• 功率谱密度分析：利用周期图法（Periodogram）计算并绘制复合信号的功率谱，用户可直观观察到扩频后频谱的展宽现象。
• 采样同步：代码中针对RRC滤波器产生的双向延迟（48个采样点）进行了精确的手动步进补偿，确保解扩时码片对齐。
• 多径增益：采用线性增益转换（10^(dB/20)），确保信号在多径环境下的幅度衰减符合物理规律。

使用方法

1. 启动MATLAB软件。
2. 将仿真脚本文件放置于当前工作目录下。
3. 在命令行窗口直接运行该主脚本函数。
4. 运行结束后，系统将自动弹出四个分析图表，并在命令行窗口输出详细的用户误码率统计结果表。

系统要求

• 运行环境：MATLAB R2016b 或更高版本。
• 必备工具箱：Communications Toolbox（通信工具箱）和 Signal Processing Toolbox（信号处理工具箱）。
• 硬件配置：建议最低4GB内存，以支持蒙特卡洛大循环运算。