DS-CDMA通信系统链路性能仿真平台

资 源 简 介

该项目提供了一套完整的直接序列扩频码分多址（DS-CDMA）通信链路仿真方案。系统在发射端实现信息的随机二进制生成、BPSK或QPSK数字调制，并采用具有良好互相关特性的扩频序列（如Gold码或Walsh码）对各用户信号进行扩频，实现了多用户在同一频带内的并发传输。在信道模拟部分，项目集成了加性高斯白噪声（AWGN）信道和频率选择性或平坦瑞利衰落信道，用以模拟真实无线环境中的多径干扰和噪声影响。接收端采用相干检测技术实现解扩与解调，通过匹配滤波器和互相关运算恢复原始数据流。该平台的关键功能在于能够通过蒙特

详 情 说 明

基于MATLAB的DS-CDMA通信系统性能仿真平台

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）通信链路。通过MATLAB环境，系统模拟了从信号产生、多用户扩频加密、信道传输到端到端解调接收的全过程。该平台重点展示了扩频技术在抑制多用户干扰（MAI）、对抗频率选择性衰落以及在加性高斯白噪声（AWGN）环境下的稳健性。通过调节扩频因子、负载用户数及信道参数，用户可以直观地观察到DS-CDMA系统的误码率（BER）变化规律。

功能特性

1. 多用户并发传输：支持多个用户同时在同一频带内传输比特流，通过正交码（Walsh码）区分不同用户。
2. 灵活的调制与扩频：采用BPSK数字调制方式，并利用Hadamard矩阵生成的Walsh码作为扩频序列，实现信号的频谱扩展。
3. 复杂信道模拟：集成了简易的多径瑞利衰落信道模型，支持自定义多径延迟、多径增益及复衰落系数，同时叠加AWGN。
4. 性能定量分析：基于蒙特卡洛仿真方法，提供准确的误码率统计，并能根据理论模型预测不同用户负载下的系统容量趋势。
5. 多维可视化展示：自动生成误码率曲线、功率谱密度对比图、判决前星座图以及系统容量柱状图。

系统逻辑与核心实现细节

仿真流程严格按照现代通信系统的物理层协议进行建模，具体逻辑如下：

1. 参数预设与初始化

系统默认设置5个活跃用户，扩频因子为64，每个用户传输2000个比特。信噪比范围设定为0dB至12dB，步进为2dB。信道配置为3径瑞利衰落，各径增益分别为0.8、0.4和0.2，延迟分别为0、1、2个码片（Chip）。

1. 扩频码生成

利用正交性良好的Hadamard矩阵生成长度为64的Walsh码。每个用户分配矩阵中的一行作为其唯一的扩频序列，确保在理想同步条件下用户间零干扰。

1. 发射端处理

• 随机生成二进制比特流。
• 进行BPSK映射，将 0/1 转换为 -1/1。
• 扩频操作：将每个符号复制64次，并与该用户的Walsh码进行点乘，完成时域扩频。
• 信号叠加：将所有用户的扩频信号在时域上直接累加，形成复合传输信号。

1. 信道传输模拟

• 瑞利多径效应：通过循环卷积的思想，将信号与多径增益/延迟进行叠加，并为每一径分配独立的复高斯衰落系数。
• 噪声注入：根据设定的Eb/No计算对应码片的噪声标准差，向信号中加入高斯白噪声。

1. 接收端相干检测

• 目标用户选择：接收机设定为仅解调特定目标用户的信号。
• 相关解扩：将接收到的复合信号按扩频因子分段，与目标用户的本地Walsh码执行互相关运算并归一化。
• 判决判限：根据相关器输出的符号正负进行硬判决，恢复原始二进制比特。

1. 结果统计与可视化

• 计算每一信噪比点下的误码数，绘制BER-SNR半对数曲线。
• 使用FFT算法计算并绘制扩频前后的归一化功率谱密度（PSD），展示扩频增益。
• 绘制接收端在判决前的复平面分布图（星座图），反映多用户干扰和噪声对信号质量的影响。
• 基于理论公式 Q 函数，计算并演示在不同活跃用户数（1到40人）下的误码率劣化趋势。

关键算法说明

• 互相关运算（Correlator）：这是DS-CDMA接收机的核心，通过正交码的自相关特性从叠加信号中提取特定用户信息，同时抑制其他用户的信号成分。
• 瑞利衰落模型：通过 (randn + 1i*randn) / sqrt(2) 生成复衰落因子，模拟信号在空间传输中的相位随机扰动和幅度衰减。
• 功率谱密度分析：利用自定义函数，通过对信号进行1024点FFT变换并取模平方，精确呈现扩频技术对信号频谱平滑化的效果。

使用方法

1. 启动环境：确保计算机已安装MATLAB R2016a或更高版本。
2. 运行仿真：直接在MATLAB命令行窗口运行主程序脚本。
3. 参数调整：用户可手动修改脚本顶部的参数部分（如增加numUsers以研究系统饱和点，或修改isRayleigh以对比不同信道环境）。
4. 观察结果：程序运行结束后将自动弹出四个子图窗口，展示完整的性能评估结果。

系统要求

• 软件：MATLAB（包含信号处理工具箱或通信系统工具箱优先，但代码中已包含自定义实现的Hadamard生成和频谱分析函数，具备基本的MATLAB内核即可运行）。
• 硬件：建议4GB以上内存，主频2.0GHz以上的处理器，以确保蒙特卡洛仿真在大用户量下的运行速度。