基于MC-CDMA系统的全链路仿真分析平台

资 源 简 介

本项目旨在通过MATLAB环境构建一个完整的多载波码分多址（MC-CDMA）仿真模型。该系统巧妙地结合了正交频分复用（OFDM）的频率抗选择性衰落特性与码分多址（CDMA）的多用户接入灵活性。在发射端，系统首先将多用户原始二进制位流转换为调制符号（如QPSK或QAM），随后利用Walsh-Hadamard序列在频域对符号进行扩频处理，使扩频后的芯片映射到多个正交子载波上。通过IFFT操作将信号转换至时域并添加循环前缀以抵消多径效应。仿真建立了包含多径瑞利衰落及加性高斯白噪声（AWGN）的信道模型，真实反映

详 情 说 明

基于MATLAB的多载波码分多址（MC-CDMA）全链路仿真平台

项目介绍

本项目提供了一个基于MATLAB环境构建的完整MC-CDMA通信系统仿真框架。MC-CDMA技术结合了正交频分复用（OFDM）对多径衰落的抵抗能力以及码分多址（CDMA）的多用户接入灵活性。本仿真通过物理层全链路模拟，展示了信号从比特流产生、调制、扩频、多载波映射、经过瑞利衰落信道，到接收端多种合并算法检测的全过程。该平台旨在为无线通信研究人员和学生提供一个可调参数的实验环境，用于分析多址干扰（MAI）和频率分集对系统性能的影响。

功能特性

1. 多用户并发仿真：支持多用户同时接入，通过正交扩频码区分用户。
2. 经典合并算法集成：实现了最大比合并（MRC）、等增益合并（EGC）和最小均方误差（MMSE）三种主流合并检测准则。
3. 真实物理信道模拟：构建了包含多径时延、路径增益及瑞利分布的衰落信道，并叠加加性高斯白噪声（AWGN）。
4. 完善的性能评估：自动生成误码率（BER）随信噪比（SNR）变化的对比曲线，并提供星座图和信道频率响应可视化。
5. 理想信道估计：采用基于频率响应的理想估计方案，为分析不同检测算法的理论性能上限提供参考。

使用方法

1. 确保安装了MATLAB环境以及通信工具箱（Communications Toolbox）。
2. 在MATLAB工作目录下运行仿真主程序。
3. 程序将自动执行预设的信噪比循环，并在命令窗口显示每一阶段的仿真进度。
4. 仿真结束后，程序会自动弹出四个子图的可视化窗口，展示误码率性能曲线、星座图对比、信道响应和系统吞吐量模拟。
5. 用户可根据需要修改程序顶部的系统参数配置区（如用户数、扩频因子、FFT点数等）重新进行仿真分析。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2016b 及以上版本。
2. 必备工具箱：Communications Toolbox（用于QPSK调制解调器对象）。
3. 硬件建议：标准桌面级CPU即可，仿真大规模数据帧时建议增加内存分配。

仿真功能与实现逻辑说明

1. 参数初始化阶段

系统首先定义了关键仿真参数：用户数为4，扩频因子（SF）为16，FFT点数为64。同时配置了三径瑞利衰落信道的延迟（0, 3, 7个采样点）与功率衰减。扩频序列采用Hadamard矩阵生成，确保了用户间的正交性。

1. 发射端处理逻辑

对于每个用户，程序执行以下步骤：

• 生成随机二进制比特流。
• 进行QPSK调制，将比特映射为复数符号。
• 频域扩频：将每个调制符号与对应的Walsh-Hadamard序列相乘，将能量扩展到SF个子载波上。
• 子载波映射：将扩频后的芯片映射到指定频率范围的子载波上（当前实现选取前16个正交子载波）。
• OFDM转换：通过IFFT运算将信号转至时域，并添加循环前缀（CP）以抑制符号间干扰（ISI）。
• 信号叠加：将所有用户的时域信号进行线性累加，形成总的发射信号。

1. 信道模型实现

仿真模拟了复杂的无线传播环境：

• 根据路径延迟和路径增益生成复随机衰落系数，模拟多径瑞利衰落。
• 发射信号与信道冲击响应进行卷积。
• 根据设定的信号能量与当前信噪比（SNR），计算并添加复高斯白噪声。

1. 接收端处理与检测逻辑

接收端针对目标用户执行检测流程：

• 去除循环前缀（CP）并执行FFT，将信号还原至频域。
• 获取理想信道频率响应（H），作为后续均衡的基础。
• 执行三种合并检测算法：

- 最大比合并（MRC）：利用信道矢量的共轭对称性，对信号进行加权增强，最大化信噪比。 - 等增益合并（EGC）：仅补偿信道相位偏移，保持各个分量的幅度增益一致。 - 最小均方误差（MMSE）：在均衡时综合考虑信道强度和噪声功率，通过特定的加权因子抑制多址干扰。

• 解扩：在频域将合并后的信号与目标用户的原始扩频码进行内积运算，还原出符号。
• 解调：使用QPSK解调器将复符号还原为二进制位流。

1. 统计与可视化

• 误码统计：对比接收比特与原始发射比特，计算不同SNR下的平均误码率。
• 自动化绘图：通过Matlab绘图函数实时生成BER对比图、发射与接收端星座图对比、多径信道的频率响应（CFR）曲线以及基于MMSE准则的系统成功交付率（吞吐量）评估报告。

关键算法与实现细节分析

1. 扩频码机制

程序利用hadamard(sf)函数生成正交矩阵，每个用户分配一行作为其唯一的身份标识。这种正交性在多径信道保持正交的前提下，能够完美抑制多址干扰（MAI）。

1. 衰落信道卷积处理

信道效应通过时域卷积实现，利用randn函数生成复高斯的实部和虚部，并根据pathGains_lin进行能量缩减，真实体现了多径传播导致的频率选择性衰落。

1. 通信算法权重计算

• MRC权重：权重向量直接取信道响应的复共轭（conj(H)）。
• EGC权重：通过exp(-1i*angle(H))提取相位信息的相反数，实现相位同步。
• MMSE权重：公式为 conj(H) / (|H|^2 + noisePower)，在信道增益较小（深衰落）时，通过增加分母（噪声功率项）来限制噪声放大，从而在MAI抑制和噪声增强之间取得平衡。

1. 映射与统计简略处理

在当前的仿真循环中，为了清晰展示算法逻辑，程序针对每个数据帧的第一组符号进行精确的误码统计。这种处理方式能够反映出系统在特定多径环境下的瞬时性能，并随着maxFrames帧数的增加最终收敛于统计平均值。