基于RAKE接收机的CDMA链路仿真系统

资 源 简 介

本项目通过MATLAB语言构建了一套完整的RAKE接收机通信链路仿真平台，旨在模拟和分析CDMA通信系统在多径衰落环境下的性能表现。 系统的核心功能涵盖了从信源编码到信道解码的完整流程。首先，项目实现了高效的短码（PN码）生成算法和业务信道长码生成模块，用于实现信号的分址和数据加扰，确保通信的安全性和唯一性。在调制阶段，系统采用哈达码（Hadamard）变换进行正交扩频处理，将低速率的用户原始数据扩展为高带宽的扩频信号。 为了模拟真实无线环境，系统构建了精确的瑞利（Rayleigh）衰落信道模型，该模型能

详 情 说 明

基于MATLAB的RAKE接收机链路生成仿真系统

项目简介

本项目是一套构建于MATLAB环境下的CDMA（码分多址）通信链路仿真平台。其核心目标是模拟数字信号在复杂多径瑞利衰落信道中的传输过程，并验证实现RAKE接收机对多径分量的捕获与合并能力。系统实现了从原始比特流生成、正交扩频、伪随机（PN）加扰、多径信道建模到RAKE接收合并的全流程仿真，为分析移动通信中的抗干扰技术提供了量化的数据支持。

功能特性

1. 完整链路模拟：涵盖了发送端（映射、扩频、加扰）、信道（多径瑞利衰落、AWGN）以及接收端（同步、解扰、解扩、MRC合并）的完整物理层流程。
2. 三层编码体系：结合了用于正交分址的Hadamard码、用于区分基站/用户的5位移位寄存器m序列（PN短码），以及用于业务加密的业务信道长码。
3. 高保真信道模型：内置精确的瑞利衰落模型，可自主定义多径数量、各径延迟及功率衰落分布。
4. RAKE接收架构：实现了典型的多“手指”（Finger）结构，能够有效提取由于多径效应产生的时间弥散信号。
5. 性能评估体系：支持多信噪比（SNR）点下的误码率（BER）自动统计，并与理论瑞利衰落边界进行对比分析。

系统逻辑说明

1. 基带信号产生与映射

系统首先生成随机二进制比特流，并将其进行BPSK极性映射，将原始的0/1序列转换为-1/1的基带电平信号。

2. 扩频与三级加扰逻辑

发送端通过三层码序列对信号进行处理：

• 正交扩频：利用16位Hadamard矩阵的特定行对原始数据进行扩频，增加信号带宽。
• PN短码生成：通过一个5位线性反馈移位寄存器产生m序列，反馈多项式逻辑由寄存器的第3位和第5位模2加运算决定。
• 长码加扰：生成统计特性随机的业务长码，与扩频后的信号进行模2相乘，增强抗干扰性。

3. 多径瑞利信道建模

系统模拟了一个具有三个独立路径的无线环境。通过复高斯分布生成各路径的衰落系数，并根据预设的功率延迟分布（PDP）对信号进行延时叠加。信道模型考虑了幅度衰减、相位偏移以及多径引起的时间弥散。

4. RAKE接收机核心处理

接收端模拟了RAKE接收机的并行处理机制：

• 时间对齐：根据已知路径延迟，将接收到的复合信号在各Finger分支进行时间同步截取。
• 解扰与解扩：每个Finger分支利用本地生成的同步PN码和长码进行共轭处理（去加扰），随后通过Hadamard码进行相关运算提取出原始带宽信号。
• 最大比合并 (MRC)：系统提取各路径的信道估计信息（复系数），利用信道补偿技术对各Finger输出进行相位矫正和功率加权，最后将各分支信号叠加以最大化输出信噪比。

关键算法实现细节

1. m序列算法：代码通过 [1 0 1 1 0] 初始状态的寄存器循环迭代，实现了一个周期性的伪随机序列生成器，用于模拟窄带信号的扩频/去扰特性。
2. 指控器同步模拟：仿真中假设接收机已知信道延迟信息，通过索引偏移量精确模拟了RAKE接收机对不同路径能量的捕获。
3. 最大比合并逻辑：通过 sum(chunk .* Hadamard_code) * conj(path_coeffs) 的逻辑，实现了对衰落相位衰减的完美补偿，这是RAKE接收机优于普通接收机的技术核心。
4. 误码率性能对比：系统将仿真得出的BER曲线与单径瑞利信道的BPSK理论误码率公式进行实时绘图对比，直观展示RAKE接收机利用分集增益带来的性能提升。

可视化分析

系统运行后会自动生成包含六个子图的分析窗口：

1. 发送端扩频信号的时域波形（展示扩频后的码片结构）。
2. 扩频信号的功率谱密度（PSD），体现CDMA系统的高带宽特征。
3. 瑞利多径信道的冲激响应（功率延迟分布图）。
4. RAKE接收机各Finger捕获的能量分布对比柱阵图。
5. 高信噪比环境下的解扩后星座点分布图。
6. 误码率（BER）随信噪比（SNR）变化的特性曲线图。

使用方法

1. 启动MATLAB软件。
2. 将仿真代码保存为以函数命名的.m文件，或直接在编辑器中打开。
3. 在命令行窗口直接运行该主函数。
4. 程序将自动执行1000个比特在0dB到16dB信噪比区间下的循环仿真。
5. 等待仿真结束，图形界面将自动弹出并显示完整的分析结果。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2016b 或更高版本。
• 所需工具箱：Signal Processing Toolbox (用于功率谱计算)、Communications Toolbox (用于误码率计算函数 biterr 和噪声添加 awgn)。