基于诺基亚算法的W-CDMA全链路仿真系统

资 源 简 介

该项目是基于两名Nokia研究人员开发的经典算法实现的W-CDMA（宽带码分多址）物理层全链路MATLAB仿真平台。该系统旨在模拟3G通信标准下的信号传输与处理全过程。其核心功能模块包括：在发送端实现高效的信道编码（如卷积码）以增强抗干扰能力，随后配合多级交织技术以消除信道的突发性错误影响，并通过速率匹配算法确保编码后的比特流与物理信道容量精确对齐。调制部分采用QPSK等制式进行符号映射，之后进行关键的扩频与扰码操作，利用OVSF码实现信道化并利用Gold序列进行小区区分。 在传输环节，项目构建了符合实际

详 情 说 明

W-CDMA 全链路仿真系统

项目介绍

本项目是一款基于受诺基亚（Nokia）研究人员经典算法启发的 W-CDMA（宽带码分多址）物理层全链路仿真平台。该系统采用 MATLAB 开发，完整模拟了 3G 通信标准下信号从信息源产生、基带处理、无线信道传输到端到端高效接收的全过程。

系统重点展示了宽带 CDMA 的核心技术特性，包括抗衰落的 RAKE 接收机结构、信道化码与扰码的双层码机制，以及复杂的信道编码方案。该仿真框架为评估不同信噪比环境下的链路性能提供了一个准确、闭环的实验环境。

功能特性

1. 链路级仿真：实现了从原始比特流到接收端译码输出的完整收发流程。
2. 高级信道编码：集成 1/2 码率卷积码与矩阵交织技术，具备强大的纠错和抗突发干扰能力。
3. 标准化扩频与扰码：利用 OVSF 码提供信道化保护，并使用 Gold 序列进行基带扰码，模拟小区识别与抗多址干扰机制。
4. 动态多径信道模拟：构建了多径瑞利衰落模型，并根据移动速度计算多普勒频移，准确还原复杂的无线传播环境。
5. 高性能 RAKE 接收：支持最大比合并（MRC）的多径分集接收技术，有效补偿多径时延带来的信号畸变。
6. 可视化分析：提供误码率（BER）曲线、信道冲激响应图及接收前后星座图等多维度数据展示。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2016a 或更高版本。
• 工具箱要求：Communications Toolbox（用于卷积编码、维特比译码及 biterr 测量）。
• 硬件建议：由于包含多径信道滤波及 RAKE 合并运算，建议具备 8GB 以上内存。

仿真逻辑与实现流程

1. 发送端处理

• 信号生成：生成长度为 2000 的随机原始比特序列。
• 卷积编码：采用约束长度为 7，生成多项式为 [171 133] 的 1/2 码率卷积码，将比特流转换为鲁棒性更强的编码比特。
• 矩阵交织：采用 40 行的块交织算法对编码后的数据进行重排，以对抗无线信道的快衰落。
• QPSK 调制：将交织后的比特流映射为格雷码排列的双极性 QPSK 复数符号，并进行归一化处理。
• 扩频操作：使用扩频因子 (SF) 为 64 的 OVSF 码对符号进行拉伸，实现带宽提升。
• 基带扰码：生成由 18 位反馈移位寄存器产生的 Gold 序列，与扩频后的信号按位相乘，增加信号的随机性。

2. 无线信道传输

• 多径模型：预设 3 条主要路径，时延分别为 0、2、5 个码片时间，功率衰减分别为 0dB、-3dB 和 -6dB。
• 小尺度衰落：通过二阶巴特沃斯滤波器模拟多普勒展宽，生成的瑞利增益满足 50km/h 移动速度下的统计特性。
• 噪声叠加：根据预设的 Eb/No 范围添加加性高斯白噪声 (AWGN)，并考虑了扩频增益和调制规格对噪声方差的影响。

3. 接收端处理 (RAKE 接收机)

• 解扰与解扩：针对每一条路径，先使用 Gold 序列共轭进行解扰，随后在符号周期内进行积分清洗（Integrate and Dump）还原符号。
• 最大比合并 (MRC)：利用已知的信道估计值对各径信号进行相位校正和加权求和，最大限度提取分集增益。
• 软判决解调：根据合并后的复数符号提取 LLR（对数似然比）信息，为后级译码提供软信息输入。
• 维特比译码：执行硬判决维特比译码算法，通过回溯长度为 30 的路径搜索，还原出原始原始信息比特。

关键算法实现细节

OVSF 码生成

系统采用递归树状结构算法生成正交变速率扩频码。通过定义根节点并执行镜像反转递归，确保所生成的码序列在 SF=64 的层级上严格正交，消除了用户内干扰。

Gold 序列扰码器

实现基于 3GPP 标准简化版的双支路反馈移位寄存器设计。两个 18 位的本原多项式分别产生伪随机序列并进行模二求和，最终生成的复数扰码具有优良的自相关特性。

RAKE 合并技术

RAKE 接收机由多个 Finger 组成，每个 Finger 独立处理一个时延路径。系统利用信道增益的共轭乘以接收信号，抵消了多径带来的相位旋转，并在功率层面对信号进行增强，有效解决了频率选择性衰落问题。

交织/去交织机制

采用经典的矩阵转置原理。发送端按行输入、按列输出，接收端则执行相反操作。这一逻辑确保了原本聚集的突发错误在空间上被离散化，从而使卷积码的纠错能力在多径环境下得到充分发挥。