交织分复用多址(IDMA)系统链路级仿真平台

资 源 简 介

本项目构建了完整的交织分复用多址(IDMA)通信系统仿真框架，旨在深度模拟和分析多用户场景下的数字通信性能。程序完整地复现了发射端的用户信号处理流程，涵盖了随机比特流生成、FEC信道编码（如重复码或卷积码）、用户唯一性的随机交织处理以及星座映射。IDMA的核心优势在于其通过不同用户特有的随机交织器来区分信号，而非传统的正交扩频序列，从而极大地简化了资源管理并提升了系统容量。在接收端，本项目部署了基于迭代处理的基本信号估计(ESE)器和软输入软输出(SISO)解码器，利用芯片级的迭代运算在多用户干扰(MUI

详 情 说 明

交织分复用多址 (IDMA) 系统链路级仿真平台

项目介绍

本项目提供了一个完整的交织分复用多址 (IDMA) 通信系统链路级仿真环境。IDMA 作为一种非正交多址接入 (NOMA) 技术，其核心思想是利用用户特有的随机交织器来区分不同用户的信号，并在接收端采用低复杂度的芯片级迭代检测算法。

该仿真平台通过 MATLAB 实现了从发射端信号处理、信道建模到接收端多用户检测的全过程。通过该平台，用户可以量化分析在不同信噪比、用户数量及迭代次数下的系统误码率 (BER) 性能，并直观观察迭代检测算法的收敛特性。

功能特性

1. 多用户信号并发模拟：支持多达 10 个（可调）用户同时在同一频率和时间资源上传输。
2. 软输入软输出迭代架构：集成了基本信号估计 (ESE) 和针对重复码的软输入软输出 (SISO) 解码器。
3. 灵活的编码与映射：采用重复码作为前向纠错 (FEC) 手段，结合 BPSK 星座映射，简化算法逻辑并突出 IDMA 核心机制。
4. 随机交织区分机制：为每个用户生成独立的随机交织序列，模拟 IDMA 区分用户的物理层特征。
5. 自动化性能评估：自动生成误码率随信噪比变化的曲线，以及误码率随迭代次数变化的收敛曲线。
6. 频谱效率量化：程序根据用户数和扩频因子自动计算并报告系统的总频谱效率。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2018b 或更高版本。
2. 硬件要求：标准台式机或笔记本电脑即可，仿真运行时间取决于设置的仿真帧数和迭代次数。

实现逻辑与功能细节

1. 系统初始化与参数配置

程序开始时定义了仿真的核心参数：

• 用户总数 (K)：默认为 10，代表并发接入的用户量。
• 扩频因子 (S)：通过重复码实现，决定了冗余度和处理增益。
• 信噪比范围：设定 Eb/No 的变化区间（0 至 12 dB）。
• 迭代深度：设置接收端最大的迭代次数（10次），用于观察性能随迭代的增益。

2. 交织器生成

程序为每一个用户独立生成一对交织器和解交织器。交织器通过对芯片序列进行随机排列实现，确保各用户信号在码域上具有极低的相关性。解交织器则通过排序索引函数生成，用于接收端的信号恢复。

3. 发射端处理流程

针对每个用户，程序执行以下操作：

• 信息生成：产生随机的二进制原始比特流。
• 重复编码：将每个比特重复 S 次，实现基础的信道编码。
• 星座映射：将二进制 0 映射为 +1，1 映射为 -1。
• 随机交织：按照该用户独有的序列对芯片进行位置打乱。

4. 信道模拟

模拟加性高斯白噪声 (AWGN) 信道。程序根据当前设定的 Eb/No 计算噪声方差，考虑到多用户叠加以及重复码率的影响，对噪声功率进行精确缩放，确保仿真结果的学术准确性。

5. 接收端迭代检测算法

这是系统的核心部分，采用 ESE 和 SISO 相互协作的结构：

• ESE 阶段：针对每一个芯片位置，利用所有用户的外部信息计算均值和方差，通过减去当前用户的贡献来估计多用户干扰 (MUI)，从而产出各用户芯片级的似然比 (LLR)。
• SISO 阶段：首先对 ESE 输出的 LLR 进行解交织。然后针对重复码的特性，对属于同一个原始比特的多个芯片 LLR 进行累加求和。
• 外部信息交互：为了保证迭代增益，SISO 将计算得到的反馈信息减去输入的先验信息，得到纯粹的外部信息，经过重新交织后传回 ESE。
• 硬判决：在迭代过程中或结束时，根据最终的 LLR 正负值进行比特判决。

6. 数据统计与可视化分析

仿真循环结束后，程序会执行以下分析：

• 误码率计算：对比判决比特与原始比特，计算每个 SNR 点在特定迭代次数下的 BER。
• 性能趋势图：绘制多条 BER 曲线，对比第 1 次、第 3 次及最后一次迭代的性能差异。
• 收敛特性图：选取特定的信噪比点，展示 BER 随迭代次数增加而下降的过程。
• 频谱效率报告：在控制台输出系统的总吞吐能力参数。

使用方法

1. 打开 MATLAB 软件。
2. 将仿真代码脚本加载至当前工作路径。
3. 直接运行该脚本。
4. 运行结束后，程序将在 command window 输出各阶段的 BER 数值及频谱效率报告，并自动弹出两张性能分析图表。
5. 用户可以通过修改程序顶部的参数（如 K、S、Max_Iter 等）来探索不同配置下的 IDMA 系统性能极限。