擴頻通信系統(tǒng)仿真實驗報告

1、重慶交通大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院綜合性設(shè)計性實驗報告專業(yè)：通信工程專業(yè)11級學(xué)號：姓名：實驗所屬課程：移動通信原理與應(yīng)用實驗室（中心）： 軟件與通信實驗中心指導(dǎo)教師：2013年3月教師評閱意見:簽名：年 月 日實驗成績：、題目擴頻通信系統(tǒng)仿真實驗 二、仿真要求擴頻通信系統(tǒng)的多用戶數(shù)據(jù)傳輸 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)隨機產(chǎn)生，要求采用頻帶傳輸（BPSK調(diào)制）； 擴頻碼要求采用周期為63 （或127）的m序列； 仿真從基站發(fā)送數(shù)據(jù)到三個不同的用戶，各不同用戶分別進行數(shù)據(jù)接收； 設(shè)計三種不同的功率延遲分布，從基站到達三個不同的用戶分別經(jīng)過多徑衰落（路徑數(shù)分別為2, 3, 4）； 三個用戶接收端分別解出各自的數(shù)據(jù)并與發(fā)

2、送前的數(shù)據(jù)進行差錯比較。、仿真方案詳細設(shè)計通信系統(tǒng)的總體框圖如下發(fā)射機原理圖調(diào)制之后的信號由上圖可知，整個設(shè)計由發(fā)送端、信道和接收機組成。其中發(fā)射端主要完成m序列的產(chǎn)生，隨機0,1序列的產(chǎn)生。然后利用m序列對產(chǎn)生的隨 機序列進行擴頻，然后再用cos(wt)對其進行調(diào)制。信道主要模擬信號的多徑傳輸，在這個信道中一共有三個用戶的數(shù)據(jù)進行傳輸，用戶一 經(jīng)過了 2徑衰落，用戶二經(jīng)過了 3徑衰落，用戶三經(jīng)過了 4徑衰落。接收端接收到的信號是幾路多徑信號的加噪后的疊加，首先要完成信號的解擴，然后再 解調(diào)，濾波，抽樣判決最后分別與原始信號比較并統(tǒng)計誤碼率現(xiàn)對主要功能部分進行詳細描述1. 擴頻碼(m序列)的產(chǎn)

3、生擴頻碼為偽隨機序列，本實驗采用自相關(guān)特性好，互相關(guān)特性較差的 M序列，因為有 三路用戶，故選取帶有6位移位寄存器，周期為63的m序列。其對應(yīng)的二進制序列分別為：1000011,1100111,1101101.以1000011為例，其具體的寄存器結(jié)構(gòu)圖如下所示:初始化各寄存器單元內(nèi)容為11111111產(chǎn)生m序列的matlab程序如下function c=ge nM seq(b)N=le ngth(b)-1;D=o nes(1,N); A=b(N:-1:1);c=；for i=1:2AN-1c1=rem(sum(D.*A),2);c=c,D(N); D=c1,D(1:N-1);end%變?yōu)?,

4、-1的序列c=c*2-1;? End2、擴頻擴頻的主要思想是每一位數(shù)據(jù)位都擴展成長度為 m序列長的信息，其具體做法是將數(shù)據(jù)信 息中的 1用m序列代替，而對于 -1 用-m序列代替，這樣對每一個數(shù)據(jù)位都進行擴 展就實現(xiàn)了對原始數(shù)據(jù)的擴頻。其結(jié)構(gòu)框圖如下擴頻碼Sig nal其仿真代碼如下:function ssig nal=dsss(sig nal,c) sig nal=sig nal*2-1;ssig nal=;for i=1:le ngth(sig nal)ssig nal=ssig nal,sig nal(i)*c;end end3、多徑信道的仿真function multiS=channe

5、ls(modusignal,snr,k)%模擬多徑衰落len=len gth(modusig nal);x1=ra ndn (1,le n);y1=ra ndn (1,le n);r仁abs(x1+j*y1).*modusig nal;r仁zeros(1,5),r1(1:le ngth(modusig nal)-5);x2=ra ndn (1,le n);y2=ra ndn (1,le n);r2=abs(x2+j*y2).*modusig nal;r2=zeros(1,8),r2(1:le ngth(modusig nal)-8);x3=ra ndn (1,le n);y3=ra ndn (

6、1,le n);r3=abs(x3+j*y3).*modusig nal;r3=zeros(1,10),r3(1:le ngth(modusig nal)-10);if k=2multiS=modusig nal+r1;else if k=3multiS=modusig nal+r1+r2;else if k=4multiS=modusig nal+r1+r2+r3;endendendmultiS=awg n(m ultiS,s nr);4、接收端解擴其解擴的過程與在假定擴頻碼與接收信號同步的情況下，可對接收信號進行解擴，擴頻的過程一樣，也是利用擴頻碼與接收信號進行相乘即可。其原理圖如下:解擴

7、代碼如下：? function dessig nal=dedsss(receiveSig nal,c,chipRate,fs)?L=fs/chipRate;c1=;for i=1:le ngth(c)?c1=c1,c(i)*o nes(1,L);?end?dessig nal=;?for i=1:le ngth(c1):le ngth(receiveSig nal)?dessig nal=dessig nal,reciveSig nal(i:i+le ngth(c1)-1).*c1;?end? end5、調(diào)制與解調(diào)本文采用的是BPSK調(diào)制解調(diào)方式。發(fā)送端將擴頻后的信號s乘上載波cos(2* n

8、 ft)即完 成了調(diào)制，接收端再乘以載波cos(2* n ft)做相干解調(diào)，必須保證接收端乘以的載波與發(fā)送端的載波是相干的才能很好的解調(diào)，最后再經(jīng)過一個低通濾波器濾除相乘過程中產(chǎn)生的高頻 成分即完成了解調(diào)。四、仿真結(jié)果及結(jié)論原信號和擴頻之后的信號圖11 11 1 0r111 1 11 1 1tt110.80.60.40.210203040506070809010000原信號頻譜與擴頻后信號頻譜圖2100008000600040000-3aii15-2-1.5-1-0.5擴頻后信Khh-1|jB00.511.522.54 x 10芋號頻譜TF一如h叫屈厲 12500200015001000500

9、-2-1234x 102000第一個用戶信號經(jīng)過擴頻，調(diào)制之后的信號以及三個用戶信號分別經(jīng)過2徑，3徑，4徑信道后的疊加信號之和如下圖所示圖36420-2-4-613001400150016001700180019002000210022001 11JIf IJ 0.5/ 1 I !： |1 J1 11 f1 /1 fl 1 1 JJ 1t 1 1 1 1 I!1I II-0一1 ill i 1 1 1 1 1 1J1! I1l 1 H 1l in1 /:-0.5-1 1 J U 1111 I j f ii1 t/1 J -ii11 J l|-110011501200125013001350第

10、一個原始用戶信號與其經(jīng)過接收端解擴，解調(diào)，抽樣判決之后的最終信號的比較如下圖40.60.40.20.80.40.20.80.6第二個原始用戶信號與其經(jīng)過接收端解擴，解調(diào)，抽樣判決之后的最終信號的比較如下圖51第三個原始用戶信號與其經(jīng)過接收端解擴，解調(diào)，抽樣判決之后的最終信號的比較如下實驗結(jié)果分析擴頻通信的理論基礎(chǔ)為香農(nóng)公式：C=Blog(1+S/N)由公式可知，我們可以用犧牲帶寬的辦法來換取較低的信噪比， 增加系統(tǒng)的抗干擾能力。 直接序列擴頻，是直接利用具有高碼率的擴頻碼序列在發(fā)送端擴展信號的頻譜， 而在接收端, 用相同的擴頻碼序列進行解擴，把展寬的擴頻信號還原成原始的信息，是一種數(shù)字調(diào)制方法

11、。由圖2可知，信號經(jīng)過擴頻后信號的頻譜被展寬了，并且頻譜功率降低了，這使得擴頻 通信系統(tǒng)具有較強的抗干擾能力，且具有很強的隱蔽性和抗偵查，抗竊聽的能力。這種能力 隨著擴頻增益的增大而增大。擴頻增益的提高就需要提高擴頻碼m序列的位數(shù)了。因為m序列具有良好的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性， 正是這兩大特性使得在接收端可以很 好的進行擴頻碼的同步，以及多路用戶的區(qū)分，從而具有很好的抗多徑干擾能力圖三的上半部分為用戶 1 的信號，下半部分為三個用戶經(jīng)過疊加的信號，由圖可知，三 個信號疊加過后有點兒像一個信號上面疊加了一些噪聲。A用戶經(jīng)過的是兩徑信道，B用戶經(jīng)過的是三徑信道，C用戶經(jīng)過的是四徑信道，所以在 接收

12、端A用戶的誤碼率最低，其次是B用戶，最后是C用戶。本實驗沒有進行擴頻碼的同步， 所以效果不是那么地好。由圖四、五、六可知接收端還是能比較好的恢復(fù)出原信號的。說明了擴頻通信還是具有 較好的抗干擾能力的。五、總結(jié)與體會通過本次實驗， 我對直接序列擴頻的原理有了一個更加全面的認識， 對擴頻系統(tǒng)在通信 過程中的作用有了深刻的理解，特別是擴頻通信抗多徑衰落的能力在本實驗中得到了很好的 體現(xiàn)。在實驗過程中也遇到了一些問題， 中途連濾波器的設(shè)計也是拿出以前寫過的代碼重讀了 一遍然后參照那個寫的。感覺到知識具有很強的遺忘性，那我們在今后的學(xué)習(xí)中要經(jīng)常溫習(xí) 學(xué)過的東西，這樣不僅能鞏固知識還能學(xué)到新的東西，正所謂

13、溫故而知新嘛。MATLAB 確實是一個很好的模擬軟件，它能夠讓人很直觀的理解通信的過程。 我深知實驗中還是存在著很大的不足的，比如說由于時間關(guān)系沒有在接收端進行擴頻 碼序列的跟蹤同步，使得系統(tǒng)的抗多徑效果不是特別明顯，在接下來的時間里，我會繼續(xù)努 力的，最后感謝李老師的辛苦教學(xué)。六、主要仿真代碼主程序代碼如下：sscPara1=1 0 0 0 0 1 1;%主函數(shù)sscPara2=1 1 0 0 1 1 1;function main()sscPara3=1 1 0 1 1 0 1;clc;c1=genMseq(sscPara1);clear;c2=genMseq(sscPara2);clos

14、e all;c3=genMseq(sscPara3);N=100;modusignal1,dataRate,fc,fs,ssignal1,chipR%擴頻部分ate,data1=transmitters(c1,N);data=;modusignal3,dataRate,fc,fs,ssignal3,chipRfor i=1:1/(8*63):length(data1)data=data,2*data1(fix(i)-1;endfigure;subplot(2,1,1);n=1:1/(8*63):length(data1);plot(n,data);ssignal=;for i=1:1/8:le

15、ngth(ssignal1)ssignal=ssignal,ssignal1(fix(i);endsubplot(2,1,2);l=1:1/8:length(ssignal1);plot(l,ssignal);N1=length(data);figure;subplot(2,1,1);sff1=-fix(N1/2):1:(fix(N1/2);plot(sff1,fftshift(abs(fft(data);title( 擴頻前信號頻譜 );N2=length(ssignal);subplot(2,1,2);sff2=-fix(N2/2):1:(fix(N2/2);plot(sff2,fftsh

16、ift(abs(fft(ssignal);title( 擴頻后信號頻譜 );t=1:length(modusignal1);figure;subplot(2,1,1);plot(t,modusignal1);modusignal2,dataRate,fc,fs,ssignal2,chipR ate,data3=transmitters(c3,N);modusignal1=channels(modusignal1,2);t=1:length(modusignal1);subplot(2,1,2);plot(t,modusignal1);modusignal2=channels(modusigna

17、l1,3);modusignal3=channels(modusignal1,4); modusignal=modusignal1+modusignal2+m odusignal3;BER1=;BER2=;BER3=;for snr=-10:2:10wr1=0; wr2=0; wr3=0;for i=1:10 receiveSignal=awgn(modusignal,snr); d1=receiver(receiveSignal,dataRate,chip Rate,fc,fs,c1);d2=receiver(receiveSignal,dataRate,chip Rate,fc,fs,c2

18、);d3=receiver(receiveSignal,dataRate,chipRate,fc,fs,c3);wr1=wr1+sum(d1=data1)/100;wr2=wr2+sum(d2=data2)/100;wr3=wr3+sum(d3=data3)/100;endwr1=wr1/11;wr2=wr2/11;wr3=wr3/11;BER1=BER1,wr1;BER2=BER2,wr2;BER3=BER3,wr3;ate,data2=transmitters(c2,N);endfor i=1:length(c1):length(receiveSignal)BER1BER2BER3 fig

19、ure;subplot(2,1,1); n=1:1/8:length(data);plot(n,data); n=1:1/8:length(d1);da1=;for i=1:1/8:length(d1) da1=da1,d1(fix(i);end subplot(2,1,2); plot(n,da1);figure; n=0:1:10;semilogy(n,BER1,*r);hold on semilogy(n,BER2,*y);hold on semilogy(n,BER3,*b);%解擴實現(xiàn)function dessignal=dedsss(receiveSignal,c,chipRate,fs) L