張令631406080206移動通信原理與應(yīng)用

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14級 學(xué) 號： 631406080206 姓 名： 張 令 實驗所屬課程： 移動通信原理與應(yīng)用 實驗室(中心)： 信息技術(shù)軟件實驗室 指 導(dǎo) 教 師 ： 譚 晉 2016年11月仿真實驗評分標(biāo)準(zhǔn)： A 實驗報告各項目認(rèn)真填寫，仿真結(jié)果正確，具有清晰的設(shè)計思路及仿真結(jié)果分析。90分以上 B實驗報告各項目認(rèn)真填寫，仿真結(jié)果基本正確，具有較為清晰的設(shè)計思路并對仿真結(jié)果進(jìn)行了較為清晰的分析。80分以上 C 實驗報告各項目認(rèn)真填寫，設(shè)計思路正確，能得到仿真結(jié)果。70分以上 D 實驗報告進(jìn)行為較為認(rèn)真的填寫，有設(shè)計思路。60分以上 E

2、實驗報告有未完成項或各項填寫不屬實或他人代做或抄襲。不及格實驗成績：一、題目擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真實驗二、仿真要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)隨機(jī)產(chǎn)生，要求采用頻帶傳輸（DBPSK調(diào)制）；擴(kuò)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(jìn)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(dá)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)送前的數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯比較。3、 仿真方案詳細(xì)設(shè)計通信系統(tǒng)的總體框圖：用戶1發(fā)射機(jī)用戶2發(fā)射機(jī)用戶3發(fā)射機(jī)多徑，高斯信道用戶1接收機(jī)用戶2接收機(jī)用戶3接收機(jī) 發(fā)送部分 接收部分 發(fā)射機(jī)原理圖擴(kuò)頻信

3、號Signal擴(kuò)頻碼（本實驗采用的）調(diào)制之后的信號接收機(jī)原理接收信號擴(kuò)頻碼解擴(kuò)信號解調(diào)信號LBF如圖，整個設(shè)計由發(fā)送端、信道和接收機(jī)組成。其中發(fā)射端主要完成m序列的產(chǎn)生，隨機(jī)0,1序列的產(chǎn)生。然后利用m序列對產(chǎn)生的隨機(jī)序列進(jìn)行擴(kuò)頻，然后再用DPSK調(diào)制方式先對其進(jìn)差分編碼再進(jìn)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(jìn)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(kuò)，然后再解調(diào)，濾波，抽樣判決，差分譯碼最后分別與原始信號比較并統(tǒng)計誤碼率。流程圖： 擴(kuò)頻碼 差分編碼 原信號 載

4、波調(diào)制 擴(kuò)頻多徑信道 LPF 載波相乘 解擴(kuò) 擴(kuò)頻碼 抽樣判決 誤碼分析差分譯碼1.擴(kuò)頻碼（m序列）的產(chǎn)生： 擴(kuò)頻碼為偽隨機(jī)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(jìn)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1 1111112、擴(kuò)頻：擴(kuò)頻的主要思想是每一位數(shù)據(jù)位都擴(kuò)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(jìn)行擴(kuò)展就實現(xiàn)了對原始數(shù)據(jù)的擴(kuò)頻。其結(jié)

5、構(gòu)框圖如下 Signal 擴(kuò)頻碼 M序列3、 2DPSK調(diào)制： 2DPSK方式即是利用前后相鄰碼元的相對相位值去表示數(shù)字信息的一種方式?，F(xiàn)假設(shè)用表示本碼元初相與前一碼元初相之差，并規(guī)定：0表示0碼，表示1碼。則數(shù)字信息序列與2DPSK信號的碼元相位關(guān)系可舉例表示如2PSK信號是用載波的不同相位直接去表示相應(yīng)的數(shù)字信號而得出的，在接收端只能采用相干解調(diào)，它的時域波形圖如下圖： 2DPSK信號在這種絕對移相方式中，發(fā)送端是采用某一個相位作為基準(zhǔn)，所以在系統(tǒng)接收端也必須采用相同的基準(zhǔn)相位。如果基準(zhǔn)相位發(fā)生變化，則在接收端回復(fù)的信號將與發(fā)送的數(shù)字信息完全相反。所以在實際過程中一般不采用絕對移相方式，而

6、采用相對移相方式。定義 DF為本碼元初相與前一碼元初相之差，假設(shè)：DF=0DF=0數(shù)字信息“0”；DF=pDF=p數(shù)字信息“1”。則數(shù)字信息序列與2DPSK信號的碼元相位關(guān)系可舉例表示如下：數(shù)字信息： 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1DPSK信號相位：pp 0 0 p 0 0 p 0 p p 0或： 0 p p 0 p p 0 p 0 0 p一般來說，2DPSK信號有兩種調(diào)試方法，即模擬調(diào)制法和鍵控法。2DPSK信號的的模擬調(diào)制法框圖如下圖所示，其中碼變換的過程為將輸入的單極性不歸零碼轉(zhuǎn)換為雙極性不歸零碼。碼變換相乘載波s(t)eo(t) 模擬調(diào)制法 4、多徑信道： 因為信號通過各個路徑

7、的距離不同，所以各個路徑電波到達(dá)接收機(jī)的時間不同，相位也就不同。不同相位的多個信號在接收端疊加，有時是同相疊加而加強，有時是反相疊加而減弱。這樣接收信號的幅度將急劇變化，即產(chǎn)生了所謂的多徑衰落。5、接收端解擴(kuò)： 在假定擴(kuò)頻碼與接收信號同步的情況下,可對接收信號進(jìn)行解擴(kuò),其解擴(kuò)的過程與擴(kuò)頻的過程一樣,也是利用擴(kuò)頻碼與接收信號進(jìn)行相乘即可。其原理圖如下：d(t)c(t)cos(2f0t)解擴(kuò)d(t)cos(2f0t)C(t)6、2DPSK解調(diào)： 2DPSK信號解調(diào)的差分相干解調(diào)法差分相干解調(diào)，原理是2DPSK信號先經(jīng)過帶通濾波器，去除調(diào)制信號頻帶以外的在信道中混入的噪聲，此后該信號分為兩路，一路延

8、時一個碼元的時間后與另一路的信號相乘，再經(jīng)過低通濾波器去除高頻成分，得到包含基帶信號的低頻信號，將其送入抽樣判決器中進(jìn)行抽樣判決，抽樣判決器的輸出即為原基帶信號。它的原理框圖如下圖所示。帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器逆碼變換本地載波2DPSK差分相干解調(diào)原理圖4、 仿真結(jié)果及結(jié)論原信號和擴(kuò)頻之后的信號 圖1原信號頻譜與擴(kuò)頻后信號頻譜 圖2擴(kuò)頻信號與差分編碼信號 圖3差分信號和調(diào)制后的信號圖如下圖4第一個用戶信號經(jīng)過擴(kuò)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5第一個原始用戶信號與其經(jīng)過接收端解擴(kuò)，解調(diào)，抽樣判決之后的最終信號的比較如下圖6第

9、二個原始用戶信號與其經(jīng)過接收端解擴(kuò)，解調(diào)，抽樣判決之后的最終信號的比較如下圖7第三個原始用戶信號與其經(jīng)過接收端解擴(kuò)，解調(diào)，抽樣判決之后的最終信號的比較如下圖8 擴(kuò)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(kuò)頻，是直接利用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)送端擴(kuò)展信號的頻譜，而在接收端，用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號還原成原始的信息，是一種數(shù)字調(diào)制方法。由圖2可知，信號經(jīng)過擴(kuò)頻后信號的頻譜被展寬了，并且頻譜功率降低了，這使得擴(kuò)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

10、能力。這種能力隨著擴(kuò)頻增益的增大而增大。擴(kuò)頻增益的提高就需要提高擴(kuò)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(jìn)行擴(kuò)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3展現(xiàn)的是擴(kuò)頻信號與差分編碼信號，從圖上觀察后可知信號周期明顯擴(kuò)大。 圖4展現(xiàn)的是差分信號和調(diào)制后的信號，區(qū)分0，1兩種二進(jìn)制數(shù)所利用的是兩種不同相位的正弦信號。 圖5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，

11、所以在接收端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(jìn)行擴(kuò)頻碼的同步，所以效果不是那么地好。由圖6、7、8可知接收端還是能比較好的恢復(fù)出原信號的。說明了擴(kuò)頻通信還是具有較好的抗干擾能力的。5、 總結(jié)與體會 做完了整個實驗，整個實驗可以概括為擴(kuò)頻碼的產(chǎn)生，擴(kuò)頻與解擴(kuò)，2DPSK調(diào)制與解調(diào)，多徑信道的傳輸這四個部分，擴(kuò)頻碼產(chǎn)生的部分要注意寄存器的階數(shù)n與擴(kuò)頻碼的長度滿足特定的關(guān)系：c=2n-1，且對于不同階數(shù)的寄存器其反饋系數(shù)也有嚴(yán)格的限制。擴(kuò)頻就是在每一個碼元周期內(nèi)擴(kuò)頻碼與原信號直接相乘，擴(kuò)頻后周期和頻譜都會進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)大，抗干擾能力也有了顯著的提高，解調(diào)過程采用的是相干解調(diào)就

12、是讓擴(kuò)頻后的信號再次與擴(kuò)頻碼相乘達(dá)到解調(diào)的目的。2DPSK的調(diào)制中最重要的是差分碼的產(chǎn)生，兩種二進(jìn)制數(shù)對應(yīng)不同相位的正弦信號，解調(diào)過程包括與本地載波相乘、低通濾波、抽樣判決、差分譯碼四大部分，本次實驗采用的是相干解調(diào)，抽樣判決中所采用的判決門限為0.25。在進(jìn)行多徑信道傳輸時，三個用戶所經(jīng)歷的信道徑數(shù)不一致，根據(jù)最后的結(jié)果可知用戶所經(jīng)歷的衰落徑數(shù)越多，解調(diào)后的誤碼率越高。 很明顯這次實驗包含了這學(xué)期所學(xué)的移動通信原理和以前所學(xué)的通信原理的相關(guān)知識。在經(jīng)過了一段時間對于相關(guān)知識的摸索和深入理解之后，才慢慢的開始嘗試，同時也是在經(jīng)歷例如調(diào)試失敗等很多問題之后，也沒能得到了最終想要的結(jié)果，最終還是靠

13、其他同學(xué)的幫助完成了實驗。所以實驗過程中很多問題都是通過向同學(xué)詢問或者進(jìn)行網(wǎng)上查詢之后才得以解決，這個過程中我對整個擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的各個組成部分有了較為淺顯的理解，對其正真的精髓還是有很多疑惑，不能完全理解，所以還是需要課余的用功。 總之做這個實驗很辛苦，絕大部分代碼需要自己去學(xué)理和理解，也是自己對于學(xué)習(xí)了matlab之后的一次比較大的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)以前學(xué)的東西遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠完成此次實驗，也就是說，本次實驗是我和很多同學(xué)一起完成的。6、 主要仿真代碼此為產(chǎn)生1，-1數(shù)據(jù)流的函數(shù)function signal=information(N)signal=rand(1,N)=0.5; signal=signal

14、*2-1; %將產(chǎn)生的0，1比特流轉(zhuǎn)化為-1，1比特流end 一個周期的擴(kuò)頻碼的產(chǎn)生 function c=genMseq(b) %b為c的個數(shù)，比階數(shù)多一 N=length(b)-1; %此為以為移位寄存器的個數(shù)，即為階數(shù) D=ones(1,N); A=b(N:-1:1); c=; for i=1:2N-1 c1=rem(sum(D.*A),2); c=c,D(N); D=c1,D(1:N-1); end c=c*2-1; End擴(kuò)頻function ssignal=dsss(signal,c) ssignal=; for i=1:length(signal) ssignal=ssignal

15、,signal(i)*c; endEnd采用2DPSK的調(diào)制方式function modusignal=modu(signal,dataRate,fc,fs)Num_Unit = fs/dataRate; %在一個碼元周期內(nèi)的采樣點數(shù)High_Level = ones ( 1, Num_Unit );Low_Level = zeros( 1, Num_Unit );A = 1; %載波幅度N = length ( signal );b=zeros(1,N);modusignal = zeros ( 1, Num_Unit * N );sign_orign = zeros( 1, Num_Uni

16、t *N );t = 0 : 1/fs : N/dataRate - 1/fs; %產(chǎn)生頻率為fs，長度為N的時間序列signal=(signal+1)/2;%-%差分編碼部分%-for n=1:N b(n+1)=xor(signal(n),b(n); end for n=1:N b(n)=b(n+1); endfor I = 1 : N if b(I) = 1 sign_orign( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit) = High_Level; else sign_orign( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit) = Low_Le

17、vel; endend for I = 1 : N if b(I) =1 modusignal ( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit) = A * cos ( 2 * pi *fc * t( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit ) + ( pi / 2 ) ); else modusignal( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit) = A * cos ( 2 * pi * fc * t( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit ) ); endendfiguresubplot ( 2

18、, 1, 1 )plot(t, sign_orign);%axis( 0,(1/dataRate)*( N + 1), - (A / 2), A + (A / 2) );title ( 差分編碼后的信號 );gridsubplot ( 2, 1, 2 );plot ( t, modusignal );axis( 0 ,(1/dataRate)*( N + 1), - 3*(A / 2), 3*(A / 2) );title ( 調(diào)制后的信號 );Grid多徑信道function multiS=channels(modusignal,snr,k)%模擬多徑衰落len=length(modusig

19、nal);x1=randn(1,len);y1=randn(1,len);r1=abs(x1+1i*y1).*modusignal;r1=zeros(1,5),r1(1:length(modusignal)-5);x2=randn(1,len);y2=randn(1,len);r2=abs(x2+1i*y2).*modusignal;r2=zeros(1,8),r2(1:length(modusignal)-8);x3=randn(1,len);y3=randn(1,len);r3=abs(x3+1i*y3).*modusignal;r3=zeros(1,10),r3(1:length(mod

20、usignal)-10);if k=2 multiS=modusignal+r1;else if k=3 multiS=modusignal+r1+r2; else if k=4 multiS=modusignal+r1+r2+r3; end endendmultiS=awgn(multiS,snr);解擴(kuò)函數(shù)function dessignal=dedsss(recieveSignal,c,chipRate,fs)%chipRate為碼片速率 L=fs/chipRate; c1=; for i=1;length(c) c1=c1,c(i)*ones(1,L); end dessignal=;

21、 for i=1:length(c1):length(recieveSignal) dessignal=dessignal,recieveSignal(i:(i+length(c1)-1).*c1; end end解調(diào)函數(shù)function demodusignal=demodu(signal,dataRate,fc,fs)Num_Unit = fs/dataRate;N=length(signal);A=1;demodusignal=zeros(1,N* Num_Unit);t = 0 : 1/fs : N/fs -1/fs; %產(chǎn)生頻率為fs，長度為N的時間序列dt = signal .*

22、cos ( 2 * pi * fc * t );figuresubplot(2,1,1)plot ( t, dt );% axis( 0 ,(1/dataRate)*( N + 1), - 3*(A / 2), 3*(A / 2) );title ( 相乘后的波形 );grid%-%低通濾波部分%-n,Wn = buttord( 2*pi*fc/4, 2*pi*fc/2,3,25,s); %臨界頻率采用角頻率表示,3為通帶內(nèi)衰，25阻帶內(nèi)衰b,a=butter(n,Wn,s);bz,az=impinvar(b,a,fs); %映射為數(shù)字的dt = filter(bz,az,dt);subplo

23、t(2,1,2)plot ( t, dt );axis( 0 , (1/dataRate)*( N + 1), - 3*(A / 2), 3*(A / 2) );title ( 低通濾波后的波形 );grid %-%抽樣判決 & 逆碼變換部分%-c=zeros(1,N);d=zeros(1,N);for I = 1 : N if dt(2*I-1)/2*Num_Unit) 0.25 c(I)=1; else c(I)=0; endendd(1)=xor(c(1),0);for n=2:N d(n)=xor(c(n),c(n-1);endfor I=1:N if(d(I)=1) demodusi

24、gnal( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit) = High_Level; else demodusignal( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit) =Low_Level; endendfigureplot ( t, demodusignal );axis( 0 , (1/dataRate)*( N + 1), - 3*(A / 2), 3*(A / 2) );title ( 逆碼變換后的波形 );gridend主函數(shù)dataRate=1000; chipRate=31*dataRate;fc=chipRate*2;fs=fc*8;N=2;c=31;b1=1,0,0,0,0,1,1;b2=1,1,0,0,1,1,1;b3=1,1,0,1,1,0,1;snr=-20:2:-10; for i=1:length(snr) signal1=information(N); signal2=information(N); signal3=information(N); c1=genMseq(b1); c2=genMseq(b2); c3=genMseq(b3); dssignal1=dsss(signal1,c1); dssignal2=dsss(signal2