直接序列擴(kuò)頻通信

1、MAT LAB仿真直接序列擴(kuò)頻通信1.摘要直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)（DS-CDMA ）因其抗干擾性強(qiáng)、隱蔽性好、易于實(shí)現(xiàn)碼 分多址（CDMA ）、抗多徑干擾、直擴(kuò)通信速率高等眾多優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于許 多領(lǐng)域中。針對頻通信廣泛的應(yīng)用，本文用MATLAB工具箱中的SIMULINK通信 仿真模塊和MATLAB函數(shù)對直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)進(jìn)行了分析和仿真,使其更加 形象和具體。關(guān)鍵字：擴(kuò)頻通信 m序列 gold正交序列 matlab仿真直接序列擴(kuò)頻（DSSS Direct Sequence Spread Spectrum）技術(shù)是當(dāng)今人們所熟 知的擴(kuò)頻技術(shù)之一。這種技術(shù)是將要發(fā)送的信息用偽隨機(jī)碼（PN碼）擴(kuò)

2、展到一個 很寬的頻帶上去,在接收端,用與發(fā)端擴(kuò)展用的相同的偽隨機(jī)碼對接收到的擴(kuò)頻信 號進(jìn)行相關(guān)處理,恢復(fù)出發(fā)送的信息。它是二戰(zhàn)期間開發(fā)的,最初的用途是為軍事通信提供安全保障，是美軍重要的 無線通信技術(shù)。這種技術(shù)使敵人很難探測到信號。即便探測到信號,如果不知道正 確的編碼,也不可能將噪聲信號重新匯編成原始的信號。有關(guān)擴(kuò)頻通信技術(shù)的觀點(diǎn) 是在1941年由好萊塢女演員Hedy Lamarr和鋼琴家George Antheil提出的?；?于對魚雷控制的安全無線通信的思路 他們申請了美國專利。不幸的是, 當(dāng)時該技術(shù)并沒有引起美國軍方的重視，直到十九世紀(jì)八十年代才引起關(guān)注，將它 用于敵對環(huán)境中的無線通信系

3、統(tǒng)。直序擴(kuò)頻解決了短距離數(shù)據(jù)收發(fā)信機(jī)、如：衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、3G移動通信 系統(tǒng)、WLAN （IEEE802.Ha, IEEE802.11b, IEE802.11g）和藍(lán)牙技術(shù)等應(yīng)用的關(guān)鍵 問題。擴(kuò)頻技術(shù)也為提高無線電頻率的利用率（無線電頻譜是有限的因此也是一種昂 貴的資源）提供幫助。3.直接序歹I擴(kuò)頻DS-SS是直接用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)送端去擴(kuò)展信 號的頻譜。而在收端，用相同的擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行解擴(kuò)”把展寬的擴(kuò)頻信號還原成 原始的信息。二進(jìn)制信息解擴(kuò)擴(kuò)融發(fā)生器發(fā)生器解擴(kuò)展翁生器圖2-1直接序列擴(kuò)頻的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)框圖14.DS-CDMA通信系統(tǒng)原理圖擴(kuò)頻碼用戶2用戶2用尸N用戶1在

4、實(shí)驗(yàn)中，我們采用；兩種擴(kuò)頻碼逬行仿真。M序列和正交Gold序列，擴(kuò)頻后的 數(shù)據(jù)通過脈沖成型濾波器后通過信道同時到達(dá)接收端，在接收端分別對不同用戶信息數(shù)據(jù)進(jìn)行解擴(kuò),恢復(fù)各個用戶的原始信息。5仿真設(shè)計步?1、m序列的DS-CDMA在AWGN下的性能的仿真。2、正交Gold序列的DS-CDMA在AWGN下的性能的仿真。3、對比兩個擴(kuò)頻碼在AWGN信道下的性能曲線f分析哪種擴(kuò)頻碼更適合在AWGN信道中傳輸,傳輸衰減最小，對比m序列和正交Gold序列的抗干擾能力。6實(shí)驗(yàn)仿真運(yùn)行結(jié)果ELLJ8)確強(qiáng)壬B正父G o Id序列DS-CDMA在Reyleigh信道下的性龍IiiIiiiiH user=11 3

5、user=4* user=7O1O-31O-21O-4從圖中可以看出z由于正交Gold序列在完全同步時z它們的互相關(guān)值為0 , 因此其BER性能并不隨看用戶數(shù)的增加而惡化。在信噪比為2、4、6時誤比特 率基本相同。由圖可以看出來當(dāng)誤比特率仿真時候小于10七時結(jié)果就會有一定的偏 差。但還是可以看出正交Gold序列比M序列的性能要好。所以，初步得出結(jié)論:正交Gold序列在AWGN信道下的抗干擾能力更強(qiáng), 衰減比序列要小。m序列DS-CDMA在AWGN信這下的性能-404* user=1 令user=4user=712345678910信噪比EbNo(dBOO4對比圖4-1和圖4-3 ,顯然M序列在

6、瑞利衰落信道下的性能要比能過AWGN 信道下的性能要差對于本仿真而言，已基本完成了設(shè)計任務(wù)書的設(shè)計和研究目的，通過用MATLAB對DS-CDMA系統(tǒng)的仿真調(diào)試、結(jié)果分析，讓我組熟悉了 DS-CDMA的 工作原理，加深了對擴(kuò)頻通信的認(rèn)識，并深刻的了解PN碼在不同信道的衰落情況。 通過仿真結(jié)果中波形的直觀方式,更讓我們了解到了系統(tǒng)衰減的規(guī)律。但是在本設(shè)計中也存在看缺陷與不足1、在本設(shè)計中過程中可能由于程序過于復(fù)雜，信息本身所占用的帶寬偏大， 用來傳輸信息的帶寬相對不夠大,造成結(jié)果并不明顯,信息衰減嚴(yán)重。2、在設(shè)計中只考慮到加性高斯信道所帶來的干擾,在實(shí)際通信信道卻是復(fù)雜 多變，存在看各種各樣的情況

7、,所以最后的接收信號是在很簡單的干擾下得出。要 想應(yīng)用于實(shí)際中，必須加入各種噪聲來考慮，以實(shí)現(xiàn)真實(shí)系統(tǒng)的設(shè)計。3、實(shí)驗(yàn)中,我們選擇加大傳輸帶寬，來彌補(bǔ)其他干擾帶來的影響，可能會造 成消耗過大，浪費(fèi)帶寬的結(jié)果,實(shí)際應(yīng)用中是不實(shí)用的。只能作為仿真，進(jìn)行研究。即使如此，在本次設(shè)計的整個過程中，以上的結(jié)果已經(jīng)令我們受益匪淺。通信系統(tǒng)的性能分析和仿真,隨看通信技術(shù)、信息技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以 及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的大量應(yīng)用,顯得越來越重要。參考文獻(xiàn)1 學(xué)勇，編著通信系統(tǒng)建模與仿真（電子工業(yè)）2 鄧薇,編W.MATALB函數(shù)速查手冊（人民郵電）3 【美】著移動通信工程理論和應(yīng)用（第二版）（人民郵電）4王華奎,艷萍

8、等編著移動通信原理與技術(shù)（清華大學(xué)）%1 函數(shù)mseq用于產(chǎn)生m序列:function mout = mseq(nz taps, inidataf num)%n% taps% inidata% num% mout:m序歹1的階數(shù)n:反饋寄存器的連接位置:寄存器的初始值序列:輸出的m序列的個數(shù):輸出的m序列，如果numl,則每一行為一個m序列% *%說明：函數(shù)mseq用于產(chǎn)生num個階數(shù)為n的m序列%if nargin v 4 num = 1;%輸入?yún)?shù)判斷endmout = zeros( num,2 人 nl);fpos = zeros(nfl); fpos(taps) = 1;for ii

9、= l:2An-lmout(lji) = inidata(n);temp= mod(i nidata*fpos,2);inidata(2:n) = inidata(l:n-l); inidata(l) = temp;%寄存器輸出值的初始化，全0 %反饋寄存器連接位置的初始化%反饋寄存器連接位置%寄存器的輸出值%計算反饋數(shù)據(jù)%寄存器移位一次%更新第1個寄存器的值endif num 1%如果要輸出多個m序列r生成其他m序列for ii=2:nummout(ii,:) = shift(mout(ii-l,:),l);%shift函數(shù)完成序列的循環(huán)移位，上一個序歹ij向右循環(huán)移位endend%2.函數(shù)

10、goldseq用于產(chǎn)生gold序列function gout = goldseq(mlr m2, num)*% ml: m序歹11% m2 : m序列2% num :生成的Gold序列個數(shù)% gout:生成的Gold序列輸出0/q *if nargin 0 outregi(:rl:shiftr) = inregi(:fv-shiftr+l:v);位outregi(:rl+shiftr:v) = inregi(:J-shiftr);elseif shiftr 0outregi(:rl:v+shiftr) = inregi(:#l-shiftr:v); outregi(:fv+shiftr+l:v

11、) = in regi(:#l:-shiftr);end%循壞移位把最后shiftr位移到前shiftr%完成剩余的移位function ber = dscdmaser.seq)%user:同時進(jìn)行擴(kuò)頻通信的用戶數(shù)%seq:擴(kuò)頻碼序列2:Gold序列%ber :該用戶數(shù)下的誤碼率%3 直接序列擴(kuò)頻主程序代碼3:正交Gold序列(* * *女臺彳七咅 0* * *sr = 256000.0;nSymbol=10000;下發(fā)送的符號數(shù)M =4;br = sr * log2(M);graycode=0 1 3 2;規(guī)則EbNo=0:2:10;化圍%符號速率%每種信噪比%4-QAM調(diào)制%比特速率% G

12、ray編碼% Eb/No 變脈沖成形濾波器參數(shù)*delay = 10;器時延Fs = &樣數(shù)rolloff = 0.5;子rrcfilter = rcosineClJs/fir/sqrtjolloff delay);%升余弦濾波%濾波器過采%升余弦濾波器滾降因%設(shè)計根升余弦濾波器function ber = dscdma(userrseq)%user:同時進(jìn)行擴(kuò)頻通信的用戶數(shù)%seq:擴(kuò)頻碼1:M-序列2:Gold序列3:正交Gold序列%ber:該用戶數(shù)下的誤碼率(* 擴(kuò)頻碼產(chǎn)生參數(shù)%直接序列擴(kuò)頻主程序代碼*sr = 256000.0;%符號速率nSymbol=10000;%每種信噪比下發(fā)送

13、的符M =4;br = sr * log2(M); graycode=0 1 3 2; 規(guī)則EbNo=0:2:10;% 4-QAM調(diào)制%比特速率% Gray編碼% Eb/No變化卄卄”決脈沖成形濾波器參數(shù)*%升余弦濾波%濾波器過采delay = 10;器時延Fs = &樣數(shù)rolloff0.5;%升余弦濾波器滾降因子rrcfilter = rcosine(l/Fsf,fir/sqrtrolloff/delay); 波器%* 擴(kuò)頻碼產(chǎn)生參數(shù)*% user = userl; 數(shù)stage = 3; ptapl = 1 3;存器連接方式 ptap2 = 2 3;存器連接方式 regil = 111;

14、器初始值regi2 = 111;器初始值* 擴(kuò)五q笊jAj-對*switch seqcase 1code = mseqCstage.ptapljegilser); case 2ml = mseq(stage, ptapl jegil); m2 = mseq (stag 巳 pta p2zregi2); code = goldseq(mlrm2/user);case 3%設(shè)計根升余弦濾%用戶% m序列的階數(shù)% m序列1的寄% m序列2的寄% m序列1的寄存% m序列2的寄存% M-序列% Gold序歹I%正交Gold序列ml= mseq(stage/ptaplrregil);m2= mseq(s

15、tage/ptap2rregi2);code = (goldseq(ml/m2/user)fzeros(usecl)；endcode = code *2-1; clen = length(code);信道*ts =1/Fs/sr/clen;%信道采樣時間間隔t = (0:nSymbol*Fs*clen-l+2*delay*Fs)*ts;% 每種信噪比下的符號傳輸時間fd = 160;%多普勒頻移Hzh=rayleigh(fdrt);(*for indx=l:length(EbNo) indx 1加outl=sum(outL,);elseoutl=outl.;endoutl=h.*outl;*s

16、igma = sqrt(0.5 * spow*sr/br* 10A(-EbNo(indx)/10); % 根據(jù)信噪比計MM斯白 噪聲方差y=;for ii=l:usery(ii/:)=outl+sigma(ii).*(randn(ljength(outl)+j*randn(ljength(outl); %加入 高斯白噪聲(AWGN )%y(ii,：)=y(ii,：)./h;%假設(shè)理想信道估計endy=rcosflt(y.,/srfFs*sr/ Ts/filterrrcfilter);濾波y=downsample(y/Fs);for ii=l:useryl(:ji)=y(2*delay+l:en

17、d-2*delayji);end%通過脈沖成形濾波器進(jìn)行%降采樣yd = despread(yl.fcode); demodata = qamdemod(ydzM); 調(diào)demodata=graycode(demodata+l); 碼逆映射% 4-QAM 解% Gray 編err/ber(indx)=biterr(data/demodataJog2(M);晞率%統(tǒng)計誤End%擴(kuò)頻函數(shù) function out = spread(dataz code)*%說明：函數(shù)spread用于將輸入數(shù)據(jù)序列和擴(kuò)頻序列擴(kuò)頻%data :輸入數(shù)據(jù)序列%code :擴(kuò)頻碼序列% out :擴(kuò)頻后的輸出數(shù)據(jù)序列sw

18、itch nargincase 0,1errorf缺少輸入?yún)?shù))； endhn.vn = size(data); he, vc = size(code);if hn he據(jù)序列,提示錯誤error(缺少擴(kuò)頻碼序列); end%如果輸入?yún)?shù)個數(shù)不對，提示錯誤%如果擴(kuò)頻碼數(shù)小于輸入的待擴(kuò)頻的數(shù)out = zeros(hnzvn*vc);%初始化輸出序列for ii=l:hnout(ii,:) = reshape(code(ii,:).*data(iif:)fl,vn*vc);%將擴(kuò)頻后的數(shù)據(jù)排成行矢呈的形式 end%信號解擴(kuò)function out = despread(datar code)*%

19、說明：函數(shù)despread用于將輸入數(shù)據(jù)序列和擴(kuò)頻序列解擴(kuò)% data :輸入數(shù)據(jù)序列% code :解擴(kuò)使用的擴(kuò)頻碼序列% out:解擴(kuò)后的輸出婁(y *switch nargin%如果輸入?yún)?shù)個數(shù)不對,提示錯誤case 0,1errorC缺少輸入?yún)?shù))；endhn ,vn = size(data);he, vc = size(code);out = zeros(hc,vn/vc);%初始化輸出序列for ii=l:hcxx=reshape(data(ii/:)/vc/v n/vc);out(ii;)= code(ii/)*xx/vc;end%函數(shù)rayleigh用于產(chǎn)生瑞利衰落信道func

20、tion h=rayleigh(fd,t)%該程序利用改進(jìn)的jakes模型來產(chǎn)生單徑的平坦型瑞利衰落信道% Yah ong R.Zhe ng and Che ngsha n Xiao Improved Models for%the Gen erati on of Multiple Un correlated Rayleigh Fading Waveforms%IEEE Commu letters, Vol.6, NO.6JUNE 2002%輸入變星說明：% fd :信道的最大多普勒頻移單位Hz% t:信號的抽樣時間序列，抽樣間隔單位s% h為輸出的瑞利信道函數(shù)，是一個時間函數(shù)復(fù)序列%假設(shè)的入射

21、波數(shù)目N=40;wm=2*pi*fd;%每象限的入射波數(shù)目即振蕩器數(shù)目N0=N/4;%信道函數(shù)的實(shí)部Tc=zeros(ljength(t);%信道函數(shù)的虛部Ts=zeros(ljength(t);%歸一化功率系數(shù)P_n or=sqrt(l/NO);%區(qū)別個條路徑的均勻分布隨機(jī)相位theta=2*pi*rand(lfl)-pi;for ii=l:N0%第i條入射波的入射角 alfa(ii)=(2*pi*ii-pi+theta)/N;%對每個子載波而言在(-pi,pi)之間均勻分布的隨機(jī)相位 fijc=2*pi*rand(l/l)-pi;fijs=2*pi*rand(l/l)-pi;%計算沖激響應(yīng)函數(shù)Tc=Tc+cos(cos(alfa(ii)*wm*t+fi_tc); T