直接序列擴(kuò)頻完整系統(tǒng)matlab仿真

1、直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真一、實(shí)驗(yàn)的背景及內(nèi)容1、直接擴(kuò)頻通信的背景擴(kuò)頻通信，即擴(kuò)展頻譜通信 ( Spread Spectrum Communication)它與光纖通信、衛(wèi)星通信，一同被譽(yù)為進(jìn)入信息時代的三大高技術(shù)通信傳輸方式。矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。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 GeorgeAntheil 提出的?；趯︳~雷控制的安全無線通信的思路，他們申請了美國專利 #2.292.387 1。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)境中的無線通信系統(tǒng)。解決了短距離數(shù)據(jù)收發(fā)信機(jī)、如：衛(wèi)

2、星定位系統(tǒng)(GPS) 、移動通信系統(tǒng)、 WLAN(IEEE802.11a, 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。 聞創(chuàng)溝燴鐺險愛氌譴凈。擴(kuò)頻通信技術(shù)自50 年代中期美國軍方便開始研究，一直為軍事通信所獨(dú)占，廣泛應(yīng)用于軍事通信、電子對抗以及導(dǎo)航、測量等各個領(lǐng)域。直到80 年代初才被應(yīng)用于民用通信領(lǐng)域。為了滿足日益增長的民用通信容量的需求和有效地利用頻譜資源，各國都紛紛提出在數(shù)字峰窩移動通信、衛(wèi)星移動通信和未來的個人通信中采用擴(kuò)頻技術(shù)，擴(kuò)頻技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于蜂窩電話、

3、無繩電話、微波通信、無線數(shù)據(jù)通信、遙測、監(jiān)控、報警等等的系統(tǒng)中。殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。2、實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容及意義本次實(shí)驗(yàn)主要研究了直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)，建立了直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的matlab 仿真模型，在信道中存在高斯白噪聲和干擾的情況下，對系統(tǒng)的在不同擴(kuò)頻增益下的誤碼率性能進(jìn)行了仿真及分析。 釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。近年來，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)、微處理器技術(shù)的飛速發(fā)展，以及一些新型元器件的應(yīng)用，擴(kuò)頻通信在技術(shù)上已邁上了一個新的臺階，不僅在軍事通信中占有重要地位，而且正迅速地滲透到了個人通信和計(jì)算機(jī)通信等民用領(lǐng)域，成為新世紀(jì)最有潛力的通信技術(shù)之一因此研究擴(kuò)頻通信具有很深遠(yuǎn)的意義。本人通過此次實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行深

4、入地研究學(xué)習(xí)擴(kuò)頻通信技術(shù)及對它進(jìn)行仿真應(yīng)用，將所學(xué)的知識進(jìn)行歸納與總結(jié)，從而鞏固通信專業(yè)基礎(chǔ)知識，為以后的個人學(xué)習(xí)和工作打下基礎(chǔ)。彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。 0二、直接擴(kuò)頻通信簡介1、 直接擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)擴(kuò)頻通信可簡單表述如下：“擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方式，其信號所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必需的最小帶寬；頻帶的擴(kuò)展是通過一個獨(dú)立的碼序列來完成，用編碼及調(diào)制的方法來實(shí)現(xiàn)的，與所傳信息數(shù)據(jù)無關(guān)；在接收端則用同樣的碼進(jìn)行相關(guān)同步接收、解擴(kuò)及恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)”。擴(kuò)頻通信是將待傳送的信息數(shù)據(jù)被偽隨機(jī)編碼（擴(kuò)頻序列： SpreadSequenee 調(diào)制，實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展后再傳輸；接收端則采用相同的編碼

5、進(jìn)行解調(diào)及相關(guān)處理 , 恢復(fù)原始信息數(shù)據(jù)。 謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。擴(kuò)頻通信的可行性是從香農(nóng)公式引申而來，其內(nèi)容如式（2-1）所示。C =Wlog 2（1+S/N ）式（2-1 ）其中， C 為系統(tǒng)信道容量 （bit/s ） ； W 為系統(tǒng)信道帶寬； N 為噪聲功率 S 為信號功率。由上式可以看出，可以從兩種途徑提高信道容量C, 即加大帶寬 W 或提高信噪比 S/N 。也就是說當(dāng)信道容量C 一定時，信道帶寬W 和信噪比 S/N 是可以互換的，增加帶寬可以降低對信噪比的要求，可以使有用信號的功率接近甚至湮沒在噪聲功率之下。廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。擴(kuò)頻通信就是通過增加帶寬來換取較低的信噪比，這就是擴(kuò)頻

6、通信的基本思想和理論依據(jù)。當(dāng)信噪比無法提高時，可以加大帶寬，達(dá)到提高信道容量的目的。擴(kuò)頻是一種寬帶技術(shù)，由于擴(kuò)頻占用更寬的頻帶，看起來是浪費(fèi)有限的頻率資源，然而所占用的頻帶可以通過多用戶共享頻帶得到補(bǔ)償。 煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。擴(kuò)頻通信的方式有很多種，例如直接序列擴(kuò)頻、跳頻擴(kuò)頻、跳時擴(kuò)頻等。本文將對直接序列擴(kuò)頻進(jìn)行詳細(xì)的分析和仿真。鵝婭盡損鶴慘歷蘢鴛賴。2、 直接擴(kuò)頻系統(tǒng)組成直接序列擴(kuò)頻的原理是，在發(fā)射端把有用信號與偽隨機(jī)序列相乘（或者模二加 ），使信號的頻譜展寬到一個很寬的范圍，然后用擴(kuò)展后的序列去調(diào)制載波。在接收端，把接收到的信號用相同的偽隨機(jī)序列相乘，有用信號與偽隨機(jī)碼相關(guān)，相乘后恢復(fù)為

7、擴(kuò)頻前的信號。直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的組成原理框圖如圖2-1 所示。 籟叢媽羥為贍債蟶練淨(jìng)。由圖 2-1 可知，輸入的數(shù)據(jù)信息為d（t）（設(shè)基帶帶寬為 B1 ）, 由偽隨機(jī)編碼 （如 m 序列） 調(diào)制成基帶帶寬為B2 的寬帶信號，由于擴(kuò)頻信號帶寬大于數(shù)據(jù)信號帶寬，所以信號擴(kuò)展 1的帶寬由偽隨機(jī)碼控制，而與數(shù)據(jù)信號無關(guān)。經(jīng)擴(kuò)頻調(diào)制的信號再經(jīng)射頻調(diào)制后即可發(fā)送。預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。 2圖 2-1 直擴(kuò)系統(tǒng)的原理框圖接收端收到發(fā)送來的信號，經(jīng)混頻得到中頻信號后，首先通過同步電路捕捉并跟蹤發(fā)端偽碼的準(zhǔn)確相位，由此產(chǎn)生與發(fā)端偽碼相位完全一致的偽隨機(jī)碼作為擴(kuò)頻解擴(kuò)的本地擴(kuò)頻碼，再與中頻信號進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)，恢復(fù)出

8、擴(kuò)頻前的窄帶信號，而在解擴(kuò)處理中，干擾和噪聲與偽隨機(jī)碼不相關(guān)故被擴(kuò)展，通過濾波使之受到抑制，這樣就可在較高的解擴(kuò)輸出信噪比條件下進(jìn)行信息解調(diào)解碼，最終獲得信息數(shù)據(jù)。滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。三、直接擴(kuò)頻系統(tǒng)matlab 仿真1、直接擴(kuò)頻matlab 仿真組成框圖直接序列擴(kuò)頻的matlab 仿真組成框圖如圖3-1 所示圖 3-1 直接擴(kuò)頻仿真組成框圖由圖 3-1 可以看出，在發(fā)送端，信碼為 m(t) ，其碼元寬度為 Tp，偽隨機(jī)碼為 p(t), 其 碼元寬度為 Tb，進(jìn)行模 2 運(yùn)算后，得到 g( t)= m ( t) 二 P(t) ，碼元寬度稱為擴(kuò)頻出來增益，表 示為式 (3-1)。鐃誅臥瀉噦圣騁

9、貺頂廡。G =10lg 衛(wèi)TP由于有 Tp<<Tb，所以信碼的頻譜被展寬了，信號在傳輸?shù)倪^程中經(jīng)過AWG 信道，被疊加了高斯白噪聲，同時還受到了干擾信號的影響，最終得到的信號c(t)包括“有用信號 + 高斯白噪聲+干擾”。接收端收到此信號后，經(jīng)過解擴(kuò)電路，得到 3g'(t) 二 c(t) 二 p(t) =c(t) 二 p(t) 二 p(t)=c(t) ，對 g'(t) 進(jìn)行碼元判決，即可得到原始的輸入信號。擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。2、 m 序列發(fā)生器本次直接序列擴(kuò)頻通信中的偽隨機(jī)序列為m 序列， m 序列是最長線性移位寄存器的簡稱。圖 3-2 示出的是由 n 級移位寄

10、存器構(gòu)成的碼序列發(fā)生器示意圖。贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。C201輸岀-2圖 3-2 m 序列發(fā)生器在本次 matlab 設(shè)計(jì)中， PN 碼發(fā)生器為 6 級 m 序列產(chǎn)生器，本原多項(xiàng)式為1+x+x 4, 寄存器初始值設(shè)置為 1 1 1 0 0 0 , 根據(jù) m 序列發(fā)生器示意圖就可以編寫出m 序列 。壇搏鄉(xiāng)囂 懺蔞鍥鈴氈淚。3、高斯噪聲信道傳輸模塊是指傳輸?shù)男盘柦?jīng)過AWGN 信道時，不可避免地疊加了高斯白噪聲信號，在本次設(shè)計(jì)中，對高斯白噪聲信號的處理，是應(yīng)用信號信噪比，根據(jù)SNR =10lg Sig ，N在已知信號功率譜的條件下，可以得出信道噪聲的功率譜密度函數(shù)N_旦 A2，則(SNR 丿Pf N

11、即為單位信號所疊加上的噪聲的能量，將單位信號的噪聲與白噪聲的概率密度函數(shù)相關(guān)，再與信號相加，即可得到信道傳輸?shù)男盘枴Ｏ炞凕o癟報倀鉉錨鈰贅。用戶是由 rand() 函數(shù)產(chǎn)生的隨機(jī)碼，并經(jīng)過處理之后成為碼值為1 和-1 變化的碼序列，為了保證仿真的準(zhǔn)確性，取5000 個碼元作為每次發(fā)送的信號，同時為了接收電路接收的方便，將信號的碼值變換為0 和 1, 再將信號重復(fù) G 次，得到即將擴(kuò)頻的信號。PN 碼 發(fā)生器為6 級 m 序列產(chǎn)生器，本原多項(xiàng)式為1+x+x 4， 寄存器初始值設(shè)置為 1 1 1 0 0 0 ， 通過 G 次輸出，與原信號碼進(jìn)行模二運(yùn)算，即可得到擴(kuò)頻增益為G 的擴(kuò)頻碼輸出。 買鯛鴯譖

12、曇膚遙閆擷凄。4、干擾仿真時，每個擴(kuò)頻chip 被疊加一個 Asin( 0n)的干擾，干擾幅值A(chǔ) 取 1 和 3/ 0 取 1, n=1,2 4隨著擴(kuò)頻 chip 的序號而改變。在信道傳播的信號在接收端處被加上一個形式為 sin(n) 的干擾信 -號。綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。5、解擴(kuò)判決接收端收到信號后，采用與發(fā)送端相同的PN 序列，通過模二運(yùn)算之后便可還原出輸入信號。但由于受到高斯白噪聲和干擾信號的影響，此時的信號是碼值為處在-G 和+G 之間的信號，必須通過碼元判決，將大于0 的碼元判為 1, 小于 0 的碼元判為 -1, 即原始信號。驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。誤碼率判決模塊的程序框圖如圖3-3

13、 所示，接收端收到的信號與發(fā)送端發(fā)送的信號進(jìn)行碼元的逐個比較，如果碼元相同，則不作任何操作，如果碼元不同，則誤碼信號寄存器error 加1，將最終的得到的誤碼個數(shù)error 與發(fā)送信號的總數(shù)L 的比值 P=error/L 即為在一定性噪比和擴(kuò)頻增益的條件下的系統(tǒng)的誤碼率。貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。發(fā)送信號_ 比較器碼元不同 誤碼加 1圖 3-3 誤碼率判決模塊程序框圖四、仿真結(jié)果分析(1) 誤碼率在數(shù)字通信中，誤碼率是一項(xiàng)主要的性能指標(biāo)。在實(shí)際測量數(shù)字通信系統(tǒng)的誤碼率時，一般測量結(jié)果與信源送出信號的統(tǒng)計(jì)特性有關(guān)。通常認(rèn)為二進(jìn)制信號中0 和 1 是以等概率隨機(jī)出現(xiàn)的，所以測量誤碼率時最理想的信源應(yīng)是

14、隨機(jī)信號發(fā)生器。鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。擴(kuò)頻序列通過終端機(jī)和信道后，輸出仍為擴(kuò)頻序列。在接收端，本地產(chǎn)生一個同步的擴(kuò)頻碼，與收碼序列逐位相乘再求規(guī)格化內(nèi)積，再與發(fā)送端信源碼進(jìn)行比較，一旦有錯，誤碼計(jì)數(shù)器加一。 構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。誤碼率的數(shù)學(xué)表達(dá)式如式 (4-1) 所示。e式(4-1)E 100%S其中 S 是信碼個數(shù)， e 是誤碼個數(shù)， E 就是誤碼率。(2) 信噪比 5測量通信系統(tǒng)的性能時，常常要使用噪聲發(fā)生器，由它給出具有所要求的統(tǒng)計(jì)特性和頻率特性的噪聲，并且可以隨意控制其強(qiáng)度，以便得到不同信噪比條件下的系統(tǒng)性能。輒嶧陽檉籪癤網(wǎng)儂號澩。在實(shí)際測量中，往往需要用到帶限高斯白噪聲。本實(shí)驗(yàn)中的

15、噪聲主要是我們自己添加到信道的高斯加性白噪聲AWNG ，它獨(dú)立于信源信號。 堯側(cè)閏繭絳闕絢勵蜆贅。信噪比計(jì)算是數(shù)學(xué)表達(dá)式如式 （4-2）所示。E口 2口 2式(4-2)±=10log今 =10logs2SNR=10logEn口 n(口 s _ 口 r )其中 Es 為信碼發(fā)射功率， En 為噪聲功率，為信源碼，G為信宿碼，計(jì)算結(jié)果單位為dB 。圖 4-1 就是經(jīng)過 matlab 仿真之后的圖形，分別為10,30,50 倍的擴(kuò)頻增益下的誤碼率和信噪比的變化曲線。識饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。圖 4-1 擴(kuò)頻增益與誤碼率關(guān)系曲線由圖 4-1 可以看出，在相同擴(kuò)頻增益的條件下，系統(tǒng)的誤碼率隨著系統(tǒng)

16、信噪比的增加呈現(xiàn)出對數(shù)形狀的減??；在相同信噪比的情況下，系統(tǒng)的誤碼率隨著系統(tǒng)擴(kuò)頻增益的增大呈現(xiàn)出直線型的下降，即系統(tǒng)的誤碼率與系統(tǒng)的擴(kuò)頻增益和信噪比呈負(fù)相關(guān)，當(dāng)系統(tǒng)的擴(kuò)頻增益足夠大時，系統(tǒng)的誤碼率可以達(dá)到0。凍鈹鋨勞臘錯癇婦脛糴。 6五、實(shí)驗(yàn)心得此次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)我投入了很大的熱情和精力，也是這次課程設(shè)計(jì)所帶來的一個不錯的經(jīng)歷。無論是查找資料還是matlab 編寫，調(diào)試程序都經(jīng)過了不懈的努力，同時也發(fā)現(xiàn)了自己在學(xué)習(xí)中存在的很多問題，例如高斯白噪聲的形成之類的，還有就是對matlab 很多它自己自帶的函數(shù)庫的使用的熟悉程度。軟件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)流程圖很重要。畫好框圖后就開始一步一步編程了，編一個模塊，調(diào)試一

17、個模塊。這樣可以排除很多錯誤。恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。通過此次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，我鞏固了“信號與系統(tǒng)”、“通信原理”和“通信”等課程所學(xué)內(nèi)容，初步了解和掌握現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)的基本組成、基本原理、組網(wǎng)技術(shù)及典型通信系統(tǒng)（GSM 數(shù)字、 CDMA 碼分多址移動電話系統(tǒng) ）的設(shè)計(jì)、調(diào)試，理解其工作原理。為今后從事通信系統(tǒng)工程，移動通信，全球個人通信和多媒體通信打下一個良好的基礎(chǔ)。鯊腎鑰詘漣鉀溈懼統(tǒng)庫。源程序： clc;clear;r=rou nd(ra%產(chǎn)生 5000 個隨機(jī)碼元nd(1,5000);% 碼序列變?yōu)殡p極性r=2*r-1;%信噪比SNR=-10:1:10;L=le ngth(r);for m=1

18、0:20:50%擴(kuò)頻增益的類型a=repmat(r,1,m); b=(reshape(a,L,m)' x=reshape(b,1,L*m); len=len gth(x);x_code=sig n(mge n(19,11,le n)-0.5);msout=x.* x_code;% 已擴(kuò)頻信號%信道噪聲for SNR1=1:21Eb = 1;N0= Eb/(10 A(SNR1-11)/10);sig=msout+sqrt(NO)*ra ndn( size(msout);for i=1:LA=ra ndi nt(1,1,1,3); for g=1:m t=(i-1)*m+g; sig(t)=sig(t)+A*s in (t); endend 7msi nt=sig.* x_code;% 開始解擴(kuò)Err=0;for j=1:Ly=0;for pp=1:my=y+msi nt(m*j+pp_m);endz=y/m;% 解擴(kuò)得到用戶信碼if z>0z=1;elsez=-1;endif z=r(j) Err=Err+1;%用戶錯誤計(jì)數(shù)endendBER(m,SNR1)=Err/L ;% 誤碼率實(shí)際值endendfiguresemilogy(-10:10,BER(10,:),'b-*');text(0