基于simulink的直接序列擴(kuò)頻通系統(tǒng)仿真設(shè)計

基于simulink的直接序列擴(kuò)頻通系統(tǒng)仿真設(shè)計

頻頻通信技術(shù)在提高信號系統(tǒng)質(zhì)量、干擾、保密性和系統(tǒng)能力方面具有突出的優(yōu)勢。它已被應(yīng)用于軍事通信、電子作戰(zhàn)、導(dǎo)航、測量和其他領(lǐng)域。20世紀(jì)末,擴(kuò)頻通信開始在民用方面得以發(fā)展。直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng),即DS-CDMA,是民用移動通信系統(tǒng)中的主流擴(kuò)頻技術(shù),也是目前第三代移動通信技術(shù)(3G)乃至第四代移動通信技術(shù)(4G)主要組成部。可以說,直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)直接或間接的促使移動通信技術(shù)的快速更新?lián)Q代,從而使得移動通信技術(shù)在信息的傳輸方面更加的安全、高效。隨著擴(kuò)頻通信技術(shù)的發(fā)展,通過傳統(tǒng)的硬件來進(jìn)行擴(kuò)頻通信技術(shù)的研究存在成本高、靈活性差、效率低等缺陷,使得擴(kuò)頻通信技術(shù)難以快速發(fā)展。而仿真軟件Simulink的出現(xiàn)很好地解決了這個難題。Simulink是Matlab中重要的仿真建模軟件,在Simulink中,用戶只要選中器件庫中的模塊,進(jìn)行相應(yīng)操作就可構(gòu)造出復(fù)雜的通信系統(tǒng)。本文利用Matlab中的Simulink搭建直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真模型,得出仿真模型中各仿真模塊的仿真波形和頻譜圖,通過改變系統(tǒng)的仿真參數(shù),對擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的性能進(jìn)行研究。1基于simulik的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)模擬1.1直擴(kuò)通信系統(tǒng)挖掘機(jī)的模擬設(shè)計1.1.1基于m序碼的直擴(kuò)通信建模圖1為直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)仿真模型,直擴(kuò)發(fā)射機(jī)的設(shè)計分為擴(kuò)頻和QPSK調(diào)制兩大模塊。擴(kuò)頻模塊中包含原始信號、偽隨機(jī)碼的生成和擴(kuò)頻運(yùn)算三部分。在此模型中,采用努利二進(jìn)制信號產(chǎn)生器來生成直擴(kuò)通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的輸入信號,利用m序列作為偽隨機(jī)序列碼來進(jìn)行仿真模型的搭建,由于輸入信號和偽隨機(jī)序列采用的都是二進(jìn)制的單極性碼,所以在擴(kuò)頻前要對其進(jìn)行單雙極性轉(zhuǎn)換,將其轉(zhuǎn)換為雙極性碼后進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算,從而使原始信號的頻譜被展,實現(xiàn)擴(kuò)頻的目的。由于調(diào)制時需要的是單極性碼,所以在擴(kuò)頻后要利用雙單極性轉(zhuǎn)換器將雙極性信號轉(zhuǎn)換為單極性信號,便于進(jìn)行QPSK調(diào)制。1.1.2擴(kuò)頻系統(tǒng)的信號特性運(yùn)行圖1所示的直擴(kuò)通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)仿真模型進(jìn)行測試,得到原始信號頻譜圖如圖2所示,擴(kuò)頻后信號頻譜圖如圖3所示,發(fā)射機(jī)的時域波形圖如圖4所示。從圖2中可看出,擴(kuò)頻前原始信號的帶寬為256kHz,從圖3中可看出擴(kuò)頻后的信號帶寬為1.79MHz。通過圖2、圖3進(jìn)行比較后可得出,經(jīng)擴(kuò)頻后的信號頻帶約是原始信號帶寬的7倍,并且均勻的分布在整個頻帶上。從圖4直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的時域圖中可以看出,當(dāng)原始信號顯示為+1時,擴(kuò)頻輸出的雙極性碼顯示為+1,當(dāng)原始信號顯示為0時,擴(kuò)頻輸出的雙極性碼會產(chǎn)生跳變,顯示為-1,滿足二進(jìn)制碼元的單雙極性變換規(guī)律。并且從擴(kuò)頻輸出的單極性碼中可以看出,碼元速率增加,且碼元寬度變窄。1.2直擴(kuò)通信系統(tǒng)無線電接收機(jī)的模擬設(shè)計1.2.1雙極性轉(zhuǎn)換模型圖5為直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的接收機(jī)仿真模型,首先將QPSK已調(diào)信號作為輸入信號經(jīng)過加性高斯白噪信道后進(jìn)行QPSK解調(diào),然后經(jīng)過數(shù)據(jù)緩沖器和單雙極性轉(zhuǎn)換器之后,將解調(diào)的信號轉(zhuǎn)換為雙極性碼進(jìn)行解擴(kuò),再進(jìn)行雙單極性轉(zhuǎn)換,將雙極性碼元轉(zhuǎn)換成單極性信號進(jìn)行輸出,就可以在接收端接收到原始信息。此模型中選用信噪比為-5dB的加性高斯白噪。由于直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)在進(jìn)行QPSK調(diào)制時使用了數(shù)據(jù)緩沖器buffer,產(chǎn)生了2/7個碼元的延遲,所以在解擴(kuò)時加入了5/7個碼元的延遲,最終產(chǎn)生了一個碼元的延遲,在統(tǒng)計誤碼率的時候,把這個延遲考慮了進(jìn)去,在誤碼率檢測的模塊設(shè)置了一個碼元的延遲,避免了誤碼率檢測時出現(xiàn)的誤差。1.2.2信號功率的對比運(yùn)行圖5所示的直擴(kuò)通信系統(tǒng)接收機(jī)仿真模型進(jìn)行測試,得到直接序列解擴(kuò)前信號頻譜圖如圖6所示,解擴(kuò)后輸出信號頻譜圖如圖7所示。通過圖6可看出來,解擴(kuò)前,有用信號和噪聲完全混疊在一起,很難區(qū)分出有用信號和噪聲頻譜的不同之處。并且信號的功率被平均分配在1.79MHz的帶寬上,有用信號的功率在傳輸時可以變得非常小,避免對其他通信系統(tǒng)造成干擾。通過對圖6,圖7進(jìn)行對比可看出,解擴(kuò)前,有用信號和噪聲完全混疊在一起,很難區(qū)分出有用信號和噪聲頻譜的不同之處。并且信號的功率被平均分配在1.79MHz的帶寬上,有用信號的功率在傳輸時可以變得非常小,避免對其他通信系統(tǒng)造成干擾。解擴(kuò)后,噪聲仍然均勻分布在整個頻帶,而信號則在中心疊加,形成了譜峰,與原始信號的頻譜基本一致。這樣可以通過窄帶濾波,在接收端很容易地將有用信號提取出來,并且從圖5中可以看出,接收端的誤碼率在信道質(zhì)量非常差的情況下依然很低。1.3直擴(kuò)通信系統(tǒng)的模擬設(shè)計1.3.1輸出誤差仿真圖8為直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真模型。在該模型中,信道為加性高斯白噪聲,信噪比為10dB,此時直擴(kuò)通信系統(tǒng)輸出信號的誤碼率在基本保持不變時來研究擴(kuò)頻增益與輸出信噪比的關(guān)系。在仿真中,保持輸入信號不變,通過改變碼片速率的大小來獲得不同的擴(kuò)頻增益。直擴(kuò)通信系統(tǒng)輸入信號和輸出信號波形見圖9。1.3.2擴(kuò)頻增益對于解擴(kuò)效果的影響從圖10~圖13可看出,當(dāng)擴(kuò)頻因子為7時,解擴(kuò)后噪聲被均勻的分布在1.79MHz的頻帶上,而有用信號則向中心靠攏,在中心形成了譜峰,并且譜峰在3dBm左右;當(dāng)擴(kuò)頻因子為14時,解擴(kuò)后噪聲被均勻的分布在3.58MHz的頻帶上,而有用信號則向中心靠攏,在中心形成了譜峰,并且譜峰在5dBm左右;當(dāng)擴(kuò)頻因子為21時,解擴(kuò)后噪聲被均勻的分布在5.38MHz的頻帶上,有用信號向中心靠攏的更加明顯,在中心形成了譜峰,并且譜峰在8dBm左右;當(dāng)擴(kuò)頻因子為42時,解擴(kuò)后噪聲被均勻的分布在10.75MHz的頻帶上,有用信號向中心靠攏比圖12的更加明顯,在中心形成了譜峰,并且譜峰在10dBm左右。從這4個圖中可以看出,在誤碼率保持不變的情況下,隨著擴(kuò)頻增益的增加,輸出信號功率在逐漸增大,并且信號在中心疊加的程度越來越大,形成了譜峰。因為在仿真時,保持模型中其他參數(shù)不變,只改變了擴(kuò)頻增益的大小,所以可以得出這樣的結(jié)論:在誤碼率保持不變的情況下,增加擴(kuò)頻增益可以增加信號的輸出信噪比。2系統(tǒng)模型測試結(jié)果本文通過對直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的擴(kuò)頻、調(diào)制、解調(diào)、解擴(kuò)信號的頻譜波形,以及輸