通訊系統(tǒng)仿真綜合實訓報告

1、 天津電子信息職業(yè)技術(shù)學院綜合實訓報告課題名稱 通訊系統(tǒng)仿真綜合實訓報告 姓 名 溫智 學 號 11 班 級 通信S09-5 專 業(yè) 通信技術(shù) 所 在 系 電子技術(shù)系 指導教師 張澄 完成日期 2011.11.08 目錄摘要一 實訓目的1二 實訓原理1三 實訓正文2實例一.2實例二.3實例三.4自選題：6四.心得體會14五.參考文獻15 摘要 通過MATLAB仿真，具體培養(yǎng)對仿真軟件的應(yīng)用，通過仿真鍛煉加深對知識的應(yīng)用及作用。 一 實訓目的 通過課程設(shè)計進一步理解擴展頻譜通信的基本概念及其系統(tǒng)模型；重點是偽隨機編碼的基本原理，m序列、Gold序列的性質(zhì)及特點；擴展頻譜信號的相關(guān)解擴、基帶解調(diào)與

2、載波同步，跳頻信號的解跳和解調(diào)等等。要求學生在課程設(shè)計中建立基本的擴頻系統(tǒng)模型，仿真計算出偽隨機編碼的相關(guān)特性，通過擴頻調(diào)制的解擴仿真系統(tǒng)的抗干擾性能。二 實訓原理 Gold序列是m序列的組合碼，由優(yōu)選對的兩個m序列逐位模2加得到，當改變其中的一個m序列的相位（向后移位）時，可以得到一新的Gold序列。Gold序列雖然是由m序列模2加得到的，但它已不是m序列，不過它具有與m序列優(yōu)選對類似的自相關(guān)性和互相關(guān)特性，而且構(gòu)造簡單，比m序列所產(chǎn)生的序列碼組多的多，因而獲得廣泛的應(yīng)用。周期均為N=2*n-1的m序列優(yōu)選對an和bn，an與后移位的bn+（=0，1，N-1）逐位模2加所得的序列an+bn+

3、即得到Gold序列，改變序列移位值，可以得到不同的Gold序列。而m序列的優(yōu)選對是指在m序列集中，互相關(guān)函數(shù)絕對值的最大值|RXY（）|max最接近或者達到相關(guān)下限（最小值）的一對m序列。三 實訓正文實例一. 判斷特征多項式 F (x) = x9 + x6 + x4 + x3 + 1 是否可生成m 序列，并建模驗證。F (x) 對應(yīng)的系數(shù)二進制表示為1001011001，相應(yīng)的十進制數(shù)是601。 測試模型如下：測試結(jié)果為：實例二. 計算特征多項式為F (x) = x9 + x6 + x4 + x3 + 1 的m 序列的自相關(guān)系數(shù)。 對于周期N的序列，其自相關(guān)系數(shù)是偶函數(shù)，即(-j ) = (j

4、 )，而且也是以N為周期的周期函數(shù)。周期為N的m 序列自相關(guān)系數(shù)理論值為 (j ) = 其中k 為整數(shù)。本例中m 序列的周期為N = 29 - 1 = 511，首先計算出一個周期的m 序列，然后再根據(jù)自相關(guān)系數(shù)的定義進行計算，計算中應(yīng)注意將二進制輸出的m 序列轉(zhuǎn)換為取值±1 的雙極性序列，然后再求相關(guān)函數(shù)。程序如下： reg=ones(1,9); % 寄存器初始狀態(tài)：全1，寄存器級數(shù)為9 coeff=1,0,0,1,0,1,1,0,0,1; % 抽頭系數(shù)a0 a1 .ar，取決于特征多項式 N=2length(reg)-1; % 周期 for k=1:N % 計算一個周期的m序列輸出

5、 a_n=mod(sum(reg.*coeff(1:length(coeff)-1),2);% 反饋系數(shù) reg=reg(2:length(reg),a_n; % 寄存器移位,反饋 out(k)=reg(1); % 寄存器最低位輸出 end out=2*out-1; % 轉(zhuǎn)換為雙極性序列 for j=0:N-1 rho(j+1)=sum(out.*out(1+j : N),out(1:j)/N; end j=-N+1:N-1; rho=fliplr(rho(2:N),rho; plot(j, rho);axis(-10 10 -0.1 1.2);title('洪松-實例2')實

6、例三. 計算r = 6 本原多項式（八進制表示）103 和147 對應(yīng)的兩個m 序列的互相關(guān)函數(shù)序列。八進制數(shù)103 和147 轉(zhuǎn)換為二進制分別是：1000011 和1100111。對應(yīng)m 序列的特征多項式以向量形式表示為 1,0,0,0,0, 1, 1 和 1, 1,0,0, 1, 1, 1 編寫程序如下： clear; reg=ones(1,6); % 寄存器初始狀態(tài)：全1，寄存器級數(shù)為6 coeff=1,0,0,0,0,1,1; % 抽頭系數(shù)cr .c1 c0，取決于特征多項式 N=2length(reg)-1; % 周期 for k=1:N % 計算一個周期的m序列輸出 a_n=mod

7、(sum(reg.*coeff(1:length(coeff)-1),2);% 反饋 reg=reg(2:length(reg),a_n; % 寄存器移位,反饋 out1(k)=2*reg(1)-1; % 寄存器最低位輸出,轉(zhuǎn)換為雙極性序列 end reg=ones(1,6);coeff=1,1,0,0,1,1,1;% 抽頭系數(shù) for k=1:N % 計算一個周期的m序列輸出 a_n= smod(um(reg.*coeff(1:length(coeff)-1),2);% 反饋 reg=reg(2:length(reg),a_n; % 寄存器移位,反饋 out2(k)=2*reg(1)-1;

8、% 寄存器最低位輸出,轉(zhuǎn)換為雙極性序列 end % 得出兩個雙極性電平的m序列 for j=0:N-1 R(j+1)=sum(out1.*out2(1+j : N),out2(1:j); % 計算相關(guān)函數(shù) end j=-N+1:N-1;% 相關(guān)函數(shù)自變量 R=fliplr(R(2:N),R;% 利用相關(guān)函數(shù)的偶函數(shù)特性計算j為負值的情況 plot(j, R);axis(-N N -20 20);xlabel(j);ylabel(R(j);% 作圖 max(abs(R) % 計算相關(guān)函數(shù)絕對值的最大值 title('洪松-實例3')自選題：基于Matlab的CDMA通信系統(tǒng)仿真設(shè)

9、計原理：CDMA是碼分多址的英文縮寫(Code Division Multiple Access)，它是在數(shù)字技術(shù)的分支-擴頻通信技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術(shù)。CDMA技術(shù)的原理是基于擴頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機碼，與接收的帶寬信號作相關(guān)處理，把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號即解擴，以實現(xiàn)信息通信。1CDMA是擴頻通信的一種，他具有擴頻通信的以下特點： （1）抗干擾能力強。這是擴頻通信的基本特點，是所有通信方式無法比擬的。 （2）

10、寬帶傳輸，抗衰落能力強。 （3）由于采用寬帶傳輸，在信道中傳輸?shù)挠杏眯盘柕墓β时雀蓴_信號的功率低得多，因此信號好象隱蔽在噪聲中；即功率譜密度比較低，有利于信號隱蔽。 （4）利用擴頻碼的相關(guān)性來獲取用戶的信息，抗截獲的能力強等。所有CDMA類型都使用擴頻過程增益來允許接受者部分衰減非期望信號。若具有期望擴頻碼的信號和定時則被接受，如果信號有不同的擴頻碼（或者相同擴頻碼但是不同的時間偏移）將被過程增益認為隨機噪聲衰減掉。這項操作的方法是給每一個站點分配一個擴頻碼或者芯片序列.這些芯片序列被表示成由1和1組成的序列。每個芯片序列和本身點乘得到1,(和補碼點乘得到1),反之點乘不同的芯片序列得到0。

11、這種特性叫做正交性. 這種序列叫做 Walsh碼可以從一個二進Walsh矩陣導出。 當多個終端發(fā)送多個片碼時，信號就會在空中疊加。例如芯片序列是(-1,-1,-1,-1)和(+1,-1,+1,-1)，疊加后變成(0,-2,0,-2)。接受方只要計算發(fā)送信號到空中的終端目點值。例如(-1,-1,-1,-1) . (0,-2,0,-2) = +1。就 可以正確接收所需信息，而把其他信號當作噪聲過濾掉。CDMA通信系統(tǒng)原理框圖根據(jù)上述原理搭建仿真模塊如下：本實驗中采用PN Sequence Generator來產(chǎn)生m系列， PN Sequence Generator的參數(shù)有Generator pol

12、ynomial(特征多項式)： 1 1 0 0 1，對應(yīng)上圖中a0=1,C1=1,C2=0,C3=0,C4=1; Initial state (初始狀態(tài)): 0 1 0 0,對應(yīng)a1=0,a2=1,a3=0,a4=0.周期為15， Sample time (采樣時間)即碼元寬度為2e-5,可以得到一個周期的系列為1011。上圖中三個Bernoulli Random Binary Generator表示三個不同的通信用戶發(fā)射各自的通信信息，碼元寬度為6x10-6s, PN Sequence Generator產(chǎn)生用于直接擴頻的正交碼組，它產(chǎn)生的是m系列，實驗中m系列的周期為15，碼元寬度為2x1

13、0-5s,基帶信號碼元寬度是m 系列碼元寬度的30倍，正好是兩個m系列的周期。延遲4個碼元及8個碼元的兩個碼組與原始的碼組構(gòu)成三個正交的碼組，它們分別對三個用戶的信號進行直接擴頻。擴頻的操作是將轉(zhuǎn)換為二進制雙極性信號的基帶信號和用于擴頻的碼組直接相乘。擴頻后的信號在sum中與Gaussian Noise Generator產(chǎn)生的高斯白噪聲混合，這表現(xiàn)了碼分多址通信的特點：在同一時間、同一頻段利用正交的碼組承載不同通信用戶的信息傳輸。其余模塊的功能及參數(shù)設(shè)置如下1.模塊名稱：AWGN Channel參 數(shù) 名 稱 參 數(shù) 值 功能說明： 加性高斯白噪聲信道用高斯分布的噪聲信號疊加在通過它的信號上

14、，使通過該信道的信號產(chǎn)生與噪聲均值相應(yīng)的偏移，并且圍繞平均值做隨機波動。 Initial seed (初始化種子) 1567SNR(dB)(信噪比) Signal to noise ratio(SNR) SNR(dB)(信噪比) 8 Inputsignalpower(watts)(輸入信號功率) 1 2.模塊名稱：Bernoulli Random Binary Generator參 數(shù) 名 稱 參 數(shù) 值 功能說明： 伯努利二進制隨機數(shù)產(chǎn)生器用于產(chǎn)生二進制的數(shù)字系列，系列中0和1出現(xiàn)的概率服從伯努利分布Probability of a zero (0出現(xiàn)的概率) 0.50.50.5Initia

15、l seed (初始化種子) 123455432112345Sample time (采樣時間) 6e-43. 模塊名稱：PN Sequence Generator參 數(shù) 名 稱參 數(shù) 值功能說明： PN碼序列產(chǎn)生器產(chǎn)生具有偽隨機特性的二進制序列，用于擴頻。 Generator polynomial(特征多項式) 1 1 0 0 1Initial state (初始狀態(tài)) 0 1 0 0 Shift(or mask)(移動) 0 Sample time (采樣時間) 2e-54. 模塊名稱：Gaussian Noise Generator參 數(shù) 名 稱參 數(shù) 值功能說明： 加性高斯白噪聲產(chǎn)生器

16、產(chǎn)生具有高斯分布的噪聲信號 Mean(均值) 0Variance(方差) 0.1 Initial seed(初始化種子) 12345 Sample time (采樣時間) 2e-55. 模塊名稱：Relay參 數(shù) 設(shè) 置參 數(shù) 值功能說明： 擴頻之前用于將單極性信號轉(zhuǎn)換為雙極性信號 上三個 下三個 Switch on point (大于等于時，開關(guān)打開) 0.90.9Switch off point (小于等于時，開關(guān)關(guān)閉) 0.1 0.1Output when on (開關(guān)打開時輸出值) 1 1 Output when off (開關(guān)關(guān)閉時輸出值) -1-16. 模塊名稱：Relay 參 數(shù)

17、 設(shè) 置參 數(shù) 值功能說明： 接在低通濾波器后用于對信號的抽樣判決 Switch on point (大于等于時，開關(guān)打開) 0.51Switch off point (小于等于時，開關(guān)關(guān)閉) 0.49Output when on (開關(guān)打開時輸出值) 1Output when off (開關(guān)關(guān)閉時輸出值) -17. 模塊名稱：Digital Filter參 數(shù) 名 稱參 數(shù) 值功能說明： 數(shù)字濾波器實現(xiàn)濾波功能，解擴后經(jīng)該濾波器得到一個攜帶信息的中頻信號 Numerator(分子系數(shù)) 0.0004 0.0017 0.0025 0.0017 0.0004 Denominator(分母系數(shù))

18、1.000 -3.1811 3.8623 -2.1130 0.4385 Initial conditions(初始條件) 0其他模塊： 模塊名稱：Unit Delay位 置：Simulink/Discrete模塊名稱：Display位 置：Simulink/Sinks模塊名稱：Dot Product位 置：Simulink/Math Operations模塊名稱：Sum位 置：Simulink/Math Operations模塊名稱：Scope位 置：Simulink/Sinks模塊名稱：Error Rate Calculation位 置：Communications Blockset/Com

19、m Sinks運行仿真模塊繪出信號的變化幾個關(guān)鍵階段的波形：1.伯努利二進制信號波形 2.伯努利二進制信號雙極性轉(zhuǎn)換后波形 3.擴頻后信號波形 4.三路信號與噪聲信號疊加后波形 5.經(jīng)過加性高斯白噪聲信道后的信號波形 6.解擴后的信號波形 7.經(jīng)過數(shù)字濾波器濾波后的波形 8.抽樣判決后的波形 以上波形圖可看出信號的接收端收到的信號大致和原始的信號（由發(fā)送端發(fā)送的信號）的波形一致，有些許失真。由誤碼率計算知道誤差是非常小的，在允許的范圍。誤碼率曲線的繪制過程：（用m文件繪制誤碼率曲線）程序如下： snR1=-20:1:20; %信噪比范圍 for n=1:length(snR1) SNR=snR

20、1(n); sim('cdma') s2(n)=mean(s); %求s的均值 A1(n)=s2(n)+eps; %計算誤碼率 %eps:從1.0到下一個最大浮點數(shù)的距離，常用來作為浮點計算相對誤差使用 s3(n)=mean(s1)' %求s1的均值 A2(n)=s3(n)+eps; %計算誤碼率 s3(n)=mean(s2)' %求s2的均值 A3(n)=s3(n)+eps; %計算誤碼率 EN(n)=snR1(n)' end figure(1) semilogy(EN,(A1);grid; %繪制誤碼率曲線 title('信噪比與誤碼率關(guān)系曲

21、線1'); figure(2); semilogy(EN,(A2);grid; %繪制誤碼率曲線 title('信噪比與誤碼率關(guān)系曲線2'); figure(3); semilogy(EN,(A3);grid; %繪制誤碼率曲線 title('信噪比與誤碼率關(guān)系曲線3')經(jīng)過無數(shù)次的調(diào)試，仿真系統(tǒng)終于基本達到的理想的要求，誤碼率很小，滿足了通信的要求。通過本實驗可以詳細具體地實現(xiàn)CDMA 通信的過程，通過跟蹤各個階段的信號波形，對于加深 CDMA通信原理的理解相當形象簡明，再通過各個模塊參數(shù)的設(shè)定，可以了解在實際通信過程中對信號產(chǎn)生影響的各種因數(shù)及影響的程度。由此，利用這種方法對于我們加深學習其他通信技術(shù)是十分有裨益的。四.心得體會 通過這段時間的實訓，對MATLAB仿真軟件有了更