直接序列擴頻通信

ＭＡＴＬＡＢ仿真直接序列擴頻通信摘要直接序列擴頻通信系統(tǒng)（DS-CDMA）因其抗干擾性強、

隱蔽性好、易于實現(xiàn)碼分多址（CDMA）、抗多徑干擾、直擴通信速率高等眾多優(yōu)點，而被廣泛應用于許多領(lǐng)域中。針對頻通信廣泛的應用，本文用MATLAB工具箱中的SIMULINK通信仿真模塊和MATLAB函數(shù)對直接序列擴頻通信系統(tǒng)進行了分析和仿真，使其更加形象和具體。核心字：擴頻通信m序列g(shù)old正交序列matlab仿真2.引言直接序列擴頻(DSSS—DirectSequenceSpreadSpectrum)技術(shù)是當今人們所熟知的擴頻技術(shù)之一。這種技術(shù)是將要發(fā)送的信息用偽隨機碼（PN碼）擴展到一種很寬的頻帶上去，在接受端，用與發(fā)端擴展用的相似的偽隨機碼對接受到的擴頻信號進行有關(guān)解決，恢復出發(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,是美軍重要的無線保密通信技術(shù)。這種技術(shù)使敵人很難探測到信號。即便探測到信號，如果不懂得對的的編碼，也不可能將噪聲信號重新匯編成原始的信號。有關(guān)擴頻通信技術(shù)的觀點是在1941年由好萊塢女演員HedyLamarr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。不幸的是，當時該技術(shù)并沒有引發(fā)美國軍方的重視，直到十九世紀八十年代才引發(fā)關(guān)注，將它用于敵對環(huán)境中的無線通信系統(tǒng)。直序擴頻解決了短距離數(shù)據(jù)收發(fā)信機、如：衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、3G移動通信系統(tǒng)、WLAN(IEEE802.11a,IEEE802.11b,IEE802.11g)和藍牙技術(shù)等應用的核心問題。擴頻技術(shù)也為提高無線電頻率的運用率(無線電頻譜是有限的因此也是一種昂貴的資源)提供協(xié)助。3.直接序列擴頻DS-SS是直接用品有高碼率的擴頻碼序列在發(fā)送端去擴展信號的頻譜。而在收端，用相似的擴頻碼序列去進行解擴，把展寬的擴頻信號還原成原始的信息。4.DS-CDMA通信系統(tǒng)原理圖在實驗中，我們采用；兩種擴頻碼進行仿真。M序列和正交Gold序列，擴頻后的數(shù)據(jù)通過脈沖成型濾波器后通過信道同時達到接受端，在接受端分別對不同顧客信息數(shù)據(jù)進行解擴，恢復各個顧客的原始信息。5.仿真設計環(huán)節(jié)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、對比兩個擴頻碼在AWGN信道下的性能曲線，分析哪種擴頻碼更適合在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.實驗仿真運行成果從圖中能夠看出，由于正交Gold序列在完全同時時，它們的互有關(guān)值為0，因此其BER性能并不隨著顧客數(shù)的增加而惡化。在信噪比為2、4、6時誤比特率基本相似。由圖能夠看出來當誤比特率仿真時候不大于10-3時成果就會有一定的偏差。但還是能夠看出正交Gold序列比M序列的性能要好。因此，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，衰減比,序列要小。對比圖4-1和圖4-3，顯然M序列在瑞利衰落信道下的性能要比能過AWGN信道下的性能要差7.總結(jié)對于本仿真而言，已基本完畢了設計任務書的設計和研究目的，通過用MATLAB對DS-CDMA系統(tǒng)的仿真調(diào)試、成果分析，讓我組熟悉了DS-CDMA的工作原理，加深了對擴頻通信的認識，并深刻的理解PN碼在不同信道的衰落狀況。通過仿真成果中波形的直觀方式，更讓我們理解到了系統(tǒng)衰減的規(guī)律。但是在本設計中也存在著缺點與局限性1、在本設計中過程中可能由于程序過于復雜，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，造成成果并不明顯，信息衰減嚴重。2、在設計中只考慮到加性高斯信道所帶來的干擾，在實際通信信道卻是復雜多變，存在著多種各樣的狀況，因此最后的接受信號是在很簡樸的干擾下得出。要想應用于實際中，必須加入多種噪聲來考慮，以實現(xiàn)真實系統(tǒng)的設計。3、實驗中，我們選擇加大傳輸帶寬，來彌補其它干擾帶來的影響，可能會造成消耗過大，浪費帶寬的成果，實際應用中是不實用的。只能作為仿真，進行研究。即使如此，在本次設計的整個過程中，以上的成果已經(jīng)令我們受益匪淺。通信系統(tǒng)的性能分析和仿真，隨著通信技術(shù)、信息技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展以及網(wǎng)絡系統(tǒng)的大量應用，顯得越來越重要。參考文獻[1]劉學勇,編著.通信系統(tǒng)建模與仿真(電子工業(yè)出版社)[2]鄧薇，編著.MATALB函數(shù)速查手冊（人民郵電出版社）[3]【美】WilliamC.Y.Lee,著.移動通信工程理論和應用（第二版）（人民郵電出版社）[4]王華奎，李艷萍等編著.移動通信原理與技術(shù)(清華大學出版社)程序%1.函數(shù)mseq用于產(chǎn)生m序列:function[mout]=mseq(n,taps,inidata,num)%****************************************************************%闡明：函數(shù)mseq用于產(chǎn)生num個階數(shù)為n的m序列%n:m序列的階數(shù)n%taps:反饋寄存器的連接位置%inidata:寄存器的初始值序列%num:輸出的m序列的個數(shù)%mout:輸出的m序列，如果num>1,則每一行為一種m序列%****************************************************************ifnargin<4%輸入?yún)?shù)判斷num=1;endmout=zeros(num,2^n-1);%寄存器輸出值的初始化，全0fpos=zeros(n,1);%反饋寄存器連接位置的初始化fpos(taps)=1;%反饋寄存器連接位置forii=1:2^n-1mout(1,ii)=inidata(n);%寄存器的輸出值temp=mod(inidata*fpos,2);%計算反饋數(shù)據(jù)inidata(2:n)=inidata(1:n-1);%寄存器移位一次inidata(1)=temp;%更新第1個寄存器的值endifnum>1%如果要輸出多個m序列，生成其它m序列forii=2:nummout(ii,:)=shift(mout(ii-1,:),1);%shift函數(shù)完畢序列的循環(huán)移位,上一種序列向右循環(huán)移位endend%2.函數(shù)goldseq用于產(chǎn)生gold序列function[gout]=goldseq(m1,m2,num)%****************************************************************%m1:m序列1%m2:m序列2%num:生成的Gold序列個數(shù)%gout:生成的Gold序列輸出%****************************************************************ifnargin<3%如果沒有指定生成的Gold序列個數(shù)，默認為1num=1;endgout=zeros(num,length(m1));forii=1:num%根據(jù)Gold序列生成辦法生成Gold序列g(shù)out(ii,:)=xor(m1,m2);m2=shift(m2,1);end%函數(shù)shift用于完畢循環(huán)移位function[outregi]=shift(inregi,shiftr)%****************************************************************%inregi:輸入序列%shiftr:循環(huán)右移的位數(shù)%outregi:輸出序列%****************************************************************v=length(inregi);%輸入序列的長度outregi=inregi;%輸出序列初始化為輸入序列shiftr=rem(shiftr,v);%求余，使移位的值在[0,v]之間ifshiftr>0outregi(:,1:shiftr)=inregi(:,v-shiftr+1:v);%循環(huán)移位把最后shiftr位移到前shiftr位outregi(:,1+shiftr:v)=inregi(:,1:v-shiftr);%完畢剩余的移位elseifshiftr<0outregi(:,1:v+shiftr)=inregi(:,1-shiftr:v);outregi(:,v+shiftr+1:v)=inregi(:,1:-shiftr);end%3.直接序列擴頻主程序代碼function[ber]=dscdma(user,seq)%user:同時進行擴頻通信的顧客數(shù)%seq:擴頻碼1:M-序列2:Gold序列3:正交Gold序列%ber：該顧客數(shù)下的誤碼率%****************************初始化部分*****************************sr=256000.0;%符號速率nSymbol=10000;%每種信噪比下發(fā)送的符號數(shù)M=4;%4-QAM調(diào)制br=sr*log2(M);%比特速率graycode=[0132];%Gray編碼規(guī)則EbNo=0:2:10;%Eb/No變化范疇%**************************脈沖成形濾波器參數(shù)**************************delay=10;%升余弦濾波器時延Fs=8;%濾波器過采樣數(shù)rolloff=0.5;%升余弦濾波器滾降因子rrcfilter=rcosine(1,Fs,'fir/sqrt',rolloff,delay);%設計根升余弦濾波器%**********************擴頻碼產(chǎn)生參數(shù)**********************%直接序列擴頻主程序代碼function[ber]=dscdma(user,seq)%user:同時進行擴頻通信的顧客數(shù)%seq:擴頻碼1:M-序列2:Gold序列3:正交Gold序列%ber：該顧客數(shù)下的誤碼率%****************************初始化部分*****************************sr=256000.0;%符號速率nSymbol=10000;%每種信噪比下發(fā)送的符號數(shù)M=4;%4-QAM調(diào)制br=sr*log2(M);%比特速率graycode=[0132];%Gray編碼規(guī)則EbNo=0:2:10;%Eb/No變化范疇%**************************脈沖成形濾波器參數(shù)**************************delay=10;%升余弦濾波器時延Fs=8;%濾波器過采樣數(shù)rolloff=0.5;%升余弦濾波器滾降因子rrcfilter=rcosine(1,Fs,'fir/sqrt',rolloff,delay);%設計根升余弦濾波器%**********************擴頻碼產(chǎn)生參數(shù)**********************%user=user1;%顧客數(shù)stage=3;%m序列的階數(shù)ptap1=[13];%m序列1的寄存器連接方式ptap2=[23];%m序列2的寄存器連接方式regi1=[111];%m序列1的寄存器初始值regi2=[111];%m序列2的寄存器初始值%********************擴頻碼的生成*********************switchseqcase1%M-序列code=mseq(stage,ptap1,regi1,user);case2%Gold序列m1=mseq(stage,ptap1,regi1);m2=mseq(stage,ptap2,regi2);code=goldseq(m1,m2,user);case3%正交Gold序列m1=mseq(stage,ptap1,regi1);m2=mseq(stage,ptap2,regi2);code=[goldseq(m1,m2,user),zeros(user,1)];endcode=code*2-1;clen=length(code);%**************************衰落信道參數(shù)**************************ts=1/Fs/sr/clen;%信道采樣時間間隔t=(0:nSymbol*Fs*clen-1+2*delay*Fs)*ts;%每種信噪比下的符號傳輸時間fd=160;%多普勒頻移[Hz]h=rayleigh(fd,t);%****************************仿真開始****************************forindx=1:length(EbNo)indx%******************************發(fā)射端********************************data=randsrc(user,nSymbol,[0:3]);%產(chǎn)生各個顧客的發(fā)射數(shù)據(jù)data1=graycode(data+1);%Gray編碼data1=qammod(data1,M);%4-QAM調(diào)制[out]=spread(data1,code);%擴頻out1=rcosflt(out.',sr,Fs*sr,'filter',rrcfilter);%通過脈沖成形濾波器spow=sum(abs((out1)).^2)/nSymbol;%計算每個顧客信號功率ifuser>1%顧客數(shù)不不大于1時，全部顧客數(shù)據(jù)相加out1=sum(out1.');elseout1=out1.';end%*****************************通過瑞利衰落信道******************************%out1=h.*out1;%********************************接受端*********************************sigma=sqrt(0.5*spow*sr/br*10^(-EbNo(indx)/10));%根據(jù)信噪比計算高斯白噪聲方差y=[];forii=1:usery(ii,:)=out1+sigma(ii).*(randn(1,length(out1))+j*randn(1,length(out1)));%加入高斯白噪聲（AWGN）%y(ii,:)=y(ii,:)./h;%假設抱負信道預計endy=rcosflt(y.',sr,Fs*sr,'Fs/filter',rrcfilter);%通過脈沖成形濾波器進行濾波y=downsample(y,Fs);%降采樣forii=1:usery1(:,ii)=y(2*delay+1:end-2*delay,ii);endyd=despread(y1.',code);%數(shù)據(jù)解擴demodata=qamdemod(yd,M);%4-QAM解調(diào)demodata=graycode(demodata+1);%Gray編碼逆映射[err,ber(indx)]=biterr(data,demodata,log2(M));%統(tǒng)計誤比特率End%擴頻函數(shù)function[out]=spread(data,code)%****************************************************************%闡明：函數(shù)spread用于將輸入數(shù)據(jù)序列和擴頻序列擴頻%data:輸入數(shù)據(jù)序列%code:擴頻碼序列%out:擴頻后的輸出數(shù)據(jù)序列%****************************************************************switchnargincase{0,1}%如果輸入?yún)?shù)個數(shù)不對，提示錯誤error('缺少輸入?yún)?shù)');end[hn,vn]=size(data);[hc,vc]=size(code);ifhn>hc%如果擴頻碼數(shù)不大于輸入的待擴頻的數(shù)據(jù)序列，提示錯誤error('缺少擴頻碼序列');endout=zeros(hn,vn*vc);%初始化輸出序列forii=1:hnout(ii,:)=reshape(code(ii,:).'*data(ii,:),1,vn*vc);%將擴頻后的數(shù)據(jù)排成行矢量的形式end%信號解擴functionout=despread(data,code)%****************************************************************%闡明：函數(shù)despread用于將輸入數(shù)據(jù)序列和擴頻序列解擴%data:輸入數(shù)據(jù)序列%code:解擴使用的擴頻碼序列%out:解擴后的輸出數(shù)據(jù)序列%****************************************************************switchnargin%如果輸入?yún)?shù)個數(shù)不對，提示錯誤case{0,1}error('缺少輸入?yún)?shù)');end[hn,vn]=size(data);[hc,vc]=size(code);out=zeros(hc,vn/vc);%初始化輸出序列forii=1:hcxx=reshape(data(ii,:),vc,vn/vc);out(ii,:)=code(ii,:)*xx/vc;end%函數(shù)rayleigh用于產(chǎn)生瑞利衰落信道function[h]=rayleigh(fd,t)%該程序運用改善的jakes模型來產(chǎn)生單徑的平坦型瑞利衰落信道%YahongR.ZhengandChengshanXiao"ImprovedModelsfor%theGenerationofMultipleUncorrelatedRayleighFadingWaveforms"%IEEECommuletters,Vol.6,NO.6,JUNE%輸入變量闡明：%fd：信道的最大多普勒頻移單位Hz%t:信號的抽樣時間序