基于MATLAB的扩频通信系统仿真研究72187new

1、通信系统综合设计与实践 题目基于MATLAB的扩频通信系统仿真研究 院（系）名称信息工程学院通信系 专业名称通信工程 学生姓名 李楠 杨楠 李长蔚 学生学号 1203100044 1203100005 1203100031 指导教师陈万里 2013年 6 月 5 日目录摘要.11、设计目的.22、扩展频谱通信技术.2 2.1、理论基础.22.2 、实现方法.23、系统仿真模型的建立.33.1、 Simulik简介.33.2、模型建立及主要模块设计.33.3、几点说明.44、仿真结果分析.44.1、仿真系统运行情况分析.44.2、扩频增益与输出端信噪比的关系.55、结论.5心得体会.5致谢.6参

2、考文献.7 基于MATLAB的扩频通信系统仿真研究摘要本文阐述了扩展频谱通信技术的理论基础和实现方法，利用MATLAB提供的可视化工具Simulink建立了扩频通信系统仿真模型，详细讲述了各模块的设计，并指出了仿真建模中要注意的问题。在给定仿真条件下，运行了仿真程序，得到了预期的仿真结果。同时，利用建立的仿真系统，研究了扩频增益与输出端信噪比的关系，结果表明，在相同误码率下，增大扩频增益，可以提高系统输出端的信噪比，从而提高通信系统的抗干扰能力。关键词:扩频通信、信噪比、误码率、扩频增益 Simulation of the Spread Spectrum Communication Syste

3、mBased on MATLABAbstract: The theory base and realizing methods of the spread spectrum communication technology was presented in this study. The simulation model of the spread spectrum communication system was built by using SIMULINK, which is provided by MATLAB. In addition, each module of the simu

4、lation model was introduced in detail，and pointed out the problems that must be pay attention to in the system simulation. On the basis of the designed simulation conditions, the simulation program was run and the anticipant results were gained. Moreover, the relationship between the spread spectrum

5、 gain and the fan-out error rate was also studied by use of the simulation system. The results showed that on the base of the same error rate, if the spread spectrum gain was enlarged, the Signal-to-Noise of the system fan-out would be enhanced and the anti-jamming capability of the communication sy

6、stem would also be enhanced.Keywords: spread spectrum communication, Signal-to-Noise, error rate, spread spectrum gain.1、设计目的扩展频谱通信（简称扩频通信）与光纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式，它是指发送的信息被展宽到一个很宽的频带上，在接收端通过相关接收，将信号恢复到信息带宽的一种系统。采用扩频信号进行通信的优越性在于用扩展频谱的方法可以换取信噪比上的好处，即接收机输出的信噪比相对于输入的信噪比有很大改善，从而提高了系统的抗干扰能力。本文根

7、据扩频通信的原理，利用MATALB提供的可视化仿真工具Simulink建立了扩频通信系统仿真模型，研究了扩频通信的特性和扩频增益与输出端信噪比的关系，目的是为以扩频通信为基础的现代通信的研究和设计提供依据。 2、扩展频谱通信技术2.1 理论基础扩频通信的基本理论是根据信息论中的Shannon公式，即 (1)式中：C为系统的信道容量（bit/s）；B为系统信道带宽（Hz）；S为信号的平均功率；N为噪声功率。Shannon公式表明了一个系统信道无误差地传输信息的能力跟存在于信道中的信噪比（S/N）以及用于传输信息的系统信道带宽（B）之间的关系。该公式说明了两个最重要的概念：一个是在一定的信道容量的

8、条件下，可以用减少发送信号功率、增加信道带宽的办法达到提高信道容量的要求；一个是可以采用减少带宽而增加信号功率的办法来达到。扩频增益是扩频通信的重要参数，它反应了扩频通信系统抗干扰能力的强弱，其定义为接收机相关器输出信噪比和接收机相关器输入信噪比之比，即 (2)式中，Si和S0分别为接收机相关器输入、输出端信号功率；Ni和N0分别为相关器的输入、输出端干扰功率；Rs为伪随机码的信息速率，Rd为基带信号的信息速率；Bs为频谱扩展后的信号带宽，Bd频谱扩展前的信号带宽。2.2 实现方法扩频通信与一般的通信系统相比，主要是在发射端增加了扩频调制，而在接收端增加了扩频解调的过程，扩频通信按其工作方式不

9、同主要分为直接序列扩频系统、跳频扩频系统、跳时扩频系统、线性调频系统和混合调频系统。现以直接序列扩频系统为例说明扩频通信的实现方法。图1为直接序列扩频系统的原理框图。接收高放混频解扩解调本振PN码同步信 源扩频调制PN码振荡器发射图1直接序列扩频系统原理图由直扩序列扩频系统原理图可以看出，在发射端，信源输出的信号与伪随机码产生器产生的伪随机码进行模2加，产生一速率与伪随机码速率相同的扩频序列，然后再用扩频序列去调制载波，这样得到已扩频调制的射频信号。在接收端，接收到的扩频信号经高放和混频后，用与发射端同步的伪随机序列对扩频调制信号进行相关解扩，将信号的频带恢复为信息序列的频带，然后进行解调，恢

10、复出所传输的信息。3、系统仿真模型的建立3.1 Simulik简介MATLAB最初是Mathworks公司推出的一种数学应用软件，经过多年的发展，开发了包括通信系统在内的多个工具箱，从而成为目前科学研究和工程应用最流行的软件包之一。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个集成环境，广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。它包括一个复杂的由接受器、信号源、线性和非线性组件以及连接件组成的模块库，用户也可以根据需要定制或者创建自己的模块。Simulink的主要特点在于使用户可以通过简单的鼠标操作和拷贝等命令建立起直观的

11、系统框图模型，用户可以很随意地改变模型中的参数，并可以马上看到改变参数后的结果，从而达到方便、快捷地建模和仿真的目的。3.2 模型建立及主要模块设计基于MATLAB /Simulink所建立的扩频通信系统的仿真模型,能够反映扩频通信系统的动态工作过程,可进行波形观察、频谱分析和性能分析等，同时能根据研究和设计的需要扩展仿真模型，实现以扩频通信为基础的现代通信的模拟仿真，为系统的研究和设计提供强有力的平台。图2为基于MATLAB/Simulink的扩频通信系统仿真模型。图2系统仿真模型信源：随机整数发生器（Random Integer generator）作为仿真系统的信源，随机整数发生器产生二

12、进制随机信号，采样时间、初始状态可自由设置，从而满足扩频通信系统所需信源的要求。扩频与解扩：PN序列生成器模块（PNSequence Generator）作为伪随机码产生器，扩频过程通过信息码与PN码进行双极性变换后相乘加以实现。解扩过程与扩频过程相同，即将接收的信号用PN码进行第二次扩频处理。调制与解调：使用二相相移键控PSK方式进行调制、解调。调制由正弦载波与双极性扩频码直接相乘实现，采用相干解调法进行解调。信道：传输信道为加性高斯白噪声信道。在加性高斯白噪声信道模块中，可进行信号功率和信噪比的设置。误码计算：误码计算由误码仪实现，误码仪在通信系统中的主要任务是评估传输系统的误码率，它具有

13、两个输入端口：第一个端口（Tx）接收发送方的输入信号，第二个端口(Rx)接收接收方的输入信号。3.3 几点说明在Simulink中，没有单独实现统计的计数器模块，需要自行创建，计数模型的设计如图3。在计数模型中，用与信源和伪随机码同频的脉冲模块分别实现码元同步和切普同步，利用加法器的累加功能，实现每个码元的相关峰值统计。图3计数模型实现框图在扩频通信建模中，扩频与解扩使用的PN码以及调制和解调所使用的载波必须保持同步，因此要注意伪随机码模块和载波模块的参数设置。在误码率计算中，接收到的信号，由于经过扩频解扩、调制解调、相关统计等处理，会存在一个延迟，在误码仪模块的对话框中要设置一个合适的延迟。

14、4、仿真结果分析4.1 仿真系统运行情况分析在给出下列仿真的条件下，观察仿真运行情况。信息速率20b/s，幅度为1；伪随机序列采用10级，传输速率为200b/s的m序列；载波频率10KHz；信号功率为1W，信噪比30dB；仿真时间设为2s。在这样的仿真条件下，理论上可获得10倍的扩频增益。图4是系统扩频解扩的仿真结果。上图为信源，中图为扩频码，下图为信宿。从图4可见，信源和信宿相同，误码率为0，基于MATLAB/Simulink所设计的仿真系统满足扩频通信系统的软件仿真要求。图4系统扩频解扩的仿真结果4.2 扩频增益与输出端信噪比的关系设置信息速率和伪随机序列传输速率，在扩频增益10和50的情

15、况下，不断改变信噪比的大小，从而得到扩频增益、误码率和信噪比的关系如图5。从图5可以看到，在相同误码率下，扩频增益越大，输出端信噪比越大，并且随着系统要求的提高，增大扩频增益，输出端信噪比会得到更大的好处。图5不同扩频增益下误码率仿真曲线5、结论扩频通信以其较强的抗干扰、抗衰落、抗多径性能而成为第三代通信的核心技术，本文阐述了扩频通信的理论基础和实现方法，利用MATLAB提供的可视化工具箱Simulink建立了扩频通信系统仿真模型，详细讲述了各模块的设计，并给出了仿真建模中需注意的问题。在给定仿真条件下，运行了仿真系统，验证了所建仿真模型的正确性。通过仿真研究了扩频增益和输出端信噪比的关系，结

16、果表明，在相同误码率下，增大扩频增益，可以提高系统输出端的信噪比，从而提高系统的抗干扰能力。本文作者创新点：通过MATLAB/Simulink建立的仿真平台，研究了扩频增益与误码率、信噪比之间的关系，为以扩频通信为基础的卫星信号设计提供依据。心得体会有句话叫“眼过千遍，不如手过一遍”。不管什么时候事实总是会跟想象的有一定的差别，空想是不行的，只有自己亲手去做了，并且在做的过程中认真思考过，才会有意外的收获。刚开始我还以为这个课题很简单，只要有高低电平输出就行了，没想到在做的过程中参数设定是一个很大的问题。对于电路图的原理部分很清楚，只是操作中有很多不能达到预期的结果。通过我们组员之间思考和讨论

17、，尝试了多种方法，最后终于得到比较满意的结果，让我们觉得很有成就感。这次设计中我对扩展频谱通信技术的理论基础和实现方法，利用MATLAB提供的可视化工具Simulink建立了扩频通信系统仿真模型有了更加深入的理解和掌握。通过在网上及相关资料中查找信息，和组员之间的深入探讨，拓展了我的知识面。还知道了几个关于相关的网站，以后遇到什么问题都可以通过自己搜集资料来思考，寻找解决的方法。这次可以把课本上学习的理论知识可以应用到具体的课题设计中，是我一个很大的进步。大家一起努力，想出不同的思路，有助于对电路的改进。大家合作过程中更加深入了解对方，增加了同学之间的友谊。致 谢感谢老师给予我们这样一次机会，能够独立地完成一个课程设计，并在这个过程当中，给予我们各种方便，使我们在这学期快要结束的时候，能够将学到的知识应用到践中，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。也感谢老师和同学给自己的指导和帮助，正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意。最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的老师表示感