科研训练报告-CDMA直接扩频通信仿真 - 副本

1、 实验总成绩： 装 订 线报告份数： 西安邮电大学 通信与信息工程学院 科研训练报告专业班级： 通工1004班 学生姓名： 张姣姣 学号(班内序号): 03101138（27号） 2013 年 9 月 22 日目录摘要- 1 -关键词- 1 -ABSTRACT:- 1 -1绪论- 1 -2CDMA扩频通信的发展方向和技术前沿- 2 -3Matlab/Simulink仿真软件及通信工具箱- 3 -4搭建直接序列扩频通信仿真链路与仿真结果分析- 4 -4.1 原理- 4 -4.1.1 扩频通信原理- 4 -4.1.2 直接序列扩频- 5 -4.2 CDMA扩频通信仿真系统的仿真结果- 6 -4.2

2、.1. 单用户- 6 -4.2.2. 多用户- 9 -5总结与体会- 13 -致谢- 13 -参考文献- 14 - 14 -Simulink扩频通信仿真摘要:此次科研训练主要利用MATLAB的可视化工具箱Simulink做直接序列扩频通信系统仿真。分别建立了直接序列扩频链路级和两个用户通信系统仿真模型。发送端扩频编码后进行BPSK调制，在接收端对其进行BPSK解调和扩频解码以恢复原信号。通过B-FFT窗口观察传输信号，已扩频信号，调制信号，解调信号和解扩频信号的频谱图，并通过改变信噪比，观察误码率的变化，利用MATLAB编写程序绘制误码率-信噪比变化图。关键词:直接序列扩频 伪随机序列 sim

3、ulinkABSTRACT: The main scientific research training of using MATLAB visualization toolkit Simulink for direct sequence spread spectrum communication system simulation. Established direct sequence spread spectrum link level and two user communication system simulation model. After the sender spread

4、spectrum code for BPSK modulation, at the receiving end of BPSK demodulation and spread spectrum decoding to restore the original signal. Transmission signals were observed by B - FFT window, has spread spectrum signal, modulation signal, the demodulation signal settlement spread spectrum signal spe

5、ctrum, and by changing the signal-to-noise ratio, observe the change of the bit error rate, USES MATLAB to draw the ber - signal-to-noise ratio variation.1绪论：本次科研训练是Simulink扩频通信仿真，主要是在MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台下处理。要求掌握利用文献检索的相应方法来查阅了解CDMA扩频通信的发展方向和技术前沿，查阅利用Matlab/Simulink进行通信链路仿真的相关资料，建立一个基本的直接序列扩频通信仿

6、真系统（链路级，两个用户），仿真分析其性能，撰写符合格式要求的科研训练报告。2CDMA扩频通信的发展方向和技术前沿人们不断研究CDMA的目的就是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问Internet的速率，未来CDMA的最主要的任务莫过于它具有更快的无线通信速度。在通信速度方面，CDMA正朝着提供宽带化的方向努力。在网络频谱方面，要想使未来CDMA通信达到更高的传输速度，必须使未来CDMA网络在通信带宽上比现有CDMA网络的带宽高出许多。未来CDMA手机的功能已不能简单划归电话机的范畴，因为语音数据的传输只是未来CDMA 移动电话的功能之一。【1】CDMA技术的发展趋势进入2008年，第三代移动通

7、信的商用化正在全球范围内进入实施阶段，我国的3G牌照发放也已到了关键时刻。视频电话、高速移动上网、移动电子商务和多媒体等3G新业务及其它增值业务将陆续呈现,同时面对4G技术的愈来愈多应用及ITU-R4G标准与频谱资源分配的快速推进，极需加速SCDMA的前向增强演进，为国际标准化工作积极贡献，并加速其相应装备研发生产工作，按更高要求及早确定利用MIMOSTC、OFDM/SOFDMA、LDPC等新传输技术的标准化路标。【2】4G 是第四代移动通信及其技术的简称，是继第三代以后的又一次无线通信技术演进，与WLAN 于一体并能够传输高质量视频图像的技术产品。其开发更加具有明确的目标性：提高移动装置无线

8、访问互联网的速度。正交频分复用技术（OFDM） OFDM 属于多载波调制的一种，它改善了信道的多径效应引起的频率选择性衰落，减少码间串扰，从而提高了通信性能。但由于多个子信号叠加，相应增加了信号的瞬时功率，这对发射机内放大器线性度提出了更高的要求。与此同时，频偏和相位噪声的敏感性使子载波之间的正交特性遭到破坏，造成子信道间互相干扰。【3】扩展频谱通信系统是指待传输信息的频谱用某个特定的扩频函数扩展后成为宽频带信号,送入信道中传输,再利用相应手段将其压缩,从而获取传输信息的通信系统。扩频系统必须满足以下两条准则:传输带宽远远大于被传送的原始信息的带宽; 传输带宽主要由扩频函数决定,此扩频函数常用

9、的是伪随机编码信号。(1) 扩展频谱技术的理论基础可用香农(C. E. Shannon) 信道容量公式：C = Wlog2 1 +S/N来描述。该公式表明,在高斯信道中当传输系统的信号噪声功率比S/ N 下降时,可用增加系统传输带宽W 的办法来保持信道容量C 不变。对于任意给定的信号噪声功率比,可以用增大传输带宽来获得较低的信差错率。扩展频谱技术也是应用这一原理,用高速率的扩频码来达到扩展待传输的数字信息带宽的目的。(2) 香农指出:在高斯噪声的干扰下,在限平均功率的信道上,实现有效和可靠通信的最佳信号是具有白噪声统计特性的信号。高斯白噪声信号具有理想的自相关特性,但是产生、加工和复制存在许多

10、技术困难。而一些易产生又便于加工和控制的伪噪声序列的统计特性逼近于高斯白噪声的统计特性,因此用伪随机码扩展待传基带信号频谱的扩展频谱通信系统,优于常规通信体制。(3) 哈尔凯维奇从理论上证明:要克服多径衰落干扰的影响,信道中传输的最佳信号形式也应该是具有白噪声统计特性的信号形式。由于扩频通信中的伪码逼近白噪声的统计特性,所以扩频通信又具有抗多径干扰的能力。【4】CDMA数字蜂窝已被广泛接受，且目前在韩国已有成功的商业服务，系统概念和体系结构已被描述，与此同时，为IMT 2000提出的CDMA宽带系统物理层主要特征也有相关介绍。关于更多高速率数据传输在更高频带的进一步研究得到了移动无线通信领域的

11、关注。同时，软件无线电、自适应阵列天线、干扰消除方案开发和实施将在几个系统进行测试。【5】3Matlab/Simulink仿真软件及通信工具箱Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被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。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单

12、击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。.SIMULINK模块库按功能进行分类，包括以下8类子库： Continuous（连续模块）Discrete（离散模块）Function&Tables（函数和平台模块）Math（数学模块）Nonlinear（非线性模块）Signals&Systems（信号和系统模块）Sin

13、ks（接收器模块）Sources（输入源模块）【6】4搭建直接序列扩频通信仿真链路与仿真结果分析4.1 原理4.1.1 扩频通信原理扩频通信是扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)的简称，它是一种先进的通信手段。根据仙农(Shannon)公式：CWLgZ(LPN)，式中若信道容量C为常数时，带宽W与信噪比PN可以互换，增加带宽可以降低系统对信噪比的要求。也就是说，增加带宽就可以在较低信噪比情况下以相同的发射功率来可靠地传输信息，甚至在信号被噪声湮没的情况下，只要增加信号带宽，仍能保持可靠的信道，这就是扩频的基本思想和理论依据。 所以说扩频技术就是将所传输的信

14、息带宽扩展很多倍，然后发送出去。这时发送信号所占据的信道带宽远大于信息本身的带宽。例如，传输一个64kbps的数据流，其基带带宽只有64kHz左右，但用扩频技术传送时，它所占据的信道带宽可以被扩展到5MHz、10MHz，甚至更大。与此同时，发射到空间的无线电功率，也将大大地降低。 目前常用的直接序列扩频技术是选用一个伪随机码(即PN码)对传送信息直接进行调制，PN码的速率Rb远远大于传送信息的速率Ri，因而调制后的信号速率为Rb，即通过无线电设备发送出去的信号频带比原传送信息的频带扩大了RbRi倍。接收端利用相关的解扩技术实现信号的高精度还原，从而获得信息的可靠传输。如下图这些PN码是具有多个

15、码位的0、1序列(起码几十比特)，它们是经过严格挑选的，要求它们具有良好的自相关性，但彼此之间却近似是相互正交，线性无关的。在众多码型中，它们很容易识别出与自己相同的码型，而不容易与其他码型混淆。4.1.2 直接序列扩频直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum）工作方式，简称直扩方式（DS方式）。就是用高速率的扩频序列在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。 直接序列扩频方式是直接用伪噪声序列对载波进行调制，要传送的数据信息需要经过信道编码后，与伪噪声序列进行模2和生成复合码去调制载波。接收机在收到发射

16、信号后，首先通过伪码同步捕获电路来捕获发送来到伪码精确相位，并由此产生跟发送端的伪码相位完全一致的伪码相位，作为本地解扩信号，以便能够及时恢复出数据信息，完成整个直扩通信系统的信号接收。4.2 CDMA扩频通信仿真系统的仿真结果4.2.1. 单用户 仿真链路图 原始信号时域波形(T=100.0 S/N=28) 信源频谱图(T=100.0 S/N=28) 扩频之后频谱(T=100.0 S/N=28) BPSK解调之后频谱(T=100.0 S/N=28) 信噪比和误码率aMATLAB源代码S/N_BER:（信噪比和误码率）T=1000.0a=25,25.5,26,26.5,27,27.5,28,2

17、8.5,29,29.5,30;b=0.00559,0.00362,0.00213,0.00115,0.0007,0.00038,0.00018,0.00005,0.00004,0.00001,0;semilogy(a,b,k*-)xlabel(S/N)ylabel(BER)legend(CDMA1)bMATLAB源代码S/N_BER: （信噪比和误码率）T=1000.0a=-5,-4,0,4,8,12,16,20,25,26,27,28,29,30;b=0.4699,0.466,0.4465,0.4135,0.3624,0.2878,0.1871,0.07887,0.00559,0.00213

18、,0.0007,0.00018,0.00004,0;plot(a,b,k*-)xlabel(S/N)ylabel(BER)legend(CDMA1)4.2.2. 多用户 仿真链路图 原始信号时域波形(S/N=36；T=100.0)CDMA1: CDMA2: 信源频谱（S/N=36；T=100.0）CDMA1: CDMA2: 扩频后（S/N=36；T=100.0）CDMA1: CDMA2: 加噪后（S/N=36；T=100.0） BPSK解调频谱（S/N=36；T=100.00）CDMA1: CDMA2: 信噪比和误码率aMATLAB源代码S/N_BER: （信噪比和误码率）T=1000.0a=

19、36,36.5,37,37.5,37.8,38,38.3,38.5,38.8,39,39.5,40,40.5,41;b=0.00063,0.00039,0.00027,0.00015,0.00013,0.00012,0.00004,0.00003,0.00002,0.00001,0,0,0,0;c=0.00087,0.00056,0.00033,0.00023,0.00016,0.00014,0.00009,0.00009,0.00005,0.00005,0.00004,0.00003,0.00002,0plot(a,b,k*-,a,c,r+-)xlabel(S/N)ylabel(BER)le

20、gend(CDMA1,CDMA2)bMATLAB源代码S/N_BER: （信噪比和误码率）T=1000.0a=-5,0,5,10,15,20,25,30,35,36,37,38,39,40,41;b=0.4874,0.4765,0.4574,0.4229,0.3622,0.2656,0.1355,0.03055,0.00149,0.00063,0.00027,0.00012,0.00001,0,0;c=0.4856,0.4742,0.4549,0.4212,0.3611,0.2639,0.1351,0.03064,0.00191,0.00087,0.00033,0.00014,0.00005,

21、0.00003,0;semilogy(a,b,k*-,a,c,r+-)xlabel(S/N)ylabel(BER)legend(CDMA1,CDMA2)5总结与体会课程设计是检练掌握知识程度及联系实际的的重要方法。从中我们可以发觉我们的不足和缺点，有利于改正我们的错误、不仅提高我们的动手能力，更能培养我们的逻辑思维和分析方法。学到了科学的严谨性，重视实践与理论结合的重要性。此次课程设计时间比较紧凑，但是忙中有乐，收获的不但是从课本上无法学到的东西，而且是将知识运用到实践中的体会。我学会了在实际中如何去考虑一个问题，怎样运用掌握的知识去解决。这些在书本上是没有的，如果书本是基础那么实践就是提高，没有基础当然不可能会有提高，但是没有实际理论也不会创造很多的价值。更重要的是使我认识到自己的局限