通讯系统仿真综合实训报告.doc

天津电子信息职业技术学院综合实训报告课题名称 通讯系统仿真综合实训报告 姓 名 温智 学 号 11 班 级 通信S09-5 专 业 通信技术 所 在 系 电子技术系 指导教师 张澄 完成日期 2011.11.08 目录摘要一 实训目的1二 实训原理1三 实训正文2实例一.2实例二.3实例三.4自选题：6四.心得体会14五.参考文献15 摘要 通过MATLAB仿真，具体培养对仿真软件的应用，通过仿真锻炼加深对知识的应用及作用。 一 实训目的 通过课程设计进一步理解扩展频谱通信的基本概念及其系统模型；重点是伪随机编码的基本原理，m序列、Gold序列的性质及特点；扩展频谱信号的相关解扩、基带解调与载波同步，跳频信号的解跳和解调等等。要求学生在课程设计中建立基本的扩频系统模型，仿真计算出伪随机编码的相关特性，通过扩频调制的解扩仿真系统的抗干扰性能。二 实训原理 Gold序列是m序列的组合码，由优选对的两个m序列逐位模2加得到，当改变其中的一个m序列的相位（向后移位）时，可以得到一新的Gold序列。Gold序列虽然是由m序列模2加得到的，但它已不是m序列，不过它具有与m序列优选对类似的自相关性和互相关特性，而且构造简单，比m序列所产生的序列码组多的多，因而获得广泛的应用。周期均为N=2*n-1的m序列优选对an和bn，an与后移位的bn+（=0，1，N-1）逐位模2加所得的序列an+bn+即得到Gold序列，改变序列移位值，可以得到不同的Gold序列。而m序列的优选对是指在m序列集中，互相关函数绝对值的最大值|RXY（）|max最接近或者达到相关下限（最小值）的一对m序列。三 实训正文实例一. 判断特征多项式 F (x) = x9 + x6 + x4 + x3 + 1 是否可生成m 序列，并建模验证。F (x) 对应的系数二进制表示为1001011001，相应的十进制数是601。 测试模型如下：测试结果为：实例二. 计算特征多项式为F (x) = x9 + x6 + x4 + x3 + 1 的m 序列的自相关系数。 对于周期N的序列，其自相关系数是偶函数，即(-j ) = (j )，而且也是以N为周期的周期函数。周期为N的m 序列自相关系数理论值为 (j ) = 其中k 为整数。本例中m 序列的周期为N = 29 - 1 = 511，首先计算出一个周期的m 序列，然后再根据自相关系数的定义进行计算，计算中应注意将二进制输出的m 序列转换为取值1 的双极性序列，然后再求相关函数。程序如下： reg=ones(1,9); % 寄存器初始状态：全1，寄存器级数为9 coeff=1,0,0,1,0,1,1,0,0,1; % 抽头系数a0 a1 .ar，取决于特征多项式 N=2length(reg)-1; % 周期 for k=1:N % 计算一个周期的m序列输出 a_n=mod(sum(reg.*coeff(1:length(coeff)-1),2);% 反馈系数 reg=reg(2:length(reg),a_n; % 寄存器移位,反馈 out(k)=reg(1); % 寄存器最低位输出 end out=2*out-1; % 转换为双极性序列 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-实例2)实例三. 计算r = 6 本原多项式（八进制表示）103 和147 对应的两个m 序列的互相关函数序列。八进制数103 和147 转换为二进制分别是：1000011 和1100111。对应m 序列的特征多项式以向量形式表示为 1,0,0,0,0, 1, 1 和 1, 1,0,0, 1, 1, 1 编写程序如下： clear; reg=ones(1,6); % 寄存器初始状态：全1，寄存器级数为6 coeff=1,0,0,0,0,1,1; % 抽头系数cr .c1 c0，取决于特征多项式 N=2length(reg)-1; % 周期 for k=1:N % 计算一个周期的m序列输出 a_n=mod(sum(reg.*coeff(1:length(coeff)-1),2);% 反馈 reg=reg(2:length(reg),a_n; % 寄存器移位,反馈 out1(k)=2*reg(1)-1; % 寄存器最低位输出,转换为双极性序列 end reg=ones(1,6);coeff=1,1,0,0,1,1,1;% 抽头系数 for k=1:N % 计算一个周期的m序列输出 a_n= smod(um(reg.*coeff(1:length(coeff)-1),2);% 反馈 reg=reg(2:length(reg),a_n; % 寄存器移位,反馈 out2(k)=2*reg(1)-1; % 寄存器最低位输出,转换为双极性序列 end % 得出两个双极性电平的m序列 for j=0:N-1 R(j+1)=sum(out1.*out2(1+j : N),out2(1:j); % 计算相关函数 end j=-N+1:N-1;% 相关函数自变量 R=fliplr(R(2:N),R;% 利用相关函数的偶函数特性计算j为负值的情况 plot(j, R);axis(-N N -20 20);xlabel(j);ylabel(R(j);% 作图 max(abs(R) % 计算相关函数绝对值的最大值 title(洪松-实例3)自选题：基于Matlab的CDMA通信系统仿真设计原理：CDMA是码分多址的英文缩写(Code Division Multiple Access)，它是在数字技术的分支-扩频通信技术基础上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。1CDMA是扩频通信的一种，他具有扩频通信的以下特点： （1）抗干扰能力强。这是扩频通信的基本特点，是所有通信方式无法比拟的。 （2）宽带传输，抗衰落能力强。 （3）由于采用宽带传输，在信道中传输的有用信号的功率比干扰信号的功率低得多，因此信号好象隐蔽在噪声中；即功率谱密度比较低，有利于信号隐蔽。 （4）利用扩频码的相关性来获取用户的信息，抗截获的能力强等。所有CDMA类型都使用扩频过程增益来允许接受者部分衰减非期望信号。若具有期望扩频码的信号和定时则被接受，如果信号有不同的扩频码（或者相同扩频码但是不同的时间偏移）将被过程增益认为随机噪声衰减掉。这项操作的方法是给每一个站点分配一个扩频码或者芯片序列.这些芯片序列被表示成由1和1组成的序列。每个芯片序列和本身点乘得到1,(和补码点乘得到1),反之点乘不同的芯片序列得到0。 这种特性叫做正交性. 这种序列叫做 Walsh码可以从一个二进Walsh矩阵导出。 当多个终端发送多个片码时，信号就会在空中叠加。例如芯片序列是(-1,-1,-1,-1)和(+1,-1,+1,-1)，叠加后变成(0,-2,0,-2)。接受方只要计算发送信号到空中的终端目点值。例如(-1,-1,-1,-1) . (0,-2,0,-2) = +1。就 可以正确接收所需信息，而把其他信号当作噪声过滤掉。CDMA通信系统原理框图根据上述原理搭建仿真模块如下：本实验中采用PN Sequence Generator来产生m系列， PN Sequence Generator的参数有Generator polynomial(特征多项式)： 1 1 0 0 1，对应上图中a0=1,C1=1,C2=0,C3=0,C4=1; Initial state (初始状态): 0 1 0 0,对应a1=0,a2=1,a3=0,a4=0.周期为15， Sample time (采样时间)即码元宽度为2e-5,可以得到一个周期的系列为001000111101011。上图中三个Bernoulli Random Binary Generator表示三个不同的通信用户发射各自的通信信息，码元宽度为6x10-6s, PN Sequence Generator产生用于直接扩频的正交码组，它产生的是m系列，实验中m系列的周期为15，码元宽度为2x10-5s,基带信号码元宽度是m 系列码元宽度的30倍，正好是两个m系列的周期。延迟4个码元及8个码元的两个码组与原始的码组构成三个正交的码组，它们分别对三个用户的信号进行直接扩频。扩频的操作是将转换为二进制双极性信号的基带信号和用于扩频的码组直接相乘。扩频后的信号在sum中与Gaussian Noise Generator产生的高斯白噪声混合，这表现了码分多址通信的特点：在同一时间、同一频段利用正交的码组承载不同通信用户的信息传输。其余模块的功能及参数设置如下1.模块名称：AWGN Channel参 数 名 称 参 数 值 功能说明： 加性高斯白噪声信道用高斯分布的噪声信号叠加在通过它的信号上，使通过该信道的信号产生与噪声均值相应的偏移，并且围绕平均值做随机波动。 Initial seed (初始化种子) 1567SNR(dB)(信噪比) Signal to noise ratio(SNR) SNR(dB)(信噪比) 8 Inputsignalpower(watts)(输入信号功率) 1 2.模块名称：Bernoulli Random Binary Generator参 数 名 称 参 数 值 功能说明： 伯努利二进制随机数产生器用于产生二进制的数字系列，系列中0和1出现的概率服从伯努利分布Probability of a zero (0出现的概率) 0.50.50.5Initial seed (初始化种子) 123455432112345Sample time (采样时间) 6e-43. 模块名称：PN Sequence Generator参 数 名 称参 数 值功能说明： PN码序列产生器产生具有伪随机特性的二进制序列，用于扩频。 Generator polynomial(特征多项式) 1 1 0 0 1Initial state (初始状态) 0 1 0 0 Shift(or mask)(移动) 0 Sample time (采样时间) 2e-54. 模块名称：Gaussian Noise Generator参 数 名 称参 数 值功能说明： 加性高斯白噪声产生器产生具有高斯分布的噪声信号 Mean(均值) 0Variance(方差) 0.1 Initial seed(初始化种子) 12345 Sample time (采样时间) 2e-55. 模块名称：Relay参 数 设 置参 数 值功能说明： 扩频之前用于将单极性信号转换为双极性信号 上三个 下三个 Switch on point (大于等于时，开关打开) 0.90.9Switch off point (小于等于时，开关关闭) 0.1 0.1Output when on (开关打开时输出值) 1 1 Output when off (开关关闭时输出值) -1-16. 模块名称：Relay 参 数 设 置参 数 值功能说明： 接在低通滤波器后用于对信号的抽样判决 Switch on point (大于等于时，开关打开) 0.51Switch off point (小于等于时，开关关闭) 0.49Output when on (开关打开时输出值) 1Output when off (开关关闭时输出值) -17. 模块名称：Digital Filter参 数 名 称参 数 值功能说明： 数字滤波器实现滤波功能，解扩后经该滤波器得到一个携带信息的中频信号 Numerator(分子系数) 0.0004 0.0017 0.0025 0.0017 0.0004 Denominator(分母系数) 1.000 -3.1811 3.8623 -2.1130 0.4385 Initial conditions(初始条件) 0其他模块： 模块名称：Unit Delay位 置：Simulink/Discrete模块名称：Display位 置：Simulink/Sinks模块名称：Dot Product位 置：Simulink/Math Operations模块名称：Sum位 置：Simulink/Math Operations模块名称：Scope位 置：Simulink/Sinks模块名称：Error Rate Calculation位 置：Communications Blockset/Comm Sinks运行仿真模块绘出信号的变化几个关键阶段的波形：1.伯努利二进制信号波形 2.伯努利二进制信号双极性转换后波形 3.扩频后信号波形 4.三路信号与噪声信号叠加后波形 5.经过加性高斯白噪声信道后的信号波形 6.解扩后的信号波形 7.经过数字滤波器滤波后的波形 8.抽样判决后的波形 以上波形图可看出信号的接收端收到的信号大致和原始的信号（由发送端发送的信号）的波形一致，有些许失真。由误码率计算知道误差是非常小的，在允许的范围。误码率曲线的绘制过程：（用m文件绘制误码率曲线）程序如下： snR1=-20:1:20; %信噪比范围 for n=1:length(snR1) SNR=snR1(n); sim(cdma) s2(n)=mean(s); %求s的均值 A1(n)=s2(n)+eps; %计算误码率 %eps:从1.0到下一个最大浮点数的距离，常用来作为浮点计算相对误差使用 s3(n)=mean(s1); %求s1的均值 A2(n)=s3(n)+eps; %计算误码率 s3(n)=mean(s2); %求s2的均值 A3(n)=s3(n)+eps; %计算误码率 EN(n)=snR1(n); end figure(1) semilogy(EN,(A1);grid; %绘制误码率曲线 title(信噪比与误码率关系曲线1); figure(2); semilogy(EN,(A2);grid; %绘制误码率曲线 title(信噪比与误码率关系曲线2); figure(3); semilogy(EN,(A3);grid; %绘制误码率曲线 title(信噪比与误码率关系曲线3)经过无数次的调试，仿真系统终于基本达到的理想的要求，误码率很小，满足了通信的要求。通过本实验可以详细具体地实现CDMA 通信的过程，通过跟踪各个阶段的信号波形，对于加深 CDMA通信原理的理解相当形象简明，再通过各个模块参数的设定，可以了解在实际通信过程中对信号产生影响的各种因数及影响的程度。由此，利用这种方法对于我们加深学习其他通信技术是十分有裨益的。四.心得体会 通过这段时间的实训，对MATLAB仿