移动通信课程设计报告要点.pdf
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1、成都学院(成都大学)课程设计报告 I 直接序列扩频通信系统Simulink 的仿真设计 摘要: 本次设计的是直接序列扩频通信系统,主要利用了Matlab/Simulink对直接序列扩频系统进 行仿真,并详细的分析了仿真结果。首先介绍直接序列扩频的系统原理,然后基于Simulink的发射 机和接收机仿真,设计误码率分析模块部分,再对前后扩频解扩频谱波形比较及收发误码率进行分 析,最后对设计完成的系统加入干扰源,完成对系统抗干扰性能的分析。 关键词: 直接序列扩频;扩频通信;Matlab/Simulink 成都学院(成都大学)课程设计报告 II 目录 第一章绪论 . 1 1.1 课题背景及意义 1
2、 1.2 课程设计的总体介绍 1 1.3 课程设计的基本任务和要求 1 1.4 Simulink的简介 2 第二章直接序列扩频原理. 3 2.1 扩频通信的定义及原理 3 2.2 直接序列扩频定义及原理 3 2.3 PN 序列生成与作用 4 第三章基于 Simulink的发射机仿真设计 6 3.1 直接序列扩频通信系统发射机的设计 6 3.2 基于 Simulink的发射机的仿真 . 6 3.3 基于 Simulink的接收机仿真设计 10 第四章直接序列扩频通信系统的抗干扰性能分析 12 第五章结束语 18 参考文献. 18 成都学院(成都大学)课程设计报告 1 第一章 绪论 1.1 课题背
3、景及意义 扩展频谱通信是现代通信系统中的一种新兴的通信方式,其较强的抗干扰、抗衰落和抗多径性 能以及频谱利用率高、多址通信等诸多优点为人们所认识,并被广泛的应用于军事通信和民用通信 的各个领域,从而推动了通信事业的迅速发展。 扩频通信,即(Spread Spectrum Communication)扩展频谱通信,它与光纤通信、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。 扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码( 扩频序列: Spread Sequence)调制,实现频谱 扩展后再传输;接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理,恢复原始信息数据。 随着近年来大规模、超大规模集成
4、电路和微处理器技的广泛应用,以及一些新型器件的应用, 扩频技术的应用形成了新的高潮。事实上,扩频通信已成为电子对抗环境下提高通信设备抗干扰能 力的最有效的手段,并在近十几年来爆发的几场现代化战争中发挥了巨大的威力。随着CDMA扩频 通信技术在民用通信中的深入应用和不断渗透,以及在卫星通信、深空通信、武器制导、GPS全球 定位系统和跳频通信等民用和国防民事通信的强烈需求下,扩谱通信的地位越来越重要。 1.2 课程设计的总体介绍 首先设计直接序列扩频通信系统的发射机和接收机。发射机的设计采用m序列来扩展二进制数 据流,将其扩频为宽频信号,并采用QPSK 调制方式将信号调制后发送出去。信号经过AWG
5、N 信道传 输到接收端。 接收机采用相干解调原理解调信号,采用的解扩码序列与发射机扩频码序列完全相同, 信号经解扩调制后,带宽恢复原始宽度。在Simulink平台上分别对系统的发射机和接收机进行仿 真测试, 研究信号在整个扩频调制、解扩调制过程中的变化情况。最后在该系统中加入特定的干扰, 进行仿真测试,研究整个系统的抗干扰性能。 1.3 课程设计的基本任务和要求 1、说明直接序列扩频原理及PN序列的生成和作用,画出直接序列扩频原理图。 2、熟悉 SIMULINK中各通信模块,根据原理图完成扩频通信仿真系统模块设计,分为发射机、 接收机部分。 成都学院(成都大学)课程设计报告 2 3、设计误码率
6、分析模块部分,完成前后扩频解扩频谱波形比较及收发误码率分析。 4、对设计完成的系统加入干扰源,完成对系统抗干扰性能的分析。 5、按课程设计格式要求完成设计报告。 1.4 Simulink的简介 Simulink是 MATLAB 最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环 境。在该环境中, 无需大量书写程序,而只需要通过简单直观的鼠标操作,就可构造出复杂的系统。 Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点,并基于以 上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三 方软件和硬件可应用于或被
7、要求应用于Simulink 。 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
8、 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与 MATLAB 紧密集成, 可以直接访问MATLAB 大量的工具来进行算法研发、仿真的分析 和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。 成都学院(成都大学)课程设计报告 3 第二章 直接序列扩频原理 2.1 扩频通信的定义及原理 扩频通信是扩展频谱通信的简称。它是一种信息传输方式,在发端采用扩频码调制,使信号
9、所 占的频带宽度远大于所传信息必需的带宽,在收端采用相同的扩频码进行相关解扩以恢复所传信息 数据。它的原理如图2-1 所示: 图 2-1 扩频通信原理框图 2.2 直接序列扩频定义及原理 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。 图 2-2 直接序列扩频通信系统的原理框图 图 2-2 是直接序列扩频通信系统的原理框图。欲传输的数字信号与码片速率很高的扩频码进行 调制,其输出为频谱带宽被扩展的信号,这
10、个过程称为扩频。扩展频谱信号再变换为射频信号发射 成都学院(成都大学)课程设计报告 4 出去。 在接收端, 射频信号经过变频后输出中频信号,通常是 N个发射信号和干扰及噪声的混合信号。 它与发端相同的本地扩频码进行扩频解调(解扩),使宽带信号变为窄带信号。再经信息解调器恢 复成原始数字信号。扩展频谱的特性取决于所采用的扩频码序列的码型和码片速率。为了获得具有 近似噪声的频谱,采用伪噪声(PN )序列作为扩频系统的扩频码。 扩频和解扩的频谱变化过程如图2-2 所示: 图 2-3 扩频和解扩的频谱变化 采用码片速率很高的PN 码序列进行扩频调制,通过扩频解扩处理能够提高抗干扰能力。扩展 频谱信号在
11、接收端做相关解扩处理,有用信号被解扩为窄带谱信号;宽带无用信号与本地伪码不相 关,因此不能解扩,仍为宽带谱;窄带干扰信号则被本地伪码扩展成为宽带谱。 2.3 PN 序列生成与作用 PN序列( Pseudo-noise Sequence)伪噪声序列,这类序列具有类似随机噪声的一些统计特性, 但和真正的随机信号不同,它可以重复产生和处理,故称作伪随机噪声序列。PN序列有多种,其中 最基本常用的一种是最长线形反馈移位寄存器序列,也称作m序列,通常由反馈移位寄存器产生, PN序列一般用于扩展信号频谱。伪随机序列系列具有良好的随机性和接近于白噪声的相关函数,并 且有预先的可确定性和可重复性。这些特性使得
12、伪随机序列得到了广泛的应用。 m序列是有n 级线性移位寄存器产生的周期为2 n-1 的码序列,是最大长度线性回馈移位寄存器 成都学院(成都大学)课程设计报告 5 序列的简称。码分多址系统主要采用两种长度的m序列:一种是周期为2 15-1 m序列,又称短 PN码。另一种是周期为2 42-1 的 m序列,又称长 PN序列 m 序列主要功能为:扩展调制信号的带宽到更大的传输带宽,即扩展频谱,提高系统抗干扰能 力;区分通过多址接入方式使用同一传输频带的不同用户的信号,在移动通信CDMA系统中作为用 户地址码和基站地址码;除此外还可以作为扰码,平衡通信中”0”和” 1”的数目。 图 2-4 最长线性移位
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