MATLAB的扩频通信系统仿真分析研究 .docx

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1、精品名师归纳总结基于 MATLAB 的扩频通信系统仿真争论摘要 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供应的可视化工具 Simulink建立了扩频通信系统仿真模型，详细表达了各模块的设计，并指出了仿真建模中要留意的问题。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，争论了扩频增益与输出端信噪比的关系，结果说明，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才能。 关键词扩频通信 ,信噪比， 误码率，扩频增益Simulation of the Spread Spectrum Communicati

2、on SystemBased on MATLABAbstract:Thetheorybase andrealizingmethodsofthespread spectrumcommunication technologywaspresented inthisstudy.Thesimulationmodelofthespreadspectrum communicationsystem was builtby usingSIMULINK,whichis providedby MATLAB.In addition,each module of the simulationmodel was intr

3、oduced in detail ， and pointed out the problems that must be pay attention to in the system simulation.On the basis of the designed simulationconditions,the simulationprogram was run and the anticipant results were gained. Moreover, the relationship between the spread spectrum gain and the fan-out e

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

5、.Keywords :spread spectrum communication,Signal-to-Noise, error rate, spread spectrum gain1 引言扩展频谱通信（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，将信号复原到信息带宽的一种系统。接受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才能。本文依据扩频通信的原理，利用MATALB供应的可视化仿真工具 Sim

6、ulink建立了扩频通信系统仿真模型，争论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争论和设计供应依据。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依据信息论中的Shannon 公式，即可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结CB log 2 1S / N 1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结式中： 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公式说明白一个系统信道无误差的传输信息的才能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

7、宽（B）之间的关系。该公式说明白两个最重要的概念：一个是在确定的信道容量的条件下，可以用削减发送信号功率、增加信道带宽的办法达到提高信道容量的要求。一个是可以接受削减带宽而增加信号功率的方法来达到。 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才能的强弱，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，即可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结GS0 / N 0RsBs2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Si / N iRdBd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

8、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。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结信 源扩频调制高放混频解扩解调可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结PN 码振荡器发 射图1直接序列扩频系统原理图本振PN码同步接 收可编辑资料 -

9、 - - 欢迎下载精品名师归纳总结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，将信号的频带复原 为信息序列的频带，然后进行解调，复原出所传输的信息。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，经过多年的进展，开发了包括通信系统在内的多个工具箱，从而成为目前科学争论和工程应用

10、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、数字把握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，用户也可以依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洁的鼠标操作和拷贝等命令建立起直观的系统框图模型，用户可以很任凭的转变模型中的参数，并可以马上看到转变参数后的结果，从而达到便利、快捷的建模和仿真的目的。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

11、真模型, 能够反映扩频通信系统的动态工作过程 , 可进行波形观看、频谱分析和性能分析等，同时能依据争论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，为系统的争论和设计供应强有力的平台。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进制随机信号，采样时间、初始状态可自由设置，从而中意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

12、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码进行其次次扩频处理。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结调制与解调：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，接受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。误码运算：误码运算由误码仪实现，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，它具有两个输入端口：第一个端口（Tx）接收发送方的输入信号，其次个端口Rx 接收接收方的输入信号。3.3 几点说明在Simulink 中，没有

13、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需保持同步，因此要留意伪随机码模块和载波模块的参数设置。在误码率运算中，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， 会存在一个推迟，在误码仪模块的对话框中要设置一个合适的推迟。4 仿真结果分析4.1 仿真系统运行情形分析在给出以下仿真的条件下 ， 观看仿真运行情形。信息速率 20b/s ，幅度为 1。伪随

14、机序列接受 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 所设计的仿真系统中意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 的情形下，不断转变信噪可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结比的大小，

15、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。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结5 结论图 5不同扩频增益下误码率仿真曲线可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结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供应的可视化工具箱Simulink建立了扩频通信系统仿真模型，详细表达了各模块的设计，并给出了仿真建模中需留意的问题。在给定仿真条件下，运行了仿真系统，

16、验证了所建仿真模型的正确性。通过仿真争论了扩频增益和输出端信噪比的关系，结果说明，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，争论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供应依据。参考文献：1 曾兴雯，刘乃安，孙献璞。扩展频谱通信及其多址技术M。西安：西安电子科技高校出版社， 2004。2 徐明远，邵玉斌。 MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用M 。西安：西安电子科技高校出版社， 2005。3 李建新，刘乃安，刘继平。现代通信系统分析与仿真MATALAB通信工具箱 M。西安：西安电子科技高校出版社，2001。4 徐明伟，李茜，汤伟。基于MA TLAB串口通信的数据采集系统的设计。微运算机信息， 2005， 218-1 ， 89-90 。5 郭海燕，毕红军。 MA TLAB在伪随机码的生成及仿真中的应用。运算机仿真，213 ， 2004.3。可编辑资料 - - - 欢迎下载