2022年课程设计分析方案.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 专业课程设计报告题 目:基于 matlab产生 gold序列姓名:朱维娜专业:尧国振通信工程班级学号:09042106同组人:夏思满指导老师:南昌航空高校信息工程学院 2022年 6月29日0 / 31 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 31 页精选学习资料 - - - - - - - - - 专业 课程设计任务书20 10 20 11 学年 第 2 学期第 17 周 20 周题目基于 Matlab产生 Gold 序列内容及要求前提:把握PN序列的相关学问,把握Gold 序列的产生原理设计要求:1)使用 Matlab 的
2、m文件,通过编程生成任意长度的 不同 m序列模二加得到);Gold 序列 提示: Gold 序列由两个2)对以上特定的Gold 序列,设计m文件,分析该序列的相关性;进度支配 17 周:查找资料,进行系统软件方案设计; 18周:软件的分模块调试; 19周:系统联调; 20周:设计结果验收,报告初稿的撰写;同学姓名:指导时间 2022.62022.7 指导地点: E 楼 610 室任务下达2022 年 6 月 13 日任务完成2022 年 7 月 8 日考核方式1. 评阅 2.答辩 3.实际操作4. 其它指导老师夏思满系 部)主任1 / 31 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,
3、共 31 页精选学习资料 - - - - - - - - - 摘要Gold序列是 R Gold提出的一种基于 m序列的码序列,这种序列有较优良的自相关和相互关特性,构造简洁,产生的序列数多,因而获得了广泛的应用;本文第一介绍了扩频通信中伪随机序列性质,在介绍伪随机中常用的 m序列和 Gold序列码产生的方法原理和性质,先用matlab编程产生 m序列,在用模二加产生 gold序列,再运用 Matlab对Gold自相关和相互关进行了仿真分析;且Matlab在 编程效率、可读性、可移植性与可扩充性上,远远优于其他高级编程语言,是公认的最优秀的科技应用软件;Gold序列可以用软件也可以用硬件二种方法
4、实现,但是通过本次设计可以观察 软件设计的很多优点关键词 :伪随机序列; Gold 序列; m 序列; Matlab 仿真2 / 31 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 31 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目录第一章 设计要求和引言 3 1.1 设计内容及要求 3 1.1.1 设计内容 3 1.1.2 系统框图 3 1.2 讨论的背景及意义 4 1.3 CDMA 通信技术简介 5 1.3.1 扩频的理论基础5 7 1.2.2 扩频通信的分类6 1.2.3 CDMA 扩频通信系统的构成6 1.2.4 伪随机序列在 CDMA 通信系统中的应用 其次章 伪
5、随机序列 8 2.1 伪随机序列相关概念8 2.1.1 伪随机序列的数学定义8 2.1.2 随机序列的相关特性9 3 / 31 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 31 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第三章 m 序列的产生 11 3.1 m序列产生原理 11 3.2m 序列的基本性质如下 3.3 序列产生流程图 1413 第四章 Gold 序列 15 4.1 Gold 序列的产生原理 15 4.2 Gold 序列的基本性质 15 第五章 基于 matlab 产生 gold序列 17 5.1gold产生流程图 17 5.2.gold序列的产生和相关系分析
6、18 18 5.2.1程序调试产生 gold 序列及结果分析5.2.2 Gold序列自相关性其自相关性19 5.2.3 gold序列相互关性 20 第六章试验总结 21 参考文献 22 附录一程序代码 23产生 gold 序列的程序: 23 Gold 序列自相关的分析程序: 23 Gold 序列相互关的程序: 25 第一章 设计要求和引言1.1 设计内容及要求1.1.1 设计内容前提:把握 PN序列的相关学问,把握Gold 序列的产生原理设计要求:(1)使用 Matlab 的 m文件,通过编程生成任意长度的 序列由两个不同 m序列模二加得到);Gold 序列提示: Gold技术的系统实现方案至
7、今,CDMA 通信系统相对于其它无线通信系统在客户容量和高质量的优势越来越显现出来;在短短的二、三十年中,移动通信系统已从第一代的模拟蜂窝系统进展到其次代全球数字移动电话蜂窝系统2G,目前己经开头向第三代宽带多媒体蜂窝系统3G进展,并且处于其次代和第三代之间的 2.5G已经趋于成熟;虽然其次代移动通信系统中,GSM系统仍占有很大的市场份额;但是,由于具有伪随机编码调制和信号相关处理两大特5 / 31 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 31 页精选学习资料 - - - - - - - - - 点而使 CDMA 通信方式具有抗干扰、抗噪音、抗多径衰落、能在低功率谱密度 下工作
8、、有保密性、可多址复用和任意选址、可高精度测量等优点,使 CDMA 技术成为第三代移动通信和个人通信系统的核心技术,以扩频理论为基础的CDMA 技术已成为当前移动通信领域的讨论热点;在CDMA 系统的众多用户都工作在同一时间同一频段内,系统给各个用户安排一个唯独的扩频码来进行频谱的扩展,在发送和接收时,系统更是利用各 地址码之间的相互关特性值来区分不同的用户;因此,扩频码的特性直接影响 到CDMA 系统的捕捉同步性能、抗干扰性能和多址才能;从理论上说,独立、匀称分布的随机序列是扩频码的抱负模型,然而它由于不易产生、无法时实分发等缺陷而被认犯难以在实际的CDMA 系统中应用; CDMA 自其理论
9、提出到投入商业营运、直至称为第三代移动通信系统的核心技术,始终是通信领域的关 注热点;作为 CDMA 的基础技术之一的 PN码的挑选和产生也是倍受业内人士关注的,如何找到易生成且相关特性好的PN码成为讨论人员追求的目标之一;为此,人们设计了各种确定性的伪随机序列来代替随机序列作为扩频码;迄今为 止,世界各国的学者在伪随机序列的设计与挑选方面己做了大量的工作,例 如,由 m序列优选对生成的 Gold序列己被用作第三代移动通信系统中 WCDMA的扩频码;以及通过对 m序列添加一个全“0” 状态得到的 M序列和 m序列也已被用作第三代移动通信系统中 CDMA2000 的扩频码; m序列、 Gold序
10、列等线性序列多由线性移位寄存器所产生,有易于实现、具备较好的相关特性等优点;实际应用的 CDMA 通信系统采纳复合扩频技术,即用正交码 Walsh函数序列,OVSF码族作为信道化码来区分小区、用 Gold序列或 M序列作为扰码来区分用户;因此,本文所讨论的 Gold序列,在扩频通信系统中发挥着重要的作用,通过Matlab仿真,对其自相关性能进行分析,能够更好的懂得 CDMA 系统的通信原理;1.3 CDMA 通信技术简介1.3.1 扩频的理论基础在信息论中,对于连续信道,假如信道带宽为 6 / 31 B,且受到加性高斯白噪声名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 31 页精选学
11、习资料 - - - - - - - - - 干扰,就其信道容量的理论公式 香农公式 为: 1-2 其中 C信道容量,单位 bit/s; B一信道带宽,单位 Hz; S一信号平均功 率,单位 w; N一噪声平均功率,单位 w;从香农公式可知:1要增大信息传输速率,就必需增大信道带宽B或信噪比 S;由于公式中对数部分变化得比较缓慢,因此增加 B比增加 S加更有效,也就是说假如传输信号的带宽变窄,将导致信号功率的大幅提高;而假如通过增加带宽去换取信号功率的减小,就能节约较大的信号功率能源;即 快;2当信B增加时,信道容量增加较道容量为常量时,信道带宽与信噪比存在互换关系;在 C恒定的情形下,可以 通
12、过削减发送功率,增加信道带宽的方法保持信道容量不变的目标;也可以通 过减小带宽,增强信号功率的方法;信道容量可以通过带宽与信噪比的互换而 保持不变;3当带宽增加到肯定程度时,信道容量也不能无限增加;这是由于噪声功 率N=n0B,当信道带宽 B增加时, N也随着增加,所以 C有一个极限值;扩频通信是指系统所传输的信号带宽为 Bm被扩展至一个很宽的频带Bc;用来传输信息的信号带宽远远大于信息本身带宽的一种通信方式;它利用高速 率的扩频码来达到扩展传输信号的带宽,从而减小了发送功率;对扩频通信来 说Bc/Bm的值一般为 1001000;1.2.2 扩频通信的分类 1直接序列 DS扩频系统:用一组高速
13、数字编码序列直接扩展频谱,由于 编码序列的带宽远远大于原始信号的带宽,从而扩展了发射信号的频谱;2跳频FH扩频系统:使发射机频率在一组预先制定的频率上根据编码序 列所规定的次序离散的跳变,从而扩展发射波的频谱;一般来说,跳频图案由 伪随机码掌握,从而使载频的跳变具有匀称分布的性质;3线性调频 Chirp系统:在这种系统中,载频在一给定的脉冲时间间隔内 线性的扫过一个宽的频带,从而扩展发射波的频谱;7 / 31 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 31 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4跳时TH扩频系统:这种系统与跳频系统类似,区分在于一个是掌握频率,而另
14、一个是掌握时间,即 短;TH系统是用伪随机码掌握发射时间和时间的长5混合系统:前述几种方法的某种形式的组合,如 DS/FH系统、 DS/TH系 统、 FH/TH系统、 DS/TH/FH系统等;目前有用的扩频通信中,以直接序列扩频系统应用的比较多;而 CDMA 通 信系统就是基于扩频技术的无线通信系统;1.2.3 CDMA 扩频通信系统的构成 CDMA 通信系统是最具代表性的扩频通信技术应用,它的基本工作方式有 直接序列扩频 Direct Sequence Spread Spectrum,简称 DS方式、跳变频率 Frequency Hopping,简称 FH方式以及跳变时间 Time Hopp
15、ing,简称 TH方式三种;其中,直扩 DS方式同另外两种方式比较,实现 频谱扩展便利,无论对通信、测距应用仍是其它应用都很合适,因此在目前使 用的最多,也是最典型的一种扩频通信方式;CDMA 扩频通信系统包含两个基本技术:一个是码分技术,其基础是扩频 技术;另一个是多址技术;目前的 CDMA 系统就是采纳 m序列及由其产生的其它 PN序列作为地址码,利用它们的不同相位来区分不同用户;在第三代移动通信系统中分别采纳了 m 序列、 Gold序列及 M序列作为地址编码,用 Walsh序列作为信道编码;因而,P N码的挑选直接影响到 CDMA 系统的容量、抗干扰才能、接入和切换速度等性 能; CDM
16、A 信道的区分也是靠 PN序列来进行的, PN序列较好的相关特性 自相关特性尖锐,相互关特性较弱,加上实现和编码方案简洁等特点,使其在 将来的移动通信系统中处于至关重要的位置;1.2.4 伪随机序列在 CDMA 通信系统中的应用CDMA 通信系统中的扩频码采纳三层结构;底层是信道码,通常采纳正交 码, CDMA2000 标准给出的是码长为 64的Walsh正交码, 3GPP标准给出的是正 交可变扩频因子码序列 Orthogonal Variable Spreading Factor Code,简称 OVSF码,用来区分不同的 CDMA 信道;其次层是基站码,是由伪8 / 31 名师归纳总结 -
17、 - - - - - -第 9 页,共 31 页精选学习资料 - - - - - - - - - 随机序列充当的,不同的基站使用不同的扩频码;在 MA 系统中采纳的是码长为 2 18-CDMA2000 系统中在 WCD1的Gold码;第三层是移动用户码,在 CDMA2000 系统中,使用的是码长为 2 42-1的m序列,在 WCDMA 系统中采纳的是码长为 2 25-1的Gold码;一个用户一个,各不相同,它是由相当长的伪随机序列加上移动用 户自身代码复合而成的;其次、三层的码统称扰码;在这三层扩频码中,除第 一层的信道编码外另两层扩频码都由伪随机序列来实现的;通信的码分系统和超短波战术通信的
18、码分系统;民用通信方面,也相继显现一 些详细的方案;其次章伪随机序列2.1 伪随机序列相关概念 伪随机序列作为扩频通信系统中的一部分是非常关键的,它关系到扩频系统的性能;四十岁月末,信息论的奠基人香农C.E.Shannon提出的编码定理指出:只要信息速率 Rb小于信道容量 C,就总可以找到某种编码方法,在码周期 9 / 31 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 31 页精选学习资料 - - - - - - - - - 相当长的条件下,能够几乎无差错的从收到高斯噪声干扰的信号中复制出原发信息;这里有两个条件,一是Rb的一般定义是:假如一个序列,一方面它的结构 或形式 是可以
19、预先确定的,并且是可以重复地产生和复制的;另一方面它又有某种随 机序列的随机特性 即统计特性 ,我们称这种序列为伪随机序列 伪随机码 ;伪随机序列虽然只有两个电平,但却具有类似白噪声的相关特性,只是幅度概 率分布不再听从高斯分布;它应具有如下特性:l每一周期内 0和1显现的次数近似相等;2每一周期内,长度为 n比特的游程显现的次数比长度为 n+1比特游程次数 多一倍 游程是指相同码元的码元串 ;3对于狭义伪随机序列,将给定随机序列位移任何一个非零数目个元素,所得的序列将和原序列有一半的元素相同,一半的元素不同;白噪声是一种随机过程,瞬时值听从正态分布,自相关函数和功率谱密度 有极好的相关性,伪
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- 2022 课程设计 分析 方案
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