移动通信课程设计(基于Simulink的扩频通信仿真与实现)

移动通信课程设计报告题目基于Simulink的扩频通信系统仿真与实现学院电子信息工程学院专业通信工程学生姓名学号年级指导教师职称讲师年月日设计报告成绩（按照优、良、中、及格、不及格评定）指导教师评语：指导教师（签名）年月日说明：指导教师评分后，设计报告交院实验室保存。I基于Simulink的扩频通信系统仿真与实现专业：通信工程学号：学生：指导老师：摘要：直接序列扩频通信系统（DS-CDMA）因其抗干扰性强、隐蔽性好、易于实现码分多址（CDMA）、抗多径干扰、直扩通信速率高等众多优点，而被广泛应用于许多领域中。针对扩频通信广泛的应用，用Matlab工具箱中的Simulink通信仿真模块和Matlab函数对直接序列扩频通信系统进行分析和仿真是快速有效的设计方法，可以事半功倍。Matlab通信工具箱的Simulink仿真模块和Matlab函数，形成一个运算函数和仿真模块的集合体，用来进行通信领域的研究、开发、系统设计和仿真。且模块可供直接使用，并允许修改，使用起来十分方便，因而完全可以满足使用者设计和运算的需要。本文根据扩频通信的原理，利用Matlab提供的可视化仿真工具Simulink建立了扩频通信原理的系统仿真模型合与直序扩频通信系统的仿真模型。关键词：Matlab；Simulink；码分多址；扩频通信；II目录第1章绪论.....................................................................11．1直序扩频系统的应用背景.................................................11．2直接序列扩频系统的特点.................................................21.2.1直接序列扩频通信系统的优点.........................................21.2.2直接序列扩频通信系统的不足.........................................31.3直接序列扩频通信系统的发展..............................................3第2章直接序列扩频通信技术.....................................................52.1直接序列扩频的概念及理论基础.............................................52.1.1直接序列扩频的概念................................................52.1.2扩频通信的理论基础................................................52.1.3扩频增益和抗干扰容限...............................................62.2直接序列扩频的基本原理..................................................72.3直扩系统的性能.........................................................102.3.1直扩系统的抗干扰性..............................................102.3.2直扩信号的抗截获性..............................................122.3.3直扩码分多址通信系统.............................................122.3.4直扩系统的抗多径干扰性能........................................132.3.5直扩测距定时系统................................................132.4扩频序列通信系统的同步原理.............................................14第3章PN序列.................................................................163.1PN序列（伪随机序列）概述..............................................163.1.1伪随机序列的一般定义.............................................163.1.2伪随机序列的数学定义.............................................163.1.3伪随机序列的相关特性.............................................173.2m序列的产生原理.......................................................18第4章直接序列扩频通信系统的MATLAB仿真.......................................214.1Simulink仿真技术......................................................21III4.2.Simulink对通信系统的仿真.............................................214.2.1扩频与解扩的Simulink仿真图.......................................234.2.2BPSK调制的Simulink仿真图........................................254.3MATLAB程序设计及仿真结果.............................................274.3.1程序设计..........................................................274.3.2仿真波形.........................................................34结论...........................................................................37参考文献.......................................................................38致谢...........................................................................39成都学院（成都大学）课程设计报告1第1章绪论1．1直序扩频系统的应用背景直接序列扩频(DSSS—DirectSequenceSpreadSpectrum)技术是当今人们所熟知的扩频技术之一。这种技术是将要发送的信息用伪随机码（PN码）扩展到一个很宽的频带上去，在接收端，用与发端扩展用的相同的伪随机码对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出发送的信息。它是二战期间开发的，最初的用途是为军事通信提供安全保障,是美军重要的无线保密通信技术。这种技术使敌人很难探测到信号。即便探测到信号，如果不知道正确的编码，也不可能将噪声信号重新汇编成原始的信号。有关扩频通信技术的观点是在1941年由好莱坞女演员HedyLamarr和钢琴家GeorgeAntheil提出的。基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路，他们申请了美国专利#2.292.387。不幸的是，当时该技术并没有引起美国军方的重视，直到十九世纪八十年代才引起关注，将它用于敌对环境中的无线通信系统。直序扩频解决了短距离数据收发信机、如：卫星定位系统(GPS)、3G移动通信系统、WLAN(IEEE802.11a,IEEE802.11b,IEE802.11g)和蓝牙技术等应用的关键问题。扩频技术也为提高无线电频率的利用率(无线电频谱是有限的因此也是一种昂贵的资源)提供帮助。直序扩频通信系统的工作原理如图1-1所示。图1-1扩频通信工作原理框图在发端输入的数字信号信息，先由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱，扩频码序列一般采用PN码。展宽后的信号再调制到射频发送出去。信息调制扩频解扩解调扩频序列发生器扩频序列发生器同步电路ＤB1B2B2D信息接收成都学院（成都大学）课程设计报告2调制多采用BPSK、DPSK、MPSK等调制方式。在接收端收到的信号进行解调（一般采用相干解调）。然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩。恢复成原输入的信息输出。由此可见，—般的扩频通信系统都要进行两次调制和相应的解调。一次调制为扩频调制，二次调制为射频调制，以及相应的解扩和射频解调。与一般通信系统比较，扩频通信就是多了扩频调制和解扩部分。1．2直接序列扩频系统的特点1.2.1直接序列扩频通信系统的优点（1）抗干扰性强抗干扰是扩频通信主要特性之一，比如信号扩频宽度为100倍，窄带干扰基本上不起作用，而宽带干扰的强度降低了100倍，如要保持原干扰强度，则需加大100倍总功率，这实质上是难以实现的。因信号接收需要扩频编码进行相关解扩处理才能得到，所以即使以同类型信号进行干扰，在不知道信号的扩频码的情况下，由于不同扩频编码之间的不同的相关性，干扰也不起作用。正因为扩频技术抗干扰性强，美国军方在海湾战争等处广泛采用扩频技术的无线网桥来连接分布在不同区域的计算机网络。（2）隐蔽性好因为信号在很宽的频带上被扩展，单位带宽上的功率很小，即信号功率谱密度很低，信号淹没在白噪声之中，别人难以发现信号的存在，加之不知扩频编码，很难拾取有用信号，而极低的功率谱密度，也很少对于其他电讯设备构成干扰。（3）易于实现码分多址（CDMA）直接序列扩频通信系统占用宽带频谱资源通信，改善了抗干扰能力，是否浪费了频段？其实正相反，扩频通信提高了频带的利用率。正是由于直接序列扩频通信系统要用扩频编码进行扩频调制发送，而信号接收需要用相同的扩频编码作相关解扩才能得到，这就给频率复用和多址通信提供了基础。充分利用不同码型的扩频编码之间的相关特性，分配给不同用户不同的扩频编码，就可以区别不同的用户的信号，众多用户，只要配对使用自己的扩频编码，就可以互不干扰地同时使用同一频率通信，从而实现了频率复用，使拥挤的频谱得到充分利用。发送者可用不同的扩频编码，分别向不同的接收者发送数据；同样，接收者用不同的扩频编码，就可以收到不同的发送者送来的数据，实现了多址通信，提高了频谱利用率。另外，扩频码分多址还易于解决随时增加新用户成都学院（成都大学）课程设计报告3的问题。（4）抗多径干扰无线通信中抗多径（发射的信号经多条不同路径传播）干扰一直是难以解决的问题，利用扩频编码之间的相关特性，在接收端可以用相关技术从多径信号中提取分离出最强的有用信号，也可把多个路径来的同一码序列的波形相加使之得到加强，从而达到有效的抗多径干扰。（5）速率高直接序列扩频通信系统速率可达2M，8M，11M，无须申请频率资源，建网简单，网络性能好。（6）有很强的保密性能。对于直接序列扩频通信系统而言，射频带宽很宽，谱密度很低，甚至淹没在噪音中，就很难检查到信号的存在。由于直接序列扩频通信系统信号的频谱密度很低，直接序列扩频通信系统对其它系统的影响就很小。1.2.2直接序列扩频通信系统的不足直接序列扩频通信系统除了一般通信系统所要求的同步以外，还必须完成伪随机码的同步，以便接受机用此同步后的伪随机码去对接受信号进行相关解扩。直接序列扩频通信系统随着伪随机码字的加长，要求的同步精度也就高，因而同步时间就长。1