无线通信技术实验一直接扩频技术仿真

实验三、直接序列扩频通信技术的仿真一、实验目的了解m序列产生及相关性原理。了解直接序列扩频通信模型。了解应用m序列进行扩频通信的原理。扩频增益与扩频因子的概念及与m序列长度的关系。了解直接序列扩频频谱扩展原理。了解解扩同步和判决的方法。了解不同扩频增益对系统抗干扰能力的影响。了解不同信道条件下的系统性能。二、实验内容搭建GNURadio中m序列相关性检测流程图，掌握GNURadio产生m序列的方法。利用代码生成新的GRCblock。搭建单机扩频通信流程图，检测相关性，检测最终获得的数据与信号源数据是否一致，检测信号的BER并分析结果。搭建双机通过USRP进行扩频通信流程图，检测相关性，检测最终获得的数据与信号源数据是否一致，检测信号的BER并分析结果。三、实验原理3.1扩频原理将软件无线电思想引入直扩系统的可行性方案是：在发射端，基带部分由软件实现扩频调制和信息调制以形成数字中频信号，在经D/A转换和模拟载波调制进行发射；在接收端，首先对模拟下变频得到的中频信号进行A/D转换后，再由软件实现信息解调和扩频解调。显然，通过软件模块来实现调制方式的改变将给系统带来极大的灵活性。图1扩频调制流程图直接序列扩频：扩频通信是在信号发送端，首先将信息调制形成数字信号，该数字信号经扩频发生器产生的扩频码序列调制后，信号的频带被展宽，展宽后的信号再调制到射频发送出去。在接收端收到的宽带射频信号，经变频至中频，然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩，再经过信息解调，恢复成原始信息输出。直接序列扩频系统是将要发送的信息用伪随机（PN）序列扩展到一个很宽的频谱上去，在接收端，用与发端扩展用的相同的伪随机序列对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出原来的信息。干扰信号由于与伪随机序列不相关，在接收端被扩展，使落入信号频带内的干扰信号功率大大降低，从而提高了系统的输出信噪比，达到抗干扰的目的。下图是扩频通信的原理图：图2扩频通信原理图3.2实验平台本次实验采用的是一个在Linux环境下运行的软件无线电软件——GNURadio和硬件收发装置USRP组合的一个实验平台。软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线电台的各种功能，从基于硬件、面向用途的电台设计方法中解放出来。功能的软件化实现势力要求减少功能单一、灵活性差的硬件电路，尤其是减少模拟环节，把数字化处理（A/D和D/A变换）尽量靠近天线。1.软件无线电平台GNURadioGNURadio是一个通过最小程度地结合硬件（主要是USRP），用软件来定义无线电波发射和接收的方式，搭建无线电通信系统的开源软件系统。也就是说，现在那些高性能的无线电设备中所遇到的数字调制问题将变成软件问题。2.硬件电路USRPUSRP（UniversalSoftwareRadioPeripheral，通用软件无线电外设）旨在使普通计算机能像高带宽的软件无线电设备一样工作。从本质上讲，它充当了一个无线电通讯系统的数字基带和中频部分。USRP背后的基本设计理念是在主机CPU上完成所有波形相关方面的处理，比如调制和解调。所有诸如数字上下变频、抽样和内插等高速通用操作都在FPGA上完成。3.图形化操作界面GRCGRC是我们这次实验主要的工具，它是GNURadio提供的一个图形化操作界面，其功能类似于MATLAB中的Simulink。GRC提供了一些常用的Block，包括各种信源、信宿、滤波器、示波器、调制解调模块等等，方便操作，简单明了，便于直观的感受无线通信系统工作流程。3.3可行性分析将软件无线电思想引入直扩系统的可行性方案是：在发射端，基带部分由软件实现扩频调制和信息调制以形成数字中频信号，再经D/A转换和模拟载波调制进行发射；在接收端，首先对模拟下变频得到的中频信号进行A/D转换后，再由软件实现信息解调和扩频解调。显然，通过软件模块来实现调制方式的改变将给系统带来极大的灵活性。四、实验步骤（一）单机GRC仿真1、选择适当模块连接成所需的电路。调整各个模块参数，如图3所示。图3单机扩频实验流程图2、点按钮运行，观察示波器输出。3、加入多径模块，重复2步骤。4、截图并分析结果，具体结果与分析见下。（二）利用USRP进行实际收发实验1、选取两台电脑，分别连接成所需的电路，调整各个模块参数。如图4、5所示。图4双机扩频实验发送端流程图图5双机扩频实验接收端流程图2、调整USRPSink和USRPSource的频率与设备一致，组装好设备，分别连至两台电脑上，使两台设备的天线尽量靠近。3、先后点击发送端、接收端的运行按钮运行，观察示波器输出。4、截图并分析结果，具体内容见下。五、实验结果及分析5.1单机实验检测结果如图6所示：图6单机实验检测结果波形结果分析：两个信号完全相同（或相关性很好）时，相关峰值应如上图检测到的波形所示。b．发送与接收信号波形及相关性检测，这里根据设置的噪声幅度来分，分别为以下图7系列图。当噪声幅度为0时图7.1信号波形及相关性检测结果分析：由图可知，接收到的信号波形与发送信号一致；相关性也相对好一些。当噪声幅度为0.18时图7.2信号波形及相关性检测结果分析：由图可知，接收到的信号波形与发送信号一致；但相关性并不好。当噪声幅度为0.20时图7.3信号波形及相关性检测结果分析：由图可知，接收到的信号波形与发送信号一致；但相关性很差。c．误码率曲线图，同样的，与上面各个情况对应，如图8系列所示。当噪声幅度为0时图8.1误码率曲线结果分析：误码率为0，与理论值相符当噪声幅度为0.18时图8.2误码率曲线结果分析：误码率在300%上下波动，且波动幅度较大。误码率很大，其测试结果并不准确，是由误码率模块ErrorRate性能不完善造成的。5.2双机实验1．发送端信号波形如图9所示：图9双机实验发送端波形2.接收端信号波形及相关性检测，同样的，这里按误码率分为几种情况，各个波形及相关性检测如图10系列所示：当误码率为0图10.1双机实验接收端波形及相关性检测当误码率为175.0%图10.2双机实验接收端波形及相关性检测当误码率为262.5%图10.3双机实验接收端波形及相关性检测当误码率为437.5%图10.4双机实验接收端波形及相关性检测3、误码率观测图11双机实验中误码率波形