通信原理綜設(shè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、通信系統(tǒng)原理綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告基于MATLAB的CDMA系統(tǒng)仿真 學(xué) 院：物理與電信工程學(xué)院年 級(jí)：指導(dǎo)老師：時(shí) 間：2014年6月一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康腗ATLAB是美國(guó)MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，本次實(shí)驗(yàn)利用MATLAB平臺(tái)功能，并結(jié)合CDMA的實(shí)際通信情況，利用MATLAB組建出完整的CDMA通信系統(tǒng)，完成整體設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)完整的發(fā)送到接收的端到端的CDMA無(wú)線通信系統(tǒng)的建模、仿真和分析。關(guān)鍵字： MATLAB CDMA 仿真二、實(shí)驗(yàn)原理2.1 CDMA的基本原理 CDMA是指在各發(fā)送端使用不相同、相互

2、（準(zhǔn)）正交的地址碼調(diào)制所傳送的信息，而在接收端在利用碼型的（準(zhǔn)）正交性，通過(guò)相關(guān)檢測(cè)，從混合信號(hào)中選出相應(yīng)的信號(hào)的一種技術(shù)。實(shí)現(xiàn)CDMA的理論基礎(chǔ)是擴(kuò)頻通信，即在發(fā)送端將待發(fā)送的數(shù)據(jù)用偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展，然后進(jìn)行傳輸，而在接收端則采用同樣的編碼進(jìn)行解擴(kuò)及相關(guān)處理，恢復(fù)原始的數(shù)據(jù)信息。擴(kuò)頻通信有直接序列（DS）、跳頻（FH）、線性調(diào)頻（chrip）、跳時(shí)（TH）等方式。采用擴(kuò)頻通信的優(yōu)點(diǎn)很多，如抗干擾、抗噪聲、抗多徑衰落的能力強(qiáng)，能在低功率譜密度下工作，保密性好、可多址復(fù)用和任意選址及進(jìn)行高度測(cè)量等等。2.2 CDMA的系統(tǒng)框圖信源擴(kuò)頻卷積編碼交織編碼DPSK調(diào)制加性高斯噪聲信道DP

3、SK解調(diào)解擴(kuò)信宿解交織解卷積2.3 交織編碼的原理 交織編碼的目的是把一個(gè)較長(zhǎng)的突發(fā)差錯(cuò)離散成隨機(jī)差錯(cuò)，再用糾正隨機(jī)差錯(cuò)的編碼（FEC）技術(shù)消除隨機(jī)差錯(cuò)。交織深度越大，則離散度越大，抗突發(fā)差錯(cuò)能力也就越強(qiáng)。但交織深度越大，交織編碼處理時(shí)間越長(zhǎng)，從而造成數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延增大，也就是說(shuō)，交織編碼是以時(shí)間為代價(jià)的。因此，交織編碼屬于時(shí)間隱分集。在實(shí)際移動(dòng)通信環(huán)境下的衰落，將造成數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)耐话l(fā)性差錯(cuò)。利用交織編碼技術(shù)可離散并糾正這種突發(fā)性差錯(cuò)，改善移動(dòng)通信的傳輸特性。2.4 卷積編碼的原理 卷積碼編碼的當(dāng)前輸出v(l)不僅與當(dāng)前輸入消息u(l)相關(guān)，還與此去前輸入的m個(gè)消息u(l-1),u(l-m)相

4、關(guān)，即v(l)=f(u(l),u(l-1),u(l-m), l=0,1,2        卷積編碼電路中移位寄存器初態(tài)可設(shè)定為全0，電路為按段工作方式，即對(duì)每段k比特輸出入，產(chǎn)生一段n比特輸出。任意一輸入段u(l-h)與輸出v(l)的關(guān)系都是一個(gè)特殊的（n,k）線性分組碼的編碼關(guān)系，即存在k·n的二元矩陣Gh,使得               &#

5、160; v(l)=u（l-h）·Gh,  h=0,1,2,m        因此對(duì)于消息段序列u=(u(0),u(1),，u(m),u(m+1),),相應(yīng)的輸出端序列為v=(v(0),v(1),v(m)，v(m+1),),并滿足v(0)=u(0)G0卷積編碼電路在按段工作方式下只需存儲(chǔ)或者記憶m段的消息輸入，電路中輸入移位寄存器最多只有km·個(gè)有效的寄存器單元，而輸出移位寄存器僅起一個(gè)并串轉(zhuǎn)換作用。因此稱參量m為卷積碼的記憶長(zhǎng)度，下圖為原理圖2.5 擴(kuò)頻通信的原理

6、 擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方式，其信號(hào)所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息所需的最小帶寬；頻帶的擴(kuò)展是通過(guò)一個(gè)獨(dú)立的碼序列來(lái)完成，用編碼及調(diào)制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，與所傳信息數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)；在接收端則用同樣的碼進(jìn)行相關(guān)同步接受、解擴(kuò)及恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。擴(kuò)頻通信理論基礎(chǔ)香農(nóng)公式 ：C=Wlog2(1+S/N) 1、在給定的傳輸速率C不變的條件下，頻帶寬度W和信噪比S/N是可以互換的。即可通過(guò)增加頻帶寬度的方法，在較低的信噪比情況下，傳輸信息。 2、擴(kuò)展頻譜換取信噪比要求的降低，正是擴(kuò)頻通信的重要特點(diǎn)，并由此為擴(kuò)頻通信的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。2.6 DPSK調(diào)制解調(diào)的原理 DPSK，即差分移相鍵控，是數(shù)字調(diào)制方式的一種

7、。差分移相鍵控(DPSK)：Differential Phase Shift Keying 利用調(diào)制信號(hào)前后碼元之間載波相對(duì)相位的變化來(lái)傳遞信息。用于光傳輸系統(tǒng)中對(duì)DPSK調(diào)制信號(hào)的接收解調(diào)。DPSK是一個(gè)1 Bit延遲器，輸入一個(gè)信號(hào)，可以得到兩路相差一個(gè)比特的信號(hào)，形成信號(hào)對(duì)DPSK信號(hào)進(jìn)行相位解調(diào)，實(shí)現(xiàn)相位到強(qiáng)度的轉(zhuǎn)化。三、MATLAB仿真實(shí)現(xiàn)3.1 交織編碼3.2 卷積編碼與解卷積（2,1,3）卷積編碼function output = convolutionX( X )%UNTITLED Summary of this function goes here% Detailed exp

8、lanation goes heren=length(X); %取得輸入序列的長(zhǎng)度%畫出輸入波形%n1=0.01:0.01:n;for(i=1:n) is(i-1)*100+1:i*100)=X(i);endfiguresubplot(2,1,1)plot(n1,is);axis(0,n+1,-0.1,1.1);title('原始信號(hào)')grid Y=0 0 0; %寄存器初始值置為全0for(i=1:n) %進(jìn)行序列移位，得到卷積的序列 Y(1)=Y(2); Y(2)=Y(3); Y(3)=X(i); Y; output(2*(i-1)+1)=mod(sum(Y),2); %

9、三個(gè)寄存器模二相加 output(2*(i-1)+2)=mod(Y(1)+Y(3),2);%第一、三寄存器模二相加endoutput;%畫出卷積波形%a=length(output);a;t=0.01:0.01:a;for(i=1:a) st(i-1)*100+1):i*100)=output(i);endst; subplot(2,1,2)plot(t,st);axis(0,a+1,-0.1,1.1);title('卷積波形')gridend解卷積函數(shù)：維特比解碼 function Z = deconvolution(X) %UNTITLED Summary of this

10、function goes here% Detailed explanation goes heren=length(X);Z=zeros(1,n);a=n/2; %解卷積輸出序列長(zhǎng)度M=zeros(2a,a);%初始化存放解卷積的可能序列矩陣Y=zeros(2a,n);%初始化維特比對(duì)比的可能序列矩陣%產(chǎn)生所有的可能序列%5for(i=1:2a) M(i,:)=de2bi(i-1,a);%把十進(jìn)制轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制 Y(i,:)=encoding(M(i,:);%進(jìn)行卷積編碼 m(i)=distance(Y(i,:),X); %取得每個(gè)序列對(duì)比的漢明距endb=min(m); %取得漢明距最小的值

11、b;%根據(jù)得到的最小漢明距進(jìn)行譯碼%for(i=1:2a) if(b=m(i) Z=de2bi(i-1,a); endend%畫出譯碼的波形% t=0.01:0.01:a; st=zeros(1,100*a); for(i=1:a) st(i-1)*100+1):i*100)=Z(i); end Z; figure %subplot(2,1,2)plot(t,st);axis(0,a+1,-0.1,1.1);title('解卷積波形')gridend 3.3 M序列的產(chǎn)生function mseq= m_sequence(fbconnection,register) %fbco

12、nnectionΪ·´À¡ÏµÊý£¬registerΪ³õʼ״̬n = length(fbconnection); N = 2n-1; %mÐòÁеij¤¶È mseq(1)= register(n); %mÐòÁе

13、;ĵÚÒ»¸öÊä³öÂëÔª for i = 2:N newregister(1)= mod(sum(fbconnection.*register),2); %¼Ä´æÆ÷Óë·´À¡µÄÄ£2ºÍ for j = 2:n newregister(j)= regis

14、ter(j-1); end; register = newregister; %ÒÆλºóµÄ¼Ä´æÆ÷ mseq(i) = register(n); %еļĴæÆ÷Êä³ö end3.4 DPSK調(diào)制與解調(diào)function z=dpsk(X)%UNTITLED2 Summary of this funct

15、ion goes here% Detailed explanation goes herefs=200; %取樣頻率w=25;%載波角頻率n=length(X);%獲取序列的長(zhǎng)度t=1:100;nn=1:100;n1=0.01:0.01:n;%os=zeros(1,100);for(i=1:n) is(i-1)*100+1:i*100)=X(i);%將每個(gè)信息碼元用100個(gè)點(diǎn)表示，存儲(chǔ)到is數(shù)組，提高精度。 st(i-1)*100+1:i*100)=0;%定義調(diào)制后的信息碼存放的數(shù)組st，并初始化。endfor(nn=1:100)%定義兩個(gè)角頻率相同，相位相反的正玄波 oss(nn)=sin(

16、2*pi*w*(t(nn )/100); osc(nn)=sin(2*pi*w*(t(nn)/100)+pi);end%figure%subplot(2,1,1)%plot(t/100,oss);%axis(0,n+1,-1.1,1.1);%title('信號(hào)波形1')%grid%subplot(2,1,2)%plot(t/100,osc);%axis(0,n+1,-1.1,1.1);%title('信號(hào)波形2')%gridfor(i=1:n)%調(diào)制 if(X(i)=1) for(nn=1:100) st(100*(i-1)+nn)=oss(nn);%碼元為1的

17、點(diǎn)用oss填充 end else for(nn=1:100) st(100*(i-1)+nn)=osc(nn);%碼元為0的點(diǎn)用osc填充 end endendst;figuresubplot(2,1,1)plot(n1,is);axis(0,n+1,-0.1,1.1);title('原始信號(hào)')gridsubplot(2,1,2)plot(n1,st);axis(0,n+1,-1.1,1.1);title('調(diào)制信號(hào)')grid%高斯白噪聲信道tt=0.01:0.01:n;stt=awgn(st,5);figureplot(tt,stt);axis(0,n+1

18、,-1.5,1.5);title('通過(guò)高斯信道后的信號(hào)');grid%-加噪聲及低通濾波-dt=stt.*sin(2*pi*w*tt);%乘以同頻率載波，為濾波做準(zhǔn)備figuresubplot(2,1,1)plot(tt,dt);axis(0,n+1,-1.5,1.5);title('相乘后的波形');grid%-低通濾波器-N,Wn=buttord(2*pi*25,2*pi*50,3,25,'s');%臨界頻率采用角頻率表示b,a=butter(N,Wn,'s');bz,az=impinvar(b,a,fs);%映射為數(shù)字，得

19、到filter函數(shù)的參數(shù)dt=filter(bz,az,dt);%數(shù)字低通濾波器subplot(2,1,2)%15?plot(tt,dt);axis(0,n+1,-1.5,1.5);title('低通濾波后的波形');grid%-抽樣判決- dt1=0; dt2=0; for(i=1:n) for(j=1:100) % if(dt(100*(i-1)+j)>0) % dt1= dt1+1; % else dt1=dt1; dt1=dt1+dt(100*(i-1)+j); % end % dt2=dt1/100; end dt2=dt1/100;%取平均值判斷，若大于0，則

20、判決為高電平，否則為低電平 if(dt2>0) dtt(100*(i-1)+1:100*i)=1; dt2=0; dt1=0; else dtt(100*(i-1)+1:100*i)=0; dt2=0; dt1=0; end endfigure%subplot(2,1,2)plot(tt,dtt);axis(0,n+1,-0.1,1.1);title('判決后的波形');grid%-逆碼變換后的序列-z=zeros(1,n);for(i=1:n) if(dtt(100*(i-1)+50)=1) z(i)=1; else z(i)=0; endendz;end3.5 主函數(shù)

21、s0 = randint(1,56);%s0 Ëæ»úÐÅÔ´%s1 ½»Ö¯±àÂëºóµÄ¾ØÕó%s2 ½»Ö¯±àÂëºóµÄÐòÁÐ%s3 ¾í»ý&

22、#177;àÂëºóµÄ¾ØÕó%s4 À©ÆµºóµÄ¾ØÕó%s5 À©ÆµºóµÄÐòÁÐ%s6 DPSK½âµ÷ºóµÄÐòÁ

23、08;%s7 ¾í»ý½âÂëµÄ¾ØÕó%s8 ½»Ö¯½âÂëÇ°µÄ¾ØÕó%s9 ÊÕµ½µÄÐòÁÐ s1 = (reshape(s0,7,8); %½»Ö&#

24、175;±àÂë for j=1:8 s2(j) = s1(1,j);endfor j=1:8 s2(j+8) = s1(2,j);endfor j=1:8 s2(j+8*2) = s1(3,j);endfor j=1:8 s2(j+8*3) = s1(4,j);endfor j=1:8 s2(j+8*4) = s1(5,j);endfor j=1:8 s2(j+8*5) = s1(6,j);endfor j=1:8 s2(j+8*6) = s1(7,j);end s3 = zeros(7,16); %¾í»ý&#

25、177;àÂëfor i=1:7 s3(i,:) = convolutionX(s2(i-1)*8+1):(i*8);end s4 = zeros(7,112); %À©Æµstart = zeros(7,7);fbconnection = 0 0 0 0 0 1 1;for i=1:7if(i=1) start(i,:) = 0 0 0 0 0 0 1;else if(i=2) start(i,:) = 0 0 0 0 0 1 1; else if(i=3) start(i,:) = 0 0 0 0 1 1 1; else

26、 if(i=4) start(i,:) = 0 0 0 1 1 1 1; else if(i=5) start(i,:) = 0 0 1 1 1 1 1; else if(i=6) start(i,:) = 0 1 1 1 1 1 1; else start(i,:) = 1 1 1 1 1 1 1; end end end end endendmseq=m_sequence(fbconnection,start(i,:);for j=1:16 f = s3(i,j);for k=1:7 a = sign(mseq(j-1)*7+k)-0.5); b = sign(f-0.5); c = -a

27、.*b; d = sign(c+1); s4(i,(j-1)*7+k) = d;endendend for j=1:112 s5(j) = s4(1,j);endfor j=1:112 s5(j+112) = s4(2,j);endfor j=1:112 s5(j+112*2) = s4(3,j);endfor j=1:112 s5(j+112*3) = s4(4,j);endfor j=1:112 s5(j+112*4) = s4(5,j);endfor j=1:112 s5(j+112*5) = s4(6,j);endfor j=1:112 s5(j+112*6) = s4(7,j);en

28、d s6 = dpsk(s5); %DPSKµ÷ÖÆs7 = zeros(7,16); %½âÀ©for i=1:7if(i=1) start(i,:) = 0 0 0 0 0 0 1;else if(i=2) start(i,:) = 0 0 0 0 0 1 1; else if(i=3) start(i,:) = 0 0 0 0 1 1 1; else if(i=4) start(i,:) = 0 0 0 1 1 1 1; else if(i=5) start(i,:) = 0 0 1 1 1 1 1; else if(i=6) start(i,:) = 0 1 1 1 1 1 1; else start(i,:) = 1 1 1 1 1 1 1; end end end end endendmseq=m_sequence(fbconnection,start(i,:);for j=1:16for k=1:7 a = sign(mseq(j-1)*7+k)-0.5); b = sign(s6(112*(i-1)+7*(j-1)+k)-0.5); c = -a.*b; d(k) = sign(c+1);endif(d(1)=d(2)=d(