碼分多址與系統(tǒng)建模仿真設(shè)計(jì)

1、鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院電子信息系統(tǒng)仿真課程設(shè)計(jì)2008 屆電子信息工程專業(yè) 0813081 班級(jí)題 目姓 名 王振華 學(xué)號(hào)101308324指導(dǎo)教師 王娜 職稱 助教二o 2年2月_13_日、設(shè)計(jì)目的1 .熟悉CDM通信系統(tǒng)的構(gòu)架，加深理解和掌握通信系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容。2. 學(xué)習(xí)MATLA軟件，學(xué)會(huì)利用 MATLA平臺(tái)的SIMULINK可視化仿真功 能3. 掌握偽隨機(jī)碼的性質(zhì)，了解整個(gè)系統(tǒng)的誤比特率與哪些因素有關(guān)。二、設(shè)計(jì)原理為了研究CDMA1信系統(tǒng)的多址干擾，實(shí)驗(yàn)利用Matlab提供的m語 言編寫了 m文件來建立CDMA1信系統(tǒng)仿真模型，詳細(xì)講述各模塊的設(shè)計(jì) 及參數(shù)設(shè)置，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。結(jié)果

2、表明，多址干擾是CDMA系統(tǒng) 的固有干擾，當(dāng)同時(shí)通信的用戶數(shù)增多時(shí)，多址干擾電平增大，導(dǎo)致系統(tǒng) 的誤碼率也增大。因此,多址干擾是CDMAS信系統(tǒng)本身存在的自我干擾， 它限制了蜂窩系統(tǒng)的通信容量。CDM多址技術(shù)的原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號(hào) 帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制， 使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端由使用 完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成 原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。功率控制技術(shù)是CDMA 系統(tǒng)的核心技術(shù)。CDM功率控制的目的就是克服干擾，使系統(tǒng)既能維護(hù) 高質(zhì)量通信，又不對(duì)

3、其他用戶產(chǎn)生干擾。PN碼的選擇直接影響到CDMA 系統(tǒng)的容量、抗干擾能力、接入和切換速度等性能。CDMA!道的區(qū)分是靠PN碼來進(jìn)行的，因而要求PN碼自相關(guān)性要好，互相關(guān)性要弱，實(shí)現(xiàn) 和編碼方案簡單等。不同的 PN碼擴(kuò)頻的信號(hào)需要對(duì)應(yīng)的PN碼來解擴(kuò), 正交碼型可以應(yīng)用于多址通信。三、設(shè)計(jì)步驟1.CDMA系統(tǒng)整體仿真框圖如圖1:矢秋化編碼和調(diào)制信道解調(diào)和譯碼判 決圖1 CDMAi!信系統(tǒng)的仿真框圖1.1信源二進(jìn)制貝努力序列產(chǎn)生器產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制序列，并且這個(gè)二進(jìn)制序列中 的0和1服從貝努力分布，本次使用3個(gè)貝努力信號(hào)發(fā)生器，以子系統(tǒng) 形式封裝于輸入信號(hào)中。產(chǎn)生器的產(chǎn)生是由一個(gè)隨機(jī)信號(hào)器和一個(gè)常數(shù) 進(jìn)

4、行判決，輸出地二進(jìn)制再進(jìn)行抽樣整形，從而輸出符合參數(shù)設(shè)置的二 進(jìn)制。1.2偽隨機(jī)序列生成器擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，偽隨機(jī)序列與正交編碼是十分重要的技術(shù)，本次設(shè)計(jì) 主要對(duì)簡單的CDM系統(tǒng)進(jìn)行仿真，故選用 m序列作為擴(kuò)頻序列，且有 三個(gè)用戶。1.3擴(kuò)頻本次設(shè)計(jì)采用直接序列擴(kuò)頻方式實(shí)現(xiàn)多址接入，在仿真中，將原信號(hào)與 偽隨機(jī)序列相乘，從而實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻。由于輸入信號(hào)和m序列都是單極性二進(jìn)制數(shù)，所以在進(jìn)入乘法器進(jìn)行擴(kuò)頻前，還要對(duì)它們進(jìn)行單/雙變換，變?yōu)殡p極性信號(hào)。圖2分別給出了原信號(hào)波形、擴(kuò)頻序列和擴(kuò)頻后的信 號(hào)波形。本系統(tǒng)的擴(kuò)頻倍數(shù)為10。n=nn一iiJuUlS2直接庫列擴(kuò)頻方式1.4編碼和調(diào)制對(duì)于BCK編碼，模

5、型采用（7,4 ） BCH碼，要求送入編碼器的維數(shù)為4的 矢量，輸出是維數(shù)為7的矢量，由圖4知，只進(jìn)行差錯(cuò)控制編碼，而未 經(jīng)擴(kuò)頻的信號(hào)，在給定的高斯信道傳輸，隨碼元傳輸時(shí)間的增加，誤碼 率會(huì)比較高。圖3 BCH碼的誤碼率曲線1.5信道信道中的噪聲直接影響信號(hào)的傳輸質(zhì)量。根據(jù)信道噪聲特點(diǎn)，可將信道 劃分為加性高斯白噪聲信道、二進(jìn)制對(duì)稱信道、多徑瑞利衰落信道和倫 琴衰落信道等，本次設(shè)計(jì)采用加性高斯白噪聲信道。1.6接收端解擴(kuò)過程要求使用的偽隨機(jī)碼與發(fā)送端擴(kuò)頻用的偽隨機(jī)碼不僅碼字相 同，而且相位相同。多用戶情況下，由于信號(hào)相互疊加，所以解擴(kuò)后信 號(hào)不再是二進(jìn)制信號(hào)，因?yàn)榇嬖诙嘤脩舾蓴_，所以在進(jìn)入接收

6、端進(jìn)行誤 碼統(tǒng)計(jì)之前，必須經(jīng)過濾波和判決。為減小噪聲影響，在解擴(kuò)后加入低 通濾波器，采用直接H型傳輸濾波器。2.仿真系統(tǒng)如下圖，本系統(tǒng)主要包括信號(hào)源輸入、擴(kuò)頻序列發(fā)生器、擴(kuò)頻解擴(kuò)、編碼譯碼、調(diào)制解調(diào)、信道、接收判決、誤碼計(jì)算等。下程序用于繪制低頻濾波器頻、相特性曲線:%程序：繪制濾波器幅頻相頻特性曲線 b二0.0004 0.0017 0.0025 0.0017 0.0004;a二1.0000 -3.1811 3.8623 -2.1130 0.44385;Freqz(b,a)2.1各模塊參數(shù)模塊名稱：Bernoulli Random Binary Generator位置： Communicati

7、ons Blockset'Comm Sources參數(shù)名稱參數(shù)值0出現(xiàn)概率0.50.50.5初始化種子123453456756789采樣時(shí)間9e-7模塊名稱：PN Seque nee Gen erator位置：Com mun icatio ns BlocksetComm Sources參數(shù)名稱參數(shù)值生成多項(xiàng)式1 0 0 1 1初始狀態(tài)0 0 1 0移動(dòng)0采樣時(shí)間3e-8模塊名稱：Gauss Noice Gen erator位置：Communi cati ons BlocksetComm SourcesNoise Gen erator參數(shù)名稱參數(shù)值均值0方差0.1初始化種子56789采樣

8、時(shí)間3e-8模塊名稱：Direct-Form II Transpose Filter位置：DSP Blockset'Filteri ng'Filter Desig ns參數(shù)名稱參數(shù)值分子系數(shù)0.0004 0.0017 0.0025 0.0017 0.0004分母系數(shù)1.0000 -3.1811 3.8623 -2.1130 0.4385初始條件0模塊名稱：Relay 位置：Simulink'Discontinuities參數(shù)名稱參數(shù)值上三個(gè)下二個(gè)大于等于時(shí)，開關(guān)打開0.90.9小于等于時(shí)，開關(guān)關(guān)閉0.10.1開關(guān)打開時(shí)輸出值11開關(guān)關(guān)閉時(shí)輸出值-1-1采樣時(shí)間9e-73

9、e-8模塊名稱：Relay位置：Simulink'Discontinuities參數(shù)名稱參數(shù)值大于等于時(shí)，開關(guān)打開0.51小于等于時(shí)，開關(guān)關(guān)閉0.49開關(guān)打開時(shí)輸出值1開關(guān)關(guān)閉時(shí)輸出值-1采樣時(shí)間9e-72.2濾波器幅頻相頻特性曲線歸一化席和（rad Hz）四、設(shè)計(jì)結(jié)果分析4.1單用戶在不同信道環(huán)境下的仿真由表1可以分析出，在信道傳輸過程中，信道的噪聲對(duì)結(jié)果影響很 大，在噪聲功率為100W下，誤碼率偏高。降低噪聲功率后，誤碼率也 明顯減小，可見，在單用戶下，CDM/系統(tǒng)誤碼率主要取決于信道噪聲4.2多用戶在相同信道下的仿真仿真條件：用戶數(shù)從1到3,由于本系統(tǒng)采用了遞加的方法，所以 可以

10、在同一個(gè)系統(tǒng)中觀察到從1個(gè)用戶一直到3個(gè)用戶的三種不同情況 下的仿真。由表2,在噪聲功率0.01W的信道傳輸環(huán)境下，用戶增加時(shí)， 誤碼率也隨之增加，可知，信號(hào)傳輸過程中，除受到信道噪聲影響外， 還存在多址接入干擾、單頻干擾等。簡言之，單用戶下可以正確接收數(shù) 據(jù)，多用戶時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同情況的誤碼，多址處理有待加強(qiáng)。衆(zhòng)1單用戶在不同信道壞境下的仿真Tib.lSimula (ion ofuser the difference diuuuel用戶數(shù)傳送侑息k/hit漫碼數(shù)噪點(diǎn)功率/W抗干擾方式漫礙率11 (XXI444ion直擴(kuò)0.444I1 <XXJ34510直擴(kuò)0.34511 OCX)16Ji宜

11、擴(kuò)0J6III 000230.1苴擴(kuò)0.02310(KOI直擴(kuò)0義2多用戶在相同低道壞境下的仿真Trth.2 Siinnlntion of inutti-user al the tame chflnnel用戶數(shù)傳送信息n! bit誤碼數(shù)噪?yún)柟β蕑w抗干擾方式誤碼率11 <10000BI直擴(kuò)02直擴(kuò)31 (XMJ176(W1姑UJ76五、設(shè)計(jì)總結(jié)擴(kuò)頻通信以其較強(qiáng)的抗干擾、抗衰落、抗多徑性能而成為第三代通信的核心技術(shù)，本文闡述了擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)方法，利用MATLAB提供的可視化工具箱Simulink建立了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真模型, 講述了各模塊的設(shè)計(jì)，并給出了仿真建模中需注意的問題。在

12、給定仿真條件下，運(yùn)行了仿真系統(tǒng)，驗(yàn)證了所建仿真模型的正確性。通 過仿真研究了擴(kuò)頻增益和輸出端信噪比的關(guān)系，結(jié)果表明，在相同誤碼 率下，增大擴(kuò)頻增益，可以提高系統(tǒng)輸出端的信噪比，從而提高系統(tǒng)的 抗干擾能力。通過MATLAB/Simulink建立的仿真平臺(tái)，研究了擴(kuò)頻增益 與誤碼率、信噪比之間的關(guān)系，為以擴(kuò)頻通信為基礎(chǔ)的衛(wèi)星信號(hào)設(shè)計(jì)提 供依據(jù)。基于本次對(duì)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)，讓我更進(jìn)一步加深理解和掌 握通信系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，鞏固了對(duì) MATLAB軟件的使用，在實(shí)驗(yàn)過程中 也遇到過一些問題也得到了解決。更具體的認(rèn)識(shí)到了Simuli nk的重大功能，Simulink作為MATLBS言上的一個(gè)可視化建模仿真平臺(tái)， 它采用 方框圖的建模方式，更貼近于工程習(xí)慣。如系統(tǒng)模塊參數(shù)的設(shè)置問題，濾波器后需要加延時(shí)模塊的問題等等。通過這次課程設(shè)計(jì)，從接到課題 到最后完成，總體來說，包括