基于MATLAB的擴(kuò)頻通信仿真.doc

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1、基于MATLAB的擴(kuò)頻通信仿真1.仿真原理擴(kuò)展頻譜通信具有很強(qiáng)的抗干擾性,其多址能力、保密、抗多徑等功能也倍受人們的關(guān)注,被廣泛的應(yīng)用于軍事通信和民用通信中。擴(kuò)頻技術(shù),將信號(hào)擴(kuò)展到很寬的頻譜上,在接收端對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理即帶寬壓縮,恢復(fù)成窄帶信號(hào)。對(duì)干擾信號(hào)而言,由于與擴(kuò)頻信號(hào)不相關(guān),則被擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶上,使之進(jìn)入信號(hào)通頻帶內(nèi)的干擾功率大大的降低,具有很強(qiáng)的對(duì)抗能力。MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩

2、陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中,為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案,并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言(如C、Fortran)的編輯模式。使用MATLAB進(jìn)行通信仿真有兩種方式,分別是使用m文件編寫程序和用SIMULINK進(jìn)行可視化建模。長(zhǎng)期以來,人們總是想法使信號(hào)所占頻譜盡量的窄,以充分利用十分寶貴的頻譜資源。為什么要用這樣寬頻帶的信號(hào)來傳送信息呢?簡(jiǎn)單的回答就是主要為了通信

3、的安全可靠。擴(kuò)頻通信的基本特點(diǎn)是傳輸信號(hào)所占用的頻帶寬度(W)遠(yuǎn)大于原始信息本身實(shí)際所需的最小(有效)帶寬(DF),其比值稱為處理增益Gp:Gp=W/△F(1)眾所周知,任何信息的有效傳輸都需要一定的頻率寬度,如話音為1.7kHz~3.1kHz,電視圖像則寬到數(shù)兆赫。為了充分利用有限的頻率資源,增加通路數(shù)目,人們廣泛選擇不同調(diào)制方式,采用寬頻信道(同軸電纜、微波和光纖等),和壓縮頻帶等措施,同時(shí)力求使傳輸?shù)拿浇橹袀鬏數(shù)男盘?hào)占用盡量窄的帶寬。因現(xiàn)今使用的電話、廣播系統(tǒng)中,無論是采用調(diào)幅、調(diào)頻或脈沖編碼

4、調(diào)制制式,Gp值一般都在十多倍范圍內(nèi),統(tǒng)稱為“窄帶通信”。而擴(kuò)頻通信的Gp值,高達(dá)數(shù)百、上千,稱為“寬帶通信”。擴(kuò)頻通信的可行性,是從信息論和抗干擾理論的基本公式中引伸而來的。信息論中關(guān)于信息容量的香農(nóng)(Shannon)公式為:C=Wlog2(1+P/N)(2)其中:C——信道容量(用傳輸速率度量),W——信號(hào)頻帶寬度,——信號(hào)功率,N——白噪聲功率。式(2)說明,在給定的傳輸速率C不變的條件下,頻帶寬度W和信噪比P/N是可以互換的。即可通過增加頻帶寬度的方法,在較低的信噪比P/N(S/N)情況下,

5、傳輸信息。擴(kuò)展頻譜換取信噪比要求的降低,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)。擴(kuò)頻通信與一般的通信系統(tǒng)相比,主要是在發(fā)射端增加了擴(kuò)頻調(diào)制,而在接收端增加了擴(kuò)頻解調(diào)的過程,擴(kuò)頻通信按照其工作方式不同主要分為直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)、跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)、跳時(shí)擴(kuò)頻系統(tǒng)、現(xiàn)行調(diào)頻系統(tǒng)和混合調(diào)頻系統(tǒng)?,F(xiàn)以直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)為例說明擴(kuò)頻通信的實(shí)現(xiàn)方法。下圖1為直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的原理框圖。圖1直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)原理圖由直擴(kuò)序列擴(kuò)頻系統(tǒng)原理圖可以看出,在發(fā)射端,信源輸出的信號(hào)與偽隨機(jī)碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼進(jìn)行模2加

6、,產(chǎn)生一速率與偽隨機(jī)碼速率相同的擴(kuò)頻序列,然后再用擴(kuò)頻序列去調(diào)制載波,這樣得到已擴(kuò)頻調(diào)制的射頻信號(hào)。在接收端,接受到的擴(kuò)頻信號(hào)經(jīng)高放和混頻后,用與發(fā)射端同步的偽隨機(jī)序列對(duì)擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò),將信號(hào)的頻帶恢復(fù)為信息序列的頻帶,然后進(jìn)行解調(diào),恢復(fù)出所傳輸?shù)男畔ⅰ?.SIMULINK模型建立基于MATLAB/Simulink所建立的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真模型,能夠反映擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)工作過程,可進(jìn)行波形觀察、品剖分析和性能分析等,同時(shí)能根據(jù)研究和設(shè)計(jì)的需要擴(kuò)展仿真模型,實(shí)現(xiàn)以擴(kuò)頻通信為基礎(chǔ)的現(xiàn)代通信的

7、模擬仿真,為系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)提供強(qiáng)有力的平臺(tái)。圖2為基于MATLAB/Simulink的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真模型。圖2基于Simulink的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真模型2.1隨機(jī)整數(shù)發(fā)生器(RandomIntegergenarator)隨機(jī)整數(shù)發(fā)生器(RandonIntegergenerator)作為仿真系統(tǒng)的信源,隨機(jī)整數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生二進(jìn)制隨機(jī)信號(hào),采用時(shí)間、初始狀態(tài)可自由設(shè)置,從而滿足擴(kuò)頻通信系統(tǒng)所需信源的要求。2.2PN序列發(fā)生器(PNSequenceGenerator)用PN序列發(fā)生器(PNSeque

8、nceGenerator)產(chǎn)生偽隨機(jī)碼,對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻。擴(kuò)頻過程通過信息碼與PN碼進(jìn)行雙極性變換后相乘加以實(shí)現(xiàn)。解擴(kuò)過程與擴(kuò)頻過程相同,即將接收的信號(hào)用PN碼進(jìn)行第二次擴(kuò)頻處理。2.3最小相移鍵控調(diào)制(M-PSKModulatorPassband)對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制,將頻譜從基帶搬移至頻帶,以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男Ч?.4加性高斯白噪聲信道(AWGNChannel)信號(hào)通過加性高斯白噪聲信道,以達(dá)到對(duì)信號(hào)的傳輸后進(jìn)行再進(jìn)行解擴(kuò)解調(diào)的目的。改信道信噪比參數(shù)設(shè)置為負(fù)

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