基于malab的直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真研究

基于malab的直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真研究

直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)（sss）是目前廣泛使用的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。它最早出現(xiàn)于第二次世界大戰(zhàn)。它的主要用途是為軍事通信提供安全保障。上世紀(jì)末開始逐漸被應(yīng)用于民用通信領(lǐng)域。現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于微波通信、無線數(shù)據(jù)通信、遙測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警等系統(tǒng)中。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中,信息不再是決定調(diào)制信號(hào)帶寬的重要因素,調(diào)制信號(hào)的帶寬主要由擴(kuò)頻函數(shù)決定。偽隨機(jī)編碼是現(xiàn)在比較常用的一種擴(kuò)頻函數(shù),由于干擾信息與偽隨機(jī)序列不相關(guān),在接收端被擴(kuò)展,落入信號(hào)頻帶內(nèi)的干擾信號(hào)功率大幅降低,所以擴(kuò)頻系統(tǒng)干擾、抗窄帶干擾、抗多徑的能力得以增強(qiáng)。文中從m序列,Gold序列和正交Gold序列入手,分析這3種擴(kuò)頻序列的特點(diǎn),以及在直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的應(yīng)用,著重研究在相同的仿真環(huán)境下采用不同擴(kuò)頻函數(shù)對(duì)直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)傳輸信噪比的影響,得出結(jié)論。1直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)1.1射頻信號(hào)的傳輸直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的原理如圖所示,圖1為直擴(kuò)系統(tǒng)發(fā)送框圖,圖2為直擴(kuò)系統(tǒng)接收框圖。發(fā)射端,信源輸出信號(hào)a(t),偽隨機(jī)碼發(fā)生器產(chǎn)生偽隨機(jī)碼c(t)。把信碼a(t)和偽隨機(jī)碼c(t)進(jìn)行模二加,產(chǎn)生擴(kuò)頻序列d(t),再用擴(kuò)頻序列d(t)去調(diào)制載波f,進(jìn)而得到已擴(kuò)頻調(diào)制的射頻信號(hào)s(t)。在接收端,將天線接收下來的信號(hào)先經(jīng)過高放、混頻;然后用與發(fā)端速率和相位相同的偽隨機(jī)序列對(duì)信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò),使信號(hào)的頻帶恢復(fù)為信號(hào)序列a(t)的頻帶,再進(jìn)行解調(diào),從而恢復(fù)出信源的輸出信號(hào)a(t),完成信息的傳輸。1.2偽隨機(jī)序列及m序列的相關(guān)分析擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中,擴(kuò)頻碼的選擇對(duì)系統(tǒng)的性能有著直接的影響,其中中應(yīng)用最廣的是m序列,又稱最大長(zhǎng)度序列,其他的擴(kuò)頻碼還有霍爾序列、L序列、Gold序列等。m序列是最長(zhǎng)線性移位寄存器序列,由移位寄存器加反饋后形成,是偽隨機(jī)序列中十分重要的一種,并且易于實(shí)現(xiàn),具有很好的自相關(guān)特性。Gold序列是R.Gold提出,用優(yōu)選對(duì)的復(fù)合碼,由兩個(gè)長(zhǎng)度相同、速率相同、但碼字不同的m序列優(yōu)選對(duì)模2加后得到,具有良好的自相關(guān)性和互相關(guān)特性。在優(yōu)選對(duì)產(chǎn)生的Gold碼末尾加一個(gè)0,使序列長(zhǎng)度為偶數(shù),就生成正交Gold碼(偶位)。2直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1基于數(shù)據(jù)的編碼仿真直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)如圖3所示。當(dāng)文中采用正交調(diào)制,將要進(jìn)行串并變換,分成I、Q兩路,并且加入差分編碼用以消除相位模糊。差分編碼輸出的I路和Q路數(shù)據(jù)由0和1組成的,同時(shí)把I路和Q路數(shù)據(jù)映射到星座圖上的點(diǎn)。然后把I、Q數(shù)據(jù)分別乘以偽碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽碼,得到新的數(shù)據(jù)速率,即偽碼速率的二進(jìn)制基帶數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展。然后,對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行頻譜成型濾波。I、Q兩路信號(hào)分別乘以正交的載波信號(hào),使頻譜搬移到便于傳輸?shù)闹蓄l段,再將兩者相加。2.2濾波器作用原理直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的接收機(jī)如圖4所示。信號(hào)經(jīng)過兩路正交的載波進(jìn)行下變頻,得到基帶信號(hào)。濾波器有兩個(gè)作用:一、通過低通濾波器消除A/D變換和下變頻的信號(hào)所產(chǎn)生的寄生頻譜,;二、匹配濾波接收到的信號(hào)。把接收到的信號(hào)與本地偽碼進(jìn)行一系列運(yùn)算,能夠恢復(fù)出原始的傳輸數(shù)據(jù)。解擴(kuò)后的數(shù)據(jù)通過符號(hào)判決,可以重新對(duì)應(yīng)為星座圖上的點(diǎn),然后再對(duì)應(yīng)為0和1所表示的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。2.3系統(tǒng)性能的模擬參數(shù)根據(jù)前面介紹的直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,表1給出仿真系統(tǒng)的主要參數(shù)。2.4序列擴(kuò)頻通信性能仿真m序列和Gold序列是CDMA擴(kuò)頻通信中兩種常用的偽隨機(jī)序列(CDMA2000系統(tǒng)中采用m序列區(qū)分用戶,WCDMA系統(tǒng)中采用Gold碼區(qū)分用戶),采用以上2種擴(kuò)頻碼,以及改進(jìn)的正交Gold序列對(duì)直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以比較。根據(jù)前面的直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)(此處為了簡(jiǎn)化,忽略了射頻調(diào)制解調(diào)部分的設(shè)計(jì)),可以仿真得到直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的性能如圖5~7所示。因?yàn)閙序列的自相關(guān)特性優(yōu)于Gold序列,所以m序列的誤碼率要比Gold序列的誤碼率略低。m序列與Gold序列的自、互相關(guān)特性各有優(yōu)勢(shì),可應(yīng)用在對(duì)自、互相關(guān)特性要求不同的各個(gè)場(chǎng)合。Gold序列的互相關(guān)特性比m序列的互相關(guān)特性性能要好,在地址碼的數(shù)量上,Gold碼具有比較明顯的優(yōu)勢(shì),因此采用Gold碼可以提供良好的多址能力。在原仿真條件的基礎(chǔ)上,保持其他參數(shù)不變,增加符號(hào)數(shù),得到M序列、Gold序列和正交Gold序列擴(kuò)頻誤碼率的比較曲線如圖8~10所示。圖8~10中可以看出,M序列和Gold序列的擴(kuò)頻誤碼率曲線隨著符號(hào)數(shù)的增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確。隨著符號(hào)數(shù)的增加,3種擴(kuò)頻碼的誤碼率曲線越來越接近,隨信噪比的增加誤碼率變化曲線基本趨于一致。在直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中,這3種擴(kuò)頻序列對(duì)于有用信號(hào)在噪聲中的傳輸都具有良好的性能。綜合圖5~10,可以清楚地看到,擴(kuò)頻序列的誤碼率曲線是比較平滑的曲線,并且隨著信噪比的增加,誤碼率顯著降低。增加符號(hào)數(shù),采用合理的偽隨機(jī)碼序列,對(duì)噪聲的抑制有很大的好處,使擴(kuò)頻系統(tǒng)的性能更高。3正演算法分類文中在理想的環(huán)境中,以直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的DS-CDMA方式為例,通過具體的MATLAB仿真設(shè)計(jì)過程,深入分析比較m序列、gold序列、正交gold序列這3種在實(shí)際應(yīng)用中十分常見的擴(kuò)頻碼,及其對(duì)直接序列擴(kuò)頻通信的影響,得到了預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這3種不同擴(kuò)頻碼,在較高信噪比下對(duì)直擴(kuò)系統(tǒng)通信性能的影響差別不大,均有較