通信原理課程設(shè)計報告---cdma直接擴頻通信系統(tǒng)仿真

1、<p>　　CDMA直接擴頻通信系統(tǒng)仿真</p><p>　　——以6級GOLD碼為擴頻序列</p><p>　　摘 要 此次課程設(shè)計的是模擬兩位用戶通過CDMA的直接擴頻通信系統(tǒng)進行傳送信息。此次課程設(shè)計的開發(fā)平臺為MATLAB中的Simulink。通過仿真模擬兩位用戶同時進行信號的傳輸，每位用戶的信號均利用6級GOLD碼作為擴頻序列進行擴頻編碼后再進行PSK調(diào)制、解調(diào)，在

2、進行擴頻解碼以恢復原信號，實驗中能夠看到兩位用戶信號均能夠還原，通過兩次的輸出與輸入的波形比較，最終實驗的結(jié)果和理論分析的基本一致，從而達到了設(shè)計的目的。</p><p>　　關(guān)鍵詞 CDMA系統(tǒng) 直接擴頻通信 glod碼 信號的調(diào)制與解調(diào) MATLAB/Simulink；</p><p><b>　　1 引 言</b></p><p>　

3、　信息作為一種資源，只有通過廣泛地傳播與交流，才能產(chǎn)生利用價值，促進社會成員之間的合作，推動社會生產(chǎn)力的發(fā)展，創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟效益。在當今高度信息化的社會，信息和通信已成為社會的“命脈”。而通過作為傳輸信息的手段或方式，與傳感技術(shù)、計算機技術(shù)相互融合，已成為21世紀國際社會和世界經(jīng)濟發(fā)展的強大推動力。數(shù)字通信，作為通信行業(yè)中的后起之秀，相對于傳統(tǒng)的模擬通信,有抗干擾能力強，通信質(zhì)量不受距離影響，信號易于調(diào)制、保密性高、可自動發(fā)現(xiàn)與控制差

4、錯、可與計算機相連接、支持多種通信業(yè)務(wù)。但是，由于數(shù)字通信對同步要求高，因而系統(tǒng)設(shè)備復雜。不過隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)的廣泛應用以及超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)備復雜程度大大降低。同時高效的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)以及光纖等大容量傳輸媒質(zhì)的使用正逐步使帶寬問題得到解決。因此，數(shù)字通信的應用必將越來越廣泛[1] 。</p><p>　　1.1 課程設(shè)計目的</p><p>　　此次通信原理課程

5、設(shè)計的目的主要是仿真CDMA的直接擴頻通信系統(tǒng)。在MATLAB的Simulink中選擇相應的信號發(fā)生器模塊，產(chǎn)生兩段隨機二進制基帶信號，再分別利用不同的6級GOLD碼作為擴頻序列進行擴頻編碼后再進行PSK調(diào)制，在接收端對其進行PSK解調(diào)和擴頻解碼以恢復原信號，比較傳輸信號、已擴頻信號，調(diào)制信號，解調(diào)信號和解擴頻信號的功率譜密度，結(jié)合理論說明CDMA直接擴頻系統(tǒng)的優(yōu)勢。同時要求模型設(shè)計應該符合工程實際，模塊參數(shù)設(shè)置自然也必須要與原理相符合

6、。處理結(jié)果和分析結(jié)論也應該一致，且符合理論。</p><p>　　1.2 課程設(shè)計的步驟</p><p>　　根據(jù)任務(wù)書要求可知，此次課程設(shè)計需要模擬兩段隨機信號經(jīng)過擴頻、調(diào)制后，在傳輸過程中的疊加混合，再通過各自收發(fā)裝置中的解調(diào)、解擴頻之后還原原始的模擬隨機信號。因此，我在此次設(shè)計次系統(tǒng)之前先將只有一段隨機信號的擴頻、解調(diào)、調(diào)制、解擴頻的系統(tǒng)完善，再根據(jù)此系統(tǒng)仿真、觀測波形準確無誤之后，

7、在模擬兩段隨機信號擴頻、調(diào)制之時進行疊加完成整個系統(tǒng)的仿真。同時，在設(shè)計一段信號的系統(tǒng)模型的時候，按照擴頻、調(diào)制、解調(diào)、解擴頻的順序進行依次仿真，如圖1-1所示</p><p>　　圖1-1 一段二進制信號擴頻仿真流程圖</p><p><b>　　1.3 設(shè)計平臺</b></p><p>　　此次課程設(shè)計的設(shè)計平臺是MATLAB中的Simul

8、ink。</p><p>　　Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構(gòu)造出復雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應用于控制理論和數(shù)字信號處理的復雜仿真和設(shè)計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應用

9、于或被要求應用于Simulink?！　imulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建

10、立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。</p><p><b>　　2 設(shè)計原理 </b></p><p>　　2.1 CDMA系統(tǒng)概述</p><p>　　所謂擴展頻譜通信，可簡單表述如下：“擴頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方式，

11、其信號所占有的頻帶寬度遠大于所傳信息必需的最小帶寬；頻帶的擴展是通過一個獨立的碼序列來完成，用編碼及調(diào)制的方法來實現(xiàn)的，與所傳信息數(shù)據(jù)無關(guān)，在接收端則用同樣的碼進行相關(guān)同步接收、解擴及恢復所傳信息數(shù)據(jù)?！?lt;/p><p>　　在CDMA通信系統(tǒng)中，不同的用戶傳輸信息所用的信號不是靠頻率不同或時隙不同來區(qū)分的，而是用各不同的編碼序列來區(qū)分的，即靠信號的不同波形來區(qū)分的。多個CDMA信號在頻域和時域上是重疊的，接受機

12、用相關(guān)器在多個CDMA信號中選出其中使用與編碼型的信號。CDMA技術(shù)的原理是基于擴頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機碼，與接收的帶寬信號作相關(guān)處理，把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號即解擴，以實現(xiàn)信息通信[2]。</p><p><b>　　2.2擴頻原理</b&

13、gt;</p><p>　　概念：擴展頻譜技術(shù)一般是指用比信號帶寬礦的多的品頻帶寬度來傳輸?shù)募夹g(shù)。</p><p>　　它主要由于原始信息，信源編譯碼，信道編譯碼（差錯控制），載波調(diào)制與解調(diào)，擴頻調(diào)制與解擴和信道六大部分組成。信源編碼的目的是去點信息的冗余度，壓縮信源的數(shù)碼率，提高信道的傳輸效率。差錯控制的目的是增加信息在信道傳輸中的冗余度，是其具有檢錯能力，提高信道傳輸質(zhì)量。調(diào)制部分是為

14、使經(jīng)信道的符號能在適當?shù)念l段傳輸，如微波頻段，短波頻段。擴頻調(diào)制和解擴時為了某種目的而進行的信號頻譜的展寬和還原技術(shù)。</p><p>　　擴頻通信的基本理論根據(jù)是信息理論中香農(nóng)(C·E·Shannon)的信道容量公式</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　式中：C——信道容量，b/s；<

15、;/p><p>　　B——信道帶寬，Hz；</p><p>　　S——信號功率，W；</p><p>　　N——噪聲功率，W。</p><p>　　香農(nóng)公式表明了一個信道無差錯地傳輸信息的能力同存在于信道中的信噪比以及用于傳輸信息的信道帶寬之間的關(guān)系。</p><p>　　令C是希望具有的信道容量，即要求的信息速率，對(1

16、-1)式進行變換</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　對于干擾環(huán)境中的典型情況，當時，用冪級數(shù)展開(1-2)式，并略去高次項得</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p><b>　　或</b></p><

17、p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　由式(1-3)和(1-4)可看出，對于任意給定的噪聲信號功率比，只要增加用于傳輸信息的帶寬B，就可以增加在信道中無差錯地傳輸信息的速率C?；蛘哒f在信道中當傳輸系統(tǒng)的信號噪聲功率比下降時，可以用增加系統(tǒng)傳輸帶寬B的辦法來保持信道容量C不變。或者說對于任意給定的信號噪聲功率比，可以用增大系統(tǒng)的傳輸帶寬來獲得較低的信息差錯率。</

18、p><p>　　擴頻通信系統(tǒng)正是利用這一原理，用高速率的擴頻碼來擴展待傳輸信息信號帶寬的手段，來達到提高系統(tǒng)抗干擾能力的目的。擴頻通信系統(tǒng)的帶寬比常規(guī)通信系統(tǒng)的帶寬大幾百倍乃至幾萬倍，所以在相同信息傳輸速率和相同信號功率的條件下，具有較強的抗干擾的能力。</p><p>　　2.3擴頻碼的表達式和特性</p><p>　　表達式：擴頻通信的基本理論根據(jù)是信息理論中香農(nóng)(

19、C·E·Shannon)的信道容量公式</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　式中：C——信道容量，b/s；</p><p>　　B——信道帶寬，Hz；</p><p>　　S——信號功率，W；</p><p>　　N——噪聲功率，W。</

20、p><p>　　香農(nóng)公式表明了一個信道無差錯地傳輸信息的能力同存在于信道中的信噪比以及用于傳輸信息的信道帶寬之間的關(guān)系。</p><p>　　令C是希望具有的信道容量，即要求的信息速率，對(2-3)式進行變換</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　對于干擾環(huán)境中的典型情況，當時，用冪級數(shù)展開(1

21、-12)式，并略去高次項得</p><p><b>　　(2-7)</b></p><p>　　即 </p><p>　　特性：抗干擾能力強，特別是抗窄帶干擾能力、可檢性低，不容易被偵破、具有多址能力，易于實現(xiàn)碼分多址技術(shù)、可抗頻率選擇性衰落、頻譜利用率高，容量大、具有測距能

22、力、技術(shù)復雜[3]。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　本課程設(shè)計中先做出一段二進制隨機信號擴頻仿真，在一段信號的這個系統(tǒng)中，先將運用6級gold碼作為對輸入的信號擴頻的擴頻碼，擴頻之后再進行Psk調(diào)制，之后經(jīng)過解調(diào)、解擴再將得到的信號輸出。它的設(shè)計過程如下：運行MATLAB，打開Simulink模塊庫。在模塊庫文件中搜索查找所需要

23、的模塊拖入新建一個拓展名為.mdl的文件，此系統(tǒng)仿真的模型圖如圖3-1所示，其中：擴頻所需模塊：bernoulli binary generator、gold sequence generator、logical operator。Psk 調(diào)制用到的模塊：Sine Wave Function、Gain、Switch。Psk解調(diào)用到的模塊：Analog Filter Design 、Sine WaveFunction、Zero-Order

24、、Quantizing Encode等。解擴用到的仿真模塊：Gold Sequence Generator、Unit Delay、Logical Operator。除此之外還需要Data Type Conversion，scope。其中Data Type Conversion是用于</p><p>　　圖 3-1 一段二進制隨機信號擴頻仿真系統(tǒng)電路圖 </p><p>　　再做完一段二進制

25、隨機信號擴頻仿真之后，根據(jù)現(xiàn)實生活中的情況進行模擬，即產(chǎn)生另外一段不同的二進制隨機序列以及不同的6級gold碼序列進行擴頻，將兩段擴頻信號進行調(diào)制后，在信道中進行疊加，并加入噪聲，最后再將疊加的信號進行分別的解調(diào)、解擴。這就好比兩個人在一同打電話給各自朋友，但是兩人的電話信號在空間中相互疊加，采取何種方式對各自信號解調(diào)、擴頻才能準確無誤將信息傳給各自的朋友。我們要做的便是這樣的一個模型，根據(jù)最初的模塊進行調(diào)整可得到下圖，如圖3-2所示&

26、lt;/p><p>　　圖 3-2 兩段二進制隨機信號擴頻仿真系統(tǒng)電路圖</p><p>　　為了更好的將系統(tǒng)模擬的更貼近現(xiàn)實生活，也便于研究的方便，此次課程設(shè)計的設(shè)計步驟采用先分開做好各類模塊，從基礎(chǔ)模塊做起，即先做好擴頻編碼模塊，接著將調(diào)制模塊做好，然后把解調(diào)模塊調(diào)整完成，之后將解擴模塊完成，最后再模擬兩位用戶的CDMA通信即可。具體如下：</p><p>　　3.

27、1 擴頻編碼模塊</p><p>　　因為首先是在一段二進制隨機信號擴頻仿真系統(tǒng)開始的，因此，先從該系統(tǒng)中設(shè)置好擴頻模塊。通過查閱資料，可以了解在擴頻模塊中，在庫文件中找到bernoulli binary generator、gold sequence generator、logical operator的模塊構(gòu)成擴頻仿真模塊，并且對各個模塊進行參數(shù)的設(shè)置。</p><p>　　其中，be

28、rnoulli binary generator模塊設(shè)置，我們采取出現(xiàn)“0”的概率為0.5，步長sample time為0.5， 即信號頻率為4*pi（rad/s），其參數(shù)設(shè)置圖如圖3-3所示。 </p><p>　　圖 3-3 伯努利信號模塊參數(shù)設(shè)置 圖 3-4 gold碼信號模塊參數(shù)設(shè)置</p><p>　　由于是要產(chǎn)生一段擴頻信號，因此選取的6級gold碼的信

29、號頻率應該要遠大于基帶二進制隨機信號。根據(jù)查詢gold碼模塊的原理可知，所設(shè)gold碼的周期可以由公式而定，此時n=6，N=63。因此可設(shè)步長sample time為0.5/63，即信號頻率為252*pi（rad/s），模塊設(shè)置如圖3-4所示。</p><p>　　同時，對于logical operator模塊，將其設(shè)置為XOR的異或功能即可。整個擴頻仿真系統(tǒng)模塊圖如圖3-5所示：</p><

30、p>　　圖 3-5 擴頻仿真系統(tǒng)</p><p>　　在運行擴頻仿真系統(tǒng)后可得到圖3-6和圖3-7，他們分別是伯努利信號功率譜圖以及gold碼功率譜圖，圖示如下</p><p>　　圖 3-6 伯努利信號功率譜 圖 3-7 gold碼功率譜</p><p>　　在功率譜圖中有三個小圖，從上至下分別表示時域波形、功率頻譜以及相位的

31、功率譜圖。以伯努利信號為例，此信號的示波器仿真圖與時域波形一直，又由于此信號為基帶信號，因此功率頻譜在0頻率附近，根據(jù)信號功率為4*pi （rad/s）可知，該功率譜應在12.5664以內(nèi)，從圖中看來，與理論值基本符合，最后一個相位功率譜也基本符合理論值的線性關(guān)系。</p><p>　　除了功率譜圖之外，還有擴頻信號的功率譜圖以及擴頻信號的波形圖，分別如圖3-8以及圖3-9所示。</p><p

32、>　　圖 3-8 擴頻信號功率譜 圖 3-9 擴頻信號示波器仿真</p><p>　　根據(jù)示波器的仿真均與三個模塊的時域波形相吻合，在圖3-9中，第一幅圖為基帶二進制隨機信號，第二幅圖為擴頻信號，最下方的圖為gold碼序列。</p><p>　　3.2 PSK調(diào)制模塊</p><p>　　在PSK調(diào)制中，要用到的模塊有Sine Wa

33、ve Function、Gain、Switch等模塊，通過查閱《通信原理》書籍得知其原理框圖，同時，加上之前做好的擴頻系統(tǒng)，將二者結(jié)合在一起的電路圖如圖3-10所示</p><p>　　圖 3-10 PSK調(diào)制系統(tǒng)圖</p><p>　　其中Sine Wave Function用于產(chǎn)生調(diào)制用的載波信號，根據(jù)一般原理可知，一般要求載波頻率大于被調(diào)制信號的頻率，即大于擴頻信號的頻率252*pi

34、即可，為方便研究此系統(tǒng)，將載波波形在此設(shè)置頻率是504*pi（rad/s），見圖示3-11，同時根據(jù)原理圖可知，需要一段與載波同頻率但有180度相移的波形與擴頻信號經(jīng)過一個開關(guān)電路才可以達到調(diào)至效果，此時只需要將Gain模塊設(shè)置為圖3-12所示即可，即設(shè)計增益為-1。</p><p>　　圖 3-11 載波模塊設(shè)置 圖 3-12 Gain模塊設(shè)置</p><p

35、>　　而開始提到的開關(guān)電路，則由Switch得以實現(xiàn)，用于控制是正常接入還是180移相接入，參數(shù)設(shè)計只需將Criteria for passing first input選項設(shè)置為u2> Threshold即可，其他設(shè)置保持不變。</p><p>　　根據(jù)這幾個模塊的功能，不難發(fā)現(xiàn)，這里采用的是鍵控法進行PSK調(diào)制，因此，設(shè)置完幾個模塊后，加上示波器運行，可得擴頻調(diào)制信號頻譜圖、示波器仿真圖分別如圖3

36、-13以及圖3-14。</p><p>　　圖 3-13 PSK調(diào)制信號功率譜 圖 3-14 調(diào)制信號示波器仿真圖</p><p>　　從上圖可知，調(diào)制信號在經(jīng)過與一個較高頻率載波信號調(diào)制后，相當于是將原來處于基帶的信號線性搬移到了高頻，且中心頻率恰好為504*pi，即1583.4左右，因此，此頻譜符合理論值。從圖3-14也可以得出調(diào)制的波形與理論一致。圖3-14中從上到

37、下依次是隨機二進制信號（即伯努利信號）、調(diào)制信號（已擴頻的）以及經(jīng)過調(diào)制后的信號。一條新號的翻轉(zhuǎn)是由輸入信號的下降沿與上升沿相一致的。</p><p>　　3.3 PSK解調(diào)模塊</p><p>　　在PSK調(diào)制模塊完成之后，在這基礎(chǔ)上完成解調(diào)模塊，為了使自己能夠更清楚的明白中間過程，因此最初之時并未在模擬信道中加入高斯白噪聲，最終調(diào)制完成之后，加上高斯白噪聲的PSK解調(diào)模塊圖如圖3-15

38、所示</p><p>　　圖 3-15 PSK解調(diào)仿真電路</p><p>　　在此電路中，包含了之前調(diào)整完成的擴頻系統(tǒng)，調(diào)制系統(tǒng)，各系統(tǒng)的參數(shù)與之前的設(shè)置一致，故在此不再贅述。</p><p>　　在PSK解調(diào)過程中，是將擴頻調(diào)制信號通過帶通濾波器之后，再與調(diào)制過程在同頻同相的載波和調(diào)制信號相乘，并通過低通濾波器得到信號，再通過零階保持電路和判決其組抽的抽樣判決器

39、得以還原原始調(diào)制信號。</p><p>　　PSK解調(diào)用到的模塊主要有Analog Filter Design 、Sine WaveFunction 、Zero-Order、Quantizing Encode。 Analog Filter Design指的是濾波器，在這次的設(shè)計中要用到兩次，一次用作帶通濾波器，一次用作低通濾波器，兩者的參數(shù)設(shè)置如圖3-16和圖3-17。</p><p>　

40、　圖 3-16 帶通濾波器設(shè)置 圖 3-17 低通濾波器設(shè)置</p><p>　　對于濾波器的設(shè)置要注意頻率的選擇，在帶通濾波器中，低一點的頻率是通過相乘的兩者信號頻率之差決定的，即504*pi-252*pi=252*pi，而高一點的頻率則是通過兩者頻率之和決定的，即504*pi+252*pi=756*pi。為了將需要的波形濾出，因此，低通濾波器的波形應該要與原擴頻信號的頻率一致，為252*p

41、i。同時，解調(diào)還需要通過抽樣判決器將波形濾出，Zero-Order、Quantizing Encode兩個模塊設(shè)置如圖3-18和圖3-19所示</p><p>　　圖 3-18 Zero-Order模塊設(shè)置</p><p>　　圖 3-19 Quantizing Encode模塊設(shè)置</p><p>　　當然，在此模擬系統(tǒng)的信道中加入了高斯噪聲，信道高斯噪聲模塊采用

42、Gaussian NoiseGenerator，這用于模擬實際信道中的干擾參數(shù)設(shè)計見下圖3-20所示：</p><p>　　圖 3-20 Gaussian NoiseGenerator模塊參數(shù)設(shè)置</p><p>　　運行解調(diào)模塊后，可得出解調(diào)模塊功率譜圖（經(jīng)過帶通濾波器）以及經(jīng)過低通濾波器的功率譜圖，分別如圖3-21和圖3-22。</p><p>　　圖 3-21

43、 經(jīng)過帶通濾波器的功率譜 圖 3-22 經(jīng)過低通濾波器功率譜</p><p>　　從功率譜圖很清楚的表示出調(diào)制、解調(diào)的過程，而示波器仿真圖如圖3-23所示</p><p>　　圖 3-23 解調(diào)模塊示波器圖</p><p>　　根據(jù)示波器的仿真圖分析可知，此解調(diào)系統(tǒng)基本符合理論，稍有延遲，但也將元波形還原出來，改圖從上至下依次表示擴頻信號、調(diào)制信號以及

44、解調(diào)信號。</p><p><b>　　3.4 解擴模塊</b></p><p>　　最后便是解擴模塊，在解擴模塊中，需要用到Gold Sequence Generator、Unit Delay、Logical Operator幾個模塊。其中Gold Sequence Generator模塊必須與之前6級gold擴頻碼保持一致，Logical Operator模塊也設(shè)

45、置為XOR即可，在此也不再贅述。關(guān)鍵是Unit Delay模塊，模塊參數(shù)設(shè)置如圖3-24，解擴系統(tǒng)的模塊總圖如圖3-25所示</p><p>　　圖 3-24 Unit Delay模塊設(shè)置 圖 3-25 解擴系統(tǒng)模塊</p><p>　　3.5 一段二進制信號擴頻調(diào)制系統(tǒng)仿真</p><p>　　當所有的模塊條通過，便開始進行運行仿真，電路圖如

46、圖3-1所示。運行完畢后，可觀測到誤碼率。從誤碼率來看，此系統(tǒng)仿真效果比較好，誤碼率比較低，只有0.01665。如圖3-26所示 </p><p>　　圖 3-26 誤碼率</p><p>　　運行完畢后，系統(tǒng)仿真示波器圖如圖3-27所示。</p><p>　　圖 3-27 一段二進制信號示波器仿真</p><p>　　根據(jù)原理圖可知，從上至

47、下波形依次為伯努利二進制隨機信號、擴頻信號、疊加噪聲后的調(diào)制信號、經(jīng)過帶通濾波器的波形、解調(diào)信號、解擴信號。從波形看可知，該系統(tǒng)仿真能夠?qū)⑿盘栠M行擴頻調(diào)制解調(diào)。</p><p>　　3.6 兩段二進制信號擴頻調(diào)制系統(tǒng)模擬仿真</p><p>　　再調(diào)通完成一段二進制信號的模擬方針之后，就要考慮如何將兩段信號在空間中疊加后再還原。這也就意味著更加貼近生活的模擬仿真。通過運行，示波器波形結(jié)果如

48、圖3-28所示</p><p>　　圖 3-28 兩段二進制信號示波器仿真</p><p>　　在圖3-28中，從上至下依次是第一段信號的二進制信號、第一段信號的解擴還原信號，第二段信號的二進制信號以及第二段信號的解擴還原信號，除開一些延遲，基本與原信號保持一致。</p><p>　　為保證能夠取得兩段不同的二進制隨機序列且經(jīng)過兩段不同的6級gold擴頻碼，也需要更

49、改兩者的模塊設(shè)置，由于第一段信號可以采用之前的數(shù)據(jù)，故只需更改第二段信號的兩個模塊的參數(shù)，其中伯努利信號模塊更改設(shè)置如圖3-29所示，6級gold序列則如圖3-30所示。</p><p>　　圖 3-29 伯努利信號模塊2 圖 3-30 6級gold碼模塊2</p><p>　　在圖3-29中，通過更改initial seed的參數(shù)，可以得出不同的二進制隨機信號。

50、在圖3-30中，通過查閱資料得知gold碼序列的產(chǎn)生是由兩段PN碼異或產(chǎn)生，而每個PN碼的preferred polynomial的數(shù)據(jù)則是根據(jù)6級m序列的特征多項式得出，例如表示序列[1 0 0 0 0 1 1]，因此，更改兩種不同序列即可產(chǎn)生不同的波形，示波器觀測對比如圖3-31所示。其中第一、二行為不同伯努利信號，三、四行為不同6級gold擴頻碼。</p><p>　　圖 3-31 對比信號</p&g

51、t;<p>　　在圖3-2中所展示的模塊中，以上半部分（即第一段信號）為例，在Subsystem以及Subsystem1封裝圖如圖3-32和圖3-33所示，在Subsystem2內(nèi)如圖3-34所示。</p><p>　　圖 3-32 Subsystem模塊 圖 3-33 Subsystem1模塊</p><p>　　圖 3-34 Subsyste

52、m2模塊</p><p>　　在圖3-32與圖3-33中的各個模塊均與之前的設(shè)置一致，要想將原信號過濾出來關(guān)鍵在于Subsystem2模塊內(nèi)的低通濾波器，抽樣判決的設(shè)置。</p><p>　　在調(diào)試這兩個模塊的時候，每次調(diào)整觀察時，都需要查看原始二進制信號波形，第一次系統(tǒng)解擴信號波形，經(jīng)過低通濾波器的波形，經(jīng)過抽樣判決的波形以及最終解調(diào)還原的波形。通過幾個波形的不同，一步一步的調(diào)制參數(shù)，最

53、終為了選定比較好的橢圓濾波器，將選取好的Analog Filter Design濾波器參數(shù)設(shè)置中，將默認的濾波器類型由butterworth改為elliptic，并且為了能夠濾除處于低頻的原始信號，可以將頻率設(shè)置為30*pi左右如圖3-34所示。</p><p>　　圖3-34 Analog Filter Design模塊</p><p>　　同時，將抽樣電平即零階保持電路Zero-Or

54、der模塊設(shè)置在比較恰當?shù)奈恢?，最終經(jīng)過逐步的調(diào)試，解調(diào)出來的波形圖如圖3-35所示</p><p>　　圖3-35 Subsystem2模塊示波器圖</p><p>　　3.7 仿真結(jié)果與分析</p><p>　　在通過這次試驗，我們可以看出，信號通過CDMA系統(tǒng)之后，即使信道中有噪聲，系統(tǒng)還是能夠無誤碼率的將信號還原出來，足以證明CDMA的抗噪聲性能非常優(yōu)越。

55、同時，在前面也介紹了各個模塊所設(shè)置的功率譜，根據(jù)分析，也都基本符合理論值。</p><p>　　4 出現(xiàn)的問題及解決方法</p><p>　　在此次長達兩個星期的課程設(shè)計中，通過查閱資料進行實驗的設(shè)計，但是在過程中我們也遇到了如下問題。</p><p>　　1、在進行系統(tǒng)仿真的時候，由于沒有添加延時器Unit delay模塊，因此系統(tǒng)運行之后的誤碼率一直都很高，達到

56、0.5左右，后來使用示波器觀測各處的波形，發(fā)現(xiàn)有延遲，之后經(jīng)過自己調(diào)整，在解擴中添加了延遲模塊，最終將誤碼率控制到比較小的數(shù)據(jù)。在后期的課程設(shè)計過程中，通過詢問老師得知，信號在經(jīng)過帶通濾波器的時候也將使信號產(chǎn)生一段延時，所以也可以將帶通濾波器去除，在后期檢查對比實驗中，通過實驗，也可以得出結(jié)論。</p><p>　　2、在檢查一段信號的系統(tǒng)仿真時，第一次檢測示波器的圖樣，發(fā)現(xiàn)示波器的圖形只有一小段，而且有一段為直

57、線，其中還有一段正弦波形曲線不圓滑反而是用直線鏈接，通過詢問老師，才發(fā)現(xiàn)原來在設(shè)置仿真采樣的步長過長，可以在simulation選項中configuration parameters選項，將Max step size設(shè)置為gold碼周期的十分之一，即1/1260即可。</p><p>　　3、在系統(tǒng)仿真時，由于頻譜顯示模塊的參數(shù)設(shè)置不對，雖然示波器波形正確，但是在顯示頻譜圖的時候出現(xiàn)不準確的情況，通過詢問老師得知

58、，由于我之前在用頻譜儀進行觀測時，并未根據(jù)信號本身特點設(shè)置參數(shù)，因此，再通過理論分析各觀測點的特點，包括信號頻率等參數(shù)，再以此來更改參數(shù)，例如在對伯努利信號的頻譜檢測時，打開頻譜儀設(shè)置參數(shù)，由于伯努利信號的設(shè)置的信號頻率為4*pi（rad/s），因此，在設(shè)置參數(shù)時可以將sample time設(shè)置為0.05，即可比較好的觀測信號的頻譜，同時length of buffer設(shè)置為128，number of points for fft設(shè)置為

59、256，plot after how many points設(shè)置為32，表示每32個點畫圖，這樣畫出的圖效果比較理想，接近理論值，其他各觀測點的頻譜儀也依次更改參數(shù)即可。</p><p>　　4、最后在進行模擬兩位用戶的頻譜分析的時候，一直未能將信號還原，中途曾想過用改變兩位用戶不同頻率的參數(shù)來還原信號，最終由于此方法違背了原理，也因此放棄此方法，選擇了在第一次解擴完成之后再通過一個低通濾波器進行還原信號，通過多

60、次的更改濾波器參數(shù)，并邊觀測，邊查找錯誤，最終完成信號的還原。</p><p><b>　　5 結(jié)束語</b></p><p>　　在長達兩周的課程設(shè)計中，通過自己的努力以及大家的幫助，最終在課程設(shè)計結(jié)束之際完成了此次項目。</p><p>　　本次課程設(shè)計是通過所學的《通信原理》，針對現(xiàn)實生活中的信號傳輸進行模擬仿真。通過此次課程設(shè)計，很直觀

61、的看出，即使中途有高斯噪聲的干擾，除開會有一些延遲，最終CDMA擴頻系統(tǒng)都能夠無失真的將信號還原出來。 </p><p>　　當然，花了兩個星期的時間完成了這次課程設(shè)計，我收獲了許多東西。在這次課程設(shè)計里，我感受到了知識的可貴，不管是在做擴頻仿真，還是信號的調(diào)制與解調(diào)，每一部都是要仔仔細細查閱資料才可以完成，最讓我覺得開心的是，在課堂上不能弄懂的東西，在此次設(shè)計濾波器參數(shù)的時候，通過觀測檢測值的頻譜，能夠更加對濾

62、波器的使用進行了解。同時，通過自己設(shè)計模擬一個能夠恢復信號的系統(tǒng)，也使自己初步對日常生活中的通信有一個大致的了解。</p><p>　　除此之外，這次課程設(shè)計讓我懂得了仿真要做到模塊化、步驟分明。做一個系統(tǒng)仿真不是一蹴而就的，需要從基礎(chǔ)抓起，一步一步的將系統(tǒng)完善。第一天到機房的時候，就打開了matlab軟件做起了仿真來，然而卻弄不出個所以然來?？山?jīng)過老師的點撥之后，采取分模塊進行調(diào)試，最終也通過這樣的方式把一位用

63、戶的信息傳輸系統(tǒng)完成。這更讓我學會如何正確安排合理的事情的工作順序可經(jīng)過老師的課程安排，這樣合理安排各個環(huán)節(jié)，那么在后期調(diào)試的過程中，發(fā)現(xiàn)的錯誤也比較好找，假如一開始就將整個模塊都連好，那出錯了就很難分析，不知道錯在哪，測試也也難測試出來。由淺入神深，先簡單在復雜，多高的大夏也是由不起眼的磚切成的，這也是同樣的道理?。?lt;/p><p>　　此次課程設(shè)計結(jié)束了，這次課程設(shè)計不僅鞏固我們在書上學習的基本內(nèi)容，還在一定

64、程度上提高了我們的動手能力，以及能力上的提高。這兩個星期的時間里的所做所感，以及同學之間的互助，老師的指導在心中不會結(jié)束，我不會僅僅只停留在此次的課程設(shè)計上，在以后的學習、生活和工作中我也會不斷的學習這方面的知識來充實自己。在此我感謝學校給予我們這樣一個親自體驗設(shè)計的機會，通時也感謝在此期間悉心指導我們課程設(shè)計的老師及周圍同學們的支持和無私的幫助！</p><p><b>　　參考文獻</b>