毕业设计(论文)基于SYSTEMVIEW的直序扩频通信系统仿真.doc
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1、题目 基于System View的直序扩频通信系统仿真 摘要 扩频通信系统与常规的通信系统相比,具有很强的抗干扰能力,如抗人为干扰、抗窄带干扰、抗多径干扰等,并具有信息隐蔽、多址保密通信等特点,已从军事应用向民用通信应用迅速发展。利用System View软件作为平台,对扩频通信中最典型的扩频工作方式直接序列扩频系统(DSSS)进行了仿真分析;通过时域波形对比发送端和接收终端两个波形图,可明显观察到,解扩后的信号与输入的原始信号波形基本一致,并注意到接收端有一些毛刺, 这是由于时间脉冲信号的脉宽有误差而造成的。通过对频谱波形的分析可知,扩频系统抗噪声能力很强,当不断加大噪声的幅度,达到系统的干
2、扰门限时, 则不能准确地恢复原始信息。结果证明随着扩频增益的增大,系统的误码率越小,同时扩频系统性能的好坏很大程度上还取决于扩频码的特性。关键词 扩频通信 仿真 System View Title Based on The System View Direct Sequence Spread Spectrum Communication System Simulation Abstrac The spread spectrum communication system and the conventional communication system, have very strong com
3、pared the anti-interference ability, such as HIV human interference, fight narrowband interference, fight multipath interference, etc, and has the information hiding, multiple address secret communication and other characteristics, already from military application to civil communication application
4、 developing rapidly. Use System View software platform to spread spectrum communication, as the most typical spread spectrum work-way direct sequence spread spectrum system (DSSS) are analyzed; Through the time domain waveform contrast the sending end and receiving terminal two waveform figure, can
5、obviously observed after the expansion, solution and the input signal of the original signal waveform, and pay attention to the same at the receiving end has some burr, this is due to the time pulse signal pulse width is caused by the error. Through the analysis of the waveform of frequency spectrum
6、, it is known that spread spectrum system anti-noise ability is very strong, when rising of the amplitude, achieve system noise interference threshold, it cant accurately restored the original message. Results show that with the increase of spread spectrum gain, the system ber is smaller, and spread
7、 spectrum system the performance to a large extent depends on the characteristics of the code is spread spectrum. Keyword spread spectrum communication simulation System View 目录1.前言11.1选题背景、意义11.2国内外现状12.直序扩频通信系统32.1 定义32.2 基本原理32.3 扩频通信系统的主要特点42.4扩频通信的方式52.5伪随机序列m序列52.6 直接序列扩频通信系统72.7 直接序列扩频通信系统性能的
8、分析92.7.1 抗干扰能力92.7.2 信噪比和误码率103.SYSTEM VIEW简介143.1 System View 软件介绍143.2 System View 主要特点144.直扩系统SYSTEM VIEW仿真174.1 直扩系统的原理框图174.2 直序扩频通信系统仿真(无噪声情况)184.2.1 系统模块及主要模块参数184.2.1 主要输出点波形204.3 直接扩频通信系统抗干扰性分析214.3.1 加入高斯白噪声后系统模型214.3.2 系统误码率的理论值与测量值的比较225.总结26致谢27参考文献28附录29附录1 直扩系统仿真模型图(无噪声)29附录2 直扩系统仿真模型
9、图(有噪声)301.前言1.1选题背景、意义扩频通信(spread spectrum communication)是近几年内迅速发展起来的一种通信技术。在早期研究这种技术的主要目的是为提高军事通信的保密和抗干扰的性能,因此这种技术的开发和应用一直是处于保密状态。美国在20世纪50 年代中期,就开始了对扩频通信的研究,当时主要侧重在空间探测、卫星侦察和军用通信等方面。以后,随着民用通信的频带拥挤日益严重,又由于近代微电子技术、信号处理技术、大规模集成电路和计算机技术的快速发展,与扩频通信有关的器件的成本大大地降低,从而进一步推动了扩频通信在民用领域的发展金额应用,而且也使扩频通信的理论和技术也得
10、到了进一步的发展。1990年1月,国际无线电咨询委员会(CCIR,现为ITUR)在研究未来民用陆地移动通信系统的计划报告中已明确地建议采用扩频通信技术。从扩频技术的历史可以看出,每一次技术上的大发展都是由巨大的需求驱动的。军事通信抗干扰的驱动以及个人通信业务的驱动使得扩频技术的抗干扰性能和码分多址能力得到最大限度的挖掘。展望未来,第四代移动通信系统(4G)的驱动无疑会使扩频技术传输高速数据的能力得到更大的拓展。 扩频通信,即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication),它与光纤通信、卫星通信,一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。扩频通信是将待传送的信息
11、数据被伪随机编码(扩频序列:Spread Sequence)调制,实现频谱扩展后再传输;接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理,恢复原始信息数据。这种通信方式与常规的窄道通信方式是有区别的: 一是信息的频谱扩展后形成宽带传输; 二是相关处理后恢复成窄带信息数据。1.2国内外现状 扩频通信技术诞生得较早,从20世纪40年代起,人们就开始了对扩频技术 的研究,其抗干扰性、抗窃听、自50年代中期美国军方开始研究,扩频通信技术一直为军事通信所独占,广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。进入20世纪60年代后,随着科学技术的迅猛发展,许多新型器件的出现,特别是大规模、超大规模集成电路、
12、微处理器、数字信号处理(DSP)器件、扩频专用集成电路(ASIC)以及FPGA等这样的新型器件的问世,使扩频通信技术有了重大的突破和发展。到本世纪80年代初扩频通信技术开始被应用于民用通信领域。为了满足目益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源,各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术,扩频技术已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。 从国内来看,近十多年来,出于民用通信特别是陆地移动通信的迅速发展,扩频通信的研究也在不断深入。各大高校及一些科研机构都在进行这方面的工作,如清华大学、天津大学、北京邮电大学、西安
13、电子科技大学、南京邮电大学等都在积极地开展扩频通信系统的研究。 从国外来看,军事通信技术的进步和发展,军工产品向民用产品的转化,直接推动了扩频通信理论、方法、技术等方面的研究发展和应用普及。抗测向等方面的能力早己被人们熟知。但由于扩频系统的设备复杂等多方面的原因,致使扩频通信技术一直都发展得较为缓慢。 2.直序扩频通信系统2.1 定义直接序列扩频系统是将要发送的信息用伪随机码(PN码)扩展到一个很宽的频带上去,在接收端,用与发端扩展用的相同的伪随机码对接收到的扩频信号进行相关处理,恢复出发送的信息。DSSS局域网可在很宽的频率范围内进行通信,支持12Mb/s数据速率,在发送和接收端都以窄带方式
14、进行,而传输过程中则以宽带方式通信。扩频技术在具体实施时由多种方案,但思路相同:把索引(也称为码或序列)加入到通信信道,插入码的方式正好定义了所讨论的扩频技术。术语“扩频”指将信号带宽扩展几个数量级,在信道中加入索引即可实现扩频。扩频技术更加精确的定义是:扩频是通过注入一个更高频率的信号将基带信号扩展到一个更宽的频带内的射频通信系统,即发射信号的能量被扩展到一个更宽的频带内使其看起来如同噪声一样。扩展带宽与初始信号之比称为处理增益(dB),典型的扩频处理增益可以从10dB到60dB。采用扩频技术,在天线之前发射链路的某处简单的引入相应的扩频码,这个过程称为扩频处理,结果将信息扩散到一个更宽的频
15、带内。在接收链路中数据恢复之前移去扩频码,称为解扩。解扩是在信号的原始带宽上重新构建信息。显然,在信息传输通路的两端需要预先知道扩频码。2.2 基本原理扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)简称扩频通信。扩频通信的基本特征是使用比发送的信息数据速率高许多倍的伪随机码把载有信息数据的基带信号的频谱进行扩展,形成宽带的低功率谱密度的信号来发射。香农(Shannon)在信息论的研究中得出了信道容量的公式:C=Blog2(1+S/N) 式(2-1)这个公式指示出:如果信息传输速率C不变,则带宽B和信噪比S/N是可以互换的,就是说增加带宽就可以在较低的信噪比的情况下以
16、相同的信息率来可靠的传输信息,甚至在信号被噪声淹没的情况下,只要相应的增加信号带宽,仍然保持可靠的通信,也就是可以用扩频方法以宽带传输信息来换取信噪比上的好处。2.3 扩频通信系统的主要特点扩频通信技术在发端以扩频编码进行扩频调制,在收端以相关解调技术收信,这一过程使其具有诸多优良特性:(1)抗干扰性强 抗干扰是扩频通信主要特性之一,比如信号扩频宽度为100倍,窄带干扰基本上不起作用,而宽带干扰的强度降低了100倍,如要保持原干扰强度,则需加大100倍总功率,这实质上是难以实现的。因信号接收需要扩频编码进行相关解扩处理才能得到,所以即使以同类型信号进行干扰,在不知道信号的扩频码的情况下,由于不
17、同扩频编码之间的不同的相关性,干扰也不起作用。正因为扩频技术抗干扰性强,美国军方在海湾战争等处广泛采用扩频技术的无线网桥来连接分布在不同区域的计算机网络。表示扩频通信特性的一个重要参数是扩频增益G(Spreading Gain),其定义为扩频前的信号带宽B1与扩频后的信号带宽B2之比。G=B2/B1扩频通信中,接收端对接收到的信号做扩频解调,只提取扩频编码相关处理后带宽为B1的信号成份,而排除了扩展到宽带B2中的干扰、噪声和其他用户通信的影响,相当于把接收信噪比提高了G倍。考虑到输出端的信噪比和接收系统损耗,可以认为实际的扩频增益带来的信噪比的改善为:M=G-输出端信噪比一系统损耗公式中的M叫
18、做抗干扰容限。(2)隐蔽性强、干扰小 因信号在很宽的频带上被扩展,则单位带宽上的功率很小,即信号功率谱密度很低。信号淹没在白噪声之中,别人难于发现信号的存在,再加之不知扩频编码,就更难拾取有用信号。而极低的功率谱密度,也很少对其他电讯设备构成干扰。(3)易于实现码分多址 扩频通信占用宽带频谱资源通信,改善了抗干扰能力,由于扩频通信要用扩频编码进行扩频调制发送,而信号接收需要用相同的扩频编码之间的相关解扩才能得到,这就给频率复用和多址通信提供了基础。充分利用不同码型的扩频编码之间的相关特性,分配给不同用户不同的扩频编码,就可以区别不同的用户的信号,众多用户,只要配对使用自己的扩频编码,就可以互不
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