通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告---cdma直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真

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

2、進(jìn)行擴(kuò)頻解碼以恢復(fù)原信號(hào)，實(shí)驗(yàn)中能夠看到兩位用戶信號(hào)均能夠還原，通過兩次的輸出與輸入的波形比較，最終實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和理論分析的基本一致，從而達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的。</p><p>　　關(guān)鍵詞 CDMA系統(tǒng) 直接擴(kuò)頻通信 glod碼 信號(hào)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(jià)值，促進(jìn)社會(huì)成員之間的合作，推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。在當(dāng)今高度信息化的社會(huì)，信息和通信已成為社會(huì)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(jì)算機(jī)技術(shù)相互融合，已成為21世紀(jì)國(guó)際社會(huì)和世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)大推動(dòng)力。數(shù)字通信，作為通信行業(yè)中的后起之秀，相對(duì)于傳統(tǒng)的模擬通信,有抗干擾能力強(qiáng)，通信質(zhì)量不受距離影響，信號(hào)易于調(diào)制、保密性高、可自動(dòng)發(fā)現(xiàn)與控制差

4、錯(cuò)、可與計(jì)算機(jī)相連接、支持多種通信業(yè)務(wù)。但是，由于數(shù)字通信對(duì)同步要求高，因而系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜。不過隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)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(fù)雜程度大大降低。同時(shí)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(yīng)用必將越來越廣泛[1] 。</p><p>　　1.1 課程設(shè)計(jì)目的</p><p>　　此次通信原理課程

5、設(shè)計(jì)的目的主要是仿真CDMA的直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。在MATLAB的Simulink中選擇相應(yīng)的信號(hào)發(fā)生器模塊，產(chǎn)生兩段隨機(jī)二進(jìn)制基帶信號(hào)，再分別利用不同的6級(jí)GOLD碼作為擴(kuò)頻序列進(jìn)行擴(kuò)頻編碼后再進(jìn)行PSK調(diào)制，在接收端對(duì)其進(jìn)行PSK解調(diào)和擴(kuò)頻解碼以恢復(fù)原信號(hào)，比較傳輸信號(hào)、已擴(kuò)頻信號(hào)，調(diào)制信號(hào)，解調(diào)信號(hào)和解擴(kuò)頻信號(hào)的功率譜密度，結(jié)合理論說明CDMA直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)要求模型設(shè)計(jì)應(yīng)該符合工程實(shí)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(yīng)該一致，且符合理論。</p><p>　　1.2 課程設(shè)計(jì)的步驟</p><p>　　根據(jù)任務(wù)書要求可知，此次課程設(shè)計(jì)需要模擬兩段隨機(jī)信號(hào)經(jīng)過擴(kuò)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(kuò)頻之后還原原始的模擬隨機(jī)信號(hào)。因此，我在此次設(shè)計(jì)次系統(tǒng)之前先將只有一段隨機(jī)信號(hào)的擴(kuò)頻、解調(diào)、調(diào)制、解擴(kuò)頻的系統(tǒng)完善，再根據(jù)此系統(tǒng)仿真、觀測(cè)波形準(zhǔn)確無誤之后，

7、在模擬兩段隨機(jī)信號(hào)擴(kuò)頻、調(diào)制之時(shí)進(jìn)行疊加完成整個(gè)系統(tǒng)的仿真。同時(shí)，在設(shè)計(jì)一段信號(hào)的系統(tǒng)模型的時(shí)候，按照擴(kuò)頻、調(diào)制、解調(diào)、解擴(kuò)頻的順序進(jìn)行依次仿真，如圖1-1所示</p><p>　　圖1-1 一段二進(jìn)制信號(hào)擴(kuò)頻仿真流程圖</p><p><b>　　1.3 設(shè)計(jì)平臺(tái)</b></p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)平臺(tái)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(gè)動(dòng)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(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用

9、于或被要求應(yīng)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(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)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(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建

10、立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)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(jì)原理 </b></p><p>　　2.1 CDMA系統(tǒng)概述</p><p>　　所謂擴(kuò)展頻譜通信，可簡(jiǎn)單表述如下：“擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方式，

11、其信號(hào)所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必需的最小帶寬；頻帶的擴(kuò)展是通過一個(gè)獨(dú)立的碼序列來完成，用編碼及調(diào)制的方法來實(shí)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(jìn)行相關(guān)同步接收、解擴(kuò)及恢復(fù)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(hào)不是靠頻率不同或時(shí)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(hào)的不同波形來區(qū)分的。多個(gè)CDMA信號(hào)在頻域和時(shí)域上是重疊的，接受機(jī)

12、用相關(guān)器在多個(gè)CDMA信號(hào)中選出其中使用與編碼型的信號(hào)。CDMA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[2]。</p><p><b>　　2.2擴(kuò)頻原理</b&

13、gt;</p><p>　　概念：擴(kuò)展頻譜技術(shù)一般是指用比信號(hào)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(cuò)控制），載波調(diào)制與解調(diào)，擴(kuò)頻調(diào)制與解擴(kuò)和信道六大部分組成。信源編碼的目的是去點(diǎn)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(cuò)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(cuò)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(hào)能在適當(dāng)?shù)念l段傳輸，如微波頻段，短波頻段。擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)時(shí)為了某種目的而進(jìn)行的信號(hào)頻譜的展寬和還原技術(shù)。</p><p>　　擴(kuò)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(hào)功率，W；</p><p>　　N——噪聲功率，W。</p><p>　　香農(nóng)公式表明了一個(gè)信道無差錯(cuò)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(duì)(1

16、-1)式進(jìn)行變換</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　對(duì)于干擾環(huán)境中的典型情況，當(dāng)時(shí)，用冪級(jí)數(shù)展開(1-2)式，并略去高次項(xiàng)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(duì)于任意給定的噪聲信號(hào)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(cuò)地傳輸信息的速率C。或者說在信道中當(dāng)傳輸系統(tǒng)的信號(hào)噪聲功率比下降時(shí)，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?；蛘哒f對(duì)于任意給定的信號(hào)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(cuò)率。</

18、p><p>　　擴(kuò)頻通信系統(tǒng)正是利用這一原理，用高速率的擴(kuò)頻碼來擴(kuò)展待傳輸信息信號(hào)帶寬的手段，來達(dá)到提高系統(tǒng)抗干擾能力的目的。擴(kuò)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(hào)功率的條件下，具有較強(qiáng)的抗干擾的能力。</p><p>　　2.3擴(kuò)頻碼的表達(dá)式和特性</p><p>　　表達(dá)式：擴(kuò)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(hào)功率，W；</p><p>　　N——噪聲功率，W。</

20、p><p>　　香農(nóng)公式表明了一個(gè)信道無差錯(cuò)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(duì)(2-3)式進(jìn)行變換</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　對(duì)于干擾環(huán)境中的典型情況，當(dāng)時(shí)，用冪級(jí)數(shù)展開(1

21、-12)式，并略去高次項(xiàng)得</p><p><b>　　(2-7)</b></p><p>　　即 </p><p>　　特性：抗干擾能力強(qiáng)，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(shí)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(cè)距能

22、力、技術(shù)復(fù)雜[3]。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)中先做出一段二進(jìn)制隨機(jī)信號(hào)擴(kuò)頻仿真，在一段信號(hào)的這個(gè)系統(tǒng)中，先將運(yùn)用6級(jí)gold碼作為對(duì)輸入的信號(hào)擴(kuò)頻的擴(kuò)頻碼，擴(kuò)頻之后再進(jìn)行Psk調(diào)制，之后經(jīng)過解調(diào)、解擴(kuò)再將得到的信號(hào)輸出。它的設(shè)計(jì)過程如下：運(yùn)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(gè)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(kuò)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(kuò)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(jìn)制隨機(jī)信號(hào)擴(kuò)頻仿真系統(tǒng)電路圖 </p><p>　　再做完一段二進(jìn)制

25、隨機(jī)信號(hào)擴(kuò)頻仿真之后，根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活中的情況進(jìn)行模擬，即產(chǎn)生另外一段不同的二進(jìn)制隨機(jī)序列以及不同的6級(jí)gold碼序列進(jìn)行擴(kuò)頻，將兩段擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后，在信道中進(jìn)行疊加，并加入噪聲，最后再將疊加的信號(hào)進(jìn)行分別的解調(diào)、解擴(kuò)。這就好比兩個(gè)人在一同打電話給各自朋友，但是兩人的電話信號(hào)在空間中相互疊加，采取何種方式對(duì)各自信號(hào)解調(diào)、擴(kuò)頻才能準(zhǔn)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(gè)模型，根據(jù)最初的模塊進(jìn)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(jìn)制隨機(jī)信號(hào)擴(kuò)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(shí)生活，也便于研究的方便，此次課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)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(kuò)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(kuò)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(kuò)頻編碼模塊</p><p>　　因?yàn)槭紫仁窃谝欢味M(jìn)制隨機(jī)信號(hào)擴(kuò)頻仿真系統(tǒng)開始的，因此，先從該系統(tǒng)中設(shè)置好擴(kuò)頻模塊。通過查閱資料，可以了解在擴(kuò)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(kuò)頻仿真模塊，并且對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)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(zhǎng)sample time為0.5， 即信號(hào)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(hào)模塊參數(shù)設(shè)置 圖 3-4 gold碼信號(hào)模塊參數(shù)設(shè)置</p><p>　　由于是要產(chǎn)生一段擴(kuò)頻信號(hào)，因此選取的6級(jí)gold碼的信

29、號(hào)頻率應(yīng)該要遠(yuǎn)大于基帶二進(jìn)制隨機(jī)信號(hào)。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(shí)n=6，N=63。因此可設(shè)步長(zhǎng)sample time為0.5/63，即信號(hào)頻率為252*pi（rad/s），模塊設(shè)置如圖3-4所示。</p><p>　　同時(shí)，對(duì)于logical operator模塊，將其設(shè)置為XOR的異或功能即可。整個(gè)擴(kuò)頻仿真系統(tǒng)模塊圖如圖3-5所示：</p><

30、p>　　圖 3-5 擴(kuò)頻仿真系統(tǒng)</p><p>　　在運(yùn)行擴(kuò)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(hào)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(hào)功率譜 圖 3-7 gold碼功率譜</p><p>　　在功率譜圖中有三個(gè)小圖，從上至下分別表示時(shí)域波形、功率頻譜以及相位的

31、功率譜圖。以伯努利信號(hào)為例，此信號(hào)的示波器仿真圖與時(shí)域波形一直，又由于此信號(hào)為基帶信號(hào)，因此功率頻譜在0頻率附近，根據(jù)信號(hào)功率為4*pi （rad/s）可知，該功率譜應(yīng)在12.5664以內(nèi)，從圖中看來，與理論值基本符合，最后一個(gè)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(kuò)頻信號(hào)的功率譜圖以及擴(kuò)頻信號(hào)的波形圖，分別如圖3-8以及圖3-9所示。</p><p

32、>　　圖 3-8 擴(kuò)頻信號(hào)功率譜 圖 3-9 擴(kuò)頻信號(hào)示波器仿真</p><p>　　根據(jù)示波器的仿真均與三個(gè)模塊的時(shí)域波形相吻合，在圖3-9中，第一幅圖為基帶二進(jìn)制隨機(jī)信號(hào)，第二幅圖為擴(kuò)頻信號(hào)，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(shí)，加上之前做好的擴(kuò)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(hào)，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(hào)的頻率，即大于擴(kuò)頻信號(hào)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(shí)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(kuò)頻信號(hào)經(jīng)過一個(gè)開關(guān)電路才可以達(dá)到調(diào)至效果，此時(shí)只需要將Gain模塊設(shè)置為圖3-12所示即可，即設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)，用于控制是正常接入還是180移相接入，參數(shù)設(shè)計(jì)只需將Criteria for passing first input選項(xiàng)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(gè)模塊的功能，不難發(fā)現(xiàn)，這里采用的是鍵控法進(jìn)行PSK調(diào)制，因此，設(shè)置完幾個(gè)模塊后，加上示波器運(yùn)行，可得擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)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(hào)功率譜 圖 3-14 調(diào)制信號(hào)示波器仿真圖</p><p>　　從上圖可知，調(diào)制信號(hào)在經(jīng)過與一個(gè)較高頻率載波信號(hào)調(diào)制后，相當(dāng)于是將原來處于基帶的信號(hào)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(jī)二進(jìn)制信號(hào)（即伯努利信號(hào)）、調(diào)制信號(hào)（已擴(kuò)頻的）以及經(jīng)過調(diào)制后的信號(hào)。一條新號(hào)的翻轉(zhuǎn)是由輸入信號(hào)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(shí)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(kuò)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(kuò)頻調(diào)制信號(hào)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(hào)相乘，并通過低通濾波器得到信號(hào)，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(hào)。</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(jì)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(duì)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(diǎn)的頻率是通過相乘的兩者信號(hào)頻率之差決定的，即504*pi-252*pi=252*pi，而高一點(diǎn)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(yīng)該要與原擴(kuò)頻信號(hào)的頻率一致，為252*p

41、i。同時(shí)，解調(diào)還需要通過抽樣判決器將波形濾出，Zero-Order、Quantizing Encode兩個(gè)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(dāng)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(shí)際信道中的干擾參數(shù)設(shè)計(jì)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(yùn)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(kuò)頻信號(hào)、調(diào)制信號(hào)以及

44、解調(diào)信號(hào)。</p><p><b>　　3.4 解擴(kuò)模塊</b></p><p>　　最后便是解擴(kuò)模塊，在解擴(kuò)模塊中，需要用到Gold Sequence Generator、Unit Delay、Logical Operator幾個(gè)模塊。其中Gold Sequence Generator模塊必須與之前6級(jí)gold擴(kuò)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(kuò)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(kuò)系統(tǒng)模塊</p><p>　　3.5 一段二進(jìn)制信號(hào)擴(kuò)頻調(diào)制系統(tǒng)仿真</p><p>　　當(dāng)所有的模塊條通過，便開始進(jìn)行運(yùn)行仿真，電路圖如

46、圖3-1所示。運(yùn)行完畢后，可觀測(cè)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(yùn)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(jìn)制信號(hào)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(jìn)制隨機(jī)信號(hào)、擴(kuò)頻信號(hào)、疊加噪聲后的調(diào)制信號(hào)、經(jīng)過帶通濾波器的波形、解調(diào)信號(hào)、解擴(kuò)信號(hào)。從波形看可知，該系統(tǒng)仿真能夠?qū)⑿盘?hào)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)。</p><p>　　3.6 兩段二進(jìn)制信號(hào)擴(kuò)頻調(diào)制系統(tǒng)模擬仿真</p><p>　　再調(diào)通完成一段二進(jìn)制信號(hào)的模擬方針之后，就要考慮如何將兩段信號(hào)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(yùn)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(jìn)制信號(hào)示波器仿真</p><p>　　在圖3-28中，從上至下依次是第一段信號(hào)的二進(jìn)制信號(hào)、第一段信號(hào)的解擴(kuò)還原信號(hào)，第二段信號(hào)的二進(jìn)制信號(hào)以及第二段信號(hào)的解擴(kuò)還原信號(hào)，除開一些延遲，基本與原信號(hào)保持一致。</p><p>　　為保證能夠取得兩段不同的二進(jìn)制隨機(jī)序列且經(jīng)過兩段不同的6級(jí)gold擴(kuò)頻碼，也需要更

49、改兩者的模塊設(shè)置，由于第一段信號(hào)可以采用之前的數(shù)據(jù)，故只需更改第二段信號(hào)的兩個(gè)模塊的參數(shù)，其中伯努利信號(hào)模塊更改設(shè)置如圖3-29所示，6級(jí)gold序列則如圖3-30所示。</p><p>　　圖 3-29 伯努利信號(hào)模塊2 圖 3-30 6級(jí)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(jìn)制隨機(jī)信號(hào)。

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(gè)PN碼的preferred polynomial的數(shù)據(jù)則是根據(jù)6級(jí)m序列的特征多項(xiàng)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(cè)對(duì)比如圖3-31所示。其中第一、二行為不同伯努利信號(hào)，三、四行為不同6級(jí)gold擴(kuò)頻碼。</p><p>　　圖 3-31 對(duì)比信號(hào)</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(hào)）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(gè)模塊均與之前的設(shè)置一致，要想將原信號(hào)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(gè)模塊的時(shí)候，每次調(diào)整觀察時(shí)，都需要查看原始二進(jìn)制信號(hào)波形，第一次系統(tǒng)解擴(kuò)信號(hào)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(gè)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(rèn)的濾波器類型由butterworth改為elliptic，并且為了能夠?yàn)V除處于低頻的原始信號(hào)，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(shí)，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(dāng)?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(yàn)，我們可以看出，信號(hào)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(hào)還原出來，足以證明CDMA的抗噪聲性能非常優(yōu)越。

55、同時(shí)，在前面也介紹了各個(gè)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(zhǎng)達(dá)兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)中，通過查閱資料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，但是在過程中我們也遇到了如下問題。</p><p>　　1、在進(jìn)行系統(tǒng)仿真的時(shí)候，由于沒有添加延時(shí)器Unit delay模塊，因此系統(tǒng)運(yùn)行之后的誤碼率一直都很高，達(dá)到

56、0.5左右，后來使用示波器觀測(cè)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(kuò)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(jì)過程中，通過詢問老師得知，信號(hào)在經(jīng)過帶通濾波器的時(shí)候也將使信號(hào)產(chǎn)生一段延時(shí)，所以也可以將帶通濾波器去除，在后期檢查對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，通過實(shí)驗(yàn)，也可以得出結(jié)論。</p><p>　　2、在檢查一段信號(hào)的系統(tǒng)仿真時(shí)，第一次檢測(cè)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(zhǎng)過長(zhǎng)，可以在simulation選項(xiàng)中configuration parameters選項(xiàng)，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(shí)，由于頻譜顯示模塊的參數(shù)設(shè)置不對(duì)，雖然示波器波形正確，但是在顯示頻譜圖的時(shí)候出現(xiàn)不準(zhǔn)確的情況，通過詢問老師得知

58、，由于我之前在用頻譜儀進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，并未根據(jù)信號(hào)本身特點(diǎn)設(shè)置參數(shù)，因此，再通過理論分析各觀測(cè)點(diǎn)的特點(diǎn)，包括信號(hào)頻率等參數(shù)，再以此來更改參數(shù)，例如在對(duì)伯努利信號(hào)的頻譜檢測(cè)時(shí)，打開頻譜儀設(shè)置參數(shù)，由于伯努利信號(hào)的設(shè)置的信號(hào)頻率為4*pi（rad/s），因此，在設(shè)置參數(shù)時(shí)可以將sample time設(shè)置為0.05，即可比較好的觀測(cè)信號(hào)的頻譜，同時(shí)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(gè)點(diǎn)畫圖，這樣畫出的圖效果比較理想，接近理論值，其他各觀測(cè)點(diǎn)的頻譜儀也依次更改參數(shù)即可。</p><p>　　4、最后在進(jìn)行模擬兩位用戶的頻譜分析的時(shí)候，一直未能將信號(hào)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(hào)，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(kuò)完成之后再通過一個(gè)低通濾波器進(jìn)行還原信號(hào)，通過多

60、次的更改濾波器參數(shù)，并邊觀測(cè)，邊查找錯(cuò)誤，最終完成信號(hào)的還原。</p><p><b>　　5 結(jié)束語</b></p><p>　　在長(zhǎng)達(dá)兩周的課程設(shè)計(jì)中，通過自己的努力以及大家的幫助，最終在課程設(shè)計(jì)結(jié)束之際完成了此次項(xiàng)目。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)是通過所學(xué)的《通信原理》，針對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中的信號(hào)傳輸進(jìn)行模擬仿真。通過此次課程設(shè)計(jì)，很直觀

61、的看出，即使中途有高斯噪聲的干擾，除開會(huì)有一些延遲，最終CDMA擴(kuò)頻系統(tǒng)都能夠無失真的將信號(hào)還原出來。 </p><p>　　當(dāng)然，花了兩個(gè)星期的時(shí)間完成了這次課程設(shè)計(jì)，我收獲了許多東西。在這次課程設(shè)計(jì)里，我感受到了知識(shí)的可貴，不管是在做擴(kuò)頻仿真，還是信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)，每一部都是要仔仔細(xì)細(xì)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(jì)濾波器參數(shù)的時(shí)候，通過觀測(cè)檢測(cè)值的頻譜，能夠更加對(duì)濾

62、波器的使用進(jìn)行了解。同時(shí)，通過自己設(shè)計(jì)模擬一個(gè)能夠恢復(fù)信號(hào)的系統(tǒng)，也使自己初步對(duì)日常生活中的通信有一個(gè)大致的了解。</p><p>　　除此之外，這次課程設(shè)計(jì)讓我懂得了仿真要做到模塊化、步驟分明。做一個(gè)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(jī)房的時(shí)候，就打開了matlab軟件做起了仿真來，然而卻弄不出個(gè)所以然來?？山?jīng)過老師的點(diǎn)撥之后，采取分模塊進(jìn)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(xué)會(huì)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(gè)環(huán)節(jié)，那么在后期調(diào)試的過程中，發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤也比較好找，假如一開始就將整個(gè)模塊都連好，那出錯(cuò)了就很難分析，不知道錯(cuò)在哪，測(cè)試也也難測(cè)試出來。由淺入神深，先簡(jiǎn)單在復(fù)雜，多高的大夏也是由不起眼的磚切成的，這也是同樣的道理啊！</p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，這次課程設(shè)計(jì)不僅鞏固我們?cè)跁蠈W(xué)習(xí)的基本內(nèi)容，還在一定

64、程度上提高了我們的動(dòng)手能力，以及能力上的提高。這兩個(gè)星期的時(shí)間里的所做所感，以及同學(xué)之間的互助，老師的指導(dǎo)在心中不會(huì)結(jié)束，我不會(huì)僅僅只停留在此次的課程設(shè)計(jì)上，在以后的學(xué)習(xí)、生活和工作中我也會(huì)不斷的學(xué)習(xí)這方面的知識(shí)來充實(shí)自己。在此我感謝學(xué)校給予我們這樣一個(gè)親自體驗(yàn)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，通時(shí)也感謝在此期間悉心指導(dǎo)我們課程設(shè)計(jì)的老師及周圍同學(xué)們的支持和無私的幫助！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b>