基于MATLAB的宽带数字无线通信系统设计.pdf

发布时间：2022-06-20 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.61M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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摘要

第1章绪论

1.1课题背景

1.2直序扩频系统的特点

1.3直扩系统的发展

1.4本次设计的题目与目的

本章小结

第2章扩频通信系统基本原理

2.1扩频

2.1.1随机序列

2.1.2m序列

OLE_LINK1

OLE_LINK2

2.1.3扩频与直接序列扩频

2.2BPSK

2.3循环冗余校验

2.4交织

本章小结

第3章系统设计及Matlab仿真

3.1总体方案选择

3.2编码

3.2.1分组

3.2.2CRC校验

3.2.3交织

3.3BPSK与DSSS

3.3.1参数设置与信息输入

3.3.2BPSK部分

3.3.3扩频

3.3.4信道

3.3.5解扩

3.3.6bpsk解调

3.3.7采样判别检波

3.4误码分析

本章小结

结论

致谢

参考文献

附录程序源代码

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）摘要扩频技术原来是只应用在军事领域的通信技术，而如今第三代移动通信技术已经走进了老百姓的日常生活。3G 技术的核心技术正是扩频技术。因此身处在 3G 时代，对扩频技术的性能的研究显得格外重要。扩频技术以其优越的抗噪声性能，和其在码分多址系统中的作用得到了很高的重视和很大的发展。本文阐述了扩频通信的基本原理。然后根据基本的数字通信的基本原理建立了一个宽带无线数字通信系统，并用 Matlab 软件进行的系统仿真及抗噪声性能的分析。此系统用了二进制相移键控作为调制方法，用循环冗余校验以及交织技术作为差错控制，并做了简单的数据帧格式设计。关键词关键词关键词关键词：：：：直接序列扩频相移键控 Matlab 循环冗余校验交织 -I-

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） Abstract Abstract Abstract Abstract At first spread spectrum technology was only for military use. But now the third generation mobile communication technology has been used by almost everyone. The core of the 3G is spread spectrum technology. So it is important to study the performance of the spread spectrum system. Spread spectrum technology has been pay lot of attention and great developed. This article introduced the principle of spread spectrum, and designed a basic wireless broadband digital communication system based on principle of digital communication which use Direct Sequence Spread Spectrum as the main technology, then simulate it use Matlab to check its noise immunity. this system use bpsk as its modulate technology ， use Cyclic Redundancy Check and error control. this system has designed a simple form of frame. Interleaving for Keywords Keywords Keywords Keywords：Direct Sequence Spread Spectrum; Cyclic Redundancy Check; Interleaving; Bpsk; Matlab -II-

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）目录摘要................................................................................................................. I Abstract............................................................................................................. II 第 1 章绪论.......................................................................................................5 1.1 课题背景............................................................................................. 5 1.2 直序扩频系统的特点.........................................................................2 1.2.1.直序扩频通信系统的优点...................................................... 2 1.3 直扩系统的发展.................................................................................3 1.4 本次设计的题目与目的.....................................................................4 本章小结.....................................................................................................5 第 2 章技术原理.............................................................................................. 6 2.1 扩频......................................................................................................6 2.1.1 随机序列..................................................................................6 2.1.2 m 序列....................................................................................... 7 2.1.3 扩频与直接序列扩频............................................................. 9 2.2 BPSK...................................................................................................12 2.3 循环冗余校验................................................................................... 12 2.4 交织....................................................................................................13 本章小结...................................................................................................14 第 3 章系统设计及 Matlab 仿真..................................................................16 3.1 总体方案选择................................................................................... 16 3.2 编码....................................................................................................17 3.2.1 分组........................................................................................ 17 3.2.2 CRC 校验................................................................................ 20 3.2.3 交织........................................................................................ 22 3.3 BPSK 与 DSSS...................................................................................23 3.3.1 参数设置与信息输入........................................................... 23 3.3.2 BPSK 部分..............................................................................25 3.3.3 扩频........................................................................................ 26 3.3.4 信道........................................................................................ 28 3.3.5 解扩........................................................................................ 29 3.3.6 bpsk 解调................................................................................ 29 3.3.7 采样判别检波........................................................................31 3.4 误码分析........................................................................................... 32 本章小结...................................................................................................34 结论............................................................................................................... 35 -III-

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）致谢............................................................................................................... 36 参考文献........................................................................................................... 37 附录程序源代码............................................................................................ 38 -IV-

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）第 1 章绪论 1.1 课题背景直接序列扩频(DSSS—Direct Sequence Spread Spectrum)技术是当今人们所熟知的扩频技术之一。这种技术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。它是二战期间开发的，最初的用途是为军事通信提供安全保障, 是美军重要的无线保密通信技术。这种技术使敌人很难探测到信号。即便探测到信号，如果不知道正确的编码，也不可能将噪声信号重新汇编成原始的信号。有关扩频通信技术的观点是在 1941 年由好莱坞女演员 Hedy Lamarr 和钢琴家 George Antheil 提出的。基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路，他们申请了美国专利#2.292.387。不幸的是，当时该技术并没有引起美国军方的重视，直到十九世纪八十年代才引起关注，将它用于敌对环境中的无线通信系统。直序扩频解决了短距离数据收发信机、如：卫星定位系统(GPS)、3G 移动通信系统、WLAN (IEEE802.11a, IEEE802.11b, IEE802.11g)和蓝牙技术等应用的关键问题。扩频技术也为提高无线电频率的利用率(无线电频谱是有限的因此也是一种昂贵的资源)提供帮助。在发端输入的数字信号信息，先由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱，扩频码序列一般采用 PN 码。展宽后的信号再调制到射频发送出去。调制多采用 BPSK、DPSK、MPSK 等调制方式。在接收端收到的信号进行解调（一般采用相干解调）。然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩。恢复成原输入的信息输出。由此可见，—般的扩频通信系统都要进行两次调制和相应的解调。一次调制为扩频调制，二次调制为射频调制，以及相应的解扩和射频解调。与一般通信系统比较，扩频通信就是多了扩频调制和解扩部分。 1.2 直序扩频系统的特点 1.2.1.直序扩频通信系统的优点： 1）抗干扰性强 -1-

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）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。 2）隐蔽性好因为信号在很宽的频带上被扩展，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，别人难以发现信号的存在，加之不知扩频编码，很难拾取有用信号，而极低的功率谱密度，也很少对于其他电讯设备构成干扰。 3）易于实现码分多址（CDMA）直扩通信占用宽带频谱资源通信，改善了抗干扰能力，是否浪费了频段？其实正相反，扩频通信提高了频带的利用率。正是由于直扩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作相关解扩才能得到，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，就可以互不干扰地同时使用同一频率通信，从而实现了频率复用，使拥挤的频谱得到充分利用。发送者可用不同的扩频编码，分别向不同的接收者发送数据；同样，接收者用不同的扩频编码，就可以收到不同的发送者送来的数据，实现了多址通信，提高了频谱利用率。另外，扩频码分多址还易于解决随时增加新用户的问题。 4）抗多径干扰无线通信中抗多径（发射的信号经多条不同路径传播）干扰一直是难以解决的问题，利用扩频编码之间的相关特性，在接收端可以用相关技术从多径信号中提取分离出最强的有用信号，也可把多个路径来的同一码序列的波形相加使之得到加强，从而达到有效的抗多径干扰。 5）直扩通信速率高直扩通信速率可达 2M，8M，11M，无须申请频率资源，建网简单，网络性能好。 6）有很强的保密性能。对于直扩系统而言，射频带宽很宽，谱密度很低，甚至淹没在噪音中， -2-

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）就很难检查到信号的存在。由于直扩信号的频谱密度很低，直扩系统对其它系统的影响就很小。 2.直扩通信系统的不足：直扩系统除了一般通信系统所要求的同步以外，还必须完成伪随机码的同步，以便接受机用此同步后的伪随机码去对接受信号进行相关解扩。直扩系统随着伪随机码字的加长，要求的同步精度也就高，因而同步时间就长。 1.3 直扩系统的发展由于它的抗噪声的特性，直接序列扩频技术非常适合商业应用。在容许无线设备公开使用的电磁环境里，它对其他传统微波设备造成最小的干扰，同时对附近其他设备有更高的抗扰性。上世纪 80 年代末，晶体电子技术的先进程度已经足以提供商用的、成本效益好的直接序列扩频系统。现在直扩技术被广泛应用于包括计算机无线网等许多领域。扩频技术在发展的初始阶段，就已经实现了理论和技术上的重大突破，在此后的发展过程中主要是硬件的改善和性能的提高。随着移动通信的迅猛发展，目前 3G 系统由研制开发逐步进入商用并且向第四代无线多媒体通信飞速发展。根据 ITU 的标准，世界各大电信公司联盟均提出了自己的第三代移动通信系统方案，虽然第三代移动通信系统的标准差异很大，但采用码分多址技术已经达成共识。直扩码分多址，由于具备通信容量大、能充分利用话音的统计特性、平滑的越区切换、通信容量的软特性等优点被作为未来移动通信中最具竞争力、最有前景的无线多址接入技术。无线扩频通信作为另一种有效的补充通信手段,已在金融系统得到了越来越广泛的应用。发展到现在，扩频技术理论和技术都已趋于完善，主要应从系统的角度考虑总体性能，且与其它新技术结合应用。因此，应用的驱动一直是扩频技术发展的强大动力，未来的无线通信系统，如移动通信、无线局域网、全球个人通信等，扩频技术必将发挥重要作用。随着科技的发展，扩频技术必将获得更加广阔的应用空间。 1.4 本次设计的题目与目的本次设计的题目是基于 Matlab 的宽带无线数字通信系统。本次设计的目的就是要设计一个数字通信系统，此系统应用扩频技术为其核心，再次基础上建立一个完整的系统，包括 bpsk 调制、CRC 校验、交织等部分。并用 Matlab -3-

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）进行仿真并实现以下功能和指标：主要功能： 1、DSSS 宽带通信系统设计 2、链路预算分析过程 3、数据帧格式设计 4、系统性能分析方法量化的技术指标： 1、载波频率 5MHz 2、M 序列周期 63 3、信源速率 10kbps 4、CRC 及交织设计 5、调制方式 BPSK 本章小结本章主要叙述了扩频技术的产生背景，研究现状，及发展前景。又描述了扩频中直扩技术的技术及主要特点。扩频技术可以大大增强通信系统对窄带干扰的抗噪声性能，但对白噪声没作用。应用扩频技术还可以根据不同的扩频码序列来区分用户，这就是码分多址。最后列出了本次设计所要求和想要达到的指标 -4-

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