数据序列的扰乱与解扰的MATLAB实现和性能分析利用17级m序列Word文件下载.docx

数据序列的扰乱与解扰的MATLAB实现和性能分析利用17级m序列Word文件下载.docx

《数据序列的扰乱与解扰的MATLAB实现和性能分析利用17级m序列Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数据序列的扰乱与解扰的MATLAB实现和性能分析利用17级m序列Word文件下载.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

最后，作为数字通信特有的优点，就是便于实现高度保密的通信。

数字通信的缺点是，一般需要较大的带宽。

另外，由于数字通信对同步要求高，因而系统设备复杂。

但是，随着微电子技术、计算机技术的广泛使用以及超大规模集成电路的出现，数字系统的设备复杂程度大大降低。

在通信系统的设计研发环节中，在进行实际硬件系统试验之前，软件仿真已成为必不可少的一部分。

本课程设计根据当今现代通信技术的发展，对信号的加扰和解扰等原理进行了研究和实验，加深了我们对数字通信的理解。

1.1课程设计的目的

通信原理课程设计是重要的实践性教学环节。

在进行了专业基础课和《通信原理》课程教学的基础上，设计或分析一个简单的通信系统，有助于加深对通信系统原理及组成的理解。

通过课程设计，可以进一步理解通信系统的基本组成、模拟通信和数字通信的基础理论、通信系统发射端信号的形成及接收端信号解调的原理、通信系统信号传输质量的检测等方面的相关知识。

并可综合运用这些知识解决一定的实际问题，使我们在所学知识的综合运用能力上以及分析问题、解决问题能力上得到一定的提高。

同时通过课程设计培养学生严谨的科学态度，认真的工作作风和团队协作精神。

而在同时也能加深对MATLAB开发环境的另一作用的了解，Simulink功能强大，界面友好，是一款很不错的仿真工具[1]，在这次设计中，我们用到了此环境的Simulink平台，这个平台是我们以前较少接触过的。

因此在这次课设中，我们了解了MATLAB的Simulink这个系统的功能。

为我们以后做数字通信系统方面提供了更多的基础知识和经验。

1.2课程设计的步骤

（1）构建调制电路，并用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化。

（2）再以调制信号为输入，构建解调电路，用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化。

（3）在调制和解调电路间加上噪声源，模拟信号在不同信道中的传输：

用高斯白噪声模拟有线信道，噪声源的方差适当设置。

（4）在老师的指导下，要求独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课程设计学年论文，能正确阐述和分析设计和实验结果。

1.3设计平台

此设计平台是MATLAB集成环境下的Simulink平台。

Simulink是基于Matlab的框图设计环境，可以用来对各种动态系统进行建模、分析和仿真，它的建模范围广泛，可以针对任何能用数学来描述的系统进行建模，例如航空航天动力学系统、卫星控制制导系统、通信系统、船舶及汽车等，其中包括了连续、离散，条件执行，事件驱动，单速率、多速率和混杂系统等。

Simulink提供了利用鼠标拖放地方法来建立系统框图模型的图形界面，而且还提供了丰富的功能块以及不同的专业模块机集合，利用Simulink几乎可以做到不书写一行代码即完成整个动态系统的建模工作。

除此之外，Simulink还支持Stateflow,用来仿真事件驱动过程。

Simulink是从底层开发的一个完整的仿真环境和图形界面，是模块化了的编程工具，它把Matlab的许多功能都设计成一个个直观的功能模块，把需要的功能模块用连线连起来就可以实现需要的仿真功能了。

1.4Simulink仿真平台简介

Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛使用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。

Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。

为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口（GUI），这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。

Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真综合分析的集成环境。

它不仅支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持具有多种采样频率的系统。

SIMULINK包含有SINKS（输入方式）、SOURCE（输入源）、LINEAR（线性环节）、NONLINEAR（非线性环节）、CONNECTIONS（连接和接口）和EXTRA（其他环节）子模型库，而且每个子模型库中包含有相应的功能模块。

为实现信号仿真提供了一个很便捷的软件平台。

　　Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。

.构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。

Simulink紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。

设计仿真模型时，从模型库中选中模块，单击鼠标右键，选择"

Addtountitled"

，或直接把模块拖到仿真模型中，即可加入模块。

Simulink模型库窗口还提供了查找功能，单击

按钮，在弹出的模块查找对话框中输入模块名称关键字，单击"

FindNext"

即可自动搜索整个模型库。

在过去几年中，Simulink已经成为院校和工程领域中广大师生和研究人员用来建模和方针动态系统的软件包。

Simulink鼓励人们去尝试，可以用它轻松的搭建一个系统模型，并设置模型参数和方针参数，并且立即观察到改变后的仿真结果。

2设计原理

首先在MATLAB/Simulink模块下学会对数据序列进行和m序列的加扰、解扰以及抗噪声性能分析方法。

通过本次课程设计加深对加扰和解扰系统的理解，使出现具体问题时能够合理，迅速而简单的选择系统，提高我们分析问题解决问题的能力；

同时也能够培养我们独立思维的习惯，为我们今后更好的学习工作打下基础。

MATLAB/Simulink仿真平台,设计一个信道传输加扰和解扰系统.对输入随机数据信号和17级m序列异或运算以实现信号加密，送入含噪信道，在接收端和相同序列再进行异或运算以解密，改变信道误码率大小，分析该种加密方法的抗噪声性能。

2.1加扰和解扰系统概述

一般来说，数字通信系统的设计及其性能都和所传输的数字信号的统计特性有关。

例如在分析计算系统的误码率时，常假定信源送出的“0”和“1”码元是等概率的。

在有些数字通信设备中，从“0”和“1”码元的交变点提取位定时信息，若经常出现长“0”或“1”游程，则将影响位同步信息的建立和保持。

如果数字信号具有周期性，则信号频谱中将存在离散谱线。

电路中存在的不同程度的非线性，有可能使其在多路通信系统其他路中造成串扰。

为了限制这种串扰，尽量减小串扰就要求数字信号的最小周期足够长。

如果能够先将信源产生的数字信号变换成具有近似于白噪声统计特性的数字序列，在进行传输；

在接收端收到这个序列后先变换成原始数字信号，再传给用户，通过这种变换，这样就可以给数字通信系统的设计和性能估计带来很大方便，同时也可以大大提升系统性能。

所谓加扰技术，就是不用增加多余度二扰乱信号，改变数字信号的统计特性，使其近似于白噪声统计特性的一种技术。

这种技术的基础是建立在反馈移存器序列（或伪随机序列）理论之上的。

采用加扰技术的通信系统组成的原理如图2-1所示。

在发送端用加扰器来改变原始数字信号统计特性，而接收端用解扰器恢复出原始数字信号。

在图2-2给出一个由5级移存器组成的自同步加扰器和解扰器的原理方框图。

由此图可以看出，加扰器是一个反馈电路，解扰器是一个前馈电路，它们分别都是由5级移存器和两个模2加法电路共同组成。

如下图2-1所示

图2-1采用加扰技术的系统

图2-2自同步加扰器和解扰器

设加扰器的输入数字序列为{ak}，输出为{bk}；

解扰器输入为{bk}，输出为{ck}。

在这里，符号{ak}表示二进制数字序列；

符号{bk}，{ck}均和此相仿。

这样，由图2-2不难看出加扰器的输出

bk=ak（xor）bk-3（xor）bk-5（2-1）

而解扰器的输出

ck=bk（xor）bk-3（xor）bk-5（2-2）

以上两式表明，解扰后的序列和加扰前的序列相同。

这种解扰器是自同步的，因为如果信道干扰造成错码，它的影响至多持续错码位于移存器内的一段时间按，即至多影响连续五个输出码元。

如果断开输入端，加扰器就变成一个反馈移存器序列产生器，其输出为一周期性序列。

一般都适当设计反馈抽头的位置，使其构成为m序列产生器。

因为它能最有效的将输入序列搅乱，是输出数字码元之间相关性最小。

加扰器的作用可以看做是使输出码元成为输入序列许多码元的模2和。

因此可以把它当作是一种线性序列滤波器；

同理，解扰器也可以看作是一个线性序列滤波器。

3系统设计

3.1simulink的工作环境

建立一个很小随机序列加扰的系统，用示波器观察生成的m序列的波形，系统中所需的模块：

随机数据产生器模块，示波器模块，延时器，抑或模块，则最后的组成随机序列和m序列加扰电路图如图3－1，参数设置如图3－2、3-3、3-4、3-5，系统内示波器显示的波形如图3－6如下所示：

图3-1加扰器仿真电路图

图3-2延时器参数设置

图3-3逻辑异或模块参数设置

图3-4随机序列参数设置

图3-5示波器模块参数设置

图3-6随机序列（下）和加扰后波形（上）对比

建立一个很小随机序列解扰的系统，用示波器观察生成的m序列的波形，系统中所需的模块：

随机数据产生器模块，示波器模块，延时器，抑或模块，则最后的组成随机序列和m序列加扰电路图如图3－7，参数设置如图3－8、3－9、3－10、3－11，系统内示波器显示的波形如图3－12如下所示：

图3-7解扰器仿真电路图

图3-8延时器参数设置

图3-9示波器参数设置

图3-10逻辑异或模块参数设置

图3-11随机序列参数设置

图3-12随机序列（上）和加扰后波形（中）解扰后波形（下）对比

3.217级m序列加扰解扰信道系统电路图

（1）17级m序列加扰解扰信道系统的仿真电路图如图3－13所示：

图3-1317级m序列加扰解扰系统的仿真电路图

（2）17级m序列加扰模块电路如图3-14所示：

图3-14加扰模块电路图

（3）17级m序列解扰解扰模块电路如图3-15所示：

图3-1517级m序列解扰模块

3.3系统所用模块参数设

17级m序列加扰解扰信道设置参数如图3-16,3-17,3-18,3-19.3-20所示：

图3-16延时器模块参数图

图3-17逻辑异或模块参数图

图3-18随机序列模块参数图

图3-19信道模块参数图

图3-20滤波器模块参数图

3．4系统示波器波形图

sope波形图如下所示

图3-21随机序列（上）和加扰后波形（中）解扰后波形（下）对比

图3-22系统误码率框图

3．5系统抗噪声性能分析

如表3-23所示，17级m序列的抗噪声性能通过测量实际误码率对比设定的信道误码率。

信道误码率

实际误码率

0.0001

0.0005

0

0.001

0.002

0.01

0.0088

0.02

0.0099

0.03

0.0198

0.04

0.0594

0.06

0.069

0.08

0.089

0.1

0.148

0.2

0.233

0.3

0.396

0.5

0.475

表3-23信道误码率和实际误码率

总结：

如表3-23，对于设定的信道误码率大于0.02时实际信道误码率约等于设定的信道误码率，当信道误码率小于0.02时实际信号误码率为零，也就是说基本没有误码出现。

为了提高信道的抗噪声性能可加上一个数字滤波器提高信道的抗噪声性能，增加信道的正确性。

在传输过程中信道中的信号统计特性由于经过m序列的编码表现出白噪声的统计特性这样就有利于信号的传播，且实现了对信号的加密，抗噪声性能比较好。

4仿真电路分析和总结

4.1产生错误的17m序列产生器

设计17级m序列时必须按照m序列产生的原理进行设计相应的抽头数目和位置，才能产生正确的的m序列，若没有根据相应的m序列特性方程设计加扰器或者解扰器，产生的波形虽然也可以解扰和解扰但是没有m序列的周期特性和相关的统计特性。

也就失去了运用m序列进行传输的价值。

解决方案：

查找数字通信原理的书籍找到相关的17级m序列特性方程，利用特性方程设计对性的17级m序列加扰器和解饶器。

4.2数据类型的转换

随机数据序列产生时是double类型可是通过解扰是的xor模型是数据类型变成了boolean类型，要测量数据的实际误码率需要原始数据和解码之后的数据进行对比然而解码之后的数据不一样就会无法测量数据的实际误码率，所以在解扰之后需要接一个数据转换器进行boolean和double数据的转换。

在解饶器之后在接一个数据转换模块，将boolean数据类型转换成double数据类型实现数据匹配。

4.3抗噪声性能的分析

一般而言m序列的级数越高，其周期行越长，要对比实际的误码率要观测至少一个周期以上的17级m序列，刚开始显示对比曲线的时候由于设置的运行时间比较短没有满足实际误码率出现了很大的误差没有和实际的通信信道匹配所以生成的抗噪声性能图形严重失真不能满足实际的分析需要。

5结束语

在两周的课程设计中，我们经过学习，了解了simulink的使用，自己动手组建了自己的数字通信系统。

我们从无到有，了解了simulink，同时也对于数字信号的产生有了更加感性的认识，对于我们的专业学习有了更加清楚的认识，明确了我的学习目的。

和此同时，在课程设计中我也发现了自己的许多不足，如理论知识还存在很多漏洞，缺乏实践经验，钻研精神不够，理论联系实际的能力还有待不断地加强和提高。

在以前的课内学习中，我懂得了较多的理论知识，将学习重心放在理论知识的学习上，而缺乏上机实践，本次课程设计对我的上机实践是一个很好的训练，加强我对理论知识的理解并提升了实际操作能力。

在这一过程中，从最初的原理框图绘制仿真模型图，到最终的信号比较，我借助老师和同学的帮助，通过自己的独立思考，遇到问题再解决问题然后再发现问题再解决……在这一过程的循环往复中我发现了思考和学习的乐趣，明白了任何问题只要自己敢于去发现敢于去面对就没有困难了，问题也就不是问题了。

在设计中遇到了许多问题，老师和同学热心的给我提供了帮助，解决了许多问题，在此深表感谢。

参考文献

[1]LIBERTIJ，RAPPAPORTTS.SmartantennasforwirelesscommunicaitionsIS-95andthirdgenerationCDMAapplicaitions[M].UpperSaddleRiverNJ,USA:

PrenticeHall,1999.

[2]LUM,LOT,LJ.Adecision-directedbeamformingalgorithmforCDMAsystemswithnoncoherehtm-aryorthogonalModulation[J].SubmittedtoIEEETrans.oncommm,1995,43（12）:

2920-2924.

[3]刘敏.MATLAB通信仿真和使用[M].北京：

国防工业出版社，2001.

[4]邓华.Matlab通信仿真及使用实例详解[M].北京:

人民邮电出版社2003

[5]曹丽娜，樊昌信.通信原理[M].北京.国防工业出版社2008