码分复用的设计与仿真课设.docx

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码分复用的设计与仿真课设

课程设计I课程设计

设计说明书

码分复用的设计与仿真

学生姓名

梁亚龙

学号

1018064085

班级

网络103

成绩

指导教师

数学与计算机科学学院

2012年06月22日

课程设计I评阅书

题目

码分复用的设计与仿真

学生姓名

梁亚龙

学号

10180640805

指导教师评语及成绩

成绩：

教师签名：

年月日

答辩教师评语及成绩

成绩：

教师签名：

年月日

教研室意见

总成绩：

室主任签名：

年月日

注：

指导教师成绩60%，答辩成绩40%，总成绩合成后按五级制记入。

课程设计任务书

2011—2012学年第二学期

专业：

网络工程学号：

1018064085姓名：

梁亚龙

课程设计名称：

通信原理

设计题目：

码分复用的设计与仿真

完成期限：

自2012年06月11日至2012年06月22日共2周

设计依据、要求及主要内容（可另加附页）：

使用Matlab/Simulink仿真软件，设计码分复用系统。

要求画出整个系统框图、各点波形，并说明工作原理。

能观察各分系统的各级波形（利用示波器），在图中表示出各点波形。

能测试其各分系统的频谱特性，在图中表示出各点频谱。

根据通信原理，设计出各个模块的参数（例如码速率，滤波器的截止频率等）。

设计上交内容：

设计说明书一份（按格式书写）；仿真测试文件。

指导教师（签字）：

教研室主任（签字）：

批准日期：

年月日

摘要

根据码分多址基础原理扩频通信，通过对码分多址系统的仿真，以MATLAB作为平台，采用SIMULINK等工具建立扩频通信仿真模型，运行模型，通过分析波形，选择合理的模型和参数设置，分析其性能:

码分复用（CDM，CodeDivisionMultiplexing）是靠不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式，主要和各种多址技术结合产生了各种接入技术，包括无线和有线接入。

例如在多址蜂窝系统中是以信道来区分通信对象的建立。

主要的应用包括：

非对称的数字用户环路（ADSL）、ETSI标准的数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）、高清晰度电视（HDTV）、无线局域网（WLAN）等。

关键词：

扩频；码分复用；MATLAB/SIMULNK

目录

1课题描述1

2扩频技术的理论基础3

2.1扩展频谱通信原理3

2.2m序列3

3SIMULINK建模与仿真概述6

4码分复用通信系统仿真原理框图7

6码分多址仿真模型各个子模块介绍10

6.1源信号生成10

6.2扩频模块10

6.3解扩模块12

7信源译码14

8信源的特殊输入15

总结16

参考文献17

1课题描述

复用技术是指一种在传输路径上综合多路信道，然后恢复原机制或解除终端各信道复用技术的过程。

复用技术基本实现过程如下所示：

频分复用（FDM）―载波带宽被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号。

FDM用于模拟传输过程。

时分复用（TDM）―在交互时间间隔内在同一信道上传送多路信号。

TDM广泛用于数字传输过程。

码分复用（CDM）―每个信道作为编码信道实现位传输（特定脉冲序列）。

这种编码传输方式通过传输唯一的时间系列短脉冲完成，但在较长的位时间中则采用时间片断替代。

每个信道，都有各自的代码，并可以在同一光纤上进行传输以及异步解除复用。

波分复用（WDM）―在一根光纤上使用不同的波长同时传送多路光波信号。

WDM用于光纤信道。

WDM与FDM基于相同原理但是它应用于光纤信道上的光波传输过程。

粗波分复用（CWDM）－WDM的扩张。

每根光纤传送4到8种波长，甚至更多。

应用于中型网络系统（区域或城域网）密集型波分复用（DWDM）－WDM的扩展。

典型的DWDM系统支持8种或以上波长。

显现系统支持上百种波长。

在数据通信中，复用技术的使用极大地提高了信道的传输效率，取得了广泛地应用。

多路复用技术就是在发送端将多路信号进行组合（如广电前端使用的混合器），然后在一条专用的物理信道上实现传输，接收端再将复合信号分离出来。

多路复用技术主要分为两大类：

频分多路复用（简称频分复用）和时分多路复用（简称时分复用），波分复用和统计复用本质上也属于这两种复用技术。

另外还有一些其他的复用技术，如码分复用、极化波复用和空分复用等。

码分复用（CDM，CodeDivisionMultiplexing）是靠不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式，主要和各种多址技术结合产生了各种接入技术，包括无线和有线接入。

例如在多址蜂窝系统中是以信道来区分通信对象的建立。

当前无线通信系统中存在三种主要的多址技术：

频分多址接入、时分多址接入、码分多址接入。

本文通信系统采用码分多址技术。

频分多址方式是以传输信号载波频率的不同划分来建立多址接入。

其特点：

频率规划复杂，需要严格的频率规划；基站复杂庞大，需重复配置收发信设备；越区切换复杂。

时分多址方式是以传输信号存在时间的不同划分来建立多址接入。

其特点：

基站复杂性减小，不需要双工器；系统设备必须有精确的定时和同步；需要自适应均衡技术。

码分多址方式是以传输的信号码型的不同划分来建立多址接入。

采用码分多址接入协议的通信系统给小区内的每个用户分配一条单独的扩频码，各个用户分配的码字之间互不相关。

就降低干扰增加容量得到系统性能的改善和提高方面，有优化技术：

功率控制、软切换、多用户检测和智能天线技术等。

码分多址系统的主要优点是保密性好；抗干扰能力强；采用了软切换；采用频率、时间和空间分集；较低的发射功率；兼容性好；频率利用率高，不需频率规划。

存在问题：

由于所有的基站都使用同一个频率，相互之间存在干扰，如果小区规划做得不好，将直接影响话音质量和使系统容量打折扣，因而在进行站距、天线高度等设计时应谨慎。

2扩频技术的理论基础

2.1扩展频谱通信原理

扩频的定义为：

用来传输信息的信号带宽远远大于信息本身带宽的一种传输方式，频带的扩展由独立于信息的扩频码来实现，与所传信息数据无关，在接收端用同步接收实现解扩和数据恢复。

根据香农定理即，可得对于给定的信息传输速率，可以用不同的带宽和信噪比的组合来传输，即信噪比和信道带宽可以互换。

扩频通信系统正是基于此理论，将信道带宽扩展许多倍以换取信噪比上的好处，增强系统的抗干扰能力。

扩频通信中，信源编码可减小信息的冗余度，提高信道的传输效率。

信道编码增加信息在信道传输中的冗余度，使其具有检错或纠错能力提高信道传输质量。

调制使经信道编码后的符号能在适当的频段传输。

扩频和解扩是为了提高系统的抗干扰能力而进行的信号频谱展宽和还原。

码分多址系统应用扩频通信原理。

在发送端，将要传输的信息通过与伪随机码序列进行调制，使其频谱展宽，即“扩频”；在接收端，用与发送端相同的码序列进行“反扩展”，将宽带信号恢复成窄带信号，即“解扩”。

窄带干扰信号由于与伪随机序列不相关，在接收端被扩展，从而使进入信号频带内的干扰信号功率大大降低，增加解调器输入端的信噪比。

图2.1 典型的扩频通信系统模型

2.2m序列

m序列是由n级线性移位寄存器产生的周期为的码序列，是最长线性反馈移位寄存器序列的简称。

周期为的m序列可以提供个扩频地址码。

它可扩展频谱、区分通过多址接入方式使用同一传输频带的不同用户的信号。

m序列的特性[6]：

（1）扩频特性：

具有很强的二值自相关性和很弱的互相关性。

（2）移位特性：

m码序列和其移位后的序列模2相加，所得的序列还是m序列，只是相位不同。

（3）均衡性：

m码序列一个周期内，“1”和“0”的码元基本相等，保证了在扩频系统中，用m码序列作平衡调制实现扩展频谱时有较高的载波抑制度。

若一个n次多项式满足下列条件：

（1）为不可约的；

（2）可整除，；

（3）除不尽，q

则称多项式为本原多项式。

应用MATLAB函数编程的方法可求得（见附录

（1））本原多项式的特征多项式。

求出特征多项式，可通过以下方式产生m序列。

方法：

应用repeatingsequencestair模块生成m序列

图2.3是产生m序列的仿真模型，利用示波器观察产生的m序列波形

图2.2产生m序列的仿真模型

repeatingsequencestair模块的参数设置为：

输出矢量值为[-1-1-111-111]；初始状态为：

[31421]；采样时间为：

-1s，仿真时间设置为1/8秒。

m序列时域波形如图2.3。

可得，它是以8位周期的脉冲序列，在时间范围设置为10的示波器上刚好显示了10个周期的m序列。

运行图2.2仿真模型可得m序列的相应的输出序列为：

-1-1-111-111。

图2.3m序列时域波形

3SIMULINK建模与仿真概述

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

在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。

Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。

同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。

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，被广泛应用于线性系统、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是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。

对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，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与MATLAB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。

4码分复用通信系统仿真原理框图

当扩频通信系统中采用的扩频码具有多址作用时，该系统即构成了一个码分多址通信系统。

通信系统以占用比原始信号带宽宽得多的射频带宽为代价，来获得更强的抗干扰能力和更高的频谱利用率。

码分复用通信系统原理框图如图4.1所示。

图4.1码分复用通信系统原理框图

结合通信原理框图来分析信号的处理过程。

（1）发送端

首先由信号源生成将要发送的数据，以比特为单位，经过差错控制编码处理，增加一定的信息冗余度，便于接收端检测接收信号是否正确。

然后用其来调制载波，则信号被搬移到载频上去，就得到调制后信号。

再用一条8位的m序列与每个信息码元进行相关运算，数据单位为切普，长度缩短为比特的1/8，信号频谱大大扩展。

（2）信道

将扩频调制并加入多个信号的合成信号发送到无线信道中。

由于无线通信介质的特性，用户发送的信号在信道传输过程中会受到各种噪声干扰的影响，本系统未考虑噪声干扰。

（3）接收端

在接收部分，系统通常对信号进行相关接收。