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扩频通信系统的抗干扰技术

发布时间:2019-10-02 20:01 来源:未知 编辑:admin

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  摘要 本文阐述了扩展频谱通信技术的理论基础和实现方法,利用MATLAB 提供的可视化

  工具Simulink 建立了扩频通信系统仿真模型,详细讲述了各模块的设计,并指出了仿真建模

  中要注意的问题。在给定仿真条件下,运行了仿真程序,得到了预期的仿真结果。同时,利

  用建立的仿真系统,研究了扩频增益与输出端信噪比的关系,结果表明,在相同误码率下,

  增大扩频增益,可以提高系统输出端的信噪比,从而提高通信系统的抗干扰能力。

  扩展频谱通信(简称扩频通信)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,它是指发送的信息被展宽到一个很宽的频带上,在接收端通过相关

  接收,将信号恢复到信息带宽的一种系统。采用扩频信号进行通信的优越性在于用扩展频谱

  的方法可以换取信噪比上的好处,即接收机输出的信噪比相对于输入的信噪比有很大改善,

  从而提高了系统的抗干扰能力。本文根据扩频通信的原理,利用MATALB提供的可视化仿真工

  具Simulink建立了扩频通信系统仿真模型,研究了扩频通信的特性和扩频增益与输出端信噪

  式中:C为系统的信道容量(bit/s);B为系统信道带宽(Hz);S为信号的平均功率;N为噪

  Shannon公式表明了一个系统信道无误差地传输信息的能力跟存在于信道中的信噪比

  (S/N)以及用于传输信息的系统信道带宽(B)之间的关系。该公式说明了两个最重要的概

  念:一个是在一定的信道容量的条件下,可以用减少发送信号功率、增加信道带宽的办法达

  到提高信道容量的要求;一个是可以采用减少带宽而增加信号功率的办法来达到。

  扩频增益是扩频通信的重要参数,它反应了扩频通信系统抗干扰能力的强弱,其定义为

  式中,Si和S0分别为接收机相关器输入、输出端信号功率;Ni和N0分别为相关器的输入、输出

  端干扰功率;Rs为伪随机码的信息速率,Rd为基带信号的信息速率;Bs为频谱扩展后的信号带

  扩频通信与一般的通信系统相比,主要是在发射端增加了扩频调制,而在接收端增加了

  扩频解调的过程,扩频通信按其工作方式不同主要分为直接序列扩频系统、跳频扩频系统、

  跳时扩频系统、线性调频系统和混合调频系统。现以直接序列扩频系统为例说明扩频通信的

  由直扩序列扩频系统原理图可以看出,在发射端,信源输出的信号与伪随机码产生器产

  生的伪随机码进行模2加,产生一速率与伪随机码速率相同的扩频序列,然后再用扩频序列

  去调制载波,这样得到已扩频调制的射频信号。在接收端,接收到的扩频信号经高放和混频

  后,用与发射端同步的伪随机序列对扩频调制信号进行相关解扩,将信号的频带恢复为信息

  MATLAB 最初是Mathworks 公司推出的一种数学应用软件,经过多年的发展,开发了包括

  通信系统在内的多个工具箱,从而成为目前科学研究和工程应用最流行的软件包之一。

  Simulink 是MATLAB 中的一种可视化仿真工具,是实现动态系统建模、仿真和分析的一个集成

  环境,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。它包

  括一个复杂的由接受器、信号源、线性和非线性组件以及连接件组成的模块库,用户也可以

  根据需要定制或者创建自己的模块。Simulink 的主要特点在于使用户可以通过简单的鼠标操

  作和拷贝等命令建立起直观的系统框图模型,用户可以很随意地改变模型中的参数,并可以

  马上看到改变参数后的结果,从而达到方便、快捷地建模和仿线 模型建立及主要模块设计

  基于MATLAB /Simulink 所建立的扩频通信系统的仿真模型,能够反映扩频通信系统的

  动态工作过程,可进行波形观察、频谱分析和性能分析等,同时能根据研究和设计的需要扩

  展仿真模型,实现以扩频通信为基础的现代通信的模拟仿真,为系统的研究和设计提供强有

  力的平台。图2 为基于MATLAB/Simulink 的扩频通信系统仿线 系统仿真模型

  信源:随机整数发生器(Random Integer generator)作为仿真系统的信源,随机整数发

  生器产生二进制随机信号,采样时间、初始状态可自由设置,从而满足扩频通信系统所需信

  扩频与解扩:PN 序列生成器模块(PN Sequence Generator)作为伪随机码产生器,扩

  频过程通过信息码与PN 码进行双极性变换后相乘加以实现。解扩过程与扩频过程相同,即

  调制与解调:使用二相相移键控PSK 方式进行调制、解调。调制由正弦载波与双极性扩

  信道:传输信道为加性高斯白噪声信道。在加性高斯白噪声信道模块中,可进行信号功

  误码计算:误码计算由误码仪实现,误码仪在通信系统中的主要任务是评估传输系统的

  误码率,它具有两个输入端口:第一个端口(Tx)接收发送方的输入信号,第二个端口(Rx)

  在Simulink中,没有单独实现统计的计数器模块,需要自行创建,计数模型的设计如图

  3。在计数模型中,用与信源和伪随机码同频的脉冲模块分别实现码元同步和切普同步,利

  在扩频通信建模中,扩频与解扩使用的PN 码以及调制和解调所使用的载波必须保持同

  在误码率计算中,接收到的信号,由于经过扩频解扩、调制解调、相关统计等处理,会

  在给出下列仿真的条件下,观察仿线b/s 的m 序列;载波频率10KHz;信号功率为1W,信噪比30dB;

  解扩的仿真结果。上图为信源,中图为扩频码,下图为信宿。从图4 可见,信源和信宿相同,

  误码率为0,基于MATLAB/Simulink 所设计的仿真系统满足扩频通信系统的软件仿线 系统扩频解扩的仿线 扩频增益与输出端信噪比的关系

  设置信息速率和伪随机序列传输速率,在扩频增益10 和50 的情况下,不断改变信噪比

  的大小,从而得到扩频增益、误码率和信噪比的关系如图5。从图5 可以看到,在相同误码

  率下,扩频增益越大,输出端信噪比越大,并且随着系统要求的提高,增大扩频增益,输出

  扩频通信以其较强的抗干扰、抗衰落、抗多径性能而成为第三代通信的核心技术,本文

  阐述了扩频通信的理论基础和实现方法,利用MATLAB 提供的可视化工具箱Simulink 建立了

  扩频通信系统仿真模型,详细讲述了各模块的设计,并给出了仿真建模中需注意的问题。在

  给定仿真条件下,运行了仿真系统,验证了所建仿真模型的正确性。通过仿真研究了扩频增

  益和输出端信噪比的关系,结果表明,在相同误码率下,增大扩频增益,可以提高系统输出

  端的信噪比,从而提高系统的抗干扰能力。本文作者创新点:通过MATLAB/Simulink 建立的

  仿真平台,研究了扩频增益与误码率、信噪比之间的关系,为以扩频通信为基础的卫星信号

  1 曾兴雯,刘乃安,孙献璞。扩展频谱通信及其多址技术〔M〕。西安:西安电子科技大学

  2 徐明远,邵玉斌。MATLAB 仿真在通信与电子工程中的应用[M]。西安:西安电子科技大

  3 李建新,刘乃安,刘继平。现代通信系统分析与仿真-MATALAB 通信工具箱〔M〕。西安:

  4 徐明伟,李茜,汤伟。基于MATLAB 串口通信的数据采集系统的设计。微计算机信息,

  5 郭海燕,毕红军。MATLAB 在伪随机码的生成及仿真中的应用。计算机仿线。

  作者简介:范伟(1973-),男,汉族,硕士研究生,主要研究方向为卫星导航、CDMA 扩频

  通信。br>

  通信地址及邮编:上海市长宁区安顺路220 弄18 号402 室,200051。

  翟传润(1972-),男,汉族,博士,副教授,主要研究方向为卫星导航和测控技术。

  战兴群(1970-),男,汉族,博士,教授,主要研究方向为卫星导航和新型控制理论与应用。

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