直接序列擴頻通信系統(tǒng)畢業(yè)論文設計和仿真實現(xiàn)-資料下載頁

　　

【正文】 （線性環(huán)節(jié)） 、NONLINEAR （非線性環(huán)節(jié)） 、CONNECTIONS（連接與接口）和 EXTRA（其他環(huán)節(jié)）子模型庫，而且每個子模型庫中包含有相應的功能模塊，用戶也可以定制和創(chuàng)建用戶自己的模塊。用 SIMULINK 創(chuàng)建的模型可以具有遞階結構，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結構創(chuàng)建模型。用戶可以從最高級開始觀看模型，然后用鼠標雙擊其中的子系統(tǒng)模塊，來查看其下一級的內(nèi)容，以此類推，從而可以看到整個模型的細節(jié)，幫助用戶理解模型的結構和各模塊之間的相互關系。在定義完一個模型后，用戶可以通過 SIMULINK 的菜單或MATLAB 的命令窗口鍵入命令來對它進行仿真。菜單方式對于交互工作非常方便，而命令行方式對于運行一大類仿真非常有用。采用 SCOPE 模塊和其他的畫圖模塊，在仿真進行的同時，就可觀看到仿真結果。除此之外，用戶還可以在改變參數(shù)后來迅速觀看系統(tǒng)中發(fā)生的變化情況。仿真的結果還可以存放到 MATLAB 的工作空間里做事后處理。模型分析工具包括線性化和平衡點分析工具、MATLAB 的許多工具及 MATLAB 的應用工具箱。由于 MATLAB 和 SIMULINK 的集成在一起的，因此用戶可以在這兩種環(huán)境下對自己的模型進行仿真、分析和修改。 Simulink 窗口環(huán)境在 MATLAB 窗口工具欄中單擊“ ”圖標，或在 Command window 窗口中鍵入命令：simulink即可啟動 Simulink 的模塊庫瀏覽器，如圖 52 所示中北大學分校學士學位論文25圖 52 Simulink 的模塊庫瀏覽器Simulink 的模塊庫瀏覽器主要用于瀏覽及選擇模塊，MATLAB 為模型的搭建、仿真提供了一個專用的 Simulink 模型編輯窗口。執(zhí)行 Simulink 的模塊庫瀏覽器的菜單“File”/“New”/“Model”命令，或單擊工具欄上的“ ”圖標，或采用快捷鍵[Ctrl+N]都可打開模型編輯窗口，如圖 53 所示 功能模塊的連接及設置 1. 功能模塊的連接圖 53 模型編輯窗口中北大學分校學士學位論文26根據(jù)仿真系統(tǒng)框圖，用鼠標點擊并移動所需功能模塊到合適的位置，將鼠標移到有關功能模塊的輸出端( 有一個向外的箭頭)，選中該輸出端并移動鼠標到另—個功能模塊的輸入端(有—個向內(nèi)的箭頭) ，移動時出現(xiàn)虛線．到達所需輸入端時，釋放鼠標左鍵，相應的連接線出現(xiàn)，表示該連接已完成。重復上述連接過程，直到完成全部連接，組成仿真系統(tǒng)。 連接時，應注意下列幾點： 1）從功能模塊輸出端連接到另一功能模塊的輸入端，也可從一個功能模塊輸入端反向連接到另一個功能模塊的輸出端； 2）一個輸出端連接多個輸入端時，可采用從—個功能模塊輸入端連接到另一個功能模塊輸出端的方法，或直接與該功能模塊輸出端的引出線連接。在連接時，可在連接線交點處按下“Shift ”鍵，再釋放鼠標左鍵； 3）移動連接線位置的方法是，選中連接線，在連接線的各轉角處出現(xiàn)小方塊，鼠標選中所需方塊，拖動到合適位置后釋放鼠標左鍵； 4）增加連接線轉折點的方法是，選中連接線，鼠標移到所需增加轉折點處，按下“Shift”鍵，點擊鼠標左鍵，移動轉折點到所需位置； 3）連接線的復制、粘貼和剪切等操作方法與 Windows 對應的操作方法相同； 2．功能模塊的參數(shù)設置使用者需設置功能模塊參數(shù)后，方可進行仿真操作。不同功能模塊的參數(shù)是不相同的，用鼠標雙擊該功能模塊自動彈出相應的參數(shù)設置對話框。 圖 54 傳遞函數(shù)模型參數(shù)設置對話框例如，圖 54 是傳遞函數(shù)模型功能模塊的對話框。功能模塊對話框由功能模塊說明和參數(shù)設置框組成。功能模塊說明框用于說明該功能模塊使用方法和功能；參數(shù)框用于設置該功能模塊的參數(shù)。例如傳遞函數(shù)參數(shù)框由分子和分母多項式兩個編輯框組成，在分子多項式框中，用戶可輸入系統(tǒng)模型的分子多項式，在分母多項式框中，輸入系統(tǒng)模型的分母多項式等。設置功能模塊的參數(shù)后，點擊 OK 軟鍵進行確認，將設置參數(shù)送仿真操作畫面，并關閉對話框。中北大學分校學士學位論文27在仿真操作前，應設置仿真操作的參數(shù)。包括仿真器參數(shù)和示波器參數(shù)的設置。1) 仿真器參數(shù)設置 點擊圖 53 操作畫面“Simulation”下拉式菜單“Simulation Parameters…”選項，彈出如圖 56 所示的仿真參數(shù)設置畫面。共有解算器(Solver)、工作空間輸人輸出(Workspace I/O)、診斷(Diagnostics)、高級屬性 (Advanced)和實時工作室(Real—Time Workshop)等 5 個頁面。圖 55 仿真器參數(shù)設置對話框解算器頁面用于設置仿真開始和終止時間，解算器類型(定步長和變步長兩類)和具體的解算算法、最大最小步長和初始步長、容許誤差(相對和絕對誤差)、輸出方式和精細因子設置等。通常，仿真操作時可根據(jù)仿真曲線設置終止時間和最大步長，以便得到較光滑的輸出曲線。工作空間輸入輸出頁面用于將仿真操作窗口的仿真結果送(寫)到 MATLAB 工作空間，或?qū)?shù)據(jù)從工作空間讀到仿真操作窗口。診斷頁面用于對仿真中出現(xiàn)的異常情況進行診斷。高級屬性頁面用于模型參數(shù)的在線組態(tài)和優(yōu)化操作。實時工作室頁面用于設置系統(tǒng)目標文件、暫存構成文件和構成命令，建立目錄等。 2) 示波器參數(shù)設置 當采用示波器顯示仿真曲線時，需對示波器參數(shù)進行設置。示波器有單蹤和雙蹤示波器兩種。單蹤示被器指顯示輸入信號(可以有多個輸入信號)與時間關系的設備，雙蹤示波器指顯示兩個輸入信號之間關系的設備。（1）單蹤示波器參數(shù)設置操作 點擊圖 53 中已存在的示波器，彈出如圖 56 所示的單蹤示波器顯示畫面，點擊畫面的圖標“ ”，彈出如圖 57 所示的示波器屬性對話框，分2 個頁面。用于設置顯示坐標窗口數(shù)、顯示時間范圍、標記和顯示頻率或采樣時間等。時間范圍應與仿真器終止時間一致，以便最大限度顯示仿真操作數(shù)據(jù)。鼠標右鍵點擊示波器顯示窗口，從彈出菜單選擇“Autoscale” ，或直接點擊圖標“ ”，可在響應曲線顯示后自動調(diào)整縱坐標范圍；從彈出的菜單選擇“Save current axes settings”，或直接點擊圖標“ ”，將當前坐標軸范圍的設置數(shù)據(jù)存儲。此外，還有打印和對 X、Y 或同時放大或恢復等操作。（2）雙蹤示波器參數(shù)設置操作 雙蹤示波器的參數(shù)即該功能模塊的參數(shù)，有 X 和 Y 坐中北大學分校學士學位論文28標的范圍和采樣時間設置。圖 56 單蹤示波器顯示畫面 圖 57 單蹤示波器屬性對話框 Simulink 對通信系統(tǒng)的仿真在 MATLAB 中，用于通信系統(tǒng)仿真的模塊主要由兩大部分構成：通用仿真模塊和專用仿真模塊。它們分別屬于標準仿真子模塊庫和通信子模塊庫。一個典型的 Simulink 模塊由信源、系統(tǒng)及信宿等三部分組成。他們的關系如圖 58 所示 信源 系統(tǒng) 信宿圖 58 Simulink 模型的典型結構信源提供系統(tǒng)的輸入信號，如常量、正弦波、方波等；系統(tǒng)是對仿真對象的數(shù)學抽象，比如是連續(xù)線性系統(tǒng)，還是非連續(xù)線性系統(tǒng)？對輸入信號進行求和，還是對輸入信號進行了一次調(diào)制？信宿是接收信號的部分，用戶可以把它送到示波器中顯示出來，或者保存到相應的 mat 文件。通信系統(tǒng)仿真的基本步驟如下：1） 建立數(shù)學模型：根據(jù)通信系統(tǒng)的基本原理，將整個系統(tǒng)簡化到源系統(tǒng)，確定總的系統(tǒng)功能，并將各部分功能模塊化，找出各部分之間的關系，畫出系統(tǒng)流程框圖模型。2） 仿真系統(tǒng)：根據(jù)建立的模型，從 SIMULINK 通信模型庫（MATLAB 所提供的Communication Toolbox SIMULINK Block Library）的各個子庫中，將所需要的單元功能模塊中北大學分校學士學位論文29拷貝到 Untitled 窗口，按系統(tǒng)流程框圖模型連接，組建要仿真的通信系統(tǒng)模型。3） 設置、調(diào)整參數(shù)：參數(shù)設置包括運行系統(tǒng)參數(shù)設置（如系統(tǒng)運行時間、采樣速率等）和功能模塊運行參數(shù)設置（正弦信號的頻率、幅度、初相；低通濾波器的截至頻率、通帶增益、阻帶衰減等）。4） 置觀察窗口，分析仿真數(shù)據(jù)和波形：在系統(tǒng)模型的關鍵點處設置觀測輸出模塊，用于觀測仿真系統(tǒng)的運行情況，以便及時調(diào)整參數(shù)，分析結果。5） 生成新的模塊：對于 Communication Toolbox 中沒有的功能模塊，可以根據(jù)已掌握的技術生成所需新的子模塊，例如由 C 或 Fortran 編寫 MEX 文件，編譯成 DLL 后利用SIMULINK 提供的封裝（Masking）功能封裝或自定義模塊庫，以便隨時調(diào)用。下面就對直接序列擴頻通信系統(tǒng)里的擴頻與解擴、BPSK 調(diào)制、編碼信道 AWGN 信道進行了 Simulink 模塊仿真。用到的主要模塊如圖 59 所示 圖 59 仿真用到的主要模塊1）Scope—— 將輸入信號在示波器中顯示出來。2）Display——將輸入信號以數(shù)字的形式顯示出來。3）Error Rate Calculation——計算輸入信號的比特或符號錯誤率。4）AWGN channel——AWGN 信道。5）PN Sequence Generator——生成 PN 序列。6）Bernoulli Binary Generator——生成 Bernoulli 分部二進制數(shù)。7）BPSK Demodulator Basband ——BPSK 解調(diào)。8）BPSK Modulator Basband——BPSK 調(diào)制1 .擴頻與解擴的 Simulink 仿真圖擴頻模塊包括偽隨機碼生成和相關運算兩個部分。不同的偽隨機碼表示著不同的擴頻方式。常用的偽隨機碼有 m 序列（最大長度移位寄存器序列） 、Gold 碼序列等。在直序擴頻序列通信系統(tǒng)中，每一用戶都分配到一固定的 PN 序列，用戶之間的 PN 序列都是互為正交的，以使得每一用戶不受到其他用戶的干擾。擴頻的過程可以簡而言之為在發(fā)送端用 PN 碼序列將載有信息的信號擴頻到某個較寬的帶寬上，然后在信道上進行傳輸。解擴過程與擴頻過程完全相同，也是將輸入解擴模塊的信號用偽隨機碼進行擴頻處理。同時，要求接收端解擴頻用的偽隨機碼與發(fā)送端擴頻用的偽隨機碼不僅碼字相同，而且相位相同；否則，將會導致期望用戶的信號自身相互抵消。中北大學分校學士學位論文30擴頻后的信息PN 碼序列用戶信息圖 510 擴頻框圖解擴處理將擴頻后的信號壓縮到信息頻帶內(nèi)，由寬帶信號恢復為窄帶信號；同時，解擴處理的結果也擴展了干擾信號，降低了干擾信號的功率譜密度，使之進入到信息頻帶內(nèi)的功率下降，從而使系統(tǒng)獲得處理增益，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。圖 510 是用戶信息被擴展的框圖，圖 511 是擴頻的仿真模型，圖中一個隨機序列與 PN 碼序列異或相乘得一個新的序列，使隨機序列的頻譜被擴展。圖512 的第一個波形輸入的隨機信號的波形，第二個波形是擴頻后的波形，第三個波形是生成的 PN 碼序列的波形。圖 511 擴頻仿真模型圖 512 輸出的 PN 碼擴頻波形圖2 . BPSK 調(diào)制的 Simulink 仿真圖BPSK 是二進制相移鍵控，在二進制數(shù)字調(diào)制中，當正弦載波的相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化時，則產(chǎn)生 BPSK 信號。通常用已調(diào)信號載波的 0176。和 180176。分別表示二進制中北大學分校學士學位論文31數(shù)字基帶信號的 1 和 0。理想的 BPSK 調(diào)制可使載波相位瞬時變化 180176。BPSK 信號的調(diào)制原理圖如圖 513 所示 ??BPSKet開關電路 S（t）cosct?180176。移相圖 513 BPSK 調(diào)制原理圖BPSK 信號的解調(diào)通常都是采用相干解調(diào)，解調(diào)器原理圖如圖 514 所示，在相干解調(diào)過程中需要用到與接收到的 BPSK 信號同頻同相的相干波。圖 515 是 BPSK 調(diào)制與解調(diào)框圖，圖 516 是 BPSK 調(diào)制與解調(diào)的 Simulink 模型，517是信源輸入的隨機數(shù)字信息的波形，圖 518 是隨機數(shù)字信息經(jīng) BPSK 調(diào)制后的頻譜圖。隨機數(shù)字信息 輸出信息BPSK 解調(diào)信道BPSK 調(diào)制圖 515 BPSK 調(diào)制與解調(diào)框圖圖 516 BPSK 調(diào)制與解調(diào)模型cosct?相乘器 輸出??BPSKet圖 514 BPSK 解調(diào)原理圖中北大學分校學士學位論文32圖 517 信源產(chǎn)生的隨機序列圖 518 BPSK 調(diào)制仿真頻譜圖 Simulink 仿真圖：在數(shù)字通信系統(tǒng)中，編碼器的輸出是某一數(shù)字序列，而譯碼器輸入同樣也是一數(shù)字序列，它們在一般情況下是相同的數(shù)字序列。因此，從編碼器輸出端到譯碼器輸入端的所有轉換器及傳輸媒質(zhì)可用一個完成數(shù)字序列變換的方框加以概括，這個方框就稱為編碼信道。AWGN 信道，是指信號在信道中傳輸時加入了高斯白噪聲，如圖 520 的仿真波形中第一個圖形為輸入信息，第二個波形為加入高斯白噪聲后的波形。中北大學分校學士學位論文33 圖 519 AWGN 信道仿真 圖 520 通過 AWGN 信道輸出前和輸出后的波形 MATLAB 源程序設計圖 521 直接序列擴頻通信系統(tǒng)框圖用戶信息0101101BPSK 調(diào)制BPSK 解調(diào)檢波PN 碼PN 碼解擴擴頻用戶信息由圖 521 直序擴頻通信